(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次空気吹込口を設けた再燃焼室上部にボイラ部を配設し、一次空気及び二次空気の燃焼空気の供給を行うブロワと、前記ブロワの後流側に接続されその開度制御により前記燃焼空気の調整を行う一次ダンパと、該一次ダンパの後流側に接続され一次空気と二次空気の配分比の調整を行う二次ダンパとを具えたごみ焼却炉において、
前記ボイラ部での燃焼火炎状態をＣＣＤカメラ、赤外線カメラその他の撮像装置で撮影し、該撮像装置で得られた画像を解析して長尺火炎の発生状況をタイムサイクル毎に火炎可視度として定量化して監視し、
該火炎可視度が前回取込んだ火炎可視度より増加している場合は、その増加率を演算し、前記火炎可視度増加率毎に一次ダンパと二次ダンパの開度制御値及びブロワ送風量制御値をマップ化したマップデータをデータ記憶装置より選択して該マップデータに基づいて一次ダンパと二次ダンパの開度制御及びブロワ送風量制御を行なうステップと、前記ステップの後に検出したＣＯとＮＯｘの検出値が規制値以上にある場合は、前記マップデータに対応する一次ダンパと二次ダンパの開度制御値及びブロワ送風量の制御値を補正し、該補正値に基づいて一次ダンパと二次ダンパの開度制御及びブロワ送風量制御を行なうステップを有することを特徴とするボイラ付きごみ焼却炉における燃焼制御方法。
【請求項２】
前記補正を行うステップが二次ダンパの開度制御により一次燃焼空気と二次燃焼空気の送給量を一次燃焼空気側にシフトするステップであることを特徴とする請求項１記載のボイラ付きごみ焼却炉における燃焼制御方法。
【請求項３】
二次空気吹込口を設けた再燃焼室上部にボイラ部を配設し、一次空気及び二次空気の燃焼空気の供給を行うブロワと、前記ブロワの後流側に接続されその開度制御により前記燃焼空気の調整を行う一次ダンパと、該一次ダンパの後流側に接続され一次空気と二次空気の配分比の調整を行う二次ダンパとを具えたごみ焼却炉において、
前記ボイラ部の窓に設けられ、内部の燃焼火炎状況を撮影するＣＣＤカメラ、赤外線カメラその他の撮像装置と、該撮像装置で得られた画像を解析して長尺火炎の発生状況をタイムサイクル毎に火炎可視度として定量化する画像解析装置と、
前記火炎可視度増加率毎に一次ダンパと二次ダンパの開度制御値及びブロワ送風量制御値をマップ化したマップデータが記憶されているデータ記憶装置と、
前記データ記憶装置に記憶されているマップデータを火炎可視度増加率毎に選択して燃焼空気の供給量を算出する演算装置と、該演算結果を出力して一次ダンパと二次ダンパの開度制御及びブロワ送風量制御を行なう出力装置と、
前記第１のステップの後に検出したＣＯとＮＯｘの検出値が規制値以上にある場合は、前記マップデータに対応する一次ダンパと二次ダンパの開度制御値及びブロワ送風量の制御値を補正する手段を具備してなることを特徴とするボイラ付きごみ焼却炉における燃焼制御装置。
【請求項４】
前記補正手段が二次ダンパの開度制御により一次燃焼空気と二次燃焼空気の送給量を一次燃焼空気側にシフトする手段であることを特徴とする請求項３記載のボイラ付きごみ焼却炉における燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次空気吹込口を設けた再燃焼室上部にボイラ部を配設したごみ焼却炉における燃焼制御方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ごみ焼却炉では炉内で発生したガス温度８００〜９５０℃から集塵装置の使える温度３００℃以下に減温する必要がある。又リサイクル問題の高まりからごみ焼却排熱の有効利用を図るために、従来より、ごみ焼却炉の二次燃焼室上部にボイラを取付けたボイラ付きごみ焼却炉が種々設置されている。
【０００３】
かかるごみ焼却炉にはストーカ炉や流動炉が存在し、例示としてストーカ炉を図１の本発明の実施形態の従来技術部分に基づいて説明するに、２１は生ごみが投入されるシュートで該シュート２１下方にごみの定量供給装置としての不図示のフィーダが配設されている。２２はストーカで、前記フィーダよりのごみ投入側より後段に進むに連れ、例えば乾燥ストーカ、燃焼ストーカ、更には後燃焼ストーカが順次配設され、更にその奥側に灰シュート等の灰出しシュート２３が設けられている。
そして前記ストーカ２２の下方にはブロワ１１及びダンパ９を介して一次燃焼空気１４が供給可能に構成されている。
【０００４】
一方前記ストーカ２２の上方には、上方に延在する再燃焼室（二次燃焼室）２４が設けられ、該再燃焼室２４の入口側（下端側）のシュート２１投入側（前側）の炉壁と、これと対面する灰出しシュート２３側（後側）の炉壁との夫々に、二次空気供給吹込み口１２ｂ、１２ａが配設され、前記吹込み口１２ｂ、１２ａへの二次燃焼空気１３の供給／開閉制御は夫々ブロワ１１よりの空気を空気送給路に設けたダンパ１０ｂ、１０ａにより行なわれる。尚、後記実施形態に示すように吹込み口１２ｂ、１２ａへの二次燃焼空気１３の個別制御を行なわない場合は共通するダンパ１０を用いて開度制御を行なう。
そしてかかる焼却炉本体１の再燃焼室２４上部に水冷壁その他のボイラの蒸発管を取付けて該炉ボイラ部４より廃熱回収を図っている。
【０００５】
かかる焼却炉のごみ燃焼方法を以下に説明するに、
シュート２１内に投入されたごみは、不図示のフィーダによってストーカ２２上に定量的に供給され、該ストーカ２２上を灰シュート２３側に向かって搬送されながら夫々のストーカ２２下方より供給される一次燃焼空気１４により、順次乾燥、ガス化燃焼、火炎燃焼、おき燃焼された後、該燃焼後の灰は灰シュート２３側に落下する。
一方、前記ストーカ２２の乾燥／燃焼により生成されたＣmＨn及びＣＯ等の未燃分は、再燃焼室２４の入口側（下端側）の二次空気吹込み口１２ｂ、１２ａから供給する二次燃焼空気１３により燃焼させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらかかる従来装置においては、都市ごみ焼却などの様に被燃焼物の性状が一定しないものを燃焼させる為に燃焼の制御が困難で、又ごみの種別によって燃料制御を行なってもフィーダから供給された直後には不完全燃焼してＣＯ濃度が一次的に大幅に増大し、また供給されたごみが燃焼し始めると、二次空気と未燃ガスの混合が不十分になって燃焼に時間がかかり、例えば再燃焼室上方に設けた前記ボイラ部まで火炎が到達し、これが原因でボイラの蒸発管は異常減肉等の問題が生じていた。
【０００７】
かかる蒸発管の減肉を防止しするために、炉内の温度やＣＯ、Ｏ2 、ボイラの蒸発量等を検出して、それに基づいて空気量を調節する方法があるが、燃焼炎の長尺化と炉内温度やボイラの蒸発量は必ずしも相関があるわけでなく、それだけでは長尺の燃焼火炎を防止できない。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、燃焼炎の長尺化を有効に阻止し得るごみ焼却炉における燃焼制御方法とその装置を提供する事を目的とする。
本発明の他の目的は長炎化防止とＮＯｘ同時低減を可能とするごみ焼却炉における燃焼制御方法とその装置を提供する事を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は前記したように、二次空気吹込口を設けた再燃焼室上部にボイラ部を配設し、一次空気及び二次空気の燃焼空気の供給を行うブロワと、前記ブロワの後流側に接続されその開度制御により前記燃焼空気の調整を行う一次ダンパと、該一次ダンパの後流側に接続され一次空気と二次空気の配分比の調整を行う二次ダンパとを具えたごみ焼却炉において、
前記ボイラ部での燃焼火炎状態をＣＣＤカメラ、赤外線カメラその他の撮像装置で撮影し、該撮像装置で得られた画像を解析して長尺火炎の発生状況をタイムサイクル毎に火炎可視度として定量化して監視し、
該火炎可視度が前回取込んだ火炎可視度より増加している場合は、その増加率を演算し、前記火炎可視度増加率毎に一次ダンパと二次ダンパの開度制御値及びブロワ送風量制御値をマップ化したマップデータをデータ記憶装置より選択して該マップデータに基づいて一次ダンパと二次ダンパの開度制御及びブロワ送風量制御を行なうステップと、前記ステップの後に検出したＣＯとＮＯｘの検出値が規制値以上にある場合は、前記マップデータに対応する一次ダンパと二次ダンパの開度制御値及びブロワ送風量の制御値を補正し、該補正値に基づいて一次ダンパと二次ダンパの開度制御及びブロワ送風量制御を行なうステップを有することを特徴とするボイラ付きごみ焼却炉における燃焼制御方法にある。
かかる発明によれば、前記ボイラ部に例えば覗き窓部を設置し、該覗き窓部より撮像カメラにより炉内長尺火炎状況を監視してその画像解析を行ない、その解析結果に基づいて燃焼空気、特に二次空気量の適正量を判別し、火炎の短炎化を図ることにより、再燃焼室上部にボイラ部の蒸発管の保護を可能とする。
又かかる発明によれば、火炎可視度が、ある制限値を超えた場合、予め計測により取得したデータをベースに、燃焼空気量の適正化を図り、ごみ質の急変による不安定燃焼に起因する火炎の長尺化を防止することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記発明を更に具体化し、前記補正を行うステップが二次ダンパの開度制御により一次燃焼空気と二次燃焼空気の送給量を一次燃焼空気側にシフトするステップであることを特徴とする。
【００１１】
かかる発明によれば、排ガス中ＮＯｘを適正に維持できる範囲内で燃焼空気、特に二次空気量の適正量を判別し、火炎の短炎化を図ることにより、ボイラ部の蒸発管の保護を可能とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は請求項１記載の発明を効果的に実施するための装置に関する発明で、二次空気吹込口を設けた再燃焼室上部にボイラ部を配設し、一次空気及び二次空気の燃焼空気の供給を行うブロワと、前記ブロワの後流側に接続されその開度制御により前記燃焼空気の調整を行う一次ダンパと、該一次ダンパの後流側に接続され一次空気と二次空気の配分比の調整を行う二次ダンパとを具えたごみ焼却炉において、
前記ボイラ部の窓に設けられ、内部の燃焼火炎状況を撮影するＣＣＤカメラ、赤外線カメラその他の撮像装置と、該撮像装置で得られた画像を解析して長尺火炎の発生状況をタイムサイクル毎に火炎可視度として定量化する画像解析装置と、
前記火炎可視度増加率毎に一次ダンパと二次ダンパの開度制御値及びブロワ送風量制御値をマップ化したマップデータが記憶されているデータ記憶装置と、
前記データ記憶装置に記憶されているマップデータを火炎可視度増加率毎に選択して燃焼空気の供給量を算出する演算装置と、該演算結果を出力して一次ダンパと二次ダンパの開度制御及びブロワ送風量制御を行なう出力装置と、
前記第１のステップの後に検出したＣＯとＮＯｘの検出値が規制値以上にある場合は、前記マップデータに対応する一次ダンパと二次ダンパの開度制御値及びブロワ送風量の制御値を補正する手段を具備してなることを特徴とするボイラ付きごみ焼却炉における燃焼制御装置にある。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明を効果的に実施するための装置に関する発明で、前記補正手段が二次ダンパの開度制御により一次燃焼空気と二次燃焼空気の送給量を一次燃焼空気側にシフトする手段であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は本発明の実施形態に係るボイラ付きごみ焼却炉における燃焼制御システムを表わすフロー図で、焼却炉側の基本構成は既に前記従来技術の項で説明しているために、燃焼制御システム側の構成について説明する。
同図において、４はごみ焼却炉本体１の再燃焼室２４上部に設けた炉ボイラ部で、該炉ボイラ部４の炉壁に覗窓部５を設け、該覗窓部５と対面する炉壁外にＣＣＤカメラ、赤外線カメラその他の撮像カメラ６（撮像装置）を配設する。又、前記ボイラ部４の上方の炉出口部にはＣＯやＮＯｘ等を検知する排ガス検知センサ１５が配設されている。
【００１５】
７は撮像カメラ６の画像信号を取込んで火炎可視度の定量化（デジタル化）その他の演算処理を行なう画像処理装置で、例えば火炎可視度が基準設定値を超えた場合、操作盤８に操作用信号が送られるように構成する。
操作盤８では前記操作信号に基づいてオペレータが手動操作にて、一次ダンパ９又は／及び二次ダンパ１０を開度制御して一次燃焼空気１４と二次燃焼空気１３の送給量を調節して長尺火炎２を短火炎３化される。
又オペレータが自動制御に切替える事により、図２及び図３に示すように、一次ダンパ９又は／及び二次ダンパ１０、１０ａ、１０ｂの開度を自動的に制御する事が出来る。
【００１６】
次に本発明の動作を手動制御と自動制御に分けて説明する。
先ず手動制御では、炉ボイラ部４に設置された覗窓部５から常時撮像カメラ６を通して炉内長尺火炎２を監視し、撮像カメラ６の映像を基に画像処理装置７によって火炎可視度の定量化を行い、該可視度が設定値を超えた場合、操作盤８に信号が送られオペレータにより認識される。
尚、火炎可視度の定量化は例えば赤外線カメラの場合はその温度分布により容易に定量化が可能であり、又ＣＣＤカメラでは色フィルタを介してその画像信号を取込む事により、容易に火炎可視度の定量化が可能であり、かかる技術は画像解析技術として周知であるのでその説明は省略する。
【００１７】
オペレータは、二次燃焼空気が増加するとＮＯｘの排出量が増加する傾向にある為に、操作盤８から適切な空気量に調節する作動信号を出し、二次ダンパ１０とともに一次ダンパ９を作動させ長尺火炎２を短火炎３化へ移行させる。
尚、オペレーターによる操作では、煩雑化を避けるために二次空気供給吹込み口１２ｂ、１２ａ夫々の個別制御を行なうダンパ１０ｂ、１０ａの開度制御は行なわずに全開状態にしておく。
【００１８】
次にコンピュータ制御による自動制御方法について説明する。
図２はかかるコンピュータ制御に使用する回路ブロック図、図３はコンピュータ制御の動作手順を示すフローチャートとその捕足説明図である。
図２において、７０は画像処理装置７内に組込まれた画像解析装置で、撮像カメラ６より取込んだ火炎撮像データを画像解析して火炎可視度の定量化処理を行なう。
又前記画像解析装置７０には火炎撮像データの取込みサイクルを設定する基準タイマＴｓ、定量化された火炎可視度が基準設定値以上の場合にダンパの開度制御を行なう不感帯上限値を設定する基準設定値Ｐｓ等が不図示のメモリに格納されている。
【００１９】
操作盤８には、各火炎可視度割合毎に、火炎可視度増加率毎に一次ダンパと二次ダンパの開度制御値及びブロワ送風量制御値等をマップ化した図３（Ｂ）に示すマップデータが記憶されているデータ記憶装置７１、前記マップデータに基づいて一次ダンパと二次ダンパの開度制御値及びブロワ送風量等の作動信号を演算する演算回路７２、及び前記作動信号を一次ダンパと二次ダンパ及びブロワ等に送出する出力装置７３が内蔵されている。
【００２０】
次に、コンピュータ制御動作に基づく自動制御動作を図３に基づいて説明する。
先ず（Ｓ１）において基準タイマＴｓで設定された取込みサイクル毎に火炎撮像データを画像解析装置７０側に取込む。ここでＴｓ＝０として連続的なデータを取得することも運用上可能である。
取込まれた火炎撮像データは、（Ｓ２）にて図３（Ａ）に示すように画像中の火炎可視度割合を定量化処理を行ない、（Ｓ３）にて火炎可視度Ｐｎと基準設定値Ｐｓの比較を行ない、該火炎可視度Ｐｎが基準設定値Ｐｓ以上、例えば３０％以上の場合は（Ｓ４）に移行し、基準設定値Ｐｓ以下の場合は元に戻り、一次ダンパと二次ダンパの開度変更と及びブロワ送風量の変更は行なわずに前回の制御値で運転制御を行なう。
【００２１】
（Ｓ４）では今回の火炎可視度Ｐｎと前回取込んだ火炎可視度Ｐn-1 とを比較判別し、今回の火炎可視度Ｐｎが前回の火炎可視度Ｐn-1 より減少している場合は、そのままの状態を維持していても基準設定値Ｐｓ以下に移行する事が予想される為に、あえて一次ダンパと二次ダンパの開度変更と及びブロワ送風量の変更は行なわない。
今回の火炎可視度Ｐｎが前回取込んだ火炎可視度Ｐn-1 より増加している場合は、（Ｓ５）にてその増加率を演算する。
【００２２】
そして前記増加率を演算した後、前記火炎可視度Ｐｎに基づいて図３（Ｂ）に示す対応する一のマップを選択し（Ｓ６）、該選択された一のマップより演算した増加率に対応するマップデータ、即ち一次ダンパと二次ダンパの開度制御値と及びブロワ送風量の制御値を選択する（Ｓ７）。
次に（Ｓ８）にて前記排ガス検知センサ１５よりの検知信号に基づいてＣＯとＮＯｘの排出量を検出し、該検出値が規制値以内にあるときは前記マップデータをそのまま採用して出力装置７３より前記マップデータに対応する作動信号を出力し、一次ダンパと二次ダンパの開度制御及びブロワ送風量制御を行なう。
【００２３】
又、検出したＣＯとＮＯｘの検出値が規制値以上にある場合は、前記マップデータに対応する、一次ダンパと二次ダンパの開度制御値と及びブロワ送風量の制御値を図３（Ｃ）に示すように補正し、該補正値に基づいて一次ダンパと二次ダンパの開度制御及びブロワ送風量制御を行なう（Ｓ９）。
【００２４】
尚、本出願人が、先に出願した特願平９−１８１７５１号「ストーカ式ごみ焼却炉の燃焼制御方法とその装置」によれば、前記前側二次空気吹込み部１２ｂと後側二次空気吹込み部１２ａより供給される二次燃焼空気１３の供給配分を、燃焼状態に応じて、前側１２ｂ若しくは後側１２ａのいずれかにシフト（補正量α）して燃焼させることにより長炎化防止とＣＯ、ＮＯｘ同時低減を可能とする技術が開示されているが、本発明の補正はかかる技術に限定される事なく一次燃焼空気と二次燃焼空気の送給量を一次燃焼空気側にシフトすることにより長炎化防止とＣＯ、ＮＯｘ同時低減を可能とすることも出来る。
特に本出願人は、一次燃焼空気１４又は／及び二次燃焼空気１３の流量調整により長炎化防止とＣＯ、ＮＯｘ同時低減を可能とする技術が実現可能であることを確認している。
【００２５】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、ごみ焼却炉ボイラ部の火炎状況を撮像カメラにより撮影及び画像解析することにより、一次、及び二次の燃焼用空気流量を適切にコントロールすることで、火炎の長尺化によるボイラチューブの減肉化を防ぐことができ、プラントの延命化を図ることができるとともに燃焼状態も安定することから、ボイラで得られる過熱蒸気の流量も安定化される。
又本発明によれば、ＮＯｘ排出量を適正に管理できる二次空気量に基づき燃焼空気量の適正制御を行い、ＮＯｘ排出量を抑制しながら火炎の長尺化を防ぐことができ、これにより排熱回収ボイラチューブの延命化と燃焼の安定化を図る事が出来、これによりボイラ蒸発量の定量化にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るボイラ付きごみ焼却炉における燃焼制御システムを表わすフロー図である。
【図２】図２及び図３は前記システムを用いてコンピュータ制御による燃焼制御を行なう自動制御方法を示し、図２はかかるコンピュータ制御に使用する回路ブロック図である。
【図３】図３はコンピュータ制御の動作手順を示すフローチャートとその捕足説明図である。
【符号の説明】
１      ごみ焼却炉本体
２      長尺火炎
３      短火炎
４      炉ボイラ部
５      覗窓部
６      撮像カメラ
７      画像処理装置
８      操作盤
９      一次燃焼空気調節ダンパ
１０    二次燃焼空気調節ダンパ
１１    ブロア
１２、１２ａ、１２ｂ    二次空気吹込口
１３    二次燃焼空気
１４    一次燃焼空気
１５    排ガス（ＣＯ、ＮＯｘ）検知センサ
【図１】
0003825148.tif 000002
【図２】
0003825148.tif 000003
【図３】
0003825148.tif 000004