(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉本体の外側にレーザ流速計を配設するとともに、前記炉本体に、前記レーザ流速計からのレーザ光を通す所定数の測定窓を形成して、前記レーザ流速計で炉内のガス流れに追従する粒子の流速を測定することで炉内の所定数の箇所のガスの流速を測定可能に構成し、炉内に設けた乾燥ストーカと燃焼ストーカと後燃焼ストーカとのうち、前記後燃焼ストーカの上方の燃焼ガスを抽出するとともに炉内に戻すガス循環装置を設け、このガス循環装置の抽出口に向かう燃焼ガスの流速が前記レーザ流速計によりリアルタイムで測定可能になっており、前記レーザ流速計の測定結果に基づいて前記ガス循環装置を制御する制御手段を設け、
前記制御手段は、炉内の所定数の箇所の目標とする完全燃焼させやすいガスの流速を記憶しておき、前記レーザ流速計で測定した各箇所のガスの流速を、各箇所の目標とするガスの流速と比較して、目標とするガスの流速と異なると判別すると、前記各箇所のガスの流速が、前記目標とするガスの流速になるようにすると共に、ガスの流れ方向が前記ガス抽出装置の抽出口に向かうように前記ガス循環装置を制御する手段に構成してある燃焼炉。
【請求項２】
前記ガス循環装置が、前記後燃焼ストーカの上方から抽出された前記燃焼ガスを１５０〜３００℃に冷却する冷却装置を備える請求項１の燃焼炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃焼炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼炉としてのごみ焼却炉には、樹脂材等からなる高カロリーのごみや、水分を含む厨芥等の低カロリーのごみが交互に供給されたり、任意の割合で混合した状態で供給されたりする。
【０００３】
つまり、ごみ焼却炉の運転中にはごみ焼却炉に供給されるごみのカロリー量が絶えず変わるのが普通であり、そのために炉内の燃焼状態が不安定になりやすい。
【０００４】
そこで、炉内の燃焼を安定させる種々の手段が取られている。その一例として、従来、炉出口の排ガス温度を熱電対で測定して炉内の燃焼状態を予測し、その測定結果に基づいて、制御装置で一次燃焼空気供給装置や二次燃焼空気供給装置を制御する技術があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成によれば、炉内のガス温度ではなく炉出口の排ガス温度を熱電対で測定し、その測定結果から炉内の燃焼状態を予測していたために、炉内の燃焼状態を正確に、かつ、リアルタイムで把握するのが困難であった。
【０００６】
その結果、制御装置で一次燃焼空気供給装置や二次燃焼空気供給装置を制御しても、炉内の燃焼状態が不安定になることがあった。
【０００７】
本発明の目的は、炉内の燃焼状態を安定化できるようにする点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１による発明の構成・作用・効果は次の通りである。
【０００９】
［構成］炉本体の外側にレーザ流速計を配設するとともに、前記炉本体に、前記レーザ流速計からのレーザ光を通す所定数の測定窓を形成して、前記レーザ流速計で炉内のガス流れに追従する粒子の流速を測定することで炉内の所定数の箇所のガスの流速を測定可能に構成し、炉内に設けた乾燥ストーカと燃焼ストーカと後燃焼ストーカとのうち、前記後燃焼ストーカの上方の燃焼ガスを抽出するとともに炉内に戻すガス循環装置を設け、このガス循環装置の抽出口に向かう燃焼ガスの流速が前記レーザ流速計によりリアルタイムで測定可能になっており、前記レーザ流速計の測定結果に基づいて前記ガス循環装置を制御する制御手段を設け、前記制御手段は、炉内の所定数の箇所の目標とする完全燃焼させやすいガスの流速を記憶しておき、前記レーザ流速計で測定した各箇所のガスの流速を、各箇所の目標とするガスの流速と比較して、目標とするガスの流速と異なると判別すると、前記各箇所のガスの流速が、前記目標とするガスの流速になるようにすると共に、ガスの流れ方向が前記ガス抽出装置の抽出口に向かうように前記ガス循環装置を制御する手段に構成してある。
【００１０】
［作用］
［イ］炉本体の外側に配設したレーザ流速計により炉本体の所定数の測定窓を通してレーザ光を炉内に投射する。
【００１１】
例えばレーザ流速計のレーザ光源からの平行な２本のレーザ光をレーザ流速計のプローブ内のフロントレンズでその焦点に結ばせ、その交点に干渉縞よりなる測定体積を炉内に位置する状態に形成する。
【００１２】
炉内の粒子が前記干渉縞を通過するとレーザ光が散乱するので、その速度情報を含む散乱光を各測定窓を通してレーザ流速計の光検出部で検出し、その検出情報に基づいてガス流れに追従する粒子の速度すなわち炉内のガスの流速を求める。
【００１３】
このように、レーザ流速計で所定数の測定窓を通してレーザ光を炉内に投射し、炉内の粒子の流速を測定することで炉内の所定数の箇所のガスの流速を測定する。
【００１４】
これにより、炉内のガスの流れを正確に、かつ、リアルタイムで把握することができる。
【００３０】
［ロ］一般に、後燃焼ストーカの上方のガス中には酸素が残っており、このガスをガス循環装置によって炉内に戻すことで、燃焼室内でのガスの混合を促進して燃焼させることができ、燃焼状態を安定化することができる。
【００３１】
［ハ］一方、制御手段が炉内の所定数の箇所の目標とするガスの流速、すなわち完全燃焼させやすい流速を記憶しており、レーザ流速計で測定した各箇所のガスの流速を、各箇所の目標とするガスの流速と比較する。
【００３２】
そして、目標とするガスの流速と異なると判別すると、ガス循環装置を制御して、例えば、ガス抽出量を増減させるとともに、複数のガス供給口からの供給ガスの配分比を所定の値に設定して、前記各箇所のガスの流速を前記目標とするガスの流速に設定する。
【００３３】
［ニ］上記の［イ］，［ロ］，［ハ］により、炉内の各箇所のガスの流速を、前記目標とするガスの流速に正確に、かつ、リアルタイムで設定することができる。
【００３４】
［効果］従って、上記作用［イ］，［ロ］，［ハ］，［ニ］により、炉内の燃焼状態を安定化することができた。
また、前記ガス循環装置が、前記後燃焼ストーカの上方から抽出された前記燃焼ガスを１５０〜３００℃に冷却する冷却装置を備えることが好ましい。
【００３５】
図１，図２に、燃焼炉の一例であるごみ焼却炉を示してある。このごみ焼却炉は、ごみを投入するホッパー１を炉本体２に設け、ホッパー１からのごみを燃焼させるストーカ３を炉本体２内に設けるとともに、ストーカ３の上方に一次燃焼室４Ａと二次燃焼室４Ｂから成る燃焼室４を形成し、一次燃焼空気をストーカ３を通して燃焼室４内に供給する一次燃焼空気供給装置５と、炉本体２の側壁２Ａに形成した複数の空気供給口２５を通して二次燃焼室４Ｂに二次燃焼空気を供給する二次燃焼空気供給装置６（燃焼用空気供給装置に相当）と、燃焼後の焼却灰を取り出す灰排出口７とを設けて構成してある。
【００３６】
前記ストーカ３は、乾燥ストーカ３Ａと燃焼ストーカ３Ｂと後燃焼ストーカ３Ｃとから成り、一次燃焼空気供給装置５の送風機３０からの一次燃焼空気を通す一次空気ダクト８を、各ストーカ３Ａ，３Ｂ，３Ｃの下端側に連通接続してある。
【００３７】
上記の構造により、ホッパー１に投入されたごみは、乾燥ストーカ３Ａ・燃焼ストーカ３Ｂ・後燃焼ストーカ３Ｃの順に送られながら一次燃焼空気によって一次燃焼する。
【００３８】
乾燥ストーカ３Ａでは、後段の燃焼ストーカ３Ｂ・後燃焼ストーカ３Ｃでの燃焼により生じる高温燃焼ガスによって主としてごみが乾燥し、一部燃焼が始まる。
【００３９】
燃焼ストーカ３Ｂでは一次燃焼空気により主としてごみが燃焼する。乾燥ストーカ３Ａ及び燃焼ストーカ３Ｂの上方の一次燃焼領域における燃焼ガスは１０００°Ｃ以上の高温に達する。
【００４０】
後燃焼ストーカ３Ｃでは、乾燥ストーカ３Ａ及び燃焼ストーカ３Ｂに比べて比較的大きな空燃比になる状態に一次燃焼空気を供給して、焼却灰中に多量の未燃固形物もしくは不完全燃焼固形物が残存するのを防止してある。
【００４１】
前記後燃焼ストーカ３Ｃの上方の一次燃焼室４Ａ内のガスを、後燃焼ストーカ３Ｃの上方の炉本体２の天井壁２Ｂ側のガス抽出口２４を通して抽出ファン１１で抽出し、熱交換器１３で１５０°Ｃ〜３００°Ｃのガスになるように冷却して第１及び第２ガス供給口２６，２７から炉内に戻すガス循環装置１９を設けてある。
【００４２】
前記第１ガス供給口２６は、乾燥ストーカ３Ａの上方の天井壁２Ｃに斜め下方を向く状態に形成し、第２ガス供給口２７は、炉本体２の縦姿勢の側壁２Ａの下端側に斜め下向き姿勢に設けてある。
【００４３】
後燃焼ストーカ３Ｃの上方のガス中には酸素が残っており、このガスを上記のガス循環装置１９によって炉内に戻すことで、燃焼室４内でのガスの混合を促進させることができ、燃焼状態を安定化することができる。
【００４４】
図２に示すように、前記炉本体２の外側にレーザ流速計１０を配設し、炉本体２に、レーザ流速計１０からのレーザ光を通す第１〜第６の測定窓１２ａ〜１２ｆを形成してある。
【００４５】
前記第１測定窓１２ａは、二次燃焼室４Ｂに向かうガスの主流と、ガス循環装置１９のガス抽出口２４側に向かうガスの流れとの境目に位置し、第２測定窓１２ｂは一次燃焼室４Ａの主燃焼領域の上端側に位置し、第３測定窓１２ｃは、ガス循環装置１９の第１ガス供給口２６の上方に位置し、第４測定窓１２ｄは、ガス循環装置１９の第２ガス供給口２７の上方に位置し、第５及び第６測定窓１２ｅ，１２ｆは二次燃焼室４Ｂ側に位置している。
【００４６】
前記レーザ流速計１０は差動光法によりガスの流速を求めるもので、図２，図３に示すように、レーザ光源を備えた流速計本体４３と、測定窓１２に臨ませる耐熱プローブ１４とを光ファイバーケーブル１５を介して接続して構成してある。そして、レーザ流速計１０の光検出部からの検出情報を演算部２１で演算処理する制御装置１７（制御手段に相当）を設けてある。
【００４７】
前記耐熱プローブ１４は、位置変更機構を介して支持体に（共に図示せず）上下・左右方向、及び第１〜第６の測定窓１２ａ〜１２ｆの軸芯方向に位置変更自在に支持させてある。
【００４８】
また、耐熱プローブ１４の位置を検出する位置センサを設け、この位置センサの検出情報に基づいて、耐熱プローブ１４に対する前記位置変更機構を前記制御装置１７で制御可能に構成してある。
【００４９】
前記第１〜第６の測定窓１２ａ〜１２ｆは、炉本体２の側壁２Ａに開口部を形成して構成した窓で、開口部は耐火レンガ等の耐熱材から成る蓋によって塞いで燃焼空気の漏れを防止する。測定時には蓋を取り去る。
【００５０】
この場合、大気と燃焼ガスの相互の流通が自由になるが、炉内圧が大気庄とあまり変わらない場合は問題にならない（第１〜第６の測定窓１２ａ〜１２ｆをガラス窓等に形成してあってもよい）。
【００５１】
上記の構造により、目標の測定窓１２に耐熱プローブ１４を臨ませた後、レーザ光源からの平行な２本のレーザ光を耐熱プローブ１４内のフロントレンズでその焦点に結ばせ、その交点に干渉縞よりなる測定体積を炉内に位置する状態に形成し、炉内の粒子が干渉縞を通過することにより散乱した速度情報を含む散乱光を、測定窓１２を通して光検出部で検出し、その検出情報に基づいて制御装置１７でガス流れに追従する粒子の速度すなわち炉内のガスの流速を求める。
【００５２】
前記耐熱プローブ１４を測定窓１２の軸芯方向に移動させると（図３参照）、炉内の粒子が通過する前記干渉縞が前記軸芯方向に位置変更するので、前記軸芯方向の複数箇所のガスの流速を測定することができる。
【００５３】
前記レーザ流速計１０の測定結果に基づいて、前記制御装置１７の制御部２２で二次燃焼空気供給装置６とガス循環装置１９を制御可能に構成してある。
【００５４】
また、前記制御装置１７に記憶部２０と演算部２１を設けてある。
【００５５】
前記記憶部２０は、第１〜第６の測定窓１２ａ〜１２ｆに対応する炉内の各箇所の目標とするガスの流速、すなわち、完全燃焼させやすいガスの流速を記憶する。
【００５６】
前記演算部２１は、レーザ流速計１０で測定した各箇所のガスの流速を、各箇所の目標とするガスの流速と比較するとともに、目標とするガスの流速と異なるか否かを判別する。
【００５７】
そして、各箇所のガスの流速が、前記目標とするガスの流速と異なっていると判別すると、前記各箇所のガスの流速が、前記目標とするガスの流速になるように二次燃焼空気供給装置６とガス循環装置１９を前記制御部２２で制御するよう構成してある。
【００５８】
次に、前記制御装置１７による制御の例を説明する。
【００５９】
1)  前記第１測定窓１２ａ側では、目標とするガスの流れ方向は、ガス循環装置１９のガス抽出口２４側に向かう方向である。このガスの流れ方向を前記記憶部２０が記憶している。
【００６０】
前記レーザ流速計１０で第１測定窓１２ａ側のガスの流速を測定した結果、ガスがガス抽出口２４側を向いているのではなく、ガスの主流側を向いていたことが判別した場合、後燃焼段からの一次燃焼ガスが主流側に流れ過ぎていると判断する。
【００６１】
そして、制御部２２でガス循環装置１９の抽出ファン１１を制御して、抽出ガス量を増やし、ガスがガス抽出口２４側に向かうようにする。
【００６２】
2)  制御装置１７の記憶部２０で第２測定窓１２ｂ側の目標とするガスの流量を記憶しておく。
【００６３】
前記レーザ流速計１０で第２測定窓１２ｂ側のガスの流速が急激に増大したことを測定すると、二次燃焼空気供給装置６の複数の空気供給口２５からの二次燃焼空気の供給量を増やして、ＣＯ及びダイオキシン類の発生を防ぐ。
【００６４】
そして、前記記憶部２０で第４及び第５測定窓１２ｅ，１２ｆ側の目標とするガスの流速を記憶しておき、レーザ流速計１０で第４及び第５測定窓１２ｅ，１２ｆ側のガスの流速を測定し、複数の空気供給口２５からの二次燃焼空気の供給量の配分比を適正値に設定する。
【００６５】
3)  前記第４測定窓１２ｄ側では、目標とするガスの流れ方向は上向きの方向である。このガスの流れ方向を制御装置１７の記憶部２０が記憶している。
【００６６】
前記レーザ流速計１０で第４測定窓１２ｄ側のガスの流速を測定した結果、ガスが下側を向いていたことが判別した場合、ガス循環装置１９の第１及び第２ガス供給口２６，２７から吹き込むのガス抽出量、及びそれらの配分比を設定してガスが上側を向いて流れるようにする。
【００６７】
［別実施形態］
本発明は、上記のガス循環装置１９を設けてない焼却炉にも適用することができる。
【００６８】
前記測定窓の位置・数は上記の実施形態の例に限られるものではない。
【００６９】
前記レーザ流速計１０の数は上記の実施形態の例に限られるものではない。
【００７０】
本発明は各種ボイラ・空調設備・水処理設備等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃焼炉の縦断正面図
【図２】燃焼炉の正面図
【図３】耐熱プローブを示す図
【符号の説明】
２              炉本体
３Ａ            乾燥ストーカ
３Ｂ            燃焼ストーカ
３Ｃ            後燃焼ストーカ
６              燃焼用空気供給装置
１０              レーザ流速計
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ
測定窓
１７              制御手段
１９              ガス循環装置
【図１】
0003857527.tif 000002
【図２】
0003857527.tif 000003
【図３】
0003857527.tif 000004