JP2000121025A - 流動床焼却炉の燃焼制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被燃焼物の性状にかかわらず、排ガス中の有
害物質の排出量を抑制することができる流動床焼却炉の
燃焼制御方法を提供する。 【解決手段】 本方法では、排ガス出口２からの排ガス
中の酸素濃度に基づいて、流動層３の下部に形成された
風箱４に供給する一次空気と、流動層３の上部に形成さ
れたフリーボード５に供給する二次空気との総燃焼用空
気量を補正しつつ、一次空気と二次空気との空気配分
比、および、流動層３に供給する補助燃料量を制御する
に際し、流動床温度に基づいて空気配分比を制御すると
ともに、フリーボード温度に基づいて補助燃料量を制御
するため、被燃焼物の性状にかかわらず、排ガス中の有
害物質の排出量を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流動床焼却炉の燃
焼制御方法に関するものであり、特に下水汚泥等の比較
的発熱量の低い被燃焼物を燃焼する流動床焼却炉の燃焼
制御方法に好適である。

【０００２】

【従来の技術】下水汚泥等の比較的発熱量の低い被燃焼
物を効率よく燃焼させる焼却装置としては、流動床焼却
炉が広く用いられている。一般的な流動床焼却炉では、
炉内に投入された被燃焼物を解砕・ガス化させるための
流動層と、この流動層の上部に形成され発生したガスを
燃焼させる燃焼室であるフリーボードを備えている。そ
して、例えば流動層に風箱からノズルを介して流動・燃
焼用空気を吹き込んで、流動層を構成する砂等の流動媒
体を流動させ、流動媒体の流動とその優れた伝熱特性と
を利用して被焼却物を解砕・ガス化させるとともに、発
生したガスをフリーボードで燃焼させて排ガス出口から
排出するようになっている。なお、下水汚泥は比較的発
熱量が低いので、炉内温度維持のために補助燃料を供給
する場合が多い。このような流動床焼却炉の排ガス中に
は、種々の有害ガス、例えば一酸化炭素（ＣＯ），アン
モニア（ＮＨ３），シアン（ＨＣＮ），亜酸化窒素（Ｎ
２Ｏ）等の未燃焼ガスや、窒素酸化物（ＮＯｘ）が含ま
れているので、できる限りこのような有害ガスの排出量
を減少させる必要がある。このため、例えば特開平１０
−２３２０１４号公報に開示された従来の流動床焼却炉
では、以下のような工夫が施されている。

【０００３】図３に示すように、この従来の流動床焼却
炉５１では、炉上部の投入口５２から投入された汚泥ケ
ーキ等の被燃焼物を燃焼する際、炉出口５３からの排気
ガス中の酸素濃度が予め設定された濃度になるように流
動層５４の下部の風箱５５に供給する一次空気と流動層
５４の上部に形成されたフリーボード５６に供給する二
次空気との総燃焼用空気量を補正しつつ、一次空気と二
次空気との空気配分比、および、流動層５４に供給する
補助燃料量を制御している。具体的には、フリーボード
５６の温度が予め設定された温度よりも低い場合は、一
次空気量が少なくかつ二次空気量が多くなるように空気
配分比を補正し、それでも設定温度まで上昇しない場合
には、フリーボード５６に設定した再燃バーナ５７に補
助燃料を供給するように構成されている。また、流動層
５４の温度は予め設定された温度になるように流動層５
４に重油等の補助燃料を供給するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的な流
動床焼却炉においては、有害物質であるＣＯ等の未燃焼
ガスやＮＯｘの排出量を抑制するためには、排ガス中の
酸素濃度を適正な濃度に維持するとともに、フリーボー
ドの温度を８５０℃程度に維持しかつ流動層の温度を７
５０〜８００℃程度に維持する必要がある。

【０００５】上記従来の流動床焼却炉５１では、総燃焼
用空気量を補正することにより、排ガス中の酸素濃度を
適正範囲に維持し、一次空気と二次空気との空気配分
比、および、フリーボード用の再燃バーナ５７に供給さ
れる補助燃料量の制御によって、フリーボード５６の温
度を８５０℃程度に維持することができるため、ＣＯ等
の未燃焼ガスの発生は抑えることができた。しかし、上
記従来の流動床焼却炉５１では、被焼却物の発熱量が通
常よりも高い場合、次のような問題がある。すなわち、
流動層５４に供給する補助燃料の増減によってのみ流動
層５４の温度を制御しているため、被焼却物が補助燃料
を供給しなくても流動層５４の温度が設定温度以上とな
るような高い発熱量を有するものである場合、流動層５
４の温度は制御不可能となる。また、こうした状況下で
は、フリーボード５６の温度が予め設定された温度以上
になった場合には一次空気量が増加し、それに伴い、流
動層５４内での被燃焼物の燃焼率が増加することにより
流動層５４の温度が８００℃以上に上昇し、ＮＯｘが発
生し易くなる。

【０００６】本発明は、このような従来の技術における
課題を解決するために、被燃焼物の性状にかかわらず、
流動層温度とフリーボード温度の双方を適正に制御し
て、排ガス中の有害物質であるＣＯ等の未燃焼ガスのみ
ならず、ＮＯｘの排出量をも抑制することができる流動
床焼却炉の燃焼制御方法を提供することを目的とするも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は，炉出口からの排ガス中の酸素濃度に基づい
て流動層下部に供給する一次空気と流動層上部に形成さ
れたフリーボードに供給する二次空気との総燃焼用空気
量を補正しつつ、一次空気と二次空気との空気配分比、
および、流動層に供給する補助燃料量を制御する流動床
焼却炉の燃焼制御方法において、流動層温度に基づいて
上記空気配分比を制御するとともに、フリーボード温度
に基づいて上記補助燃料量を制御することを特徴とする
流動床焼却炉の燃焼制御方法として構成されている。

【０００８】このような構成によれば、総燃焼用空気量
が補正されることにより、排ガス中の酸素濃度が適正範
囲に維持され、流動層温度に基づいて空気配分比が制御
されるため、被焼却物の発熱量が通常よりも高い場合で
も、流動層温度は制御可能であり、流動層内での被燃焼
物の燃焼率の増加を抑えてＮＯｘの発生を阻止すること
ができる。これと同時に、フリーボード温度に基づいて
上記補助燃料量が制御されるため、被焼却物の発熱量が
通常よりも低い場合でも、フリーボード温度を適正範囲
に維持して、ＣＯ等の未燃焼ガスの発生をも抑えること
ができる。その結果、被燃焼物の性状にかかわらず、流
動層温度とフリーボード温度の双方を適正に制御して、
排ガス中の有害物質であるＣＯ等の未燃焼ガスのみなら
ず、ＮＯｘの排出量をも抑制することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であ
って、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではな
い。ここに、図１は本発明の実施の形態に係る流動床焼
却炉の燃焼制御方法を適用可能な装置の制御系統図、図
２は一次空気比と流動層温度との関係を示す説明図であ
る。

【００１０】図１に示すように、実施の形態に係る流動
床焼却炉１の燃焼制御方法（以下、「本方法」とい
う。）は、炉上部の投入口２ａから投入された汚泥ケー
キ等の被燃焼物を燃焼する際、排ガス出口２からの排ガ
ス中の酸素濃度に基づいて、流動層３の下部に形成され
た風箱４に供給する一次空気と、流動層３の上部に形成
されたフリーボード５に供給する二次空気との総燃焼用
空気量を補正しつつ、一次空気と二次空気との空気配分
比、および、流動層３に供給する補助燃料量を制御する
点では従来例と同様である。しかし、本方法では、流動
層温度に基づいて空気配分比を制御するとともに、フリ
ーボード温度に基づいて補助燃料量を制御する点で従来
例と異なる。本方法は、例えば以下のような装置構成に
よって具現化される。

【００１１】図１に示すように、流動床焼却炉１は、上
記したような排ガス出口２，流動層３，風箱４，フリー
ボード５等からなっている。このうち、風箱４には、流
動・燃焼用空気を供給する一次空気供給管６が連通して
いる。風箱４の上部に形成された流動層３には、重油等
の補助燃料の供給量を制御する補助燃料調節弁７が介装
された補助燃料供給管８が連通している。流動層３の上
部に形成されたフリーボード５には、二次空気量を制御
する二次空気流量調節弁９が介装された二次空気供給管
１０が連通しており、流動層３において解砕・ガス化さ
れた被焼却物をここで燃焼させる。フリーボード５の上
部において開口された排ガス出口２には、排ガスを炉外
へ排出するための排ガスダクト１１が連通している。

【００１２】排ガスダクト１１から排出される排ガス
は、例えば空気供給ダクト１２を介して風箱４とフリー
ボード５に供給される燃焼用空気を加熱する図に記載し
ていない空気予熱器，集塵装置等を経由して煙突から大
気中に放出させるようになっている。また、風箱４に連
通する一次空気供給管６とフリーボード５に連通する二
次空気供給管１０には、燃焼空気量調節弁１３とブロワ
１４が介装された空気供給ダクト１２から燃焼用空気
（一次空気および二次空気）が供給されるようになって
いる。なお、二次空気は、上記したような空気予熱器等
により予熱したものを用いるのが望ましい。これは、下
水汚泥等の被燃焼物では、流動層３にて発生するガスの
発熱量が低いため、常温の二次空気を吹き込むとフリー
ボード５の温度低下を引き起こすが、高温空気を用いる
ことにより、この温度低下を防止するとともに、空気の
膨張によって吹き込み流速を上昇させ、炉内のガスの混
合能力を高めることが可能となるからである。また、一
次空気も予熱したものを用いるのが、熱効率や排熱利用
の点から望ましい。

【００１３】この流動床焼却炉１まわりの温度制御系
は、図１に示すように、総燃焼用空気量を補正するため
の燃焼空気流量調節計１５，フリーボード温度に基づい
て補助燃料量を制御するためのフリーボード温度調節計
１６，流動層温度に基づいて空気配分比を設定するため
の空気配分比設定器１７，空気配分比の設定値に基づい
て二次空気流量を制御するための二次空気流量調節計１
８等の各種調節器等からなっている。そして、この温度
制御系は、以下のように動作することにより、本方法を
実行する。すなわち、燃焼空気流量調節計１５には、一
次空気供給管６と二次空気供給管１０に燃焼用空気を供
給する空気供給ダクト１２の総燃焼用空気量を検出する
燃焼空気流量検出器１９からの総燃焼用空気量と、排ガ
スダクト１１の排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度
計２０からの酸素濃度とが入力される。これらの総燃焼
用空気量と酸素濃度とが入力された燃焼空気流量調節計
１５は、排ガス中の酸素濃度が予め設定された濃度範囲
（乾ベースで５〜６％程度）になるように燃焼空気量調
節弁１３の開度を制御する。

【００１４】フリーボード温度調節計１６には、フリー
ボード５の温度を検出するフリーボード温度計２１から
のフリーボード温度が入力される。フリーボード温度が
入力されたフリーボード温度調節計１６は、このフリー
ボード温度が予め設定された温度になるように補助燃料
調節弁７の開度を制御する。なお、補助燃料調節弁７は
被燃焼物の発熱量が低く、フリーボード温度が予め設定
された温度に達しない場合には、フリーボード温度に応
じて開弁されて流動層３に補助燃料を供給するが、この
逆に被燃焼物の発熱量が高く、フリーボード温度が予め
設定された温度以上になる場合には、閉弁されて流動層
３への補助燃料の供給を停止させ、その状態を維持す
る。

【００１５】さらに、空気配分比設定器１７は、流動層
温度計２２により検出された流動層温度と燃焼空気流量
検出器１９からの総燃焼用空気量とに基づいて総燃焼用
空気のうちの流動層３に供給すべき一次空気量とフリー
ボード５に供給すべき二次空気量の空気配分比を設定
し、かつ、その空気配分比に応じた二次空気量の設定値
を出力する。二次空気流量調節計１８には、空気配分比
設定器１７からの二次空気流量設定値と、二次空気供給
管１０の二次空気量を検出する二次空気流量検出器２３
からの二次空気量が入力される。これらの二次空気流量
設定値と二次空気量とが入力された二次空気流量調節計
１８は、二次空気量が空気配分比設定器１７により設定
された二次空気流量設定値になるように二次空気流量調
節弁９の開度を制御する。空気配分比設定器１７は、流
動層温度に基づいて空気供給ダクト１２から供給される
総燃焼用空気に対する一次空気と二次空気の空気配分比
を設定するものである。すなわち、この空気配分比設定
器１７は、流動層温度が予め設定された温度に達してい
ない場合には、この流動層温度に応じて一次空気量が多
くかつ二次空気量が少なくなるように空気配分比を設定
し、予め設定された温度以上の場合には、一次空気量が
少なくかつ二次空気量が多くなるように空気配分比を設
定する。

【００１６】ところで、ＣＯ等の有害な未燃焼ガスの発
生を抑制するためには、排ガス中の酸素濃度を乾ベース
で５〜６％程度、すなわち、総燃焼用空気量の理論空気
量に対する空気比で１．３〜１．４程度の適正範囲に維
持し続けるとともに、流動層温度を７５０℃程度以上で
かつフリーボード温度を８５０℃程度に維持することが
必要である。また、ＮＯｘの発生を抑制するためには流
動層温度を８００℃程度以下に維持することが必要であ
る。ただし、空気比で１．３〜１．４に相当する燃焼用
空気をすべて一次空気として風箱４に供給したのでは、
たとえＣＯ等の未燃焼ガスの発生を抑制できたとして
も、流動層温度が８００℃以上になってしまうためＮＯ
ｘの発生を抑制することが困難となる。また、被燃焼物
の発熱量が高い場合は、一次空気量の理論空気量に対す
る一次空気比が１．２程度であっても流動層温度が８０
０℃以上となり、ＮＯｘの発生を抑制しにくくなる。

【００１７】図２は一次空気比と流動層温度との関係を
示しているが、同図によれば流動層温度は一次空気比が
約１．３で最高となり、その前後では低くなる。これは
１．３以下では流動層３での被燃焼物の燃焼率が抑制さ
れたためで、１．３以上では余剰空気によって冷却され
たためであり、このことは一次空気比を制御することに
より流動層温度を制御し得ることを示している。なお、
二次空気量の理論空気量に対する二次空気比は、上記空
気比から一次空気比を差し引いた値となるので、この二
次空気比を制御することによっても流動層温度を制御し
得ることはいうまでもない。一方、フリーボード温度は
総空気量を一定に保った場合、一次空気比にかかわら
ず、ほぼ一定であることが分かっている。これにより、
流動層３にて発生する未燃ガスがフリーボード５での二
次空気の吹き込みによって十分燃焼できることが分か
る。そこで、燃焼用空気を流動層温度が約７５０〜８０
０℃になるように空気配分比設定器１７により空気配分
比を設定し、この設定値に基づいて二次空気流量調節計
１８によって二次空気流量調節弁９の開度を制御し、二
次空気供給管１０を介してフリーボード５に二次空気を
分配供給する。図２に示した一次空気比と流動層温度と
の関係は、被焼却物の性状および補助燃料の供給量によ
り多少数値が変わるものではあるが、その変化の前後で
も上記したような傾向は維持されるので、被焼却物の発
熱量にかかわらず流動層温度は７５０〜８００℃程度を
維持することができるようになる。したがって、ＮＯｘ
の発生を十分に抑制することができる。

【００１８】もちろん、一次空気のみで流動層３を構成
する流動媒体を安定的に流動させる必要があるので、一
次空気量は流動層３における見かけのガス流速である空
塔速度（Ｕ０）と、流動層３を構成する流動媒体が流動
を開始する速度である流動化開始速度（Ｕｍｆ）との比
（Ｕ０／Ｕｍｆ）が２程度以上でかつ５程度以下となる
ような範囲で増減される。なお、流動化開始速度（Ｕｍ
ｆ）は流動層３を構成する流動媒体の性状によって変化
するものである。

【００１９】また、フリーボード温度の上限値は、炉壁
の健全性を維持するため１０００℃程度に抑えるのが望
ましい。よって、フリーボード温度が８２０〜１０００
℃程度の適正範囲に維持されるように流動層３に補助燃
料が供給される。ここで、二次空気が吹き込まれると、
ガスと空気が高温で十分に混合されるため、効率よく燃
焼が進行する。したがって、ＣＯ等の有害な未燃焼ガス
の発生も抑制することができる。また、酸素濃度計２０
により検出される排ガス中の酸素濃度が一定に維持され
るように燃焼空気流量調節計１５により燃焼空気流量調
節弁１３の開度を制御する。

【００２０】以上により、本方法では、被燃焼物の性状
や、補助燃料の供給量によって理論空気量が変化した場
合でも、流動床焼却炉に供給される総燃焼用空気の空気
配分比は一定に維持されるので、酸素不足による未燃焼
ガスの発生、および、余剰空気の供給による炉内温度の
低下を防止することができる。また、流動層温度に基づ
いて一次空気と二次空気との空気配分比が制御されるた
め、被焼却物の発熱量が通常よりも高い場合でも、流動
層温度は制御可能であり、流動層内での被燃焼物の燃焼
率の増加を抑えてＮＯｘの発生を阻止することができ
る。これと同時に、フリーボード温度に基づいて補助燃
料量が制御されるため、被焼却物の発熱量が通常よりも
低い場合でも、フリーボード温度を適正範囲に維持し
て、ＣＯ等の未燃焼ガスの発生をも抑えることができ
る。その結果、被燃焼物の性状にかかわらず、流動層温
度とフリーボード温度の双方を適正に制御して、排ガス
中の有害物質であるＣＯ等の未燃焼ガスのみならず、Ｎ
Ｏｘの排出量をも抑制することができる。さらに、従来
例におけるようなフリーボード用の再燃バーナを設置す
る必要がないので、コストダウンを図ることもできる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
被燃焼物の性状にかかわらず、流動層温度およびフリー
ボード温度の双方を適正に制御することができる。これ
により、有害物質であるＣＯ等の未燃焼ガスの発生を抑
制することができるのみならず、ＮＯｘの発生をも抑制
することができる。また，従来例におけるようなフリー
ボード用の再燃バーナを設置する必要がないので、コス
トダウンを図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る流動床焼却炉の燃焼
制御方法を適用可能な装置の制御系統図である。

【図２】一次空気比と流動層温度との関係を示す説明図
である。

【図３】従来の流動床焼却炉の燃焼制御方法を適用可能
な装置の制御系統図である。

【符号の説明】

１ 流動床焼却炉 ２ 排ガス出口 ３ 流動層 ４ 風箱 ５ フリーボード １５ 燃焼空気流量調節計 １６ フリーボード温度調節計 １７ 空気配分比設定器 １８ 二次空気流量調節計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 博司 神戸市中央区脇浜町１丁目３番18号 株式 会社神戸製鋼所神戸本社内 (72)発明者 鳥居 寛章 神戸市中央区脇浜町１丁目３番18号 株式 会社神戸製鋼所神戸本社内 Ｆターム(参考） 3K062 AA11 AC02 BA02 BB02 CA01 CB05 CB06 CB08 DA01 DA22 DB08 DB09 DB12

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉出口からの排ガス中の酸素濃度に基づ
   いて流動層下部に供給する一次空気と流動層上部に形成
   されたフリーボードに供給する二次空気との総燃焼用空
   気量を補正しつつ、一次空気と二次空気との空気配分
   比、および、流動層に供給する補助燃料量を制御する流
   動床焼却炉の燃焼制御方法において、 流動層温度に基づいて上記空気配分比を制御するととも
   に、フリーボード温度に基づいて上記補助燃料量を制御
   することを特徴とする流動床焼却炉の燃焼制御方法。
2. 【請求項２】 上記流動層温度が設定温度よりも低い場
   合は、一次空気量が多くかつ二次空気量が少なくなるよ
   うに上記空気配分比を制御し、上記流動層温度が設定温
   度よりも高い場合は、一次空気量が少なくかつ二次空気
   量が多くなるように上記空気配分比を制御してなること
   を特徴とする請求項１記載の流動床焼却炉の燃焼制御方
   法。
3. 【請求項３】 上記フリーボード温度が設定温度よりも
   低い場合は、上記補助燃料を供給し、上記フリーボード
   温度が設定温度よりも高い場合は、上記補助燃料の供給
   を停止してなることを特徴とする請求項１または２記載
   の流動床焼却炉の燃焼制御方法。
4. 【請求項４】 上記流動層温度に対する設定温度が約７
   ５０℃〜約８００℃である請求項３記載の流動床焼却炉
   の燃焼制御方法。
5. 【請求項５】 上記フリーボード温度に対する設定温度
   が約８２０℃〜約１０００℃である請求項３または４記
   載の流動床焼却炉の燃焼制御方法。