JP2000130719A - 焼却炉の燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゴミを焼却する焼却炉１の二次燃焼領域４か
らの煙道５に、排ガス中酸素濃度を検出する排ガス中酸
素検出手段７を設けて、検出された排ガス中酸素濃度
を、予め設定された目標酸素濃度に合致させるように、
二次空気量を制御する焼却炉において、焼却ペースを変
化させても排出一酸化炭素濃度を低く維持しながら、同
時に窒素酸化物の増大を抑制する。 【解決手段】 投入するゴミの単位時間当たりの焼却量
を二段階以上に設定する目標焼却ペース設定手段１１を
設け、排ガス中酸素検出手段７で検出する排ガス中酸素
濃度に対する二次空気量を調節する指標として目標酸素
濃度を設定する目標酸素濃度設定手段１３を、目標焼却
ペースが所定量よりも低い場合には、所定量よりも高い
目標焼却ペースに対して設定される目標酸素濃度よりも
高く設定するように構成してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼却炉の燃焼制御
装置に関し、詳しくは、ゴミを焼却する焼却炉の二次燃
焼領域からの煙道に、排ガス中酸素濃度を検出する排ガ
ス中酸素検出手段を設けて、検出する排ガス中酸素濃度
を、予め設定された目標酸素濃度に合致させるように、
前記二次燃焼領域に供給する二次空気量を制御する焼却
炉の燃焼制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、焼却炉の燃焼制御装置において
は、二次空気供給量を制御する基準は、予め設定された
一定の目標酸素濃度であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従って、上記従来の焼
却炉の燃焼制御装置においては、焼却炉の排出ガスに対
する法定基準に適合するように、予め設定された目標酸
素濃度に対する検出された排ガス中酸素濃度の偏差に応
じて二次空気供給量の制御を行うから、燃焼条件の変化
に伴って排出一酸化炭素濃度が急激に変化する場合に
は、これに伴う多量の一酸化炭素ガスの排出を防止でき
なかった。換言すれば、従来の燃焼制御においては、前
記排出一酸化炭素濃度の急変の原因を認識できておら
ず、前記目標酸素濃度を変更設定するような設定根拠を
有していなかったのである。上記排出一酸化炭素濃度の
急変の例について説明すれば、通常の処理量を維持して
目標焼却ペースを設定してある焼却炉において、焼却ペ
ースを低く変化させると、例えば図５に示すように、一
酸化炭素ガス排出量が極端に多くなる場合が挙げられ
る。図示の例は特定の焼却炉における実測結果であっ
て、図の横軸は、特定の一日の時刻であり、縦軸の左側
目盛りは排ガス中酸素濃度（Ｐo₂）（単位％）、縦軸の
右側目盛りは排ガス中一酸化炭素濃度（Ｐco）（単位ｐ
ｐｍ）である。前記特定の焼却炉は、従来の燃焼制御装
置を備えており、検出した排ガス中酸素濃度に対して一
定の目標酸素濃度を基準に、二次空気供給量をＰＩＤ制
御しているものである。図に表れているように、焼却ペ
ースの変化に対する過渡状態のみならず、静定状態にお
いても、焼却ペースを低くしてある状態では、排ガス中
一酸化炭素濃度が高くなっている。

【０００４】図５に関して具体的に説明すると、前記特
定の焼却炉において、低い目標焼却ペースを前記焼却炉
の定格負荷の８６％とし、高い焼却ペースを前記定格負
荷の１１０％とした場合に、目標酸素濃度を７％に維持
しておけば、午前８時までの低い目標焼却ペースにおい
ては、排ガス中一酸化炭素濃度が１０ｐｐｍを超えてお
り、ピーク値においては、１００ｐｐｍを超える値を検
出しているのに対して、午前８時以降の高い焼却ペース
では、午前８時から午前１０時前後までの過渡状態を除
いて、排ガス中一酸化炭素濃度は概ね５ｐｐｍ以下であ
りピーク値においても２０ｐｐｍを超えないで、満足で
きる結果を示している。また、午後１０時以降に低い焼
却ペースに再び移行すると、直ちに排ガス中一酸化炭素
濃度が高くなっている。

【０００５】従って、従来の燃焼制御装置においては、
二次空気量を前記一酸化炭素濃度の増加に伴って増量す
ることは可能であるが、初期の多量の一酸化炭素ガスの
排出を防止することはできず、一酸化炭素濃度の保証値
を低く設定してある（例えば３０ｐｐｍ）焼却炉におい
ては、この保証値を超える排出一酸化炭素量を避けるこ
とは困難であった。また、過剰の二次空気量を維持すべ
き期間を判定することが極めて困難であった。しかも、
急激に二次空気量を増加すれば、過剰な二次空気による
窒素酸化物の増加を防止することも困難であった。そこ
で、本発明の焼却炉の燃焼制御装置は、上記の問題点を
解決し、焼却ペースを変化させても排出一酸化炭素濃度
を低く維持しながら、同時に窒素酸化物の増大を抑制す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】〔特徴構成〕上記の目的
のための本発明の焼却炉の燃焼制御方法の特徴構成は、
請求項１に記載の如く、ゴミを焼却する焼却炉に投入す
るゴミの単位時間当たりの焼却量を二段階以上に設定す
る目標焼却ペース設定手段を設けると共に、二次燃焼領
域からの煙道に設けた排ガス酸素検出手段で検出する排
ガス中酸素濃度に対して二次空気量を調節する指標とし
て、目標酸素濃度を設定する目標酸素濃度設定手段を設
けて、前記目標酸素濃度設定手段を、前記目標焼却ペー
ス設定手段に設定される単位時間当たりの焼却量として
の目標焼却ペースが所定量よりも低い場合には、前記所
定量よりも高い目標焼却ペースに対して設定される目標
酸素濃度よりも高く設定するように構成してある点にあ
る。 〔作用効果〕上記第１特徴構成によれば、目標焼却ペー
スを二段階以上に設定した場合に、低く設定した目標焼
却ペースに対して、それより高い目標焼却ペースに対す
る目標酸素濃度よりも高い目標酸素濃度を設定すること
で、排ガス中窒素酸化物濃度を所定範囲内に低く維持し
ながら、排ガス中一酸化炭素濃度を所定範囲内に低く維
持できるようになる。つまり、図３に示すように、排ガ
ス中窒素酸化物濃度と排ガス中酸素濃度との間に正の相
関があり、同時に排ガス中一酸化炭素濃度と排ガス中酸
素濃度との間に負の相関がある中で、排ガス中窒素酸化
物濃度及び排ガス中一酸化炭素濃度の両者が所定範囲内
に収まる排ガス中酸素濃度の範囲が、焼却ペースの低い
場合には、図４に示すように、焼却ペースの高い場合
（図３参照）に比して高い位置にある（これは発明者等
の新たな知見である）点に着目して、前記排ガス中一酸
化炭素濃度の許容範囲内にある排ガス中酸素濃度の最小
値を目標酸素濃度とするのである。しかも、両図に見ら
れるように、排ガス中窒素酸化物濃度は、焼却ペースを
低くすれば低下する傾向にある（これも発明者等の新た
な知見である）ことから、目標酸素濃度を高く設定して
も、排ガス中窒素酸化物濃度が所定範囲から高く逸脱す
ることがないのである。その結果、焼却ペースを変化し
ても、排ガス中一酸化炭素濃度を、排ガス中窒素酸化物
濃度をも所定範囲内に低く維持しながら、低く維持する
ことができるようになる。

【０００７】

【発明の実施の形態】上記本発明の焼却炉の燃焼制御装
置の実施の形態について、以下に、ゴミ焼却設備の一例
を挙げて、図面を参照しながら説明する。図１はゴミ焼
却設備の全体構成を説明する説明図である。

【０００８】ゴミ焼却設備は、図１に示すように、ホッ
パからゴミを受け入れて炉内にゴミを供給する給塵装置
２と、その給塵装置２により供給されたゴミを搬送しな
がら乾燥・燃焼・後燃焼処理するストーカ式火床３と、
そのストーカ式火床３上で一次燃焼した燃焼ガスを二次
燃焼させる二次燃焼領域４とを形成してある焼却炉１を
備えており、前記二次燃焼領域４からの排ガスを煙突８
に導く煙道５に、前記排ガスの廃熱を回収する廃熱ボイ
ラ６と、その下流側の排ガス中酸素濃度を検出する排ガ
ス中酸素検出手段７を設けたものである。

【０００９】前記焼却炉１には、従来と同様に、前記二
次燃焼領域４に二次空気を供給する二次空気供給手段９
を設けてある。また、投入するゴミの単位時間当たりの
焼却量として目標焼却ペースを設定し、前記給塵装置２
及びストーカ式火床３のストーカ機構を制御する指標を
与える目標焼却ペース設定手段１１を設けると共に、前
記二次空気供給手段９からの二次空気量を調節する指標
としての目標酸素濃度を設定する目標酸素濃度設定手段
１３を前記燃焼制御手段１２に設けてある。この燃焼制
御手段１２は、前記目標酸素濃度を指標として、前記排
ガス中酸素検出手段７で検出する排ガス中酸素濃度の、
前記目標酸素濃度に対する偏差に基づき、前記二次空気
供給手段９からの二次空気量をＰＩＤ制御する。

【００１０】前記目標焼却ペース設定手段１１は、異な
る時間帯に対して、目標焼却ペースを二段階以上に設定
するように構成してあり、前記目標酸素濃度設定手段１
３も、前記目標焼却ペース設定手段１１に設定される目
標焼却ペースが所定量よりも低い場合には、前記所定量
よりも高く設定された目標焼却ペースに対して設定され
る目標酸素濃度よりも低く設定するように構成してあ
る。例えば、時間帯として、午前８時から午後１０時ま
での昼間時間帯と、午後１０時から翌朝８時までの夜間
時間帯とに一日を分けて、前記昼間時間帯の目標焼却ペ
ースに対して前記夜間時間帯の目標焼却ペースを低く設
定する。

【００１１】前記燃焼制御手段１２は、前記給塵装置２
を制御するゴミ供給量調節手段１４と、前記ストーカ機
構を制御する搬送速度調節手段１５と、前記ストーカ式
火床３の下方から供給する一次空気量を調節する一次空
気量調節手段１６と、前記二次空気供給手段９を制御す
る二次空気量調節手段１７とを備えて燃焼制御装置を構
成している。前記ゴミ供給量調節手段１４及び前記搬送
速度調節手段１５は、前記目標焼却ペース設定手段１１
に設定された目標焼却ペースを指標とし、前記ゴミ供給
量調節手段１４は、設定された目標焼却ペースに応じて
前記給塵装置２からのゴミ供給量（プッシャ機構であれ
ばプッシャサイクル）を決定し、前記搬送速度調節手段
１５は、前記設定された目標焼却ペースに応じて、前記
ストーカ機構のストーカサイクルを決定する。前記一次
空気量調節手段１６は、前記給塵装置２から炉内に投入
されるゴミのゴミ質及び前記目標焼却ペースに応じて、
一次空気供給手段１０から前記ストーカ式火床３の下方
から供給する一次空気量を決定し、前記二次空気量調節
手段１７は、前記ゴミ質及び前記ゴミ供給量と前記一次
空気量とから基準の二次空気供給量を決定し、前記排ガ
ス中酸素検出手段７で検出した排ガス中酸素濃度（Ｐ
o₂）の、前記目標酸素濃度設定手段１３で設定した目標
酸素濃度（Ｓo₂）に対する偏差に基づき、前記二次空気
供給量を補正して、前記二次空気供給手段９から前記二
次燃焼領域４に供給する二次空気量を決定する。

【００１２】前記目標焼却ペース設定手段１１及び前記
目標酸素濃度設定手段１３における設定並びに前記燃焼
制御手段１２による制御結果の一具体例について説明す
ると、図２に示すように、前記目標焼却ペース設定手段
１１においては、目標焼却ペースを、前記夜間時間帯に
対して、焼却炉１の定格の８６％に設定し、前記昼間時
間帯に対して、前記定格の１１０％に設定する。これに
伴って、前記目標酸素濃度設定手段１３においては、前
記昼間時間帯の目標酸素濃度を、従来通りの７％に設定
し、前記夜間時間帯の目標酸素濃度を、前記昼間時間帯
のそれよりも高く、８％に設定する。この目標酸素濃度
の設定変更は、午前８時から約１５分間の間に目標酸素
濃度を連続的に低下させ、午後１０時前後の約１５分間
の間に目標酸素濃度を連続的に増加させる。その結果、
前記排ガス中酸素検出手段７で検出された排ガス中酸素
濃度（Ｐo₂）は、目標酸素濃度（Ｓo₂）に順調に追従
し、前記排ガス中酸素検出手段７の位置で検出した排ガ
ス中一酸化炭素濃度（Ｐco）は、概ね５ｐｐｍ以下に収
まっており、前記夜間時間帯の排ガス中一酸化炭素濃度
（Ｐco）はピーク値においても、前記昼間時間帯のそれ
以下に収まるという結果が得られた。

【００１３】尚、上記昼間時間帯と夜間時間帯とに一日
の操業時間を分けたのは、上記ゴミ焼却設備に備える廃
熱ボイラ６からの蒸気により発電する発電設備の前記夜
間時間帯における内部における電力負荷が、前記昼間時
間帯に比して低いこと、及び、前記発電設備で発電する
余剰電力を電力会社等に売電する場合の電力単価が低い
ことから、前記昼間時間帯の発電量を多くし、前記夜間
時間帯の発電量を少なくすることが経済的に有利だから
である。以上説明したように、こうした条件下でも、本
発明によれば、排ガス中の有害成分を低く抑えながら、
効率的にゴミを焼却できるのである。

【００１４】因みに、上記実施形態に示した結果を得ら
れるに至った経緯を説明すれば、上述の課題の説明にお
いて説明した、焼却ペースの変化時に、排ガス中酸素濃
度（Ｐo₂）が目標酸素濃度（Ｓo₂）に可成り近く維持さ
れているにもか関わらず、前記夜間時間帯における排ガ
ス中一酸化炭素濃度（Ｐco）が極めて多く検出されてい
る状況（図５参照）を分析すると、図３及び図４に示す
ように、排ガス中窒素酸化物濃度と排ガス中酸素濃度と
の間に正の相関があり、同時に排ガス中一酸化炭素濃度
と排ガス中酸素濃度との間に負の相関がある中で、排ガ
ス中窒素酸化物濃度及び排ガス中一酸化炭素濃度の両者
が所定範囲内に収まる排ガス中酸素濃度の範囲が、焼却
ペースの低い場合には、焼却ペースの高い場合に比して
高い位置にある点が指摘できる。これは発明者等の新た
な知見である。つまり、図３（前記昼間時間帯の条件に
相当する）に示すように、焼却ペースを高くしてあれ
ば、前記排ガス中酸素検出手段７の位置で同時に検出し
た排ガス中窒素酸化物濃度（Ｐ_NOx ）が排ガス中酸素濃
度（Ｐo₂）に対して強い正の相関を示しているに対し
て、前記排ガス中酸素検出手段７の位置で同時に検出し
た排ガス中一酸化炭素濃度（Ｐco）は、前記排ガス中酸
素濃度（Ｐo₂）が７％以上であれば、極めて弱い負の相
関を示しており、前記排ガス中酸素濃度（Ｐo₂）が７％
未満の領域では、やや強い負の相関を示すと同時に、そ
の離散の程度が大きくなっている。従って、前記昼間時
間帯の条件下では、前記目標酸素濃度（Ｓo₂）を７％と
する合理的な理由を見出せる。これに対して、図４（前
記夜間時間帯の条件に相当する）に示すように、焼却ペ
ースを低くした場合には、前記排ガス中窒素酸化物濃度
（Ｐ_NOx ）及び前記排ガス中一酸化炭素濃度（Ｐco）
は、前記昼間時間帯の場合と同様の傾向を示しているも
のの、前記排ガス中一酸化炭素濃度（Ｐco）が前記極め
て弱い負の相関を示す領域が、前記排ガス中酸素濃度
（Ｐo₂）の８％以上の領域となっており、前記排ガス中
酸素濃度（Ｐo₂）が８％未満の領域では、前記負の相関
の程度が強くなると同時に、離散の程度も大きくなって
いるという事実から、前記夜間時間帯の条件下では、前
記目標酸素濃度（Ｓo₂）を８％とする合理的な理由を見
出せる。しかも、前記夜間時間帯の条件下では、前記排
ガス中窒素酸化物濃度（Ｐ_NOx ）が、前記昼間時間帯の
条件下に比して低くなる傾向を示しており、上記のよう
に、前記目標酸素濃度（Ｓo₂）を８％としても、なお前
記排ガス中窒素酸化物濃度（Ｐ_NOx ）を低く維持できる
ことを見出したのである。尚、上記目標酸素濃度の値
は、焼却炉の特性によって必ずしも一定のものではな
く、炉の設計条件に応じて設定されるものである。

【００１５】従って、ゴミ焼却設備の排出ガスの無害化
を図りながら、電力需要の高まる昼間時間帯の発電量を
高めるように目標焼却ペースを高め、電力需要の低い夜
間時間帯においては、無駄な発電を抑制するように目標
焼却ペースを低くし、有効に廃熱を回収しつつ、所定の
ゴミ焼却量を処理できるようになった。

【００１６】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。 〈１〉上記実施の形態に於いては、時間帯として、午前
８時から午後１０時までの昼間時間帯と、午後１０時か
ら翌朝８時までの夜間時間帯とに一日を分けて、夫々に
目標焼却ペースを設定し、夫々の目標焼却ペースに対し
て、目標酸素濃度を設定する例について説明したが、前
記時間帯の設定は任意であって、他の時間帯区分を用い
てもよく、また、３以上の時間帯に一日を分けてもよ
い。また、週の内の特定の曜日、或いは、一年を通じて
特定の日の目標焼却ペースを、他の日の目標焼却ペース
と異ならせてもよい。 〈２〉上記実施の形態に於いては、燃焼制御手段１２
を、給塵装置２を制御するゴミ供給量調節手段１４と、
ストーカ機構を制御する搬送速度調節手段１５と、スト
ーカ式火床３の下方から供給する一次空気量を調節する
一次空気量調節手段１６と、二次空気供給手段９を制御
する二次空気量調節手段１７とを備えて燃焼制御装置を
構成している例について説明したが、前記燃焼制御手段
１２の構成は任意であって、異なる目標焼却ペースを設
定でき、その異なる目標焼却ペースに対して異なる目標
酸素濃度を設定できる構成であればよい。 〈３〉上記実施の形態に於いては、目標焼却ペースを焼
却炉の定格に対する比で設定する例について説明した
が、設定の基準は他のものであってもよく、所定の焼却
ペースを定めてあればよい。また、異なる目標焼却ぺ−
すを三段階以上に設定してもよく、その内の一段階の
み、或いは一部の段階について目標酸素濃度を異ならせ
るように設定してもよく、その目標酸素濃度を、三段階
以上に設定してもよい。要するに、操業条件と、炉の特
性との関係において、目標焼却ペースに対して、その焼
却ペースに適正な排ガス中酸素濃度を求めて、これを目
標酸素濃度とすればよいのである。 〈４〉上記実施の形態においては、一方の目標酸素濃度
を７％とし、他方の目標酸素濃度を８％とした例につい
て説明したが、この値は、炉の特性及び操業条件に応じ
たものであればよく、上記両目標酸素濃度の値に限るも
のではない。 〈５〉上記実施の形態に於いては、ストーカ式火床３を
備えるゴミ焼却炉の例について説明したが、焼却炉１の
火床形式は、固定床等他のものであってもよく、また、
回転炉等の火床を備えないものであってもよく、二次燃
焼領域４を備える炉であれば、本発明は適用可能であ
る。また、ストーカ式火床を備える場合においても、図
１に示した多段構成のストーカ機構を備えるストーカ火
床３に限らず、単段のストーカ機構を備えるものであっ
てもよく、その段数は問わない。 〈６〉上記実施の形態に於いては、廃熱ボイラ６を備え
るゴミ焼却設備の例について説明したが、本発明は、廃
熱ボイラを備える焼却炉のみを対象とするものではな
く、廃熱ボイラを備えない設備であっても、焼却ペース
が変動する焼却炉には本発明が効果を発揮する。 〈７〉上記実施の形態に於いては、二次空気供給手段９
からの二次空気量をＰＩＤ制御する例について説明した
が、二次空気量の制御方法は問わない。目標酸素濃度
を、焼却ペースに応じて変更するようにしてあればよ
い。 〈８〉上記実施の形態においては、給塵装置２として図
１ではプッシャ機構を示したが、前記給塵装置２が他の
形式のものであってもよく、例えばスクリューフィーダ
や、その他のゴミを炉内に投入する手段を備えた焼却炉
であっても本発明は適用可能である。

【００１７】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃焼制御装置を備えるゴミ焼却設
備の例の構成説明図

【図２】本発明の作用並びに効果を説明する線図

【図３】排ガスの組成の挙動を説明する散布図

【図４】排ガスの組成の挙動を説明する散布図

【図５】従来の排ガス組成を説明する線図

【符号の説明】

１ 焼却炉 ４ 二次燃焼領域 ５ 煙道 ７ 排ガス中酸素検出手段 １１ 目標焼却ペース設定手段 １３ 目標酸素濃度設定手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ゴミを焼却する焼却炉（１）の二次燃焼
   領域（４）からの煙道（５）に、排ガス中酸素濃度を検
   出する排ガス中酸素検出手段（７）を設けて、検出され
   た排ガス中酸素濃度を、予め設定された目標酸素濃度に
   合致させるように、前記二次燃焼領域（４）に供給する
   二次空気量を制御する焼却炉の燃焼制御装置であって、 投入するゴミの単位時間当たりの焼却量を二段階以上に
   設定する目標焼却ペース設定手段（１１）を設けると共
   に、前記排ガス中酸素検出手段（７）で検出する排ガス
   中酸素濃度に対する二次空気量を調節するための指標と
   して目標酸素濃度を設定する目標酸素濃度設定手段（１
   ３）を設けて、 前記目標酸素濃度設定手段（１３）を、前記目標焼却ペ
   ース設定手段（１１）に設定される単位時間当たりの焼
   却量としての目標焼却ペースが所定量よりも低い場合に
   は、前記所定量よりも高い目標焼却ペースに対して設定
   される目標酸素濃度よりも高く設定するように構成して
   ある焼却炉の燃焼制御装置。