JP2000297917A - 都市ごみ焼却装置及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 都市ごみの処理効率を向上させることができ
る都市ごみ焼却装置及びその運転方法を提供することを
目的とする。 【解決手段】 本発明は、ガス化炉１内で空気を供給し
ながら都市ごみ１５を部分燃焼させる都市ごみ焼却装置
において、ガス化炉１内に空気を供給する空気供給手
段、ガス化炉１内に都市ごみ１５の部分燃焼で発生する
ＣＯ量を測定するＣＯ測定計１３、ＣＯ測定計１３で測
定されたＣＯ量が最大となるように空気供給手段で供給
される空気の量を制御する制御装置１４を備える。この
場合、ガス化炉１内に空気供給手段で空気を供給しなが
ら都市ごみ１５を部分燃焼させると、ガス化炉１内にＣ
Ｏが発生し、そのＣＯ量はＣＯ測定計によって測定さ
れ、ＣＯ量が最大となるよう制御装置１４によって空気
量が調節される。その結果、都市ごみ１５の発熱量がほ
ぼ最大となり、ガス化炉１内の可燃性ガスの燃焼により
発生するガスのカロリーを有効に利用でき、都市ごみ１
５の処理効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば流動床式ガ
ス化炉などに投入される都市ごみを空気を供給しながら
部分燃焼させる都市ごみ焼却装置及びその運転方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ焼却装置は、都市ごみのガス化
などで用いられている。このような従来の都市ごみ焼却
装置の概略図を図５に示す。この都市ごみ焼却装置は、
ガス化炉１００内にその投入口１０１から焼却対象とな
る都市ごみを投入し、空気入口１０２から導入した燃焼
・流動用空気をライザー１０１ａの下方に設けた空気分
散板１０３により分散させることで、都市ごみを攪拌、
流動させて燃焼させるものである。この際に、流動を促
進するために粒径が約数１００μｍの不燃物粒子、例え
ば珪砂など、が流動媒体として用いられる。流動媒体や
焼却灰が混入した燃焼ガスは、ライザー出口１０４から
固−気分離装置１０５（例えば、サイクロン）へ送られ
て、燃焼ガスと流動媒体等の固形物が分離され、燃焼ガ
スはガスライン１０６を介して、排ガス処理系１０７に
送られる。一方、固−気分離装置１０５で分離された固
形物は、ダウンカマー１０８、戻しライン１０９を経て
ガス化炉１００に戻される。ガス化炉１００内の固形物
は抜取り装置１１０により炉外へ取り出され、灰／流動
媒体分離装置１１１により焼却灰と流動媒体が分離さ
れ、流動媒体のみがライン１１２によりガス化炉１００
に再び戻される。

【０００３】こうした都市ごみ焼却装置の運転において
は、ライザー１０１ａの温度は、タールのガス化炉内壁
への付着防止、及びメタンガス分解等の観点から、ガス
化炉１００に供給する空気の量を調節することで一定の
温度範囲（４５０〜９００℃）に制御することが行われ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の都市ごみ焼却装置の運転方法では、都市ごみの
処理効率が十分とは言えなかった。

【０００５】そこで、本発明は、上記事情に鑑み、都市
ごみの処理効率を向上させることができる都市ごみ焼却
装置及びその運転方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
従来の都市ごみ焼却装置の問題点について検討した結
果、以下のことを見出した。即ち、都市ごみの部分燃焼
により発生する一酸化炭素（以下、「ＣＯ」という）、
二酸化炭素、水素、水、メタンなどのガスは発熱量を有
しており、この発熱量は、上記ガスのうち主として一酸
化炭素又は水素の組成比によって決まる。そして、一酸
化炭素（以下、「ＣＯ」という）の流量又は濃度は、所
定の空気供給量（空気比に換算すると、０〜１の範囲
内）でピークを有し、このＣＯの流量又は濃度がピーク
となるときに都市ごみの発熱量が最も大きくなる。とこ
ろが、ガス化炉内の温度は通常、空気比が０〜１の範囲
内で空気比が大きくなるにつれて単調に増加し、空気比
が１のときにピークを示す。従って、ガス化炉内のライ
ザー温度を制御するだけの従来の運転方法では、都市ご
みの発熱量は必ずしもピークを示さず、ＣＯや水素のも
つ発熱量を有効に利用できず、結果として都市ごみの処
理効率が十分ではなくなる。

【０００７】以上のことから、本発明者らは、ＣＯの流
量又は濃度がピークを示すように空気の供給量を制御す
ることが都市ごみを焼却する上で最も効率がよく、しか
も、ＣＯの流量については赤外分析計等により連続測定
が可能であることを見出した。ここで、水素の場合も、
その流量又は濃度が最大となるときに都市ごみの発熱量
がほぼ最大となるが、水素の流量については連続測定が
困難である。

【０００８】そこで、本発明の都市ごみ焼却装置は、ガ
ス化炉内で空気を供給しながら都市ごみを部分燃焼させ
る都市ごみ焼却装置において、ガス化炉内に空気を供給
する空気供給手段と、都市ごみの部分燃焼で発生するＣ
Ｏの量を測定するＣＯ測定計と、ＣＯ測定計で測定され
たＣＯの量が最大となるように空気供給手段で供給され
る空気の供給量を制御する制御装置とを備えることを特
徴とする。

【０００９】この装置の発明によれば、ガス化炉内に空
気供給手段によって空気を供給しながら都市ごみを部分
燃焼させると、ガス化炉内にＣＯが発生する。そして、
そのＣＯの量はＣＯ測定計によって測定され、ＣＯ量が
最大となるように、制御装置によって、空気供給手段で
供給する空気の量が調節される。その結果、都市ごみの
発熱量がほぼ最大となり、ガス化炉内の可燃性ガスの燃
焼により発生するガスのカロリーを有効に利用すること
が可能となる。

【００１０】また、本発明の都市ごみ焼却装置の運転方
法は、ガス化炉内で空気を供給しながら都市ごみを部分
燃焼させる都市ごみ焼却装置の運転方法において、ガス
化炉内で都市ごみの部分燃焼で発生する一酸化炭素の量
が最大となるように空気の供給量を制御することを特徴
とする。

【００１１】この運転方法の発明によれば、ＣＯの量が
最大となるように空気の供給量が制御されると、都市ご
みの発熱量がほぼ最大となり、ガス化炉内の可燃性ガス
の燃焼により発生するガスのカロリーを有効に利用する
ことが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の都市ごみ焼却装置
の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図
中、同一又は相当する構成要素については、同一の符号
を付し、重複する説明は省略する。

【００１３】図１は、本発明の都市ごみ焼却装置の実施
形態を示す概略図である。この都市ごみ焼却装置は、縦
長で円筒形状の流動床式ガス化炉１を有し、ガス化炉１
の側面には、都市ごみ１５をガス化炉１内に導入するホ
ッパ２が取り付けられ、また、２次燃焼用空気をガス化
炉１内へ供給する２次空気口３が形成されている。ホッ
パ２の内部には、都市ごみ１５をガス化炉１内へ送り出
すフィーダ４が設けられている。また、ガス化炉１の下
部からは、燃焼・流動用空気を吹き込む空気吹込みライ
ン５が延びており、空気吹込みライン５は空気送風機６
に接続され、空気吹込みライン５には、空気送風機６か
らガス化炉１内へ供給される空気の流量を調整する流量
調整弁７が取り付けられている。なお、空気吹込みライ
ン５、空気送風機６および流量調整弁７により空気供給
手段が構成されている。

【００１４】ガス化炉１の内部には、多数の孔が開けら
れ、導入された空気を分散させる散気板８が配置され、
散気板８の上には、空気の流動を促進するために、粒径
が約数１００μｍの不燃物粒子、例えば珪砂などが流動
媒体として配置されている。ガス化炉１内の固形物は抜
取り装置９により炉外へ取り出され、図示していない灰
／流動媒体分離装置により焼却灰と流動媒体が分離さ
れ、流動媒体のみがガス化炉１に再び戻される。

【００１５】ガス化炉１の上部には、ガス化炉１内で発
生するガスを排出する煙道１０が設けられており、煙道
１０は図示していない排ガス処理装置に接続されてい
る。なお、煙道１０には、発生したガスの熱を有効利用
する熱交換器１１が設けられてもよい。

【００１６】ここで、煙道１０中の発生ガスの組成は、
ガス化炉１内のものに対応する。このガス化炉１内の発
生ガス組成は、通常ガス化炉１へ供給する空気比と図２
に示す関係がある。ただし、図２は、都市ごみ投入量が
１０ｔ／日のときの発生ガス組成と空気比との関係を示
す。図２において、空気比はガス化炉１内へ供給する空
気の量を表す。空気比ゼロは、都市ごみ１５が燃焼して
いない状態を表し、空気比１は、都市ごみ１５がほぼ完
全に燃焼した状態を表す。図２に示すように、発生する
ガスには、水素、ＣＯ、二酸化炭素、水、メタンなどが
含まれ、このうちＣＯの流量（単位はＮｍ³／時間）
は、空気比が増加すると、増加してピークに達しその後
に減少する。即ち、ＣＯの流量は、空気比が１未満の場
合に最大値を有し、空気比に対して上に凸の曲線を示
す。本発明者らは、ＣＯの流量が最大となるときに都市
ごみ１５における発熱量もほぼ最大になり、このような
状態に保持することが都市ごみ１５を焼却する上で最も
効率がよいことを見出した。ここで、水素の場合も、そ
の流量が最大となるときに都市ごみ１５の発熱量がほぼ
最大となるが、水素の流量は連続測定が困難である。

【００１７】そこで、煙道１０には、迂回ライン１２が
設けられ、迂回ライン１２にはＣＯの流量又は濃度を測
定する赤外分析計（ＣＯ測定計）１３が設けられると共
に、赤外分析計１３には、ＣＯの流量が最大となるよう
に流量調整弁７を調節しガス化炉１内へ供給する空気量
を制御する制御装置１４が接続されている。なお、赤外
分析計１３は、煙道１０に直接取り付けられてもよい。

【００１８】次に、前述した都市ごみ焼却装置の運転方
法を説明する。

【００１９】ガス化炉１内の散気板８上に予め所定量の
焼却灰を初期充填しておき、空気吹込みライン５を通じ
て燃焼用・流動用空気を吹き込む。吹き込まれた空気は
散気板８により分散され、この焼却灰をガス化炉１内で
攪拌・流動させる。

【００２０】その後、ホッパ２から一定量の都市ごみ１
５を投入すると、都市ごみ１５は焼却灰とともにガス化
炉１内を流動する。流動層が安定した時点で、図示して
いない補助バーナーを用いてガス化炉１内部を昇温す
る。所定の温度に達すると、都市ごみ１５に着火して、
ガス化が開始する。都市ごみ１５の燃焼によりガス化炉
１内部の温度が安定した時点で補助バーナーを消火す
る。ガス化炉１内部の温度をさらに上げる必要があると
きは、２次空気口３から２次空気を導入してガス化炉１
内の上部でガス化により生成されたガスを燃焼させれば
よい。

【００２１】こうして燃焼用・流動用空気が都市ごみ１
５中を上昇すると、都市ごみ１５が空気中の酸素と接触
し、都市ごみ１５の一部が燃焼する。都市ごみ１５は、
燃焼により乾燥、揮発分の発散、揮発分の分解又は燃
焼、固定炭素のガス化又は燃焼の段階を経て、灰分、固
定炭素などの固相と、水素、ＣＯ、二酸化炭素、水、窒
素、メタンなどの気相とに熱分解する。発生したガス
は、ガス化炉１から排出され、煙道１０を経て図示して
いない排ガス処理装置で処理される。このとき、煙道１
０から迂回ライン１２を通して取り込まれるガスを赤外
分析計１３で測定する。そして、赤外分析計１３で測定
したＣＯの流量が最大となるように制御装置１４によっ
て、流量調整弁７を調節し、ガス化炉１への空気の供給
量を制御する。なお、都市ごみ焼却装置は、通常、空気
比が０．２〜０．６程度の領域になるように運転され
る。

【００２２】ここで、ＣＯの流量を最大とする空気供給
量（空気比）の制御方法について図３及び図４を参照し
て説明する。図３に示すように、供給空気量を適当な量
だけ増減させ、そのときのＣＯ流量の変動を調べる。空
気供給量を増加させたときにＣＯ流量が増加した場合に
は、ＣＯの流量が増加しなくなるまで、即ちＣＯの流量
が一定になるか又は減少するまで空気の供給量を増加さ
せ、よりＣＯ流量が高くなるようにする。逆に、空気の
供給量を増加させたときにＣＯ流量が減少した場合に
は、ＣＯの流量が増加しなくなるまで空気の供給量を減
少させ、よりＣＯの流量が高くなるようにする。こうし
て、ＣＯの流量が最大になると、都市ごみ１５の発熱量
がほぼ最大となるため、ガス化炉１内の可燃性ガスの燃
焼により発生するガスのカロリーを有効に利用すること
ができ、その結果、都市ごみ１５の焼却効率が向上す
る。

【００２３】このとき、投入する都市ごみ１５の量は一
定に保ち、上記のようにしてＣＯの流量が最大となるよ
うな空気量（以下、「最適空気量」という）に設定して
おく。ここで、ＣＯの流量が許容幅以上になったとする
と、それはごみ質が変化したということを意味する。こ
のような場合でも、上述のように空気量の制御を行い、
最適空気量に設定することでＣＯの流量を最大にするこ
とができる。

【００２４】具体的に説明すると、図４に示すように、
いま、ごみ質Ｘについて点ＡにてＣＯの流量が最大にな
っているとする。ある時刻に、ごみ質がＸからＹに変化
したとすると、一酸化炭素の発生特性は、曲線Ｘから曲
線Ｙへ移る。このとき、供給する空気量は一定となって
いるので、一酸化炭素の発生量は減少し、曲線Ｘ上の点
Ａから、曲線Ｙの点Ｃに移動する。ここで、供給する空
気量をわずかに増加させるとＣＯ量は増加する。即ち、
点Ｃは、図４において、曲線Ｙのピークの左側にある。
そこで、供給する空気量を増加させ、点Ｃを点Ｄまで移
動させ、最適空気量にて都市ごみ焼却装置を運転する。

【００２５】逆に、ごみ質Ｙの点Ｄで運転を継続してい
たときに、ごみ質がＸに変化して点Ｄが曲線Ｘの点Ｂへ
移動したとする。そして、この点が曲線Ｘのピークの右
側にあることを上述した方法で確認し、供給する空気量
を減少させて、点Ｂを点Ａに移動させ、最適空気量にて
都市ごみ焼却装置を運転する。

【００２６】このように、都市ごみ焼却装置は、時々刻
々と変化する都市ごみ１５のごみ質にも確実に追従する
ことができるので、ガス化炉１内部で都市ごみ１５の発
熱量をリアルタイムでほぼ最大に保持することができ、
都市ごみ焼却装置１５の運転中、ガス化炉１内の可燃性
ガスの燃焼により発生するガスのカロリーを常時有効に
利用することができ、都市ごみ１５の処理能力を向上さ
せることができる。

【００２７】本発明は、前述した実施形態に限定される
ものではない。例えば、上述の実施形態では、ガス化炉
として、流動床式のガス化炉１が用いられているが、都
市ごみ１５を部分燃焼させるガス化炉であれば特に限定
されない。例えば、ストーカ式ガス化炉でもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の都市ごみ焼
却装置及びその運転方法によれば、空気を供給しながら
都市ごみを部分燃焼させることによりガス化炉内に発生
するＣＯの量が測定され、ＣＯ量が最大となるように供
給する空気の量が制御される。その結果、都市ごみの発
熱量がほぼ最大となり、ガス化炉内の可燃性ガスの燃焼
により発生するガスのカロリーを有効に利用することが
でき、都市ごみの処理効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の都市ごみ焼却装置の実施形態を示す概
略図である。

【図２】ガス化炉内に発生するガスの組成と、ガス化炉
内に供給するガスの量との関係の一例を示すグラフであ
る。

【図３】ガス化炉内における一酸化炭素の発生特性を示
すグラフである。

【図４】ごみ質の変化による一酸化炭素の発生特性の変
化を示すグラフである。

【図５】従来の都市ごみ焼却装置を示す概略図である。

【符号の説明】

１…ガス化炉、５…空気吹込みライン（空気供給手
段）、６…空気送風機（空気供給手段）、７…流量調整
弁（空気供給手段）、１３…赤外分析計（一酸化炭素測
定計）、１４…制御装置、１５…都市ごみ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K061 AA11 AB02 AC01 BA03 BA04 EA01 EB05 EB14 3K062 AA11 AB01 AC01 BA02 CA05 CB08 DA23 DB06 4D004 AA46 BA03 CA12 CA27 CA32 CB44 CC02 CC11 DA01 DA02 DA10 DA12

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス化炉内で空気を供給しながら都市ご
   みを部分燃焼させる都市ごみ焼却装置において、 前記ガス化炉内に空気を供給する空気供給手段と、 前記都市ごみの部分燃焼で発生する一酸化炭素の量を測
   定する一酸化炭素測定計と、 前記一酸化炭素測定計で測定された一酸化炭素の量が最
   大となるように前記空気供給手段で供給される前記空気
   の供給量を制御する制御装置と、を備えることを特徴と
   する都市ごみ焼却装置。
2. 【請求項２】 ガス化炉内で空気を供給しながら都市ご
   みを部分燃焼させる都市ごみ焼却装置の運転方法におい
   て、 前記ガス化炉内で前記都市ごみの部分燃焼で発生する一
   酸化炭素量が最大となるように前記空気の供給量を制御
   することを特徴とする都市ごみ焼却装置の運転方法。
3. 【請求項３】 前記空気の供給量を増加させたときに前
   記一酸化炭素量が増加するときには前記一酸化炭素の量
   が増加しなくなるまで前記空気の供給量を増加させ、前
   記空気の供給量を増加させたときに前記一酸化炭素量が
   減少するときには前記一酸化炭素の量が増加しなくなる
   まで前記空気の供給量を減少させることによって、前記
   一酸化炭素の量が最大となるように前記空気の供給量を
   制御することを特徴とする請求項２に記載の都市ごみ焼
   却装置の運転方法。