JP2003165982A

JP2003165982A - ガス化炉の運転制御装置

Info

Publication number: JP2003165982A
Application number: JP2001364804A
Authority: JP
Inventors: Chigiri Nemoto; 契根本
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2003-06-10

Abstract

(57)【要約】【課題】ごみ等の可燃物の性状・形状が不均一であっ
ても、容易にガス化温度及び流動床の高さを一定とする
制御を実現し、省人化を図りつつ操業の安定化を図る。【解決手段】ガス化温度検出手段１２でガス化炉１の
ガス化温度を検出し、流動床高検出手段１３で流動床３
の高さを検出して、制御手段１４が、これらのガス化温
度及び流動床の高さを監視しながら、ガス化温度及び流
動床の高さが設定値になるように、ガス化温度及び流動
床の高さに影響を与える必須の３要素としての可燃物供
給装置１０によるごみ等の可燃物の供給量、炉底灰排出
装置１１による炉底灰の排出量及び流量制御バルブ８に
よるガス化空気の供給量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流動床を備えごみ
等の可燃物を熱分解してガス化するガス化炉の運転制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流動床を備えた都市ごみ等の可燃物を熱
分解してガス化するガス化炉が知られている。このガス
化炉を安定して操業するには、当該ガス化炉のガス化温
度、流動床の高さを一定に制御しながら運転することが
必要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、炉内に供給さ
れる都市ごみ等の可燃物は、性状・形状が不均一なた
め、ガス化温度及び流動床の高さが大きく変動し、排出
される可燃性ガスの性状が不安定となる。従って、ガス
化温度及び流動床の高さを一定とすべく、ガス化温度及
び流動床の高さを変動させる要素を制御することが必要
となるが、一要素の制御だけでは不十分である。そこ
で、各種要素を制御することになるが、その要素として
何を用いれば確実にガス化温度及び流動床の高さを一定
にし得るかは、各種要素がガス化温度及び流動床の高さ
に対して相互に関連し影響を与えることから明らかでな
く、その制御は難しい。

【０００４】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、ガス化温度及び流動床の高さを
一定とする制御を可能とし、省人化を図りつつ操業の安
定化を図るガス化炉の運転制御装置を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前述したガ
ス化炉の運転制御の問題点について検討した結果、ごみ
等の可燃物の供給量、熱分解ガス化により生じる炉底灰
の排出量、燃焼を実施するガス化空気の供給量が、ガス
化温度及び流動床の高さに対して相互に関連し影響を与
えるので、ガス化温度及び流動床の高さに基づいてこれ
ら必須の３要素を制御すれば、ガス化温度及び流動床の
高さを一定とし得ることを見出した。

【０００６】そこで、本発明のガス化炉の運転制御装置
は、流動床を備え、炉内にガス化空気を導入して炉内に
供給される可燃物を熱分解してガス化し、このガス化で
生成された炉底灰を排出するガス化炉の運転を制御する
装置であって、ガス化炉のガス化温度を検出するガス化
温度検出手段と、流動床の高さを検出する流動床高検出
手段と、これらのガス化温度検出手段及び流動床高検出
手段の検出結果に基づいて、ガス化温度及び流動床の高
さが設定値になるように、可燃物の供給量、炉底灰の排
出量及びガス化空気の供給量を制御する制御手段とを備
えることを特徴としている。

【０００７】このようなガス化炉の運転制御装置によれ
ば、可燃物の供給量、炉底灰の排出量、ガス化空気の供
給量というガス化温度及び流動床の高さに影響を与える
必須の３要素が用いられ、ガス化温度及び流動床の高さ
の測定結果に基づいて、当該ガス化温度、流動床の高さ
が設定値となるように、これら必須の３要素を制御する
ため、ごみ等の可燃物の性状・形状が不均一であって
も、ガス化温度及び流動床の高さを一定とする制御が実
現される。

【０００８】ここで、制御手段は、ガス化温度または流
動床の高さの何れか一方が設定値になるように、可燃物
の供給量、炉底灰の排出量、ガス化空気の供給量の何れ
か一つ若しくは二つを制御し、この制御で変動するガス
化温度または流動床の高さの他方が設定値になるよう
に、可燃物の供給量、炉底灰の排出量、ガス化空気の供
給量の残りを制御し、これを繰り返すことが好ましい。
このような制御手段を採用することで、上記発明が効果
的に実施される。

【０００９】また、制御手段は、ガス化温度または流動
床の高さの何れか一方が設定値になるように、可燃物の
供給量、前記炉底灰の排出量、ガス化空気の供給量の何
れか一つ若しくは二つを制御するとともに、この制御で
変動するガス化温度または流動床の高さの他方の変化を
予測して当該他方の値が設定値になるように、可燃物の
供給量、炉底灰の排出量、ガス化空気の供給量の残りを
制御してもよい。

【００１０】このような制御手段を採用することで、上
記発明が効果的に実施されるとともに、３つの要素を制
御する間にガス化温度や流動床の高さを検出する必要が
無く迅速な制御が可能とされる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガス化炉の運
転制御装置の好適な実施形態について添付図面を参照し
ながら説明する。図１は、本発明による運転制御装置を
備えるガス化炉を示す概略構成図であり、本実施形態の
ガス化炉１は、都市ごみ等の可燃物の熱分解ガス化溶融
システムに採用される。

【００１２】このガス化炉１は、縦長の略円筒形状を成
し底部に向かって先細とされた炉２と、炉２に接続され
た固気分離用のサイクロン３０とを具備しており、この
炉内を燃焼室とし、炉内下部に、都市ごみ等（可燃物）
の熱分解を主とする流動床３を備えると共に、炉内上部
に、熱分解されたガスの改質を行う所謂フリーボード
（上部空間）４を備え、炉内に供給される都市ごみ等
を、所定の圧力下で温度約９００°Ｃにて熱分解してガ
ス化し、この熱分解ガス化で生じる熱分解ガスと飛灰と
をサイクロン３０に導入して分離し、熱分解ガスをサイ
クロン上部のガス排出口５から排出して後段に供給する
一方、飛灰をサイクロン３０の底部から炉内下部に戻
し、さらに、熱分解ガス化で同時に生じる炉底灰を炉２
の底部から排出する構成に成されている。また、炉内温
度はごみの部分燃焼によって保たれており、バーナなど
による補助燃焼の必要はない。

【００１３】炉２には、流動床３の流動化に寄与する流
動化空気を当該流動床３に供給する流動化空気供給ライ
ン６が接続されると共に、部分燃焼ガス化に寄与するガ
ス化空気をフリーボード４に供給するガス化空気供給ラ
イン７が接続されている。このガス化空気供給ライン７
は、ガス化空気供給量を調整する流量制御バルブ８を備
え、一方、流動化空気供給ライン６では、流動化空気供
給量は一定量とされている。

【００１４】また、炉２に対しては、ホッパ９に投入さ
れる都市ごみ等を炉内に供給するごみ供給装置１０が配
設されると共に、炉底から炉底灰を排出する炉底灰排出
装置１１が配設されている。これらのごみ供給装置１０
及び炉底灰排出装置１１は、例えばスクリューフィーダ
等で構成され、各々の駆動モータＭ１，Ｍ２を駆動する
ことで被搬送物を搬送し、駆動モータＭ１，Ｍ２の駆動
速度を変えることで搬送速度を変えて搬送量を調整す
る。

【００１５】また、フリーボード４には、当該フリーボ
ード４の温度をガス化温度として検出する温度センサ
（ガス化温度検出手段）１２が設置されていると共に、
当該フリーボード４の圧力を検出する圧力センサ（流動
床高検出手段）１３が設置されている。

【００１６】さらに、ガス化炉１は、上記温度センサ１
２、圧力センサ１３の各出力に応答して、ガス化温度及
び流動床の高さを予め設定されている設定値と一致する
ように、流量制御バルブ８、駆動モータＭ１，Ｍ２を制
御する制御手段（ＣＰＵ）１４を備えると共に、ガス化
温度設定値、流動床高設定値等の情報を記憶するＲＡＭ
１５及び制御手段１４の処理手順をプログラムの形で格
納するＲＯＭ１６を備えている。なお、制御手段１４
は、圧力センサ１３で検出される圧力によって、データ
テーブル等を利用して流動床の高さを検知する。

【００１７】次に、ＲＯＭ１６に書き込まれているプロ
グラムに従い実行される制御手段１４の第１の構成の処
理手順について、図２に示すフロー図を参照しながら説
明する。この処理手順は、ごみ供給装置１０によるごみ
供給、炉底灰排出装置１１による炉底灰排出、ガス化空
気供給ライン７を介してのガス化空気供給によりガス化
が開始された時点でスタートする。

【００１８】先ず、ステップ１（Ｓ１）で、ガス化温度
≠ガス化温度設定値を判定し、ガス化温度≠ガス化温度
設定値の場合には、ステップ２で、ガス化温度をガス化
温度設定値と比較し、ガス化温度＞ガス化温度設定値の
場合には、ステップ３で、ごみ供給装置１０の駆動モー
タＭ１を制御して搬送速度を上げごみ供給量を増加させ
る。このごみ供給量の増加で流動床の高さが上がるた
め、ステップ４では、炉底灰排出装置１１の駆動モータ
Ｍ２を制御して搬送速度を上げ炉底灰排出量を増加させ
る。この炉底灰排出量の増加で流動床の高さが流動床高
設定値に向かうため、ステップ５では、流動床の高さ＝
流動床高設定値になるのを待ち、流動床の高さ＝流動床
高設定値となったら、ステップ９に進む。

【００１９】一方、ステップ２で、ガス化温度＜ガス化
温度設定値の場合には、ステップ６で、ごみ供給装置１
０の駆動モータＭ１を制御して搬送速度を下げごみ供給
量を減少させる。このごみ供給量の減少で流動床の高さ
が下がるため、ステップ７では、炉底灰排出装置１１の
駆動モータＭ２を制御して搬送速度を下げ炉底灰排出量
を減少させる。この炉底灰排出量の減少で流動床の高さ
が流動床高設定値に向かうため、ステップ８では、流動
床の高さ＝流動床高設定値になるのを待ち、流動床の高
さ＝流動床高設定値となったら、ステップ９に進む。

【００２０】ステップ９では、ガス化温度をガス化温度
設定値と比較する。ここで、例えばステップ３でのごみ
供給量の増加で、例えばプラスチック等のごみが増加し
た場合には当該ごみにより燃焼が助長されてガス化温度
が上がるため、ガス化温度＞ガス化温度設定値となる。
この場合は、ガス化温度をガス化温度設定値にすべく、
ステップ１０で、ガス化空気供給ライン７の流量制御バ
ルブ８を制御して流路を絞りガス化空気供給量を減少さ
せる。このガス化空気供給量の減少でガス化温度がガス
化温度設定値に向かう。そして、ステップ１に戻り、終
了指示がある迄同様な処理を繰り返す。

【００２１】一方、例えばステップ３でのごみ供給量の
増加で、通常ごみが増加した場合には当該ごみの堆積消
火作用によりガス化温度が下がるため、ステップ９から
ステップ１１に進み、ステップ１１で、ガス化温度をガ
ス化温度設定値にすべく、ガス化空気供給ライン７の流
量制御バルブ８を制御して流路を広げガス化空気供給量
を増加させる。このガス化空気供給量の増加でガス化温
度がガス化温度設定値に向かう。そして、ステップ１に
戻り、終了指示がある迄同様な処理を繰り返す。

【００２２】このように、本実施形態においては、ごみ
供給量、炉底灰排出量、ガス化空気供給量というガス化
温度及び流動床の高さに影響を与える必須の３要素を用
い、当該ガス化温度、流動床の高さが設定値となるよう
に、これら必須の３要素を制御してしているため、性状
・形状が不均一な都市ごみ等であっても、容易にガス化
温度及び流動床の高さを一定とする制御が実現可能とさ
れている。

【００２３】また、ガス化温度及び流動床の高さを監視
しながら、当該ガス化温度、流動床の高さが設定値とな
るように、必須の３要素を順次制御してこれを繰り返す
ようにしているため、上記制御がさらに効果的に実施さ
れている。

【００２４】加えて、熱分解ガス化で生じる可燃性のガ
スの量が一定にされると共にガス性状も均一とされるこ
とから、ガス化炉１から排出される当該可燃性ガスの取
り扱いが容易とされている。

【００２５】つぎに、上記実施形態の制御手段１４の第
２の構成について、図３のフロー図を参照して説明す
る。本構成の制御手段１４においては、先ず、ステップ
２１（Ｓ２１）で、ガス化温度≠ガス化温度設定値及び
流動床の高さ≠流動床高設定値を判定し、ガス化温度≠
ガス化温度設定値且つ／または流動床の高さ≠流動床高
設定値の場合には、ステップ２２で、ガス化温度をガス
化温度設定値と比較する。そして、ガス化温度＞ガス化
温度設定値の場合には、ステップ２３で、ガス化温度を
ガス化温度設定値にまで下げるべくごみ供給量の増加量
とガス化空気量の減少量とをファジイ制御理論により設
定し、ごみ供給装置１０を制御してごみ供給量を所定量
増加するとともに、流量制御バルブ８を制御してガス化
空気供給量を所定量減少し、ガス化温度を低下させてガ
ス化温度＝ガス化温度設定値にすると同時に、ステップ
２４で、ステップ２３におけるごみ供給量の増加に伴う
流動床の高さの上昇を予測し、これに基づいて炉底灰排
出装置１１を制御して炉底灰排出量を増減させ、流動床
の高さ＝流動床高設定値にする。そして、ステップ２１
に戻り、新たな外乱に対して同様な処理を繰り返す。

【００２６】一方、ステップ２２で、ガス化温度＜ガス
化温度設定値の場合には、ステップ２５で、ガス化温度
をガス化温度設定値にまで上げるべく、ごみ供給量の減
少量とガス化空気量の増加量をファジイ制御理論により
設定する。そして、ごみ供給装置１０を制御してごみ供
給量を減少するとともに、流量制御バルブ８を制御して
ガス化空気供給量を増加し、ガス化温度を低下させてガ
ス化温度＝ガス化温度設定値にすると同時に、ステップ
２６で、ステップ２５におけるごみ供給量の減少に基づ
く流動床の高さの低下を予測し、これに基づいて流動床
の高さを流動床高設定値にすべく、炉底灰排出装置１１
を制御して炉底灰排出量を増減させ、流動床の高さ＝流
動床高設定値にする。そして、ステップ２１に戻り、新
たな外乱に対して同様な処理を繰り返す。

【００２７】なお、本構成においては、ステップ２４や
ステップ２６においてごみ供給量の変化のみに基づいて
流動床の高さの変化を予測しているが、場合によって
は、ごみ供給量の変化及びガス化空気量の変化の二つに
基づいて流動床の高さの変化を予測してもよい。

【００２８】このように、本構成の制御手段１４におい
ても、ごみ供給量、炉底灰排出量、ガス化空気供給量と
いうガス化温度及び流動床の高さに影響を与える必須の
３要素を用い、ガス化温度および流動床の高さが設定値
となるように制御しており、制御手段１４の第１の構成
と同様の作用効果を有している。また、ガス化温度が設
定値になるようにごみの供給量及びガス化空気量を制御
するとともに、この制御による流動床の高さの変化を予
測し、これに基づいて炉底灰排出量を制御して流動床の
高さが設定値になるようにしているため、必須の３要素
を制御する間にガス化温度や流動床の高さを検知する必
要が無く、ガス化温度及び流動床の高さを一定とする制
御が迅速に実現されている。

【００２９】以上、本発明をその実施形態に基づき具体
的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるも
のではなく、例えば、上記実施形態においては、圧力セ
ンサ１３に基づいて流動床の高さを検知するようにして
いるが、レベルセンサ等で流動床の高さを直接検出する
ようにしても良い。

【００３０】また、上記実施形態の制御手段１４の第１
の構成においては、ガス化温度とガス化温度設定値の比
較から始める処理手順としているが、例えばステップ９
から始めて上記フローを繰り返すようにしても良い。

【００３１】また、上記実施形態の制御手段１４の第２
の構成においては、ガス化温度が設定値となるようにご
みの供給量及びガス化空気の供給量を制御するととも
に、このごみの供給量の制御量等に基づいて流動床の高
さの変化を予測した上で炉底灰の排出量を制御している
がこれに限られない。例えば、流動床の高さが設定値と
なるように炉底灰の排出量及びごみの供給量を制御する
とともに、この制御に基づくガス化温度の変化を予測し
た上でガス化温度が設定値となるようにガス化空気の供
給量を制御してもよい。

【００３２】また、投入されるごみ等の性状（例えば、
ごみの水分量、組成など）が急激に変化する場合等、流
動床の高さ等の変化の予測が困難な場合には、例えば、
ガス化温度が設定値となるようにごみの供給量とガス化
空気量を同時に制御した後、流動床の高さの変化を流動
床高検出手段により取得し、これに基づいて流動床の高
さが設定値になるように炉底灰排出量を制御しても構わ
ない。

【００３３】また、測定されたガス化温度及び流動床の
高さに基づいて、これら２つの値を各々の設定値に戻す
ためのごみの供給量、ガス化空気の供給量及び炉底灰の
排出量の最適制御量を同時に求め、これに基づいてこれ
らの必須の３要素を同時に制御してもよい。

【００３４】さらにまた、上記実施形態においては、特
に好適だとして、性状・形状が不均一である都市ごみに
対する適用が述べられているが、都市ごみに限定される
ものではなく、熱分解によりガス化可能な可燃物であれ
ば種類を問わず、例えば、石炭、コークス、廃プラスチ
ック、ＲＤＦ、シュレッダーダスト等の各種固体燃料、
及び、固体廃棄物等でもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明によるガス化炉の運転制御装置
は、ガス化温度検出手段でガス化炉のガス化温度を検出
し、流動床高検出手段で流動床の高さを検出可能とし
て、制御手段が、これらのガス化温度及び流動床の高さ
に基づいて、ガス化温度及び流動床の高さが設定値にな
るように、ガス化温度及び流動床の高さに影響を与える
必須の３要素としての可燃物の供給量、炉底灰の排出量
及びガス化空気の供給量を制御しているため、可燃物の
性状・形状が不均一であっても、容易にガス化温度及び
流動床の高さを一定とする制御が実現され、省人化を図
りつつ操業の安定化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による運転制御装置を備えるガス化炉を
示す概略構成図である。

【図２】図１中の制御手段の第１の構成の処理手順を示
すフロー図である。

【図３】図１中の制御手段の第２の構成の処理手順を示
すフロー図である。

【符号の説明】

１…ガス化炉、２…炉、３…流動床、４…フリーボー
ド、７…ガス化空気供給ライン、８…流量制御バルブ、
１０…ごみ供給装置、１１…炉底灰排出装置、１２…温
度センサ（ガス化温度検出手段）、１３…圧力センサ
（流動床高検出手段）、１４…制御手段、Ｍ１…ごみ供
給装置駆動モータ、Ｍ２…炉底灰排出装置駆動モータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２７Ｂ 15/18 Ｆ２７Ｄ 7/06 Ｃ４Ｋ０６３Ｆ２７Ｄ 7/06 19/00 Ａ 19/00 Ｚ 21/00 Ｇ 21/00 Ｆ２３Ｃ 11/02 ３０５Ｆターム(参考） 3K061 AA11 AB02 AC01 BA02 EA01 3K062 AA11 AB02 AC01 BA02 CA01 CA05 CB06 DA01 DA11 DB01 DB05 DB21 3K064 AB03 AC07 AC12 AD08 4K046 HA11 JE08 LA01 LA04 4K056 AA00 BA01 BB01 CA20 FA01 FA11 FA13 4K063 DA31 DA32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流動床を備え、炉内にガス化空気を導入
して当該炉内に供給される可燃物を熱分解してガス化
し、このガス化で生成された炉底灰を排出するガス化炉
の運転を制御する装置であって、前記ガス化炉のガス化温度を検出するガス化温度検出手
段と、前記流動床の高さを検出する流動床高検出手段と、これらのガス化温度検出手段及び流動床高検出手段の検
出結果に基づいて、前記ガス化温度及び前記流動床の高
さが設定値になるように、前記可燃物の供給量、前記炉
底灰の排出量及び前記ガス化空気の供給量を制御する制
御手段とを備えることを特徴とするガス化炉の運転制御
装置。
【請求項２】前記制御手段は、前記ガス化温度または
前記流動床の高さの何れか一方が設定値になるように、
前記可燃物の供給量、前記炉底灰の排出量、前記ガス化
空気の供給量の何れか一つ若しくは二つを制御し、この
制御で変動する前記ガス化温度または前記流動床の高さ
の他方が設定値になるように、前記可燃物の供給量、前
記炉底灰の排出量、前記ガス化空気の供給量の残りを制
御し、これを繰り返すことを特徴とする請求項１記載の
ガス化炉の運転制御装置。
【請求項３】前記制御手段は、前記ガス化温度または
前記流動床の高さの何れか一方が設定値になるように、
前記可燃物の供給量、前記炉底灰の排出量、前記ガス化
空気の供給量の何れか一つ若しくは二つを制御するとと
もに、この制御で変動する前記ガス化温度または前記流
動床の高さの他方の変化を予測して当該他方の値が設定
値になるように、前記可燃物の供給量、前記炉底灰の排
出量、前記ガス化空気の供給量の残りを制御することを
特徴とする請求項１記載のガス化炉の運転制御装置。