JP2003247709A

JP2003247709A - 流動床式焼却炉とその燃焼制御方法

Info

Publication number: JP2003247709A
Application number: JP2002049739A
Authority: JP
Inventors: Satoru Yamagishi; 哲山岸; Takahisa Honjo; 崇久本荘
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2003-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】既存の燃焼炉に対してもわずかな改良を施す
ことで実施可能であり、かつ、主燃料であるごみなどの
燃焼物が質的にまた量的に変動した場合にも、その変化
に迅速に対応して、適切な燃焼空気比となる燃焼空気量
制御を継続して行うことができようにした流動床式焼却
炉とその燃焼制御方法を提供する。【解決手段】主燃料負荷に変動があっても燃焼負荷を
一定にすることを目的に制御された量の副燃料を炉内に
投入するようにした流動床式焼却炉１０において、燃焼
中における炉圧または再循環ガス流量を検出し、その検
出量に基づき、主燃料の変動分と副燃料量の操作量が相
殺するように、副燃料の投入量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流動床式焼却炉、
特にごみなどの焼却物を主燃料とする流動床式焼却炉に
おいて、燃焼負荷の変動に応じた燃焼空気量制御を安定
させることを可能とした流動床式焼却炉とその燃焼制御
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ごみなどの焼却物を主燃料とする焼却炉
として、流動床式焼却炉とストーカー式焼却炉が知られ
ている。図４に示すように、流動床式焼却炉１０は、炉
下部に砂などの流動媒体による流動床１１が形成されて
おり、その下部から流動化空気が供給される。投入口１
２から焼却炉内に投入されたごみなど焼却物は流動床上
において、乾燥、熱分解し、燃焼は流動床１１内および
フリーボード１３内で行われる。一般に、ごみ投入量は
ごみ負荷（必要処理量）、ボイラ負荷などによって制御
され、２次空気量は燃焼温度、排ガス酸素濃度などによ
って制御される。

【０００３】流動床式焼却炉においては、ストーカー式
焼却炉と比べて、燃焼がきわめて短時間で完結する。そ
のために、焼却物の投入量や質（発熱量、熱分解速度な
ど）の変化、つまり燃焼負荷変動が即座に燃焼状態に影
響を及ぼす。燃焼負荷に応じて燃焼空気流量を即時に制
御することができれば、燃焼空気過剰、燃焼空気不足に
よる未燃分発生を防ぐことができる。しかし、一般的
に、流動床式焼却炉における燃焼空気量操作による制御
の追随性は不十分である。これは燃焼空気用ファンやダ
ンパなどの時間応答性がよくないこと、さらには、燃焼
負荷の目安となる酸素濃度計測が燃焼室よりも下流があ
ることなどが要因となっている。このため、流動用の空
気量を少なくして燃焼率を低減させて温度を下げ、それ
により、ガス化速度を低下させて揮発分発生速度の平滑
化を行う、いわゆる緩慢燃焼方式を採用した流動床式焼
却炉が用いられつつある。

【０００４】また、炉内へのごみ投入量の変動を、例え
ば給じん装置のかき取り機の電流の微分値などの変化量
を用いて検出し、その検出量により給じん機の回転数、
押込空気量、２次空気量を制御して安定な燃焼を継続さ
せるようにして流動床式焼却炉も提案されている（特開
平７−９１６３５号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】緩慢燃焼方式を採用し
た流動床式焼却炉は、燃焼負荷変動があった場合にも未
燃分の排出などがほとんどない安定した燃焼を継続する
ことができる。しかし、既存の流動床式焼却炉に対し
て、この手法を適用することは容易でない。炉内へのご
み投入量の変動を給じん装置のかき取り機の電流の微分
値などの変化量を用いて検出する形式の流動床式焼却炉
もほぼ同様であるとともに、この形式の流動床式焼却炉
の場合、投入される量の変動に対してある程度の対処
（すなわち最適な燃焼空気量制御）は可能であるとして
も、ごみの質（水分量、ガス化速度、ベッドでの粉砕の
されやすさ、ベッドへの到達のしやすさ、など）の変動
に対しては、適切な対処が不可能である。

【０００６】本発明の目的は、上記のような事情に鑑み
てなされたものであり、既存の燃焼炉に対してもわずか
な改良を施すことで実施可能であり、かつ、主燃料であ
るごみなどの燃焼物が質的にまた量的に変動した場合に
も、その変化に迅速に対応して、適切な燃焼空気比とな
る燃焼空気量制御を継続して行うことができようにした
流動床式焼却炉とその燃焼制御方法を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】主燃料負荷が変動する系
に対して、燃焼空気比を一定範囲に保つためには、主燃
料負荷の変動に燃焼空気量を追従させる方法と、主燃料
の変動分と副燃料量の操作量比を相殺するように、副燃
料量を制御して燃焼負荷を一定に保つ方法とが考えられ
るが、後述の方法が前述の方法よりも時間応答が早いた
めに追従性が高い。従って、本発明による流動床式焼却
炉とその燃焼制御方法では後述の方法を採用する。そし
て、主燃料負荷上昇時には副燃料流量を減少させ、主燃
料負荷低下時には副燃料流量を増加させる制御を行う。
主燃料負荷の変動を、炉圧またはその等価物で把握する
ことことにより、遅れのない制御が可能となる。本発明
によれば、炉内燃焼負荷を実質的に一定に維持するがで
き、燃焼空気量制御に与える擾乱が減って、燃焼空気量
制御が安定する。

【０００８】すなわち、本発明による流動床式焼却炉の
燃焼制御方法は、主燃料負荷に変動があっても燃焼負荷
を一定にすることを目的に制御された量の副燃料を炉内
に投入するようにした流動床式焼却炉の燃焼制御方法で
あって、燃焼中における炉圧またはその等価物を検出
し、その検出量に基づき、主燃料の変動分と副燃料量の
操作量が相殺するように、副燃料の投入量を制御するこ
とを特徴とする。

【０００９】本発明においても、必要な場合には、主燃
料の大スケールな変化（量、質）に対して、従来法によ
る燃焼空気量制御を行う。その際に、主燃料の短時間の
不均一性に由来する変化について上記のように副燃料量
の制御により対処することで、瞬間的な空気過剰もしく
は不足を効果的に防ぐことができる。それにより、前記
したように、燃料空気量制御に与える擾乱が減り、結果
的に燃焼空気量制御が安定する。

【００１０】燃焼中の炉圧は、燃焼負荷の他に、燃焼空
気量などにも影響されて変動する。安定した燃焼空気量
制御を継続するためには、燃焼負荷変動に起因する変動
分のみを抽出することが望ましい。そのために、本発明
による流動床式焼却炉の燃焼制御方法の好ましい態様で
は、燃焼中における炉圧またはその等価物の過去一定時
間の移動平均値を求め、それと検出した瞬間値との差を
用いて前記副燃料の投入量制御を行うようにする。

【００１１】主燃料負荷変動は炉圧の変動として迅速に
現れるので、遅れのない制御が可能となる。また、主燃
料の質（発熱量、熱分解速度など）の変化も炉圧の変動
としてそのまま現れるので、副燃料量の制御を主燃料の
量、質の双方の変動に対して的確かつ迅速に行うことが
できる。

【００１２】本発明による流動床式焼却炉の燃焼制御方
法は、新たに炉を設計する場合はもちろん、既存の流動
床式焼却炉であっても、そこにわずかな手段を付加する
のみで、容易に実施することができる。例えば、既存の
炉に対して、その炉圧を検知する手段を取り付け、か
つ、該炉圧検知手段からの信号に基づき制御された量の
副燃料を炉内に供給する副燃料ラインを配置することに
より、実施可能となる。副燃料ラインに空気など何らか
の流体を同時供給することは望ましく、それが副燃料の
搬送流体として作用し、副燃料の炉内への送り込みを円
滑になる。

【００１３】流動床式焼却炉が煙道ガスの一部を炉内へ
戻す再循環ラインを備えたリバーニング方式の流動床式
焼却炉の場合には、その再循環ラインに副燃料を投入す
る副燃料ラインを接続するようにしてもよい。この場合
には、再循環ガスが副燃料の搬送流体として作用する。
また、炉圧が高くなると再循環ラインから再循環ガスが
炉内に入り難くなり、炉圧が低下すると入りやすくな
る。すなわち、再循環ラインを流れる再循環ガスの流量
は炉圧の等価物となる。従って、リバーニング方式の流
動床式焼却炉の場合には、再循環ラインを流れる再循環
ガスの流量を検知し、それに基づき、副燃料の炉内への
供給量を制御することができる。

【００１４】本発明による流動床式焼却炉の燃焼制御方
法において、主燃料に特に制限はないが、いわゆる回収
されてくるごみは、質的に不均一であり、石炭などの燃
料と比較して、発熱量や熱分解速度の変動が大きい。従
って、主燃料がごみなどの焼却物である場合に、本発明
による流動床式焼却炉の燃焼制御方法は高い有効性を発
揮する。副燃料としては、気体燃料、液体燃料、固体
（微粉炭など）燃料などを適宜使用することができる。
メンテナンス性を考慮すると、都市ガスは特に好まし
い。

【００１５】上記の燃焼制御方法を実施する流動床式焼
却炉に特に制限はないが、煙道ガスの一部を炉内へ戻す
再循環ラインを備えたリバーニング方式の流動床式焼却
炉であって、その再循環ラインには流量計が備えられ、
流量計と炉内投入口の間における再循環ラインに副燃料
を投入する副燃料ラインが接続しており、かつ、副燃料
ラインには前記流量計からの流量信号により作動する流
量調整弁が備えられている形態の流動床式焼却炉は、運
転の容易性などの観点から特に好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
を実施の形態に基づいて説明する。図１は本発明の燃焼
制御方法の前提となる燃焼制御態様を説明している。縦
軸Ｑは燃焼負荷であり、横軸Ｔは時間である。曲線Ａは
主燃料の燃焼負荷Ｑ２であり、時間と共に変動してい
る。Ｑ１は予め設定した燃焼負荷であり、Ｑ１とＱ２と
の差分Ｐに相当する負荷を副燃料（都市ガスなど）を供
給することにより補い、常に一定の燃焼負荷Ｑ１が維持
されるようにする。すなわち、主燃料の変動分と副燃料
量の操作量比を相殺するように、副燃料量を制御するこ
とにより、燃焼負荷を一定に保っている。このようにす
ると、空気比制御に与える擾乱が少なく、設定空気比
（例えば、２．０）に対して小さい誤差の範囲の空気比
で継続した燃焼が可能となり、未燃分が排出されたりす
るのを容易に回避できる。

【００１７】図２は、本発明による燃焼制御方法を行う
ための流動床式焼却炉の一例を示している。流動床式焼
却炉１０は、図４に示したものと同じものであってよ
く、炉下部に流動床１１が形成され、その下部から流動
化空気が供給される。焼却炉１０内には投入口１２から
主燃料としてのごみなど焼却物が投入される。ごみなど
焼却物は流動床１１上において、乾燥、熱分解し、燃焼
は流動床１１内およびフリーボード１３内で進行する。

【００１８】炉壁には燃焼空気供給部２０が設けられ、
制御された量の燃焼空気が炉内に供給される。燃焼排ガ
スは煙道２１をとおり、煙突２２から排出される。この
例において、煙道ガスの一部は再循環ライン３０をとお
してフリーボード１３内に戻される。再循環ライン３０
にはブロア３１が設けてあり、ブロア３１の回転数に応
じた量の再循環ガスが再循環ガス投入口３２からフリー
ボード１３内に送られる。なお、この再循環ガスライン
系は、従来知られた再循環ラインを備えたリバーニング
方式の流動床式焼却炉におけるものと同じであってもよ
い。

【００１９】ブロア３１よりも炉側における再循環ライ
ン３０には、流量計３３が取り付けてあり、そこを通過
する再循環ガス流量を検出する。さらに、流量計３３と
再循環ガス投入口３２の間における再循環ライン３０に
は副燃料を投入する副燃料ライン４０が接続している。
そして、副燃料ライン４０には前記流量計３３からの流
量信号により作動する流量調整弁４１が備えられる。流
量調整弁４１は、流量計３３からの信号が漸増するとき
には、流量を増大するように、また、漸減するときに
は、流量を減少するように作動する。

【００２０】炉内に投入されるごみなど焼却物（主燃
料）の量および質が変化すると、その変化は瞬時に炉圧
の変化として現れる。すなわち、主燃料負荷が上昇する
と炉圧も瞬時に上昇し、その結果、再循環ガス投入口３
２からの再循環ガスの流量は等価的に減少する。その変
化量に応じて流量調整弁４１は絞られ、副燃料の炉内へ
の供給量は減少する。逆に、主燃料負荷が減少すると炉
圧も瞬時に下降し、再循環ガス投入口３２からの再循環
ガスの流量は等価的に増大する。その変化量に応じて流
量調整弁４１は広げられ、副燃料の炉内への供給量は増
大する。

【００２１】その繰り返しにより、量および質に起因す
る主燃料負荷の不規則な変動にもかかわらず、図１に示
すように、燃焼負荷をＱ１に維持した燃焼を継続するこ
とが可能となり、空気比制御に与える擾乱が少なく、設
定空気比に対して小さい誤差の範囲の空気比での継続し
た燃焼が可能となる。もちろん、長い時間にわたる主燃
料負荷変動に対しては、従来どおりに、図示しない燃焼
空気用ファン、ダンパなどの制御による燃焼空気量制御
を並行して行うこともできる。

【００２２】図示しないが、フリーボード１３内に圧力
センサーを設置して、炉圧を直接的に検出するようにし
てもよい。その検出信号を前記流量調整弁４１に送り、
副燃料の流量制御を行う。ただし、この場合には、圧力
センサーからの信号が漸増するときには流量を減少する
ように、また、漸減するときには流量を増大するように
作動させる。

【００２３】前記のように、燃焼中の炉圧は、燃焼負荷
の他に、燃焼空気量などにも影響されて変動する。安定
した燃焼空気量制御を継続するためには、主燃料の燃焼
負荷変動に起因する変動分のみを抽出することが望まし
い。図３は、そのような制御を行う一例を示している。
３０１での炉圧または再循環ガス流量の検出値は、３０
２で一定時間（ｔ秒）だけ蓄積されてｔ秒の移動平均が
演算される。そして、３０３での瞬時の検出値とｔ秒の
移動平均とが３０４で比較され、差分ΔＸに応じた信号
が流量調整弁４１に送られて、３０５で副燃料量の投入
量制御が行われる。

【００２４】実際に空気比一定（約２．０）で制御され
た既設の流動床式都市ガス焼却炉において、都市ガスを
副燃料とし、再循環ガスの瞬時値と３０秒間の移動平均
値の差を参照値として、副燃料ダンパ開度（図２におけ
る流量調整弁４１に相当）を比例制御することにより、
一週間の運転期間において、排ガス中の一酸化炭素濃度
を約３０％低減させることができた。また、排ガス中の
Ｏ₂標準偏差を、従来１．４４％程度であったものが、
１．２１％とすることができた。

【００２５】

【発明の効果】上記のように、本発明によれば、既存の
燃焼炉に対してもわずかな改良を施すことで実施可能で
あり、かつ、主燃料であるごみなどの燃焼物が質的にま
た量的に変動した場合にも、その変化に迅速に対応し
て、適切な燃焼空気比となる燃焼空気量制御を継続して
行うことができようにした燃焼制御方法と流動床式焼却
炉が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃焼制御方法の前提となる燃焼制御態
様を説明する図。

【図２】本発明による流動床式焼却炉とその燃焼制御方
法を説明するための図。

【図３】主燃料の燃焼負荷変動に起因する変動分のみを
抽出する場合の、フローチャートの一例を示す図。

【図４】一般的な流動床式焼却炉を説明する図。

【符号の説明】

１０…流動床式焼却炉、１１…流動床、１２…主燃料の
投入口、１３…フリーボード、２０…燃焼空気供給部、
２１…煙道、３０…再循環ライン、３１…ブロア、３２
…再循環ガス投入口、３３…流量計、４０…副燃料ライ
ン、４１…流量調整弁

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ２３Ｇ 5/30 Ｆ２３Ｃ 11/02 ３０５Ｆターム(参考） 3K062 AA11 AB01 AC01 BA02 CB03 DA11 DB12 3K064 AA08 AB03 AC06 AC13 AD01 AD08 3K078 AA06 BA03 CA03 CA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主燃料負荷に変動があっても燃焼負荷を
一定にすることを目的に制御された量の副燃料を炉内に
投入するようにした流動床式焼却炉の燃焼制御方法であ
って、燃焼中における炉圧またはその等価物を検出し、
その検出量に基づき、主燃料の変動分と副燃料量の操作
量が相殺するように、副燃料の投入量を制御することを
特徴とする流動床式焼却炉の燃焼制御方法。
【請求項２】燃焼中における炉圧またはその等価物の
検出値から移動平均値を演算し、移動平均値と瞬間値の
差を用いて副燃料の投入量を制御することを特徴とする
請求項１記載の流動床式焼却炉の燃焼制御方法。
【請求項３】流動床式焼却炉が煙道ガスの一部を炉内
へ戻す再循環ラインを備えたリバーニング方式の流動床
式焼却炉であり、その等価物が再循環ラインを流れる再
循環ガス量であることを特徴とする請求項１または２記
載の流動床式焼却炉の燃焼制御方法。
【請求項４】主燃料がごみなどの焼却物であり、副燃
料が都市ガスである請求項１〜３いずれか１項に記載の
流動床式焼却炉の燃焼制御方法。
【請求項５】煙道ガスの一部を炉内へ戻す再循環ライ
ンを備えたリバーニング方式の流動床式焼却炉であっ
て、再循環ラインには流量計が備えられ、流量計と炉内
投入口の間における再循環ラインには副燃料を投入する
副燃料ラインが接続しており、かつ、副燃料ラインには
前記流量計からの流量信号により作動する流量調整弁が
備えられていることを特徴とする流動床式焼却炉。