JP2003302025A - ごみガス化溶融システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ごみの熱分解ガスを高温燃焼させる一次燃焼
室の空気比を1.0近傍に保ち，安定した運転ができるご
みガス化溶融システムを提供する。 【解決手段】 ごみを燃焼させるガス化炉10から送られ
る可燃ガス中のチャー，灰分等を溶融しスラグ化するた
め１次空気を供給する一次燃焼室11，該室11に順に続く
二次燃焼室15及びボイラ16，一次燃焼室11の燃焼ガス温
度を検出する温度計21，該検出温度と一次燃焼室11の設
定温度の差に応じて１次空気流量を制御するダンパ３１
及び制御器41を備えるごみガス化溶融システムにおい
て，一次燃焼室11排ガス中のＯ_２濃度を計測するＯ_２濃
度計23と，該Ｏ_２濃度計測値により判別して一次燃焼室
11の排ガスが酸化雰囲気のとき一次空気流量を減少，還
元雰囲気のとき増加させるよう制御器41の制御ゲイン切
り替える判別器61とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はごみガス化溶融処理
システムに係り，特に，都市ごみ，廃棄物の焼却処理す
るに好適なごみガス化溶融処理システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年，環境問題がクローズアップされて
きており，従来の焼却処理に代わる環境保全型の新たな
ごみ処理技術として，ごみガス化溶融処理システムが注
目されている。この処理システムは，ごみをガス化炉で
低温・低空気比の下で部分燃焼してガス化するともに，
生成した高カロリーの熱分解ガスと灰分，未燃固形分か
らなるチャーを灰溶融炉に導入し，灰溶融炉内で1300℃
の高温で燃焼・溶融し，灰分をスラグ化するものであ
る。この処理システムによれば，焼却灰がスラグとして
減容化されるので埋立地の延命化をはかることができる
上，灰溶融炉内での高温条件によりダイオキシン類を完
全に分解できる。さらに従来の高温の排ガスの熱を利用
し，発電も可能である。従来技術のごみガス化溶融処理
システムについて，以下，図７を用いて説明する。ガス
化炉10では，投入されたごみを，還元雰囲気(空気比 1.
0未満)で熱分解し，可燃ガスおよびチャーを生成する。
一次燃焼室11では，ガス化炉10より供給された可燃ガ
ス，チャーを理論空気比近傍で燃焼して得られる高温雰
囲気により，チャーに同伴，または別途供給される灰
分，不燃物を溶融，スラグ化し，排出口13から水砕室14
に排出する。一方，一次燃焼室11から接続煙道12を介し
て二次燃焼室15に導かれた排ガスは，２次空気を加えた
過剰空気条件により，残存未燃分を完全燃焼させた後
に，ボイラ16で熱回収し，図示しないバグフィルタ，脱
硝触媒等により排ガス処理を行った後，系外に排出され
る。

【０００３】ごみガス化溶融処理システムの運転におい
ては，生成したスラグの流動性を確保するため，一次燃
焼室11の温度が灰の溶融温度以上に保たれることが必要
である。このため，温度計21により計測した一次燃焼室
の温度に基づき１次空気流量を調節するダンパ31を操作
する。空気比と燃焼ガス温度には，図８に示す関係があ
り，最も高温となるａ点近傍で運転することが望まし
い。現実には築炉材の耐熱温度などにより上限があるた
め，運転温度はａ点より低く還元雰囲気であるｂで示す
範囲，またはａ点より高く酸化雰囲気となるｃで示す範
囲で調整される。このとき，ｂの範囲またはｃの範囲内
であれば，空気比と温度の関係は単調であり，制御器４
１には単純なＰＩコントローラが適用できる。また，空
気過剰率超過によるボイラ効率の低下，空気過剰率不足
による排ガス残存未燃分の増加を防ぐため，ボイラ出口
などの低温部位においてＯ₂濃度計により計測した排ガ
ス中のＯ₂濃度に基づき二次燃焼室15への２次空気量を
調整し，最終的な空気過剰率を制御している。他に燃焼
炉の空気量を制御する従来技術として，一次燃焼部と二
次燃焼部との温度差により一次燃焼部への空気量を調節
して空気比を1.0に近づける溶融炉の制御方法（特開平1
1-351538)，煙道中のＮＯxを制御するため，排ガス中の
酸素濃度と設定値との差によって燃焼空気量を制御する
溶融焼却炉の制御方法（特開昭57-90512），ごみ質が一
定しなくとも二次燃焼室の排ガスの温度，流量を測定し
それらが一定になるように空気量を制御する溶融炉の燃
焼制御方法（特開平8-159436），廃棄物の性状が大きく
変化した場合でも溶融炉の酸素濃度を測定し，熱分解
炉，溶融炉の空気比を演算しそれぞれの空気量を制御す
る熱分解炉の酸素濃度調整方法（特開平11-63443），排
ガスの冷却部（有害物質の燃焼室）の酸素濃度を測定し
この酸素濃度と溶融部及び冷却部への酸素供給量から溶
融部の酸素濃度を演算して各部への酸素供給量を制御す
る溶融炉への酸素供給方法（特開平11-63438）等があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ごみガス化溶融処理シ
ステムの運転においては，生成したスラグの流動性を確
保するため，一次燃焼室11の温度が灰の溶融温度以上に
保たれることが必要である。従来技術の１次空気制御系
は，一次燃焼室11の空気比が図８のｂ(１以下)またはｃ
(１以上)の範囲から逸脱しないことを前提に構成されて
いた。しかしながら，一般ごみの処理施設においては多
種多様なごみが持ち込まれ，その組成，含有水分量は刻
々変化し，ごみの燃焼に必要な理論空気量が変化，空気
比も相対的に変化する。図８に示すように，ａ点(空気
比１)を境に空気比と温度の関係は逆転する。すなわ
ち，還元雰囲気であるｂの範囲で運転するよう設定され
た一次燃焼室11では，温度を上昇させるには空気比を上
げるように制御する，一方，酸化雰囲気ｃの範囲で運転
するよう設定された一次燃焼室11では，温度を上昇させ
るには空気比を下げるように制御する。したがって，還
元雰囲気の範囲ｂでの運転用に設定された制御器で運転
中に，ごみ質の変化により酸化雰囲気の範囲ｃに入った
ため温度が低下した場合，理論的には空気比を下げるべ
きところ，制御上は空気比を上げるという逆方向の操作
となり，温度が急激に低下するという問題があった。ご
み質変動に対する余裕を持たせるため，従来技術では，
運転範囲を点ａより離して設定せざるを得ず，低カロリ
ーのごみの場合は，一次燃焼室の温度が低下し，補助燃
料による助燃を必要としていた。本発明は，このような
背景においてなされたものであり，ごみの熱分解ガスを
さらに高温燃焼させる一次燃焼室の空気比を1.0近傍に
保ち，安定した運転ができるごみガス化溶融システムを
提供する事を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に，本発明の第１のごみガス化溶融システムは，ごみを
燃焼させガス化するガス化炉と，ガス化炉から送られる
可燃ガスに含むチャー，灰分等を溶融しスラグ化するた
め１次空気が供給される一次燃焼室と，一次燃焼室の燃
焼ガス温度を検出する温度計と，その検出温度と一次燃
焼室の設定温度との温度差に応じて１次空気流量を制御
する制御手段とを備えるシステムにおいて，一次燃焼室
から出る排ガス中のＯ_２濃度を計測するＯ_２濃度計と，
該計測したＯ_２濃度が，予め定めた閾値以上で一次燃焼
室の排ガスが酸化雰囲気であると判別して制御手段の制
御ゲインの符号を負に，閾値未満でその符号を正に切り
替える判別手段とを設けたことを特徴とする。

【０００６】第１のごみガス化溶融システムにおいて，
閾値は図８に示す空気比1.0の点であるが，実用上はＯ
_２濃度計がＯ_２を検出する最小値となる。判別手段はＯ
_２検出最小値以上で一次燃焼室の排ガスが酸化雰囲気で
あると判定し，Ｏ_２を検出しないときに還元雰囲気と判
定し，これにより制御手段は酸化雰囲気のときに一次燃
焼室への空気流量を減少させるように，還元雰囲気のと
きに増加するように制御する。かくして，図８に示す空
気比−温度特性にしたがい一次燃焼室の温度をごみ質に
より得られる最高温度に向かうように制御され，従来の
逆向き操作による温度降下を招くことがない。

【０００７】また，本発明の第２のごみガス化溶融シス
テムは，ごみを燃焼させガス化するガス化炉と，ガス化
炉から送られる可燃ガスに含むチャー，灰分等を溶融し
スラグ化するため１次空気が供給される一次燃焼室と，
一次燃焼室から出る排ガスを二次燃焼させるため２次空
気が供給される二次燃焼室と，二次燃焼室から出る排ガ
スと熱交換するボイラと，一次燃焼室の燃焼ガス温度を
検出する温度計と，該検出する温度と一次燃焼室の設定
温度との温度差に応じて１次空気流量を制御する制御手
段とを備えるシステムにおいて，ボイラから出る排ガス
に流量既知の空気を検査用として注入する注入手段と，
該空気の注入点の前後でボイラ排ガスのＯ_２濃度を計測
する第１，第２のＯ_２濃度計と，第１，第２のＯ_２濃度
計により計測した第１，第２のＯ_２濃度，注入空気およ
び記２次空気の各流量および空気のＯ_２濃度を基に，一
次燃焼室の排ガス流中のＯ_２量を演算する演算手段と，
その演算手段により得られたＯ_２量が，ゼロ以上で一次
燃焼室の排ガスが酸化雰囲気であると判別して制御手段
の制御ゲインの符号を負に，ゼロ未満でその符号を正に
切り替える判別手段とを設けたことを特徴とする。

【０００８】第２のごみガス化溶融システムにおいて，
一次燃焼室の排ガス流中のＯ_２量は，検査用空気供給流
量：Ｇair, 検査用空気合流点前後の排ガス中Ｏ_２濃度
計測値：Ｏ_２(1), Ｏ_２(2)，空気中のＯ_２濃度：0.21と
すると，実施の形態の項で後述する式(５)，(６)，(７)
を用いて演算手段により求められる。演算手段により得
られたＯ_２量のゼロ値は，図８に示す空気比1.0の点で
ある。判別手段は，Ｏ _２量の演算値がゼロ以上で一次燃
焼室の排ガスが酸化雰囲気であり，ゼロ以下で還元雰囲
気であると判定し，これにより制御手段は酸化雰囲気の
ときに一次燃焼室への空気流量を減少させるように，還
元雰囲気のときに増加するように制御する。かくして，
図８に示す空気比−温度特性にしたがい一次燃焼室の温
度はごみ質により得られる最高温度に向かうように制御
され，従来の逆向き操作による温度降下を招くことがな
い。

【０００９】なお，上記第２のごみガス化溶融システム
において，注入される検査用空気の代わりにＯ_２濃度既
知のガスを用いてもよく，その際，演算手段は第１，第
２のＯ_２濃度，注入ガスの流量及びＯ_２濃度，及び２次
空気の流量および空気のＯ_２濃度を基に，一次燃焼室の
排ガス中のＯ_２濃度を演算する。

【００１０】本発明の第３のごみガス化溶融システム
は，第２のごみガス化溶融システムと同様に，ガス化
炉，一次燃焼室，二次燃焼室，ボイラ，温度計及び制御
手段とを備えるシステムであって，ボイラから出る排ガ
ス中のＯ_２濃度を計測するＯ_２濃度計と，２次空気流量
を変動させる方形波信号を２次空気流量を制御する別の
制御手段に送信する方形波発生器と，Ｏ_２濃度計により
それぞれ計測する，方形波信号の底辺に対応するボイラ
の排ガス流量中の第１のＯ_２濃度および方形波信号の上
辺に対応するボイラの排ガス中の第２のＯ_２濃度，方形
波信号の底辺および上辺に対応する各２次空気流量間の
流量変動幅，２次空気の流量および空気のＯ _２濃度を基
に，一次燃焼室の排ガス流中のＯ_２量を演算する演算手
段と，該演算手段により得られたＯ_２量が，ゼロ以上で
一次燃焼室の排ガスが酸化雰囲気であると判別して制御
手段の制御ゲインの符号を負に，そしてゼロ未満でその
符号を正に切り替える判別手段とを設けたことを特徴と
する。

【００１１】第３のごみガス化溶融システムにおいて，
一次燃焼室の排ガス流中のＯ_２量は，２次空気流量の変
動幅：Ｇair, 方形波信号の底辺に対応するボイラの排
ガス流量中の第１のＯ_２濃度計測値：Ｏ_２(1), 方形波
信号の上辺に対応するボイラの排ガス中の第２のＯ_２濃
度計測値：Ｏ_２(2)，空気中のＯ_２濃度：0.21とする
と，実施の形態の項で後述する式(５)，(６)，(７)を用
いて演算手段により求められる。演算手段により得られ
たＯ_２量のゼロ値は，図８に示す空気比1.0の点であ
る。判別手段及び制御手段の動作は第２のごみガス化溶
融システムと同様であり，一次燃焼室の温度はごみ質に
より得られる最高温度に向かうように制御され，従来の
逆向き操作による温度降下を招くことがない。

【００１２】本発明の第４のごみガス化溶融システム
は，第２のごみガス化溶融システムと同様，ガス化炉，
一次燃焼室，二次燃焼室，ボイラ，温度計及び制御手段
とを備えるシステムであって，ボイラから出る排ガス中
のＯ_２濃度を計測するＯ_２濃度計と，２次空気量を変動
させる信号を２次空気の流量を制御する別の制御手段に
送信する模擬白色信号発生器と，ボイラ出口でＯ_２濃度
計により計測するＯ_２濃度と模擬白色信号との相関係数
を求め，該相関係数とボイラ出口のＯ_２濃度の時間的平
均値とを基にＯ_２濃度の変化幅を求める相互相関器と，
ボイラ出口のＯ_２濃度の時間平均値，Ｏ_２濃度の変化
幅，２次空気の流量の変動幅および空気のＯ _２濃度を基
に，一次燃焼室の排ガス流中のＯ_２量を演算する演算手
段と，該演算手段により得られたＯ_２量が，ゼロ以上で
一次燃焼室の排ガスが酸化雰囲気であると判別して制御
手段の制御ゲインの符号を負に，ゼロ未満でその符号を
正に切り替える判別手段とを設けたことを特徴とする。

【００１３】第４のごみガス化溶融システムにおいて，
一次燃焼室の排ガス流中のＯ_２量は，２次空気流量の変
動幅：Ｇair, ボイラ出口のＯ_２濃度の時間平均値：Ｏ
_２(1), ボイラ出口のＯ_２濃度の時間平均値にＯ_２濃度
の変化幅を加えたＯ_２濃度：Ｏ _２(2)，空気中のＯ_２濃
度：0.21とすると，実施の形態の項で後述する式(５)，
(６)，(７)を用いて演算手段により求められる。演算手
段により得られたＯ_２量のゼロ値は，図８に示す空気比
1.0の点である。判別手段及び制御手段の動作は第２の
ごみガス化溶融システムと同様であり，一次燃焼室の温
度はごみ質により得られる最高温度に向かうように制御
され，従来の逆向き操作による温度降下を招くことがな
い。

【００１４】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は本発明の
実施の形態１となるごみガス化溶融システムの構成を示
す図である。このごみガス化溶融システムは，機器要素
として，ごみを燃焼させ熱分解して可燃ガス，チャー，
灰分，不燃物を生ずるガス化炉10と，ガス化炉10から送
給される可燃ガスに含むチャー，灰分，不燃物等を高温
雰囲気で溶融しスラグ化する一次燃焼室11と，一次燃焼
室11からスラグ排出口13を通じて落下するスラグを水中
で破砕する水砕室14と，一次燃焼室11に後続する煙道12
を通じて導入する排ガス中に残存する未燃物を燃焼させ
る二次燃焼室15と，二次燃焼室15からの排ガスにより蒸
気を生成するボイラ16とを備えている。そしてガス化炉
10にごみガス化用空気が供給され，一次燃焼室11に１次
空気が，二次燃焼室15に２次空気が供給される。

【００１５】制御系として，一次燃焼室11は該室11内の
燃焼温度を計測する温度計21と該室11に１次空気を供給
するダンパ31を設け，煙道12はそこを通過する排ガス中
のO _２濃度を計測するO_２濃度計23を設けている。また，
O_２濃度計23の計測値により排ガスの酸化性/還元性を判
別する判別器61（判別手段）と該判別により空気ダンパ
31の開度を制御する制御器41（空気ダンパ31と制御器41
の組み合わせ：制御手段）が設けられている。二次燃焼
室15は該室15に２次空気を供給するダンパ32を設け，ボ
イラ16の排ガス排出路には，O_２濃度計22を設けてい
る。またO_２濃度計22の計測値によりダンパ32の開度を
調節する制御器42が設けられている。

【００１６】実施の形態１のごみガス化溶融システムに
おいて，接続煙道12に設置したＯ_２濃度計23により一次
燃焼室11から出る排ガス残存Ｏ_２の濃度を計測する。判
別器61は，Ｏ_２濃度計23が出力した計測値をあらかじめ
設定した閾値と比較し，酸化雰囲気か又は還元雰囲気か
を判別し，その判別信号を制御器41に出力する。なお，
判別器61に設定する閾値は図８に示す空気比1.0ないし
その近似点である。制御器41では，判別信号にしたがい
現在の空気比が酸化雰囲気であれば，一次燃焼室のガス
温度の制御偏差に対し負のゲインに，すなわち供給する
１次空気を減らすように，一方，現在の空気比が還元雰
囲気であれば，正のゲインに，すなわち供給する１次空
気を増やすように，切り替える。このようにして，図８
の空気比と温度の関係に対し，常に正しい符号の制御ゲ
インを用い，制御の発散防止が実現される。Ｏ_２濃度計
23としては，応答速度が早く，高温環境(1300℃程度ま
で)に使用可能なジルコニア式Ｏ_２計が好適である。と
ころで，実施の形態１のシステムで使用したＯ_２濃度計
が，排ガス中に含まれるダストやアルカリ蒸気などによ
り作動不良となるという理由から接続煙道12に設置でき
ない場合がある。その場合には，ボイラ16出口に，すな
わちガス温度が灰付着温度，アルカリ金属の凝固点以下
に下がり，悪影響の恐れのない箇所にＯ _２濃度計を設置
することが考えられる。ボイラ出口Ｏ_２計測値から一次
燃焼室11の残存Ｏ_２を求める際には，二次燃焼室15で加
えた２次空気を考慮することが必要である。理論燃焼ガ
ス量が既知の場合，ボイラ出口Ｏ_２計測値と理論燃焼ガ
ス量，一次燃焼室排ガス残存Ｏ_２の次の関係式を用い
て，一次燃焼室排ガス残存Ｏ_２を求めることができる。

【００１７】 (一次燃焼室排ガス量)＝ (理論燃焼ガス量)＋(一次燃焼室余剰空気量) (１) (一次燃焼室排ガス残存Ｏ_２量)＝ (一次燃焼室余剰空気量) × (空気中Ｏ_２濃度) (２) (ボイラ出口排ガス量)＝ (理論燃焼ガス量)＋(一次燃焼室余剰空気量)＋(２次空気量) (３) (ボイラ出口排ガス残存Ｏ_２量)＝ ( (一次燃焼室余剰空気量)＋(２次空気量) )×(空気中Ｏ_２濃度) (４) しかし，ごみ処理施設においては既述のように，炉に投
入されるごみの組成，水分含有率は刻刻変化し，かつ直
接計測することが困難であるため，現在の理論空気量，
理論燃焼ガス量を知ることは困難である。そこでこの問
題を解決すべく，ボイラ出口以降の煙道において計測し
たＯ_２濃度から一次燃焼室排ガス残存Ｏ_２濃度を推定す
る手段を次に説明する。 （実施の形態２）図２により本発明の実施の形態２とな
るごみガス化溶融システムについて説明する。実施の形
態２のシステムの構成機器要素は，実施の形態１のシス
テムと同一であり，ガス化炉10，一次燃焼室11，水砕室
14，煙道12，二次燃焼室15，二次燃焼室15，ボイラ16を
備えている。一方，実施の形態２のシステムの制御系
は，ボイラ16の排ガスを排出する排ガス路中に検査用空
気を注入しその注入点前後の排ガス中のＯ_２濃度を計測
し，これらＯ_２濃度，検査用空気流量等から一次燃焼室
11の排ガス中Ｏ_２濃度を演算するように構成した点で実
施の形態１のシステムと相違する。この制御系は，一次
燃焼室11内の燃焼温度を計測する温度計21と，該室11に
１次空気を供給するダンパ31と，該ダンパ31の開度を調
節する制御器41（ダンパ３１と制御器41の組合せ：制御
手段）と，二次燃焼室15に２次空気を供給するダンパ32
と，ボイラ16の排ガス排出路で排ガス中のＯ_２濃度を計
測するO_２濃度計2２と，O_２濃度計22の計測値によりダ
ンパ32の開度を調節する制御器42を設けており，これら
は実施の形態１のシステムと同様である。この制御系
は，さらにボイラ16の排ガス排出路中に検査用空気を注
入するダンパ33と，該ダンパ33の流量を設定する設定器
35（ダンパ33と設定器35の組合せ：注入手段）と，検査
用空気注入点前後の排ガス中のＯ_２濃度をそれぞれ計測
するO_２濃度計24，25と，O_２濃度計24，25の各計測値及
びダンパ33の流量設定値を用いて排ガス中のＯ_２量を演
算する演算器101（演算手段）と，演算器101の演算値に
より排ガスの酸化性/還元性を判別し，その判別信号を
制御器41に送信するする判別器61（判別手段）とを設け
ている。次に，演算器101により一次燃焼室排ガス残存
Ｏ_２量を計算する方法を説明する。検査用空気合流前の
排ガス量：Ｇgas(1)およびＯ_２量：Ｇ_０２(1）は，検査
用空気供給量Ｇair, 検査用空気合流前後のＯ_２濃度計
測値Ｏ_２(1), Ｏ_２(2)を用いて算出される。即ち，Ｇga
s(1)に含むＯ_２量(＝Ｇgas(1)×Ｏ_２(1))とＧairに含む
Ｏ_２量(＝Ｇair×0.21)の合計はＧgas(1)とGairの合計
量にＯ_２(2)をかけた値に等しいから，この等式を変形
すると以下のようになる。なお0.21は空気中のＯ_２含有
率(容積）である。

【００１８】 Ｇgas(1)＝Ｇair × ( 0.21 ?Ｏ_２(2)) / (Ｏ_２(2)?Ｏ_２(1)) （５） Ｇ_０２(1）＝Ｇgas(1)× O_２(1) (６) 単位時間あたりの一次燃焼室排ガス残存Ｏ_２量は，(6)
式により求めたボイラ出口排ガス流中Ｏ_２量：Ｇ
_０２(1）から，２次空気に含まれるＯ_２量を差し引くこ
とで求められる。すなわち，次の式（７）により求めら
れる。 一次燃焼室排ガス流中Ｏ_２量＝ ボイラ出口排ガス流中Ｏ_２量−(２次空気流量) ×0.21 （７） 例えば，処理量100ｔ/日のごみガス化溶融プラントにお
いて，表１のごみを最終空気比(二次燃焼室15出口まで
に供給した全空気量による空気比) 1.3で運転した場合
の湿り排ガス量は17,193m^３N/h, Ｏ_２濃度は3.83%(wet)
である。ここに，排ガス量の0.5%に相当する86 m^３N/h
の空気を注入すると，Ｏ_２濃度は3.92%(wet)になり0.09
%(wet)だけ増加する。精度±0.5%FSのジルコニア式Ｏ_２
計を FS=5%(wet)で使用した場合の分解能は，0.025%(we
t)であり，0.09%(wet)の変化は充分に検出可能である。

【００１９】

【表1】 また，２次空気の代わりに，または２次空気に加えて他
のガス(水蒸気を多量に含んだ乾燥機排ガスなど)が合流
する場合，合流するガス中のＯ_２濃度をそれぞれ計測
し，その合計量をＧ_０２(1）から差し引けばよいことは
言うまでもない。 （実施の形態３）図３により本発明の実施の形態３とな
るごみガス化溶融システムについて説明する。実施の形
態３のシステムの構成機器要素は，実施の形態１，2の
システムと同一であり，ガス化炉10，一次燃焼室11，水
砕室14，煙道12，二次燃焼室15，二次燃焼室15，ボイラ
16を備えている。一方，実施の形態３のシステムの制御
系は，実施の形態２における検査用空気の代わりに，２
次空気の流量を時間的に増減し，それに伴うボイラ16出
口排ガス中のＯ_２濃度の変化に基づき，一次燃焼室11出
口排ガス残存Ｏ_２量を算出するものである。

【００２０】この制御系は，一次燃焼室11内の燃焼温度
を計測する温度計21と，該室11に１次空気を供給するダ
ンパ31と，該ダンパ31の開度を調節する制御器41（ダン
パ３１と制御器41の組合せ：制御手段）と，二次燃焼室
15に２次空気を供給するダンパ32と，ボイラ16の排ガス
排出路で排ガス中のＯ_２濃度を計測するO_２濃度計2２
と，O_２濃度計22の計測値によりダンパ32の開度を調節
する制御器42を設けており，これらは実施の形態１，2
のシステムと同様である。この制御系は，さらに，上記
のように２次空気の流量を時間的に増減するために方形
波信号を発生し該出力を制御器42（別の制御手段）の出
力に加算する方形波発生器102と，ボイラ16の排ガス路
中のＯ_２濃度を計測するO_２濃度計26と，O_２濃度計26の
計測値及び方形波発生器10の方形波信号を用いて排ガス
中のＯ_２量を演算する演算器101（演算手段）と，演算
器101の演算値により排ガスの酸化性/還元性を判別しそ
の判別信号を制御器４１に送信するする判別器61（判別
手段）とを設けている。

【００２１】上記実施の形態３の制御系において，方形
波発生器102により生成した方形波信号を制御器42の出
力に加算して，２次空気ダンパ42を操作する。これによ
り２次空気の流量は，図４(ａ)に示すように，時間的に
方形波状に変化する。ボイラ16出口に設置したＯ_２濃度
計26の検出値は，２次空気の流量変化に対応して図４
(ｂ)に示すように，時間的に方形波状に変化する。今，
２次空気が方形波信号の底辺に対応して相対的に少ない
ときのボイラ出口Ｏ_２濃度をＯ_２(1)，方形波信号の上
辺に対応して相対的に多いときのボイラ出口Ｏ_２濃度を
Ｏ_２(2)，２次空気流量の変化量をGairとすると，第２
の実施の形態と同様に，式(５)および(６)から，一次燃
焼室11出口の排ガス残存Ｏ_２量を算出することが可能で
ある。なお，２次空気の代わりに一次空気を方形波状に
変化させても，上記のようにボイラ出口での各濃度Ｏ_２
(1)，Ｏ_２(2)を得ることができ，一次燃焼室11出口の排
ガス残存Ｏ_２量を算出することができる。 （実施の形態４）図５により本発明の実施の形態４とな
るごみガス化溶融システムについて説明する。実施の形
態４のシステムは，投入されるごみ質が時間的に短時間
に変化するため，ボイラ出口Ｏ_２濃度が刻々変化する場
合に好適なシステムであって，実施の形態３のシステム
がごみ質の短時間変化に対応できず適用できない場合に
代わりに用いる。実施の形態４のシステムの構成機器要
素は，実施の形態１〜３のシステムと同一であるので，
ここでは説明を省略する。一方，実施の形態４のシステ
ムの制御系は，概略，実施の形態３における方形波発生
器102の代わりに，模擬白色信号発生器103（後に詳述す
る）を用いて２次空気の流量を時間的に増減し，それに
伴うボイラ16出口排ガス中のＯ_２濃度の変化に基づき，
一次燃焼室11出口排ガス残存Ｏ_２量を算出するものであ
る。

【００２２】実施の形態４のシステムの制御系は，一次
燃焼室11内の燃焼温度を計測する温度計21と，該室11に
１次空気を供給するダンパ31と，該ダンパ31の開度を調
節する制御器41（ダンパ３１と制御器41の組合せ：制御
手段）と，二次燃焼室15に２次空気を供給するダンパ32
と，ボイラ16の排ガス路で排ガス中のＯ_２濃度を計測す
るO_２濃度計22と，O_２濃度計22の計測値によりダンパ32
の開度を調節する制御器42を設けており，これらは実施
の形態１〜３のシステムと同様である。この制御系は，
さらに，上記のように２次空気の流量を時間的に増減す
るための信号を発生し該出力を制御器42（ダンパ３２と
制御器42の組合せ：別の制御手段）の出力に加算する模
擬白色信号発生器103と，ボイラ16の排ガス路中のＯ_２
濃度を計測するO_２濃度計26と，O_２濃度計2の計測値及
び模擬白色信号を用いて排ガス中のＯ_２量の変化幅ΔＯ
_２を検出する相互相関器104と，O_２濃度計2の計測値及
び変化幅ΔＯ_２により排ガス中のＯ_２量を演算する演算
器101（演算手段）と，演算器101の演算値により排ガス
の酸化性/還元性を判別し，その判別信号を制御器41に
送信するする判別器61（判別手段）とを設けている。上
記実施の形態４のシステムの制御系において，模擬白色
信号発生器103では，自己相関関数が白色雑音の自己相
関関数に類似の信号(以下，模擬白色信号という)を生成
する。模擬白色信号は，相互相関をとった場合に，自己
と相似の信号との相互相関のみ被試験信号の振幅に比例
する大きな相関係数が得られ，その他の信号との相関係
数は非常に小さいという特徴がある。実施の形態４で
は，２次空気流量を模擬白色信号発生器103で生成した
模擬白色雑音で変調し，ボイラ16出口Ｏ_２濃度と模擬白
色信号発生器103生成信号との相関係数から，２次空気
量操作に対応するボイラ出口Ｏ_２濃度の変化幅ΔＯ_２を
相互相関器104により検出する。ごみ質変動によるＯ_２
濃度の変動はランダムに発生すると考えられるため，相
関係数は２次空気の変調操作分のみを反映している。ボ
イラ16出口Ｏ_２濃度の時間平均値をＯ_２(1), Ｏ_２(1)に
ΔＯ_２を加えたものをＯ_２(2)とおくことで，式(５),
(６)を適用することができる。以下第３の実施の形態と
同様であり，省略する。模擬白色雑音としては，チャー
プ信号，M系列波，M系列PRK波などが知られている。一
例として，M系列PRK波の波形および，自己相関関数を図
６に示す。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば，ごみ質の変動に対して
も安定した１次空気制御を行うことが可能となり，ごみ
ガス化溶融システムの安定運転に大きく寄与するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１であるごみガス化溶融シ
ステムの構成を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態２であるごみガス化溶融シ
ステムの構成を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態３であるごみガス化溶融シ
ステムの構成を示す図である。

【図４】実施の形態３における２次空気流量の変化に対
するボイラ出口Ｏ_２濃度変化を説明する図である。

【図５】本発明の実施の形態４であるごみガス化溶融シ
ステムの構成を示す図である。

【図６】実施の形態４で用いる疑似白色雑音およびその
自己相関波形の一例を示す図である。

【図７】従来の技術になるごみガス化溶融システムの例
を示す図である。

【図８】空気比とガス温度の関係を説明する図である。

【符号の説明】

１０ ガス化炉 １１ 一次燃焼室 １２ 接続煙道 １３ スラグ排出口 １４ 水砕室 １５ 二次燃焼室 １６ ボイラ ２１ 温度計 ２２，２４，２５，２６ Ｏ_２濃度計 ３１ １次空気ダンパ ３２ ２次空気ダンパ ３３ 検査用空気ダンパ ３４ 設定器 ４１ 制御器（一次燃焼室用） ４２ 制御器（二次燃焼室用） ６１ 判別器 １０１ 排ガス残存Ｏ_２演算器 １０２ 方形波発生器 １０３ 模擬白色信号発生器 １０４ 相互相関器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K061 AA24 AB01 AB02 AB03 AC01 FA10 FA21 FA23 3K062 AA24 AB01 AB02 AB03 AC01 AC19 AC20 CB03 CB08 DA01 DA08 DA22 DB06 DB08

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ごみを燃焼させガス化するガス化炉と，
   該ガス化炉から送られる可燃ガスに含むチャー，灰分等
   を溶融しスラグ化するため１次空気が供給される一次燃
   焼室と，前記一次燃焼室の燃焼ガス温度を検出する温度
   計と，該検出する温度と前記一次燃焼室の設定温度との
   温度差に応じて前記１次空気流量を制御する制御手段と
   を備えるごみガス化溶融システムにおいて，前記一次燃
   焼室から出る排ガス中のＯ_２濃度を計測するＯ_２濃度計
   と，該計測したＯ_２濃度が，予め定めた閾値以上で前記
   一次燃焼室の排ガスが酸化雰囲気であると判別して前記
   制御手段の制御ゲインの符号を負に，前記閾値未満で該
   符号を正に切り替える判別手段とを設けたことを特徴と
   するガス化溶融システム。
2. 【請求項２】 ごみを燃焼させガス化するガス化炉と，
   該ガス化炉から送られる可燃ガスに含むチャー，灰分等
   を溶融しスラグ化するため１次空気が供給される一次燃
   焼室と，該一次燃焼室から出る排ガスを二次燃焼させる
   ため２次空気が供給される二次燃焼室と，該二次燃焼室
   から出る排ガスと熱交換するボイラと，前記一次燃焼室
   の燃焼ガス温度を検出する温度計と，該検出する温度と
   前記一次燃焼室の設定温度との温度差に応じて前記１次
   空気流量を制御する制御手段とを備えるごみガス化溶融
   システムにおいて，前記ボイラから出る排ガスに流量既
   知の空気を検査用として注入する注入手段と，該空気の
   注入点の前後で前記ボイラ排ガスのＯ_２濃度を計測する
   第１，第２のＯ_２濃度計と，該第１，第２のＯ_２濃度計
   により計測した第１，第２のＯ_２濃度，前記注入空気お
   よび前記２次空気の各流量および空気のＯ_２濃度を基
   に，前記一次燃焼室の排ガス流中のＯ_２量を演算する演
   算手段と，該演算手段により得られたＯ_２量が，ゼロ以
   上で前記一次燃焼室の排ガスが酸化雰囲気であると判別
   して前記制御手段の制御ゲインの符号を負に，ゼロ未満
   で該符号を正に切り替える判別手段とを設けたことを特
   徴とするガス化溶融システム。
3. 【請求項３】 前記注入される検査用空気の代わりにＯ
   _２濃度既知のガスを用い，前記演算手段は前記第１，第
   ２のＯ_２濃度，前記注入空気および前記２次空気の各流
   量および空気のＯ_２濃度の代わりに前記第１，第２のＯ
   _２濃度，前記ガスの流量およびＯ_２濃度，および前記２
   次空気の流量および空気のＯ_２濃度を基に前記一次燃焼
   室の排ガス流中のＯ_２量を演算することを特徴とする請
   求項２記載のガス化溶融システム。
4. 【請求項４】 ごみを燃焼させガス化するガス化炉と，
   該ガス化炉から送られる可燃ガスに含むチャー，灰分等
   を溶融しスラグ化するため１次空気が供給される一次燃
   焼室と，該一次燃焼室から出る排ガスを二次燃焼させる
   ため２次空気が供給される二次燃焼室と，該二次燃焼室
   から出る排ガスと熱交換するボイラと，前記一次燃焼室
   の燃焼ガス温度を検出する温度計と，該検出する温度と
   前記一次燃焼室の設定温度との温度差に応じて前記１次
   空気流量を制御する制御手段とを備えるごみガス化溶融
   システムにおいて，前記ボイラから出る排ガス中のＯ_２
   濃度を計測するＯ_２濃度計と，前記２次空気流量を変動
   させる方形波信号を前記２次空気流量を制御する別の制
   御手段に送信する方形波発生器と，前記Ｏ_２濃度計によ
   りそれぞれ計測する，前記方形波信号の底辺に対応する
   前記ボイラの排ガス流量中の第１のＯ_２濃度および前記
   方形波信号の上辺に対応する前記ボイラの排ガス中の第
   ２のＯ_２濃度，前記方形波信号の底辺および上辺に対応
   する各２次空気流量間の流量変動幅，前記２次空気の流
   量および空気のＯ_２濃度を基に，前記一次燃焼室の排ガ
   ス流中のＯ_２量を演算する演算手段と，該演算手段によ
   り得られたＯ_２量がゼロ以上で前記一次燃焼室の排ガス
   が酸化雰囲気であると判別して前記制御手段の制御ゲイ
   ンの符号を負に，ゼロ未満で該符号を正に切り替える判
   別手段とを設けたことを特徴とするガス化溶融システ
   ム。
5. 【請求項５】 ごみを燃焼させガス化するガス化炉と，
   該ガス化炉から送られる可燃ガスに含むチャー，灰分等
   を溶融しスラグ化するため１次空気が供給される一次燃
   焼室と，該一次燃焼室から出る排ガスを二次燃焼させる
   ため２次空気が供給される二次燃焼室，該二次燃焼室か
   ら出る排ガスと熱交換するボイラと，前記一次燃焼室の
   燃焼ガス温度を検出する温度計と，該検出する温度と前
   記一次燃焼室の設定温度との温度差に応じて前記１次空
   気流量を制御する制御手段とを備えるごみガス化溶融シ
   ステムにおいて，前記ボイラから出る排ガス中のＯ_２濃
   度を計測するＯ_２濃度計と，前記２次空気量を変動させ
   る信号を前記２次空気の流量を制御する別の制御手段に
   送信する模擬白色信号発生器と，前記ボイラ出口で前記
   Ｏ_２濃度計により計測するＯ_２濃度と前記模擬白色信号
   との相関係数を求め，該相関係数とボイラ出口のＯ_２濃
   度の時間的平均値とを基にＯ_２濃度の変化幅を求める相
   互相関器と，前記ボイラ出口のＯ_２濃度の時間平均値，
   前記Ｏ_２濃度の変化幅，前記２次空気の流量の変動幅お
   よび空気のＯ_２濃度を基に，前記一次燃焼室の排ガス流
   中のＯ_２量を演算する演算手段と，該演算手段により得
   られたＯ_２量が，ゼロ以上で前記一次燃焼室の排ガスが
   酸化雰囲気であると判別して前記制御手段の制御ゲイン
   の符号を負に，ゼロ未満で該符号を正に切り替える判別
   手段とを設けたことを特徴とするガス化溶融システム。