JP2004514872A - ごみ焼却プラントの作動方法 - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項1の前文に記載のごみ焼却プラントを作動させるための方法、請求項10に記載のごみ焼却プラントの作動パラメータを制御するための調整システム、およびこの種の調整システムを有するごみ焼却プラントに関する。
【0002】
【従来の技術】
油燃焼または石炭燃焼用の動力プラントにおける作業及び特に均一な加熱において、問題は生じない。この均一な加熱は、燃料を均一に測定することにより達成される。燃料の品質は、一定であり既知のものである。また、ごみ焼却プラントの主たる目的は、熱量を一定に保つことである。さらに、煙道ガス(flue gas)は、品質と量に関して法令で定めた規制に一致させなければならない。
【0003】
ごみの発熱量は、異なる組成及び変化する水分量によりかなり変動するので、出熱は、供給されるごみを計量することによって単純に制御することができない。従って、熱量を一定に維持することは困難であり、他のパラメータの最適化がより大きな問題となる。
【0004】
ヨーロッパ特許第499976号には、ごみ焼却プラントを作動する方法が開示され、ここで、熱量を均一に生じさせるために、ごみの供給、即ち、計量ラムの動き、火格子上へのごみの搬送、即ち、火格子部品の移動または持ち上げ回数、及び一次空気の供給がカスケード配列の調整システムによって調整される。発生する蒸気の量は、僅かに遅れて記録され、主たる調整変数として使用される。煙道ガスの酸素含有量の値は、迅速に利用可能であり、補助調整変数として用いられる。
【0005】
この燃焼容量の調整を用いて、ごみ焼却プラントは、ごみの特性を僅かに変えてそれゆえ、発熱量の変動に対して自動的に適合可能にすることができる。しかし、火格子の回数、ラムの移動、および一次空気の供給は、常に同一方向に増加するかまたは減少する。その結果、この燃焼容量の調整は、ごみの状態または発熱量における本質的な変化を十分に補償しない。このごみは、反対方向に変更すべき作動パラメータを必要とする。この場合、例えば、湿っていて、ぎっしり詰まったごみに切り替えられたとき、計量ラムの速度が、ごみの供給を抑えるために低下し、ごみを分けたり、ばらばらにしたりするために、火格子の回数を増加しなければならない。
【0006】
公知の方法では、短期間であれば、燃焼強さを増加させたり減少させることにより、発熱量の変動を補償することができるが、長期間では、ごみの測定量によって、自動的な燃焼容量の調整は、火格子の長さ全体に渡って正しい焼却を考慮することができない。
【0007】
実際に、発熱量におけるこのような変化は、ごみの状態または燃焼の状態における視覚的アセスメントによって作業者が調整している。作業者は、個々の作動パラメータをマニュアル操作で調整する。例えば、湿ったごみでは、予め一次空気の量を増加させる。この問題は、作動パラメータを調整することを複雑にし、可能な行動および相互作用の範囲を広くするために、調整が常に適切に行われるとは限らない。更に、作業者の経験によってその成功が大いに左右される。この調整プロセスは、極端に長い遅れ時間を生じさせ、その結果、約1時間経過した後に、ようやく調整が完了することになる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ごみ焼却プラントの作業を単純化し、特に、作動パラメータが、ごみの特性、特に、発熱量における変動を自動的に変化できる方法、その調整システム及びごみ焼却プラントを提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項1に記載の構成を有するごみ焼却プラントを作動させる方法によって達成される。この目的は、また、請求項10に記載の構成を有する調整システム及び請求項15に記載の構成を有する調整システムを用いるごみ燃焼プラントによって達成される。
【0010】
本発明の細かい改良点は、従属する請求項、発明の詳細な説明および図面によって明らかになる。
ごみ焼却プラントを作動させるために、燃焼が拡がった後、熱量の発生が、複数のパラメータを調整することによって、公知の方法でより均一(燃焼容量調整)にされる。複数のパラメータは、複数の測定変数の機能として、ごみの計量、火格子の滞在時間、および一次空気の量的供給量等の作動パラメータの少なくとも1つを含み、また、煙道ガスに含まれる酸素含有量、及び発生した蒸気量の測定変数の少なくとも1つを含んでいる。
【0011】
例として、ヨーロッパ特許第499976号から知られている方法が用いられる。本発明によれば、測定されたごみの発熱量またはこの発熱量の変化の尺度である発熱量パラメータは、測定された変数から導かれる。公知の制御技術に変形例として、少なくとも1つの作動パラメータが、発熱量パラメータの関数として部分的に少なくとも調整される。
【0012】
発熱量またはこの値の変化は、適切な測定変数を分析することによって自動的に記録される。発熱量パラメータは、例えば、経験的に決定される、またはモデル計算を用いて導かれる所定のプランに従って、少なくとも1つの作動パラメータの調整に影響するように使用される。それゆえ、理想的には、マニュアル的な作業を必要としないで、客観的な基準に基づいて自動的に行うことができ、またこのプラントは、原理的に実行可能である。
【0013】
さらに、マニュアル的な作業の選択を与えることも可能である。この結果、発熱量、または発熱量の変化は、例えば、燃焼状態を観察することによって作業者によって評価される。このプロセス制御ユニットは、発熱量パラメータを変数として入力するのに用いられ、この変数は、例えば、燃焼設備の大きさを特定したとき、推定される正規の発熱量から導かれる推定発熱量に相当する。
【0014】
発熱量パラメータに対する測定変数は、自動的に記録される。この方法の有利な改良点は、煙道ガスの湿気量が発熱量の尺度として用いられる。これは、ごみの発熱量がその水分量によって決定されるという事実に基づいている。
【0015】
ごみに含まれる水分量が燃焼炉内に供給されると、すぐに蒸発し始めるので、測定された湿気量は、大きな時間遅れなしでごみの組成に変化が生じる。変化した発熱量に適合するように作動パラメータまたは調整のために、対応する信号がただちに利用可能になる。
【0016】
煙道ガスの湿気量は、湿度センサによって直ちに測定することができる。しかし、好ましくは、煙道ガスは、水分が飽和しており、湿気量、即ち、発熱量の尺度として使用される飽和した煙道ガスは、容易に測定可能な温度となっている。蒸発を介しての熱の抽出は、初めから煙道ガスに存在する水が少なければより大きくなる。
【0017】
水を豊富に含んだ煙道ガスの温度は、そのごみの元の水分含有量の尺度となり、それゆえ、発熱量の尺度ともなる。多くのごみ焼却プラントにおいて、水噴射装置及びスクラッバーが存在するので、これらの可変要素は容易に実現できる。煙道ガスの温度は、好ましくは、水噴射装置の下流で、スクラッバーの水だめまたはスクラッバーの出口において測定される。
【0018】
発熱量パラメータは、少なくとも1つの補正変数を自動的に決定するのに用いられる。この補正変数は、燃焼容量調整および/または燃料容量調整のために使用される変数の1つ、即ち、入力変数またはレギュレータの倍率である。好ましくは、複数の作動パラメータは、このように影響を受ける。その結果、介入または自動的に記録された発熱量に基づいて、プラント全体の特性ダイアグラムが、変化した発熱量に対してシフトされかつ最適に適合させることができる。補正変数は、例えば、モデル計算に基づいて、または経験的な値に基づいて決定される。
【0019】
補正変数は、容量調整をしながら、さもなければ公知の方法で出熱を一定に保ちながら、例えば、個々のレギュレータの設定範囲または作業ポイントにシフトするために使用される。
【0020】
本発明のさらなる改良点では、発熱量パラメータから決定された補正変数は、少なくとも1つのレギュレータのレギュレータ倍率を修正するのに用いられる。このように、このレギュレータの作動範囲は、変化した発熱量に適合する。更に、同一の発熱量パラメータから決定される対応した補正変数が、このレギュレータまたは他のレギュレータの設定値および/または所望値に適合するように用いることができる。
【0021】
好ましくは、次の作動パラメータ;一次空気及び二次空気の合計、一次空気の二次空気に対する割合、ゾーンフラップ位置、一次空気、ごみの計量、火格子の滞在時間、所望の酸素量、一次空気の前加熱が、発熱量パラメータの関数として調整される。
【0022】
ごみ焼却プラントの作動パラメータの少なくとも1つを調整するために、本発明に従う調整システムは、少なくとも1つのレギュレータを有する。このレギュレータは、入力信号および/または少なくとも1つの所望値として供給される少なくとも1つの調整変数に基づいて出力信号を発生する。出力信号は、アクチュエータラム、火格子、一次空気用フラップまたは一次空気用のプレヒータの1つに設定値として供給される。
【0023】
本発明によれば、測定変数を記録するための第1測定装置が設けられる。この測定変数から、ごみの発熱量またはこの発熱量の変化の尺度である発熱量パラメータが導かれる。更に、発熱量の補正ユニットが設けられ、発熱量パラメータに基づいて、少なくとも1つの補正変数が発生し、この補正変数は、少なくとも1つの所望値および/または設定値および/または少なくとも1つのレギュレータのレギュレータ倍率を修正するのに使用される。
【0024】
このレギュレータシステムは、特に、本発明に従う方法を遂行するのに用いられる。
この形式の調整システムを有するごみ焼却プラントは、調整システムの全ての利点を有する。本発明の実施形態は、図面及び以下の記載に基づいて説明される。
【0025】
【発明の実施の形態】
図1は、ごみ焼却プラントの流れ図を示す。ごみは、1つのラム(ここでは、図示略)によって燃焼室101に供給される。駆動される焼却用火格子(図示略)上を通過中に計量されるごみは、ここで、乾燥され、脱気されて、そして焼却される。燃焼手順は、一次空気、二次空気の供給及び火格子の動きによって影響される。燃焼室101からボイラー(図示略)に流れる熱い煙道ガス102は、ボイラー内において蒸気状態で使用される。この煙道ガスは、水噴射装置、即ち、急冷装置103を通過し、この急冷装置内で、煙道ガス102は、水104に浸されて、飽和した煙道ガス105は、次に煙道ガス洗浄ステージ106に供給される。
【0026】
温度測定装置108は、水で飽和した煙道ガス105の温度を測定する。測定値は、処理ユニット109に供給され、この処理ユニットは、発熱量パラメータ110を発生する。処理ユニット109は、例えば、PIレギュレータからなる。例としては、スライド型温度手段の瞬時温度の偏差が、発熱量または発熱量偏差の尺度として利用される。煙道ガスの温度は、調整の目的として用いられ、急冷装置103の下流で、スクラッバー106の油だめ、またはスクラッバー106の出口領域において測定される。
【0027】
発熱量パラメータ110を決定するために、湿度測定装置107を用いて飽和していない煙道ガス102の湿気量を測定することが可能である。また、この測定は処理ユニット109において評価される。これは、急冷装置103のない特定のプラントに対して勧められる。
【0028】
それ自体公知の方法において、図2に示す調整システムは、煙道ガスの酸素含有量と蒸気量を測定するための測定装置201,202を有する。作動パラメータは、次のように調整される。アクチュエータ「ラム」209を作動してごみの計量、アクチュエータ「火格子」210を作動させる火格子の滞在時間、対応アクチュエータ208を作動して前加熱する一次空気、及び機能ユニット「空気」211を作動させて一次空気と二次空気の供給/分配の各パラメータがあり、更に複数のレギュレータを含むこともできる。機能ユニット「空気」211は、例えば、ここに示されていないアクチュエータを作動させるのに用いられ、全体の空気量、一次空気量、二次空気量に対して使用され、個々の火格子ゾーンに空気が供給される。
【0029】
蒸気量222に対する測定値は、主または先導レギュレータ203に入力信号として供給される。これは、好ましくは、低速作動のPIレギュレータである。その出力信号223は、下流に配置される3つの補助、即ちサーボレギュレータ204,205,206に供給される。このレギュレータは、急速作動のPレギュレータが好ましい。補助レギュレータ204,205,206の所望値は、測定された蒸気量に基づいて、主レギュレータ203の出力信号223によって調整される。
【0030】
酸素含有量224に対する測定値が、更なる入力信号として補助レギュレータ204,205,206に供給される。酸素含有量213に対する予め決められた所望値は、3つの全ての補助レギュレータ204,205,206に対する第3の入力信号として用いられる。補助レギュレータ204,205,206の出力は、ラム、火格子、および空気の各アクチュエータ209,210,211に連結される。
【0031】
制御ユニット214は、予め決められた所望値212に基づくアクチュエータ209,210,211の基本設定値を決定するのに使用する。対応する信号226が基本設定値としてアクチュエータ209,210,211に供給される。これらの基本設定値は、例えば、基本設定値226に付加される、補助レギュレータ204,205,206からの出力信号によって修正される。
【0032】
本発明によれば、これまで記載してきた調整システムは、それ自体公知であり、発熱量の変化に自動的に適合するように調整を可能にする特徴によって拡張される。この目的のために、測定変数を供給するための測定装置があり、この測定装置からの発熱量又はその変化の測定により、たとえば、水分飽和の煙道ガスの温度が導かれる。発熱量補正ユニット215に入力変数として供給される発熱量パラメータ228は、ユニット216における測定変数から発生する。この補正ユニットは、発熱量パラメータを用いて、作動パラメータの調整を修正するのに使用される複数の補正変数218,219,220,221を決定する。
【0033】
第1に、発熱量補正ユニット215は、酸素所望値の補正変数218を発生し、この補正変数は、例えば、補正変数を所望値に加えることにより、変化した発熱量に対する入力変数225として補助レギュレータに供給される酸素所望値213に適合させるのに使用される。設定値補正変数219は、アクチュエータ209,210,211に供給される設定値227を修正するために使用される。
【0034】
例として、使用される設定値227は、補助レギュレータ204,205,206、対応する基本設置値226、及び対応する補正変数226からの出力信号の合計である。個々のアクチュエータに適当に割り与えられる補正変数226によって、単純で自動的に実行される調整により、作動パラメータを現在の発熱量に最適に適合させることは可能である。例として、湿っていて、非常に凝縮したごみ(低発熱量)に移行した場合、ラム速度が減少し(アクチュエータラム209に対する負の補正変数)かつ火格子の持ち上げ回数が増加する(アクチュエータ火格子210に対する正の補正変数)。
【0035】
本発明の好ましい改良において、発熱量補正ユニット215は、更に補正変数220を発生し、この補正変数は、補助レギュレータ204,205,206の倍率を修正するのに使用する。例として、高い発熱量では、アクチュエータ「火格子」210を調整する補助レギュレータ205の倍率は増加し、また、機能ユニット「空気」211を調整する補助レギュレータ206の倍率は減少する。同時に、基本設定値は、補正変数219を用いて適合させる。これは、異なるごみ発熱量が、同一のレギュレータ偏差に対して異なるレギュレータ応答(倍率)を必要とすることを見出したことに基づいている。
【0036】
更に、火格子上のごみの燃焼行動が、発熱量によるものであり、それゆえ、ごみの如何なる状態(基本設定値の適合)に対しても、最適な火格子の適用範囲を確実に与える測定を必要とする。例として、高い発熱量では、プラントは、好ましくは火格子バイアス、即ち、火格子の滞在時間を短くして作動する。また、低い発熱量では、プラントは、好ましくはエアバイアスを用いて作動する。これは、本発明に従うレギュレータ倍率を修正することによって達成することができる。
【0037】
発熱量補正ユニット215は、更に、一次空気の前加熱アクチュエータに対する設定値として直接役立つ制御変数221を発生する。
図3a及び図3bは、火格子に対するサーボレギュレータの特性曲線と、空気供給量に対するサーボレギュレータの特性曲線を示し、かつ高い発熱量(破線)と低い発熱量(ドット線)に対する対応するアクチュエータの各設定値の2つの例を示している。
【0038】
図3aは、測定した酸素含有量の関数としてまたはサーボレギュレータの偏差として、火格子持ち上げ回数fRを示す。制御偏差がゼロである場合、設定値x1、x2は、制御ユニット214によって決定された基本変数、および記録された発熱量の基づいて補正された基本変数によって与えられる。したがって、高い発熱量に対する基本設定値x1は、低い発熱量に対する基本設定値x2よりも低い。特性曲線における増加量は、レギュレータ倍率によって決定され、低い発熱量に対するよりも高い発熱量に対する基本設定値の方が高い。一次空気供給量PLの場合には、その調整が図3bに示されており、基本設定値x1、x2及びレギュレータ倍率は、低い発熱量よりも高い発熱量の方が低くなっている。
【0039】
図4は、図2からのサーボレギュレータに対するレギュレータ回路の一例を示す。補正変数218,219,220は、発熱量補正ユニット215における発熱量パラメータ228から発生する。ユニット215における非線形曲線によって図4において表されている予め決められた機能に基づいて連関が生じる。蒸気レギュレータからの出力信号223を用いて、酸素の所望値213は、酸素所望値のシフトを示す、この所望値の補正変数が加算器に加えられる。現在の酸素測定値224に関する差が単純化され、かつ減衰される。レギュレータ倍率の補正変数220によてその比例的なファクターが決定される。設定値227に対する基本変数226及び設定値補正変数219が、レギュレータ倍率の補正変数220に付加される。設定値227に対する基本変数226は、予め設定された蒸気の所望値212から所定の変数を用いる乗算及び加算によって制御ユニット214に発生する。アクチュエータ209,210は、このように発生した設定値227を用いて作動される。
【図面の簡単な説明】
【図1】
図1は、ごみ焼却プラントの流れ図を概略的に示す図である。
【図2】
図2は、本発明に従うレギュレータ装置の一例を概略的に示す図である。
【図3】
図3aは、異なる発熱量での火格子に対するサーボレギュレータの特性曲線の一例を概略的に示し、図3bは、異なる空気供給量に対するサーボレギュレータの特性曲線の一例を概略的に示す図である。
【図4】
サーボレギュレータ用のレギュレータ回路の一例を概略的に示す図である。
Claims (17)
- 燃焼が燃え広がった後、複数の作動パラメータを調整して、より均一な熱の発生を生じさせるごみ焼却プラントの作動方法であって、
複数の測定変数として機能する、「ごみの計量」、「火格子の滞在時間」、「一次空気の量的供給量」を前記複数の作動パラメータの少なくとも1つに含み、
前記複数の測定変数の少なくとも1つに、「煙道ガス内の酸素含有量(224)」と「発生した蒸気量(222)」を含み、
ごみの発熱量またはこの発熱量の変化の尺度である発熱量パラメータ(228)が、更に前記測定変数から発生し、少なくとも1つの作動パラメータが、発熱量パラメータ(228)の関数として少なくとも部分的に調整されることを特徴とするごみ焼却プラントの作動方法。 - 次の作動パラメータ;「一次空気及び二次空気の合計」、「一次空気の二次空気に対する割合」、「ゾーンフラップ位置」、「一次空気の量」、「ごみの計量」、「火格子の滞在時間」、「所望の酸素値」、「一次空気の前加熱」が、発熱量パラメータ(228)の関数として調整されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記発熱量パラメータ(228)は、焼却中に発生する煙道ガス(102)の湿気量から決定されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の方法。
- 前記発熱量パラメータ(228)は、燃焼中に発生しかつ蒸気で飽和した煙道ガス(104)の温度から決定されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の方法。
- 前記発熱量パラメータ(228)または所定の規則に従って、少なくとも1つの補正変数(218,219,220,221)が割り与えられ、この補正変数は、少なくとも1つの入力変数(所望値)(225)および/または少なくとも1つのレギュレータ(204,205,206)の少なくとも1つの出力変数(設定値)(227)を修正するために用いられ、前記レギュレータは、それ自体知られた方法で、少なくとも1つの作動パラメータを調整または制御するために用いられることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の方法。
- レギュレータ(204,205,206)の出力変数の合計、発熱量パラメータ(228)に基づいて発生した補正変数(219)及び好ましくは予め決められた基本設定値(226)が、作動パラメータを調整するのに使用されることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 補正変数(218)は、レギュレータ(204,205,206)用の入力変数(所望値)(225)を修正するのに使用されることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の方法。
- 少なくとも1つの補正変数(219)は、発熱量パラメータ(228)に割り与えられ、または所定の規則に従って割り与えられ、この補正変数は、少なくとも1つのレギュレータ(204,205,206)の少なくともレギュレータ倍率を修正するのに用いられ、前記レギュレータは、それ自体知られた方法で、少なくとも1つの作動パラメータを調整または制御するために用いられることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の方法。
- 作動パラメータである「ごみの計量」、「火格子の滞在時間」、「一次空気の量的供給量」、及び「一次空気の前加熱」を制御し、少なくとも測定された変数である「煙道ガス(224)における酸素含有量」および「発生した蒸気の量」から導かれる設定値(227)が、使用される発熱量パラメータ(228)の関数として修正されることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の方法。
- アクチュエータラム(209)、火格子(210)、一次空気用フラップ(211)、または一次空気量のプレヒーター(208)の少なくとも1つを調整するための少なくとも1つのレギュレータ(203,204,205,206)を有して、ごみ焼却プラントの作動パラメータの少なくとも1つを調整するための調整システムであって、
ごみの発熱量またはこの発熱量の変化の尺度である発熱量パラメータ(228)が導き出される測定変数を記録するための測定装置(107,108,217)と、
前記発熱量パラメータに基づいて、少なくとも1つの補正変数(218,219,220,221)を発生する発熱量補正ユニット(215)とを有し、
前記補正変数が、少なくとも1つの入力変数(225)および/または1つの出力変数(227)および/または少なくとも1つのレギュレータ(203,204,205,206)のレギュレータ倍率を修正するのに使用されることを特徴とする調整システム。 - 測定装置(107,108,217)は、煙道ガス(102)の湿気量または水分量が飽和した煙道ガス(104)の温度を記録することを特徴とする請求項10に記載の調整システム。
- 発熱量補正ユニット(215)は、複数の補正変数(218,219,220,221)を発熱量パラメータ(228)に割り当てるために使用される回路を有し、好ましくは、発熱量パラメータ(228)から前記補正変数(218,219,220,221)を計算するのに使用されるプロセッサを有することを特徴とする請求項10または請求項11に記載の調整システム。
- 蒸気の量及び煙道ガスの酸素含有量(202,201)を測定するための測定装置が存在することを特徴とする請求項10ないし12のいずれかに記載の調整システム。
- 主レギュレータ(203)を有し、測定された蒸気量から導かれる主調整変数が前記主レギュレータに供給されるマルチループ型調整装置と、
前記主レギュレータ(203)の下流に接続され、測定された酸素含有量(224)から導かれる補助調整変数を供給する少なくとも3つの急速補助レギュレータ(204,205,206)とを有し、
主レギュレータの複数の出力が、各々アクチュエータ(209,210,211)の1つの連結され、前記補正変数(218,219,220,221)が、入力変数および/または出力変数および/または少なくとも1つの補助レギュレータ(204,205,206)のレギュレータ倍率、好ましくは、前記補助レギュレータ(204,205,206)の全てを修正するのに使用されることを特徴とする請求項13に記載の調整システム。 - 火格子、ボイラーを有する内燃室を有し、かつ請求項10ないし14のいずれか1つに記載の調整システムを有することを特徴とするごみ焼却プラント。
- 蒸気を有するごみ焼却中に発生した煙道ガスを飽和するための水噴射装置(103)と、この水噴射装置の下流に配置され、蒸気飽和した煙道ガス(105)の温度を測定するための測定装置(108)とを有することを特徴とする請求項15に記載のごみ焼却プラント。
- 煙道ガスの湿気含有量を測定するための測定装置を有していることを特徴とする請求項15に記載のごみ焼却プラント。
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