JP2005003219A - ストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置 - Google Patents
ストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】変動するストーカ上の局所的なゴミの燃焼状態を推定してゴミの適正燃焼を安定して持続できるストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置を提供する。
【解決手段】ストーカの部材内部或いは近傍にストーカ温度を測定するストーカ温度センサ１５をゴミ搬送方向に沿って複数分散配置し、ストーカ上を移動するゴミ層９の表面上部の１次燃焼室２１内に炉内ガス温度を測定するガス温度センサ１４をゴミ搬送方向に沿って複数分散配置し、ストーカ温度センサ１５とガス温度センサ１４の検出温度に基づいて、複数のコンパートメント８の一部または全部に対し、コンパートメント８別にストーカ速度と１次燃焼空気の供給量の少なくとも何れか一方の制御を行う。
【選択図】 図１
【解決手段】ストーカの部材内部或いは近傍にストーカ温度を測定するストーカ温度センサ１５をゴミ搬送方向に沿って複数分散配置し、ストーカ上を移動するゴミ層９の表面上部の１次燃焼室２１内に炉内ガス温度を測定するガス温度センサ１４をゴミ搬送方向に沿って複数分散配置し、ストーカ温度センサ１５とガス温度センサ１４の検出温度に基づいて、複数のコンパートメント８の一部または全部に対し、コンパートメント８別にストーカ速度と１次燃焼空気の供給量の少なくとも何れか一方の制御を行う。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ストーカ式ゴミ焼却炉の主たる焼却対象である都市ゴミは、一般に水分を多量に含み、燃焼物としてのゴミの成分、発熱量等の性状（ゴミ質）にもバラツキがあるため、ゴミ質に応じた適正な燃焼制御を行う必要がある。このため、ストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御技術として、種々の方法が提案されており、例えば、ストーカ上のゴミの燃え切り位置を検出して、その結果により燃焼制御を行うもの（例えば、特許文献１、２参照）、ストーカ上のゴミの燃焼火炎を観測して燃焼制御を行うもの（例えば、特許文献３参照）、更には、ゴミ焼却炉の発生する熱エネルギの回収を目的としてボイラの蒸気発生量により燃焼制御を行うもの（例えば、特許文献４、５参照）等がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０７−１９０３２７号公報
【特許文献２】
特開平０８−２８５２４２号公報
【特許文献３】
特開平０８−１００９１６号公報
【特許文献４】
特開平０９−２７３７３２号公報
【特許文献５】
特開平１０−３３２１２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のストーカ上のゴミの燃え切り位置を検出して行う燃焼制御では、燃え切り位置付近を産業用テレビカメラ等で監視して燃え切り位置を制御するものであるため、また、従来のストーカ上のゴミの燃焼火炎を観測して行う燃焼制御は、燃焼火炎を産業用テレビカメラ等により観測してその火炎面積に基づいて燃焼制御を行うものであり、ゴミの成分、発熱量等のゴミ質の変動を即座に捉えることができず、ストーカ上の特定領域（乾燥段、燃焼段）の局所的なゴミの燃焼状態を的確に把握することができなかった。
【０００５】
また、従来のボイラの蒸気発生量による燃焼制御は、所定の蒸気発生量になるように燃焼制御を行うものであり、上記２つの制御方法と同様にゴミ質の変動を即座に捉えることができず、ストーカ上の特定領域（乾燥段、燃焼段）の局所的なゴミの燃焼状態を的確に把握することができなかった。
【０００６】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、変動するストーカ上の局所的なゴミの燃焼状態を推定し、その推定結果に基づき１次燃焼空気の供給量及びストーカ速度を制御することで、最適なゴミ燃焼状態に導き、ゴミの安定した適正燃焼を実現できるストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係るストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置の第一の特徴構成は、複数のストーカをゴミ搬送方向に沿って分割してなる領域であってストーカ速度と１次燃焼空気の供給量を夫々独立して制御可能なコンパートメントを複数備えてなるストーカ式ゴミ焼却炉において、前記ストーカの部材内部或いは近傍に前記ストーカの温度を測定するストーカ温度センサをゴミ搬送方向に沿って複数分散配置し、前記ストーカ上を移動するゴミ層の表面上部の１次燃焼室内に炉内ガス温度を測定するガス温度センサをゴミ搬送方向に沿って複数分散配置し、前記ストーカ温度センサと前記ガス温度センサの検出温度に基づいて、前記複数のコンパートメントの一部または全部に対し、前記コンパートメント別にストーカ速度と１次燃焼空気の供給量の少なくとも何れか一方の制御を行う制御装置を備えてなる点にある。
【０００８】
上記第一の特徴構成によれば、ストーカ温度センサとガス温度センサの検出温度に基づいて、各コンパートメントにおける局所的なゴミの燃焼状態を推定することができる。そして、ゴミの成分、発熱量等のゴミ質の変動に対し、推定した局所的なゴミの燃焼状態に基づいて最適な燃焼状態へ導くことができ、ゴミ質の変動に対するゴミ燃焼状態の変動を最小限に抑制することができる。更に、かかる燃焼制御によってコンパートメント毎の最適燃焼状態を維持することで、局所的な高温領域をなくすことができ、ストーカの焼損等を防いでストーカの長寿命化が図れる。また、ゴミ燃焼状態を安定化させることにより２次燃焼制御を容易にし、ゴミの燃焼に伴って発生するＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）等の未燃ガス成分やダイオキシン類の完全燃焼を容易に達成することができる。
【０００９】
同第二の特徴構成は、前記複数のストーカが、ゴミ搬送方向の上流側から下流側に向けて、夫々が１以上の前記コンパートメントを備える乾燥段、燃焼段、及び、後燃焼段に区分され、前記制御装置が、少なくとも前記燃焼段に属する各コンパートメントに対して、前記コンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、夫々の所定の適正温度範囲より高い場合に、当該コンパートメントの前記１次燃焼空気の供給量を減らし、前記ストーカ速度を速め、当該コンパートメントの１つ上流側の前記コンパートメントの前記ストーカ速度を遅くする第１の制御パターンを備える点にある。
【００１０】
ここで、ストーカ上のゴミ燃焼過程において、乾燥段では主としてゴミを乾燥させて着火点近傍まで加熱し、燃焼段では主としてゴミを燃焼させ、後燃焼段では主として燃焼段で燃焼したゴミを灰化する。
【００１１】
上記第二の特徴構成によれば、燃焼段におけるゴミ燃焼が最適燃焼か否かを判定し、燃焼段のコンパートメントに係るストーカ温度と炉内ガス温度が適正温度範囲より高い場合は、当該コンパートメントでのゴミ燃焼量が大き過ぎると判断して、当該コンパートメントの１次燃焼空気の供給量を減らし、ストーカ速度を速め、当該コンパートメントの１つ上流側のコンパートメントのストーカ速度を遅くすることで、当該コンパートメントのゴミ燃焼状態を最適な燃焼状態へ導くことができる。従って、燃焼段の全てのコンパートメントに第１の制御パターンを適用することで、燃焼段全体、つまり、ストーカ式ゴミ焼却炉のゴミ燃焼状態を最適状態にすることができる。
【００１２】
同第三の特徴構成は、前記複数のストーカが、ゴミ搬送方向の上流側から下流側に向けて、夫々が１以上の前記コンパートメントを備える乾燥段、燃焼段、及び、後燃焼段に区分され、前記制御装置が、前記ストーカ温度センサと前記ガス温度センサの夫々の複数の検出温度に基づいて、前記燃焼段に属する各コンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、夫々の所定の適正温度範囲内にあり、前記乾燥段の最下流のコンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、前記燃焼段の最上流のコンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度に比べて夫々所定の温度差を超えて低い場合に、前記乾燥段に属する各コンパートメントの前記１次燃焼空気の供給量を増加させ、前記ストーカ速度を遅くする第２の制御パターンを備える点にある。
【００１３】
上記第三の特徴構成によれば、燃焼段におけるゴミ燃焼が適正な燃焼状態にあるとしても、乾燥段から燃焼段にかけて次第に炉内ガス温度の低い領域が拡大していく傾向を把握でき、かかる場合にゴミ中の水分蒸発が不十分であると判断することができる。この判断結果に基づき、乾燥段のコンパートメントのストーカ速度を遅らせ、１次燃焼空気の供給量を増加させることで乾燥段での水分の蒸発を促進させることができ、結果として、ゴミ質の変動に対し燃焼段における燃焼状態を最適状態に維持することができる。
【００１４】
同第四の特徴構成は、前記複数のストーカが、ゴミ搬送方向の上流側から下流側に向けて、夫々が１以上の前記コンパートメントを備える乾燥段、燃焼段、及び、後燃焼段に区分され、前記制御装置が、前記ストーカ温度センサと前記ガス温度センサの夫々の複数の検出温度に基づいて、前記燃焼段に属する各コンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、夫々の所定の適正温度範囲内にあり、前記乾燥段の最下流のコンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、前記燃焼段の最上流のコンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度に比べて夫々所定の温度差を超えて高い場合に、前記乾燥段に属する各コンパートメントの前記１次燃焼空気の供給量を減少させ、前記ストーカ速度を早くする第３の制御パターンを備える点にある。
【００１５】
上記第四の特徴構成によれば、燃焼段におけるゴミ燃焼が適正な燃焼状態にあるとしても、燃焼段から乾燥段にかけて次第に炉内ガス温度の高い領域が拡大していく傾向を把握でき、かかる場合にゴミ中の水分蒸発が速過ぎると判断することができる。この判断結果に基づき、乾燥段のコンパートメントのストーカ速度を上げ、１次燃焼空気の供給量を減少させることで乾燥段での水分の蒸発を抑制することができ、結果として、ゴミ質の変動に対し燃焼段における燃焼状態を最適状態に維持することができる。
【００１６】
同第五の特徴構成は、前記複数のストーカが、ゴミ搬送方向の上流側から下流側に向けて、夫々が１以上の前記コンパートメントを備える乾燥段、燃焼段、及び、後燃焼段に区分され、前記制御装置が、前記後燃焼段に属する各コンパートメントに対して、前記コンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、夫々の所定の適正温度範囲より高い場合に、当該コンパートメントの前記１次燃焼空気の供給量を減らし、前記ストーカ速度を遅くする第４の制御パターンを備える点にある。
【００１７】
上記第五の特徴構成によれば、ゴミ中の燃え難い成分、燃焼段での未燃成分をゆっくりと完全に燃焼させることができる。
【００１８】
同第六の特徴構成は、前記制御装置が、１つの前記コンパートメントに対する異なる制御パターンの適用によって、当該コンパートメントの前記ストーカ速度または前記１次燃焼空気の供給量の制御において相反する制御指示を得た場合は、前記ストーカ速度または前記１次燃焼空気の供給量の変更を行わない点にある。
【００１９】
上記第六の特徴構成によれば、仮に複数の制御パターン間で競合が発生した場合でも、ゴミ質の変動に対して誤った方向への急激な燃焼制御の変更を回避することができ、安定したゴミ燃焼制御を担保できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置（以下、適宜「本発明装置」という。）の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。
【００２１】
先ず、本発明装置１の制御対象であるストーカ式ゴミ焼却炉２０は、図１に模式的に示すように、被焼却物であるゴミを受け入れるホッパ２と、ホッパ２内に投入されたゴミを下端部から炉内に押し入れるプッシャ３と、プッシャ３により炉内に投入されたゴミを攪拌搬送しながらその上で焼却処理するストーカ式搬送手段４を備えて構成される。
【００２２】
ストーカ式搬送手段４は、図示しない固定火格子と可動火格子（以下、両火格子を単に「ストーカ」という。）を階段上に組み合わせて構成され、可動火格子の往復運動によってその上に載せたゴミを順次下流側へ搬送可能に構成されている。また、ストーカ式搬送手段４は、ゴミの焼却過程（またはゴミ燃焼過程）における、ゴミを乾燥させて着火点近傍まで加熱する乾燥処理と、ゴミを燃焼させる燃焼処理と、燃焼処理後のゴミを灰化させ、また、その焼却灰中の未燃焼成分を完全に燃焼させる後燃焼処理の３つの処理を夫々分担する乾燥段５と燃焼段６と後燃焼段７を備え、ゴミ搬送方向の上流側から下流側に沿って順番に分割配置される。更に、乾燥段５と燃焼段６と後燃焼段７は、夫々１つまたは複数のコンパートメント８に区分される。図１の実施例では、乾燥段５は２つのコンパートメント８ａ，８ｂを、燃焼段６は４つのコンパートメント８ｃ〜８ｆを、後燃焼段７は１つのコンパートメント８ｇを備えて構成される。尚、乾燥段５と燃焼段６と後燃焼段７のコンパートメント８の個数は、夫々焼却炉の規模に応じて適正な値を採用するものであり、適宜変更可能である。
【００２３】
各コンパートメント８は、ストーカ上のゴミ層９に対して下方から１次燃焼空気を独立して供給可能な風箱１０を備え、各風箱１０には、送風ファン１１で供給される１次燃焼空気の供給量（以下、「１次空気量」という。）を調整可能なダンパ機構１２が各別に設けられている。更に、ストーカ式搬送手段４は、コンパートメント８毎に、ストーカの搬送速度（ストーカ速度）を独立して制御可能に構成されている。
【００２４】
上記構成により、ホッパ２から炉内に投入されたゴミは、ストーカ式搬送手段４上を、乾燥段５、燃焼段６、後燃焼段７と順次搬送され、各コンパートメント８のストーカ下部の風箱１０から供給される１次燃焼空気により焼却された後、焼却灰は、焼却灰排出口１３から炉外へ排出される。
【００２５】
更に、図１に示すように、ストーカ式ゴミ焼却炉２０の炉内の１次燃焼室２１内のゴミ層９の表面上部、つまり、ゴミ層９の表面に近接した上方位置に、炉内ガス温度を測定する熱電対で構成されたガス温度センサ１４をゴミ搬送方向に沿って複数分散配置してある。図１に示す実施例では、乾燥段５の最下流のコンパートメント８の上方に１つ、燃焼段６の上方に３つ、乾燥段７の上方に１つ、合計５つのガス温度センサ１４ａ〜１４ｅがゴミ搬送方向に沿って設けられている。
【００２６】
また、ストーカ式搬送手段４は、コンパートメント８ａ〜８ｇ毎に、ストーカの部材内部にストーカの温度を測定する熱電対で構成されたストーカ温度センサ１５（１５ａ〜１５ｇ）を１つずつ設けている。
【００２７】
ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の夫々の温度検出出力は、図１に破線で示すように、自動燃焼制御装置１６に入力され、自動燃焼制御装置１６が、当該温度検出出力に基づいてコンパートメント８毎の１次空気量とストーカ速度を制御可能な構成となっている。自動燃焼制御装置１６は、従来のＰＩＤフードバック制御を基本とした自動燃焼制御（ＡＣＣ制御）を実行可能なコンピュータハードウェアをベースに種々の制御パターンをソフトウェア処理により実行可能な構成となっている。
【００２８】
従って、自動燃焼制御装置１６は、図２に示すように、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の検出した夫々の検出温度に基づき、１次空気量とストーカ速度の制御値を、所定の制御パターンに従って演算する。一方、１次空気量とストーカ速度の夫々を図示しないセンサにより検出し、それらの検出値を自動燃焼制御装置１６に入力する。自動燃焼制御装置１６は、夫々の検出値が演算により求めた制御値となるように、各コンパートメント８に設けられたダンパ機構１２とストーカ（可動火格子）の往復運動を制御するストーカ制御部（図示せず）に対し、コンパートメント８毎に独立したダンパ開度（供給量）とストーカ速度のフィードバック制御を実行する。
【００２９】
次に、自動燃焼制御装置１６が制御値の演算に用いる４つの制御パターンについて説明する。
【００３０】
第１の制御パターンは、乾燥段５の最下流のコンパートメント８ｂと燃焼段６の４つのコンパートメント８ｃ〜８ｆに対して適用される。各コンパートメント８ｂ〜８ｆに対しては同様の制御を独立して行うので、燃焼段６の最上流のコンパートメント８ｃを例に説明する。
【００３１】
自動燃焼制御装置１６は、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の夫々の温度検出出力の内、コンパートメント８ｃに近接するガス温度センサ１４ｂとコンパートメント８ｃのストーカ内のストーカ温度センサ１５ｃの各検出温度に対し、各別に予め設定された適正温度範囲より高いか否かの判定を行う。ここで、各温度センサ１４ｂと１５ｃの検出温度が夫々の適正温度範囲より高い場合、当該領域でのゴミの燃焼量が大き過ぎると判断し、燃焼量を抑制する制御を実施し、燃焼段６におけるゴミ燃焼を適正な状態に導く。
【００３２】
具体的には、検出温度の適正温度範囲からの乖離程度に応じて、コンパートメント８ｃの現状制御値より減少した新たな１次空気量の制御値と、コンパートメント８ｃの現状制御値より増加した新たなストーカ速度の制御値と、コンパートメント８ｃの１つ上流側のコンパートメント８ｂの現状制御値より減少した新たなストーカ速度の制御値を演算する。各制御値が求まると、その制御値に基づき、上述の要領で１次空気量とストーカ速度のフィードバック制御が実行される。ここで、各温度センサ１４ｂと１５ｃの検出温度が夫々の適正温度範囲より高くない場合は、本第１の制御パターンに関しては、現状の制御値が維持される。また、上記の各検出温度と適正温度範囲との比較判定は、ゴミ質の変動に対して迅速に応答できる程度の所定の時間間隔で定期的に実行されるものとする。
【００３３】
第１の制御パターンを連続する５つのコンパートメント８ｂ〜８ｆに対して同時に適用して夫々上記要領で１次空気量とストーカ速度の新たな制御値を求めると、連続する２つのコンパートメント間においてストーカ速度に対する制御値の変化が相反する場合が生じる。例えば、コンパートメント８ｄに各温度センサ１４ｃと１５ｄの検出温度が夫々の適正温度範囲より高い場合は、１つ上流側のコンパートメント８ｃのストーカ速度の制御値は現状より減少するのに対し、コンパートメント８ｃの各温度センサ１４ｂと１５ｃの検出温度も夫々の適正温度範囲より高い場合には、コンパートメント８ｂのストーカ速度の制御値は現状より増加する。この場合、夫々の現状制御値からの変位は正負相殺するので、現状制御値を変化させない制御を行う。或いは、制御値の細かな設定が可能な場合は、その相殺による差だけ現状制御値に対して変化させるようにしても構わない。
【００３４】
ここで、第１の制御パターンが５つのコンパートメント８ｂ〜８ｆに対して夫々独立して適用される結果、ストーカ速度がコンパートメント８毎に独立して制御されてゴミの搬送が不安定となることが懸念されるが、実際のゴミの移動速度は、ストーカ速度の変化に追従して直ぐに変化するものではなく、ゴミの塊としてストーカ上を滑りながらゆっくりと搬送されるので、ゴミの搬送が実用上極端に不安定となることはない。
【００３５】
第２の制御パターンは、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂと燃焼段６の４つのコンパートメント８ｃ〜８ｆに対して適用される。第２の制御パターンでは、燃焼段６が適正なゴミ燃焼状態にあって、次第に乾燥段５側から燃焼段６側へと１次燃焼室２１内のガス温度の低い領域が拡大していく傾向が見られた場合に、ゴミ中の水分蒸発が不十分であると判断して、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂに対し、ストーカ速度を遅らせ、１次空気量を増加させることにより、ゴミの水分蒸発が促進するような制御を実行する。
【００３６】
具体的には、自動燃焼制御装置１６は、先ず、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の夫々の温度検出出力の内、燃焼段６の４つのコンパートメント８ｃ〜８ｆに対応するガス温度センサ１４ｂ〜１４ｄとストーカ温度センサ１５ｃ〜１５ｆの夫々の検出温度が、各別に予め設定された適正温度範囲（上記第１の制御パターンのものと同じ）内にあるか否かの比較判定を行う。ここで、各検出温度が適正温度範囲内にあれば、燃焼段６が適正なゴミ燃焼状態にあると判断され、以降の処理が実行される。
【００３７】
引き続き、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の夫々の温度検出出力の内、乾燥段５の最下流のコンパートメント８ｂに対応するガス温度センサ１４ａとストーカ温度センサ１５ｂの夫々の検出温度と、燃焼段６の最上流のコンパートメント８ｃに対応するガス温度センサ１４ｂとストーカ温度センサ１５ｃの夫々の検出温度とを比較し、ガス温度とストーカ温度の夫々につき、燃焼段６側の検出温度が各別に予め設定された温度差を超えて低いか否かを判定する。ここで、燃焼段６側の各検出温度が前記各温度差を超えて低い場合に、ガス温度の低い領域が乾燥段５側から燃焼段６側へ拡大傾向にあると判断し、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂと燃焼段６の最上流のコンパートメント８ｃの夫々に対応するガス温度センサ１４ａ，１４ｂとストーカ温度センサ１５ａ〜１５ｃの夫々の検出温度に基づき、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂに対して、現状制御値より減少した新たなストーカ速度の制御値と、現状制御値より増加した新たな１次空気量の制御値を演算する。各制御値が求まると、その制御値に基づき、上述の要領で１次空気量とストーカ速度のフィードバック制御が実行される。
【００３８】
ここで、乾燥段５側と燃焼段６側間の上記検出温度比較判定において、燃焼段６側の各検出温度が前記各温度差を超えて低くない場合は、本第２の制御パターンに関しては、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂに対して、現状の制御値が維持される。また、上記検出温度比較判定は、ゴミ質の変動に対して迅速に応答できる程度の所定の時間間隔で定期的に実行されるものとする。
【００３９】
第３の制御パターンは、上述の第２の制御パターンとは逆の制御となり、同様に、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂと燃焼段６の４つのコンパートメント８ｃ〜８ｆに対して適用される。第３の制御パターンでは、燃焼段６が適正なゴミ燃焼状態にあって、次第に燃焼段６側から乾燥段５側へと１次燃焼室２１内のガス温度の高温領域が拡大していく傾向が見られた場合に、ゴミ中の水分蒸発速度が速過ぎると判断して、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂに対し、ストーカ速度を増加させ、１次空気量を減少させることにより、ゴミの水分蒸発が抑制するような制御を実行する。
【００４０】
具体的には、自動燃焼制御装置１６は、先ず、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の夫々の温度検出出力の内、燃焼段６の４つのコンパートメント８ｃ〜８ｆに対応するガス温度センサ１４ｂ〜１４ｄとストーカ温度センサ１５ｃ〜１５ｆの夫々の検出温度が、各別に予め設定された適正温度範囲（上記第１の制御パターンのものと同じ）内にあるか否かの比較判定を行う。ここで、各検出温度が適正温度範囲内にあれば、燃焼段６が適正なゴミ燃焼状態にあると判断され、以降の処理が実行される。
【００４１】
引き続き、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の夫々の温度検出出力の内、乾燥段５の最下流のコンパートメント８ｂに対応するガス温度センサ１４ａとストーカ温度センサ１５ｂの夫々の検出温度と、燃焼段６の最上流のコンパートメント８ｃに対応するガス温度センサ１４ｂとストーカ温度センサ１５ｃの夫々の検出温度とを比較し、ガス温度とストーカ温度の夫々につき、乾燥段５側の検出温度が各別に予め設定された温度差を超えて高いか否かを判定する。ここで、乾燥段５側の各検出温度が前記各温度差を超えて高い場合に、ガス温度の高温領域が燃焼段６側から乾燥段５側へ拡大傾向にあると判断し、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂと燃焼段６の最上流のコンパートメント８ｃの夫々に対応するガス温度センサ１４ａ，１４ｂとストーカ温度センサ１５ａ〜１５ｃの夫々の検出温度に基づき、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂに対して、現状制御値より増加した新たなストーカ速度の制御値と、現状制御値より減少した新たな１次空気量の制御値を演算する。各制御値が求まると、その制御値に基づき、上述の要領で１次空気量とストーカ速度のフィードバック制御が実行される。
【００４２】
ここで、乾燥段５側と燃焼段６側間の上記検出温度比較判定において、乾燥段５側の各検出温度が前記各温度差を超えて高くない場合は、本第３の制御パターンに関しては、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂに対して、現状の制御値が維持される。また、上記検出温度比較判定は、ゴミ質の変動に対して迅速に応答できる程度の所定の時間間隔で定期的に実行されるものとする。尚、第２の制御パターンと第３の制御パターンで、上記検出温度比較判定を同時に実行しても構わない。
【００４３】
以上の第１〜第３の制御パターンは、燃焼段６における適正なゴミ燃焼状態をゴミ質の変動等に対して安定的に維持することを主眼とした制御であるが、次に説明する第４の制御パターンは後燃焼段７の処理に関する制御である。従って、第４の制御パターンは、後燃焼段７のコンパートメント８ｇに対して適用される。
【００４４】
自動燃焼制御装置１６は、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の夫々の温度検出出力の内、コンパートメント８ｇに近接するガス温度センサ１４ｅとコンパートメント８ｇのストーカ内のストーカ温度センサ１５ｇの各検出温度に対し、各別に予め設定された適正温度範囲より高いか否かの判定を行う。各温度センサ１４ｂと１５ｃの検出温度が夫々の適正温度範囲より高い場合、後燃焼段７では、ゴミ中の燃え難い成分をゆっくりと時間をかけて燃焼させる必要があるので、１次空気量は上述の第１の制御パターンと同様に減少させるが、ストーカ速度は第１の制御パターンとは逆に減少させる制御を行う。これにより、ゴミをゆっくりと時間をかけて燃焼させながら、単位時間当たりのゴミ燃焼量を抑制し、ガス温度及びストーカ温度を低下させる制御が実行される。ここで、ストーカ速度を第１の制御パターンと同様に増加させる制御を行うと、ゴミ中の未燃焼成分が灰中に残存する可能性があるため、第４の制御パターンでは当該可能性を排除できる。
【００４５】
具体的には、各温度センサ１４ｅと１５ｇの検出温度が夫々の適正温度範囲より高い場合に、検出温度の適正温度範囲からの乖離程度に応じて、コンパートメント８ｇの現状制御値より減少した新たな１次空気量の制御値と新たなストーカ速度の制御値を演算する。各制御値が求まると、その制御値に基づき、上述の要領で１次空気量とストーカ速度のフィードバック制御が実行される。ここで、各温度センサ１４ｅと１５ｇの検出温度が夫々の適正温度範囲より高くない場合は、本第４の制御パターンに関しては、現状の制御値が維持される。また、上記の各検出温度と適正温度範囲との比較判定は、ゴミ質の変動に対して迅速に応答できる程度の所定の時間間隔で定期的に実行されるものとする。
【００４６】
上述の如く、第１〜第３の制御パターンは、燃焼段６における適正なゴミ燃焼状態をゴミ質の変動等に対して安定的に維持することを主眼とした制御であり、乾燥段５と燃焼段６の各コンパートメント８に同時に適用されるため、あるコンパートメント８に対して、１つの制御パターンの適用において、１次空気量またはストーカ速度を増加または減少する指示（制御値の変化）が出て、別の制御パターンの適用において逆の指示が出されるという制御パターン間で競合の発生する可能性がある。そこで、上述の第１の制御パターンにおける連続する２つのコンパートメント間においてストーカ速度に対する制御値の変化が相反する場合の処理と同様に、相反する制御値の変化を相殺して、現状制御値を変化させない制御を行う。或いは、制御値の細かな設定が可能な場合は、その相殺による差だけ現状制御値に対して変化させるようにしても構わない。
【００４７】
尚、上記第１〜第４の制御パターンにおける温度比較判定で使用される予め設定された適正温度範囲や温度差は、試運転時の実験やシミュレーション等で導出された値を用いる。
【００４８】
以下に、別の実施形態につき説明する。
〈１〉 ストーカ式搬送手段４を複数のコンパートメント８に区分する際の乾燥段５と燃焼段６と後燃焼段７における夫々のコンパートメント８の数は、焼却炉の規模に応じて変更可能で、上記実施の形態に限定されるものではなく、更に、コンパートメント８の数に応じて、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の個数及び配置箇所も適宜変更可能であり、上記実施の形態に限定されるものではない。
【００４９】
〈２〉 上記実施の形態では、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５は熱電対を用いて構成したが、各温度センサ１４，１５は熱電対以外の温度センサ素子を用いて構成しても構わない。
【００５０】
〈３〉 上記実施の形態では、各制御パターンにおいて、自動燃焼制御装置１６による１次空気量とストーカ速度の制御にフィードバック制御方式を適用したが、その他の制御方式（例えば、フィードフォワード方式等）であっても構わない。
【００５１】
〈４〉 上記実施の形態において、自動燃焼制御装置１６は、第１〜第４の４つの制御パターンを同時に実行可能であること前提として説明したが、ゴミ燃焼状態やストーカ式ゴミ焼却炉２０の作動状況に応じて、第１〜第４の制御パターンの内の一部の制御パターンだけを適用可能な状態とする運用も可能である。更に、第１〜第４の４つの制御パターン以外の制御パターンを備えていても構わない。例えば、第１〜第３の制御パターンは、燃焼段６における適正なゴミ燃焼状態をゴミ質の変動等に対して安定的に維持することを主眼とした定常運転時の制御パターンであるため、ストーカ式ゴミ焼却炉２０の起動時の燃焼制御には別の制御パターンを使用するようにしても構わない。
【００５２】
〈５〉 上記実施の形態において、自動燃焼制御装置１６は、第１〜第３の各制御パターンの適用時において、ホッパ２へのゴミ投入量及びプッシャ３のゴミの炉内への押し込み速度も、乾燥段５のストーカ速度の制御に応じて制御するようにしても構わない。
【００５３】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、ストーカ温度センサとガス温度センサによって検出された各コンパートメントに対応する局所的なストーカ温度と１次燃焼室内のガス温度に基づいて、各コンパートメントにおける局所的なゴミの燃焼状態を推定することができ、ゴミの成分、発熱量等のゴミ質の変動に対し、推定した局所的なゴミの燃焼状態に基づいて最適な燃焼状態へ導くことができ、ゴミ質の変動に対するゴミ燃焼状態の変動を最小限に抑制した安定したストーカ式ゴミ焼却炉の操業が可能となる。
【００５４】
更に、かかる燃焼制御によってコンパートメント毎の最適燃焼状態を維持することで、局所的な高温領域をなくすことができ、ストーカの焼損等を防いでストーカの長寿命化が図れる。また、ゴミ燃焼状態を安定化させることにより２次燃焼制御を容易にし、ゴミの燃焼に伴って発生するＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）等の未燃ガス成分やダイオキシン類の完全燃焼を容易に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るストーカ式ゴミ焼却炉の要部構造及び燃焼制御装置の制御系統を模式的に示す構成図
【図２】本発明に係るストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置の簡略表記による制御系統図
【符号の説明】
１： ストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置
２： ホッパ
３： プッシャ
４： ストーカ式搬送手段
５： 乾燥段
６： 燃焼段
７： 後燃焼段
８，８ａ〜８ｇ： コンパートメント
９： ゴミ層
１０： 風箱
１１： 送風ファン
１２： ダンパ機構
１３： 焼却灰排出口
１４，１４ａ〜１４ｅ： ガス温度センサ
１５，１５ａ〜１５ｇ： ストーカ温度センサ
１６： 自動燃焼制御装置（制御装置）
２０： ストーカ式ゴミ焼却炉
２１： １次燃焼室
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ストーカ式ゴミ焼却炉の主たる焼却対象である都市ゴミは、一般に水分を多量に含み、燃焼物としてのゴミの成分、発熱量等の性状（ゴミ質）にもバラツキがあるため、ゴミ質に応じた適正な燃焼制御を行う必要がある。このため、ストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御技術として、種々の方法が提案されており、例えば、ストーカ上のゴミの燃え切り位置を検出して、その結果により燃焼制御を行うもの（例えば、特許文献１、２参照）、ストーカ上のゴミの燃焼火炎を観測して燃焼制御を行うもの（例えば、特許文献３参照）、更には、ゴミ焼却炉の発生する熱エネルギの回収を目的としてボイラの蒸気発生量により燃焼制御を行うもの（例えば、特許文献４、５参照）等がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０７−１９０３２７号公報
【特許文献２】
特開平０８−２８５２４２号公報
【特許文献３】
特開平０８−１００９１６号公報
【特許文献４】
特開平０９−２７３７３２号公報
【特許文献５】
特開平１０−３３２１２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のストーカ上のゴミの燃え切り位置を検出して行う燃焼制御では、燃え切り位置付近を産業用テレビカメラ等で監視して燃え切り位置を制御するものであるため、また、従来のストーカ上のゴミの燃焼火炎を観測して行う燃焼制御は、燃焼火炎を産業用テレビカメラ等により観測してその火炎面積に基づいて燃焼制御を行うものであり、ゴミの成分、発熱量等のゴミ質の変動を即座に捉えることができず、ストーカ上の特定領域（乾燥段、燃焼段）の局所的なゴミの燃焼状態を的確に把握することができなかった。
【０００５】
また、従来のボイラの蒸気発生量による燃焼制御は、所定の蒸気発生量になるように燃焼制御を行うものであり、上記２つの制御方法と同様にゴミ質の変動を即座に捉えることができず、ストーカ上の特定領域（乾燥段、燃焼段）の局所的なゴミの燃焼状態を的確に把握することができなかった。
【０００６】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、変動するストーカ上の局所的なゴミの燃焼状態を推定し、その推定結果に基づき１次燃焼空気の供給量及びストーカ速度を制御することで、最適なゴミ燃焼状態に導き、ゴミの安定した適正燃焼を実現できるストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係るストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置の第一の特徴構成は、複数のストーカをゴミ搬送方向に沿って分割してなる領域であってストーカ速度と１次燃焼空気の供給量を夫々独立して制御可能なコンパートメントを複数備えてなるストーカ式ゴミ焼却炉において、前記ストーカの部材内部或いは近傍に前記ストーカの温度を測定するストーカ温度センサをゴミ搬送方向に沿って複数分散配置し、前記ストーカ上を移動するゴミ層の表面上部の１次燃焼室内に炉内ガス温度を測定するガス温度センサをゴミ搬送方向に沿って複数分散配置し、前記ストーカ温度センサと前記ガス温度センサの検出温度に基づいて、前記複数のコンパートメントの一部または全部に対し、前記コンパートメント別にストーカ速度と１次燃焼空気の供給量の少なくとも何れか一方の制御を行う制御装置を備えてなる点にある。
【０００８】
上記第一の特徴構成によれば、ストーカ温度センサとガス温度センサの検出温度に基づいて、各コンパートメントにおける局所的なゴミの燃焼状態を推定することができる。そして、ゴミの成分、発熱量等のゴミ質の変動に対し、推定した局所的なゴミの燃焼状態に基づいて最適な燃焼状態へ導くことができ、ゴミ質の変動に対するゴミ燃焼状態の変動を最小限に抑制することができる。更に、かかる燃焼制御によってコンパートメント毎の最適燃焼状態を維持することで、局所的な高温領域をなくすことができ、ストーカの焼損等を防いでストーカの長寿命化が図れる。また、ゴミ燃焼状態を安定化させることにより２次燃焼制御を容易にし、ゴミの燃焼に伴って発生するＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）等の未燃ガス成分やダイオキシン類の完全燃焼を容易に達成することができる。
【０００９】
同第二の特徴構成は、前記複数のストーカが、ゴミ搬送方向の上流側から下流側に向けて、夫々が１以上の前記コンパートメントを備える乾燥段、燃焼段、及び、後燃焼段に区分され、前記制御装置が、少なくとも前記燃焼段に属する各コンパートメントに対して、前記コンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、夫々の所定の適正温度範囲より高い場合に、当該コンパートメントの前記１次燃焼空気の供給量を減らし、前記ストーカ速度を速め、当該コンパートメントの１つ上流側の前記コンパートメントの前記ストーカ速度を遅くする第１の制御パターンを備える点にある。
【００１０】
ここで、ストーカ上のゴミ燃焼過程において、乾燥段では主としてゴミを乾燥させて着火点近傍まで加熱し、燃焼段では主としてゴミを燃焼させ、後燃焼段では主として燃焼段で燃焼したゴミを灰化する。
【００１１】
上記第二の特徴構成によれば、燃焼段におけるゴミ燃焼が最適燃焼か否かを判定し、燃焼段のコンパートメントに係るストーカ温度と炉内ガス温度が適正温度範囲より高い場合は、当該コンパートメントでのゴミ燃焼量が大き過ぎると判断して、当該コンパートメントの１次燃焼空気の供給量を減らし、ストーカ速度を速め、当該コンパートメントの１つ上流側のコンパートメントのストーカ速度を遅くすることで、当該コンパートメントのゴミ燃焼状態を最適な燃焼状態へ導くことができる。従って、燃焼段の全てのコンパートメントに第１の制御パターンを適用することで、燃焼段全体、つまり、ストーカ式ゴミ焼却炉のゴミ燃焼状態を最適状態にすることができる。
【００１２】
同第三の特徴構成は、前記複数のストーカが、ゴミ搬送方向の上流側から下流側に向けて、夫々が１以上の前記コンパートメントを備える乾燥段、燃焼段、及び、後燃焼段に区分され、前記制御装置が、前記ストーカ温度センサと前記ガス温度センサの夫々の複数の検出温度に基づいて、前記燃焼段に属する各コンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、夫々の所定の適正温度範囲内にあり、前記乾燥段の最下流のコンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、前記燃焼段の最上流のコンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度に比べて夫々所定の温度差を超えて低い場合に、前記乾燥段に属する各コンパートメントの前記１次燃焼空気の供給量を増加させ、前記ストーカ速度を遅くする第２の制御パターンを備える点にある。
【００１３】
上記第三の特徴構成によれば、燃焼段におけるゴミ燃焼が適正な燃焼状態にあるとしても、乾燥段から燃焼段にかけて次第に炉内ガス温度の低い領域が拡大していく傾向を把握でき、かかる場合にゴミ中の水分蒸発が不十分であると判断することができる。この判断結果に基づき、乾燥段のコンパートメントのストーカ速度を遅らせ、１次燃焼空気の供給量を増加させることで乾燥段での水分の蒸発を促進させることができ、結果として、ゴミ質の変動に対し燃焼段における燃焼状態を最適状態に維持することができる。
【００１４】
同第四の特徴構成は、前記複数のストーカが、ゴミ搬送方向の上流側から下流側に向けて、夫々が１以上の前記コンパートメントを備える乾燥段、燃焼段、及び、後燃焼段に区分され、前記制御装置が、前記ストーカ温度センサと前記ガス温度センサの夫々の複数の検出温度に基づいて、前記燃焼段に属する各コンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、夫々の所定の適正温度範囲内にあり、前記乾燥段の最下流のコンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、前記燃焼段の最上流のコンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度に比べて夫々所定の温度差を超えて高い場合に、前記乾燥段に属する各コンパートメントの前記１次燃焼空気の供給量を減少させ、前記ストーカ速度を早くする第３の制御パターンを備える点にある。
【００１５】
上記第四の特徴構成によれば、燃焼段におけるゴミ燃焼が適正な燃焼状態にあるとしても、燃焼段から乾燥段にかけて次第に炉内ガス温度の高い領域が拡大していく傾向を把握でき、かかる場合にゴミ中の水分蒸発が速過ぎると判断することができる。この判断結果に基づき、乾燥段のコンパートメントのストーカ速度を上げ、１次燃焼空気の供給量を減少させることで乾燥段での水分の蒸発を抑制することができ、結果として、ゴミ質の変動に対し燃焼段における燃焼状態を最適状態に維持することができる。
【００１６】
同第五の特徴構成は、前記複数のストーカが、ゴミ搬送方向の上流側から下流側に向けて、夫々が１以上の前記コンパートメントを備える乾燥段、燃焼段、及び、後燃焼段に区分され、前記制御装置が、前記後燃焼段に属する各コンパートメントに対して、前記コンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、夫々の所定の適正温度範囲より高い場合に、当該コンパートメントの前記１次燃焼空気の供給量を減らし、前記ストーカ速度を遅くする第４の制御パターンを備える点にある。
【００１７】
上記第五の特徴構成によれば、ゴミ中の燃え難い成分、燃焼段での未燃成分をゆっくりと完全に燃焼させることができる。
【００１８】
同第六の特徴構成は、前記制御装置が、１つの前記コンパートメントに対する異なる制御パターンの適用によって、当該コンパートメントの前記ストーカ速度または前記１次燃焼空気の供給量の制御において相反する制御指示を得た場合は、前記ストーカ速度または前記１次燃焼空気の供給量の変更を行わない点にある。
【００１９】
上記第六の特徴構成によれば、仮に複数の制御パターン間で競合が発生した場合でも、ゴミ質の変動に対して誤った方向への急激な燃焼制御の変更を回避することができ、安定したゴミ燃焼制御を担保できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置（以下、適宜「本発明装置」という。）の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。
【００２１】
先ず、本発明装置１の制御対象であるストーカ式ゴミ焼却炉２０は、図１に模式的に示すように、被焼却物であるゴミを受け入れるホッパ２と、ホッパ２内に投入されたゴミを下端部から炉内に押し入れるプッシャ３と、プッシャ３により炉内に投入されたゴミを攪拌搬送しながらその上で焼却処理するストーカ式搬送手段４を備えて構成される。
【００２２】
ストーカ式搬送手段４は、図示しない固定火格子と可動火格子（以下、両火格子を単に「ストーカ」という。）を階段上に組み合わせて構成され、可動火格子の往復運動によってその上に載せたゴミを順次下流側へ搬送可能に構成されている。また、ストーカ式搬送手段４は、ゴミの焼却過程（またはゴミ燃焼過程）における、ゴミを乾燥させて着火点近傍まで加熱する乾燥処理と、ゴミを燃焼させる燃焼処理と、燃焼処理後のゴミを灰化させ、また、その焼却灰中の未燃焼成分を完全に燃焼させる後燃焼処理の３つの処理を夫々分担する乾燥段５と燃焼段６と後燃焼段７を備え、ゴミ搬送方向の上流側から下流側に沿って順番に分割配置される。更に、乾燥段５と燃焼段６と後燃焼段７は、夫々１つまたは複数のコンパートメント８に区分される。図１の実施例では、乾燥段５は２つのコンパートメント８ａ，８ｂを、燃焼段６は４つのコンパートメント８ｃ〜８ｆを、後燃焼段７は１つのコンパートメント８ｇを備えて構成される。尚、乾燥段５と燃焼段６と後燃焼段７のコンパートメント８の個数は、夫々焼却炉の規模に応じて適正な値を採用するものであり、適宜変更可能である。
【００２３】
各コンパートメント８は、ストーカ上のゴミ層９に対して下方から１次燃焼空気を独立して供給可能な風箱１０を備え、各風箱１０には、送風ファン１１で供給される１次燃焼空気の供給量（以下、「１次空気量」という。）を調整可能なダンパ機構１２が各別に設けられている。更に、ストーカ式搬送手段４は、コンパートメント８毎に、ストーカの搬送速度（ストーカ速度）を独立して制御可能に構成されている。
【００２４】
上記構成により、ホッパ２から炉内に投入されたゴミは、ストーカ式搬送手段４上を、乾燥段５、燃焼段６、後燃焼段７と順次搬送され、各コンパートメント８のストーカ下部の風箱１０から供給される１次燃焼空気により焼却された後、焼却灰は、焼却灰排出口１３から炉外へ排出される。
【００２５】
更に、図１に示すように、ストーカ式ゴミ焼却炉２０の炉内の１次燃焼室２１内のゴミ層９の表面上部、つまり、ゴミ層９の表面に近接した上方位置に、炉内ガス温度を測定する熱電対で構成されたガス温度センサ１４をゴミ搬送方向に沿って複数分散配置してある。図１に示す実施例では、乾燥段５の最下流のコンパートメント８の上方に１つ、燃焼段６の上方に３つ、乾燥段７の上方に１つ、合計５つのガス温度センサ１４ａ〜１４ｅがゴミ搬送方向に沿って設けられている。
【００２６】
また、ストーカ式搬送手段４は、コンパートメント８ａ〜８ｇ毎に、ストーカの部材内部にストーカの温度を測定する熱電対で構成されたストーカ温度センサ１５（１５ａ〜１５ｇ）を１つずつ設けている。
【００２７】
ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の夫々の温度検出出力は、図１に破線で示すように、自動燃焼制御装置１６に入力され、自動燃焼制御装置１６が、当該温度検出出力に基づいてコンパートメント８毎の１次空気量とストーカ速度を制御可能な構成となっている。自動燃焼制御装置１６は、従来のＰＩＤフードバック制御を基本とした自動燃焼制御（ＡＣＣ制御）を実行可能なコンピュータハードウェアをベースに種々の制御パターンをソフトウェア処理により実行可能な構成となっている。
【００２８】
従って、自動燃焼制御装置１６は、図２に示すように、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の検出した夫々の検出温度に基づき、１次空気量とストーカ速度の制御値を、所定の制御パターンに従って演算する。一方、１次空気量とストーカ速度の夫々を図示しないセンサにより検出し、それらの検出値を自動燃焼制御装置１６に入力する。自動燃焼制御装置１６は、夫々の検出値が演算により求めた制御値となるように、各コンパートメント８に設けられたダンパ機構１２とストーカ（可動火格子）の往復運動を制御するストーカ制御部（図示せず）に対し、コンパートメント８毎に独立したダンパ開度（供給量）とストーカ速度のフィードバック制御を実行する。
【００２９】
次に、自動燃焼制御装置１６が制御値の演算に用いる４つの制御パターンについて説明する。
【００３０】
第１の制御パターンは、乾燥段５の最下流のコンパートメント８ｂと燃焼段６の４つのコンパートメント８ｃ〜８ｆに対して適用される。各コンパートメント８ｂ〜８ｆに対しては同様の制御を独立して行うので、燃焼段６の最上流のコンパートメント８ｃを例に説明する。
【００３１】
自動燃焼制御装置１６は、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の夫々の温度検出出力の内、コンパートメント８ｃに近接するガス温度センサ１４ｂとコンパートメント８ｃのストーカ内のストーカ温度センサ１５ｃの各検出温度に対し、各別に予め設定された適正温度範囲より高いか否かの判定を行う。ここで、各温度センサ１４ｂと１５ｃの検出温度が夫々の適正温度範囲より高い場合、当該領域でのゴミの燃焼量が大き過ぎると判断し、燃焼量を抑制する制御を実施し、燃焼段６におけるゴミ燃焼を適正な状態に導く。
【００３２】
具体的には、検出温度の適正温度範囲からの乖離程度に応じて、コンパートメント８ｃの現状制御値より減少した新たな１次空気量の制御値と、コンパートメント８ｃの現状制御値より増加した新たなストーカ速度の制御値と、コンパートメント８ｃの１つ上流側のコンパートメント８ｂの現状制御値より減少した新たなストーカ速度の制御値を演算する。各制御値が求まると、その制御値に基づき、上述の要領で１次空気量とストーカ速度のフィードバック制御が実行される。ここで、各温度センサ１４ｂと１５ｃの検出温度が夫々の適正温度範囲より高くない場合は、本第１の制御パターンに関しては、現状の制御値が維持される。また、上記の各検出温度と適正温度範囲との比較判定は、ゴミ質の変動に対して迅速に応答できる程度の所定の時間間隔で定期的に実行されるものとする。
【００３３】
第１の制御パターンを連続する５つのコンパートメント８ｂ〜８ｆに対して同時に適用して夫々上記要領で１次空気量とストーカ速度の新たな制御値を求めると、連続する２つのコンパートメント間においてストーカ速度に対する制御値の変化が相反する場合が生じる。例えば、コンパートメント８ｄに各温度センサ１４ｃと１５ｄの検出温度が夫々の適正温度範囲より高い場合は、１つ上流側のコンパートメント８ｃのストーカ速度の制御値は現状より減少するのに対し、コンパートメント８ｃの各温度センサ１４ｂと１５ｃの検出温度も夫々の適正温度範囲より高い場合には、コンパートメント８ｂのストーカ速度の制御値は現状より増加する。この場合、夫々の現状制御値からの変位は正負相殺するので、現状制御値を変化させない制御を行う。或いは、制御値の細かな設定が可能な場合は、その相殺による差だけ現状制御値に対して変化させるようにしても構わない。
【００３４】
ここで、第１の制御パターンが５つのコンパートメント８ｂ〜８ｆに対して夫々独立して適用される結果、ストーカ速度がコンパートメント８毎に独立して制御されてゴミの搬送が不安定となることが懸念されるが、実際のゴミの移動速度は、ストーカ速度の変化に追従して直ぐに変化するものではなく、ゴミの塊としてストーカ上を滑りながらゆっくりと搬送されるので、ゴミの搬送が実用上極端に不安定となることはない。
【００３５】
第２の制御パターンは、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂと燃焼段６の４つのコンパートメント８ｃ〜８ｆに対して適用される。第２の制御パターンでは、燃焼段６が適正なゴミ燃焼状態にあって、次第に乾燥段５側から燃焼段６側へと１次燃焼室２１内のガス温度の低い領域が拡大していく傾向が見られた場合に、ゴミ中の水分蒸発が不十分であると判断して、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂに対し、ストーカ速度を遅らせ、１次空気量を増加させることにより、ゴミの水分蒸発が促進するような制御を実行する。
【００３６】
具体的には、自動燃焼制御装置１６は、先ず、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の夫々の温度検出出力の内、燃焼段６の４つのコンパートメント８ｃ〜８ｆに対応するガス温度センサ１４ｂ〜１４ｄとストーカ温度センサ１５ｃ〜１５ｆの夫々の検出温度が、各別に予め設定された適正温度範囲（上記第１の制御パターンのものと同じ）内にあるか否かの比較判定を行う。ここで、各検出温度が適正温度範囲内にあれば、燃焼段６が適正なゴミ燃焼状態にあると判断され、以降の処理が実行される。
【００３７】
引き続き、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の夫々の温度検出出力の内、乾燥段５の最下流のコンパートメント８ｂに対応するガス温度センサ１４ａとストーカ温度センサ１５ｂの夫々の検出温度と、燃焼段６の最上流のコンパートメント８ｃに対応するガス温度センサ１４ｂとストーカ温度センサ１５ｃの夫々の検出温度とを比較し、ガス温度とストーカ温度の夫々につき、燃焼段６側の検出温度が各別に予め設定された温度差を超えて低いか否かを判定する。ここで、燃焼段６側の各検出温度が前記各温度差を超えて低い場合に、ガス温度の低い領域が乾燥段５側から燃焼段６側へ拡大傾向にあると判断し、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂと燃焼段６の最上流のコンパートメント８ｃの夫々に対応するガス温度センサ１４ａ，１４ｂとストーカ温度センサ１５ａ〜１５ｃの夫々の検出温度に基づき、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂに対して、現状制御値より減少した新たなストーカ速度の制御値と、現状制御値より増加した新たな１次空気量の制御値を演算する。各制御値が求まると、その制御値に基づき、上述の要領で１次空気量とストーカ速度のフィードバック制御が実行される。
【００３８】
ここで、乾燥段５側と燃焼段６側間の上記検出温度比較判定において、燃焼段６側の各検出温度が前記各温度差を超えて低くない場合は、本第２の制御パターンに関しては、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂに対して、現状の制御値が維持される。また、上記検出温度比較判定は、ゴミ質の変動に対して迅速に応答できる程度の所定の時間間隔で定期的に実行されるものとする。
【００３９】
第３の制御パターンは、上述の第２の制御パターンとは逆の制御となり、同様に、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂと燃焼段６の４つのコンパートメント８ｃ〜８ｆに対して適用される。第３の制御パターンでは、燃焼段６が適正なゴミ燃焼状態にあって、次第に燃焼段６側から乾燥段５側へと１次燃焼室２１内のガス温度の高温領域が拡大していく傾向が見られた場合に、ゴミ中の水分蒸発速度が速過ぎると判断して、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂに対し、ストーカ速度を増加させ、１次空気量を減少させることにより、ゴミの水分蒸発が抑制するような制御を実行する。
【００４０】
具体的には、自動燃焼制御装置１６は、先ず、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の夫々の温度検出出力の内、燃焼段６の４つのコンパートメント８ｃ〜８ｆに対応するガス温度センサ１４ｂ〜１４ｄとストーカ温度センサ１５ｃ〜１５ｆの夫々の検出温度が、各別に予め設定された適正温度範囲（上記第１の制御パターンのものと同じ）内にあるか否かの比較判定を行う。ここで、各検出温度が適正温度範囲内にあれば、燃焼段６が適正なゴミ燃焼状態にあると判断され、以降の処理が実行される。
【００４１】
引き続き、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の夫々の温度検出出力の内、乾燥段５の最下流のコンパートメント８ｂに対応するガス温度センサ１４ａとストーカ温度センサ１５ｂの夫々の検出温度と、燃焼段６の最上流のコンパートメント８ｃに対応するガス温度センサ１４ｂとストーカ温度センサ１５ｃの夫々の検出温度とを比較し、ガス温度とストーカ温度の夫々につき、乾燥段５側の検出温度が各別に予め設定された温度差を超えて高いか否かを判定する。ここで、乾燥段５側の各検出温度が前記各温度差を超えて高い場合に、ガス温度の高温領域が燃焼段６側から乾燥段５側へ拡大傾向にあると判断し、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂと燃焼段６の最上流のコンパートメント８ｃの夫々に対応するガス温度センサ１４ａ，１４ｂとストーカ温度センサ１５ａ〜１５ｃの夫々の検出温度に基づき、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂに対して、現状制御値より増加した新たなストーカ速度の制御値と、現状制御値より減少した新たな１次空気量の制御値を演算する。各制御値が求まると、その制御値に基づき、上述の要領で１次空気量とストーカ速度のフィードバック制御が実行される。
【００４２】
ここで、乾燥段５側と燃焼段６側間の上記検出温度比較判定において、乾燥段５側の各検出温度が前記各温度差を超えて高くない場合は、本第３の制御パターンに関しては、乾燥段５の２つのコンパートメント８ａ，８ｂに対して、現状の制御値が維持される。また、上記検出温度比較判定は、ゴミ質の変動に対して迅速に応答できる程度の所定の時間間隔で定期的に実行されるものとする。尚、第２の制御パターンと第３の制御パターンで、上記検出温度比較判定を同時に実行しても構わない。
【００４３】
以上の第１〜第３の制御パターンは、燃焼段６における適正なゴミ燃焼状態をゴミ質の変動等に対して安定的に維持することを主眼とした制御であるが、次に説明する第４の制御パターンは後燃焼段７の処理に関する制御である。従って、第４の制御パターンは、後燃焼段７のコンパートメント８ｇに対して適用される。
【００４４】
自動燃焼制御装置１６は、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の夫々の温度検出出力の内、コンパートメント８ｇに近接するガス温度センサ１４ｅとコンパートメント８ｇのストーカ内のストーカ温度センサ１５ｇの各検出温度に対し、各別に予め設定された適正温度範囲より高いか否かの判定を行う。各温度センサ１４ｂと１５ｃの検出温度が夫々の適正温度範囲より高い場合、後燃焼段７では、ゴミ中の燃え難い成分をゆっくりと時間をかけて燃焼させる必要があるので、１次空気量は上述の第１の制御パターンと同様に減少させるが、ストーカ速度は第１の制御パターンとは逆に減少させる制御を行う。これにより、ゴミをゆっくりと時間をかけて燃焼させながら、単位時間当たりのゴミ燃焼量を抑制し、ガス温度及びストーカ温度を低下させる制御が実行される。ここで、ストーカ速度を第１の制御パターンと同様に増加させる制御を行うと、ゴミ中の未燃焼成分が灰中に残存する可能性があるため、第４の制御パターンでは当該可能性を排除できる。
【００４５】
具体的には、各温度センサ１４ｅと１５ｇの検出温度が夫々の適正温度範囲より高い場合に、検出温度の適正温度範囲からの乖離程度に応じて、コンパートメント８ｇの現状制御値より減少した新たな１次空気量の制御値と新たなストーカ速度の制御値を演算する。各制御値が求まると、その制御値に基づき、上述の要領で１次空気量とストーカ速度のフィードバック制御が実行される。ここで、各温度センサ１４ｅと１５ｇの検出温度が夫々の適正温度範囲より高くない場合は、本第４の制御パターンに関しては、現状の制御値が維持される。また、上記の各検出温度と適正温度範囲との比較判定は、ゴミ質の変動に対して迅速に応答できる程度の所定の時間間隔で定期的に実行されるものとする。
【００４６】
上述の如く、第１〜第３の制御パターンは、燃焼段６における適正なゴミ燃焼状態をゴミ質の変動等に対して安定的に維持することを主眼とした制御であり、乾燥段５と燃焼段６の各コンパートメント８に同時に適用されるため、あるコンパートメント８に対して、１つの制御パターンの適用において、１次空気量またはストーカ速度を増加または減少する指示（制御値の変化）が出て、別の制御パターンの適用において逆の指示が出されるという制御パターン間で競合の発生する可能性がある。そこで、上述の第１の制御パターンにおける連続する２つのコンパートメント間においてストーカ速度に対する制御値の変化が相反する場合の処理と同様に、相反する制御値の変化を相殺して、現状制御値を変化させない制御を行う。或いは、制御値の細かな設定が可能な場合は、その相殺による差だけ現状制御値に対して変化させるようにしても構わない。
【００４７】
尚、上記第１〜第４の制御パターンにおける温度比較判定で使用される予め設定された適正温度範囲や温度差は、試運転時の実験やシミュレーション等で導出された値を用いる。
【００４８】
以下に、別の実施形態につき説明する。
〈１〉 ストーカ式搬送手段４を複数のコンパートメント８に区分する際の乾燥段５と燃焼段６と後燃焼段７における夫々のコンパートメント８の数は、焼却炉の規模に応じて変更可能で、上記実施の形態に限定されるものではなく、更に、コンパートメント８の数に応じて、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５の個数及び配置箇所も適宜変更可能であり、上記実施の形態に限定されるものではない。
【００４９】
〈２〉 上記実施の形態では、ガス温度センサ１４とストーカ温度センサ１５は熱電対を用いて構成したが、各温度センサ１４，１５は熱電対以外の温度センサ素子を用いて構成しても構わない。
【００５０】
〈３〉 上記実施の形態では、各制御パターンにおいて、自動燃焼制御装置１６による１次空気量とストーカ速度の制御にフィードバック制御方式を適用したが、その他の制御方式（例えば、フィードフォワード方式等）であっても構わない。
【００５１】
〈４〉 上記実施の形態において、自動燃焼制御装置１６は、第１〜第４の４つの制御パターンを同時に実行可能であること前提として説明したが、ゴミ燃焼状態やストーカ式ゴミ焼却炉２０の作動状況に応じて、第１〜第４の制御パターンの内の一部の制御パターンだけを適用可能な状態とする運用も可能である。更に、第１〜第４の４つの制御パターン以外の制御パターンを備えていても構わない。例えば、第１〜第３の制御パターンは、燃焼段６における適正なゴミ燃焼状態をゴミ質の変動等に対して安定的に維持することを主眼とした定常運転時の制御パターンであるため、ストーカ式ゴミ焼却炉２０の起動時の燃焼制御には別の制御パターンを使用するようにしても構わない。
【００５２】
〈５〉 上記実施の形態において、自動燃焼制御装置１６は、第１〜第３の各制御パターンの適用時において、ホッパ２へのゴミ投入量及びプッシャ３のゴミの炉内への押し込み速度も、乾燥段５のストーカ速度の制御に応じて制御するようにしても構わない。
【００５３】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、ストーカ温度センサとガス温度センサによって検出された各コンパートメントに対応する局所的なストーカ温度と１次燃焼室内のガス温度に基づいて、各コンパートメントにおける局所的なゴミの燃焼状態を推定することができ、ゴミの成分、発熱量等のゴミ質の変動に対し、推定した局所的なゴミの燃焼状態に基づいて最適な燃焼状態へ導くことができ、ゴミ質の変動に対するゴミ燃焼状態の変動を最小限に抑制した安定したストーカ式ゴミ焼却炉の操業が可能となる。
【００５４】
更に、かかる燃焼制御によってコンパートメント毎の最適燃焼状態を維持することで、局所的な高温領域をなくすことができ、ストーカの焼損等を防いでストーカの長寿命化が図れる。また、ゴミ燃焼状態を安定化させることにより２次燃焼制御を容易にし、ゴミの燃焼に伴って発生するＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）等の未燃ガス成分やダイオキシン類の完全燃焼を容易に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るストーカ式ゴミ焼却炉の要部構造及び燃焼制御装置の制御系統を模式的に示す構成図
【図２】本発明に係るストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置の簡略表記による制御系統図
【符号の説明】
１： ストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置
２： ホッパ
３： プッシャ
４： ストーカ式搬送手段
５： 乾燥段
６： 燃焼段
７： 後燃焼段
８，８ａ〜８ｇ： コンパートメント
９： ゴミ層
１０： 風箱
１１： 送風ファン
１２： ダンパ機構
１３： 焼却灰排出口
１４，１４ａ〜１４ｅ： ガス温度センサ
１５，１５ａ〜１５ｇ： ストーカ温度センサ
１６： 自動燃焼制御装置（制御装置）
２０： ストーカ式ゴミ焼却炉
２１： １次燃焼室
Claims (6)
- 複数のストーカをゴミ搬送方向に沿って分割してなる領域であってストーカ速度と１次燃焼空気の供給量を夫々独立して制御可能なコンパートメントを複数備えてなるストーカ式ゴミ焼却炉において、
前記ストーカの部材内部或いは近傍に前記ストーカの温度を測定するストーカ温度センサをゴミ搬送方向に沿って複数分散配置し、
前記ストーカ上を移動するゴミ層の表面上部の１次燃焼室内に炉内ガス温度を測定するガス温度センサをゴミ搬送方向に沿って複数分散配置し、
前記ストーカ温度センサと前記ガス温度センサの検出温度に基づいて、前記複数のコンパートメントの一部または全部に対し、前記コンパートメント別にストーカ速度と１次燃焼空気の供給量の少なくとも何れか一方の制御を行う制御装置を備えてなることを特徴とするストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置。 - 前記複数のストーカは、ゴミ搬送方向の上流側から下流側に向けて、夫々が１以上の前記コンパートメントを備える乾燥段、燃焼段、及び、後燃焼段に区分され、
前記制御装置は、少なくとも前記燃焼段に属する各コンパートメントに対して、前記コンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、夫々の所定の適正温度範囲より高い場合に、当該コンパートメントの前記１次燃焼空気の供給量を減らし、前記ストーカ速度を速め、当該コンパートメントの１つ上流側の前記コンパートメントの前記ストーカ速度を遅くする第１の制御パターンを備えることを特徴とする請求項１に記載のストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置。 - 前記複数のストーカは、ゴミ搬送方向の上流側から下流側に向けて、夫々が１以上の前記コンパートメントを備える乾燥段、燃焼段、及び、後燃焼段に区分され、
前記制御装置は、前記ストーカ温度センサと前記ガス温度センサの夫々の複数の検出温度に基づいて、前記燃焼段に属する各コンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、夫々の所定の適正温度範囲内にあり、前記乾燥段の最下流のコンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、前記燃焼段の最上流のコンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度に比べて夫々所定の温度差を超えて低い場合に、前記乾燥段に属する各コンパートメントの前記１次燃焼空気の供給量を増加させ、前記ストーカ速度を遅くする第２の制御パターンを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置。 - 前記複数のストーカは、ゴミ搬送方向の上流側から下流側に向けて、夫々が１以上の前記コンパートメントを備える乾燥段、燃焼段、及び、後燃焼段に区分され、
前記制御装置は、前記ストーカ温度センサと前記ガス温度センサの夫々の複数の検出温度に基づいて、前記燃焼段に属する各コンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、夫々の所定の適正温度範囲内にあり、前記乾燥段の最下流のコンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、前記燃焼段の最上流のコンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度に比べて夫々所定の温度差を超えて高い場合に、前記乾燥段に属する各コンパートメントの前記１次燃焼空気の供給量を減少させ、前記ストーカ速度を早くする第３の制御パターンを備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置。 - 前記複数のストーカは、ゴミ搬送方向の上流側から下流側に向けて、夫々が１以上の前記コンパートメントを備える乾燥段、燃焼段、及び、後燃焼段に区分され、
前記制御装置は、前記後燃焼段に属する各コンパートメントに対して、前記コンパートメント内に位置する前記ストーカ温度センサの検出温度と当該コンパートメントに近接して位置する前記ガス温度センサの検出温度が、夫々の所定の適正温度範囲より高い場合に、当該コンパートメントの前記１次燃焼空気の供給量を減らし、前記ストーカ速度を遅くする第４の制御パターンを備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置。 - 前記制御装置は、１つの前記コンパートメントに対する異なる制御パターンの適用によって、当該コンパートメントの前記ストーカ速度または前記１次燃焼空気の供給量の制御において相反する制御指示を得た場合は、前記ストーカ速度または前記１次燃焼空気の供給量の変更を行わないことを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載のストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼制御装置。
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