JP2005037038A - 燃焼制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、蒸気が生成されない焼却炉についても、焼却炉の燃焼変動により迅速に対応した制御が可能な燃焼制御方法を実現することを目的とする。
【解決手段】 火炉内の焼却処理で生成した燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼空間を設けてある焼却炉の燃焼制御方法であって、火炉内及び二次燃焼空間内に供給された総燃焼用空気流量と二次燃焼空間出口の酸素濃度とに基づき、理論空気流量の推定値を算出する理論空気流量算出工程と理論空気流量の推定値の移動平均を火炉の焼却処理能力に応じて選択された移動平均時間を用いて算出する平滑化工程と理論空気流量の推定値の移動平均と基準廃棄物を定格処理ペースで焼却する場合の理論空気流量との比を燃焼量指数として設定する燃焼量指数算出工程と、燃焼量指数に目標焼却ペースを積算し実績焼却ペースで除算した値の移動平均を目標燃焼量指数として設定する目標燃焼量指数算出工程とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、焼却炉の燃焼制御方法に関する。

従来の焼却炉には、排ガス冷却方式の視点から分類すると、水噴射式焼却炉、ボイラ付焼却炉の２つのタイプの焼却炉がある。このうち、水噴射式焼却炉では、排ガス中に水を噴射することによって排ガスを冷却し、投入される被処理物、例えば、都市ごみ等の廃棄物の供給量、焼却炉に供給される燃焼用空気流量を調節することで燃焼制御を行っている。ここで、燃焼用空気としては、ストーカ上のゴミに供給される一次空気と、ストーカ上でゴミが燃焼して生成する燃焼ガスを二次燃焼させる二次空気とが供給される。また、ボイラ付焼却炉では、排ガスをボイラにて一定効率で吸熱させているため、ボイラから発生した蒸気量は、焼却炉によって発生した総燃焼熱量と比例関係にある。したがって、この蒸気量を燃焼量の指標としてゴミの供給量及び燃焼用空気流量を調節する焼却炉の燃焼制御が広く普及している。

この種の従来の技術には、焼却炉に供給される空気流量と排ガスの酸素濃度を測定し、これらの測定値を用いて燃焼している廃棄物の単位時間当たりの発熱量を推定し、この発熱量の推定値と目標値との差に基づいて燃焼空気流量及びストーカに設けた火格子速度の補正値を算出し、各々の補正値により燃焼空気流量及び火格子速度を周期的に制御する燃焼制御方法がある（例えば、特許文献１参照）。この燃焼制御方法には、酸素濃度計、燃焼空気流量計、及び冷却空気流量計の測定信号を採取してこれらの測定値を平滑化すること、及び、採取する間隔は１秒〜３０秒程度が適当である旨記載されている。

しかし、上記燃焼制御方法では、測定値を平滑化することについて記載されているが、どのような方法で平滑化するかについては記載されていない。更に、蒸気量を用いた制御に上記燃焼制御方法による補正を行うので、水噴射式ストーカ炉のようにボイラを備えない焼却炉に対しては適用できない。このため、ボイラを備えない水噴射式焼却炉では、燃焼量の指標として、炉出口温度やガス冷却噴霧水量等を利用して燃焼制御を行っている。しかし、二次燃焼空気流量変化による外乱等により、同一燃焼量でも炉出口温度が変化するため、炉出口温度を指標として焼却量を制御することはできなかった。また、排ガスの冷却噴霧水量の応答遅れにともなって、排ガス冷却装置の出口温度が変動するため、冷却噴霧水量のみでは、蒸気量の代替指標としては適切であるとはいえなかった。

これに対して、火炉内で廃棄物を焼却処理し、その焼却処理に伴い生成した燃焼ガスを二次燃焼させる二次燃焼空間を設けてある焼却炉に対し、火炉内に投入する廃棄物の燃焼量を、その燃焼発熱量に対する目標発熱量を設定して制御する燃焼制御方法において、燃焼用空気の供給量と排ガスの組成を基に、廃棄物の燃焼熱量を推定する燃焼制御方法がある（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−６８５１４号公報（［００１１］、［００２１］段落） 特開２００２−８９８１９号公報（［０００８］〜［０００９］段落）

上記特許文献２に記載の燃焼制御方法は、蒸気量の代替指標として、酸素消費量を用いるので蒸気の発生しない焼却炉に対しても適用できる。しかし、自動燃焼制御において必要とされる総燃焼熱量を算出するにあたっては、総燃焼熱量の算出に用いられる理論空気流量の平滑化が重要であるが、上記特許文献２に記載の燃焼制御方法には、平滑化の実施及びその方法については記載されていない。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水噴射式ストーカ炉等、ボイラを備えず蒸気の発生しない焼却炉についても、焼却炉内部の状態変化により迅速に対応した制御が可能な燃焼制御方法を実現する点にある。

〔特徴手段１〕
この目的を達成するための本発明に係る燃焼制御方法の第一特徴手段は、火炉内で都市ごみ等の廃棄物を焼却処理し、その焼却処理にともない生成した燃焼ガスを二次燃焼させる二次燃焼空間を設けてある焼却炉の燃焼制御方法であって、前記火炉内及び前記二次燃焼空間内に供給された総燃焼用空気流量と、前記二次燃焼空間出口から排出される排ガス中の酸素濃度とに基づき、前記火炉内及び前記二次燃焼空間内において燃焼によって消費される理論空気流量の推定値を算出する理論空気流量算出工程と、前記理論空気流量算出工程で導出した前記理論空気流量の推定値の移動平均を、前記火炉の焼却処理能力に応じて選択された移動平均時間を用いて算出する平滑化工程と、前記平滑化工程で導出した前記理論空気流量の推定値の移動平均と、前記焼却炉の設計段階で前記火炉の処理対象の平均発熱量をもつ廃棄物として設定された基準廃棄物を定格処理ペースで焼却する場合の理論空気流量との比を求め、この比を燃焼量指数として設定する燃焼量指数算出工程と、前記燃焼量指数算出工程で導出した前記燃焼量指数に目標焼却ペースを積算し実績焼却ペースで除算した値の移動平均を算出し、この値を目標燃焼量指数として設定する目標燃焼量指数算出工程とを含む点にある。

ここで、理論空気流量は、ゴミを完全燃焼させるのに必要充分な単位重量当たりの空気流量であり、火炉の焼却処理能力は、火炉で焼却処理する処理対象の範囲で最大発熱量をもつ廃棄物を１日に焼却処理可能な廃棄物の量（t/d）の最大値で、定格処理能力と呼ばれる。

即ち、本発明に係る燃焼制御方法の上記第一特徴手段によれば、焼却炉の燃焼制御用指標である理論空気流量について、移動平均を算出して平滑化する。

ここで、蒸気の発生しない焼却炉、例えば、水噴射式ストーカ炉等では、蒸気量に変わる燃焼制御用指標として蒸気量と強い相関関係のある理論空気流量を用いるが、理論空気流量を燃焼変動における瞬時値から求めると、外乱の発生等により燃焼変動をより大きくしてしまう可能性がある。逆に、移動平均時間としてボイラ付焼却炉における蒸気量検出手段の応答時間より長い時間を設定すると、燃焼変動に対して迅速に対応することができなくなり燃焼変動が大きくなる。このため、理論空気流量を蒸気量の代替指数として用いるには、移動平均時間を適切に設定する必要がある。

従って、理論空気流量の移動平均時間の選択可能な範囲を指定した設定可能範囲の中から、火炉の燃焼処理能力に応じて適切な移動平均時間を選択し、この移動平均時間を用いて理論空気流量を平滑化することで、蒸気量を用いた場合と同等の精度で焼却炉の制御を行うことができる。

〔特徴手段２〕
同第二特徴手段は、前記設定可能範囲は、前記火炉の定格処理量（Ｗ）(t/d)に対する移動平均時間の上限値（Ｔｈ）（min）が、Ｔｈ＝０．０００６Ｗ^２−０．１０６Ｗ＋７．６４から求められ、下限値が少なくとも１分以上である点にある。

尚、本特徴構成の火炉の定格処理量と移動平均時間の上限値との関係式は、所定の定格処理量の焼却炉について、ボイラ付焼却炉の蒸気量と理論空気流量算出工程において算出された理論空気流量の推定値との相関関係が最も強くなる移動平均時間から導出される。具体的には、例えば、定格処理量が８０(t/d)、１３０(t/d)、２３０(t/d)の火炉夫々に対し、理論空気流量の推定値との相関関係が最も強くなる移動平均時間は３分、４分、１５分であり、これらの移動平均時間を基に近似式を導出する。即ち、本特徴手段によれば、焼却炉の定格処理量と移動平均時間とを定量的に表すことによって、任意の焼却処理能力をもつ焼却炉の移動平均時間の上限値を簡易に求めることができる。

〔特徴手段３〕
同第三特徴手段は、前記排ガス中の酸素濃度は、前記二次燃焼空間出口に設置されたジルコニア式酸素濃度計によって計測される点にある。

即ち、同第三特徴手段によれば、ジルコニア式酸素濃度計等、応答時間の短い酸素濃度計を用いて酸素濃度を計測するので、理論空気流量の推定値の精度を上げることができる。また、焼却炉の安定制御のためには燃焼変動に対しより迅速に対応する必要があるが、ここで、空気流量計は応答時間が短く、これに合わせることで理論空気流量の推定値の精度を上げることができる。従って、本特徴手段の如く、計測応答時間の短い酸素濃度計を用いることで、理論空気流量の推定値の精度、燃焼量指数の精度を上げることができるので、より安定した燃焼制御を行うことができる。

〔特徴手段４〕
同第四特徴手段は、前記目標燃焼量指数算出工程は、９０分から１８０分の移動平均時間を用いて移動平均を算出する点にある。

ここで、実績焼却ペースは、実績焼却量の１時間当たりの平均値（t/h）であり、廃棄物の炉内での滞留時間を考慮して、過去９０から１８０分の実績焼却量を１時間当たりに換算した値を平均して算出する。目標焼却ペースは、１時間で焼却処理すべき廃棄物の量（t/h）であり、目標焼却量（t/d）を１時間当たりに換算することによって求められる。

即ち、同第四特徴手段によれば、焼却炉の燃焼制御用指数としての目標燃焼量指標を算出することができる。ここで、燃焼量指数を目標燃焼量指数と等しくなるように燃焼制御することで、実績焼却ペースと目標焼却ペースとが概等しくなる。尚、目標焼却ペースが一定の時には、目標燃焼量指数は、廃棄物の単位重量当りの酸素消費量の指標となる。酸素消費量と発熱量とには相関関係があるため、目標燃焼量指数は発熱量の指数にもなる。従って、本特徴手段の如く目標燃焼量指数を算出することにより、焼却量を制御することが可能になる。

尚、目標燃焼量指数は、炉内滞留の廃棄物の平均発熱量の指標となることが求められるため、炉内滞留時間推定値９０〜１８０分を用いて移動平均を算出することで、適切に目標燃焼量指数を算出することができる。

〔特徴手段５〕
同第五特徴手段は、前記焼却炉の設計段階で最大発熱量をもつ廃棄物として設定された高質廃棄物の定格焼却ペースに対する前記理論空気流量の設計値と、前記焼却炉の設計段階で最小発熱量をもつ廃棄物として設定された低質廃棄物の定格焼却ペースに対する前記理論空気流量の設計値とを用いて、前記目標燃焼量指数の上限値と下限値とを設定する点にある。

ここで、高質廃棄物は、廃プラスチック等の混入が多く燃焼発熱量の多い廃棄物であり、低質廃棄物は、水分が多く燃焼発熱量の低い廃棄物である。

一般的に、焼却炉内の焼却量が多い場合には、焼却炉の排ガス処理能力を超えてしまい、炉内圧力が正圧に上昇し、炉内の排ガスが流出して場内に有毒ガスが充満したり、バグフィルタの集塵能力が上限を超えて、排ガス中の未燃物質が増加する等の不具合が生じる可能性が高くなる。また、焼却量が少ない場合にも、焼却炉内の温度が低下して必要な温度を保てなくなったり、炉出口温度が低くなることで一酸化炭素が発生し易くなる等の不具合が生じる。

従って、本特徴手段の如く、高質の廃棄物の場合を上限値とし、低質の廃棄物の場合を下限値とすることにより、炉出口温度や酸素濃度、一酸化炭素濃度が安定化し、未燃物質の増加といった不具合を回避して適切に焼却炉の燃焼制御を行うことができる。更に、より適切に焼却炉の自動燃焼制御が行えるので、人的操作介入頻度を減少させることができ、焼却炉の燃焼制御における監視業務に係る手間を省力化することができる。

〔特徴構成１〕
さらに、上記第一から第五特徴手段の燃焼制御方法を用いて燃焼制御装置を構成した場合には以下の利点が得られる。

即ち、同第一特徴構成によれば、焼却炉を制御する燃焼制御機構に、本発明にかかる燃焼制御方法の各工程を実行する機能を構築する。従来のボイラ無焼却炉に於いては、燃焼制御に用いるのに適切な指標が設定されていなかった為に、人手による操作介入頻度が増大していた。従って、理論空気流量の推定値を適切な移動平均時間を用いて平滑化することにより、焼却炉の燃焼制御における運転監視業務の工数を減少させることができる。

本発明に係る燃焼制御方法（以下、適宜「本発明方法」と略称する）の実施の形態について、図面に基づいて説明する。

本発明に係る焼却炉１０は、図１に示すように、火炉内に廃棄物、本実施形態ではゴミを投入する給じん装置１１、火炉内に一次空気を供給する一次空気供給機構１２、火炉内での廃棄物の焼却処理に伴い生成した燃焼ガスを二次燃焼させる二次燃焼空間を形成した二次燃焼室１３、及び、二次燃焼室１３内に二次空気を供給する二次空気供給機構１４を設けてある。また、二次燃焼室１３から煙突１９までの間の煙道には、二次燃焼室１３からの排ガス中に水を噴霧して排ガスを冷却する排ガス冷却装置１５と、排ガスから除塵するバグフィルタ１６と、ダイオキシン、ＨＣｌ、ＳＯ_Ｘ等の有害ガス除去装置１７と、無害化処理した後の排ガスを煙突１９に向けて送り出す誘引送風機１８とが配置されている。二次燃焼空間の下流側の煙道には、二次燃焼空間出口における排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段６が設けられている。本実施形態では、酸素濃度検出手段６として、応答時間１５秒のジルコニア式酸素濃度計を用いる。尚、本実施形態では酸素濃度検出手段６としてジルコニア式酸素濃度計を用いたが、これに限らず、ジルコニア式酸素濃度計と同等以上の計測応答性能をもつ酸素濃度計であればよい。

本発明に係る焼却炉１０には、図１に示すように、給じん装置１１、一次空気供給機構１２及び二次空気供給機構１４を調節可能に構成した焼却炉１０の燃焼制御機構１を設ける。この燃焼制御機構１は、火炉内に投入する廃棄物の燃焼量指数に対し目標燃焼量指標を設定して焼却炉１０を制御するように構成されており、理論空気流量演算手段２、平滑化手段３、燃焼量指数演算手段４及び目標燃焼量指数演算手段５が構築されている。

〔理論空気流量〕
理論空気流量演算手段２は、一次空気供給機構１２により火炉内に供給される一次空気流量、及び、二次空気供給機構１４により二次燃焼室１３に供給される二次空気流量を含む総燃焼空気流量のうち、燃焼で消費された空気流量、すなわち理論空気流量の推定値Ａｔの算出を行う。ここで、理論空気流量は、ゴミを完全燃焼させるのに必要充分な単位重量当たりの空気流量である。尚、焼却炉１０の設計時に、焼却炉１０で処理対象とするゴミを完全燃焼させるときに発生する発熱量、即ち低位発熱量Ｈｕによって、低質ゴミ、基準ゴミ、高質ゴミが設定される。

総燃焼空気流量（m^３[Normal]/h）をＡｒ、空気比をＫとして、理論空気流量の推定値Ａｔ（m^３[Normal]/h）を求める。

（数１）
Ａｔ＝Ａｒ／Ｋ
Ｋ＝２１／（２１−Ｐｏ_２）
Ａｒ＝Ａｒ_１＋Ａｒ_２＋Ａｒｅ

ここで、２１は空気中の酸素濃度（％）、Ｐ_Ｏ２は排ガス中の酸素濃度（％）、Ａｒ_１は一次空気流量（m^３[Normal]/h）、Ａｒ_２は二次空気流量（m^３[Normal]/h）、Ａｒｅはその他空気流量（m^３[Normal]/h）である。その他空気流量Ａｒｅには、水噴射ノズルのパージ用空気、消石灰及び活性炭の輸送用空気、助燃バーナ及び再燃バーナの過剰空気等、火炉から酸素濃度検出手段６までに排ガス中に供給される一次空気及び二次空気以外の空気が含まれる。

〔平滑化〕
続いて、平滑化手段３は、理論空気流量演算手段２において算出された理論空気流量の推定値Ａｔの移動平均を算出して平滑化する。尚、この平滑化手段３は、予め設定された設定可能範囲から、火炉の焼却処理能力、つまり、定格処理量Ｗ(t/d)に応じて選択された移動平均時間を用いて構築される。

〔移動平均時間の設定可能範囲〕
ボイラを備えない焼却炉においてボイラ付焼却炉と同等の精度の燃焼制御を行うためには、ボイラ付焼却炉における燃焼制御用指標としての蒸気量と同等の精度をもつ燃焼制御用指標が必要となる。理論空気流量演算手段２によって算出される理論空気流量の推定値の精度をより蒸気量の精度に近付けるため、定格処理量Ｗに応じた適切な移動平均時間を設定する。

移動平均時間の設定可能範囲を求めるにあたり、本実施形態では、ボイラ付焼却炉において蒸気量を用いた燃焼制御を行い、この蒸気量と理論空気流量演算手段２によって算出される理論空気流量の推定値との相関関係が最も強くなる移動平均時間を考慮して設定する。表１は、３種のボイラ付焼却炉、定格２３０(t/d)のプラントＡ、定格１３０(t/d)のプラントＢ、定格８０(t/d)のプラントＣの夫々について、蒸気量と理論空気流量の推定値の移動平均時間との相関係数を示している。

ここで、表１より、蒸気量と理論空気流量との相関関係は全体に０．７５９以上と高く、理論空気流量の推定値の瞬時値よりも移動平均の方が蒸気量との相関係数が大きい。また、火炉の処理能力毎に相関係数の大きくなる移動平均時間が異なっている。従って、理論空気流量の推定値は、火炉の焼却処理能力に応じた移動平均時間を設定することにより、蒸気量の代替指数として有用であるといえる。

移動平均時間の設定可能範囲の設定においては、移動平均時間を長く設定すると火炉内の燃焼変動に対する制御の応答時間が遅くなることを考慮し、蒸気量と理論空気流量との相関係数が最も高くなる移動平均時間を設定可能範囲の上限値として設定する。表１に於いて、定格８０(t/d)のプラントＣの蒸気量と移動平均時間との相関係数が最も高くなるのは移動平均時間が３分のときであり、同様に、定格１３０(t/d)のプラントＢでは４分、定格２３０(t/d)のプラントＡでは１５分である。これらのデータを基に、火炉の定格処理量Ｗ(t/d)と移動平均時間の上限値Ｔｈ(min)との関係を２次の近似式として求めると、次の関係式が得られた。

（数２）
Ｔｈ＝０．０００６Ｗ^２−０．１０６Ｗ＋７．６４

また、移動平均時間の設定可能範囲の下限値として、定格８０(t/d)のプラントＣに対して１分の移動平均時間を設定し、同様に、定格１３０(t/d)のプラントＢに対して２分、定格２３０(t/d)のプラントＡに対して３分の移動平均時間を設定することが望ましい。これは、火炉内の燃焼変動に対する応答時間の時間短縮、相関係数の最も大きくなる上限値とのずれの許容範囲等を考慮したものである。

図２は、移動平均時間の設定可能範囲の一例を示す図であり、火炉の定格に対する移動平均時間の関係を表している。定格処理量Ｗが８０(t/d)の火炉の移動平均時間の設定可能範囲に対して１から３分、１３０(t/d)の火炉に対して２から４分、２３０(t/d)の火炉に対して３から１５分の移動平均時間が設定されている。

図３は、上述した定格２３０(t/d)のプラントＡ、定格１３０(t/d)のプラントＢ、定格８０(t/d)のプラントＣについて、それぞれ移動平均時間を１５分、４分、３分として運転を行った場合の蒸気量と理論空気流量とを示している。尚、サンプリング周期はプラントＡが３０秒、その他は６０秒であった。図３より、蒸気量と理論空気流量とが略同じ振舞いをしており、蒸気量の代替指数として理論空気流量が有用であるといえる。

〔燃焼量指数〕
燃焼量指数演算手段４は、平滑化手段３で平滑化された理論空気流量推定値Ａｔ、基準ゴミの定格焼却量に対する理論空気流量設計値Ａｔｓ（m^３[Normal]/h）より、燃焼量指数Ｓｈ（％）を求める。

（数３）
Ｓｈ＝（Ａｔ／Ａｔｓ）×１００

尚、この燃焼量指数Ｓｈ（％）が１００（％）のとき、火炉の燃焼量が基準ゴミを定格焼却ペースで焼却する時の燃焼量と等しくなる。また、燃焼量指数Ｓｈの上限は高質ゴミの定格焼却量に対する燃焼量指数Ｓｈを、下限は低質ゴミの定格焼却量に対する燃焼量指数Ｓｈを算出することで求められる。燃焼量指数Ｓｈの上限は、余裕率を考慮しないとき、火炉の設計値の上限と等しく、ボイラ付焼却炉におけるボイラ定格蒸気量と同じ意味をもつ。また、この燃焼量指数Ｓｈは、火炉の焼却処理能力に応じた移動平均時間を設定し燃焼量指数Ｓｈを平滑化することで、燃焼変動に対する制御の応答時間を調整することができる。

〔目標燃焼量指数〕
目標燃焼量指数演算手段５は、燃焼量指数演算手段４で求めた燃焼量指数Ｓｈ、実績焼却ペースＧｒ（t/h）及び目標焼却ペースＧｖｓ（t/h）を用いて目標燃焼量指数Ｓ（％）を算出する。

（数４）
Ｓ＝（Ｓｈ／Ｇｒ）×Ｇｖｓ

ここで、数４の右辺は、９０〜１８０分の移動平均時間を用いて移動平均を求めている。尚、この目標燃焼量指数Ｓと燃焼量指数Ｓｈとが等しい時、移動平均誤差は発生するが実績焼却ペースＧｒは概ね目標焼却ペースＧｖｓと等しくなる。従って、目標燃焼量指数Ｓに燃焼量指数Ｓｈを追従させる制御を行うことによって焼却炉１０の実績焼却ペースＧｒを目標焼却ペースＧｖｓに近付けることができ、目標焼却量の達成が期待できる。すなわち、燃焼量指数Ｓｈの制御は焼却量制御の機能を含む。また、目標焼却ペースＧｖｓが一定の時、目標燃焼量指数Ｓはゴミの単位重量当りの酸素消費量の指標となる。酸素消費量は低位発熱量Ｈｕと線形な関係にあるためＨｕの指標となる。

尚、本実施形態では、更に、目標燃焼量指数Ｓの上限値と下限値とを設定するために、高質ゴミと低質ゴミの定格焼却ペースに対する理論空気流量の設計値、即ち、高質ゴミと低質ゴミの定格焼却量に対する燃焼量指数Ｓｈを求め、それぞれ目標燃焼量指数Ｓの上限及び下限に設定する。これによって、火炉の焼却処理能力の範囲内で焼却炉１０の制御を行うことが可能になる。

図４は、表１のプラントＢ及びプラントＣについて、本発明方法により、１２０分の移動平均時間を用いて目標燃焼量指数Ｓの移動平均を求め、燃焼制御を行ったときの目標燃焼量指数Ｓと蒸気量の目標値（蒸気量ＳＶ）との相関関係を示しており、目標燃焼量指数Ｓ及び燃焼量指数Ｓｈ、蒸気量ＳＶ及び蒸気量ＰＶの１日の変動を表している。蒸気量ＰＶは実際の蒸気量である。表２は、このときの目標燃焼量指数Ｓ及び燃焼量指数Ｓｈ、蒸気量ＳＶ及び蒸気量ＰＶの比較結果である。

図４及び表２より、目標燃焼量指数Ｓと蒸気量ＳＶとの相関係数が０．８２から０．９２と高く、蒸気量ＰＶ／蒸気量ＳＶと燃焼量指数／目標燃焼量指数との差が１％以下であり、燃焼量指数変動率の標準偏差が蒸気変動率の標準偏差の２から３倍以内に留まっていることが分かる。これは、目標燃焼量指数が蒸気量の代替指数となり得ることを示している。

〔燃焼制御〕
次に、本発明方法による焼却炉１０の燃焼制御結果について説明する。
表３は、ボイラを備えない水噴射式の定格焼却量４５(t/d)の１号炉及び２号炉について、低質ゴミ、基準ゴミ及び高質ゴミ夫々の定格焼却量に対する理論空気流量設計値Ａｔｓ及び燃焼量指数Ｓｈの算出結果を示している。

表４は、表３に示す水噴射式の１号炉及び２号炉に対し、１号炉については８日間、２号炉については２０日間の運転を行った結果について示している。また、蒸気量を指標とする場合と比較するために、定格焼却量８０(t/d)のボイラ付焼却炉のプラントＣについても７日間の運転を行い、その結果を１号炉及び２号炉の結果と合わせて表４に示している。ここで、１号炉及び２号炉は、移動平均時間を２分として理論空気流量Ａｔの平滑化を行い、目標焼却量Ｇｖｓを定格比１０７(%)の４８(t/d)に設定した。

ここで、表中のＡＣＣ（Automatic Combustion Control）はゴミ焼却炉用自動燃焼制御システムの略称である。燃焼量指数及び蒸気量の変動率(%)は、（ＰＶ−ＳＶ）×１００／ＳＶの標準偏差として算出した。燃焼量指数ＳＶは目標燃焼量指数Ｓ、燃焼量指数ＰＶは燃焼量指数Ｓｈである。また、炉出口温度、酸素濃度及び排ガス流量の変動率(%)は、（標準偏差／平均）×１００として算出した。

表４より、１号炉及び２号炉における炉出口温度、酸素濃度、ＣＯ濃度の変動率、標準偏差はプラントＣと比較しても低く、これにより、１号炉及び２号炉は燃焼変動が少なく安定しているといえる。燃焼変動が少なく安定していることから、操作介入を行う頻度が減少し、運転監視業務の工数を低減させることができる。給じん速度制御では９１から９４％、燃焼帯空気流量制御では９６から９８％と何れもほぼ常時ＡＣＣが使用されている。

尚、本実施形態では、水噴射式焼却炉について説明したが、これに限るものではなく、キルン式や産業用の焼却炉等に対しても適用することができる。

本発明に係る燃焼制御方法を適用した焼却炉の模式図 移動平均時間の設定可能範囲を表す説明図 蒸気量及び理論空気流量のトレンドグラフ 蒸気量及び燃焼量指数のトレンドグラフ

符号の説明

１ 燃焼制御機構
２ 理論空気流量演算手段
３ 平滑化手段
４ 燃焼量指数演算手段
５ 目標燃焼量指数演算手段
６ 酸素濃度検出手段
１０ 焼却炉
１１ 給じん装置
１２ 一次空気供給機構
１３ 二次燃焼室
１４ 二次空気供給機構
１５ 排ガス冷却装置
１６ バグフィルタ
１７ 有害ガス除去装置
１８ 誘引送風機
１９ 煙突

Claims (6)

1. 火炉内で都市ごみ等の廃棄物を焼却処理し、その焼却処理にともない生成した燃焼ガスを二次燃焼させる二次燃焼空間を設けてある焼却炉の燃焼制御方法であって、
   前記火炉内及び前記二次燃焼空間内に供給された総燃焼用空気流量と、前記二次燃焼空間出口から排出される排ガス中の酸素濃度とに基づき、前記火炉内及び前記二次燃焼空間内において燃焼によって消費される理論空気流量の推定値を算出する理論空気流量算出工程と、
   前記理論空気流量算出工程で導出した前記理論空気流量の推定値の移動平均を、前記火炉の焼却処理能力に応じて選択された移動平均時間を用いて算出する平滑化工程と、
   前記平滑化工程で導出した前記理論空気流量の推定値の移動平均と、前記焼却炉の設計段階で前記火炉の処理対象の平均発熱量をもつ廃棄物として設定された基準廃棄物を定格処理ペースで焼却する場合の理論空気流量との比を求め、この比を燃焼量指数として設定する燃焼量指数算出工程と、
   前記燃焼量指数算出工程で導出した前記燃焼量指数に目標焼却ペースを積算し実績焼却ペースで除算した値の移動平均を算出し、この値を目標燃焼量指数として設定する目標燃焼量指数算出工程と、を含む燃焼制御方法。
2. 前記設定可能範囲は、前記火炉の定格処理量（Ｗ）(t/d)に対する移動平均時間の上限値（Ｔｈ）(min)が、
   Ｔｈ＝０．０００６Ｗ^２−０．１０６Ｗ＋７．６４
   から求められ、
   下限値が少なくとも１分以上である請求項１に記載の燃焼制御方法。
3. 前記排ガス中の酸素濃度は、前記二次燃焼空間出口以降に設置されたジルコニア式酸素濃度計によって計測される請求項１または請求項２に記載の燃焼制御方法。
4. 前記目標燃焼量指数算出工程は、９０分から１８０分の移動平均時間を用いて移動平均を算出する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃焼制御方法。
5. 前記焼却炉の設計段階で最大発熱量をもつ廃棄物として設定された高質廃棄物の定格焼却ペースに対する前記理論空気流量の設計値と、前記焼却炉の設計段階で最小発熱量をもつ廃棄物として設定された低質廃棄物の定格焼却ペースに対する前記理論空気流量の設計値とを用いて、前記目標燃焼量指数の上限値と下限値とを設定する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃焼制御方法。
6. 請求項１から請求項５の何れか一項に記載の燃焼制御方法に於ける各工程を、前記焼却炉上で実行させる燃焼制御装置。

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