JP2005069630A - 廃棄物処理炉の被処理物の性状検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 炉内へ装入される時点のゴミの性状を正確に検出することで応答遅れが生じることなく適正に燃焼制御できる廃棄物処理炉の被処理物の性状検出装置を提供する。
【解決手段】 ホッパ２に投入された被処理物Ｄを炉内１に装入する給塵装置３と、前記給塵装置３により装入された被処理物Ｄを燃焼処理する廃棄物処理炉の被処理物の性状検出装置であって、前記ホッパ２下部のシュート部側壁に、γ線を放出する線源部と線源部から放出されたγ線を検出するγ線検出部を対向配置し、計測されたγ線の計数率に基づいて被処理物の性状を判断する性状判断手段１２を備えてある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、廃棄物処理炉の被処理物の性状検出装置並びに性状検出装置、及び、廃棄物処理炉の燃焼制御装置に関する。

廃棄物処理炉の一例であるゴミ焼却炉においては、ホッパに投入された被処理物を炉内に装入する給塵装置と、前記給塵装置により装入された被処理物を搬送しながら燃焼処理するストーカ装置と、前記ストーカ装置上の被処理物に一次燃焼空気を供給する給気装置を備え、炉内の燃焼状態を示す所定のプロセス値、例えば蒸気発生量の目標値との偏差に基づいて前記給塵装置による給塵速度、前記ストーカ装置による被処理物の搬送速度、前記給気装置からの給気量または給気温度の何れかまたは全ての制御量を設定制御する燃焼制御装置を設けて、蒸気発生量が一定に維持されるように燃焼制御していた。

しかしながら、給塵装置により炉内に装入される被処理物たるゴミの性状は、含水率が多く嵩密度の大きな燃えにくい低質のゴミから含水率が少なく嵩密度の小さな燃え易い高質のゴミまで様々であり、炉内での燃焼状態に大きく影響を与えるために、炉内に装入されるゴミの性状を検出し、その結果に基づいて燃焼制御装置による制御量を補正する必要があった。

従来、炉内に装入されるゴミの性状を検出する装置として、ホッパ内に投入されたゴミのレベルとゴミクレーンで把持されたゴミ重量から嵩密度を求めるものや、ホッパ内におけるゴミの上面の画像をテレビカメラにて撮像し、撮像された画像からホッパ内のゴミの容積を演算するとともに、この演算されたゴミの容積とホッパ内に投入されるゴミの重量とに基づき単位時間当たりのゴミの供給重量を演算するもの等があった。
特開平９−１７０７３６９号公報 特開２００１−３５５８１９号公報

しかし、上述した従来の技術によれば、何れによる場合であってもホッパに投入された時点を基準にゴミの性状を計測するものであり、ホッパに投入されたゴミが実際に炉内に装入されるまでにはかなりの時間を要するため、そのような計測により求められた値では炉内に装入されるゴミの性状を正確に検出できず、安定的な燃焼制御を達成する上で更なる改良の余地があった。

また、ホッパに投入されたゴミがシュート部で詰まり、ブリッジが生じることがあるが、ホッパ内のゴミのレベルを計測するものでは、所定時間経過してもレベルの変動が無いとしてブリッジ発生が検出されるまでにかなりの時間を要し、給塵装置が作動しているにもかかわらず炉内にゴミが装入されず、燃焼状態が不安定になるという問題もあった。

本発明は、上述の従来欠点に鑑み、炉内へ装入される時点のゴミの性状を正確に検出することで応答遅れが生じることなく適正に燃焼制御できる廃棄物処理炉の被処理物の性状検出装置並びに性状検出方法、及び、廃棄物処理炉の燃焼制御装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による廃棄物処理炉の被処理物の性状検出装置の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、ホッパに投入された被処理物を炉内に装入する給塵装置と、前記給塵装置により装入された被処理物を燃焼処理する廃棄物処理炉の被処理物の性状検出装置であって、前記ホッパ下部のシュート部側壁に、γ線を放出する線源部と線源部から放出されたγ線を検出するγ線検出部を配置し、計測されたγ線の計数率に基づいて被処理物の性状を判断する性状判断手段を備えてある点にある。

つまり、ホッパ下部のシュート部側壁に、γ線を放出する線源部と線源部から放出されたγ線を検出するγ線検出部を配置したγ線密度計により、給塵装置から炉内に装入される直前の被処理物の性状を検出することができるのである。このようなγ線密度計は、シュート部側壁の外部に取り付けて側壁を介して計測できるので、設置作業が容易で既存の廃棄物処理炉にも容易に設置できるという利点もある。そして、性状判断手段は、計測されたγ線の計数率に基づいて、被処理物の嵩密度が求まり、それにより、含水率が高く嵩密度の大きな燃えにくい低質のゴミや含水率が小さく嵩密度の小さな燃え易い高質のゴミといった被処理物の性状が判断できるのである。

上述の構成において、前記給塵装置による被処理物の単位給塵時間以下の所定時間にγ線を計測するように構成すれば、給塵装置による給塵タイミングにシュート部から給塵装置への被処理物の落下による過渡的な変動による検出誤差を吸収できるので好ましく、また、前記性状判断手段に、計測されたγ線の計数率が所定の閾値よりも大であるときに前記シュート部にブリッジが発生していると判断するブリッジ検出部を設けてあれば、直ちにブリッジの発生を検出できるので、炉内の燃焼状態の変動が生じる前に適切に対処できる点で好ましい。

同様に、本発明による廃棄物処理炉の被処理物の性状検出方法の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項４に記載した通り、ホッパに投入された被処理物を炉内に装入する給塵装置と、前記給塵装置により装入された被処理物を燃焼処理する廃棄物処理炉の被処理物の性状検出方法であって、前記ホッパ下部のシュート部側壁に、γ線を放出する線源部と線源部から放出されたγ線を検出するγ線検出部を配置し、前記給塵装置による被処理物の単位給塵時間以下の所定時間にγ線を計測して、計測されたγ線の計数率に基づいて被処理物の性状を判断する点にある。

さらに、本発明による廃棄物処理炉の燃焼制御装置の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項５に記載した通り、ホッパに投入された被処理物を炉内に装入する給塵装置と、前記給塵装置により装入された被処理物を搬送しながら燃焼処理するストーカ装置と、前記ストーカ装置上の被処理物に一次燃焼空気を供給する給気装置を備えた廃棄物処理炉において、炉内の燃焼状態を示す所定のプロセス値の目標値との偏差に基づいて前記給塵装置による給塵速度、前記ストーカ装置による被処理物の搬送速度、前記給気装置からの給気量または給気温度の何れかまたは全ての制御量を設定制御する廃棄物処理炉の燃焼制御装置であって、前記廃棄物処理炉に請求項１または２記載の廃棄物処理炉の被処理物の性状検出装置を設けて、検出された被処理物の性状に基づいて少なくとも前記給気装置からの給気温度の設定制御量を補正する補正制御手段を設けてある点にある。

このように構成することにより、検出された被処理物の性状に応じて応答遅れが生じることなく燃焼状態の変動を効果的に抑制し、常に安定に燃焼させることが可能になるのである。

上述の構成において、前記補正制御手段は、検出された被処理物の性状が低質であると判断されたときに給気温度の設定値を上昇させて、被処理物の乾燥、着火を促進するように補正し、高質であると判断されたときに下降させて、急激に異常燃焼することの無いように補正することが好ましい。

以上説明した通り、本発明によれば、炉内へ装入される時点のゴミの性状を正確に検出することで、応答遅れが生じることなく適正に燃焼制御できる廃棄物処理炉の被処理物の性状検出装置並びに性状検出方法、及び、廃棄物処理炉の燃焼制御装置を提供することができるようになった。

以下に本発明の実施形態を廃棄物処理炉の一例であるゴミ焼却炉に適用した場合を説明する。ゴミ焼却炉は、ゴミピット（図示せず）に集積された被処理物としての都市ゴミＤがクレーン装置（図示せず）により投入されるホッパ２と、ホッパ２の下部に設置され、ホッパ２の下方のシュートに堆積したゴミを炉内１に押し込み装入する油圧式の給塵装置３と、給塵装置３により装入されたゴミＤを油圧駆動の可動火格子により搬送しながら乾燥処理する乾燥帯５ａ、燃焼処理する燃焼帯５ｂ、置き燃焼する後燃焼帯５ｃからなるストーカ装置５と、前記ストーカ装置上のゴミＤに一次燃焼空気を供給する給気装置６と、煙道の二次燃焼領域に二次燃焼空気を供給する給気装置７と、二次燃焼した高温の排ガスから蒸気を発生させる廃熱ボイラ８と、廃熱ボイラ８の蒸気により発電するタービン発電機１０と、廃熱ボイラ８を通過した排ガスを浄化処理するバグフィルタなどの排ガス浄化装置９を備えて構成され、浄化された排ガスは誘引送風機１１で吸引されて煙突１３から排気されるとともに、後燃焼帯５ｃで灰化された残渣は灰ピットに集積された後に溶融処理される。

給気装置６は、ゴミピット内の臭気を含む空気を一次燃焼用空気として誘引する送風機６ｄと、送風機６ｄからの給気量を調節するダンパ６ａ，６ｂ，６ｃと、廃熱ボイラ８からの蒸気により給気温度を５０℃から２１０℃までの間で調節する熱交換器６ｅ，６ｆとを備えて構成され、ダンパ６ａ，６ｂ，６ｃを介して夫々乾燥帯５ａ、燃焼帯５ｂ、後燃焼帯５ｃの下方に設けられた風箱に供給される。

ホッパ２下部のシュート部側壁に、γ線を放出する線源部と線源部から放出されたγ線を検出するγ線検出部を対向配置し、計測されたγ線の計数率に基づいて被処理物の性状を判断する性状判断手段１２を設けてある。詳述すると、図２（ａ）に示すように、シュート部側壁２ａに遮蔽体１２ａで覆われたγ線源１２ｂが内設された線源部１２ｃを配置するとともに、対向壁部２ｂに遮蔽体１２ｄで覆われた検出器１２ｅを備えた検出器部１２ｆを対向配置して構成され、放射されたγ線が内部のゴミＤにより受ける散乱の程度によりゴミＤの密度が検出される。

検出器１２ｅにより検出されたγ線の計数率（単位時間のカウント数）をＮ、被処理物の密度をρとすると、以下の（数１）の関係が成立する。

ここに、Ｎ（０）は、ρ＝０のときのＮであり、μは、ρに依存しない定数

Ｎ（０）は、被処理物の密度が０、即ち、シュート内が空のときの計数率を意味し、管壁での散乱による減衰分はＮ（０）に繰り込まれる。シュート部の対向する側壁の距離が１ｍから２ｍと比較的大きいので、γ線の計数時間Ｔを十分大きくとることにより、（数２）で示すように０からＴまでの時間平均を取ることにより求めることができる。

性状判断手段１２は、このようにして得られたカウント値が低い場合は含水率が高く圧密された燃えにくいゴミ、つまりゴミ質が悪いと判断し、高い場合は含水率が低く比較的燃え易いゴミ、つまりゴミ質が良いと判断するとともに、カウント値が所定の閾値より高い場合は、ブリッジ発生によりシュート部にゴミが存在しない状態であると判断するブリッジ検出部を備えてある。

ホッパの側壁厚１２ｍｍ、測定対象空間１５００ｍｍのホッパに対して、カウント時間Ｔ＝１２０ｓｅｃ．で嵩密度０．５０ｔ／ｍ^３，０．０７ｔ／ｍ^３の測定対象物に対する計測実験によれば、嵩密度０．５０ｔ／ｍ^３の試料に対して０．５０±０．０２６ｔ／ｍ^３の精度で検出でき、嵩密度０．０７ｔ／ｍ^３の試料に対して０．０７±０．０２０ｔ／ｍ^３の精度で検出でき、何れの場合にも十分な測定精度が得られることが判明している。

上述したゴミ焼却炉の燃焼制御装置２０は、炉内の燃焼状態を示す所定のプロセス値の目標値との偏差に基づいて給塵装置３による給塵速度、ストーカ装置５による被処理物の搬送速度、給気装置６からの給気量または給気温度等の制御量を設定制御するもので、詳述すると、図３に示すように、一日当たりの目標ゴミ焼却量（設定焼却量）に基づいて得られるゴミの燃焼熱や供給空気の持込熱量などの入熱量（例えば燃焼熱はゴミ投入量と低位発熱量の積で求まる）と、ボイラ熱量（ボイラ熱量は蒸気エンタルピと給水エンタルピの差と蒸気発生量とボイラ放散熱量の積で求まる）や排ガス持出し熱量などの出熱量の熱収支を演算する熱収支演算部２１と、演算された熱収支の関係から低位ゴミ発熱量を求める低位発熱量演算部２２と、それに対する供給総空気量を求める供給総空気量演算部２３と、総空気量から燃焼に必要な空気量を求める燃焼空気量演算部２４と、演算された総空気量に基づいて送風機からの総供給空気量を調節する総燃焼空気量調節部２５とを備え、低位発熱量演算部２２による低位ゴミ発熱量から廃熱ボイラにおける単位時間当たりの目標蒸気発生量を演算導出する蒸気量演算部２６と、操炉に際して検出蒸気発生量と目標蒸気発生量との偏差に基づいてＰＩＤ演算を施して給塵速度、ストーカ速度、給気温度、給気量などの制御量を求めて制御するＰＩＤ制御手段２７を設けることで、安定した蒸気発生量を得ながら一日当たりの目標ゴミ焼却量の焼却処理を達成するものである。

しかし、実際のゴミ発熱量はゴミの嵩密度などにより変動するものであり、ゴミの燃焼熱により発生する蒸気発生量に基づくＰＩＤ制御では、炉内に装入されたゴミが燃焼するまでの時間差があるために、燃焼状態が安定せずに蒸気発生量が変動することになる。そこで、本発明では、性状判断手段１２により検出されたゴミの性状に基づいてＰＩＤ制御手段による操作量を補正する補正制御手段２８を設けてある。

前記補正制御手段２８は、ＰＩＤ制御手段２７により求められた操作量に対して、乾燥帯５ａ、燃焼帯５ｂへの一次空気量を調節するダンパ６ａ，６ｂの開度を補正し、熱交換器６ｅ，６ｆにより給気温度を補正し、給塵速度を補正し、乾燥帯５ａ、燃焼帯５ｂのストーカ速度を補正する。各補正量は、ゴミの標準嵩密度に対して性状判断手段１２により検出された嵩密度の偏差に基づいて線形または非線形に決定され、図４に示すような傾向で補正される。例えば、ゴミ質か悪化したと判断された場合には、装入ゴミ量を減少するように給塵速度を低下させ、装入ゴミの乾燥を促進すべく、乾燥帯５ａ、燃焼帯５ｂの搬送速度を減速し、乾燥帯５ａ、燃焼帯５ｂへの一次燃焼空気の給気量を増量するとともに給気温度を上昇させる。ここでは、給塵速度、搬送速度、給気温度、給気量を補正するものを説明するが、補正対象はこれら全てである必要はなく、これらの組合せであっても良いが、少なくとも給気温度の補正が最も重要である。

さらに、前記燃焼制御装置は、操炉中にブリッジ検出部によりブリッジが検出されると、ホッパ２の蓋を閉じ操作してホッパ２内のゴミを底部に押圧することでブリッジ状態を解消することにより、ゴミの空装入が生じること無く安定操炉できるように構成してある。

前記性状判断手段１２は、給塵装置３による被処理物の単位給塵時間以下の所定時間にγ線を計測することで、給塵装置３の押し込み装入部が引退したときにシュート内のゴミが押し込み装入部の先端部位に落下する際の変動による影響を低減するように構成してある。具体的には、一般に給塵装置３による給塵サイクルは５分から１０分であるところ、性状判断手段による計測をそれよりも短い２分間隔で連続して計測し、直近の３回の計測値の平均値に基づいて性状判断を行なうように構成することで当該影響を低減するものである。尚、計測値が上述した直近の３回の計測値の平均値から所定の値以上変動したときには、その値を排除するように構成してもよい。ここに、性状判断手段による計測時間は、給塵装置３による被処理物の単位給塵時間以下の所定時間であればよく、その値は特に限定されるものではなく、平均処理も適宜設定されるものである。

上述した実施形態では、性状判断手段として、ホッパ２下部の断面方形のシュート部側壁に、γ線を放出する線源部と線源部から放出されたγ線を検出するγ線検出部を対向配置し、計測されたγ線の計数率に基づいて被処理物の性状を判断するものを説明したが、線源部とγ線検出部の配置はシュート部側壁に対向配置するものに限るものではなく、図２（ｂ）に示すように、何れかの一側面に線源部とγ線検出部をそれぞれ配置して、シュート部内部のゴミから反射されるγ線を検出するように構成するものや、図２（ｃ）に示すように、シュート側壁に線源部とγ線検出部の何れかを配置するとともに、シュート内部に他方を配置して、ゴミを通過したγ線を検出するように構成することも可能である。同図（ｂ）、（ｃ）の場合には、ホッパが大型でシュート部の対向側壁の距離が長い場合の配置方法として有用である。反射されたγ線を検出する場合には、カウント値が高い場合に含水率が高く圧密された燃えにくいゴミ、つまりゴミ質が悪いと判断され、低い場合に含水率が低く比較的燃え易いゴミ、つまりゴミ質が良いと判断される。さらに、ブリッジ検出部により、カウント値が所定の閾値より低い場合に、ブリッジ発生によりシュート部にゴミが存在しない状態であると判断される。

上述した実施形態では、炉内の燃焼状態を示す所定のプロセス値の目標値との偏差に基づいて給塵装置による給塵速度等を制御する燃焼制御装置として、ゴミの燃焼熱により発生する蒸気発生量に基づくＰＩＤ制御をベースとするものを説明したが、プロセス値はこれに限定されるものではなく、燃焼帯におけるガス化燃焼の終了する燃え切り位置を検出し、その値が所定の範囲に入るように給塵装置による給塵速度等を制御するものや、その他のプロセス値を制御対象とするものであってもよく、また制御方式のベースをＰＩＤ制御とするものに限るわけではなく、比例制御、積分制御、微分制御の何れかのみで制御するものや、広くフィードバック制御するものなどに適用可能である。

上述した実施形態では、廃棄物処理炉としてゴミ焼却炉、その被処理物として都市ゴミを対象とするものを説明したが、本発明による性状検出装置はごみ焼却炉に適用されるものに限るものではなく、溶融炉、乾留炉等各種の廃棄物処理炉に適用することとが可能であり、さらに、被処理物も都市ゴミに限定されるものではなく、各種の処理炉における被処理物に対して適用可能である。

ゴミ焼却炉の説明図 （ａ）は対向配置するもの、（ｂ）は同一側壁に配置するもの、（ｃ）は線源部をシュート内部に、γ線検出部を側壁に配置するものを示す要部の説明図 燃焼制御装置の構成図 要部の説明図

符号の説明

１：炉内
２：ホッパ
３：給塵装置
５：ストーカ装置
６：給気装置（一次燃焼空気）
７：給気装置（二次燃焼空気）
８：廃熱ボイラ
９：排ガス浄化装置
１０：発電機
１１：誘引送風機
１２：性状判別手段
１３：煙突

Claims (6)

1. ホッパに投入された被処理物を炉内に装入する給塵装置と、前記給塵装置により装入された被処理物を燃焼処理する廃棄物処理炉の被処理物の性状検出装置であって、
   前記ホッパ下部のシュート部側壁に、γ線を放出する線源部と線源部から放出されたγ線を検出するγ線検出部を配置し、計測されたγ線の計数率に基づいて被処理物の性状を判断する性状判断手段を備えてある廃棄物処理炉の被処理物の性状検出装置。
2. 前記給塵装置による被処理物の単位給塵時間以下の所定時間にγ線を計測するものである請求項１記載の廃棄物処理炉の被処理物の性状検出装置。
3. 前記性状判断手段は、計測されたγ線の計数率が所定の閾値よりも大であるときに前記シュート部にブリッジが発生していると判断するブリッジ検出部を設けてある請求項１または２記載の廃棄物処理炉の被処理物の性状検出装置。
4. ホッパに投入された被処理物を炉内に装入する給塵装置と、前記給塵装置により装入された被処理物を燃焼処理する廃棄物処理炉の被処理物の性状検出方法であって、
   前記ホッパ下部のシュート部側壁に、γ線を放出する線源部と線源部から放出されたγ線を検出するγ線検出部を配置し、前記給塵装置による被処理物の単位給塵時間以下の所定時間にγ線を計測して、計測されたγ線の計数率に基づいて被処理物の性状を判断する廃棄物処理炉の被処理物の性状検出方法。
5. ホッパに投入された被処理物を炉内に装入する給塵装置と、前記給塵装置により装入された被処理物を搬送しながら燃焼処理するストーカ装置と、前記ストーカ装置上の被処理物に一次燃焼空気を供給する給気装置を備えた廃棄物処理炉において、炉内の燃焼状態を示す所定のプロセス値の目標値との偏差に基づいて前記給塵装置による給塵速度、前記ストーカ装置による被処理物の搬送速度、前記給気装置からの給気量または給気温度の何れかまたは全ての制御量を設定制御する廃棄物処理炉の燃焼制御装置であって、
   前記廃棄物処理炉に請求項１または２記載の廃棄物処理炉の被処理物の性状検出装置を設けて、検出された被処理物の性状に基づいて少なくとも前記給気装置からの給気温度の設定制御量を補正する補正制御手段を設けてある廃棄物処理炉の燃焼制御装置。
6. 前記補正制御手段は、検出された被処理物の性状が低質であると判断されたときに給気温度の設定値を上昇させるように補正し、高質であると判断されたときに下降させるように補正する請求項５記載の廃棄物処理炉の燃焼制御装置。

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