JP2005233501A

JP2005233501A - 燃焼制御方法および廃棄物処理装置

Info

Publication number: JP2005233501A
Application number: JP2004042711A
Authority: JP
Inventors: Tomotada Kawamura; 知格川村
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2005-09-02
Anticipated expiration: 2024-02-19
Also published as: JP4108624B2

Abstract

【課題】燃焼排ガスにおいて、ＮＯｘおよびＣＯの排出を適正値以下に抑制すること。
【解決手段】廃棄物を熱分解する熱分解反応器（６）と、熱分解反応器（６）から発生する熱分解ガスと熱分解残渣の一部とを燃焼する燃焼溶融炉９と、燃焼溶融炉９から排出される排ガスの酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段（３４）と、酸素濃度計測手段（３４）により計測された排ガスの酸素濃度を設定値または設定範囲のいずれかに保持するように燃焼溶融炉９に供給する燃焼用空気の供給量を制御する制御手段（３３）を備えた廃棄物処理装置において、排ガスのＮＯｘ濃度を計測するＮＯｘ濃度計測手段（３５）を設け、計測手段（３５）により計測されたＮＯｘ濃度が予め定められた上限値を超える場合は、燃焼用空気の供給量の増加を停止させ、下限値を下回る場合は、燃焼用空気の供給量の減少を停止させるようにする。これにより、ＮＯｘおよびＣＯの排出を適正値以下に抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物などを燃焼するのに好適な燃焼制御方法および廃棄物処理装置に係り、特に燃焼用空気の供給制御に関する。

廃棄物の燃焼処理方法としては、ストーカ式焼却炉や流動床式焼却炉により直接焼却する方法の他に、廃棄物を熱分解して生成される熱分解ガスを燃焼炉で高温燃焼するとともに、この燃焼炉に熱分解残渣に含まれる可燃性成分などを投入して燃焼及び溶融させるガス化溶融システムが知られている。

このガス化溶融システムの例として、廃棄物を熱分解して生成される熱分解ガス及び一部の熱分解残渣を高温の炉内に導入し、旋回させながら燃焼用空気を２段階で供給して、燃焼および溶融させる２段燃焼方式が採用されている。すなわち、１段目の燃焼室に供給される空気量は、燃焼対象物の化学量論比未満に調整される一方、２段目の燃焼室へ供給される空気量は、燃焼排ガス中の酸素濃度が設定範囲に収まるように調節するとともに、１段目の燃焼室の燃焼温度に基づいて、この空気量を補正することにより、ＣＯやＮＯｘの発生を抑制するようにしている（特許文献１参照。）。

特開２００２−１６２０１５号公報

しかしながら、廃棄物の燃焼処理においては、燃焼対象物中の可燃物の質的および量的変動に応じて、燃焼に必要な酸素量が変動する場合がある。そのため、燃焼用の空気が過剰に供給されると排ガス中のＮＯｘ量が増加し、不足するとＣＯが発生する。特に、ＮＯｘは排出量の規制値が厳しいため、上述した空気の供給制御方法によれば、ＣＯの排出が抑制されても、ＮＯｘの排出量が規制値を超えるおそれがある。

本発明は、ＮＯｘおよびＣＯの排出を適正値以下に抑制することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するため、廃棄物などを燃焼する燃焼炉から排出される排ガスの酸素濃度を燃焼炉の後流側の排ガス流路で計測し、この計測された酸素濃度を設定値または設定範囲のいずれかに保持するように燃焼炉に供給する燃焼用空気の供給量を制御する燃焼制御方法において、排ガス流路で排ガスのＮＯｘ濃度を計測し、この計測されたＮＯｘ濃度が予め定められた上限値を超える場合は、燃焼用空気の供給量の増加を停止させ、下限値を下回る場合は、燃焼用空気の供給量の減少を停止させることを特徴とする。

このように、酸素濃度に応じた燃焼用空気の供給制御を行うとともに、新たな制御手段として、ＮＯｘ濃度の検出値が上限値を超える場合は、空気供給量の増加を停止、好ましくは減少させ、下限値を下回る場合は、空気供給量の減少を停止、好ましくは増加させるように制御を加えることにより、ＮＯｘの排出およびＣＯの排出を抑制することができる。

本発明における燃焼制御方法を実施する廃棄物処理装置は、廃棄物を熱分解する熱分解反応器と、この熱分解反応器から発生する熱分解ガスと熱分解残渣の一部とを燃焼する燃焼溶融炉と、この燃焼溶融炉から排出される排ガスの酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段と、この酸素濃度計測手段により計測された排ガスの酸素濃度を設定値または設定範囲のいずれかに保持するように燃焼溶融炉に供給する燃焼用空気の供給量を制御する制御手段を備えた廃棄物処理装置において、排ガスのＮＯｘ濃度を計測するＮＯｘ濃度計測手段を設け、この計測手段により計測されたＮＯｘ濃度が予め定められた上限値を超える場合は、燃焼用空気の供給量の増加を停止させ、下限値を下回る場合は、供給量の減少を停止させることにより実現する。

本発明によれば、ＮＯｘおよびＣＯの排出を適正値以下に抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明を廃棄物プラントに適用した一実施形態の全体構成図を示している。図に示すように、トラック１により運ばれた廃棄物がごみピット２に投入されると、クレーン３でごみ破砕機４まで搬送され、所定の大きさに破砕されて搬送機５に供給される。搬送機５により搬送された廃棄物は、熱分解ドラム６に投入され、ここにおいて熱分解された廃棄物の熱分解ガスと熱分解残渣は排出装置７により分離され、熱分解ガスはガスライン８を通って燃焼溶融炉９に導かれる。一方、熱分解残渣は、冷却ドラム１０、熱分解固形物分別設備１１を経て、冷却、分別および細粒化処理がなされた後、搬送ライン１２により燃焼溶融炉９に供給される。燃焼溶融炉９は、頂部に図示しないバーナと、このバーナから下方の炉壁に設けられた第１の空気ノズル１３と、この第１の空気ノズル１３から下方に順次設けられた第２，第３の空気ノズル（併せて１４）とを備えている。この第２，第３の空気ノズル１４には、ごみピット２内から空気供給ライン１５を通じて押込送風機１６により圧送された空気が供給され、ここから燃焼溶融炉９内に噴出されるようになっている。燃焼溶融炉９の底部において溶融スラグを排出するスラグ排出口１７は、水槽１８の水面に向けて開口して設けられている。なお、水槽１８中に供給された溶融スラグは、スラグヤード１９に供給されるようになっている。

燃焼溶融炉９から排出された高温の燃焼排ガスは、高温空気加熱器２０、廃熱ボイラ２１により順次熱回収された後、減温塔２２で冷却され、除塵用バグフィルタ２３、脱塩用バグフィルタ２４により、それぞれ除塵及び脱塩が施され、誘引送風機２５を介して煙突２６から大気に排出されるようになっている。ここで、誘引送風機２５から排出された燃焼排ガスの一部は、排ガス循環送風機２７に導かれ、燃焼溶融炉９などの外壁の冷却用として利用されている。脱塩用バグフィルタ２４により回収された脱塩残渣は、脱塩残渣回収装置２８に回収されて重金属処理し、灰固化されて系外へ排出される。また、高温空気加熱器により熱回収され加熱された高温空気は、始動用加熱炉２８を経由して、その一部が熱分解ドラム６の加熱用空気に利用される一方、残りの空気は、加熱空気冷却器２９により冷却され、再び加熱空気送風機３０を経由して高温空気加熱器２０に戻されるようになっている。なお、廃熱ボイラ２１により回収された熱から生成された水蒸気は、蒸気タービンや発電機３１により発電に利用されるようになっている。

燃焼用空気の供給制御系は、空気供給ライン１５における押込送風機１６の吐出側に配設される流量制御弁３２と、この流量制御弁３２を制御する制御装置３３と、酸素分析計３４と、ＮＯｘ濃度分析計３５とを備えて構成される。酸素分析計３４は、除塵用バグフィルタ２３から排出される除塵された燃焼排ガスをサンプリングして排ガス中の酸素濃度を測定する。酸素濃度の計測値は制御装置３３に入力され、酸素濃度の設定値または設定範囲との差が求められる。この差は、制御装置３３において、ＰＩＤなどからなる制御手段に入力され、その差を低減する空気量が演算される。また、ＮＯｘ濃度分析計３５は、脱塩用バグフィルタ２４から排出され、清浄化された燃焼排ガスを誘引送風機２５の後流側からサンプリングして排ガス中のＮＯｘ濃度を計測する。ＮＯｘ濃度の計測値は制御装置３３に入力され、後述するように、予め設定された濃度範囲から外れた場合は、上述した酸素濃度に基づく空気量制御に一定の制限が加えられる。

次に、このように構成される廃棄物プラントにおける燃焼用空気の供給制御系の動作について詳細に説明する。燃焼溶融炉において、バーナから第１の空気ノズル１３に至る１次燃焼域の燃焼は、第１の空気ノズル１３から供給される化学量論比以下の不足空気で行われ、これによりフューエルＮＯｘの発生が低減される。この１次燃焼域における温度は、例えば、１０００〜１２００℃の高温に調整される。一方、第１の空気ノズルから第２，３の空気ノズル１４に至る２次燃焼域の燃焼は、第２，第３の空気ノズル１４から供給される空気で行われ、この空気供給量は、熱分解ガスと熱分解残渣の完全燃焼に必要な化学量論比に一定の過剰空気量を加えた量から、１次燃焼域で供給した空気量を差し引いた量に制御されている。

２次燃焼域に供給される空気量の制御は、基本的に燃焼排ガスの酸素濃度を設定値または設定範囲のいずれかに保持するように調整される。燃焼排ガスの酸素濃度は除塵用バグフィルタ２３を通過して除塵された排ガスを酸素分析計３４に導いて行う。制御装置３３は、酸素分析計３４で計測された酸素濃度の計測値ＰＶと予め設定された基準値となる酸素濃度値ＳＰとを比較して、酸素濃度値ＳＰが計測値ＰＶより高い場合は、２次燃焼域に供給する空気量を増加させ、両者の差を小さくする指令値を流量制御弁３２に出力して完全燃焼させる。また、計測値ＰＶが酸素濃度値ＳＰより高い場合は、空気の供給量を減少させる指令値を流量制御弁３２に出力してＮＯｘの発生を抑えるようにしている。

しかしながら、廃棄物の投入量が変動したり、熱分解ガスの発熱量に関わる可燃物の組成などが変動したりすると、必要な空気量に変動が生じ、酸素濃度に基づいて空気量を調整するだけでは、ＮＯｘおよびＣＯの発生を適性値以下に抑制できない場合がある。すなわち、空気供給量が過剰になるとＮＯｘが発生し、供給不足になるとＣＯが発生することになる。

そこで、本実施の形態では、ＮＯｘおよびＣＯの排出を抑制すべく、排ガスのＮＯｘ濃度を計測し、その計測値が予め定められた上限値を超えた場合は、空気供給量の増加を停止、好ましくは減少させ、下限値を下回る場合は、空気供給量の減少を停止、好ましくは増加させるようにして、上記の酸素濃度に応じた空気量制御に制限を加えるようにする。これにより、ＮＯｘ計測値が上限値を超えた場合におけるＮＯｘ排出量の増加を抑制するとともに、下限値を下回った場合におけるＣＯの発生を抑制することができる。

図２は、ＮＯｘ計測値における空気供給量の制御の様子を示すモデル図である。図において、実線は、ＮＯｘ計測値に基づく空気供給量の変化の様子が表され、点線は、酸素濃度に基づく供給量制御に制限が加わったことにより禁止された変化の様子を表している。まず、ＮＯｘ計測値が下限値以上、上限値以下の範囲に収まる場合は、上述したように、酸素濃度に基づく空気供給量のＰＩＤ制御などが行われ、設定値などに保持するように、空気量の増加や減少などが自動的に行われる。

これに対し、ＮＯｘ計測値が上限値を超える場合は、空気供給量の増加を停止させ、減少と維持のいずれかの動作が行われる。すなわち、酸素濃度値ＳＰが計測値ＰＶより高い場合は、基本的に空気供給量を増加させるように制御されるが、ＮＯｘ計測値に基づく制御の制限が加わることにより、空気供給量の増加が禁止され、Ｄ制御（微分動作）による空気供給量を減少させる動作（増加を抑えようとする動作）については許可される。また、計測値ＰＶが酸素濃度値ＳＰより高い場合は、基本的に空気供給量を減少させるように制御されるが、ＮＯｘ計測値による制御により、空気供給量の減少は許可され、Ｄ制御による空気供給量を増加させる動作（減少を抑えようとする動作）については禁止される。

一方、ＮＯｘ計測値が下限値を下回る場合は、空気供給量の減少を停止させ、増加と維持のいずれかを行うようにする。すなわち、酸素濃度値ＳＰが計測値ＰＶより高い場合は、空気供給量の増加が許可され、Ｄ制御による空気量を減少させる動作は禁止される。これに対し、計測値ＰＶが酸素濃度値ＳＰより高い場合は、空気供給量の減少が禁止され、Ｄ制御による空気供給量を増加させる動作は許可される。

ここで、ＮＯｘ計測値が上限値を超える場合、空気供給量の出力値をハイリミット値とし、出力値の減少に併せてハイリミット値を減少させるように設定すれば、リミットが働くことにより出力値の増加を停止することができる。反対に、ＮＯｘ計測値が下限値を下回る場合は、出力値をローリミット値として設定することにより、出力値の減少を停止することができる。

また、ＮＯｘ計測値の上下限にオフディレイタイマを設け、例えば、ＮＯｘ値が上限値を超える状態から外れたとき、制御の制限を解除するタイミングを所定の時間遅延させるようにすることが好ましい。すなわち、ＮＯｘ計測値が上限値付近で変動することにより、制限と解除がいちいち繰り返されることを防止するため、タイマを設けて所定時間が継続された時点で制限を解除するようにする。また、ＮＯｘ濃度分析計３５の自動校正中は、ＮＯｘ濃度に基づいた制御の制限を設けず、酸素濃度に応じた制御を継続するようにする。

このようにして、空気供給量の出力値が演算処理されると、制御装置３３から流量調整弁３２に向けて、空気供給量に応じた弁開度の出力信号が送信され、第２、第３の空気ノズル１４を介して適性量の空気が２次燃焼域に供給される。

次に、上述した制御の効果について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、従来技術による例であり、図３（ｂ）は、本実施形態による例である。いずれも横軸は時間を表し、縦軸は各実線に応じて上からＮＯｘ濃度、酸素濃度、燃焼空気量を表している。なお、ＮＯｘ濃度及び酸素濃度はＮＯｘ濃度分析計３５、酸素分析計３４によりそれぞれ計測された値を示し、燃焼空気量は空気供給量に対応する。

図３（ａ）から明らかなように、酸素濃度の減少に伴い燃焼空気量を増加させたことにより、やや遅れてＮＯｘ濃度が増加して、結果的に規制値（例えば、１００ｐｐｍ）を超えている。つまり、空気の過剰供給により、２次燃焼域において廃棄物が酸化して大量のＮＯｘが生成されたものと考えられる。これに対し、図３（ｂ）は、酸素濃度減少に伴い燃焼空気量を増加させ、ＮＯｘ濃度が上限値（例えば、８５ｐｐｍ）を超えた場合は、燃焼空気量の増加を停止させ、供給量を保持するように制御しているため、ＮＯｘ濃度を規制値以下に抑えることができる。また、ＮＯｘ濃度が下限値（例えば、７５ｐｐｍ）を下回る場合においても、燃焼空気量の減少を停止させているから、ＣＯ発生を防止することができる。

以上述べたように、本実施形態によれば、除塵された燃焼排ガスにおける酸素濃度及びＮＯｘ濃度を計測し、従来の酸素濃度に応じた空気供給量の制御に対し、ＮＯｘ濃度に応じた空気供給量の制御を用いて制限を加えることにより、ＮＯｘ濃度については、規制値（例えば、１００ｐｐｍ）を常に下回り、かつＣＯ発生を防止することができる。

本発明の一実施形態の廃棄物プラントの全体構成図を示す。本発明の実施形態において、ＮＯｘ計測値における空気供給量の制御の様子を示すモデル図である本発明の実施形態によるＮＯｘ計測値における空気供給量制御の効果を説明する線図である。

符号の説明

６熱分解ドラム
９燃焼溶融炉
１４第２，第３の空気ノズル
２３除塵用バグフィルタ
２４脱塩用バグフィルタ
３２流量調整弁
３３制御装置
３４酸素分析計
３５ＮＯｘ濃度分析計

Claims

廃棄物などを燃焼する燃焼炉から排出される排ガスの酸素濃度を前記燃焼炉の後流側の排ガス流路で計測し、該計測された酸素濃度を設定値または設定範囲のいずれかに保持するように前記燃焼炉に供給する燃焼用空気の供給量を制御する燃焼制御方法において、前記排ガス流路で前記排ガスのＮＯｘ濃度を計測し、該計測されたＮＯｘ濃度が予め定められた上限値を超える場合は、前記燃焼用空気の供給量の増加を停止させ、下限値を下回る場合は、前記燃焼用空気の供給量の減少を停止させることを特徴とする燃焼制御方法。
廃棄物を熱分解する熱分解反応器と、該熱分解反応器から発生する熱分解ガスと熱分解残渣の一部とを燃焼する燃焼溶融炉と、該燃焼溶融炉から排出される排ガスの酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段と、該酸素濃度計測手段により計測された排ガスの酸素濃度を設定値または設定範囲のいずれかに保持するように前記燃焼溶融炉に供給する燃焼用空気の供給量を制御する制御手段を備えた廃棄物処理装置において、前記排ガスのＮＯｘ濃度を計測するＮＯｘ濃度計測手段を設け、該計測手段により計測されたＮＯｘ濃度が予め定められた上限値を超える場合は、前記燃焼用空気の供給量の増加を停止させ、下限値を下回る場合は、前記燃焼用空気の供給量の減少を停止させることを特徴とする廃棄物処理装置。