JP2005265384A - 廃棄物ガス化溶融炉における棚吊り検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】棚吊りの有無を誤りなく判定することができる廃棄物ガス化溶融炉における棚吊り検知方法を提供すること。
【解決手段】シャフト式廃棄物ガス化溶融炉１における棚吊り検知方法において、廃棄物堆積層５０の高さを計測し、廃棄物堆積層５０の高さの計測値が所定値を上回った場合には、炉下部へ送風する酸素量を増量し、酸素量を増量した後においても、廃棄物堆積層５０の高さの計測値が低下しない場合に、棚吊りが発生していると判定することを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は廃棄物ガス化溶融炉における棚吊り検知方法に関する。

都市ごみや産業廃棄物などの廃棄物の処理方式として、廃棄物を熱分解して可燃性ガスを発生させ、その熱分解残渣を溶融してスラグにするガス化溶融処理方式がある。この方式の処理を行うための溶融炉には幾つかの型式があるが、その一つとして、シャフト式廃棄物溶融炉がある。この炉は、例えば、特許文献１に示されているように、炉体の機能が大別して上下方向に３つに区分されている。

すなわち、炉底部にはコークスを堆積して燃焼させることにより高温燃焼帯（熱分解残渣の溶融部）が形成されるようになっており、この高温燃焼帯の上に、投入した廃棄物を熱分解させるための廃棄物堆積層が形成されるようになっている。そして、この廃棄物堆積層の上に、広がった大きな空間（フリーボード）が設けられている。

３つに区分されている上記各部では、酸素含有ガスの吹き込みが行われる。フリーボード部には、廃棄物が熱分解して生成した熱分解ガス（可燃性ガス）を部分燃焼させて内部を所定温度に維持するための空気を吹き込む三段羽口を備えている。廃棄物堆積層には、投入されて堆積された廃棄物を部分燃焼させると共に廃棄物を緩やかに流動させながら熱分解させるための空気を吹き込む副羽口を備えている。又、溶融部には、堆積されているコークスを燃焼させて熱分解残渣を溶融するための酸素富化空気を吹き込む主羽口を備えている。

上記のように構成された廃棄物ガス化溶融炉において、炉上部から投入された廃棄物は廃棄物堆積層で熱分解されて可燃性ガスを発生する。発生した可燃性ガスは二次燃焼炉に送られて完全燃焼した後、ボイラ等により熱回収される。一方、熱分解残渣は炉内を下降し、高温燃焼帯において、高温に加熱されて溶融スラグとなる。

ところで、上記廃棄物ガス化溶融炉の操業中に、廃棄物堆積層の廃棄物が部分的に溶融して一体化し、その一体化した廃棄物が炉壁に固着してブリッジを形成する現象、いわゆる棚吊り現象が発生することがある。上記のようにして、廃棄物堆積層で棚吊りが発生すると、炉上部から投入された廃棄物などが棚吊り箇所の上に載ったまま下降しなくなる。このような棚吊りがさらに広がると、燃焼が不安定になり、終には、炉下部が閉塞状態になって操業を継続することができなくなる。

又、棚吊箇所のブリッジが何らかの原因で崩れて落下（棚落ち）することもあり、このような崩落が起った場合には、炉下部に滞留していた可燃性ガスの燃焼による急激な温度上昇と圧力上昇が起り、設備が損傷される恐れがある。したがって、棚吊りが発生しても、棚落ちが発生する前に棚吊り状態にあることを検知し、早急に対応操作をする必要がある。

このため、従来においては、炉内に堆積されている廃棄物堆積層の高さを一定時間毎に計測し、その計測値に基づいて、操業状態のチェック行うと共に、棚吊り発生の有無を推定していた。

又、特許文献１には、炉内の温度を計測することにより、棚吊り発生を検知することができる方法が開示されている。特許文献１の方法は、棚吊り発生箇所（廃棄物堆積層）よりも上方の温度が下がり、廃棄物堆積層よりも下方の温度が上昇した場合には、棚吊りが発生しているものとする判定方法である。この方法は、棚吊りが発生すると、炉下部で高温に加熱されたガスが棚の上方に流れにくくなり、棚の下方に滞留するようになるので、棚よりも上方の温度は下がり、棚よりも下方の温度は上昇すると言う現象があることに基づくものである。
特開２００３−１３０３２１号公報

しかし、上記従来技術により棚吊り検知操作を行った場合、棚吊り状態にあると判定されても、実際には棚吊り状態ではなく、誤った判定がなされることがある。

まず、廃棄物堆積層の高さと棚吊りとの関係をみると、廃棄物堆積層の高さ（堆積層上面の高さ）を測定しただけでは、棚吊りが検知されないことがある。例えば、廃棄物堆積層の高さが次第に上昇する傾向にあったとしても、これが直ちに棚吊り発生の状態にあることを示すものではない。炉内に堆積されている廃棄物層の高さは、廃棄物の投入速度とガス化溶融処理速度のバランスによって決まるものである。このため、廃棄物投入量に対し、ガス化溶融するための酸素含有ガスの吹き込み量が少ないと、廃棄物堆積層の高さは上昇する傾向になる。従って、炉下部に適正量の酸素が供給されていない場合には、廃棄物堆積層の高さが上昇する傾向を示し、棚吊り発生状態であると判定されてしまう。

又、廃棄物堆積層よりも下方の温度を計測するだけでは、実際とは異なった誤りの判定がなされることがある。この問題は図４により説明する。図４は廃棄物ガス化溶融炉の実験炉における炉下部温度の経時変化を示す図である。この図は廃棄物ガス化溶融炉下部における高温燃焼帯の温度の経時変化を示し、その計測中に発生した棚吊り発生点を記した図である。この図において、高温燃焼帯の温度の平均は約１０００℃程度であると認められるので、上記従来技術の方法に従えば、１０００℃を超える温度領域では棚吊りが発生し、１０００℃を下回る温度領域では棚吊りが発生しないことになる。しかし、この図によれば、図中、１０００℃を超えている３時間経過付近と５時間経過付近で棚吊りが発生しているが、約１１００℃まで上昇している２時間経過付近では棚吊りは発生していない。

上記のように、単に、炉下部の温度が上昇したと言うことだけでは、棚吊りの有無を判定することはできないことが分かった。これは、都市ごみなどの廃棄物は種々雑多なものが混じったものであり、このような廃棄物を投入する廃棄物ガス化溶融炉においては、投入される廃棄物の質が大きく変動するので、炉下部の温度が一定に維持されないためである。例えば、大きさの異なる廃棄物が偏って投入された場合、大きな廃棄物の多い部分では廃棄物同士の空隙が大きくなり通気抵抗が低下するため、高温の燃焼ガスの流速が早くなる。その結果、廃棄物との熱交換時間が短くなり、高温の燃焼ガス温度を検知してしまう場合がある。このため、棚吊りが発生していなくても、炉下部の温度が上昇することがあるので、炉下部の温度が上昇したと言うことだけでは、誤った判定をすることになる。

このように、従来の棚吊り検知方法による場合、何れの方法を採用しても、棚吊りの有無の判定が正確には行われず、実際とは異なった誤りの判定がなされることがある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、棚吊りの有無を誤りなく判定することができる廃棄物ガス化溶融炉における棚吊り検知方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明に係る廃棄物ガス化溶融炉における棚吊り検知方法は、シャフト式廃棄物ガス化溶融炉における棚吊り検知方法において、廃棄物堆積層の高さを計測し、前記廃棄物堆積層の高さの計測値が所定値を上回った場合には、炉下部へ送風する酸素量を増量し、前記酸素量を増量した後においても、前記廃棄物堆積層の高さの計測値が低下しない場合に、棚吊りが発生していると判定することを特徴としている。

請求項２に記載の発明に係る廃棄物ガス化溶融炉における棚吊り検知方法は、シャフト式廃棄物ガス化溶融炉における棚吊り検知方法において、廃棄物堆積層内の温度を計測し、廃棄物堆積層内の温度の計測値が所定値を上回っている場合には、炉下部へ送風する酸素量を増量し、廃棄物堆積層の高さを計測し、酸素量を増量した後においても、廃棄物堆積層の高さの計測値が低下しない場合に、棚吊りが発生していると判定することを特徴としている。

上記の各発明は、次のような知見と検討に基づいてなされたものである。前述のように、炉下部の炉内温度を計測するだけ、あるいは廃棄物堆積層の高さの計測するたけでは、棚吊りを検知することができないことが分かった。そこで、本発明者らは、棚吊りの有無を誤りなく判定するために、廃棄物堆積層の高さ計測、廃棄物堆積層内の温度計測の他に、第三の棚吊り検知操作を組み合わせることを考えた。そして、炉下部へ送風する酸素量を増量する操業条件の変更を第三の棚吊り検知操作とした。

棚吊りが発生していない定常時の操業においては、炉下部へ送風する酸素量を増量すると、廃棄物の処理速度が増加するので、廃棄物堆積層の高さは低下する傾向を示す。しかし、廃棄物堆積層で棚吊りが発生し、しかも、その棚吊りが炉内全面にわたって形成された強固な状態であった場合には、炉下部へ送風する酸素量を増量しても、棚吊りは解消されず、廃棄物堆積層の高さは低下しない。

このため、廃棄物堆積層内の温度の計測値が所定値よりも高い異常を示し、あるいは廃棄物堆積層の高さの計測値が所定値よりも高い異常を示した場合に、炉下部へ送風する酸素量を増量する操業条件の変更をすることにより、上記の計測における異常値が、単なる送風量の過不足や廃棄物の質の変化によるものであるのか、棚吊りによるものであるかを判定することができる。炉下部へ送風する酸素量を増量した後で、廃棄物堆積層の高さが低下すれば、単に、操業条件が適正でなかったものと判定されるが、炉下部へ送風する酸素量を増量しても、廃棄物堆積層の高さが低下しなければ、棚吊りが発生していることになり、棚吊り解消作業を実施しなければならない。

なお、廃棄物堆積層内の温度あるいは廃棄物堆積層の高さの計測値と比較して炉内の状態を判断するための所定値（管理値）は、廃棄物の質によって異なるが、過去の操業実績に基づいて決められる。

本発明によれば、廃棄物堆積層の高さ計測及び／又は廃棄物堆積層内の温度計測を行い、それらの値が異常値を示した場合に、炉下部へ送風する酸素量を増量する操業条件の変更をし、それらの異常値が棚吊りによるものであるのか否かの判定を行うので、棚吊りの有無を誤りなく判定することができる。この判定から、廃棄物堆積層高さの異常値や廃棄物堆積層内の温度の異常値が検出されても、その原因が棚吊りによるものであるのか、操業上の変動によるものであるかの見極めができるので、その判定結果に基づいて操業条件を変更することにより、操業を安定化させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図1は本発明を適用する廃棄物ガス化溶融炉の構成に係る一例を示す図である。このガス化溶融炉１はシャフト式廃棄物ガス化溶融炉であって、炉上部に、廃棄物、補助燃料、スラグの成分調整材などを投入する廃棄物等の投入口２が設けられ、又、上部側方には廃棄物の熱分解によって発生した可燃性ガスの排出口３が設けられている。そして、炉底部には溶融スラグを排出する出滓口４が設けられている。

ガス化溶融炉１は、炉下部に形成された下部シャフト部１ｃ、その上に位置する中部シャフト部１ｂ、上部に形成されたフリーボード部１ａからなっている。これらの各部は、それぞれ次のような機能を有している。下部シャフト部１ｃは堆積されたコークスを燃焼させて高温燃焼帯を形成する領域、中部シャフト部１ｂは投入された廃棄物を堆積させて熱分解させる領域、フリーボード部１ａは生成した可燃性ガスを部分燃焼させる領域である。図中、５０は廃棄物堆積層を示す。

炉内へ投入される廃棄物等の装入物は、それぞれの供給装置から供給され、所定量ずつ計量されて廃棄物等の投入口２から投入される。２０は都市ごみ等の廃棄物廃棄物を供給する廃棄物供給装置、２１は廃棄物供給量測定装置、２２は補助燃料として使用するコークスの供給装置、２３はコークス供給量測定装置、２４は生成するスラグの成分調整材として使用する石灰石の供給装置、２５は石灰石供給量測定装置である。

ガス化溶融炉１を構成する上記各部には酸素含有ガスを吹き込む羽口が設けられている。下部シャフト部１ｃには、堆積されたコークスを燃焼させて高温燃焼帯を形成し、熱分解残渣を溶融するための酸素富化空気を吹き込む主羽口５が設けられ、中部シャフト部1bには、投入されて堆積された廃棄物を部分燃焼させると共に廃棄物を緩やかに流動させながら熱分解させるための空気を吹き込む副羽口６が設けられ、フリーボード部１ａには、廃棄物が熱分解して生成した可燃性ガスを部分燃焼させて内部を所定温度に維持するための空気を吹き込む三段羽口７が設けられている。そして、主羽口５に接続された酸素富化空気の配管、副羽口６に接続された空気配管、三段羽口７に接続された空気配管には、それぞれ流量調節装置８、流量調節装置９、流量調節装置１０が設けられている。

廃棄物供給量装置２０、コークス供給装置２２、及び石灰石供給装置２４からなる３基の装入物供給装置は制御装置３０により制御され、それぞれの供給量調節が行われるようになっている。又、主羽口に吹き込む酸素富化空気の流量調節装置８、副羽口に吹き込む空気の流量調節装置９、三段羽口に吹き込む空気の流量調節装置１０も制御装置３０により制御され、それぞれの流量調節が行われるようになっている。

中部シャフト部１ｂには、本発明を実施するため廃棄物堆積層５０の計測を行う温度計１１が設けられている。

炉上部には廃棄物堆積層５０の高さを計測する層高計測手段１２が設けられている。この層高計測手段１２は廃棄物堆積層５０の表面の高さを計測するものであって、例えば、先端に錘をつけたチェーンを炉内上部から下ろし、先端の錘が廃棄物堆積層に達するまでの長さを測定するものがある。

上記のように構成された廃棄物ガス化溶融炉の操業は次のように行われる。装入口２から廃棄物、コークス、石灰石が所定量ずつ投入され、主羽口５、副羽口６、及び三段羽口７から、それぞれ酸素富化空気又は空気が吹き込まれる。投入された廃棄物は中部シャフト部１ｂに堆積して廃棄物堆積層を形成し、下部シャフト部１ｃから上昇してくる高温ガス及び副羽口６から吹き込まれる空気によって乾燥され、次いで熱分解される。熱分解により生成した可燃性ガスは三段羽口７から吹き込まれる空気により燃焼して８５０℃以上の温度に保たれ、有害ガスとタール分を分解させる処理が施されてから二次燃焼炉へ送られ、その燃焼ガスがボイラやガスタービン等で熱回収される。廃棄物が熱分解した残渣は下降し、高温燃焼帯が形成されている下部シャフト部１ｃにおいて、固定炭素が燃焼し、不燃物が溶融する。溶融スラグは出滓口４から排出される。

上記の操業中に、中部シャフト部１ｂに設けられた温度計１１により、廃棄物堆積層５０内の温度の計測が連続的に行われる。又、層高計測手段１２による廃棄物堆積層５０の高さの計測が定期的に行われる。

上記の操業中において、棚吊りが発生しているか否かの判定は次のように行われる。図２は本発明の棚吊り検知方法に係る第一の例を示すフローチャートである。この場合の棚吊り状態の検知は次のように行われる。層高計測手段１２により廃棄物堆積層５０の高さを計測する（１００）。廃棄物層高の計測値変化（前回との差）を予め定めてある所定値と比較する（１０１）。廃棄物層高変化が所定値未満であった場合には、以前と同じ条件で操業を継続する（１０２）。廃棄物層高変化が所定値を超える値であった場合には、主羽口５からの送風量を増加させる（１０３）。その後、廃棄物層高を計測し、その計測値の変化を所定値と比較する（１０４）。廃棄物層高の計測値変化が所定値未満に低下した場合には、主羽口５の送風量を元に戻す（１０５）。廃棄物層高の計測値変化が所定値を超えていた場合には、棚吊り状態であると判定する（１０６）。

図３は本発明の棚吊り検知方法に係る第二の例を示すフローチャートである。この場合の棚吊り状態の検知は次のように行われる。中部シャフト部１ｂに設けられて温度計１１により廃棄物堆積層内の温度計測を行う（２００）。温度の計測値を予め定めてある所定値と比較する（２０１）。廃棄物堆積層内の温度が所定値未満の場合には、以前と同じ条件で操業を継続する（２０２）。廃棄物堆積層内の温度の計測値が所定値を上回っていた場合には、廃棄物層高の計測を行い（２０３）、その計測値を所定値と比較する（２０４）。廃棄物層高が予め定めてある所定値未満の場合には、以前と同じ条件で操業を継続する（２０５）。廃棄物層高が所定値を超えた場合には、主羽口５からの送風量を増加させる（２０６）。その後、廃棄物層高を計測し、その計測値を所定値と比較する（２０７）。廃棄物層高の計測値が所定値未満の場合には、以前と同じ条件で操業を継続する（２０８）。廃棄物層高の計測値が所定値を超えた場合には、棚吊り状態と判定する（２０９）。

又、廃棄物堆積層内の温度を計測する代わりに、下部シャフト部１ｃに温度計を設けて廃棄物層下方の温度を計測し、所定値と比較して同様に棚吊り検知を行ってもよい。

上記のように、本発明の方法によれば、従来技術においては、棚吊り発生に起因する現象であるとされていた、廃棄物堆積層の高さの上昇や、廃棄物堆積層内の温度上昇が起った際に、主羽口５への送風量を増加させて意図的に廃棄物層高を低下させる操作を行うことにより、廃棄物層高の上昇が通常操業上の変動によるものであるのか、棚吊り発生によるものであるかの判定がされるので、誤りがない確実な棚吊り発生の情報を得ることができる。

本発明を適用する廃棄物ガス化溶融炉の構成に係る一例を示す図である。 本発明の棚吊り検知方法に係る第一の例を示すフローチャートである。 本発明の棚吊り検知方法に係る第二の例を示すフローチャートである。 廃棄物ガス化溶融炉の実験炉における炉下部温度の経時変化を示す図である。

符号の説明

１ 廃棄物ガス化溶融炉
１ａ フリーボード部
１ｂ 中部シャフト部
１ｃ 下部シャフト部
２ 廃棄物等の投入口
３ 可燃性ガスの排出口
４ 出滓口
５ 主羽口
６ 副羽口
７ 三段羽口
８，９，１０ 流量調節装置
１１ 温度計
１２ 層高計測手段
２０ 廃棄物供給装置
２２ コークス供給装置
２４ 石灰石供給装置
３０ 制御装置
５０ 廃棄物堆積層

Claims (2)

1. シャフト式廃棄物ガス化溶融炉における棚吊り検知方法において、廃棄物堆積層の高さを計測し、前記廃棄物堆積層の高さの計測値が所定値を上回った場合には、炉下部へ送風する酸素量を増量し、前記酸素量を増量した後においても、前記廃棄物堆積層の高さの計測値が低下しない場合に、棚吊りが発生していると判定することを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉における棚吊り検知方法。
2. シャフト式廃棄物ガス化溶融炉におけるにおいて、廃棄物堆積層内の温度を計測し、前記廃棄物堆積層よりも下方の炉内温度の計測値が所定値を上回っている場合には、炉下部へ送風する酸素量を増量し、前記廃棄物堆積層の高さを計測し、前記酸素量を増量した後においても、前記廃棄物堆積層の高さの計測値が低下しない場合に、棚吊りが発生していると判定することを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉における棚吊り検知方法。

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