JP2005282970A - ストーカ式ごみ焼却炉の燃焼制御方法及びごみ焼却炉 - Google Patents

Abstract

【課題】
低空気比下で燃焼を行う場合においても火格子上のごみの安定燃焼を実現でき、排ガス中の有害物質の抑制、ボイラ配管の高寿命化、熱回収の効率の向上を図ることが可能な火格子式ごみ焼却炉の燃焼制御方法及びごみ焼却炉を提供する。
【解決手段】
燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度が、予め設定された範囲内となるように、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量のいずれか１以上を調整する。
【選択図】図３

Description

本発明は、低空気比下で運転操業されるごみ焼却炉に関し、特に、排ガス中の有害物質の抑制、ボイラ配管の高寿命化、熱回収効率の向上を目的としたストーカ式ごみ焼却炉の運転制御方法及びごみ焼却炉に関する。

一般にストーカ式ごみ焼却炉の燃焼用空気としては、火格子下から供給される一次燃焼用空気と炉内に直接供給される二次燃焼用空気とに分けることができる。これらの燃焼用空気量の制御、給塵速度、及び、火格子の送り速度の調整を行うことでごみの安定燃焼を実現し、排ガス中のダイオキシン類や窒素酸化物の発生量の抑制、熱回収効率の向上を図っている。

前記炉内に供給される一次燃焼用空気と二次燃焼用空気の合計量は、ごみの燃焼に必要な理論空気量の１．７〜１．９倍程度（空気比）であり、ごみの燃焼に対して燃焼用空気が過剰な状態で操業されている。このため、空気過剰な状態で燃焼された排ガスからの熱回収となるため、ボイラでの熱回収が効率的に行われないといった問題があった。また、ごみの燃焼によって発生する排ガス量が多くなるため、ごみ焼却プラントの下工程設備にある排ガス処理装置、誘引ブロワ等の設備も排ガス量に対応して大型の設備を必要としていた。

一方、最近では、ストーカ式ごみ焼却炉の上記問題点を解決するため、ごみの燃焼に必要な理論空気量の１．３倍程度の低空気比下で燃焼を行う技術が開発されている。

低空気比下での燃焼は、燃焼用空気量を減らして過剰な空気の供給を減らすことで、炉から排出される排ガス量が少なくなるため、下工程の排ガス処理設備の負荷が低減でき、ボイラでの熱回収効率の向上が可能である。また過剰な空気による燃焼場での温度低下が防止できるので、高温状態での可燃性（未燃）ガス滞留時間の確保が可能なため、可燃性ガスを完全燃焼させるために必要なＯ₂量が確保できれば、ダイオキシン類や未燃ガスの発生量の抑制が可能である（例えば、特許文献１参照）。さらに、低空気比での燃焼であるため、窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減も可能である。

しかし、燃料がごみであるため、燃焼用空気量が少ないと、ごみの乾燥、燃焼、灰化までの燃焼プロセスを安定に維持することが困難となる。このため、一次燃焼用空気に酸素を富化し燃焼用空気の酸素濃度を高くする方法や、炉から排出された排ガスを再度炉内に戻し循環させる方法で燃焼を安定化させる方法がある（例えば、特許文献２参照）。

また、他の方法として、燃焼に必要な燃焼用空気の量を減らし、下工程設備の負荷を軽減し、熱回収効率を向上させるために、昇温した高温混合ガス（高温空気と排ガスとの混合ガス）をごみが燃焼している表面上に供給することで、燃焼用空気の合計量を減らし空気比１．３程度で完全燃焼を実現させようとする方法もある（例えば、特許文献３参照）。
特開平１０−３３２１２０号公報 特開２００２−２６７１３２号公報 特開２０００−１９９６２０号公報

従来の空気比１．７〜１．９倍程度の燃焼用空気が供給されるストーカ式ごみ焼却炉では、燃焼室内の主にごみの乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガス濃度が高い排ガスを、過多の二次燃焼用空気を炉出口手前で吹き込むことで完全燃焼させていた。しかし、低空気比による燃焼では、低空気比を実現するために過多の二次燃焼用空気を供給することはできず、可能な限り一次燃焼用として吹き込んだ空気（Ｏ₂）を効率的に使用して、可燃性ガスを燃焼させる必要がある。

そこで、低空気比による燃焼では、酸素富化、排ガス循環、温度や酸素濃度を調整したガスの吹き込みなどの方法を用い、燃焼場における温度を高温化、安定化させることで、効率的なＯ₂の使用を実現しようとしている。

しかし、ごみ焼却炉の燃焼においては、ごみ性状（発熱量）の変動やごみ供給むらがあるため、必要とするＯ₂量及び燃焼場の温度は変動し、空気比が低い状態で完全燃焼を実現させることは非常に困難である。

さらに、発電を目的としてボイラ設備を備えたごみ焼却炉においては、燃焼状態の変動により可燃性ガスの燃焼完了位置が変化（下流側に移動）することにより、可燃性（未燃）成分等によるボイラ配管の腐食が進行するといった問題も発生する。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、低空気比下で燃焼を行う場合においても火格子上のごみの安定燃焼を実現でき、排ガス中の有害物質の抑制、ボイラ配管の高寿命化、熱回収の効率の向上を図ることが可能な火格子式ごみ焼却炉の燃焼制御方法及びごみ焼却炉を提供することを目的とする。

本発明者らは、低空気比下で燃焼を行う場合においても火格子上のごみの安定燃焼を実現でき、排ガス中の有害物質発生の効果的抑制、ボイラ配管の高寿命化、及び、熱回収の効率の向上が可能なごみ焼却炉の燃焼制御方法について検討を行った。ここで、前記低空気比下で燃焼を行う場合とは、ごみの燃焼に必要な理論空気量に対して、１．２倍程度から１．５倍程度、通常は１．３倍程度の空気量でごみの固形分及び排ガス中の未燃成分の完全燃焼を行う場合をいう。

図１は、実際のごみ焼却炉において、低空気比下での燃焼における乾燥・乾留領域から発生するガスが通過する領域のガス温度とボイラ入口近傍のＣＯ（可燃性ガス）濃度との相関を調べた結果を示した図である。

図１に示すように、乾燥・乾留領域から発生するガスが通過する領域のガス温度が低いと、ボイラ入口近傍のＣＯ濃度レベルが上昇している。これは、ごみ性状の変動よってＯ₂が不足気味の状態、又は、乾燥・乾留領域で発生するガスの温度が低下する状態が発生することにより、可燃性（未燃）ガスの燃焼速度が低下し、燃焼完了点（高温点）が下流側に移行したためと考えられる。この状態が継続すると、可燃性（未燃）ガスによるボイラ配管の腐食が進行する。さらに、乾燥・乾留領域から発生するガスが通過する領域のガス温度が低下し、Ｏ₂が不足した状態になると、可燃性ガスは完全燃焼せず、煙突から未燃ガスとして排出してしまう。

逆に乾燥・乾留領域から発生するガスが通過する領域のガス温度が高いと、ボイラ入口のかなり上流側で燃焼が完了してしまい、ボイラ入口でのガス温度が低下するため、ボイラによる熱回収効率が悪化する。

また、図２は、実際のごみ焼却炉において、低空気比下での燃焼における、乾燥・乾留領域から発生するガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度と、ボイラ入口近傍のＣＯ（可燃性ガス）濃度との相関を調べた結果を示した図である。

図２に示すように、乾燥・乾留領域から発生するガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が低いと、ボイラ入口近傍のＣＯ濃度レベルが上昇している。これは、ごみ性状の変動よってＯ₂が不足気味の状態、又は、前記乾燥・乾留領域から発生するガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域に流入するガス温度が低下する状態が発生することにより、可燃性（未燃）ガスの燃焼速度が低下し、燃焼完了点（高温点）が下流側に移行したためと考えられる。この状態が縦続すると、可燃性（未燃）ガスによるボイラ配管の腐食が進行する。さらに、乾燥・乾留領域から発生するガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が低下し、Ｏ₂が不足した状態になると、可燃性ガスは完全燃焼せず、煙突から未燃ガスとして排出してしまう。

逆に、乾燥・乾留領域から発生するガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が高いと、ボイラ入口の手前で燃焼が完了し、ボイラ入口でのガス温度が低下するため、ボイラによる熱回収効率が悪化する。

本発明は以上のような検討に基づきなされたもので、以下のような特徴を有する火格子式ごみ焼却炉の燃焼制御方法及びごみ焼却炉である。
［１］低空気比下で運転されるストーカ式ごみ焼却炉の燃焼制御方法であって、
燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度が、予め設定された範囲内となるように、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量のいずれか１以上を調整することを特徴とする火格子式ごみ焼却炉の燃焼制御方法。
［２］燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度を計測する温度計測手段と、
前記温度計測手段により計測された燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度が、予め設定された範囲内となるように、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量のいずれか１以上を制御する燃焼制御装置とを備えたことを特徴とするストーカ式ごみ焼却炉。
［３］低空気比下で運転されるストーカ式ごみ焼却炉の燃焼制御方法であって、
燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が、予め設定された範囲内となるように、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量のいずれか１以上を調整することを特徴とする火格子式ごみ焼却炉の燃焼制御方法。
［４］燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度を計測する温度計測手段と、
前記温度計測手段により計測された燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が、予め設定された範囲内となるように、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量のいずれか１以上を制御する燃焼制御装置とを備えたことを特徴とするストーカ式ごみ焼却炉。

本発明によれば、低空気比下で燃焼を行う場合においても火格子上のごみの安定燃焼を実現でき、排ガス中の有害物質の抑制、ボイラ配管の高寿命化、熱回収の効率の向上を図ることが可能な火格子式ごみ焼却炉の燃焼制御方法及びごみ焼却炉が提供される。

以下、本発明を実施するための最良の形態の一例を説明する。

図３は、本発明に係るごみ焼却炉の一実施形態を示す概略構成図である。

図３に示すごみ焼却炉は、火格子４を有する全連型（２４時間連続運転）のストーカ式ごみ焼却炉であり、ホッパ１、燃焼室２、燃焼室２の出口側に設けられたガス混合室３、ガス混合室３の下流側に設置されたボイラ７を備えている。

クレーンでホッパ１に投入されたごみは、給塵装置５によって燃焼室２内の火格子４上に送り込まれる。火格子４は往復運動し、その往復運動によってごみの撹拌および移動が行われる。火格子４下をごみ搬送方向に４つの領域に分割した風箱（上流側からＮｏ.１，Ｎｏ.２，Ｎｏ.３，Ｎｏ.４）から燃焼室２内に一次燃焼用空気が供給される。燃焼室２内に供給された火格子上のごみは、火格子４上を移動しながら、火格子４下から供給される一次燃焼用空気によって、乾燥、燃焼、後燃焼が行われ灰となり、灰落下口６より外部に排出される。

一次燃焼用空気は、一次燃焼用空気ブロア８により各風箱を介して火格子４の下から燃焼室２内に供給される。また、各風箱に供給される一次燃焼用空気の量は、各風箱に一次燃焼用空気を供給する各配管に設けられた火格子下一次燃焼用空気ダンパ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄにより調整される。なお、図３に示した例では、火格子４の下をごみ搬送方向に対し４つの風箱（Ｎｏ.１からＮｏ.４）で分割して一次燃焼用空気を供給する構成としているが、ごみ焼却炉の規模及び目的に応じて適宜変更可能であり４つの風箱の場合に限られるものではないことは言うまでもない。

また、低空気比下での燃焼においては、燃焼室２内の火格子４上のごみが燃焼している表面上には、灯油等の燃料を燃焼させることによって加熱した高温空気とボイラ７出口から排出される排ガスを混合した空気が供給され、ごみ層から発生した可燃性（未燃）ガスを燃焼させる。なお、低空気比下での燃焼方法としては、前記灯油等の燃料を燃焼させることによって加熱した高温空気とボイラ７出口から排出される排ガスを混合した空気を火格子４上のごみが燃焼している表面上に供給する方法に限られず、従来から用いられている他の方法を用いてもかまわない。

さらに、ガス混合室３内には、二次燃焼用空気ブロア１０からの二次燃焼用空気と、ボイラ７出口から排出される排ガスが供給され、燃焼室２内で燃焼しきれなかった燃焼排ガス中の可燃性ガスを完全燃焼させる。ガス混合室３内で二次燃焼させた後の燃焼排ガスは、下流側のボイラ７で熱エネルギーを回収された後に外部に排出される。

ここで、燃焼室２内には図３に示すように中間天井１６を設けることが好ましい。中間天井１６を燃焼室内に設けることにより、燃焼室内のガスを火格子４の上流側のごみ乾燥過程で発生した可燃性ガスと下流側の後燃焼過程で発生した燃焼排ガスに２分して排出することができる。この２分して排出したガスをガス混合室３で再合流させることにより、ガス混合室３内でのガスの攪拌混合がさらに促進され、ガス混合室３内での燃焼がより安定化し、燃焼過程におけるダイオキシン類の発生のさらなる抑制、ごみ未燃の発生防止を図ることができる。なお、中間天井１６を有さないごみ焼却炉においても本発明が適用できることはいうまでもない。

上記構成のごみ焼却炉において、本発明にかかるごみ焼却炉の一実施形態は、燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段により計測された燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度が、予め設定された範囲内となるように、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量のいずれか１以上を制御する燃焼制御装置１１とを備えている。

ここで、前記燃焼室内の乾燥・乾留領域とは、図３における燃焼室２内のＮｏ.１及びＮｏ.２の風箱が接続されている火格子４の上部領域をいう。また、前記燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域とは、図３における中間天井１６の左端上空領域、つまり、副煙道領域をいう。なお、中間天井を有しない焼却炉においては、前記燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域とは、前記燃焼室内の乾燥・乾留領域からの可燃性ガスが上昇した後、燃焼室２の天井に沿ってガス混合室３の方向に向かうガス流路領域をいう。

また、前記温度計測手段としては、例えば、前記燃焼室２内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域に設置された燃焼室内ガス温度計１２を用いることができる。

ここで、低空気比下での燃焼では、従来の空気比１．７〜１．９倍程度の燃焼と比較すると、乾燥・乾留領域で発生する可燃性ガスの濃度が高く、その可燃性ガスをガス混合室３のボイラ入口付近で完全に燃焼させる必要がある。そのため、燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度を予め設定された範囲内で安定化させる必要がある。前記予め設定された範囲としては、８５０〜９５０℃の範囲とすることが好ましい。なお、前記可燃性ガスをガス混合室３の入口付近で完全に燃焼させる必要があるため、適切な量のＯ₂が供給されていることも必要である。

前記燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度が８５０℃より低い温度の場合は、ボイラ入口近傍のＣＯ濃度レベルが上昇し、ボイラ配管の腐食が進行し、可燃性ガスの不完全燃焼により煙突から未燃ガスとして排出されてしまうおそれがある。また、９５０℃を超える温度では、ボイラ入口のかなり上流側で燃焼が完了してしまい、ボイラ入口でのガス温度が低下するため、ボイラによる熱回収効率が悪化するおそれがある。

また、前記燃焼制御装置１１は、前記燃焼室内ガス温度計１２により計測された燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度を取り込む手段と、前記燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度が、前記予め設定された範囲内となるように、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量のいずれか１以上を制御する手段とを備えている。なお、燃焼制御装置１１には例えばコンピュータを使用することができる。

前記燃焼制御装置１１による、前記燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度が、前記予め設定された範囲内となるように、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量のいずれか１以上を制御する方法の一例について、以下図３を適宜参照して説明する。なお、以下に示す方法に限るものではないことはいうまでもない。

前記燃焼制御装置１１では、炉内計測値である、乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域に設置された温度計１２の計測値、ガス混合室３内に設置された温度計１３の計測値、各風箱に一次燃焼用空気を供給する各配管に設けられた配分流量計（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４）等の計測値を取り込み、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量のそれぞれの操作量を決定し、制御信号を発信して、前記それぞれの操作端の制御を行う。

ここで、前記操作端としての給塵速度及び火格子速度を操作することで、焼却負荷、つまり、乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスの発生量を調整でき、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量を操作することで、可燃性ガスの燃焼に貢献する空気量（Ｏ２量）の調整が可能であるので、これらの操作端を操作して、乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度が予め設定された範囲内となるように制御する。

給塵装置５は、前記燃焼制御装置１１からの制御信号により給塵速度を調整し、焼却負荷の調整、例えば、火格子上のごみの量を一定に維持、することで投入熱量を安定させ、燃焼の安定化を実現する。

乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度が、前記予め設定された範囲より低下した場合には、燃焼負荷が高く、発生するガス量が多く、Ｏ₂が不足の状態であると判断できるので、供給熱量、つまり、可燃性ガス量を減らすために、給じん速度を減速する。逆に、乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度が、前記予め設定された範囲より上昇した場合には、Ｏ₂が過剰な状態と判断し、給じん速度を増速する。

火格子装置４は、ごみを搬送・攪拌することで乾燥及び乾留量を調整している。

乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度が、前記予め設定された範囲より低下した場合には、燃焼負荷が高く、発生するガス量が多く、Ｏ₂が不足の状態であると判断できるので、乾燥及び乾留速度を抑制するため、火格子速度を減速する。逆に、乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度が、前記予め設定された範囲より上昇した場合には、Ｏ₂が過剰な状態と判断し、乾燥及び乾留速度を上昇させるため、火格子速度を増速する。

一次燃焼用空気の火格子下空気配分バランスは、その配分バランスを変更することにより、一時的（短期的）なＯ₂供給量の調整、及び、燃焼（乾燥、乾留）速度の調整を行う。

乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度が、前記予め設定された範囲より低下した場合には、燃焼（乾燥、乾留）速度の抑制を狙って主燃焼域の一次燃焼空気量を減らすため、図３中のＮｏ.２及びＮｏ.３の風箱から供給する空気量を減らし、燃焼にあまり貢献しないＮｏ.１の風箱から供給する空気量を増やし、乾燥・乾留領域から発生するガス中のＯ₂濃度を上昇させるように、Ｎｏ.１〜４のダンパ開度を操作する。逆に、乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度が、前記予め設定された範囲より上昇した場合には、主燃焼域の一次燃焼用空気量を増やし可燃性ガスの発生を促進させるため、Ｎｏ.２及びＮｏ.３の風箱から供給する空気量を増やし、Ｎｏ.１の風箱から供給する空気量を減らすように、Ｎｏ.１〜４のダンパ開度を操作する。

上記実施形態において、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量を操作するための制御手法としては、例えば、ＰＩＤ制御、若しくは、複数の計測値に基づいた操作量の値を決定する有効な方法としてファジィロジックを適用することができる。
なお、前記ファジィロジックを適用する場合、ファジィルールとしては、例えばｍｉｎ−ｍａｘ法、シングルトン法などを用いることができる。

また、本発明にかかるごみ焼却炉の他の実施形態は、燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段により計測された燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が、予め設定された範囲内となるように、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量のいずれか１以上を制御する燃焼制御装置１１とを備えている。

ここで、前記燃焼室内の乾燥・乾留領域とは、図３における燃焼室２内のＮｏ.１及びＮｏ.２の風箱が接続されている火格子４の上部領域をいい、前記燃焼・後燃焼領域とは、図３における燃焼室２内のＮｏ.３及びＮｏ.４の風箱が接続されている火格子４の上部領域をいう。また、前記燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域とは、図３における中間天井１６の右端上空領域、つまり、主煙道を通過するガスと副煙道を通過するガスが合流する領域をいう。なお、中間天井を有しない焼却炉においては、前記燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域とは、前記燃焼室内の乾燥・乾留領域からの可燃性ガスが上昇した後、燃焼室２の天井に沿ってガス混合室３の方向に向かうガス流と、前記燃焼・後燃焼領域流路領域からのガスが上昇した後、燃焼室２の天井に沿ってガス混合室３の方向に向かうガス流とが合流する領域をいう。

また、前記温度計測手段としては、例えば、前記燃焼室２内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域に設置された燃焼室内ガス温度計１４を用いることができる。

ここで、前記乾燥・乾留領域から発生するガスのような可燃性ガスの濃度が高いガスと、前記燃焼・後燃焼領域から発生するガスのような、前記乾燥・乾留領域から発生するガスと比べてＯ₂の濃度が高いガスは、ガス混合室３入口付近で混合され、可燃性ガスは燃焼される。低空気比下での燃焼では、従来の空気比１．７〜１．９倍程度の燃焼と比較すると、乾燥・乾留領域で発生する可燃性ガスの濃度が高く、その可燃性ガスをガス混合室３の入口付近で完全に燃焼させる必要がある。可燃性ガスの燃焼を低空気比下の状態で促進させるためには、前記燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域の温度を予め設定された範囲内で安定化させる必要がある。前記予め設定された範囲としては、８５０〜１０００℃の範囲、より好ましくは９００〜９５０℃の範囲とすることが好ましい。なお、前記可燃性ガスをガス混合室３の入口付近で完全に燃焼させる必要があるため、適切な量のＯ₂が供給されていることも必要である。

前記燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が８５０℃より低い温度の場合は、ボイラ入口近傍のＣＯ濃度レベルが上昇し、ボイラ配管の腐食が進行し、可燃性ガスの不完全燃焼により煙突から未燃ガスとして排出されてしまうおそれがある。また、１０００℃を超える温度では、ボイラ入口の手前で燃焼が完了し、ボイラ入口でのガス温度が低下するため、ボイラによる熱回収効率が悪化するおそれがある。

また、前記燃焼制御装置１１は、前記燃焼室内ガス温度計１４により計測された燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度を取り込む手段と、前記燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が、前記予め設定された範囲内となるように、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量のいずれか１以上を制御する手段とを備えている。なお、燃焼制御装置１１には例えばコンピュータを使用することができる。

前記燃焼制御装置１１による、前記燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が、前記予め設定された範囲内となるように、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量のいずれか１以上を制御する方法の一例について、以下図３を適宜参照して説明する。なお、以下に示す方法に限るものではないことはいうまでもない。

前記燃焼制御装置１１では、炉内計測値である、乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域に設置された温度計１４の計測値、ガス混合室３内に設置された温度計１３の計測値、各風箱に一次燃焼用空気を供給する各配管に設けられた配分流量計（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４）等の計測値を取り込み、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量のそれぞれの操作量を決定し、制御信号を発信して、前記それぞれの操作端の制御を行う。

ここで、前記操作端としての給塵速度及び火格子速度を操作することで、焼却負荷、つまり、乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスの発生量を調整でき、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量を操作することで、可燃性ガスの燃焼に貢献する空気量（Ｏ２量）の調整が可能である。そこで、これらの操作端を操作して、乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が予め設定された範囲内となるように制御する。

給塵装置５は、前記燃焼制御装置１１からの制御信号により給塵速度を調整し、焼却負荷の調整、例えば、火格子上のごみの量を一定に維持、することで投入熱量を安定させ、燃焼の安定化を実現する。

乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が、前記予め設定された範囲より低下した場合には、燃焼負荷が高く、発生するガス量が多く、Ｏ₂が不足の状態であると判断できるので、供給熱量、つまり、可燃性ガス量を減らすために、給じん速度を減速する。逆に、乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が、前記予め設定された範囲より上昇した場合には、Ｏ₂が過剰な状態と判断し、給じん速度を増速する。

火格子装置４は、ごみを搬送・攪拌することで乾燥及び乾留量を調整している。

乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が、前記予め設定された範囲より低下した場合には、燃焼負荷が高く、発生するガス量が多く、Ｏ₂が不足の状態であると判断できるので、乾燥及び乾留速度を抑制するため、火格子速度を減速する。逆に、乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が、前記予め設定された範囲より上昇した場合には、Ｏ₂が過剰な状態と判断し、乾燥及び乾留速度を上昇させるため、火格子速度を増速する。

一次燃焼用空気の火格子下空気配分バランスは、その配分バランスを変更することにより、一時的（短期的）なＯ₂供給量の調整、及び、燃焼（乾燥、乾留）速度の調整を行う。

乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が、前記予め設定された範囲より低下した場合には、燃焼（乾燥、乾留）速度の抑制を狙って主燃焼域の一次燃焼空気量を減らすため、図３中のＮｏ.２及びＮｏ.３の風箱から供給する空気量を減らし、燃焼にあまり貢献しないＮｏ.１及びＮｏ.４の風箱から供給する空気量を増やし、乾燥・乾留領域から発生するガス中のＯ₂濃度を上昇させるように、Ｎｏ.１〜４のダンパ開度を操作する。逆に、乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が、前記予め設定された範囲より上昇した場合には、主燃焼域の一次燃焼用空気量を増やし可燃性ガスの発生を促進させるため、Ｎｏ.２及びＮｏ.３の風箱から供給する空気量を増やし、Ｎｏ.１及びＮｏ.４の風箱から供給する空気量を減らすように、Ｎｏ.１〜４のダンパ開度を操作する。

上記実施形態において、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量を操作するための制御手法としては、例えば、ＰＩＤ制御、若しくは、複数の計測値に基づいた操作量の値を決定する有効な方法としてファジィロジックを適用することができる。
なお、前記ファジィロジックを適用する場合、ファジィルールとしては、例えばｍｉｎ−ｍａｘ法、シングルトン法などを用いることができる。

実際のごみ焼却炉において、低空気比下での燃焼における乾燥・乾留領域から発生するガスが通過する領域のガス温度とボイラ入口近傍のＣＯ（可燃性ガス）濃度との相関を調べた結果を示した図である。 実際のごみ焼却炉において、低空気比下での燃焼における、乾燥・乾留領域から発生するガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度と、ボイラ入口近傍のＣＯ（可燃性ガス）濃度との相関を調べた結果を示した図である。 本発明に係るごみ焼却炉の一実施形態を示す概略構成図である。

符号の説明

１ ホッパ
２ 燃焼室
３ ガス混合室
４ 火格子
５ 給塵装置
６ 灰落下口
７ ボイラ
８ 一次燃焼用空気ブロア
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ 火格子下一次燃焼用空気ダンパ
１０ 二次燃焼用空気ブロア
１１ 燃焼制御装置
１２，１４ 温度計
１６ 中間天井

Claims (4)

1. 低空気比下で運転されるストーカ式ごみ焼却炉の燃焼制御方法であって、
   燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度が、予め設定された範囲内となるように、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量のいずれか１以上を調整することを特徴とする火格子式ごみ焼却炉の燃焼制御方法。
2. 燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度を計測する温度計測手段と、
   前記温度計測手段により計測された燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスが通過する領域のガス温度が、予め設定された範囲内となるように、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量のいずれか１以上を制御する燃焼制御装置とを備えたことを特徴とするストーカ式ごみ焼却炉。
3. 低空気比下で運転されるストーカ式ごみ焼却炉の燃焼制御方法であって、
   燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が、予め設定された範囲内となるように、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量のいずれか１以上を調整することを特徴とする火格子式ごみ焼却炉の燃焼制御方法。
4. 燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度を計測する温度計測手段と、
   前記温度計測手段により計測された燃焼室内の乾燥・乾留領域から発生する可燃性ガスと燃焼・後燃焼領域から発生するガスとが混合する領域のガス温度が、予め設定された範囲内となるように、給塵速度、火格子速度、一次燃焼用空気の火格子下空気配分量のいずれか１以上を制御する燃焼制御装置とを備えたことを特徴とするストーカ式ごみ焼却炉。

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