JP2005291630A - Stock level estimation method, stock level estimation program, stock level estimation device, and method of operating waste gasification melting furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、廃棄物をガス化・溶融する廃棄物ガス化溶融炉において、溶融炉内のストックレベルを把握する技術に関する。 The present invention relates to a technique for grasping a stock level in a melting furnace in a waste gasification melting furnace for gasifying and melting waste.
廃棄物ガス化溶融炉では、廃棄物を炉上部からコークス・石灰石などの溶融補助資材と共に炉内に投入する。これら投入物は、炉内に堆積し炉下部からの高温ガスにより乾留・昇温されつつ炉内を降下し、最終的には投入物の灰分が1500〜1600℃程度の溶融したスラグとなって系外に排出される。このスラグ温度が高い場合には、炉底部耐火物の消耗速度が速くなり、スラグ温度が低い場合には、スラグの粘性低下によりスラグの排出が滞って操業維持が困難となる恐れがある。 In a waste gasification melting furnace, waste is introduced into the furnace together with auxiliary materials for melting such as coke and limestone from the top of the furnace. These charges are deposited in the furnace, descended in the furnace while being dry-distilled and heated by the high temperature gas from the lower part of the furnace, and finally, the ash content of the input becomes molten slag of about 1500 to 1600 ° C. It is discharged out of the system. When this slag temperature is high, the consumption rate of the refractory at the bottom of the furnace is increased, and when the slag temperature is low, slag discharge is delayed due to a decrease in slag viscosity, making it difficult to maintain operation.
一方、投入物の積み上げ高さ(以下、ストックレベルという)は、装入物の炉内滞留時間と関係があり、炉内滞留時間は装入物の昇温に影響するため、スラグ温度が影響を受ける。従ってストックレベルを常に正しく把握し、ストックレベルを安定化させることは操業状態を安定化させる上で重要である。 On the other hand, the pile height of the input (hereinafter referred to as the stock level) is related to the residence time of the charge in the furnace, and the residence time in the furnace affects the temperature rise of the charge. Receive. Therefore, always grasping the stock level correctly and stabilizing the stock level are important in stabilizing the operation state.
従来、ストックレベルを計測するために分銅を落下させる方式のサウンジング式レベル計(以下、サウンジングという)が使用されているが、炉内の熱と腐食性ガスによりサウンジングの重錘を吊り下げる索体の寿命が短く、測定も15分ピッチでの計測が限界という問題が指摘されていた。そこで、ストックレベル測定時に索体に向けて散水する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、特許文献1に記載の技術では、サウンジングの寿命を延長することができるが、メンテナンスを不要とできるわけではない。また、冷却を施すことにより炉内における熱影響が緩和されるため、測定間隔を短くすることができるものの、その測定間隔は廃棄物の一般的な投入周期(連続〜5分周期)と比べて長い。従って、きめ細かくストックレベルを監視し制御するためには不十分であった。
However, the technique disclosed in
ストックレベルの計測にサウンジングではなく、連続的にストックレベルを計測できるマイクロ波レーダーを用いる方法等もあるが、ダストによる計測精度の低下やコスト面に解決すべき課題を有している。 There is a method of using a microwave radar that can measure the stock level continuously instead of sounding for the measurement of the stock level. However, there are problems to be solved in terms of reduction in measurement accuracy due to dust and cost.
本発明は、係る事情に鑑みてなされたもので、廃棄物をガス化・溶融する廃棄物ガス化溶融炉において、短い周期でストックレベルを把握することのできるストックレベル推定方法、ストックレベル推定プログラム、ストックレベル推定装置及び廃棄物ガス化溶融炉の運転方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in a waste gasification melting furnace for gasifying and melting waste, a stock level estimation method and a stock level estimation program capable of grasping a stock level in a short cycle An object of the present invention is to provide a stock level estimation device and a waste gasification melting furnace operating method.
上記課題を解決するための、本発明に係る請求項1に記載のストックレベル推定方法は、炉の装入口から炉本体内に廃棄物及び溶融補助資材を投入し,炉下部に高温反応帯が形成されて該高温反応帯の上に廃棄物層が形成され、前記高温反応帯に酸素含有ガスを吹き込む羽口を有し、前記廃棄物を熱分解してその熱分解残渣を溶融し、該溶融物を出滓口から排出させる廃棄物ガス化溶融炉のストックレベルを推定する方法であって、炉内のプロセスをシミュレートするモデルに基づいて、投入物である廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する堆積層の高さであるストックレベルを推定する。
In order to solve the above-mentioned problems, the stock level estimation method according to
また本発明に係る請求項2に記載のストックレベル推定方法は、上記記載の発明であるストックレベル推定方法において、前記モデルは、所定周期毎に、前記炉内に装入された廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する層の層厚を含むデータを生成する生成ステップと、前記層毎のデータを炉内に装入された順に並べた炉内堆積モデルを生成するモデル生成ステップと、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の層厚データを減少し、または最下層に位置する層のデータを消去する消去ステップと、前記層ごとの層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算ステップとを備えた。
Further, the stock level estimation method according to
また本発明に係る請求項3に記載のストックレベル推定方法は、上記記載の発明であるストックレベル推定方法において、前記モデルは、前記堆積層を複数の層が炉の高さ方向に堆積された堆積モデルとして表わし、所定周期毎に、新たな層を前記堆積モデルの最上部に生成して、当該新たな層に前記所定周期内に前記炉内に装入された前記投入物に関する情報を関連付ける投入層生成ステップと、所定周期毎に、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の前記投入物に関する情報を更新し、または最下層に位置する層を消去する溶融層処理ステップと、前記層毎に層厚を算出する層厚算出ステップと、前記層毎の層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算ステップとを備えた。
The stock level estimation method according to
また本発明に係る請求項4に記載のストックレベル推定方法は、上記記載の発明であるストックレベル推定方法において、前記モデルは、前記層毎に、層の下境界面から入力される発生ガスに関する情報に基づいて演算を行って、当該層に残存する前記投入物に関する情報と、当該層の上境界面から出力される発生ガスに関する情報とを求める乾留層演算ステップを更に備えた。
The stock level estimation method according to
また本発明に係る請求項5に記載のストックレベル推定方法は、上記記載の発明であるストックレベル推定方法において、前記層厚算出ステップは、前記層に残存する前記それぞれの投入物の重量、嵩密度及び炉の内径形状に関する情報とに基づいて層厚を算出する。
The stock level estimation method according to
また本発明に係る請求項6に記載のプログラムは、炉の装入口から炉本体内に廃棄物及び溶融補助資材を投入し,炉下部に高温反応帯が形成されて該高温反応帯の上に廃棄物層が形成され、前記高温反応帯に酸素含有ガスを吹き込む羽口を有し、前記廃棄物を熱分解してその熱分解残渣を溶融し、該溶融物を出滓口から排出させる廃棄物ガス化溶融炉のストックレベルを推定するプログラムであって、炉内のプロセスをシミュレートするモデルに基づいて、投入物である廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する堆積層の高さであるストックレベルを推定するステップをコンピュータに実行させる。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a program according to the present invention, wherein waste and melting auxiliary materials are introduced into the furnace body from the furnace inlet, and a high temperature reaction zone is formed in the lower part of the furnace. Waste having a waste layer formed and having tuyere that blows oxygen-containing gas into the high-temperature reaction zone, pyrolyzing the waste, melting the pyrolysis residue, and discharging the melt from the outlet This is a program that estimates the stock level of a waste gasification melting furnace, and based on a model that simulates the process in the furnace, the height of the deposited layer formed in the furnace by the waste and melting auxiliary materials that are input materials Let the computer execute the step of estimating the stock level.
また本発明に係る請求項7に記載のプログラムは、上記記載の発明であるプログラムにおいて、前記モデルは、所定周期毎に、前記炉内に装入された廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する層の層厚を含むデータを生成する生成ステップと、前記層毎のデータを炉内に装入された順に並べた炉内堆積モデルを生成するモデル生成ステップと、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の層厚データを減少し、または最下層に位置する層のデータを消去する消去ステップと、前記層ごとの層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算ステップとをコンピュータに実行させる。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the program according to the above-described invention, wherein the model is configured such that the waste and the melting auxiliary material charged in the furnace are placed in the furnace every predetermined period. A generation step for generating data including the layer thickness of the layer to be formed, a model generation step for generating an in-furnace deposition model in which the data for each layer is arranged in the order in which they are placed in the furnace, and blown from the tuyere Calculate the amount of waste and melting aids that will decrease in response to oxygen to reduce the layer thickness data for the bottom layer in the furnace deposition model, or erase the bottom layer data The computer executes an erasing step and a level calculating step for calculating the stock level by integrating the layer thickness data for each layer.
また本発明に係る請求項8に記載のプログラムは、上記記載の発明であるプログラムにおいて、前記モデルは、前記堆積層を複数の層が炉の高さ方向に堆積された堆積モデルとして表わし、所定周期毎に、新たな層を前記堆積モデルの最上部に生成して、当該新たな層に前記所定周期内に前記炉内に装入された前記投入物に関する情報を関連付ける投入層生成ステップと、所定周期毎に、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の前記投入物に関する情報を更新し、または最下層に位置する層を消去する溶融層処理ステップと、前記層毎に層厚を算出する層厚算出ステップと、前記層毎の層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算ステップとをコンピュータに実行させる。
The program according to
また本発明に係る請求項9に記載のプログラムは、上記記載の発明であるプログラムにおいて、前記モデルは、前記層毎に、層の下境界面から入力される発生ガスに関する情報に基づいて演算を行って、当該層に残存する前記投入物に関する情報と、当該層の上境界面から出力される発生ガスに関する情報とを求める乾留層演算ステップを更にコンピュータに実行させる。
The program according to
また本発明に係る請求項10に記載のストックレベル推定装置は、炉の装入口から炉本体内に廃棄物及び溶融補助資材を投入し,炉下部に高温反応帯が形成されて該高温反応帯の上に廃棄物層が形成され、前記高温反応帯に酸素含有ガスを吹き込む羽口を有し、前記廃棄物を熱分解してその熱分解残渣を溶融し、該溶融物を出滓口から排出させる廃棄物ガス化溶融炉のストックレベル推定装置であって、炉内のプロセスをシミュレートするモデルに基づいて、投入物である廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する堆積層の高さであるストックレベルを推定する手段を備えたことを特徴とするストックレベル推定装置。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a stock level estimation apparatus according to the present invention, wherein waste and melting auxiliary materials are introduced into a furnace body from a furnace inlet, and a high temperature reaction zone is formed at the lower part of the furnace. A waste layer is formed on the top, and has a tuyere that blows oxygen-containing gas into the high-temperature reaction zone, the waste is pyrolyzed to melt the pyrolysis residue, and the melt is discharged from the outlet. This is a stock level estimation device for waste gasification and melting furnace to be discharged, and based on a model that simulates the process in the furnace, the height of the deposited layer formed in the furnace by the waste and melting auxiliary material as input A stock level estimation device comprising means for estimating the stock level.
また本発明に係る請求項11に記載のストックレベル推定装置は、上記記載の発明であるストックレベル推定装置において、前記モデルは、所定周期毎に、前記炉内に装入された廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する層の層厚を含むデータを生成する生成手段と、前記層毎のデータを炉内に装入された順に並べた炉内堆積モデルを生成するモデル生成手段と、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の層厚データを減少し、または最下層に位置する層のデータを消去する消去手段と、前記層ごとの層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算手段とを備えた。
The stock level estimation apparatus according to
また本発明に係る請求項12に記載のストックレベル推定装置は、上記記載の発明であるストックレベル推定装置において、前記モデルは、前記堆積層を複数の層が炉の高さ方向に堆積された堆積モデルとして表わし、所定周期毎に、新たな層を前記堆積モデルの最上部に生成して、当該新たな層に前記所定周期内に前記炉内に装入された前記投入物に関する情報を関連付ける投入層生成手段と、所定周期毎に、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の前記投入物に関する情報を更新し、または最下層に位置する層を消去する溶融層処理手段と、前記層毎に層厚を算出する層厚算出手段と、前記層毎の層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算手段とを備えた。
The stock level estimation apparatus according to
また本発明に係る請求項13に記載の廃棄物ガス化溶融炉の運転方法は、上記記載の発明であるストックレベル推定方法を使用してストックレベルを推定し、前記ストックレベルが第1の所定レベルよりも低くなった場合は、前記投入物の増量、前記酸素含有ガスの増量の少なくとも1つの操作を実行し、前記ストックレベルが第2の所定レベルよりも高くなった場合は、前記投入物の減量、前記酸素含有ガスの減量の少なくとも1つの操作を実行する。 According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a waste gasification and melting furnace operating method, wherein the stock level is estimated using the stock level estimation method according to the invention described above, and the stock level is a first predetermined value. When the level is lower than the level, at least one operation of increasing the input and increasing the oxygen-containing gas is performed. When the stock level is higher than the second predetermined level, the input is increased. At least one operation of reducing the amount of oxygen and reducing the oxygen-containing gas.
本発明によれば、短い周期でストックレベルを把握することができる。 According to the present invention, the stock level can be grasped in a short cycle.
[第1の実施の形態]
図1は本発明の第1の実施の形態に係るストックレベル推定方法が適用される廃棄物ガス化溶融炉の構成を示す図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a waste gasification melting furnace to which a stock level estimation method according to a first embodiment of the present invention is applied.
シャフト型をなす廃棄物ガス化溶融炉の炉本体1の内部には、廃棄物およびコークス・石灰石などの溶融補助資材によって形成された堆積層2が充填されている。
A
炉本体1の頂部には、廃棄物およびコークス・石灰石などの溶融補助資材の装入口3が設けられており、計量装置5が、炉頂の装入口3より装入される廃棄物、コークス、石灰石等の原料を所定の混合比に計量し、投入装置6が混合された原料を炉内に投入する。
At the top of the
炉本体1の測部には温度計7が設けられ、堆積層2の上方のガス温度を測定する。また、炉本体1の側部下段には、酸素含有ガスを吹込む主羽口10が設けられている。この主羽口10には、主羽口送風ファン11が接続されて所定の濃度の酸素富加空気が主羽口10より吹き込まれる。そして、酸素含有ガスの流路には、酸素含有ガス流量計12と酸素濃度計13が設けられている。
A
炉本体1の炉底部近傍の側壁には、炉底に溜っている溶融物(スラグ)15を炉内から排出するための出滓口16が設けられている。
On the side wall in the vicinity of the furnace bottom portion of the
集中制御装置20は、廃棄物ガス化溶融炉の各プロセス信号を収集し、また廃棄物ガス化溶融炉の各設備を制御するための、GUI(Graphical User Interface)を備えたDCS(Digital Control System)装置である。この集中制御装置20には、ストックレベル推定演算用計算機21が接続されている。ストックレベル推定演算用計算機21は、各プロセス信号に基づいてストックレベルを算出する。
The
続いて、ガス化溶融プロセスについて説明する。 Subsequently, the gasification melting process will be described.
このガス化溶融炉では、廃棄物が炉上部からコークス・石灰石などの溶融補助資材と共に投入される。これらの投入物は、炉下部からの高温ガスにより乾留・昇温され、固定炭素分と灰分だけが、炉下部の主羽口10の高さまで降下する。
In this gasification melting furnace, waste is introduced from the upper part of the furnace together with auxiliary materials for melting such as coke and limestone. These inputs are dry-distilled and heated by the high-temperature gas from the lower part of the furnace, and only the fixed carbon and ash are lowered to the height of the
主羽口送風ファン11により送られる酸素富化空気によって、廃棄物・コークス中の固定炭素分が反応し、高温の主羽口燃焼ガスが発生する。発生した高温ガスは、炉内の投入物堆積層2を通り抜けながら上昇するが、その際、堆積層2との間で熱交換が行われる。投入物はほぼ常温で投入されるが、この熱交換や可燃ガス分燃焼による昇温により、約100℃以下の温度域では水分が蒸発し、約100℃〜の温度域では乾留が行われ、最終的には投入物の灰分が1500〜1600℃程度の溶融したスラグ15となって系外に排出される。
The oxygen-enriched air sent by the main
なお、スラグ温度は、投入物の積み上げ高さ(ストックレベル)により変動する。ストックレベルは、投入物の層の昇温時間(炉内滞留時間)と関係があり、スラグ温度に影響する。ストックレベルが変動すると投入物層との熱交換時間が変動し、スラグ温度が変動する。スラグ温度が高い場合には、炉底部耐火物の消耗速度が速くなる。一方出滓温度が低い場合には、スラグの粘性が低下するため、スラグの排出が停止し、操業維持が困難な状況となる。従ってストックレベルを常に正しく把握し、ストックレベルを安定化させることは重要である。 In addition, the slag temperature varies depending on the pile height (stock level) of the input. The stock level is related to the heating time of the charge layer (residence time in the furnace) and affects the slag temperature. When the stock level fluctuates, the heat exchange time with the input layer fluctuates, and the slag temperature fluctuates. When the slag temperature is high, the consumption rate of the furnace bottom refractory is increased. On the other hand, when the tapping temperature is low, the slag viscosity decreases, so the slag discharge stops and the operation is difficult to maintain. Therefore, it is important to always grasp the stock level correctly and stabilize the stock level.
図2は、本発明の実施の形態に係るストックレベル推定装置を備えたストックレベル推定システムの構成を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a stock level estimation system provided with a stock level estimation apparatus according to an embodiment of the present invention.
ストックレベル推定システムは、集中制御装置20、ストックレベル推定装置であるストックレベル推定演算用計算機21、パラメータ設定装置22、状態表示装置23及びプロセス制御装置24で構成されている。
The stock level estimation system includes a
パラメータ設定装置22は、ストックレベル推定演算に必要な定数などの諸元データ、例えば、投入物の成分、炉本体1の形状などを設定するための設定入力装置である。状態表示装置23は、廃棄物ガス化溶融炉を監視するための炉の運転状態を表示する表示装置であり、推定したストックレベルも表示される。プロセス制御装置24は、廃棄物ガス化溶融炉を構成する各制御装置の総称であり、例えば、計量装置5、投入装置6、主羽口送風ファン11などを含む。プロセス計測値25は、測定された廃棄物ガス化溶融炉のプロセス状態量の総称であり、例えば、酸素含有ガス流量、酸素濃度などを含む。
The
ストックレベル推定演算用計算機21は、計算機入出力装置26、演算部27及びデータメモリ装置28で構成されている。
The stock level
計算機入出力装置26は、集中制御装置20、パラメータ設定装置22との間でデータの授受を行うためのインターフェースである。演算部27は、堆積層2の内部の各領域(層)における熱収支、物質収支演算を実行してストックレベルを推定する。データメモリ装置28は、演算部27が実行する各演算に必要なデータ等を記憶する。
The computer input /
そして、演算部27には、層演算部31、層厚さ演算部32及びストックレベル演算部33が設けられている。層演算部31は、堆積層2を形成している後述する投入層、乾留層、溶融層のそれぞれの層での熱収支、物質収支演算を行う投入層演算部36、乾留層演算部37、溶融層演算部38を備えている。層厚さ演算部32は、各層の厚さを計算する。ストックレベル演算部33は、各層の厚さ等に基づいてストックレベルを計算する。
The
図3は、ストックレベル推定演算に用いられる、投入物の層移動モデルの概念図を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a conceptual diagram of an input layer movement model used for stock level estimation calculation.
この層移動モデルでは、堆積層2を複数の層に分割する。この堆積層2には、一定時間毎に新しい層が生成されて最上段の層に順次追加される。このそれぞれの層には、一定時間内における炉内に投入された廃棄物及び溶融補助資材の情報が対応付けられている。そして、最下段の層に対応する投入物が全て消費された場合に、当該層が消滅する。
In this layer movement model, the deposited
このそれぞれの層を乾留層と呼び、これらの層において主として乾留プロセスが進行する。最上段の層は特に投入層と呼ばれ、上記乾留プロセスに加えて炉内に投入された廃棄物及び溶融補助資材の初期値情報が設定される。最下段の層は特に溶融層と呼ばれ、この溶融層で主羽口10から吹き込まれる酸素量に対応して灰分が溶融する。そして、溶融層に含まれる固定炭素分、灰分が全て消費されたときは、溶融層は消去され、一段上の乾留層が新たな溶融層として取り扱われる。このように、この層移動モデルでは、層は投入層から溶融層に向かって順次下降して移動する。
Each of these layers is called a carbonization layer, and the carbonization process proceeds mainly in these layers. The uppermost layer is particularly called an input layer, in which initial value information of waste and melting auxiliary materials input into the furnace is set in addition to the above-described carbonization process. The lowermost layer is called a molten layer, and the ash melts in accordance with the amount of oxygen blown from the
図4は、ストックレベル推定演算の概略の手順を示すフロー図である。このストックレベル推定演算は、演算部27の各部が実行する。
FIG. 4 is a flowchart showing a general procedure of stock level estimation calculation. This stock level estimation calculation is executed by each unit of the
予め定められた一定周期毎に、投入層演算部36が起動して、ステップS01において、新たに投入層を生成してその投入層に初期データを対応付ける。即ち、図5に示すように、一定時間内に投入された廃棄物、コークス、石灰石のそれぞれの重量[Kg/h]、成分[%]、嵩密度[Kg/m3]がデータとして与えられる。成分は、可燃成分である乾留成分、固定炭素成分、水分、灰分等である。
The input
重量は、計量装置5で計量した値に基く。成分、嵩密度はパラメータ設定装置22から予め入力され、データメモリ装置28のデータテーブルに記憶されている値に基づく。なお、廃棄物の成分(乾留分、固定炭素成分、水分、灰分)については、ごみの発熱量から推定することが可能である。そこで、例えば排ガス流量と排ガス温度を測定して、炉全体の熱収支計算によって求めたごみの発熱量に基づいて推定しても良い。また、廃棄物の嵩密度は、ごみクレーンで測定した廃棄物のつかみ重量と、超音波レベル計で測定した投入ホッパ内の廃棄物の増加体積とから計算で求めても良い。
The weight is based on the value measured by the measuring
次に、溶融層演算部38が起動して、溶融層に関する固有の演算を実施する。図6に示すように、最下部の溶融層モデルの入力データとしては、主羽口送風量、主羽口送酸量、主羽口送風温度、炉底耐火物温度、炉底放散熱量であり、出力データとしては、出滓量、出滓温度である。
Next, the molten
図4のステップS02〜S03において、主羽口先における燃焼反応に関する計算を実行して固定炭素消費量を計算する。即ち、主羽口より送られた総酸素(送酸)量に応じて、式(1)に示す主羽口先での燃焼反応に従い、各投入物の固定炭素分の重量を減少させる。 In steps S02 to S03 in FIG. 4, calculation regarding the combustion reaction at the main tuyere is performed to calculate the fixed carbon consumption. That is, according to the total oxygen (acid delivery) amount sent from the main tuyere, the weight of the fixed carbon content of each charge is reduced according to the combustion reaction at the tip of the main tuyere shown in the formula (1).
2C +O2 = 2CO …式(1)
ステップS04において、固定炭素分の消費量(反応熱量)に応じて、投入物中の灰分などがスラグとして系外に排出されるとする。即ち、減少する灰分の重量を出滓量とする。そして、ステップS05において、出滓温度を計算する。出滓温度は式(1)に示す主羽口先の発熱反応によって発生する熱量から、高温ガスとの熱交換により層に奪われる熱量、炉底部のレンガからの抜熱量等を考慮して算出する。
2C + O 2 = 2CO (1)
In step S04, it is assumed that ash or the like in the charge is discharged out of the system as slag according to the consumption (reaction heat amount) of the fixed carbon. That is, the weight of ash that decreases is taken as the amount of output. Then, in step S05, the tapping temperature is calculated. The tapping temperature is calculated from the amount of heat generated by the exothermic reaction of the main tuyere shown in Equation (1), taking into account the amount of heat taken away by the layer by heat exchange with the high-temperature gas, the amount of heat removed from the brick at the bottom of the furnace, etc. .
次に、乾留層演算部37が起動して、乾留層における諸演算を実行する。図7に示すように、乾留層モデルの入力データは、その層に入力するガスの量、温度、成分とその層にある投入物の重量、成分、嵩密度、温度である。乾留層演算部37は、これらの入力データに基づいて、水分演算、乾留演算、飛散分演算を行い、その結果としての層に残る投入物の重量、成分、嵩密度、温度を演算する。なお、これらの演算に際して層の比熱演算を実行する。そして、この層から次の(一段上の)層に送り出されるガスの量、温度、成分を算出するとともに、当該層にある投入物の重量、成分、嵩密度、温度を新たな値に更新する。
Next, the dry distillation
図4のステップS07〜S13は、上述の乾留層の演算処理手順を示している。この演算処理は最下段の溶融層から開始されて、最上段の投入層に至るまで各乾留層毎に繰り返して実行される。なお乾留層モデルにおいては、層の境界面(上面、下面)において、ガス−固体間での熱伝導率に基づいて熱移動量を求め、この熱量によって固体物の温度を決定する。 Steps S07 to S13 in FIG. 4 show the above-described calculation process procedure of the dry distillation layer. This calculation process is repeated for each dry distillation layer, starting from the lowest molten layer and reaching the uppermost input layer. In the dry distillation layer model, the amount of heat transfer is obtained based on the thermal conductivity between the gas and the solid at the boundary surface (upper surface, lower surface) of the layer, and the temperature of the solid material is determined by this heat amount.
ステップS07において、層比熱と層温度を計算する。まず、各投入物毎の重量と比熱からその層の比熱を計算する。そして、その層に入力される熱量から層の温度を計算する。ステップS08において、入力されるガス温度、層の温度、層の熱交換時間に基づいて出力されるガス温度を算出する。ここで、熱交換時間は、ガス流速と層厚から求められる。なお、層の温度は簡易的に求めることもできる。例えば、堆積層上部のガスの温度計7で測定した温度値と、主羽口の送風条件より計算した主羽口高さ位置でのガス温度とに基づいて補間計算を行うことで各層の高さにおけるガス温度を計算してもよい。
In step S07, the layer specific heat and the layer temperature are calculated. First, the specific heat of the layer is calculated from the weight and specific heat of each charge. Then, the temperature of the layer is calculated from the amount of heat input to the layer. In step S08, the output gas temperature is calculated based on the input gas temperature, the temperature of the layer, and the heat exchange time of the layer. Here, the heat exchange time is determined from the gas flow rate and the layer thickness. Note that the temperature of the layer can also be easily determined. For example, interpolation calculation is performed based on the temperature value measured by the
ステップS09〜S10において、層に与えられた熱量から水分蒸発速度を計算し、また層の温度をパラメータとしてテーブルを検索して乾留速度を求める。そしてそれらの値にサンプリング周期である一定時間を乗じて水分、乾留分重量を求め、その重量を投入量から減少させる。次に、ステップS11において、灰分・固定炭素分の飛散分重量をもとめ、投入量からの減少演算を行う。ここで、飛散分重量は、発生ガス流量をパラメータとする関数の値として求める。 In steps S09 to S10, the water evaporation rate is calculated from the amount of heat given to the layer, and the table is searched using the layer temperature as a parameter to determine the dry distillation rate. Then, these values are multiplied by a certain time, which is a sampling cycle, to obtain moisture and dry distillation weights, and the weights are reduced from the input amounts. Next, in step S11, the scattered weight of ash / fixed carbon is obtained, and a decrease calculation from the input amount is performed. Here, the scattered weight is obtained as a function value having the generated gas flow rate as a parameter.
そして、ステップS12において、上記の各ステップで求めた諸量に基づいて、その層に残存する各投入量の重量、成分、嵩密度を計算して求める。ステップS13において、以上の処理を溶融層から投入層まで実施したかどうかを調べ、実施している場合は、層厚さ演算部32を起動する。
In step S12, the weight, component, and bulk density of each input amount remaining in the layer are calculated and determined based on the amounts determined in the above steps. In step S13, it is checked whether or not the above processing has been performed from the molten layer to the input layer. If it has been performed, the
層厚さ演算部32は、各層に残存する投入物の重量、嵩密度から各層の体積を算出し、炉内寸法を考慮して各層の厚さを計算する。そして、ストックレベル演算部33が起動して各層の厚さを最下(溶融)層から最上(投入)層まで加算してストックレベルを算出する。なお、ストックレベルの演算においては、例えば、サウンジング、マイクロ波レベル計(不図示)などが測定する間欠的あるいは連続的な測定値と組合わせて演算することもできる。
The
図8は、実操業データに基づいてストックレベル(層高)を推定した結果を示す図である。この結果ではサウンジングによる計測値と推定ストックレベルは高い精度で一致している。従って本実施の形態のモデルによるストックレベルの推定が有効であることが実証できた。 FIG. 8 is a diagram showing a result of estimating a stock level (layer height) based on actual operation data. In this result, the measured value by sounding and the estimated stock level coincide with each other with high accuracy. Therefore, it was proved that the estimation of the stock level by the model of the present embodiment is effective.
なお、演算によって推定したストックレベルが、安定したスラグの排出が維持できるレベルよりも低くなった場合は、投入物の増量や総酸素量の減量の操作を実施する。逆に推定したストックレベルが、所定値よりも高くなった場合は、投入量の減量や総酸素量の増量の操作を実施する。これにより安定したスラグの排出を実現することができる。 In addition, when the stock level estimated by the calculation becomes lower than a level at which stable slag discharge can be maintained, an operation of increasing the amount of input or decreasing the total amount of oxygen is performed. Conversely, when the estimated stock level becomes higher than a predetermined value, an operation of decreasing the input amount or increasing the total oxygen amount is performed. Thereby, stable discharge of slag can be realized.
[実施の形態の効果]
炉上部より廃棄物を投入し、酸素富化空気を吹き込むことにより廃棄物の乾留分をガス化し、炉下部で投入物の固定炭素分を燃焼・灰分を溶融して排出する廃棄物ガス化溶融炉において、モデルに基づいて、炉内のストックレベルを推定する方法により、ストックレベルを安定化させる制御が可能となり、スラグの安定した排出、操業の安定化が実現可能となる。
[Effect of the embodiment]
Waste is gasified and melted by injecting waste from the top of the furnace and gasifying the dry fraction of the waste by blowing in oxygen-enriched air. In the furnace, the method for estimating the stock level in the furnace based on the model makes it possible to control the stock level to be stabilized, and it is possible to realize stable discharge of slag and stabilization of operation.
なお、上述の実施の形態で説明した各機能は、ハードウエアを用いて構成しても良く、また、ソフトウエアを用いて各機能を記載したプログラムをコンピュータに読み込ませて実現しても良い。また、各機能は、適宜ソフトウエア、ハードウエアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。 Each function described in the above embodiment may be configured using hardware, or may be realized by reading a program describing each function into a computer using software. Each function may be configured by appropriately selecting either software or hardware.
更に、各機能は図示しない記録媒体に格納したプログラムをコンピュータに読み込ませることで実現させることもできる。ここで本実施の形態における記録媒体は、プログラムを記録でき、かつコンピュータが読み取り可能な記録媒体であれば、その記録形式は何れの形態であってもよい。 Furthermore, each function can be realized by causing a computer to read a program stored in a recording medium (not shown). Here, as long as the recording medium in the present embodiment can record a program and can be read by a computer, the recording format may be any form.
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
1…炉体、2…堆積層、3…装入口、5…計量装置、6…投入装置、10…主羽口、15…スラグ、16…出滓口、20…集中制御装置、21…ストックレベル推定演算用計算機、27…演算部、28…データメモリ部、36…投入層演算部、37…乾留層演算部、38…溶融層演算部、31…層演算部、32…層厚さ演算部、33…ストックレベル演算部。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
炉内のプロセスをシミュレートするモデルに基づいて、投入物である廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する堆積層の高さであるストックレベルを推定することを特徴とするストックレベル推定方法。 Waste and melting auxiliary materials are charged into the furnace body from the furnace inlet, a high temperature reaction zone is formed in the lower part of the furnace, a waste layer is formed on the high temperature reaction zone, and the high temperature reaction zone contains oxygen. A method for estimating the stock level of a waste gasification and melting furnace having a tuyere for blowing gas, pyrolyzing the waste, melting the pyrolysis residue, and discharging the melt from the outlet. And
A stock level estimation method for estimating a stock level, which is a height of a deposited layer formed in a furnace by waste and melting auxiliary materials, based on a model for simulating a process in the furnace. .
所定周期毎に、前記炉内に装入された廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する層の層厚を含むデータを生成する生成ステップと、
前記層毎のデータを炉内に装入された順に並べた炉内堆積モデルを生成するモデル生成ステップと、
前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の層厚データを減少し、または最下層に位置する層のデータを消去する消去ステップと、
前記層ごとの層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算ステップと
を備えたことを特徴とする請求項1に記載のストックレベル推定方法。 The model is
A generation step for generating data including a layer thickness of a layer formed in the furnace by the waste and the melting auxiliary material charged in the furnace for each predetermined period;
A model generation step of generating an in-furnace deposition model in which the data for each layer is arranged in the order of charging in the furnace;
Calculate the amount of waste and melting auxiliary material that reacts with oxygen blown from the tuyere to reduce the layer thickness data of the layer located at the bottom layer of the in-furnace deposition model, or located at the bottom layer An erasure step to erase layer data;
2. The stock level estimation method according to claim 1, further comprising a level calculation step of calculating a stock level by integrating layer thickness data for each layer.
前記堆積層を複数の層が炉の高さ方向に堆積された堆積モデルとして表わし、
所定周期毎に、新たな層を前記堆積モデルの最上部に生成して、当該新たな層に前記所定周期内に前記炉内に装入された前記投入物に関する情報を関連付ける投入層生成ステップと、
所定周期毎に、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の前記投入物に関する情報を更新し、または最下層に位置する層を消去する溶融層処理ステップと、
前記層毎に層厚を算出する層厚算出ステップと、
前記層毎の層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算ステップと
を備えたことを特徴とする請求項1に記載のストックレベル推定方法。 The model is
The deposited layer is represented as a deposition model in which a plurality of layers are deposited in the height direction of the furnace,
An input layer generation step of generating a new layer at the top of the deposition model for each predetermined period, and associating the new layer with information about the input charged into the furnace within the predetermined period. ,
Update the information on the input of the layer located in the lowest layer of the in-furnace deposition model by calculating the amount of waste and melting auxiliary material that reacts with the oxygen blown from the tuyere and decreases at predetermined intervals. Or a melt layer processing step for erasing the layer located at the bottom layer;
A layer thickness calculating step of calculating a layer thickness for each layer;
The stock level estimation method according to claim 1, further comprising a level calculation step of calculating a stock level by integrating layer thickness data for each layer.
前記層毎に、層の下境界面から入力される発生ガスに関する情報に基づいて演算を行って、当該層に残存する前記投入物に関する情報と、当該層の上境界面から出力される発生ガスに関する情報とを求める乾留層演算ステップを更に備えたことを特徴とする請求項3に記載のストックレベル推定方法。 The model is
For each of the layers, calculation is performed based on information on the generated gas input from the lower boundary surface of the layer, information on the input remaining in the layer, and generated gas output from the upper boundary surface of the layer The stock level estimation method according to claim 3, further comprising: a dry-distilled-bed calculation step for obtaining information on the information.
前記層に残存する前記それぞれの投入物の重量、嵩密度及び炉の内径形状に関する情報とに基づいて層厚を算出することを特徴とする請求項3または4に記載のストックレベル推定方法。 The layer thickness calculating step includes
5. The stock level estimation method according to claim 3, wherein the layer thickness is calculated based on information on the weight, bulk density, and furnace inner diameter shape of each of the inputs remaining in the layer.
炉内のプロセスをシミュレートするモデルに基づいて、投入物である廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する堆積層の高さであるストックレベルを推定するステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。 Waste and melting auxiliary materials are charged into the furnace body from the furnace inlet, a high temperature reaction zone is formed in the lower part of the furnace, a waste layer is formed on the high temperature reaction zone, and the high temperature reaction zone contains oxygen. A program for estimating the stock level of a waste gasification and melting furnace that has a tuyere for blowing gas, pyrolyzes the waste, melts the pyrolysis residue, and discharges the melt from the outlet. And
A program for causing a computer to execute a step of estimating a stock level, which is a height of a deposited layer formed in a furnace by waste and melting auxiliary materials, based on a model simulating a process in the furnace. .
所定周期毎に、前記炉内に装入された廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する層の層厚を含むデータを生成する生成ステップと、
前記層毎のデータを炉内に装入された順に並べた炉内堆積モデルを生成するモデル生成ステップと、
前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の層厚データを減少し、または最下層に位置する層のデータを消去する消去ステップと、
前記層ごとの層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算ステップと
をコンピュータに実行させる請求項6に記載のプログラム。 The model is
A generation step for generating data including a layer thickness of a layer formed in the furnace by the waste and the melting auxiliary material charged in the furnace for each predetermined period;
A model generation step of generating an in-furnace deposition model in which the data for each layer is arranged in the order of charging in the furnace;
Calculate the amount of waste and melting auxiliary material that reacts with oxygen blown from the tuyere to reduce the layer thickness data of the layer located at the bottom layer of the in-furnace deposition model, or located at the bottom layer An erasure step to erase layer data;
The program according to claim 6, which causes a computer to execute a level calculation step of calculating a stock level by integrating layer thickness data for each layer.
前記堆積層を複数の層が炉の高さ方向に堆積された堆積モデルとして表わし、
所定周期毎に、新たな層を前記堆積モデルの最上部に生成して、当該新たな層に前記所定周期内に前記炉内に装入された前記投入物に関する情報を関連付ける投入層生成ステップと、
所定周期毎に、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の前記投入物に関する情報を更新し、または最下層に位置する層を消去する溶融層処理ステップと、
前記層毎に層厚を算出する層厚算出ステップと、
前記層毎の層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算ステップと
をコンピュータに実行させる請求項6に記載のプログラム。 The model is
The deposited layer is represented as a deposition model in which a plurality of layers are deposited in the height direction of the furnace,
An input layer generation step of generating a new layer at the top of the deposition model for each predetermined period, and associating the new layer with information about the input charged into the furnace within the predetermined period. ,
Update the information on the input of the layer located in the lowest layer of the in-furnace deposition model by calculating the amount of waste and melting auxiliary material that reacts with the oxygen blown from the tuyere and decreases at predetermined intervals. Or a melt layer processing step for erasing the layer located at the bottom layer;
A layer thickness calculating step of calculating a layer thickness for each layer;
The program according to claim 6, which causes a computer to execute a level calculation step of calculating a stock level by integrating layer thickness data for each layer.
前記層毎に、層の下境界面から入力される発生ガスに関する情報に基づいて演算を行って、当該層に残存する前記投入物に関する情報と、当該層の上境界面から出力される発生ガスに関する情報とを求める乾留層演算ステップを更にコンピュータに実行させる請求項8に記載のプログラム。 The model is
For each of the layers, calculation is performed based on information on the generated gas input from the lower boundary surface of the layer, information on the input remaining in the layer, and generated gas output from the upper boundary surface of the layer The computer program according to claim 8, further causing the computer to execute a dry-distilled-bed calculation step for obtaining information regarding the computer.
炉内のプロセスをシミュレートするモデルに基づいて、投入物である廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する堆積層の高さであるストックレベルを推定する手段を備えたことを特徴とするストックレベル推定装置。 Waste and melting auxiliary materials are charged into the furnace body from the furnace inlet, a high temperature reaction zone is formed in the lower part of the furnace, a waste layer is formed on the high temperature reaction zone, and the high temperature reaction zone contains oxygen. A waste gasification and melting furnace stock level estimation device having a tuyere for injecting gas, thermally decomposing the waste, melting the pyrolysis residue, and discharging the melt from the outlet,
Based on a model for simulating the process in the furnace, it is provided with means for estimating the stock level, which is the height of the deposited layer formed in the furnace by the waste and the melting auxiliary material as inputs. Stock level estimation device.
所定周期毎に、前記炉内に装入された廃棄物及び溶融補助資材が炉内に形成する層の層厚を含むデータを生成する生成手段と、
前記層毎のデータを炉内に装入された順に並べた炉内堆積モデルを生成するモデル生成手段と、
前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の層厚データを減少し、または最下層に位置する層のデータを消去する消去手段と、
前記層ごとの層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算手段と
を備えたことを特徴とする請求項10に記載のストックレベル推定装置。 The model is
Generating means for generating data including the layer thickness of the layer formed in the furnace by the waste and melting auxiliary material charged in the furnace for each predetermined period;
Model generating means for generating an in-furnace deposition model in which the data for each layer is arranged in the order of charging in the furnace,
Calculate the amount of waste and melting auxiliary material that reacts with oxygen blown from the tuyere to reduce the layer thickness data of the layer located at the bottom layer of the in-furnace deposition model, or located at the bottom layer An erasing means for erasing the layer data;
The stock level estimation apparatus according to claim 10, further comprising level calculation means for calculating a stock level by integrating layer thickness data for each layer.
前記堆積層を複数の層が炉の高さ方向に堆積された堆積モデルとして表わし、
所定周期毎に、新たな層を前記堆積モデルの最上部に生成して、当該新たな層に前記所定周期内に前記炉内に装入された前記投入物に関する情報を関連付ける投入層生成手段と、
所定周期毎に、前記羽口から吹き込まれる酸素と反応して減少する廃棄物及び溶融補助資材の量を算出して炉内堆積モデルの最下層に位置する層の前記投入物に関する情報を更新し、または最下層に位置する層を消去する溶融層処理手段と、
前記層毎に層厚を算出する層厚算出手段と、
前記層毎の層厚データを積算してストックレベルを演算するレベル演算手段と
を備えたことを特徴とする請求項10に記載のストックレベル推定装置。 The model is
The deposited layer is represented as a deposition model in which a plurality of layers are deposited in the height direction of the furnace,
An input layer generation means for generating a new layer at the top of the deposition model at every predetermined period and associating the new layer with information on the input charged into the furnace within the predetermined period. ,
Update the information on the input of the layer located in the lowest layer of the in-furnace deposition model by calculating the amount of waste and melting auxiliary material that reacts with the oxygen blown from the tuyere and decreases at predetermined intervals. Or molten layer processing means for erasing the layer located at the bottom layer,
A layer thickness calculating means for calculating a layer thickness for each layer;
The stock level estimation apparatus according to claim 10, further comprising level calculation means for calculating a stock level by integrating layer thickness data for each layer.
前記ストックレベルが第1の所定レベルよりも低くなった場合は、前記投入物の増量、前記酸素含有ガスの増量の少なくとも1つの操作を実行し、
前記ストックレベルが第2の所定レベルよりも高くなった場合は、前記投入物の減量、前記酸素含有ガスの減量の少なくとも1つの操作を実行すること
を特徴とする廃棄物ガス化溶融炉の運転方法。 A stock level is estimated using the stock level estimation method according to any one of claims 1 to 5,
If the stock level is lower than a first predetermined level, perform at least one of the operations of increasing the input and increasing the oxygen-containing gas;
When the stock level becomes higher than a second predetermined level, the waste gasification and melting furnace is operated, wherein at least one of the reduction of the input and the reduction of the oxygen-containing gas is performed. Method.
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JP2004107942A JP2005291630A (en) | 2004-03-31 | 2004-03-31 | Stock level estimation method, stock level estimation program, stock level estimation device, and method of operating waste gasification melting furnace |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2012109490A2 (en) * | 2011-02-09 | 2012-08-16 | Denver Zoological Foundation, Inc. | Systems and methods for waste collection, processing, and optimization, biomass fuel generation, and gasification |
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2004
- 2004-03-31 JP JP2004107942A patent/JP2005291630A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2012109490A2 (en) * | 2011-02-09 | 2012-08-16 | Denver Zoological Foundation, Inc. | Systems and methods for waste collection, processing, and optimization, biomass fuel generation, and gasification |
WO2012109490A3 (en) * | 2011-02-09 | 2012-11-01 | Denver Zoological Foundation, Inc. | Systems and methods for waste collection, processing, and optimization, biomass fuel generation, and gasification |
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