JP2007010258A - ストーカ式ごみ焼却炉における火格子温度を用いたごみ燃焼状態検出方法と、これを用いたごみ焼却制御方法及び火格子温度制御方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】 ストーカ式ごみ焼却炉における燃焼制御等の応答速度を高め、ごみ燃焼量やごみ質変動に対しても安定したごみ燃焼が行え、ボイラ蒸発量等を設定値に安定して保持できるようにする。
【課題解決手段】 火格子温度を用いて燃焼制御を行うストーカ式ごみ焼却炉において、ストーカ全体の複数箇所の火格子を対象として、各火格子に対して一個所もしくは複数箇所の温度を測定すると共に各火格子の通風量を燃焼空気量の計測値から算出し、前記各火格子の平均温度と通風量から火格子の伝熱冷却特性に基づいて火格子通過熱量を演算し、当該火格子通過熱量の演算値によって燃焼物の発熱量を把握する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、都市ごみ等の廃棄物を焼却するストーカ式ごみ焼却炉のごみ燃焼制御システムの改良に関するものであり、火格子表面温度からごみの燃焼状態の変化を早期に検知すると共にごみ層内部の燃焼の進行状態を把握することにより、ごみ燃焼状態の変化を迅速に対応して、常に安定したごみ燃焼を行えるようにした火格子温度を用いたごみ燃焼状態検出方法と、これを用いたごみ燃焼制御方法及び火格子温度制御方法に関するものである。

都市ごみ等の廃棄物を焼却するストーカ式ごみ焼却炉は、一般に図１６に示す如きごみ燃焼制御システムの基本的構成を備えており、ホッパ３６から給じん装置３７により炉内へ供給されたごみＷは、乾燥ストーカ３１、燃焼ストーカ３２、後燃焼ストーカ３３を経て焼却され、焼却灰Ｗｏとなって排出口３９から炉外へ排出されて行く。

前記ごみＷの一次燃焼空気Ａ₁・Ａ₂・Ａ₃は、一次燃焼空気供給装置３８からダンパ５４ａ〜５４ｄを介して供給され、予め設定された燃え切り点Ｑａで燃焼が完了すると共におき燃焼完結点Ｑｂで所謂おき燃焼が完結するように制御されている。

即ち、ごみＷの燃焼量は、主として炉内のごみＷの供給量と、一次燃焼空気Ａ₁・Ａ₂・Ａ₃の供給量及び一次燃焼空気温度によって制御されている。また、前記ごみＷの供給量は、給じん装置３７、乾燥ストーカ３１、燃焼ストーカ３２等の作動速度をストーカ速度調整装置１８で調整することにより制御されており、更に一次燃焼空気の供給量及びその温度は、一次燃焼空気供給装置３８、ダンパ５４ａ〜５４ｄ、及び空気予熱器４３ａ・４３ｂ等により調整されている。

より具体的には、炉側壁に設置したごみ層レベルセンサ５０ａ・５０ｂ・５０ｃや炉前に設置したカメラ（図示省略）からの信号、炉内ガス温度センサ（図示省略）からの信号燃え切り点検出器５１からの信号等のごみの燃焼状態を示す情報を利用して、ストーカ速度調整装置４８を介して各ストーカ３１、３２、３３及び給じん装置３７の作動を制御し、ごみ層の厚さが上昇した場合には、上流側の給じん装置３７あるいはストーカの速度を遅くしてごみ層の厚を下げる。また、燃え切り点Ｑａが下流側に来た時は、ストーカ速度を遅くすることでこれを所定の位置へ戻す。

また、ごみ投入重量、廃熱ボイラ３５の蒸気発生量（若しくはガス冷却水噴射量）、排ガス流量などのごみ燃焼量を検知するための情報を利用して、所定のごみ燃焼量を達成するのに必要な一次燃焼空気量が演算され、一次燃焼空気Ａ₁〜Ａ₃として供給される。尚、一般的には、前記ごみの燃焼量を一定に保つように燃焼制御が行われるが、ごみの燃焼熱を廃熱ボイラ３５で回収して発電を行うプラントにおいては、安定した発電量を得るために蒸気発生量（即ち、燃焼熱量）を一定に保つことが特に要求されることになり、その結果、ごみ燃焼熱量を一定に保持する必要性が高くなる。

そのため、通常は、目標燃焼量設定装置４５からの設定値と、ごみ供給量検出器４９ａの検出値を用いて燃焼量演算装置４４で演算した燃焼量の演算値とから、空気量演算装置４６ｂで必要空気量を演算すると共に、蒸気流量検出器４９ｂの信号により空気量演算装置４６ａでボイラ３５の発生蒸気量に対応した必要空気量を演算し、両空気量演算装置４６ａ・４６ｂからの演算信号により、燃焼空気量調整装置４７を介して各ダンパー５４ａ〜５４ｄの開度を調整することにより、前記一次燃焼空気Ａ₁〜Ａ₃を制御するようにしている。

上記図１６に示すような従前のストーカ式ごみ焼却炉の燃焼制御システムは、焼却するごみＷの成分や発熱量、水分含有率等の所謂ごみ質が略一定の場合には、高能率で安定したごみの燃焼処理が行える。
しかし、前述の如く蒸発量制御等のごみＷの投入熱量を設定値に保持する制御を行う必要がある場合には、ごみ質が変動するとごみＷの供給量も大きく変動することになり、一般にはごみ質が低下すると、ごみ供給量が増加して各ストーカ上の廃棄物の層厚さが大になる。

また、ごみ層厚さが大になれば、ストーカ速度調整装置４８により上流側の給じん装置３７やストーカの作動速度を変化させることにより、ごみ層厚さの調整が行われる。しかし、ストーカ速度調整装置４８による給じん装置３７やストーカ作動速度の調整には、応答速度が遅いと云う基本的な弱点があり、その結果、ごみ層厚さの修正が不十分で一次燃焼空気の吹き抜けを生じたり、燃え切り点Ｑａが大きく変動することにより、灰Ｗｏの熱灼減量や２次燃焼に悪影響を与えるという問題がある。

尚、図Ａにおいて３４は二次燃焼室、４０は排ガス浄化装置、４１は誘引通風機、４２は煙突、５２はおき燃焼完結点検出器、５３は燃え切り点検出器、５５は自動燃焼制御装置である。

上述の如く、従前のストーカ式ごみ焼却炉のごみ燃焼制御には、ごみ燃焼量の過不足やごみ質の変化による燃焼熱量の過不足に対する制御の応答性が低いという基本的な問題が存在する。そして、これ等の問題は、何れも前記ごみの燃焼状態を検知するセンサ（例えば、ごみ層レベルセンサ５０ａ〜５０ｃや炉内ガス温度センサ等）やごみの燃焼量を検知するセンサ（例えば、排ガス流量センサや蒸気流量検出センサ４９ｂ等）が、ごみを外部から監視する型式のもの、或いはごみが燃焼した結果発生する排ガス等に関係する事象を検出する型式のものであり、ストーカ上における乾燥又は燃焼中のごみ層の内部を直接監視する型式のセンサでないことに起因するものであると云うことができる。何故ならストーカ上のごみ層の内部の状態が直接に把握できない場合には、燃焼量（又は燃焼熱量）の過不足に対する微候がごみ層の内部で出現してからセンサが現実にその過不足を検知するまでの時間だけ、過不足を調整するために採るべき対応が遅れることになり、その結果、燃焼状態等の変動がより大きくなるからである。

一方、前記ごみ層内部の状態を早期に把握して燃焼制御の応答性を高める方策として、ストーカ式ごみ焼却炉の火格子の温度分布とごみ厚さ分布の何れか一方又は両方を検出し、これを用いて総燃焼空気流量の制御を行うように燃焼制御方法（特開２００１−２４８８１９号）や、炉出口の排ガス温度と火格子後燃焼帯の火格子の温度計測値とを用いて、燃焼空気吹き込み用ダンパの開度を調整することにより、炉出口の排ガス温度を適正範囲に維持しながら、炉出口における排ガスの混合が良好となる位置にごみの燃焼位置を制御するようにした燃焼制御方法（特開２０００−３２０８２４号）等が開示されている。

前記特開２００１−２４８８１９号には、イ．火格子はごみの燃焼部からの伝熱を直接受けるため、火格子の温度から時間遅れなしに炉内のごみの燃焼状態の分布を得ることができること及びロ．設置に関して特別に新しい技術を必要としないこと、と云う特徴が存在する。この発明は、これ等の特徴を用いて、具体的には、ストーカ面の各制御分割領域の火格子温度の平均値を算出し、当該火格子温度の平均値が良好な燃焼状態の場合の温度範囲より低いときには後燃焼空気量を増加させ、逆に高いときには後燃焼空気量を減少させると云う制御を行うものである。

しかし、特開２００１−２４８８１９号においては、火格子温度を用いることにより火格子上のごみ燃焼の強・弱は迅速に検出できるものの、当該火格子温度の検出値から判断されるのは単にごみ燃焼の強弱のみだけであって、ごみ層内部の状態（例えば、揮発性ガスの燃焼が主体であるか、或いは固定炭素の燃焼が主体であるかの判別）の判別や、燃焼熱量の過不足等に対する調整制御は一切行われていない。
その結果、特開２００１−２４８８１９号では、燃焼空気量の制御応答性は若干高まるものの、ストーカ上のごみ層内部の状態の検知が全く行われていないため、燃焼状態の変動や燃焼熱量の変動（ごみ質変動）等をより迅速に調整、制御することが出来ないという問題がある。

尚、前記特開２０００−３２０８２４号も特開２００１−２４８８１９号とほぼ同様であり、後燃焼帯を形成する火格子の温度計測値を用いて燃焼空気吹き込みダンパの開度調整を行うようにしているため、ストーカ上のごみ燃焼の強弱は迅速に検出でき、その結果、燃焼空気量の制御応答性は向上する。
しかし、火格子温度の検出値からストーカ上のごみ層内部の状態を検知することは全く行われていないため、燃焼状態の変動や燃焼熱量の変動等に対してより迅速な調整、制御を行えないと云う問題がある。

特開２００２−２０６７２２号公報 特開２００１−２４８８１９号公報 特開２０００−３２０８２４号公報

本発明は、従前のストーカ式ごみ焼却炉の燃焼制御における上述の如き問題、即ちイ．燃焼制御を構成する各種のセンサの全てが、ストーカ上におけるごみ層内部を直接監視する型式のセンサでないため、燃焼量や燃焼熱量の過不足に対する調整、制御が遅れることになり、その結果燃焼量や熱燃焼量等の変動が大きくなること、ロ．ストーカの温度検出値を用いて燃焼空気量の制御を行う方法にあっても、単に燃焼空気量の制御応答性を高めることができるものの、燃焼量や燃焼熱量の制御を含めた自動燃焼制御系全体としての応答性を高めることはできないこと等の問題を解決せんとするものであり、ストーカの温度計測値等からストーカ上のごみ層内部の状態を検知できるようにすることにより、「燃焼量や燃焼熱量の過不足の微候がごみ層内部で現れてから現実にその過不足をセンサで検出するまでの時間だけ過不足を調整するための対応が遅れることにより、燃焼変動等が大きくなる。」のを完全に防止できるようにした、ストーカ式ごみ焼却炉における火格子温度を用いたごみ燃焼状態検出方法と、これを用いたごみ燃焼制御方法及び火格子温度制御方法を提供することを発明の目的とするものである。

請求項１の発明は、火格子温度を用いて燃焼制御を行うストーカ式ごみ焼却炉において、ストーカ全体の複数箇所の火格子を対象として、各火格子に対して一個所もしくは複数箇所の温度を測定すると共に各火格子の通風量を燃焼空気量の計測値から算出し、前記各火格子の平均温度と通風量から、火格子の伝熱冷却特性に基づいて火格子通過熱量を演算し、当該火格子通過熱量の演算値によって燃焼物の発熱量を把握することを発明の基本構成とするものである。

請求項２の発明は、火格子温度を用いて燃焼制御を行うストーカ式ごみ焼却炉において、ストーカ全体の複数箇所の火格子を対象として、各火格子に対して一箇所若しくは複数箇所の温度を測定すると共に各火格子の上壁面の温度分布から火格子近傍の燃焼形態を把握し、当該把握した燃焼形態によってごみ燃焼の進行状況を検出することを発明の基本構成とするものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、火格子の温度を測定する箇所を火格子先端部と火格子上壁面の中間部の２個所とするようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項１のごみ燃焼状態検出方法により把握した燃焼物の発熱量に係る情報と、請求項２のごみ燃焼状態検出方法により検出したごみ燃焼進行状況に係る情報との何れか一方又は両方を利用して、ごみ供給速度、ストーカ速度、一次燃焼空気量及び一次燃焼空気分配率の少なくとも一つを調整する構成としたことを発明の基本構成とするものである。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、ボイラ蒸気流量、燃え切り点位置、ごみ層厚さなどに係る情報を併せて利用するようにしたものである。

請求項６の発明は、請求項１のごみ燃焼状態検出方法により検出した火格子温度又は火格子通過熱量の演算値若しくは燃焼物の発熱量に係る情報の少なくとも一つを用いて火格子の通風量を調整することを発明の基本構成とするものである。

請求項７の発明は、請求項２のごみ燃焼状態検出方法により検出した火格子温度又は把握したごみ燃焼形態若しくはごみ燃焼の進行状況に係る情報の少なくとも一つを用いて、火格子の通風量を調整することを発明の基本構成とするものである。

本発明では、火格子近傍（即ち、火格子上壁面上）のごみ燃焼等の状態を、その温度測定値に基づいて火格子近傍で直接的に検知する構成としている。そのため、燃焼状態の変動等を検知するタイミングは、従前の他の如何なる検知センサや検知システムよりも早くなり、且つより正確な検知が行なえる。これにより、必要とする制御操作をより迅速に行うことができ、結果として燃焼量等の変動幅を大幅に減少させることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係るストーカ式ごみ焼却炉のストーカ部の平面概要図であり、所謂乾燥ストーカＤと燃焼ストーカＣと後燃焼ストーカＢとからストーカ部が形成されている。

即ち、当該ストーカ部は、横幅の方向に１０列のストーカ列が並設されており、また、縦幅の方向には合計２４列の可動ストーカ列と固定ストーカ列とから成る乾燥ストーカＤ、燃焼ストーカＣ及び後燃焼ストーカＢが並設されている。
また、各ストーカ列は、図２に示すように可動火格子Ｓ₁と固定火格子Ｓ₂とを組合すことにより形成されており、可動火格子Ｓ₁が矢印イ方向へ往復移動することにより、ストーカ上のごみ（図示省略）が順次前方（左側方向）へ繰り出されて行く。

一次燃焼空気Ａ₁・Ａ₂・Ａ₃は図３に示すように各火格子Ｓ₁・Ｓ₂の下方より供給され、各ストーカ内方を矢印ロ方向に進行して、各火格子Ｓ₁・Ｓ₂の先端部よりストーカ上のごみＷ内へ噴出される。
尚、ストーカ式ごみ焼却炉のストーカ部については、既に公知（例えば、特開２００２−３１３２２号等）であるため、ここではその詳細な説明を省略する。

図５は、本発明に係るごみ燃焼状態検出方法の基本構成を示すブロック図であり、本発明のごみ燃焼状態検出方法は、火格子温度測定部１と、燃焼空気量測定部２と、火格子通風量演算部３と、火格子通過熱量（受熱量）演算部４と、ごみ層内状態の把握・測定部５と、焼却炉運転制御部６とから構成されている。

前記火格子温度測定部１は、火格子Ｓの上壁面の平均温度を測定するものであり、火格子上壁面の可能な限り多くの箇所の測定値を平均したものが望ましいが、測定個所を統一しておけば、一枚の火格子Ｓについて一点だけの温度計測であっても、実用上特に問題を生ずることはない。

また、前記燃焼空気量測定部２は、多数の火格子群よりなるストーカ部へ供給される一次燃焼空気量を測定するものであり、当該燃焼空気量測定部２からの通風量測定値を用いて、火格子通風量演算部３において各火格子の下面空間部内を通過する火格子通風量が演算される。

更に、火格子通過熱量（火格子受熱量）演算部４では、前記火格子Ｓの上壁面の平均温度と、演算された火格子通風量等を用いて火格子通過熱量を演算する。
例えば、いま一つの火格子Ｓの上壁面を電気ヒータで加熱すると共に、火格子Ｓの下面空間部へ空気を流してこれを冷却し、この時の空気の入口温度と出口温度及び空気流量を測定することにより予め火格子の伝熱冷却特性等を調査しておく。即ち、前記空気の入口温度と出口温度と空気流量とから空気の持去り熱量＝火格子通過熱量を求めることができる。その結果、ａ．火格子上壁面の平均温度、ｂ．火格子通風量及びｃ．火格子通過熱量の相互関係が把握できる。

一方、ストーカ式ごみ焼却炉の運転中でも、上記ａ．、ｂ．及びｃ．の相互関係からして前記ａ．火格子上壁面の平均温度とｂ．火格子通風量の二つの量を知ることにより、前記ｃ火格子通過熱量を求めることができる。
上記火格子通過熱量演算部４では、上述の如き論理に基づいて火格子上壁面の平均温度と火格子通風量とから、火格子通過熱量が演算される。

又、同時に、火格子Ｓの上壁面の温度分布が判れば、火格子近傍におけるごみの燃焼状態を判断することができる。
即ち、ごみＷは水分、可燃分、灰分の三成分からなっており、そのうち可燃分は揮発分と固定炭素に分けられる。ストーカ式焼却炉では、イ．生ごみから水分が蒸発して乾燥し、ロ．揮発分は可燃ガスとなって燃焼する。また、ハ．固定炭素（チャー）は表面燃焼をし、灰になるという順序で燃焼が進行する。
前記ごみの燃焼は、各段階イ．ロ．ハ．が夫々完了してから次の段階へ進むわけではなく、イ．の乾燥段階が完了する前に、ロ．の揮発分が出始めるなど、各段階イ．ロ．ハが重なり合って起生するものの、これ等の順序が逆転することはない。

その結果、前記イ．の乾燥中で可燃ガスが発生する前の段階では、燃えるものが無いので、空気を入れても火格子温度が上昇することは無い。また、ロ．の揮発分が可燃ガスとなって燃焼する段階では、図３に示すように固体の粒径はまだ大きく、火格子Ｓの先端から出た空気は、可燃ガスと混合されて固体粒子間の間隙内で燃焼する。燃焼ガスは高温で軽く上方へ流れるので、火格子Ｓの先端を主に加熱することになる。

一方、前記ハ．の固定炭素が表面燃焼をする段階では、固体の粒径はばらけて小さくなっており、火格子Ｓから出た空気は、固定炭素と共に固体粒子表面で燃焼する。よって火格子Ｓの背中に当たる部分（上壁面の中央部分）も加熱することになる。
すなわち、少なくとも火格子Ｓの先端部と背中部の２ヶ所の温度の差を測定することによって、火格子近傍で揮発燃焼と表面燃焼のどちらが起こっているか、あるいは燃焼が起こっていないかが分かる。換言すれば、火格子一枚に複数の温度検出器を設置することによって、実炉の運転中でも温度検出値から、前記燃焼状態の内容（揮発燃焼と表面燃焼の何れが発生しているのか、或いは両者が同時に発生しているのか、若しくは燃焼が発生していないのか）を把握することができる。

上記図５のごみ層内状態の把握・判断部５においては、上記の火格子上壁面の少なくとも２ヶ所の温度検出値から、前記ごみ層内の状態（例えば燃焼状態の内容）の把握・判断が行われる。

即ち、現実のストーカ式ごみ焼却炉の運転中においても、火格子上壁面の少なくとも2箇所の温度を検出することにより、火格子Ｓの通過熱量（受熱量）と火格子近傍における燃焼状態を検知することが可能である。
また、前記火格子Ｓの通過熱量の大小は、ごみＷの発熱量の大小と密接に関連するものである。
更に、前記火格子Ｓの近傍（上壁面部）における燃焼状態（燃焼形態）は、ごみストーカ上のＷの進行と密接に関連するものである。

従って、上記火格子通過熱量演算部４とごみ層内燃焼状態把握判断部５からの情報により、ごみの発熱量とごみ焼却の進行状況を迅速確実に把握することができ、ストーカ式ごみ焼却炉の運転制御部６では、例えば、ａ．乾燥ストーカＤ上でごみ発熱量が低下したときには、ごみ供給量を増加して投入熱量を一定に保つこと、また、ｂ．ごみ焼却の進行が遅れた場合には、乾燥ストーカＤへの空気Ａ₁の供給量を増加して乾燥を促進させること、更に、ｃ．燃焼ストーカＣ上でごみ焼却の進行が遅れた場合には、ストーカ速度を減少して燃え切り点を一定位置に保持させること、等の具体的な制御操作が行われる。

尚、燃焼状態の変化に対して採られる操作手段（制御手段）そのものは、従前のストーカ式ごみ焼却炉の燃焼制御方法の場合と全く同じである。
しかし、本発明では、火格子Ｓの上壁面の状態を直接に検知（即ち、火格子近傍で直接的検知をすること）しているため、燃焼状態等の変化を検知するタイミングは、従前の如何なる検知センサーや検知システムよりも短くなり、より迅速な制御操作を行うことがでる。その結果、所謂燃焼量の変動幅等が大幅に減少することになる。

前記図１を参照して、本実施形態においては、乾燥ストーカＤ、燃焼ストーカＣ及び後燃焼ストーカＤが夫々合計８０枚の可動火格子と固定火格子を組み合わせることにより形成されており、後述するように乾燥ストーカＤでは、番号Ｄ₁〜Ｄ₄を付した火格子に、また、燃焼ストーカＣでは番号Ｃ₁〜Ｃ₄を付した火格子に、夫々先端部と上面中央部の温度を検出するための温度検出器（図示省略）が設けられており、各火格子Ｄ₁〜Ｄ₄、Ｃ₁〜Ｃ₄、Ｂ₁〜Ｂ₄の先端部と上面中央部（背中部）の温度が夫々検出されている。

尚、温度検出をする火格子の数やその位置等は、ごみの流れ方向におけるごみの燃焼状態が把握できるように適宜に選定されており、本実施形態では、ストーカの中央部に１列状に温度を測定する火格子を配列しているが、２列或いは３列状に被温度測定火格子を配列するようにしもよい。

また、上記火格子Ｓの先端部及び上壁面中央部（背中部）の温度を検出するための温度検出器は、如何なる型式のものであってもよい。更に、温度検出器を火格子上壁板の内方へ埋込み固定するようにしてもよい。

今、図１において、Ｔｃ₁ａを火格子Ｃ１の先端部温度、Ｔｃ₁ｂを火格子Ｃ１の背中部温度とすると、燃焼状態の進行状況を推定するためにごみ層内状態の把握・判定部５で用いる温度差ΔＴｃ₁は、ΔＴｃ₁＝Ｔｃ₁ａ−Ｔｃ₁ｂで定義することができる。
いまここで、上記温度差ΔＴを燃焼ストーカＢだけでなく乾燥ストーカＤ及び後燃焼ストーカＤをも含めて表示すると、当該温度差ΔＴは燃焼の進行と共に変化し、図６の如き推移を示すことになる。

図７は、図１のストーカにおける火格子温度差ΔＴの分布の一例を示すものであり、×印は焼却炉運転の初期の状態を、−（実線）は燃焼の進行状態が早まった場合の状態を、---（点線）は燃焼の進行状態が遅れた場合の状態を夫々示すものである。

図７を参照して運転初期の場合には、ガス化燃焼の中心は火格子Ｄ４及び表面燃焼の中心は火格子Ｃ４であり、火格子Ｂ２以降は灰になった状態である。
ΔＴの分布が×の初期状態から実線で示したような分布に変化した場合には、ガス化燃焼の中心はＤ３及び表面燃焼の中心は火格子Ｃ２であり、燃焼の進行状況が早まった状態である。この変化はΔＴ_D2やΔＴ_D3の増加、もしくはΔＴ_C1やΔＴ_C2の減少によって検知できる。
逆に、点線で示した状態は、燃焼の進行状況が遅れた状態を示すものであり、この状態はΔＴ_D2やΔＴ_D3の減少、もしくはΔＴ_C1やΔＴ_C2の増加によって検知できる。

ここで注意すべきは、火格子Ｄ４の測定値はいずれの場合にも減少していることであり、ΔＴの分布が極大あるいは極小の近傍では燃焼状況の早まり、遅れのいずれに対しても同じ変化をするという性質である。正しい判断をするためには、ΔＴの全体の分布を考慮して、どの火格子ＳのΔＴの変化に注目するかを決定しなくてはならない。
尚、実炉の制御においては、この例では火格子Ｄ３に注目して、ΔＴ_D3が増加すれば燃焼を遅らせる操作（乾燥ストーカ空気量を減少する、乾燥ストーカ速度を上げるなど）、ΔＴ_D3が減少すれば燃焼を早める操作（乾燥ストーカ空気量を増加する、乾燥ストーカ速度を下げるなど）を行うようにしている。

次に、火格子通過熱量の演算について述べる。今、火格子通過熱量の演算に使用する平均温度Ｔ_C1を、火格子Ｃ１について以下のように表記する。
Ｔ_C1＝（Ｔ_C1a＋Ｔ_C1b）／２
また、火格子Ｃ１に流れる空気量をＦ_C1、火格子Ｃ１を通過する熱量をＱ_C1とすると
Ｑ_C1＝ｆ（Ｔ_C1，Ｆ_C1）
で表され、一例をグラフ化すると図８のようになる。図８からも明らかなように、空気量が多いほど、また、火格子温度が高いほど、火格子通過熱量が高いという関係がある。グラフの勾配はごみ質、火格子特性（形状、冷却効率など）などをパラメータとして変化する。尚、図８は、幅１６０ｍｍの火格子（（株）タクマ製）について実測したものである。

前述の通り、火格子通過熱量Ｑは、ごみＷの発熱量と密接な関係があるため、当該火格子通過熱量Ｑを監視すればごみＷの発熱量の増減が判ることになる。

図９は、図１のストーカにおける火格子平均温度Ｔの分布状況の一例を示すものである。
図９からも判るように、火格子温度は当然燃焼帯Ｃで高くなる。図１の例では、まったく燃焼が始まっていない火格子Ｄ１では常温であり、火格子Ｄ４（ガス化燃焼中心）から火格子Ｃ４（表面燃焼中心）までが、それ以外に比較して高温になっている。ここで、火格子Ｂ２から火格子Ｂ４において、燃焼が終了しているにも拘わらず約１５０℃となっているのは、火格子Ｂ１から火格子Ｂ４へは灰中の燃え残りを減少させるために、１５０℃近い空気を通風しているからである。

前記図９のデータから火格子通過熱量Ｑを算出すると、図１０の×（初期状態）で示したようになる。
図１０を参照して、火格子通過熱量Ｑの分布が×の初期状態から実線で示したような分布に変化した場合を考える。この場合、燃焼帯（Ｄ４〜Ｃ４）での火格子通過熱量Ｑが上がっており、ごみの発熱量が増加した状態である。
この変化は、Ｔ_D4〜Ｔ_C4の増加によって検知でき、上流側から順に（火格子Ｄ４→火格子Ｃ１→火格子Ｃ２→・・・の順）変化が起こる。
逆に、点線で示した状態は、ごみの発熱量が減少した状態であり、Ｔ_D4〜Ｔ_C4の減少によって検知でき、上流側から順に変化が起こる。

実炉における投入熱量を一定にする制御では、変化が早期に現れる火格子Ｄ４や火格子Ｃ１に注目して、Ｔ_D4、Ｔ_C1が増加すればごみ供給量を減少させる操作（ごみ供給装置の速度を減少する）を行い、また、逆にＴ_D4、Ｔ_C1が減少すれば、ごみ供給量を増加させる操作（ごみ供給装置の速度を増加する）を行うようにしている。

現実のストーカ式ごみ焼却炉においては、燃焼状態の変化（燃焼進行状況の変化）とごみ質の変化が同時に起こることが少なくない。
具体的には、図１１及び図１２における×の初期状態から実線で示した状態に変化した場合について考える。まず、燃焼帯の位置は、火格子Ｄ４〜火格子Ｃ４であったものが、火格子Ｄ３〜火格子Ｃ３に移動する。次に、火格子通過熱量Ｑの値は、約６００から約７００に上昇している。よって、これはごみ燃焼の進行状況が早まるとともに、ごみに発熱量が増加したことを示しており、燃焼を遅らせる操作と同時にごみ供給量を減少させる操作を行うことになる。

ここで注意すべきは、火格子Ｄ３の火格子通過熱量Ｑの変化である。約１５０から約７００へと大きく変化しているが、これは火格子Ｄ３の位置での燃焼状況が、乾燥途中からガス化燃焼中心へ変化したことによる影響が大きい。前述したように、正しい判断をするためには全体の分布を考慮して、どの火格子の変化に注目するかを決定する必要がある。

次に、火格子温度の制御方法に関する実施例について説明する。図１３は、ストーカ式ごみ焼却炉の一次燃焼空気量と平均火格子温度（空気温度２０℃）の関係の一例を示す線図である。
上述の通り、火格子平均温度Ｔは、ごみの発熱量Ｑｏと密接な関係を有するものであり、実炉の運転データを解析すると、通過熱量Ｑはごみ発熱量Ｑｏに正比例し、空気量によらずほぼ一定であることが、現実に確認されている。
そのため、ごみの発熱量Ｑｏが一定であるとすれば、図１３の関係からわかるように、どれだけ空気量を増加すればどれだけ火格子平均温度Ｔを下げることができるかが判る。

例えば、基準ごみを焼却している時に、燃焼ストーカへ空気供給量Ｆ_C1＝２０ｍ３Ｎ／ｈ、平均温度Ｔ_C1＝４４０℃であったとする。火格子温度Ｔ_C1は、経験的に４００℃を越えると急速に損耗が進むことがわかっているので、４００℃以下に保持するように運転することが望ましい。そのためには、図１３より、Ｆ_C1を約２５ｍ３Ｎ／ｈ以上に保つ必要がある。
また、ごみＷが高質のごみに変化した場合は、Ｆ_C1を約４３ｍ３Ｎ／ｈ以上に保てば良いことがわかる。
さらに、火格子Ｓの保護を優先したい場合には、３００℃以下に保持するように、基準ごみの場合は４５ｍ３Ｎ／ｈ以上、高質ごみの場合は、８１ｍ３Ｎ／ｈ以上に、夫々保てば良い。

このような火格子平均温度を制御する方法は、これまで経験的に行われていたが、図１３のような関係を把握することで、自動制御を行うことができるとともに、火格子平均温度を下げるために、必要以上に空気量を増加して炉温を下げてしまうと云うことも、防止できる。
ここでも注意すべきは、図１０及び図１２を見ればわかるように、燃焼の進行状況に伴って図１３の関係が変化することであり、正しい判断をするためには、全体の分布を考慮して燃焼がどこまで進行しているかを把握する必要がある。

図１４は、本発明を実施したストーカ式ごみ焼却炉の制御システムのより具体的な一例を示すものであり、図１５は、上記図１４の制御システムを実施した場合の火格子温度差ΔＴ、火格子通過温度Ｑ等の具体値を示すものである。
尚、図１５は、図１に示したストーカ炉（（株）タクマ製）について、基準ごみを用いて実測した火格子温度差ΔＴ、火格子通過熱量Ｑ、空気量と火格子温度との関係等の具体例をまとめた線図である。

図１４を参照して、火格子温度測定部１の測定値１ａ、燃焼空気量測定部２の測定値２ａ、火格子通風量演算部３の演算値３ａ等から、火格子先端部と背中部の温度差ΔＴ_D1〜ΔＴ_B4、火格子平均温度Ｔ_D1〜Ｔ_B4、火格子通風量Ｆ_D1〜Ｆ_B4を求めると共に、火格子平均温度Ｔ_D1〜Ｔ_B4及び火格子通風量Ｆ_D1〜Ｆ_B4を用いて火格子通過熱量演算部４により火格子通風熱量の演算値Ｑ_D1〜Ｑ_B4を求める。
そして、前記ごみ層内状態の把握・判定部５にて燃焼進行状況５ａを把握すると共に、火格子通過熱量の演算値Ｑ_D1〜Ｑ_B4から燃焼物（ごみ）の発熱量（ごみ質）４ａを判断し、これにその他の情報（ボイラ蒸気流量、燃え切り点、ごみ層厚さ）７ａを加えて、前記各情報５ａ、４ａ及び７ａを自動燃焼制御装置（焼却炉運転制御部６）へ入力して、ごみ焼却炉の各作動装置を調整、制御するように構成されている。
尚、図１４のより具体化した制御システムにおける各測定値、各演算値及び制御動作等は、図１５の（ａ）〜（ｆ）に示す通りである。

本発明は、ごみを焼却するストーカ式焼却炉のみならず、各種の被燃焼物を取り扱う全てのストーカ式燃焼炉へ適用が可能なものである。

本発明に係るストーカ式ごみ焼却炉のストーカ部の平面概要図である。 ストーカの縦断面概要であり、可動火格子と固定火格子の組み合せの一例を示すものである。 ストーカの下方より供給された一次燃焼空気の流れ状態の説明図である。（可燃性ガスの燃焼が主体である場合）。 ストーカの下方より供給された一次燃焼空気の流れ状態の説明図である（固体炭素の表面燃焼が主体である場合）。 本発明のごみ燃焼状態検出方法を示すブロック構成図である。 火格子上壁面の温度差ΔＴと燃焼状態の進行状況との関係を示す線図である。 図１のストーカにおける火格子上壁面の温度差ΔＴの分布を示す線図である。 火格子の温度と空気量と火格子通過熱量の関係を示す線図である（空気温度２０℃のとき） 火格子平均温度Ｔの分布の一例を示す線図である。 図９のデータから演算した火格子通過熱量Ｑを示す線図である。 火格子温度差ΔＴの分布状況を示す線図である。 火格子通過熱量Ｑの分布状況を示す線図である。 ストーカ式ごみ焼却炉の一次燃焼空気量と火格子温度の関係を示す線図である。 本発明の制御システムの具体例を示すブロック構成図である。 図１４の制御システムにおける各制御値の具体例を示すものであり、（ａ）は記号の表示内容、（ｂ）は火格子の配列（図１と同じ）、（ｃ）は基準ごみにける火格子先端部と背中部との温度差ΔＴの分布、（ｄ）は基準ごみにおける火格子通過熱量Ｑの分布、（ｅ）は基準ごみにおける空気量と火格子温度との関係、（ｆ）は具体的な制御対象とその運転状況、対応策及び操作内容の説明図である。 従前のストーカ式ごみ焼却炉におけるごみ燃焼制御システムの基本的構成の一例を示すものである。

符号の説明

Ｄ 乾燥ストーカ
Ｃ 燃焼ストーカ
Ｂ 後燃焼ストーカ
Ｓ 火格子
Ｓ₁ 可動火格子
Ｓ₂ 固定火格子
Ｄ₁〜Ｄ₄ 温度測定対象火格子
Ｃ₁〜Ｃ₄ 温度測定対象火格子
Ｂ₁〜Ｂ₄ 温度測定対象火格子
１ 火格子温度測定部
２ 燃焼空気量測定部
３ 火格子通風量演算部
４ 火格子通過熱量（火格子受熱量）演算部
５ ごみ層内状態の把握・判定部
６ 焼却炉運転制御部
ΔＴ 火格子先端部と火格子背中部の温度差
Ｔ_1a 火格子先端部温度
Ｔ_1b 火格子背中部温度
Ｔ１ 火格子平均温度
Ｆ 空気量
Ｑ 熱量
Ｗ ごみ
Ｗｏ 灰
Ａ１・Ａ２・Ａ３ 一次燃焼空気
Ｑａ 燃え切り点
Ｑｂ おき燃焼完結点
３１ 乾燥ストーカ
３２ 燃焼ストーカ
３３ 後燃焼ストーカ
３４ 二次燃焼室
３５ 廃熱ボイラ
３６ ホッパ
３７ 給じん装置
３８ 一次燃焼空気供給装置
３９ 灰排出口
４０ 排ガス浄化装置
４１ 誘引通風機
４２ 煙突
４３ａ・４３ｂ 空気予熱器
４４ 燃焼量演算装置
４５ 目標燃焼量設定装置
４６ａ・４６ｂ 空気量演算装置
４７ 燃焼空気量調整装置
４８ ストーカ速度調整装置
４９ａ ごみ供給量検出器
４９ｂ 蒸気流量検出器
５０ａ〜５０ｃ ごみ層レベルセンサ
５２ おき燃焼完結点検出器
５３ 燃え切り点検出器
５４ａ〜４５ｄ ダンパ
５５ 自動燃焼制御装置

Claims (7)

1. 火格子温度を用いて燃焼制御を行うストーカ式ごみ焼却炉において、ストーカ全体の複数箇所の火格子を対象として、各火格子に対して一個所もしくは複数箇所の温度を測定すると共に各火格子の通風量を燃焼空気量の計測値から算出し、前記各火格子の平均温度と通風量から、火格子の伝熱冷却特性に基づいて火格子通過熱量を演算し、当該火格子通過熱量の演算値によって燃焼物の発熱量を把握することを特徴とする火格子温度を利用したごみ燃焼状態検出方法。
2. 火格子温度を用いて燃焼制御を行うストーカ式ごみ焼却炉において、ストーカ全体の複数箇所の火格子を対象として、各火格子に対して一箇所若しくは複数箇所の温度を測定すると共に各火格子の上壁面の温度分布から火格子近傍の燃焼形態を把握し、当該把握した燃焼形態によってごみ燃焼の進行状況を検出することを特徴とする火格子温度を利用したごみ燃焼状態検出方法。
3. 火格子の温度を測定する箇所を火格子先端部と火格子上壁面の中間部の２個所とするようにした請求項１又は請求項２に記載のごみ燃焼状態検出方法。
4. 請求項１のごみ燃焼状態検出方法により把握した燃焼物の発熱量に係る情報と、請求項２のごみ燃焼状態検出方法により検出したごみ燃焼進行状況に係る情報との何れか一方又は両方を利用して、ごみ供給速度、ストーカ速度、一次燃焼空気量及び一次燃焼空気分配率の少なくとも一つを調整する構成としたことを特徴とするごみ燃焼制御方法。
5. ボイラ蒸気流量、燃え切り点位置、ごみ層厚さなどに係る情報を併せて利用するようにした請求項４に記載のごみ燃焼制御方法。
6. 請求項１のごみ燃焼状態検出方法により検出した火格子温度又は火格子通過熱量の演算値若しくは燃焼物の発熱量に係る情報の少なくとも一つを用いて火格子の通風量を調整することを特徴とする火格子温度制御方法。
7. 請求項２のごみ燃焼状態検出方法により検出した火格子温度又は把握したごみ燃焼形態若しくはごみ燃焼の進行状況に係る情報の少なくとも一つを用いて、火格子の通風量を調整することを特徴とする火格子温度制御方法。

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