JP2009019787A

JP2009019787A - 廃棄物ガス化溶融炉の棚吊り検知方法

Info

Publication number: JP2009019787A
Application number: JP2007181299A
Authority: JP
Inventors: Minoru Tanabe; 実田鍋; Shuichi Hirata; 修一平田; Kyoji Okazaki; 協司岡崎
Original assignee: JFE Engineering Corp; JFE Environmental Solutions Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp; JFE Environmental Solutions Corp
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2009-01-29

Abstract

【課題】炉内での棚吊りを迅速に検知できる廃棄物ガス化溶融炉の棚吊り検知方法を提供することを課題とする。
【解決手段】廃棄物ガス化溶融炉１に廃棄物を定量供給し、該廃棄物ガス化溶融炉１から排出される排ガス量を計測し、排ガス量の減少が所定時間以上続いた場合に、炉内で廃棄物の棚吊りが発生していると判定する。廃棄物の供給量が変動する場合には、廃棄物ガス化溶融炉１から排出される排ガス量と廃棄物ガス化溶融炉１に供給する廃棄物供給量を計測し、廃棄物単位供給量あたりの排ガス量を算出し、廃棄物単位供給量あたりの排ガス量の減少が所定時間以上続いた場合に、炉内で廃棄物の棚吊りが発生していると判定する。
【選択図】図２

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知られている。この炉は、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、炉上部から投入され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）が形成されている。

３つに区分されている上記各部には、外部からの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熱分解ガス（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棚を形成する現象、いわゆる「棚吊り現象」が発生することがある。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り、廃棄物は棚に支えられて廃棄物堆積層上部に留まったままとなり、部分燃焼や熱分解せず燃焼が不安定になる。また、棚吊りが起ると主羽口や副羽口から吹き込まれる酸素含有ガスと、廃棄物が熱分解して生成した熱分解ガス（可燃性ガス）との炉内ガスの流れが悪くなり、燃焼が不安定になり円滑な操業ができなくなる。

棚吊りが起っても廃棄物は供給され続けるため、棚吊り箇所の上に載った廃棄物の重みや他の原因で棚が崩れて落下（棚落ち）することもある。このような崩落が起った場合には、炉内に大きな圧力変動を引き起こし燃焼が著しく不安定となったり、停滞していた部分燃焼や熱分解が急激に起こり、熱分解ガスの増加、燃焼による急激な温度上昇と圧力上昇が起り、設備が損傷される虞れが生じることがある。このような棚落ちが起った時には、それまで棚の上にあって滞留していた廃棄物が落下するため、廃棄物堆積層の高さは急激に増加する。このように棚吊りが生じ棚落ちが起ると廃棄物ガス化溶融炉の操業に支障が生じるため、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、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、操業状態の点検を行うと共に、棚吊り発生の有無を推定していた。廃棄物堆積層の高さを測定する方法としては、先端に錘をつけたチェーンを用いて、錘を上部から降ろして、廃棄物堆積層に着地した高さを測定する方法が用いられている。チェーンが炉内の高温部を通過する際にチェーンの熱損傷が生じるのでチェーンの寿命を延ばすために、測定頻度は１０〜２０分に一回程度で行われるため、棚吊りの発見が遅れ、棚落ちが生じることがあった。

また、堆積層のレベル高さの測定に関しては、マイクロ波を炉上部より照射して廃棄物堆積層の表面から反射させ、廃棄物堆積層の高さを計測する方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開平０９−０８９６３２

しかしながら、特許文献１では、炉壁に固着して形成している棚を検知するのは困難であり、棚吊りの発見ができないという問題がある。

そこで、上述の錘をつけたチェーンを用いる方法や、特許文献１のようなマイクロ波を用いて廃棄物堆積層の高さを測定する方法とは異なる別の方法により、棚吊りを発見する方法が望まれていた。

本発明は、かかる事情に鑑み開発されたものであり、廃棄物ガス化溶融炉での棚吊りを迅速に検知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課題とする。

このような課題は、以下の第一ないし第四発明のいずれによっても解決される。

＜第一発明＞
第一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、廃棄物ガス化溶融炉に廃棄物を定量供給し、該廃棄物ガス化溶融炉から排出される排ガス量を計測し、排ガス量の減少が所定時間以上続いた場合に、炉内で廃棄物の棚吊りが発生していると判定することを特徴とする。

＜第二発明＞
第二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、廃棄物ガス化溶融炉から排出される排ガス量と廃棄物ガス化溶融炉に供給する廃棄物供給量を計測し、廃棄物単位供給量あたりの排ガス量を算出し、廃棄物単位供給量あたりの排ガス量の減少が所定時間以上続いた場合に、炉内で廃棄物の棚吊りが発生していると判定することを特徴とする。

＜第三発明＞
第三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、廃棄物ガス化溶融炉から排出される排ガス量を所定の時間間隔毎に計測し、任意の時刻における排ガス量計測値を今回値とし、所定の時間間隔だけ前の排ガス量計測値を前回値として、今回値から前回値を減じて差分値を算出し、差分値を正、０、負に３値化し、３値化した差分値のうち０または負が連続して出現する時に０または負が連続して出現する回数を非増加連続回数として計数し、非増加連続回数が所定値を超えた場合に、炉内で廃棄物の棚吊りが発生していると判定することを特徴とする。

＜第四発明＞
第四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、廃棄物ガス化溶融炉から排出される排ガス量と廃棄物ガス化溶融炉に供給する廃棄物供給量を所定の時間間隔毎に計測し、廃棄物単位供給量あたりの排ガス量を算出し、任意の時刻における廃棄物単位供給量あたりの排ガス量計測値を今回値とし、所定の時間間隔だけ前の廃棄物単位供給量あたりの排ガス量計測値を前回値として、今回値から前回値を減じて差分値を算出し、差分値を正、０、負に３値化し、３値化した差分値のうち０または負が連続して出現する時に０または負が連続して出現する回数を非増加連続回数として計数し、非増加連続回数が所定値を超えた場合に、炉内で廃棄物の棚吊りが発生していると判定することを特徴とする。

本発明によれば、廃棄物ガス化溶融炉から排出される排ガス量を計測し、排ガス量の減少が所定時間以上続いた場合に、棚吊りが発生していると判定するので、廃棄物ガス化溶融炉内の棚吊りの有無を連続して監視でき、棚吊りを迅速に検知することができる。

以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明が適用可能な廃棄物ガス化溶融炉の一例を示す図である。この廃棄物ガス化溶融炉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、上部側方には排ガス排出口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。

廃棄物ガス化溶融炉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の堆積により形成された廃棄物堆積層５０の廃棄物を熱分解させる領域、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。

廃棄物ガス化溶融炉１の上方には、都市ごみ等の廃棄物を供給する廃棄物供給装置２０とこれに接続された廃棄物供給量測定装置２１、補助燃料として使用するコークスの供給装置２２、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２４が配設されており、これらは混合装置２６を介して上記投入口２に接続されている。

投入口２から炉内へ投入される廃棄物、コークス、石灰石の装入物は、それぞれの供給装置から供給され、所定量ずつ計量され上記混合装置２６を経て廃棄物等の投入口２から投入される。

廃棄物ガス化溶融炉１を構成する上記下部シャフト部１ｃ、中部シャフト１ｂ、フリーボード部１ａの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。すなわち、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５ａ、副羽口６に接続された空気配管６ａ、三段羽口７に接続された空気配管７ａには、流量調節装置８、流量調節装置９、流量調節装置１０がそれぞれ設けられている。

本実施形態装置では、制御装置３０が設けられており、上記廃棄物供給量装置２０、コークス供給装置２２、及び石灰石供給装置２４のそれぞれは該制御装置３０に接続されていて、該制御装置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も上記制御装置３０に接続されていてこの制御装置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。

上記排ガス排出口３に接続されるダクトには廃棄物ガス化溶融炉１から排出される排ガスの流量を計測する排ガス流量計２５が設けられている。通常、廃棄物ガス化溶融炉に二次燃焼炉、ボイラが接続されるが、ボイラの下流側に排ガス流量を計測する上記排ガス流量計２５を設けてもよい。

このように構成された廃棄物ガス化溶融炉１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、固形炭素が燃焼し、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。

このような廃棄物ガス化溶融炉において、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等が棚吊り箇所の上に載ったまま下降しなくなり、廃棄物は廃棄物堆積層上部に留まったままとなり、部分燃焼や熱分解されなくなるため、熱分解ガスの発生が少なくなる。熱分解ガスの発生が少なくなると廃棄物ガス化溶融炉から排出される排ガス量が少なくなる。このように、棚吊りの発生と排ガス量の減少とは相関性が認められる。そこで廃棄物ガス化溶融炉から排出される排ガス量を計測し排ガス量の減少をもって棚吊りが発生したことを検知することが可能であり、次の要領で検知が行われる。

廃棄物供給量がほぼ一定である場合、廃棄物堆積層を下降する廃棄物量が増減すると熱分解ガスの発生量が増減し廃棄物ガス化溶融炉から排出される排ガス量も増減する。従って、排ガス量を計測することにより、棚吊りによる廃棄物の滞留に起因する排ガス量の減少が所定時間以上続いていることを検知したときに、棚吊りが生じていると判定できる。

廃棄物供給量が変動する場合には、廃棄物ガス化溶融炉から排出される排ガス量と廃棄物ガス化溶融炉に供給する廃棄物供給量を計測し、廃棄物単位供給量あたりの排ガス量を算定し、廃棄物単位供給量あたりの排ガス量の減少が所定時間以上続いた場合に、棚吊りが発生していると判定する。

また、排ガス量の減少が所定時間以上続いていることを明確に検知するには、廃棄物供給量がほぼ一定している場合、廃棄物ガス化溶融炉から排出される排ガス量を所定の時間間隔毎に計測し、任意の時刻における排ガス量計測値を今回値とし、所定の時間間隔だけ前の排ガス量計測値を前回値として、今回値から前回値を減じて差分値を算出し、差分値を正、０、負に３値化し、３値化した差分値のうち０または負が連続して出現する時に０または負が連続して出現する回数を非増加連続回数として計数し、非増加連続回数が所定値を超えた場合に、排ガス量の減少が所定時間以上続いていると検知でき、これにより棚吊りが発生していると判定することができる。

また、廃棄物供給量が変動する場合には、上記の排ガス量の計測とともに、廃棄物供給量の計測も行い、廃棄物単位供給量あたりの排ガス量の計測結果を求め、所定の時間間隔前後で今回値から前回値を減じて差分値を算出し、差分値を正、０、負に３値化し、３値化した差分値のうち０または負が連続して出現する時に０または負が連続して出現する回数を非増加連続回数として計数し、非増加連続回数が所定値を超えた場合に、排ガス量の減少が所定時間以上続いていると判定できる。このように、差分値を３値化して非増加連続回数を計数して、棚吊りが発生していることを判定するようにすると、廃棄物供給量の増減による影響を除くことができ、より正確に棚吊りの発生を検知することができる。

このようにして、棚吊りが発生していると検知されたら、制御装置３０は棚吊りを解消する操作を行うように、廃棄物供給装置２０、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を制御して、廃棄物供給量、それぞれの酸素含有ガスの流量調節を行う。

次に、このような検出、判定を行う一例を図２のフローチャートにもとづき説明する。図において、棚吊り状態の検知は次のようなステップＳ１〜Ｓ７を経て行われる。

（１）排ガス流量計２５により排ガス量を計測し、廃棄物供給量測定装置２１により廃棄物供給量を計測する（Ｓ１）。

（２）計測周期毎に排ガス量計測値と廃棄物供給量計測値とから、廃棄物単位供給量あたりの排ガス量を算出し、計測ノイズ除去のため平滑化処理を行なう（Ｓ２）。

（３）平滑化処理後の廃棄物単位供給量あたりの排ガス量値について、その時点での値を今回値とし、所定の計測周期時間だけ前の値を前回値として、今回値から前回値を減じて差分値を算出する（Ｓ３）。

（４）差分値を正、０、負に３値化する（Ｓ４）。

（５）３値化した差分値のうち０または負が連続して出現する時に０または負が連続して出現する回数を非増加連続回数として計数する（Ｓ５）。

（６）非増加連続回数とあらかじめ定めた所定回数を比較する（Ｓ６）。

（７）非増加連続回数が所定回数を超えた場合に、排ガス量の減少が所定時間以上続いているとして、棚吊りが発生していると判定する（Ｓ７）。

実際の廃棄物ガス化溶融炉を操業して、本発明が有用であることを確認した。
図３は廃棄物ガス化溶融炉の操業中の各計測データの時間変化を示したものである。横軸は操業中のある時刻を0：00として時刻を示す。グラフ中のＡは廃棄物供給量（ton/h）、Ｂは廃棄物ガス化溶融炉出口から排出される排ガス量（km³N/h）、Ｃは廃棄物単位供給量あたりの排ガス量（Ｂ/Ａ、km³N/h・ｔ）、Ｄは後述する検出フラグ、Ｅは廃棄物堆積層高さ（ｍ）を示す。廃棄物堆積層高さＥは錘チェーンにより２０分毎に計測し、計測高さの１０倍の数値をグラフに記載している。

廃棄物単位供給量あたりの排ガス量の算出結果のその時点での値を今回値とし、所定の計測周期時間だけ前の値を前回値として、今回値から前回値を減じて差分値を算出し、差分値を正、０、負に３値化し、３値化した差分値のうち０または負が連続して出現する時に０または負が連続して出現する回数を非増加連続回数として計数し、非増加連続回数が所定値を超えた場合に、排ガス量の減少が所定時間以上続いていると判定し、棚吊りが発生していると判定し、棚吊り発生を検知したという検出フラグＤを出力する。

時刻が0：30、3：40、6：00、7：10、12：00、14：50、20：00の時に検出フラグＤが出力されている。検出フラグＤが出力された時刻から10〜30分後の時刻が1:00、4：00、6：15、7：30、12：10、15：00、20：10の時に、廃棄物堆積層高さが急激に増加している。棚吊りが発生して棚の上に堆積して下降しなかった廃棄物が棚落ちにより崩れ落ち、廃棄物堆積層高さが急激に増加したことを示している。言い換えれば廃棄物堆積層高さの急激な増加の前には、棚吊りが発生していたことを示している。廃棄物単位供給量あたりの排ガス量の減少が所定時間以上続いている時に検出フラグＤを出力することにより、廃棄物堆積層高さの急激な増加の前に生じる棚吊りが発生していることを検知することができることを確認した。

本発明の方法を実施するための一実施形態としての廃棄物ガス化溶融炉及びその周辺装置を示す概要構成図である。図１装置について実行されるフローチャートの図である。図１装置にもとづく、本発明の実施例を示す図である。

符号の説明

１廃棄物ガス化溶融炉
３０制御装置

Claims

廃棄物ガス化溶融炉に廃棄物を定量供給し、該廃棄物ガス化溶融炉から排出される排ガス量を計測し、排ガス量の減少が所定時間以上続いた場合に、炉内で廃棄物の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の棚吊り検知方法。
廃棄物ガス化溶融炉から排出される排ガス量と廃棄物ガス化溶融炉に供給する廃棄物供給量を計測し、廃棄物単位供給量あたりの排ガス量を算出し、廃棄物単位供給量あたりの排ガス量の減少が所定時間以上続いた場合に、炉内で廃棄物の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の棚吊り検知方法。
廃棄物ガス化溶融炉から排出される排ガス量を所定の時間間隔毎に計測し、任意の時刻における排ガス量計測値を今回値とし、所定の時間間隔だけ前の排ガス量計測値を前回値として、今回値から前回値を減じて差分値を算出し、差分値を正、０、負に３値化し、３値化した差分値のうち０または負が連続して出現する時に０または負が連続して出現する回数を非増加連続回数として計数し、非増加連続回数が所定値を超えた場合に、炉内で廃棄物の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の棚吊り検知方法。
廃棄物ガス化溶融炉から排出される排ガス量と廃棄物ガス化溶融炉に供給する廃棄物供給量を所定の時間間隔毎にそれぞれ計測し、廃棄物単位供給量あたりの排ガス量を算出し、任意の時刻における廃棄物単位供給量あたりの排ガス量計測値を今回値とし、所定の時間間隔だけ前の廃棄物単位供給量あたりの排ガス量計測値を前回値として、今回値から前回値を減じて差分値を算出し、差分値を正、０、負に３値化し、３値化した差分値のうち０または負が連続して出現する時に０または負が連続して出現する回数を非増加連続回数として計数し、非増加連続回数が所定値を超えた場合に、炉内で廃棄物の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の棚吊り検知方法。