JP2009074728A - 火葬炉の排気制御方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の火葬炉の排気を共通の誘引送風機、排気筒を介して行う際に、特定の火葬炉の圧力変動が他の火葬炉の圧力変動に影響を与えることが少なく、また各火葬炉の制御も簡素化できる火葬炉の排気制御方法及びシステムを提供する。
【解決手段】複数の火葬炉Ｃ，Ｃ’と、各火葬炉のそれぞれを制御するための複数の制御用コンピュータ３０，３０’を備えた火葬炉システムにおいて、火葬炉のうち、炉内圧が設定炉内圧よりも高い火葬炉を管轄する制御用コンピュータにより、当該炉内圧が高い方の火葬炉の炉内圧力が、設定した圧力に維持されるように誘引送風機１２を制御するとともに、他の制御用コンピュータにより、自己が管轄する火葬炉の炉内圧力が所定の圧力となるように自己の火葬炉の炉出口ダンパ９，９’の開度を制御する火葬炉の排気制御方法。
【選択図】図１２

Description

本発明は、火葬炉の排気制御方法及びシステムに関する。

近年、火葬場は、旧来のイメージを払拭し、無公害の近代的設備として整備されている。とりわけ、主要設備である火葬炉においては、発煙が無く、臭気を発生させない性能が要求されており、さらには、ダイオキシン類の排出も、ごみ焼却炉と同様に一定値以下にすることが義務づけられる。

火葬炉は、火葬の前半は自燃工程、後半はバーナによる直接焼却という、２つのプロセスを一つの炉で行う、非常にユニークな燃焼機器である。さらに、間欠運転となる点もユニークである。

図１は、標準的な火葬工程を示す概略図である。図中、１は冷却室、２は主燃焼炉、３は炉内台車、４は柩、５は架台、６は遺骨を示している。
火葬は、遺体を燃焼するという観点から以下の特徴がある。

（１）火葬前半においては、柩や副葬品、遺体の皮下脂肪分等の易燃性の物質が多量にあるところに、主燃焼炉炉壁内張のセラミックファイバーの効果で、バーナに点火後、急激に燃焼が起こり、一時的に、燃焼ガスが多量に発生する。この時期の燃焼は、主に自燃であり、燃焼用空気の供給量制御と炉内圧制御が、重要な要素となる。また、この段階では燃焼を暴走させないことが大切であり、火葬炉制御のポイントは、この部分をどのように最適に行うかで、成否が決まる。

（２）火葬後半では、遺体の腹部を中心とした比較的少量の高含水率の難燃焼性物質を、バーナの炎で燃焼させる。この時期の燃焼は主にバーナの炎による直接焼却であり、高温維持と被燃焼物の燃焼面のすみやかな更新が、重要なポイントとなる。

したがって、火葬炉を自動で、最適に運転しようとすると、高度な技術が要求される。

自動運転システムがなかった時代には、各機器は個々の制御因子に対してシングルループ制御を行っていたが、この場合、炉を最適な状態で運転しようとすると、特に火葬前半において、作業員が炉に張り付いていなければならなかった。すなわち、燃焼状態を監視し、各バーナの出力等を手動で調整する必要があった。

また、炉圧制御も、副葬品等の可燃物が多い場合や、遺体の脂肪分が多い場合に、燃焼速度が上がりすぎるため、異常燃焼状態になる場合に備えて、常に引きぎみにする（大きくマイナス側にする）必要があった。この結果、火葬後半の被燃焼物が少なくなった時や、火葬前半であっても、被燃焼物の発熱量が相対的に低い場合に発生した熱を十分に活かせず、主燃焼炉、再燃焼炉ともに、温度が上がりにくい状況になり、温度維持のために無駄な燃料を使用してバーナを焚いていた。

次に、現行の一般的な火葬炉の燃焼制御システムの構成を図２に示す。
図２において、１，１’は冷却室、２，２’は主燃焼炉、７，７’は再燃焼炉、８，８’は冷却器、９，９’は炉出口ダンパ、１０はバグフィルタ、１１は触媒、１２は誘引送風機、１３は排気筒である。なお、この火葬炉の燃焼制御システムでは、冷却室１，１’〜炉出口ダンパ９，９’を２系統備えており、共通のバグフィルタ１０〜排気筒１３を設けているが、３系統以上のシステムでも構わない。

この燃焼制御システムにおいて、悪臭やダイオキシン類等の排出防止のため、火葬炉には再燃焼炉７，７’及びバグフィルタ１０、ダイオキシン類分解触媒１１等が取り付けられている。

このように、複数系統の火葬炉に対し、１系統の（共通の）バグフィルタ１０〜排気筒１３を設けることにより、火葬場全体の構造の簡略化と、設備コストの低減を図っている。

このような複数系統の火葬炉において、従来は、誘引送風機１２の回転スピードを一定にし、各火葬炉の炉出口ダンパの開度を調節することによってガスの排出量を調節していた。したがって、排気ファンの回転スピードは、全火葬炉が稼働し排気温度が最も上昇する場合、即ち、外気取入口のダンパが最も開いた場合に合わせて設定してあり、単一の火葬炉のみが稼働する場合などには、ガスの排出量が過剰となり、火葬炉の内部温度の低下及び燃料ガスの浪費、ひいては大気汚染にもつながるという問題があった。

このような問題を解決するため、特許文献１には、複数機の火葬炉に各々連通する副排気管を設け、各副排気管に連通する主排気管を介して排気筒よりガスを排出する火葬炉の排気装置において、主排気管に吸気ダンパ付きの外気取入口を設け、同主排気管の、外気取入口と排気筒との間に、火葬炉及び、該火葬炉に至る排気管の内部よりガスを吸引排出する排気ファンを介在し、火葬炉から主排気管に流入するガスの温度を外気取入口の吸気ダンパの開度制御により調節し、且つ外気の取り入れにより適正値から外れた管内の気圧を排気ファンの回転数や管内調圧ダンパの開度を制御することによって適正値となるように調整し、更に、前記外気の取り入れや、火葬炉の稼働数及びその燃焼状態により、刻々と変化する各火葬炉の内部気圧を、炉内調圧ダンパの開度制御により調節できるようにした排気装置が開示されている。

特開平８−２８８３２号公報

しかしながら、前掲の特許文献１に開示された火葬炉の排気装置では、主排気管を流通するガスの温度に応じて適当量の外気を主排気管に取り入れ、排気ファンの回転スピードまたは主排気管に設けた管内調整ダンパの開度を制御するものであり、複数の火葬炉が稼働している場合の制御が複雑になるとともに、一方の火葬炉の圧力の変動が他方の火葬炉の圧力に影響を与えやすく、確実な圧力制御が困難であるという問題がある。

そこで本発明は、複数の火葬炉の排気を共通の誘引送風機、排気筒を介して行う際に、特定の火葬炉の圧力変動が他の火葬炉の圧力変動に影響を与えることが少なく、また各火葬炉の制御も簡素化できる火葬炉の排気制御方法及びシステムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の第１の構成は、炉内台車上に載せられた柩及びその内部に納められた遺体、副葬品等を燃焼するための主燃バーナ及び主燃焼炉２次空気量ダンパを設けた主燃焼炉と、前記主燃焼炉に連通して設置され、再燃バーナ及び再燃焼炉２次空気量ダンパを設けた再燃焼炉と、前記再燃焼炉からの排気を冷却する冷却器と、前記冷却器の出口に設けられた炉出口ダンパと、からなる火葬炉を複数備え、前記複数の火葬炉の前記各再燃焼炉からの排気を１系統に集合させて誘引する誘引送風機と、前記誘引送風機で誘引された排気を大気に排出する排気筒とを備えた火葬炉の排気制御方法であって、前記各火葬炉のそれぞれを制御するための複数の制御用コンピュータを設置し、前記火葬炉のうち、炉内圧が設定炉内圧よりも高い火葬炉を管轄する制御用コンピュータにより、当該炉内圧が高い方の火葬炉の炉内圧力が、設定した圧力に維持されるように前記誘引送風機を制御するとともに、他の制御用コンピュータにより、自己が管轄する火葬炉の炉内圧力が所定の圧力となるように自己の火葬炉の炉出口ダンパの開度を制御することを特徴とする。
また、本発明の第２の構成は、炉内台車上に載せられた柩及びその内部に納められた遺体、副葬品等を燃焼するための主燃バーナ及び主燃焼炉２次空気量ダンパを設けた主燃焼炉と、前記主燃焼炉に連通して設置され、再燃バーナ及び再燃焼炉２次空気量ダンパを設けた再燃焼炉と、前記再燃焼炉からの排気を冷却する冷却器と、前記冷却器の出口に設けられた炉出口ダンパと、からなる火葬炉を複数備え、前記複数の火葬炉の前記各再燃焼炉からの排気を１系統に集合させて誘引する誘引送風機と、前記誘引送風機で誘引された排気を大気に排出する排気筒とを備えた火葬炉の排気制御システムであって、前記各火葬炉のそれぞれを制御するための複数の制御用コンピュータを設置し、前記火葬炉のうち、炉内圧が設定炉内圧よりも高い火葬炉を管轄する制御用コンピュータにより、当該炉内圧が高い方の火葬炉の炉内圧力が、設定した圧力に維持されるように前記誘引送風機を制御するとともに、他の制御用コンピュータにより、自己が管轄する火葬炉の炉内圧力が所定の圧力となるように自己の火葬炉の炉出口ダンパの開度を制御する手段を有することを特徴とする。
本発明においては、複数の火葬炉を制御する各制御用コンピュータのうち、炉内圧力が設定圧力よりも高い火葬炉を制御している制御用コンピュータに、誘引送風機の操作権を持たせ、炉内圧力が設定圧力になるように誘引送風機を制御する。そうすると、そのままでは他の火葬炉の炉内圧力が引きすぎの状態となるので、制御用コンピュータは、自己が管轄する火葬炉の炉内圧力が所定の圧力となるように自己の火葬炉の炉出口ダンパの開度を制御する。これにより、各制御用コンピュータの操作の役割分担が明確になり、火葬炉に対して安定したコンピュータ制御が可能となる。
前記各制御用コンピュータを相互に結合し、誘引送風機の操作権の切替を可能とすることにより、精密な制御が必要な工程を実行中の特定の火葬炉について、操作権を譲り渡すことができ、また、特定の制御用コンピュータがダウンしたときに別の制御用コンピュータで制御を補完することができる。
前記制御用コンピュータは、炉内圧力の目標値を、前記主燃バーナ点火から、火葬工程の進行状況に合わせて複数段階に設定することにより、きめ細かな圧力制御が可能となる。

本発明によれば、各火葬炉を制御するための制御用コンピュータをそれぞれ設置し、そのうち、１つの制御用コンピュータは、当該制御用コンピュータが管轄する火葬炉の炉内圧力が、設定した圧力に維持されるように誘引送風機を制御する手段を有し、他の制御用コンピュータは、自己が管轄する火葬炉の炉内圧力が所定の圧力となるように自己の火葬炉の炉出口ダンパの開度を制御するようにしたので、複数の火葬炉の排気を共通の誘引送風機、排気筒を介して行う際に、特定の火葬炉の圧力変動が他の火葬炉の圧力変動に影響を与えることが少なく、また各火葬炉の制御も簡素化することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いながら説明する。
効率よく自動運転を行うためには、炉の各機器の性能を維持しつつ、炉をコンピュータ制御に適したシステムにする必要がある。このために他の火葬炉にはない種々の工夫を施しているが、以下にそれを述べる。

図３に、（ａ）火葬前半、（ｂ）火葬後半における主燃焼炉内の状況を示す。
火葬点火直前においては、図３（ａ）のように、柩４が主燃焼炉２の容積の８０％程度を占めていて、点火後に、被燃焼物の容積が徐々に減少する。この場合、不足する燃焼用空気は、炉内台車３と側壁の間を通って炉内に入ってくるリーク空気と、２次空気で補われることになる。柩４の中の副葬品が多い場合や、遺体の脂肪分が高い場合、２次空気の過度の使用は、燃焼をあおりすぎることになるので、燃焼が暴走しないように２次空気量をコントロールすることが必要である。リーク空気量は、炉内圧に反比例するが、炉内台車３の下部に高温の燃焼ガスが入り込まないように主燃焼炉２を常に負圧に保つ必要があるので、常に主燃焼炉内にリーク空気は導入されている。

火葬後半においては、図３（ｂ）に示すように、遺体の腹部を中心とした水分の多い、いわゆる難燃部を主燃バーナ１４の火炎により焼却することとなる。難燃部は、表面が主燃バーナ１４の炎の熱により炭化して、炭素被膜でおおわれたような状態となる。このような状態では、外部を覆っている炭素の熱伝導率が小さいことと、炭素被膜により、酸素の拡散が阻止されることから、さらに燃焼が困難な状況となる。この難燃物の燃焼の促進は、表面の炭素被膜をうまく燃やしてやることが、ポイントとなる。

そのためには、
（１）難燃部の温度上昇のための熱の効率的供給、
（２）難燃部燃焼のための空気（酸素）の効率的供給、
が必要である。
（１）では、水分の蒸発熱をうまく供給してやるのはもちろんのこと、前面の炭素を効率的に燃焼させるために１０００℃以上の高温保持が必要となる（大気汚染全国協議会編：大気汚染ハンドブック（３）、燃焼編、コロナ社（１９７３）参照）。
これを実現するために、架台５を使用して炉内台車３より１０ｃｍ程度浮かせて、遺体Ｂの難燃部を主燃バーナ１４の炎でつつみ込む。また、（２）を実現するために、炉壁の２次空気口より高速の空気を遺体Ｂの難燃部に向けて吹き込む。

主燃焼炉２から排出される排ガスの量は均一ではなく、特に火葬前半は量も多く、不完全燃焼の状態で排出される。これを完全燃焼させるために、図４（ａ）に示すように、再燃焼炉７が主燃焼炉２に続いて設置される。再燃焼炉７には、昇温と温度維持のために再燃バーナ１５を設置し、また、酸素濃度維持のための２次空気の吹き込み口１６を再燃バーナ１５の下部に設けている。再燃焼炉７には混合性の良さ、及び十分なガスの滞留時間が必要であるが、図４（ｂ），（ｃ）に示す構造の通り、炉内に適当な絞り１７，１８を設けることにより、燃焼ガスと２次空気の混合性を確保している。これらの混合特性は、藤原健史らの研究「バッチ式焼却炉のごみ燃焼モデルの開発」（藤原健史、鈴木悠司、武田信生、高岡正輝、江口正司：バッチ式焼却炉のごみ燃焼モデルの開発、学会誌「ＥＩＣＡ」、第７巻、第２号９３−９６（２００２））で検証されている。再燃焼炉７の容量は、最大排ガス量に対し燃焼ガスの滞留時間が２秒以上確保される大きさとしている。再燃焼炉７は、主燃焼炉２に続いて設置されるため、主燃焼炉２の炉圧制御性は、再燃焼炉７の炉内圧変動に対する応答特性にかかっている。再燃焼炉７の圧力損失が大きいと、応答特性も下がる。したがって、混合特性を維持しつつ、圧力損失が比較的小さい構造とし、図４のような構造を採用した。

燃焼の三要素の一つである酸素、すなわち、空気を供給するシステムは物を燃焼させる上で重要なファクターである。
空気量を自在に調整する方法として、図５に示すように、燃焼用送風機２０とコントロールダンパ２１ａ〜２１ｄによるシステムを構築し、ヘッダー２２における空気圧を一定にするために、インバータ２３を用いて、燃焼用送風機２０の回転数制御を行っている。ヘッダー２２に設けた圧力計２４で燃焼用送風機２０のヘッダー圧力を計測し、各ラインのコントロールダンパ２１ａ〜２１ｄを調節器２５により制御することにより、主燃バーナ用空気、主燃焼炉用２次空気、再燃バーナ用空気、再燃焼炉用２次空気を、自在に供給することができる。

炉にとって炉内圧力の制御は極めて重要であり、炉内圧力の制御の善し悪しがその炉の性能を決定づけるといっても過言ではない。
炉内圧の制御がうまくいかないと
（１）引きが十分でないとき
・燃焼ガスが炉から吹き出す。
・燃焼ガスが炉内台車の下部にまわり、炉内台車の車輪等を損傷する。
（２）引きが大きすぎるとき
・外部からのリーク空気が多量に炉内に入り、炉温が上昇しにくい。
（２）の場合、炉温を維持するための燃料消費量が増大し、結果として、排ガス量が増えることになり、省エネルギーの観点からも好ましくない。
炉内圧の制御は、図６に示すように、炉出口ダンパ９，９’と誘引送風機１２により行うシステムを構築している。各再燃焼炉７，７’の圧力の信号を調節器２６に送り、誘引送風機１２の回転数制御と、炉出口ダンパ９，９’とによって、炉内圧を制御する方法である。

バーナ（主燃バーナ１４，再燃バーナ１５）は、図７に示すように、コントロールダンパ２９ａ，２９ｂで、燃料（ガス）量、空気量を、調節器２８により別々に制御するシステムとしている。このことにより、主燃バーナ１４と再燃バーナ１５の空燃比を自在に変えることができ、この結果、炎の最高温度部の位置を、バーナ１４，１５を動かすことなく変化させることが可能となる。また、空気のみを送風することも可能である。

燃焼に関わる制御システムの構成を図８に示す。制御用コンピュータ３０は、計測信号の入力が６点、操作信号の出力が６点となっている。本実施形態では、計測信号は、主燃焼炉温度計３１、炉内圧計３２、再燃焼炉温度計３３、再燃焼炉出口温度計３４、酸素濃度計３５、排煙濃度計３６であり、操作信号は、主燃焼炉２次空気量ダンパ３７、主燃焼炉バーナ出力３８、再燃焼炉２次空気量ダンパ３９、再燃焼炉バーナ出力４０、炉出口ダンパ４１、誘引送風機回転数４２である。操作側とのインターフェイスには、液晶表示器等の操作盤タッチパネル４３を採用し、各々のデータの表示や、各機器の運転状態の表示を行うとともに、各機器のマニュアル操作も行えるようにしている。

＜制御の構成＞
制御の構成は、図９に示すようであり、主制御は、６つのサブ制御を伴っていて、かつ、経験則による制御を通して相互に連動している。本実施形態のサブ制御は、主燃焼炉温度制御、再燃焼炉温度制御、炉内圧制御、再燃焼炉酸素濃度制御、排煙濃度制御、燃焼促進制御である。

（１）主制御
主制御は、火葬炉本来の目的が、遺体を焼却して、早く焼骨にするということであるから、排煙濃度計３６の値を０に保ち、酸素濃度を６％以上（火葬初期は３％程度以上）に保ちながら、主燃バーナ１４の出力を早く最大にするという、極めて単純なものである。

（２）主燃焼炉温度制御
主燃焼炉の温度の制御は、図１０に示すように、主燃焼炉温度計３１の信号を制御用コンピュータ３０に取り込んで、主燃バーナ１４の出力及び主燃焼炉２次空気量を変化させるが、主たる操作は、主燃バーナ１４の出力である。すなわち、炉温が低ければ、主燃バーナ１４の出力を上昇させ、炉温が高くなれば、主燃バーナ１４の出力を低下させる。しかしこの制御方法では、火葬の前半では、被燃焼物が多量に主燃焼炉２内にあるために、主燃バーナ１４は最小、または消火の状態を維持することになることから、主燃焼炉２次空気量の操作が重要となる。火葬前半で主燃焼炉２次空気を導入すると、主燃焼炉２の温度は一般的に上昇する傾向があるが、実際には、被燃焼物の発熱量及び主燃焼炉２次空気導入のタイミング、量に左右されるため降下する場合もある。この時点で、燃焼が暴走し、まったく手の付けられない状態になることだけは、絶対に避けなければならない。何故なら、燃焼させているのは遺体であって、水をかけて燃焼を減速させるような処置はとれないからである。この解決策として、経験則に基づく制御の追加を行い、目標温度の範囲（８００℃〜１１００℃程度）内で主燃焼炉温度制御を行っている。ここでは、「２次空気を吹き込んだときに、温度が上昇すれば、被燃焼物の発熱量が高く、下降すれば、発熱量が低い」という経験則を基に制御ロジックを構成している。すなわちまず、火葬前半の後期において温度の条件が満たされれば、Ｘ％だけ２次空気ダンパを一定時間開く。この時、目標温度の範囲の中にあれば、目標の動作を繰り返し、そうでなければ、この動作はやめる。ここで、時間及び温度条件、目標温度は、経験によって決められた値を使用していて、被燃焼物の発熱量が大きい場合に主燃バーナ１４の最低出力または、消火の状態で、２次空気のみで良好な燃焼を行うことができる。
もちろん、被燃焼物の発熱量が小さい時は、主燃バーナ１４の出力が上昇し、燃焼を維持しようとする制御が働く。

（３）再燃焼炉温度制御
図１１に再燃焼炉の温度制御系統を示す。再燃焼炉７の温度制御は、再燃焼炉出口温度計３４または再燃焼炉温度計３３の信号を制御用コンピュータ３０に取り込んで、再燃バーナ１５の出力を変化させることが主である。再燃焼炉７の温度が目標温度に達しなければ、再燃バーナ１５の出力を増し、逆に再燃焼炉７の温度が上がりすぎた時は、まず、再燃バーナ１５を消火し、不十分であれば、再燃焼炉２次空気の吹込量を増加し、それでも不足の場合は、再燃バーナ１５より空気のみを投入する。再燃焼炉２次空気量及び再燃バーナ１５からの空気量は、コントロールモーター付ダンパ２１ａで自在に制御できる。ここでは、再燃バーナ１５を消火するタイミングと、再燃焼炉７に設置された２つの温度計３３，３４の使用法に経験則を用いている。

火葬は、被燃焼物が減少していくことから、排ガス量もそれに伴って減少するので、最大ガス量に対して設計された再燃焼炉を、最初から最後まで同じ状態で使用するのは不経済である。

したがって、次のような制御を行っている。
（ａ）火葬前半
・再燃焼炉を代表する温度を測定する温度計として、再燃焼炉７の上段に設置した再燃焼炉出口温度計３４を使用する。
・再燃バーナ１５を着火状態にする。

（ｂ）火葬後半
・再燃焼炉７を代表する温度を測定する温度計として、再燃焼炉７の中段に設置した再燃焼炉温度計３３を使用する。
・再燃バーナ１５を消火する。
ここで問題となるのが、火葬前半と後半の見極めであり、この判断に経験則を使用している。火葬時間、主燃バーナ出力、主燃焼炉２次空気量、主燃焼炉温度変化率により、主燃焼炉が、主燃バーナ１４を中心とした焼却状態か否かを見極め、この時点以降を後半と判断し、（ｂ）の制御を行っている。判断基準値は全て経験則により決定した。この改善により、燃料使用量が削減された。

（４）炉内圧制御
本発明の実施の形態に係る火葬システムでは、図１２に示すように、２炉の火葬炉Ｃ，Ｃ’に対して、１つの誘引送風機１２が設けられているため、２つの火葬炉Ｃ，Ｃ’の制御用コンピュータ３０，３０’が連携して誘引送風機１２を操作し、それぞれの炉内圧を制御している。２台の制御用コンピュータ３０，３０’の内、１台が誘引送風機１２の操作権を持つ。また、２台の制御用コンピュータ３０，３０’は、相互に通信し合って、情報の共有化を行っている。

制御法は、２つの火葬炉内圧の内、高い方、例えば火葬炉Ｃを制御対象とし、設定した炉内圧が維持されるよう、誘引送風機１２を制御する。こうすると、他方の火葬炉Ｃ’は負圧が大きくなり、いわゆる、引きすぎの状態になる。この他方の火葬炉Ｃ’の炉出口ダンパ９’を所定の圧力になるまで閉めることにより、設定した圧力となる。制御用コンピュータ３０，３０’は、図１３に示すように、相互に結合されていて、共通部Ｄ（誘引送風機１２）の操作権の切り替えが可能であるとともに、一方の制御用コンピュータがダウンしても、他方の制御用コンピュータで制御が補完できる二重化システムとなっている。

炉内圧制御は、「火葬前半は、多量の燃焼ガスが急激に発生するので、炉内圧は負圧を若干大きくとったほうがよく、後半は、少ない燃料で主燃焼炉温度を高温に維持するために、負圧を小さくした方がよい」という経験則に基づいて行う。具体的には、たとえば、「主燃バーナ点火から、柩着火確認までは、圧力Ｙ１に設定。」「柩着火確認から、Ｘｉ分未満までは、圧力Ｙ２に設定」というように、炉内圧力の目標値を火葬工程に合わせて細かく９段階に設定し変更する。ここで、Ｘｉ，Ｙｉの値は経験則により決定された値である。この方法も燃料使用量の削減に役立っている。

図１４は、２台の制御用コンピュータ３０，３０’による炉内圧制御方法の例を示すフローチャートである。各制御用コンピュータ３０，３０’は、自己が管轄する火葬炉Ｃ，Ｃ’の炉内圧力のほか、他の火葬炉の炉内圧力のデータを交換している。制御がスタートすると、ステップＳ１００で、２つの火葬炉Ｃ，Ｃ’のうち、炉内圧力が高い方（Ｐ_H）である火葬炉を選ぶ。他方の火葬炉の炉内圧力はＰ_Lである。ステップＳ１１０では、Ｐ_Hが、設定された圧力範囲（下限ｘ_i、上限ｙ_i：ｉ＝１〜８）内に入っているかどうかを判定する。入っていなければ、Ｐ_Hがｙ_iより大きいとき、ステップ１２０で、炉内圧力がＰ_Hの火葬炉がＰ_H≦ｙ_iとなるまで、誘引送風機１２の回転数を上げる。ステップ１１０の判定で、Ｐ_Hがｘ_iより小さければ、ステップ１３０で、炉内圧力がＰ_Hの火葬炉がｘ_i≦Ｐ_Hとなるまで、誘引送風機１２の回転数を下げる。次いで、ステップ１４０で、他方の火葬炉の炉内圧力Ｐ_Lがｘ_iより小さいかどうかを判定する。小さければ、ステップＳ１００に戻る。大きければ、ステップ１６０で、炉内圧力がＰ_Lの方の火葬炉の炉出口ダンパ９または９’を調整してｘ_i≦Ｐ_Hとする。その後、ステップＳ１００に戻る。ステップ１１０の判定で、Ｐ_Hがｘ_iとｙ_iの間に入っているときは、誘引送風機１２の回転数の変更はせず、ステップＳ１５０でＰ_Lがｘ_i以上かどうかを判定し、以上であればステップ１００に戻り、そうでなければステップＳ１６０の処理を行った後、ステップ１００に戻る。

このようにして、炉内圧力が高い方の火葬炉のコンピュータによって誘引送風機１２の操作権を受け持たせ、他方のコンピュータにより、炉内圧力が低い方の火葬炉の炉出口ダンパの開度を調整することで、複数の火葬炉の排気を共通の誘引送風機、排気筒を介して行う際に、特定の火葬炉の圧力変動が他の火葬炉の圧力変動に影響を与えることが少なく、また各火葬炉の制御も簡素化することができる。

（５）排煙濃度制御
この制御の系統を図１５に示す。排煙濃度とは、煙道に対向して投光器、受光器を取り付け、測定光の減衰度を演算し、ダスト濃度を「光透過率濃度（％ＯＰＡＣＩＴＹ）」で示した値である。排煙濃度の制御は、再燃焼炉に酸素濃度計が設置されるまでは、燃焼制御の中心となる最も重要な制御であった。そもそも、ダスト濃度が高くなるということは再燃焼炉制御システムが正常に機能している条件下では、再燃焼炉の処理能力を越えて燃焼ガスが発生していることを意味している。ダスト濃度を下げる方法としては一般的に以下の方法がある。

（ａ）炉内圧を引きぎみにする。主燃焼炉２のリーク空気が増え、燃焼用空気が供給されることになり、不完全燃焼が解消される。
（ｂ）主燃バーナ１４の出力を下げる、または消す。主燃焼炉２次空気量をしぼる。

この制御は、経験則に基づいている。（ａ）の段階で排煙が消える場合、燃焼ガス量は、再燃焼炉容量に対してさほど多くないと考えられるのに対し、（ｂ）の段階で、しかも主燃バーナ１４を消すことのみによって排煙が消える場合は、燃焼ガスは再燃焼炉容量を大幅に越えていることを意味する。したがって、排煙濃度計３６の針が、０から小さくジャンプを繰り返し出すと、炉内圧を負圧ぎみにし、主燃バーナ１４の出力を下げる。これでも排煙濃度計が上昇するようであったら、ただちに主燃バーナ１４を停止し、炉内圧を負圧ぎみにする。この段階でほぼ確実に排煙が防止できる。ただし、この排煙濃度制御は、排煙が検出されて始めて制御がかかるので、いわゆる後追い制御となる。

（６）酸素濃度制御
図１６に示すように、再燃焼炉７出口の酸素濃度を、再燃バーナ１５の出力と再燃焼炉２次空気の出力で制御する。酸素濃度の目標値は通常で６％、火葬前半で３％程度としている。再燃焼炉２次空気量のみで酸素濃度が目標値に届かない時には、再燃バーナ１５を停止して、空気のみを再燃バーナ１５から吹き込む。酸素濃度と排煙濃度には明らかな相関があるため、炉の状況をもとに、経験則で操作できる。基本的には、酸素濃度が１％を切れば確実に発煙する。したがって、この経験則を使って、主燃バーナ１４と主燃焼炉２次空気量を排煙濃度制御と同様に操作することができる。しかも、排煙濃度制御が後追い制御、つまり、排煙が出てから制御を行うのに対し、発煙する以前に制御を開始して、より最適な燃焼を行うことが経験則で可能となった。一般的に発煙しそうになると、急速に酸素濃度が減少するという現象から、酸素濃度の変化率を演算し、これが一定以上になると、主燃バーナ１４を消火するという制御を行うこととした。ここで、この変化率の値が変わる点は経験値となる。この制御を導入することで、ほぼ確実に発煙を止めることが可能となった。このことから、酸素濃度制御を行えば、排煙濃度制御は副次的な制御となった。したがって、現在では、排煙濃度制御は、酸素濃度制御のバックアップとしての位置づけとしている。

（７）燃焼促進制御
図１７に燃焼促進制御の系統を示す。主燃焼炉２の説明の項で火葬後半における遺体Ｂの難燃部の燃焼の促進について述べたが、主燃焼炉２次空気の吹込み方法が、重要なポイントとなる。すなわち、主燃焼炉温度条件、吹込みタイミング、吹込み量である。これらは、経験則で決め、主燃焼炉温度計３１で計測した主燃焼炉温度に基づき、制御用コンピュータ３０に予め設定している。温度条件については、一定温度より高い場合しか２次空気の吹き込みを行わないとした。これは、主燃焼炉温度が低いと、燃焼促進効果が小さいことに加え、かえって主燃焼炉温度を下げてしまい、昇温のためにムダな燃料を使用するからである。吹込みタイミング、吹込み量（時間）のいずれも経験則で決定している。

＜制御結果＞
実運転における、自動燃焼システムによる炉内圧力、温度（主燃焼炉、再燃焼炉）、酸素濃度、排煙濃度、一酸化炭素濃度の制御結果を図１８〜図２１に示す。炉内圧力については、ほぼ、−３０Ｐａ〜−１０Ｐａの範囲に入り、しかも、火葬後半に進むにつれ、負圧の大きさが小さくなっていることがわかる。次に、主燃焼炉、再燃焼炉温度も、要求される温度領域を維持している。また、酸素濃度も火葬前半においては３％、後半においては６％以上をキープしている。一酸化炭素の発生も極めて小さい。火葬初期には少量発生しているがこれは、燃料に灯油を使用したため、着火時に一酸化炭素が発生するという理由による。なお、本炉は、手動操作は一切行っておらず、全般に亘って、自動運転されている。また、デレッキ操作も一切行っていない。以上の事により、本自動燃焼システムは、極めて有効な火葬炉の燃焼システムといえる。

＜まとめ＞
火葬炉の燃焼制御システムに経験則を取り入れ、制御の安定性と遠応性を向上させた。本実施の形態の効果をまとめると以下のとおりである。

１）火葬は、前半は、被燃焼物が多量に主燃焼炉に存在するため自燃となり、後半は、水分の多い遺体の腹部を、主燃バーナの火力で焼却するという、１つの炉で２つの異なる燃焼方式を行うユニークな燃焼工程であり、これを効率良く行うために、主燃焼炉の炉壁に２次空気吹込口、及び炉内台車上に架台を設けた。

２）主燃焼炉から、再燃焼炉に導入される排ガスは、量的に変化するが、これを効率良く運転するために、再燃焼炉の炉型を円筒型竪型とし、内部に絞りを二段設けることにより排ガスの混合性を向上させた。また、酸素濃度制御を取り入れた。さらに炉圧制御応答性を向上させた。

３）バーナの出力制御、燃焼用空気の供給量制御、炉圧制御を制御用コンピュータにより行えるようにシステムを構成した。

４）燃焼制御プログラムは、燃焼理論に加えて経験則を取り入れ作成した。この結果、間欠運転であっても、主燃焼炉では安定した燃焼が行われ、炉圧制御の遠応性の向上と相俟って再燃焼炉でも安定した燃焼が行われる。
以上の結果として、安定した燃焼が行われる火葬炉が完成した。

本発明は、複数の火葬炉の排気を共通の誘引送風機、排気筒を介して行う際に、特定の火葬炉の圧力変動が他の火葬炉の圧力変動に影響を与えることが少なく、また各火葬炉の制御も簡素化できる火葬炉の排気制御方法及びシステムとして好適に利用することができる。

現行の標準的な火葬工程を示す説明図である。 現行の一般的な火葬炉の燃焼制御システムを示すブロック図である。 本発明に係る火葬炉における主燃焼炉内の状況を示す概略図である。 本発明に係る火葬炉における再燃焼炉の構造を示す概略図である。 本発明に係る火葬炉における空気供給システムを示す概略図である。 本発明に係る火葬炉における炉圧制御システムを示すブロック図である。 本発明に係る火葬炉におけるバーナのコントロールシステムを示すブロック図である。 本発明に係る火葬炉における制御システムを示すブロック図である。 本発明に係る火葬炉における制御の構成を示すブロック図である。 本発明に係る火葬炉における主燃焼炉温度制御システムを示す概略図である。 本発明に係る火葬炉における再燃焼炉温度制御システムを示す概略図である。 本発明の実施の形態における炉内圧制御システムを示すブロック図である。 本発明の実施の形態におけるコンピュータバックアップシステムを示すブロック図である。 本発明の実施の形態における炉内圧制御方法のフローチャートである。 本発明に係る火葬炉における排煙濃度制御システムを示すブロック図である。 本発明に係る火葬炉における酸素濃度制御システムを示すブロック図である。 本発明に係る火葬炉における燃焼促進制御システムを示す概略図である。 本発明に係る火葬炉における炉内圧力の変動を示すグラフである。 本発明に係る火葬炉における炉内温度変化を示すグラフである。 本発明に係る火葬炉における酸素濃度と排煙濃度変化を示すグラフである。 本発明に係る火葬炉における一酸化炭素濃度変化を示すグラフである。

符号の説明

１，１’ 冷却室
２，２’ 主燃焼炉
３ 炉内台車
４ 柩
５ 架台
６ 遺骨
７，７’ 再燃焼炉
８，８’ 冷却器
９，９’ 炉出口ダンパ
１０ バグフィルタ
１１ 触媒
１２ 誘引送風機
１３ 排気筒
１４ 主燃バーナ
１５ 再燃バーナ
１６ ２次空気の吹き込み口
１７，１８ 絞り
２０ 燃焼用送風機
２１ａ〜２１ｄ コントロールダンパ
２２ ヘッダー
２３ インバータ
２４ 圧力計
２５，２６ 調節器
２７ インバータ
２８ 調節器
２９ａ，２９ｂ コントロールダンパ
３０ 制御用コンピュータ
３１ 主燃焼炉温度計
３２ 炉内圧計
３３ 再燃焼炉温度計
３４ 再燃焼炉出口温度計
３５ 酸素濃度計
３６ 排煙濃度計
３７ 主燃焼炉２次空気量ダンパ
３８ 主燃焼炉バーナ出力
３９ 再燃焼炉２次空気量ダンパ
４０ 再燃焼炉バーナ出力
４１ 炉出口ダンパ
４２ 誘引送風機回転数
４３ 操作盤タッチパネル
Ｂ 遺体
Ｃ，Ｃ’ 火葬炉
Ｄ 共通部

Claims (4)

1. 炉内台車上に載せられた柩及びその内部に納められた遺体、副葬品等を燃焼するための主燃バーナ及び主燃焼炉２次空気量ダンパを設けた主燃焼炉と、
   前記主燃焼炉に連通して設置され、再燃バーナ及び再燃焼炉２次空気量ダンパを設けた再燃焼炉と、
   前記再燃焼炉からの排気を冷却する冷却器と、
   前記冷却器の出口に設けられた炉出口ダンパと、
   からなる火葬炉を複数備え、
   前記複数の火葬炉の前記各再燃焼炉からの排気を１系統に集合させて誘引する誘引送風機と、
   前記誘引送風機で誘引された排気を大気に排出する排気筒と
   を備えた火葬炉の排気制御方法であって、
   前記各火葬炉のそれぞれを制御するための複数の制御用コンピュータを設置し、
   前記火葬炉のうち、炉内圧が設定炉内圧よりも高い火葬炉を管轄する制御用コンピュータにより、当該炉内圧が高い方の火葬炉の炉内圧力が、設定した圧力に維持されるように前記誘引送風機を制御するとともに、他の制御用コンピュータにより、自己が管轄する火葬炉の炉内圧力が所定の圧力となるように自己の火葬炉の炉出口ダンパの開度を制御すること
   を特徴とする火葬炉の排気制御方法。
2. 前記各制御用コンピュータを相互に結合し、前記誘引送風機の操作権の切替を可能とした請求項１記載の火葬炉の排気制御方法。
3. 前記制御用コンピュータは、炉内圧力の目標値を、前記主燃バーナ点火から、火葬工程の進行状況に合わせて複数段階に設定することを特徴とする請求項１または２記載の火葬炉の排気制御方法。
4. 炉内台車上に載せられた柩及びその内部に納められた遺体、副葬品等を燃焼するための主燃バーナ及び主燃焼炉２次空気量ダンパを設けた主燃焼炉と、
   前記主燃焼炉に連通して設置され、再燃バーナ及び再燃焼炉２次空気量ダンパを設けた再燃焼炉と、
   前記再燃焼炉からの排気を冷却する冷却器と、
   前記冷却器の出口に設けられた炉出口ダンパと、
   からなる火葬炉を複数備え、
   前記複数の火葬炉の前記各再燃焼炉からの排気を１系統に集合させて誘引する誘引送風機と、
   前記誘引送風機で誘引された排気を大気に排出する排気筒と
   を備えた火葬炉の排気制御システムであって、
   前記各火葬炉のそれぞれを制御するための複数の制御用コンピュータを設置し、
   前記火葬炉のうち、炉内圧が設定炉内圧よりも高い火葬炉を管轄する制御用コンピュータにより、当該炉内圧が高い方の火葬炉の炉内圧力が、設定した圧力に維持されるように前記誘引送風機を制御するとともに、他の制御用コンピュータにより、自己が管轄する火葬炉の炉内圧力が所定の圧力となるように自己の火葬炉の炉出口ダンパの開度を制御する手段を有すること
   を特徴とする火葬炉の排気制御システム。

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