JP2014001915A - 廃棄物ガス化溶融炉における送風制御方法および廃棄物ガス化溶融炉 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融炉部に供給される炭化物の炭化状態のバラつきを抑制し、コークスの使用量を抑える廃棄物ガス化溶融炉の制御方法を提供する。
【解決手段】シャフト部２と、炭化火格子部４と、溶融炉部６と、処理対象物を炭化火格子部から溶融炉部に供給する供給装置と、送風部４５ａ、４５ｂと、を備え、溶融炉部における処理対象物の充填レベルが設定された設定レベルに維持されるように、供給装置の供給動作を制御し、シャフト部内の処理対象物の充填レベルを検出し、シャフト部における処理対象物の充填レベルの単位時間あたりの変化量である第１の変化速度を算出し、少なくとも第１の変化速度に基づいて設定される送風量で、送風部に空気を送風させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、炉上部から装入した廃棄物を乾燥及び熱分解させ、更に熱分解残渣を溶融させて炉底部から溶融物を回収する廃棄物ガス化溶融炉の制御方法に関する。

一般廃棄物や産業廃棄物などの廃棄物を廃棄物ガス化溶融炉内に、コークスなどの塊状炭素系可燃物質や石灰石とともに装入し、炉体に設けられている羽口から空気又は酸素富化空気を吹き込み、廃棄物を乾燥、熱分解、燃焼、溶融することにより廃棄物を処理することが行われている。

廃棄物を溶融処理するための炉として、廃棄物が装入され、装入された廃棄物を乾燥するシャフト部と、シャフト部の下方において廃棄物を熱分解する炭化火格子部と、コークス等を燃料として、廃棄物が熱分解されて生成される残渣を溶融させる溶融炉部とを備える廃棄物ガス化溶融炉がある（例えば、特許文献１参照）。炭化火格子部は、階段状の多数の炭化火格子で構成されており、溶融炉部の方向に往復運動する可動炭化火格子によって、廃棄物は熱分解されながら溶融炉部の方向に徐々に搬送される。そして、熱分解によって生成した残渣は、最終的に、炭化火格子部に続く溶融炉部内に供給され、溶融炉部において溶融される。

この廃棄物ガス化溶融炉では、熱分解残渣の溶融炉部への供給速度や炉内への空気の送風量を制御して、溶融炉部に充填される熱分解残渣の高さを所定レベルに保つことが行われている（例えば、特許文献２参照）。これにより溶融炉部での安定した溶融処理が可能となる。

特開２０１０−４３８４０号公報 特開２０１０−２５５８９０号公報

廃棄物ガス化溶融炉の溶融炉部において、熱分解残渣の高さを所定のレベルに保つことで、溶融炉部での安定した溶融処理が可能となる。しかし、溶融炉部でのレベルを一定に保つように熱分解残渣の供給速度を制御すると、炭化火格子部において炭化処理される時間も変わるため、廃棄物が十分に炭化されないまま溶融炉部に供給されたり、逆に過剰に炭化されて溶融炉部に供給されたりする。このように炭化が不十分であったり、炭化が過剰であると、最適な炭化状態の炭化物が溶融炉部に供給される場合に比べて、溶融炉部において燃料として用いられるコークスをより多く必要としてしまうという問題がある。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、シャフト部と炭化火格子部と溶融炉部とを備える廃棄物ガス化溶融炉において、溶融炉部に供給される炭化物の炭化状態のバラつきを抑制し、コークスの使用量を抑える廃棄物ガス化溶融炉の制御方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）上方に処理対象物の廃棄物が装入される装入口を有するシャフト部と、前記シャフト部の下方に接続され、前記シャフト部に装入された処理対象物を熱分解する複数の炭化火格子が底部に配列された炭化火格子部と、炉底の上方において前記炭化火格子部と接続され、前記炭化火格子部から供給される処理対象物を溶融させる溶融炉部と、処理対象物を前記炭化火格子部から前記溶融炉部に供給する供給装置と、前記炭化火格子部を介して処理対象物に空気を送風する送風部と、を備える廃棄物ガス化溶融炉における送風制御方法であって、前記溶融炉部における処理対象物の充填レベルが設定された設定レベルに維持されるように、前記供給装置の供給動作を制御し、前記シャフト部内の処理対象物の充填レベルを検出し、前記シャフト部における処理対象物の充填レベルの単位時間あたりの変化量である第１の変化速度を算出し、少なくとも前記第１の変化速度に基づいて設定される送風量で、前記送風部に空気を送風させることを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉における送風制御方法。
（２）上記（１）の構成において、設定される前記送風量は、下記式（１）によって求められるものとすることができる。
送風量ｑ０［ｍ^３Ｎ／ｈ］＝ΔＬ１×Ｓ１×Ｂ１×Ｆ×ＡＲ：式（１）
ただし、
ΔＬ１：前記第１の変化速度［ｍ／ｈ］
Ｓ１：前記シャフト部の水平断面での断面積［ｍ^２］
Ｂ１：前記シャフト部内の処理対象物の嵩比重［ｋｇ／ｍ^３］
Ｆ：理論空気量［ｍ^３Ｎ／ｋｇ］
ＡＲ：空気比（炭化火格子部を介して処理対象物に送風される空気量と理論空気量との比）
である。（２）の構成によれば、シャフト部の充填レベルに基づいた適切な送風量が設定される。
（３）上記（１）の構成において、前記廃棄物ガス化溶融炉における送風制御方法において、前記溶融炉部内の処理対象物の充填レベルを検出し、前記溶融炉部内の処理対象物の充填レベルが上昇している場合に、前記溶融炉部における処理対象物の充填レベルの単位時間あたりの変化量である第２の変化速度を算出し、前記第１の変化速度と前記第２の変化速度に基づいて設定される送風量で、前記送風部に空気を送風させることができる。（３）の構成によれば、溶融炉部の充填レベルにも基づいて送風量が決定されるため、より確実に溶融炉部に供給される炭化物の性状のバラつきを抑制することができる。
（４）上記（３）の構成において、設定される前記送風量は、下記式（２）によって求められるものとすることができる。
送風量ｑ０’［ｍ^３Ｎ／ｈ］＝ΔＬ１×Ｓ１×Ｂ１×Ｆ×ＡＲ＋ΔＬ２×Ｓ２×Ｂ２×Ｆ×ＡＲ×ａ：式（２）
ただし、
ΔＬ１：前記第１の変化速度［ｍ／ｈ］
Ｓ１：前記シャフト部の水平断面での断面積［ｍ^２］
Ｂ１：前記シャフト部内の処理対象物の嵩比重［ｋｇ／ｍ^３］
Ｆ：理論空気量［ｍ^３Ｎ／ｋｇ］
ＡＲ：空気比（炭化火格子部を介して処理対象物に送風される空気量と理論空気量との比）
ΔＬ２：前記第２の変化速度［ｍ／ｈ］
Ｓ２：前記溶融炉部の水平断面での断面積［ｍ^２］
Ｂ２：前記溶融炉部内の処理対象物の嵩比重［ｋｇ／ｍ^３］
ａ：補正係数
である。（４）の構成によれば、シャフト部と溶融炉部の充填レベルに基づいた適切な送風量が設定される。
（５）上記（１）から（４）のいずれかの構成において、前記炭化火格子部は、前記シャフト部の下方の第１の炭化火格子部と、前記第１の炭化火格子部より前記溶融炉部側に配置される第２の炭化火格子部とを有し、設定される前記送風量を、前記第１の炭化火格子部から供給させるの空気の送風量と前記第２の炭化火格子部から供給させる空気の送風量に所定の比率で分配し、分配された送風量で前記第１の炭化火格子部および前記第２の炭化火格子部からそれぞれ空気を供給させることができる。（５）の構成によれば、炭化火格子部が２つの部分から構成される場合において、それぞれの炭化火格子部から適切な送風量で送風を行うことができる。
（６）上記（１）から（５）のいずれかの構成において、前記供給装置が、往復運動する可動炭化火格子であってもよい。
（７）上方に処理対象物の廃棄物が装入される装入口を有するシャフト部と、前記シャフト部の下方に接続され、前記シャフト部に装入された処理対象物を熱分解する複数の炭化火格子が底部に配列された炭化火格子部と、炉底の上方において前記炭化火格子部と接続され、前記炭化火格子部から供給される処理対象物を溶融させる溶融炉部と、処理対象物を前記炭化火格子部から前記溶融炉部に供給する供給装置と、前記炭化火格子部を介して処理対象物に空気を送風する送風部と、前記溶融炉部における処理対象物の充填レベルが設定された設定レベルに維持されるように、前記供給装置の供給動作を制御する供給装置制御部と、前記シャフト部内の処理対象物の充填レベルを検出し、前記シャフト部における処理対象物の充填レベルの単位時間あたりの変化量である第１の変化速度を算出し、少なくとも前記第１の変化速度に基づいて設定される送風量で、前記送風部に空気を送風させる送風制御部と、を備えることを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉。（７）の構成によれば、シャフト部と炭化火格子部と溶融炉部とを備える廃棄物ガス化溶融炉であって、溶融炉部に供給される炭化物の炭化状態のバラつきを抑制し、コークスの使用量を抑える廃棄物ガス化溶融炉を提供することができる。

シャフト部と炭化火格子部と溶融炉部とを備える廃棄物ガス化溶融炉において、溶融炉部に供給される炭化物の炭化状態のバラつきを抑制し、コークスの使用量を抑える廃棄物ガス化溶融炉の制御方法を提供することができる。

廃棄物ガス化溶融炉の構成を示す断面図である。 図１に示す廃棄物ガス化溶融炉のＡ−Ａ’位置における断面図である。 炭化火格子部の斜視図である。 溶融炉部の充填レベルが一定に制御された場合のレベル変化を示すグラフである。 送風制御部によって実現される、廃棄物ガス化溶融炉における送風制御に関する機能ブロック図である。 シャフト部レベル計によって測定されるレベルの変化の例を表すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態にかかる廃棄物ガス化溶融炉１の構成を示す断面図である。図２は、本実施形態の廃棄物ガス化溶融炉１の、図１におけるＡ−Ａ’位置での断面図である。

本実施形態の廃棄物ガス化溶融炉１は、シャフト部２と、炭化火格子部４と、溶融炉部６と、供給装置制御部である炭化火格子制御部３０と、送風制御部５０を備える。本実施形態の廃棄物ガス化溶融炉１は、廃棄物が装入されるシャフト部２と最終的に溶融処理を行う溶融炉部６の位置をずらし、シャフト部２に装入された廃棄物は炭化火格子部４を経て溶融炉部６に導入される構造となっている。

まずシャフト部２は、シャフト部２内に装入された廃棄物を還元雰囲気下で乾燥する。シャフト部２は、上下方向（Ｚ軸方向）に延びる竪型筒状の形状であり、上端に廃棄物を装入する廃棄物装入口２１が形成される。また、シャフト部２の上部には、廃棄物が熱分解して発生するガスや廃棄物ガス化溶融炉１内に吹き込まれたガスを排出する排気口２２が形成される。シャフト部２の下方は、下面の炭化火格子部４に接続されている。シャフト部２の内径や高さは廃棄物ガス化溶融炉１において必要とされる処理能力などに応じて適宜設定できる。また、シャフト部２の横断面形状（水平面での断面）は、円形状でも矩形状でもよい。

シャフト部２の上部には、シャフト部２内の廃棄物の充填レベルであるレベルＬ１を測定するシャフト部レベル計ＬＴ１が配置される。シャフト部レベル計ＬＴ１としては、廃棄物のレベルを連続的に測定することができればどのようなレベル計が用いられてもよいが、超音波式のレベル計や、マイクロ波などの電波を利用した電波式のレベル計などを用いることができる。

次に、炭化火格子部４は、シャフト部２において乾燥された（あるいはさらに熱分解された）廃棄物を熱分解して、熱分解残渣を生成しながら、溶融炉部６に搬送する。炭化火格子部４においては、各炭化火格子の隙間から空気が供給される。そして、炉内が還元雰囲気となるように空気の供給量（送風量）が調節されることで、炭化火格子部４において、燃焼の進行によって起こる灰分の生成が抑制された状態で廃棄物が熱分解される。さらに、本実施形態では炭化火格子部４から供給され溶融炉部６に充填される炭化物の性状にバラつきが生じないように、空気の供給量が調節される。なお、空気の供給は、空気比が０．２〜０．３の範囲となるように供給されることが好ましい。

炭化火格子部４は、第１の炭化火格子部である供給炭化火格子部４ａと、第２の炭化火格子部である乾留炭化火格子部４ｂと、駆動装置４３ａ、４３ｂと、回収室４４ａ、４４ｂと、送風管４５ａ、４５ｂ、などを備える。

まず、炭化火格子部４を構成する各炭化火格子の構造を説明する。なお、炭化火格子の構造は、上流側の供給炭化火格子部４ａと下流側の乾留炭化火格子部４ｂとで共通でよい。図３は、炭化火格子部４の斜視図を示す。図３に示すように、炭化火格子部４は複数の炭化火格子が階段状に配置されたものであり、可動炭化火格子４１と固定炭化火格子４２とが交互に配置されている。また、通常は図３に示すように、１段に複数列（図３では一例として４列）の炭化火格子が配列される。

可動炭化火格子４１は、水平方向（Ｘ軸方向）に往復運動する。具体的には、可動炭化火格子４１は、図１に示すように、駆動装置４３ａ、４３ｂによって前後方向に一定のピッチで往復運動するように駆動される。駆動装置４３ａ、４３ｂは、例えば、流体圧シリンダを用いればよい。可動炭化火格子４１が前後に往復運動することにより、可動炭化火格子４１上の廃棄物（あるいは熱分解残渣）を１段下の固定炭化火格子４２に落下させ、落下した廃棄物は可動炭化火格子４１の側面によって押し出されて、さらに１段下の可動炭化火格子４１上に落下する。このような可動炭化火格子４１の往復運動により、廃棄物が攪拌されながら、徐々にシャフト部２側から溶融炉部６側に搬送される。

可動炭化火格子４１および固定炭化火格子４２の各炭化火格子間の隙間からは、廃棄物を乾燥させ、熱分解させるための空気が炉内に吹き込まれる。空気の吹込は炭化火格子間の隙間に限られず、可動炭化火格子４１および／または固定炭化火格子４２に空気を吹き込むための送風孔を設けて、当該送風孔から空気を炉内に吹き込む構造でもよい。空気は、後述する空気の送風管４５ａ、４５ｂから、回収室４４ａ、４４ｂを介して供給される。また、可動炭化火格子４１は、往復運動するプッシャーなどを用いてもよい。

そして、このような可動炭化火格子４１と固定炭化火格子４２で構成される炭化火格子部４は、廃棄物・熱分解残渣の移動方向上流側に供給炭化火格子部４ａを備え、その下流側に乾留炭化火格子部４ｂを備える。

供給炭化火格子部４ａは、シャフト部２の下方に位置し、シャフト部２に装入された廃棄物の荷重を受ける。そして供給炭化火格子部４ａは、シャフト部２で乾燥・熱分解された廃棄物をさらに熱分解させながら乾留炭化火格子部４ｂ側に押し出して移動させる。供給炭化火格子部４ａの幅（図１においてＹ軸方向における幅）は、シャフト部２の内径と同じであることが好ましい。シャフト部２から炭化火格子部４に切り替わる箇所において供給炭化火格子部４ａの幅とシャフト部２の内径が同じであることで、廃棄物の荷下がり（廃棄物の降下）を安定化させることができる。その結果、シャフト部２から炭化火格子部４に切り替わる箇所やシャフト部２内において、廃棄物が棚吊り状態（廃棄物の降下が止まってしまう現象）になるなど荷下がり障害が発生することを抑制することができる。

乾留炭化火格子部４ｂは、供給炭化火格子部４ａによって供給される熱分解された廃棄物を更に熱分解（乾留）させて、最終的に、炭化物と不燃性成分（スラグやメタル）からなる熱分解残渣を生成する。そして、乾留炭化火格子部４ｂは、熱分解残渣を溶融炉部６に向けて押し出して溶融炉部６内に充填する。乾留炭化火格子部４ｂの幅（図１のＹ軸方向）は、溶融炉部６との接続部において溶融炉部６の幅と同じになるように、供給炭化火格子部４ａ側から溶融炉部６側に進むにつれて狭くなるように形成されていてもよい。これは、廃棄物が乾燥し熱分解が進むと容積が小さくなることによる。廃棄物の容積の減少に合わせて溶融炉部６も設計されるため、通常、溶融炉部６の幅はシャフト部２の内径などに比べて小さく形成される。そのため、乾留炭化火格子部４ｂを供給炭化火格子部４ａ側から徐々に幅を狭くして溶融炉部６に接続することで、廃棄物を円滑に溶融炉部６側に供給することもできるし、溶融炉部６を下にいくにしたがって、溶融炉部６の断面積が小さくなるように形成することもできる。

なお、炭化火格子部４は、供給炭化火格子部４ａと乾留炭化火格子部４ｂに分かれているが、供給炭化火格子部４ａと乾留炭化火格子部４ｂとで明確に機能が区別されていたり、処理対象物の状態が急激に変化したりしているわけではなく、廃棄物は供給炭化火格子部４ａと乾留炭化火格子部４ｂ上を通過していく過程で徐々に熱分解され炭化されていく。

また、図１では、供給炭化火格子部４ａと乾留炭化火格子部４ｂを、水平方向に各炭化火格子が延びる水平炭化火格子を示しているが、これに限定されることはない。供給炭化火格子部４ａと乾留炭化火格子部４ｂのいずれか一方または両方を、炭化火格子の先端側が上方向に向かって傾斜する傾斜炭化火格子としてもよい。

また、図１においては、供給炭化火格子部４ａと乾留炭化火格子部４ｂの炭化火格子をそれぞれ６段ずつ示しているが、便宜上６段ずつ示しているだけであり、廃棄物ガス化溶融炉１の大きさなどに応じて最適な段数の炭化火格子がそれぞれ配置されればよい。

駆動装置４３ａ、４３ｂは、上述の通り、可動炭化火格子４１を往復運動させる。駆動装置４３ａは、供給炭化火格子部４ａの可動炭化火格子４１を駆動し、駆動装置４３ｂは、乾留炭化火格子部４ｂの可動炭化火格子４１を駆動する。駆動装置４３ａと駆動装置４３ｂとは、それぞれ独立して可動炭化火格子４１を駆動及び停止させたり、駆動速度（すなわち、廃棄物の供給速度）を制御することができる。この場合、供給炭化火格子部４ａと乾留炭化火格子部４ｂの駆動速度（供給速度）は、相対的に異なるように設定してもよいし、同じ速度に設定してもよい。駆動装置４３ａ、４３ｂは、後述の炭化火格子制御部３０に制御される。

回収室４４ａ、４４ｂは、炭化火格子の隙間から落下した微細な廃棄物を回収する。回収室４４ａは、供給炭化火格子部４ａにおいて炭化火格子の隙間から落下した廃棄物を回収する。回収室４４ｂは、乾留炭化火格子部４ｂにおいて炭化火格子の隙間から落下した廃棄物を回収する。

回収室４４ａ、４４ｂには、それぞれ、送風管４５ａ、４５ｂが接続されている。送風管４５ａ、４５ｂは、不図示の送風機が接続されており、送風機から空気が供給される。また、送風管４５ａ、４５ｂには、流量調節弁４６ａ、４６ｂと、流量計４７ａ、４７ｂが設けられている。送風機から送風管４５ａに供給された空気は、回収室４４ａを通って供給炭化火格子部４ａの炭化火格子間の隙間から吹き出す。また、送風管４５ｂに供給された空気は、回収室４４ｂを通って乾留炭化火格子部４ｂの炭化火格子間の隙間から吹き出す。この際、炉内状況などに応じて、流量調節弁４６ａ、４６ｂを調節して、供給炭化火格子部４ａへの空気の送風量と、乾留炭化火格子部４ｂへの空気の送風量と、を調節する。本実施形態では、さらに、炭化火格子部４から供給され溶融炉部６に充填される炭化物の炭化状態などの性状にバラつきが生じないように、空気の送風量が調節される。流量の調節は、第１流量制御部ＦＣ１と、第２流量制御部ＦＣ２がそれぞれ、流量調節弁４６ａ、４６ｂを調節することにより行う。具体的には、後述の送風制御部５０から指示される供給炭化火格子部４ａから送風させる送風量と還流炭化火格子部４ｂから送風させる送風量でそれぞれ送風が行われるように、第１流量制御部ＦＣ１と第２流量制御部ＦＣ２が、流量調節弁４６ａ、４６ｂの弁開度をそれぞれ調節する。送風量の調節は、それぞれの流量計４７ａ、４７ｂで測定される送風量が設定された送風量となるように、第１流量制御部ＦＣ１と第２流量制御部ＦＣ２がそれぞれ流量調節弁４６ａ、４６ｂを調節することにより行う。なお、送風量の調節は、流量調節弁に限られず、例えば送風機の制御によって送風量が調節されてもよい。

次に、溶融炉部６は、炭化火格子部４において廃棄物が熱分解（炭化）されて生成された熱分解残渣をさらに燃焼・溶融する。溶融炉部６は、上下方向（Ｚ軸方向）に延びる竪型で筒状の形状であり、側面の上方に炭化火格子部４が接続されている。また、本実施形態の溶融炉部６は、平面視において、矩形形状である。

図２に示すように、溶融炉部６は、炭化火格子部４との接続位置から炉底側に進むにつれて、幅（図２においてＹ軸方向の幅）が狭くなる絞り部６０が形成されている。これは、処理対象物である熱分解残渣は溶融炉部６における溶融処理が進むと、徐々に容積が小さくなるためである。図２に示す、絞り部６０の水平方向に対する傾斜角度θは７５度より大きく設定されることが好ましい。傾斜角度θが７５度より大きければ、溶融炉部６内の熱分解残渣はスムーズに降下し、棚吊り現象の発生が抑制される。一方、傾斜角度θが７５度以下、特に７０度以下の場合には、熱分解残渣と絞り部６０の内面との摩擦によって熱分解残渣の荷下がりが停滞し、棚吊り現象が発生する場合がある。熱分解残渣の降下が停滞すると熱溶融処理が円滑に進まない。

なお、本実施形態では、溶融炉部６を水平面における断面形状が矩形形状であるとして説明したが、これに限られず、シャフト部２と同様に円筒形状でもよい。また、溶融炉部６が円筒形状である場合には、上述の絞り部は、下方にいくにしたがって溶融炉部６の内径が小さくなる、逆円錐形状（いわゆる、朝顔（bosh）状）に形成されればよい。

溶融炉部６の天井部には、溶融炉部６における燃料などの副資材を溶融炉部６内に装入するための副資材装入口６６が形成されている。副資材は、例えば、コークスやバイオマスの炭化物などの炭素系固形燃料であるが、これ以外の炭素系可燃性物質でもよい。また、副資材としては、燃料の他に、塩基度調整剤としての石灰石等も含んでよい。

なお、これらの副資材は、廃棄物とともに廃棄物装入口２１からシャフト部２に装入してもよい。さらに、副資材装入口６６は、溶融炉部６の天井部に配置するだけに限られず、ガイド部１０の位置よりも上流側の乾留炭化火格子部４ｂの上方に配置してもよい。乾留炭化火格子部４ｂ上に副資材を投入した場合、可動炭化火格子４１によって副資材と熱分解残渣とが攪拌されて両者が適度に混合されるため、溶融炉部６において安定して溶融処理できる。

また、溶融炉部６の天井部には、溶融炉部６の充填レベルであるレベルＬ２を測定する溶融炉部レベル計ＬＴ２が配置されている。溶融炉部レベル計ＬＴ２としては、シャフト部レベル計ＬＴ１と同様に、溶融炉部６のレベルを連続的に測定することができればどのようなレベル計でもよく、超音波式のレベル計や、マイクロ波などの電波を利用した電波式のレベル計などが用いられる。

溶融炉部６の炉下部には、羽口６３が周方向に複数配置される。羽口６３は、炭化火格子部４から供給された熱分解残渣や、副資材装入口６６から装入された燃料などを燃焼・溶融させるための酸素富化空気を溶融炉部６内に吹き込む。羽口６３から炉内に吹き込まれる酸素富化空気は、例えば酸素発生器６４からの酸素を混合することで酸素濃度を高めた空気である。

溶融炉部６の炉底には、熱分解残渣が溶融して生成される溶融物（すなわち、スラグ及びメタル）を排出する出湯口６５が形成されている。出湯口６５は、不図示の開閉機構が設けられており、間欠的に溶融物を排出する。出湯口６５から排出された溶融物は、冷却・凝固させ、さらにスラグとメタルに分別される。

炭化火格子制御部３０は、溶融炉部６での充填レベルＬ２が予め設定される設定レベルに維持されるように、可動炭化火格子４１の動作を制御することにより炭化火格子部４から溶融炉部６への炭化物の供給速度を調節する。具体的には、炭化火格子制御部３０は、溶融炉部レベル計ＬＴ２から、溶融炉部６における充填レベルＬ２を取得する。そして、炭化火格子制御部３０は、駆動装置４３ａ、４３ｂを制御して可動炭化火格子４１の往復運動の速度をコントロールすることにより、レベルＬ２が設定レベルで維持されるように、炭化火格子部４から溶融炉部６への炭化物の供給量を調節する。例えば、レベルＬ２が設定レベルより低ければ、炭化火格子制御部３０は、駆動装置４３ａ、４３ｂを制御して可動炭化火格子４１の運動の速度を上昇させ、炭化物の供給量を増やす。レベルＬ２が設定レベルより大きければ、可動炭化火格子４１の速度を低下させ、炭化物の供給量を減らす。なお、溶融炉部６における設定レベルは、羽口６３より０．５ｍ以上上方であって、乾留炭化火格子部４ｂの最下段（最も溶融炉部６側の炭化火格子）よりも下方の範囲から選択したレベルに設定されることが好ましい。図４は、炭化火格子制御部３０によって溶融炉部６のレベルＬ２を設定レベルに維持する制御が行われた場合における、レベルＬ２の変化の一例を示すグラフである。なお、炭化火格子制御部３０は、ＣＰＵ等のプロセッサ等を備えるコンピュータで構成されればよい。

送風制御部５０は、シャフト部２におけるレベルＬ１と溶融炉部６におけるレベルＬ２とに基づき、流量調節弁４６ａおよび４６ｂを制御して、炭化火格子部４の炭化火格子間から炉内に供給される空気の供給量をコントロールする。送風制御部５０は、ＣＰＵ等のプロセッサ等を備えるコンピュータで構成されればよく、送風制御プログラムの実行により送風処理が制御されてもよいし、専用の回路で送風処理が制御されてもよい。送風制御方法については後述する。

なお、炭化火格子制御部３０と送風制御部５０は、本実施形態のように別々の制御装置であってもよいし、１つの制御装置が炭化火格子部の制御と、送風制御を行う構成でもよい。

以上の構成を有する廃棄物ガス化溶融炉１における廃棄物処理の流れを説明する。廃棄物装入口２１から装入された廃棄物は、シャフト部２内で廃棄物充填層１００を形成する。そして、炭化火格子部４の炭化火格子間から吹き込まれた空気や溶融炉部６の羽口６３から吹き込まれた空気や、廃棄物ガス化溶融炉１内で発生したガスが、廃棄物充填層１００を通過する際の熱交換によって、廃棄物の乾燥および熱分解が進行する。乾燥および熱分解には、廃棄物自身の発熱による熱も利用される。乾留炭化火格子部４ｂの可動炭化火格子４１の動作によって炭化火格子上にある廃棄物が溶融炉部６側に押し出されていくことで、廃棄物充填層１００における廃棄物は乾燥・熱分解されながらシャフト部２内を徐々に降下し、シャフト部２下方の供給炭化火格子部４ａ上に到達する。廃棄物は供給炭化火格子部４ａで更に熱分解されながら、可動炭化火格子４１の動作によって攪拌されながら乾留炭化火格子部４ｂ側に移動する。乾留炭化火格子部４ｂにおいて、廃棄物はさらに熱分解され、熱分解残渣となって、溶融炉部６に供給される。なお、熱分解残渣は、溶融炉部６において安定して溶融処理が行われるようにするために、水分が質量比で１０％以下、固定炭素が質量比で３％以上であることが好ましい。溶融炉部６内に落下した熱分解残渣は充填層１０１を形成する。

溶融炉部６内には、副資材装入口６６からコークスなどが装入され、炉底において羽口６３から吹き込まれた酸素富化空気によって、コークスおよび廃棄物の炭素を燃焼させる。これにより炉底に高温のコークスベット１０２が形成され、その熱で熱分解残渣に含まれる灰分や不燃成分を溶融し、溶融物として炉外に排出される。

炭化火格子部４の炭化火格子間から供給された空気や羽口６３から供給された空気などを含む高温ガスは廃棄物充填層１００を通過してシャフト部２の上部に到達し、廃棄口２２から排出される。廃棄口２２から排出された高温ガスは、例えば、ボイラー等の装置で廃熱を回収した後、無害化処理をして放出される。

次に、本実施形態の廃棄物ガス化溶融炉１における、送風制御方法を説明する。図５は、廃棄物ガス化溶融炉１における送風制御に関する機能ブロック図である。送風制御部５０は機能として、ΔＬ１演算部５２と、送風量演算部５４と、ΔＬ２演算部５６と、を備える。これらの機能は、送風制御部５０によって実現される。

まず、ΔＬ１演算部５２は、シャフト部レベル計ＬＴ１からシャフト部２のレベルＬ１の情報を取得する。ここで、図６には、シャフト部レベル計ＬＴ１によって測定されるレベルＬ１の変化を表すグラフを例示する（図６（ａ））。図６（ｂ）は、（ａ）のグラフの一部分を拡大した図であり、レベルＬ１の変化に応じて本実施形態の送風制御方法で算出される送風量ｑ０も併せて示している。図６に示すように、シャフト部２内の廃棄物は乾燥、熱分解されて容積が小さくなるとともに、炭化火格子部４上の廃棄物が可動炭化火格子４１によって徐々に溶融炉部６に搬送されるため、レベルＬ１は、廃棄物が装入されるタイミングを除き、通常は時間経過と共に低下していく。廃棄物が装入されたタイミングではレベルＬ１は上昇し、その後同様に時間経過で低下する。レベルＬ１が低下する速度は、装入される廃棄物の性状等によって変化する。

ΔＬ１演算部５２は、シャフト部への廃棄物装入と次回の廃棄物装入との間における、連続的に取得されるレベルＬ１に基づいて求められるレベルＬ１の単位時間あたりの変化量である変化速度ΔＬ１（第１の変化速度）を算出する。上述のように、通常はレベルＬ１は減少するので、変化速度ΔＬ１は、レベルＬ１の減少速度を表すことになる。

そして、送風量演算部５４は、炭化火格子部４を介して供給させる空気の送風量を下記式（１）により算出する。
（１） ｑ０［ｍ^３Ｎ／ｈ］＝Ａ１［ｋｇ／ｈ］×理論空気量Ｆ［ｍ^３Ｎ／ｋｇ］×空気比ＡＲ

ここで、式（１）のＡ１［ｋｇ／ｈ］は、下記式（２）より求められる値である。
（２） Ａ１［ｋｇ／ｈ］＝ΔＬ１［ｍ／ｈ］×シャフト部２の水平断面での断面積Ｓ１［ｍ^２］×廃棄物の嵩比重Ｂ１［ｋｇ／ｍ^３］

式（２）において、嵩比重Ｂ１は、所定の記憶領域に予め記憶されていればよい。

また、式（１）の理論空気量Ｆは、廃棄物を完全燃焼させるために必要な最低の空気量である。空気比ＡＲは炭化火格子部４を介して処理対象物に送風される空気量と理論空気量との比である。理論空気量Ｆおよび空気比ＡＲは廃棄物ガス化溶融炉１の操業において一律に決定される値である。

上記式（２）によって求められるＡ１は、シャフト部２から炭化火格子部４に単位時間あたりに供給される廃棄物の量を示している。そして、溶融炉部６での充填レベルＬ２が予め設定される設定レベルに維持されるように、可動炭化火格子４１の動作が制御され、単位時間あたりシャフト部２から炭化火格子部４にある分量の廃棄物が供給されるということは、当該分量の廃棄物が炭化火格子部４において処理されるということである。従って、Ａ１は、炭化火格子部４において単位時間あたりに処理される廃棄物の処理量に相当する量である。

本実施形態では、上記式（１）に示すとおり、Ａ１、つまり、炭化火格子部４における廃棄物の処理量の変化に応じて炭化火格子部４からの送風量ｑ０が決定される。例えば、ΔＬ１が増加してＡ１が増加した場合、炭化火格子部４での単位時間あたりの廃棄物の処理量が増えることになるので、処理量の増加分に応じて送風量ｑ０も増やされる。図６（ｂ）に示すＬ１の変化の例では、矢印Ｂで示すタイミングにおいてΔＬ１が増加しており、それに応じて送風量ｑ０が増加するように制御されている。

一方、ΔＬ１が減少してＡ１が減少した場合、炭化火格子部４での単位時間あたりの廃棄物の処理量が減少することになるので、処理量の減少分に応じて送風量ｑ０も減らされる。図６（ｂ）に示した例では、矢印Ａで示すタイミングにおいてΔＬ１が減少しており、それに応じて送風量ｑ０が減少するように制御されている。

従って、炭化火格子部４における廃棄物の処理量に応じて最適な送風量ｑ０が設定され、空気が送風されるので、廃棄物から生成される炭化物の炭化状態のバラつきを抑えることができる。

一方、送風量が一定で、炭化火格子部４での処理量が増える場合（つまりΔＬ１が増加する場合）、炭化火格子部４を介して廃棄物に供給される空気が不足する。空気が不足すると、乾燥が不十分となり廃棄物から生成される炭化物中に含まれる水分の量が過剰となる。水分が過剰な炭化物が溶融炉部６に供給されると、その水分を蒸発させるためにコークスが余分に必要となる。また、送風量が一定で、炭化火格子部４での処理量が減る場合（つまりΔＬ１が減少する場合）、供給される空気が過剰となる。空気が過剰であると還元雰囲気ではなくなるので溶融炉部６に供給される炭化物（熱分解残渣）に含まれる炭素成分が過少となる。炭素成分が過少であると、それを補うためにコークスを余分に供給する必要が生じる。以上のような理由から、送風量が一定であると、炭化物の性状のバラつきが生じる場合があり、結果としてコークスの使用量が増えてしまう。

送風量演算部５４は、上記式（１）によって送風量ｑ０を求めたら、所定の分配比率で送風量ｑ０を供給炭化火格子側送風量ｑ１［ｍ^３Ｎ／ｈ］と乾留炭化火格子側送風量ｑ２［ｍ^３Ｎ／ｈ］に分配する。供給炭化火格子側送風量ｑ１は供給炭化火格子部４ａから送風させる送風量であり、乾留炭化火格子側送風量ｑ２は乾留炭化火格子部４ｂから送風させる送風量である。また、ｑ０＝ｑ１＋ｑ２である。そして、第１流量制御部ＦＣ１は、供給炭化火格子側送風量ｑ１で送風されるように流量調節弁４６ａを調節する。第２流量制御部ＦＣ２は、乾留炭化火格子側送風量ｑ２で送風されるように流量調節弁４６ｂを調節する。第１流量制御部ＦＣ１と第２流量制御部ＦＣ２による流量調節方法は上述の通りである。

なお、送風量ｑ０をｑ１とｑ２に分配する際の分配比率は特に限定されず、従来の廃棄物ガス化溶融炉における送風制御での比率が用いられればよい。また、ｑ１／ｑ０＝α（０＜α＜１）とした場合、ｑ１＝αｑ０であり、ｑ１＋ｑ２＝ｑ０であるので、ｑ２＝（１−α）ｑ０となる。

以上の送風制御方法により炭化火格子部４からの送風量が制御されることで、溶融炉部６に供給される炭化物の炭化の程度のバラつきが抑制され、最適な炭化状態の炭化物が溶融炉部６に供給される。従って、コークスの使用量を必要最小限に抑えることができる。

なお、送風制御部５０は、溶融炉部６のレベルＬ２が上昇傾向にある場合に、炭化火格子部４からの送風量を下記式（３）によって求められる補正量βによって補正された補正送風量ｑ０’（ｑ０’＝ｑ０＋β）に変更して、補正送風量ｑ０’で送風をおこなってもよい。
（３） β［ｍ^３Ｎ／ｈ］＝Ａ２［ｋｇ／ｈ］×理論空気量Ｆ［ｍ^３Ｎ／ｋｇ］×空気比ＡＲ×補正係数

ここで、式（３）において、Ａ２［ｋｇ／ｈ］は、下記式（４）より求められる値である。
（４） Ａ２［ｋｇ／ｈ］＝ΔＬ２［ｍ／ｈ］×溶融炉部６の断面積Ｓ２［ｍ^２］×溶融炉部６内の処理対象物の嵩比重Ｂ２［ｋｇ／ｍ^３］

式（４）において、ΔＬ２は、ΔＬ２演算部５６が溶融炉部における溶融物の排出と次回の溶融物の排出との間における、溶融炉部レベル計ＬＴ２から取得するレベルＬ２に基づき求めるレベルＬ２の単位時間あたりの変化量（第２の変化速度）である。上述のように補正量βは溶融炉部６のレベルＬ２が上昇傾向にある場合に用いられるので、変化量ΔＬ２は、溶融炉部６のレベルＬ２の増加速度を表すことになる。なお、溶融炉部６でのレベルＬ２は、通常は、目標とする目標レベル付近をわずかに上昇したり下降したりしながら、目標レベル付近のレベルに保たれる。このレベルＬ２が上昇傾向にあるか否かは、送風制御部５０がレベルＬ２を連続的に取得し、例えば予め設定される所定期間以上Ｌ２が上昇している場合に、レベルＬ２が上昇傾向であると判定すればよい。

溶融炉部６の断面積Ｓ２は、溶融炉部６内に充填されている処理対象物の表面（充填物面）の位置における溶融炉部６の内面における水平断面の断面積である。嵩比重Ｂ２は、所定の記憶領域に予め記憶されていればよい。

また、理論空気量と空気比は、式（１）と同じ値が用いられる。補正係数の初期値は１．０とする。補正係数はΔＬ２の影響を増減するために用いることができる。

上記式（４）によって求められるＡ２は、ΔＬ２が増加すれば増加し、ΔＬ２が減少すれば減少する。従って、ΔＬ２が増加した場合には、補正量βも増加し、ΔＬ２が減少した場合には、補正量βも減少する。

送風量演算部５４は、ΔＬ１演算部５２が算出したΔＬ１に基づいて式（１）、式（２）により送風量ｑ０を算出し、ΔＬ２演算部５８が算出したΔＬ２に基づいて式（３）、式（４）により補正量βを算出し、送風量ｑ０に補正量βを加算して補正送風量ｑ０’を得る。

そして、送風量演算部５４は、補正が無い場合と同様に、補正送風量ｑ０’を所定の比率でｑ１とｑ２に分配し、第１流量制御部ＦＣ１と第２流量制御部ＦＣ２が、分配されたｑ１とｑ２で送風されるように、流量調節弁４６ａ、４６ｂを制御する。

このように、溶融炉部６のレベルＬ２が増加傾向にある場合には、その増加速度に応じて炭化火格子部４からの送風量を設定してもよい。溶融炉部６のレベルＬ２が、上述のように設定レベルで維持されるように制御されている場合においても、上昇傾向にある場合には、炭化火格子部４での廃棄物の処理量が増加したととらえることができるためである。

ΔＬ２の増加に応じて補正量βが増え、送風量ｑ０’が大きくなれば、炭化火格子部４を通過する炭化物の量が増加してもそれに応じて送風量も増加することになるため、送風量が不足して炭化物の水分量が増えることが抑制される。従って、レベルＬ２が増加傾向にある場合に送風量ｑ０を上記補正量βで補正することにより、溶融炉部６に投入される炭化物の性状のバラつきをより確実に抑えることができ、必要以上にコークスを使用することを抑制できる。

なお、レベルＬ２が減少傾向にある場合に、補正量β（β＜０）を求めて、ｑ０をβで補正し、送風量を補正送風量ｑ０’としてもよい。レベルＬ２が減少傾向にあるということは、炭化火格子部４での廃棄物の処理量が減少していると捉えることができるためである。レベルＬ２が減少傾向にある場合にも補正することで、廃棄物に対して供給される空気が過剰になって熱分解残渣中の炭素成分が過少となることが抑制される。よって、同様に溶融炉部６に供給される炭化物の性状のバラつきをより抑制することができ、コークスの使用量を抑えることができる。

以上、本発明を詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者にとって明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態および図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。

１ 廃棄物ガス化溶融炉
２ シャフト部
２１ 廃棄物装入口
４ 炭化火格子部
４１ 可動炭化火格子
４２ 固定炭化火格子
４ａ 供給炭化火格子部
４ｂ 乾留炭化火格子部
６ 溶融炉部
６３ 羽口
６５ 出湯口
５０ 送風制御部

Claims (7)

1. 上方に処理対象物の廃棄物が装入される装入口を有するシャフト部と、前記シャフト部の下方に接続され、前記シャフト部に装入された処理対象物を熱分解する複数の炭化火格子が底部に配列された炭化火格子部と、炉底の上方において前記炭化火格子部と接続され、前記炭化火格子部から供給される処理対象物を溶融させる溶融炉部と、処理対象物を前記炭化火格子部から前記溶融炉部に供給する供給装置と、前記炭化火格子部を介して処理対象物に空気を送風する送風部と、を備える廃棄物ガス化溶融炉における送風制御方法であって、
   前記溶融炉部における処理対象物の充填レベルが設定された設定レベルに維持されるように、前記供給装置の供給動作を制御し、
   前記シャフト部内の処理対象物の充填レベルを検出し、
   前記シャフト部における処理対象物の充填レベルの単位時間あたりの変化量である第１の変化速度を算出し、
   少なくとも前記第１の変化速度に基づいて設定される送風量で、前記送風部に空気を送風させることを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉における送風制御方法。
2. 設定される前記送風量は、下記式（１）によって求められることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物ガス化溶融炉における送風制御方法。
   
   送風量ｑ０［ｍ^３Ｎ／ｈ］＝ΔＬ１×Ｓ１×Ｂ１×Ｆ×ＡＲ：式（１）
   
   ただし、
   ΔＬ１：前記第１の変化速度［ｍ／ｈ］
   Ｓ１：前記シャフト部の水平断面での断面積［ｍ^２］
   Ｂ１：前記シャフト部内の処理対象物の嵩比重［ｋｇ／ｍ^３］
   Ｆ：処理対象物を完全燃焼させるために最低限必要な理論空気量［ｍ^３Ｎ／ｋｇ］
   ＡＲ：空気比
   である。
3. 前記廃棄物ガス化溶融炉における送風制御方法において、
   前記溶融炉部内の処理対象物の充填レベルを検出し、
   前記溶融炉部内の処理対象物の充填レベルが上昇している場合に、前記溶融炉部における処理対象物の充填レベルの単位時間あたりの変化量である第２の変化速度を算出し、
   前記第１の変化速度と前記第２の変化速度に基づいて設定される送風量で、前記送風部に空気を送風させることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物ガス化溶融炉における送風制御方法。
4. 設定される前記送風量は、下記式（２）によって求められることを特徴とする請求項３に記載の廃棄物ガス化溶融炉における送風制御方法。
   
   送風量ｑ０’［ｍ^３Ｎ／ｈ］＝ΔＬ１×Ｓ１×Ｂ１×Ｆ×ＡＲ＋ΔＬ２×Ｓ２×Ｂ２×Ｆ×ＡＲ×ａ：式（２）
   
   ただし、
   ΔＬ１：前記第１の変化速度［ｍ／ｈ］
   Ｓ１：前記シャフト部の水平断面での断面積［ｍ^２］
   Ｂ１：前記シャフト部内の処理対象物の嵩比重［ｋｇ／ｍ^３］
   Ｆ：処理対象物を完全燃焼させるために最低限必要な理論空気量［ｍ^３Ｎ／ｋｇ］
   ＡＲ：空気比
   ΔＬ２：前記第２の変化速度［ｍ／ｈ］
   Ｓ２：前記溶融炉部の水平断面での断面積［ｍ^２］
   Ｂ２：前記溶融炉部内の処理対象物の嵩比重［ｋｇ／ｍ^３］
   ａ：補正係数
   である。
5. 前記炭化火格子部は、前記シャフト部の下方の第１の炭化火格子部と、前記第１の炭化火格子部より前記溶融炉部側に配置される第２の炭化火格子部とを有し、
   設定される前記送風量を、前記第１の炭化火格子部から供給させるの空気の送風量と前記第２の炭化火格子部から供給させる空気の送風量に所定の比率で分配し、分配された送風量で前記第１の炭化火格子部および前記第２の炭化火格子部からそれぞれ空気を供給させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の廃棄物ガス化溶融炉における送風制御方法。
6. 前記供給装置は、往復運動する可動炭化火格子であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の廃棄物ガス化溶融炉における送風制御方法。
7. 上方に処理対象物の廃棄物が装入される装入口を有するシャフト部と、
   前記シャフト部の下方に接続され、前記シャフト部に装入された処理対象物を熱分解する複数の炭化火格子が底部に配列された炭化火格子部と、
   炉底の上方において前記炭化火格子部と接続され、前記炭化火格子部から供給される処理対象物を溶融させる溶融炉部と、
   処理対象物を前記炭化火格子部から前記溶融炉部に供給する供給装置と、
   前記炭化火格子部を介して処理対象物に空気を送風する送風部と、
   前記溶融炉部における処理対象物の充填レベルが設定された設定レベルに維持されるように、前記供給装置の供給動作を制御する供給装置制御部と、
   前記シャフト部内の処理対象物の充填レベルを検出し、前記シャフト部における処理対象物の充填レベルの単位時間あたりの変化量である第１の変化速度を算出し、少なくとも前記第１の変化速度に基づいて設定される送風量で、前記送風部に空気を送風させる送風制御部と、
   を備えることを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉。

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