JP2017089928A - Stoker type incinerator and incinerator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、焼却炉に関する。 The present invention relates to an incinerator.
焼却炉から排出される排ガスのNOx(窒素酸化物)濃度を低減するために、アンモニア等の還元剤を排ガス中に供給することが従来より行われている。そして、NOx濃度の測定としては、バグフィルタ後段にあるNOx濃度測定部においてNOx濃度を検出し、当該NOx濃度に基づいて還元剤の供給量を制御する手法が採用されている。しかしながら、NOx濃度測定部の設置位置が焼却炉の本体から離れているために、実際に焼却炉内でNOx濃度が上昇してからNOx濃度測定部にてNOx濃度の上昇を検出するまでに時間がかかり、焼却炉内でのNOx濃度の変化を素早く検出することができない。 In order to reduce the NOx (nitrogen oxide) concentration of exhaust gas discharged from an incinerator, it has been conventionally performed to supply a reducing agent such as ammonia into the exhaust gas. As a measurement of the NOx concentration, a method of detecting the NOx concentration in a NOx concentration measuring unit at the rear stage of the bag filter and controlling the supply amount of the reducing agent based on the NOx concentration is employed. However, since the installation position of the NOx concentration measuring unit is away from the main body of the incinerator, it takes time until the NOx concentration measuring unit detects the increase in NOx concentration after the NOx concentration actually increases in the incinerator. Therefore, the change in the NOx concentration in the incinerator cannot be detected quickly.
そこで、例えば、特許文献1の廃棄物処理設備では、排ガスに対して過剰空気を供給する領域内の酸素濃度および温度を計測し、これらの計測値に基づいて排ガス中に発生するサーマルNOxの濃度を予測し、この予測値に基づいて還元剤の注入量がフィードフォワード制御される。
Therefore, for example, in the waste treatment facility of
ところで、特許文献1の装置では、排ガス中のフューエルNOxの濃度が100〜120ppm程度で安定していることを前提として、排ガス中に発生するサーマルNOxのみの濃度を予測し、還元剤の注入量を制御することで、煙突出口でのNOx濃度が一定以下に維持される。しかしながら、実際には、廃棄物の種類や、燃焼条件等によりフューエルNOxの濃度は変動する。したがって、フューエルNOxを含む排ガスのNOx濃度変化を素早く予測できる手法が求められている。
By the way, in the apparatus of
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、排ガスのNOx濃度変化を素早く予測することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and has an object to quickly predict changes in the NOx concentration of exhaust gas.
請求項1に記載の発明は、ストーカ式焼却炉であって、複数の火格子により搬送される廃棄物の搬送経路の各位置において前記廃棄物に対して一次空気を供給して前記廃棄物を燃焼させる一次燃焼室と、前記一次燃焼室で発生した未燃ガスに二次空気を供給して前記未燃ガスを燃焼させる二次燃焼室と、前記二次燃焼室から排出される排ガスを大気に導く排出経路と、前記一次空気の流量、前記一次空気の温度、前記一次燃焼室内の温度、前記二次空気の流量、前記二次燃焼室内の温度および前記二次燃焼室内の酸素濃度のうちの2つ以上を含む対象パラメータ群の値を取得するパラメータ値取得ユニットと、前記対象パラメータ群の値に基づいて前記排ガスのNOx濃度の予測値を取得するNOx濃度予測部とを備える。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のストーカ式焼却炉であって、前記対象パラメータ群が前記一次燃焼室内の温度を含む。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のストーカ式焼却炉であって、前記一次燃焼室内の温度が、前記一次燃焼室内における複数の位置の温度を含む。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載のストーカ式焼却炉であって、前記対象パラメータ群が、前記一次空気の流量、前記一次燃焼室内の温度、前記二次燃焼室内の温度および前記二次燃焼室内の酸素濃度を含む。
Invention of
請求項5に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載のストーカ式焼却炉であって、前記一次燃焼室内において少なくとも前記排ガスを含むEGRガスが噴出され、前記対象パラメータ群が、前記EGRガスの流量、温度または流速をさらに含む。
The invention according to
請求項6に記載の発明は、請求項1ないし5のいずれかに記載のストーカ式焼却炉であって、前記排出経路において前記排ガスのNOx濃度を測定するNOx濃度測定部をさらに備え、前記パラメータ値取得ユニットが、前記対象パラメータ群を含む複数の測定パラメータの値を取得し、前記NOx濃度予測部において前記NOx濃度の予測値の取得に用いられる関数が、複数の時刻における前記NOx濃度測定部による前記NOx濃度の測定値を目的変数とし、前記複数の時刻における前記NOx濃度の測定値に対応する前記複数の測定パラメータの値を説明変数とする重回帰分析により求められる。 A sixth aspect of the present invention is the stoker-type incinerator according to any one of the first to fifth aspects, further comprising a NOx concentration measuring unit that measures the NOx concentration of the exhaust gas in the exhaust path, and the parameter A value acquisition unit acquires values of a plurality of measurement parameters including the target parameter group, and a function used to acquire the predicted value of the NOx concentration in the NOx concentration prediction unit is the NOx concentration measurement unit at a plurality of times Is obtained by multiple regression analysis using the measured value of the NOx concentration as a target variable and the values of the plurality of measurement parameters corresponding to the measured values of the NOx concentration at the plurality of times as explanatory variables.
請求項7に記載の発明は、焼却炉であって、一次空気を供給して廃棄物を燃焼させる一次燃焼室と、前記一次燃焼室で発生した未燃ガスに二次空気を供給して前記未燃ガスを燃焼させる二次燃焼室と、前記二次燃焼室から排出される排ガスを大気に導く排出経路と、前記一次燃焼室内の温度を含む対象パラメータ群の値を取得するパラメータ値取得ユニットと、前記対象パラメータ群の値に基づいて前記排ガスのNOx濃度の予測値を取得するNOx濃度予測部とを備える。 The invention according to claim 7 is an incinerator, in which primary air is supplied to burn waste, and secondary air is supplied to the unburned gas generated in the primary combustion chamber. A parameter value acquisition unit for acquiring values of a target parameter group including a secondary combustion chamber for burning unburned gas, an exhaust path for guiding exhaust gas discharged from the secondary combustion chamber to the atmosphere, and a temperature in the primary combustion chamber And a NOx concentration prediction unit that acquires a predicted value of the NOx concentration of the exhaust gas based on the value of the target parameter group.
本発明によれば、排ガスのNOx濃度変化を素早く予測することができる。 According to the present invention, it is possible to quickly predict a change in the NOx concentration of exhaust gas.
図1は、本発明の一の実施の形態に係る焼却炉1の構成を示す図である。後述するように、図1の焼却炉1は、複数の火格子(ストーカ)により廃棄物を搬送しつつ燃焼させるストーカ式の焼却炉である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an
焼却炉1は、一次燃焼室2と、二次燃焼室3と、排出経路4と、制御部10とを備える。一次燃焼室2では、廃棄物の燃焼が行われる。二次燃焼室3は、一次燃焼室2から上方に連続し、一次燃焼室2で発生したアンモニア等の未燃ガスの燃焼が行われる。排出経路4は、二次燃焼室3から連続し、二次燃焼室3から排出される排ガスを大気へと導く。制御部10は、NOx濃度予測部101を有する。制御部10は、焼却炉1の全体制御も担う。
The
一次燃焼室2は、供給部21と、火格子部22と、排出部23とを備える。供給部21は、廃棄物を一次燃焼室2内へと供給する。火格子部22は、図1の横方向に配列される複数の火格子を備える。複数の火格子において1つ置きに配置される可動火格子の往復動作により、火格子部22上の廃棄物が供給部21側から排出部23に向かって移動する。このように、火格子部22の複数の火格子が、供給部21から排出部23へと向かう搬送経路に沿って廃棄物を搬送する。後述するように、搬送経路の各位置において廃棄物に対して空気が供給され、廃棄物が燃焼する。燃焼後の廃棄物(主として灰)は排出部23にて一次燃焼室2外に排出される。なお、火格子部22における複数の火格子の形状、配列、動作等については様々なものが採用可能である。
The
火格子部22上の搬送経路は、廃棄物の移動方向(図1の横方向であり、以下、「搬送方向」という。)において3個の部分に大別される。搬送経路における供給部21側の部分221では、主として廃棄物の乾燥が行われ、中央の部分222では、主として廃棄物の燃焼が行われる。搬送経路における排出部23側の部分223では、主として廃棄物の後燃焼が行われる。以下の説明では、搬送経路における3個の部分221,222,223を、それぞれ乾燥段221、燃焼段222および後燃焼段223と呼ぶ。
The conveyance path on the
一次燃焼室2は、複数の一次空気供給部24をさらに備える。図1の焼却炉1では、3個の一次空気供給部24が設けられる。3個の一次空気供給部24は、乾燥段221、燃焼段222および後燃焼段223上の廃棄物に向けて空気を供給(噴出)する。以下の説明では、火格子部22上の廃棄物に向けて供給される空気を「一次空気」という。各一次空気供給部24は、一次空気測定部51を介して、ポンプを有する空気供給源に接続される。一次空気測定部51では、対応する一次空気供給部24から一次燃焼室2内に供給される一次空気の流量および温度が測定される。
The
一次燃焼室2内には、複数の温度計52(例えば、熱電対温度計)が設けられる。複数の温度計52は、火格子部22よりも上方に位置する。例えば、複数の温度計52は、火格子部22と二次燃焼室3の入口との間の中央近傍の高さに配置される。複数の温度計52は、好ましくは、搬送方向に関して乾燥段221と燃焼段222との境界近傍に位置する温度計52を含む。図1の例では、乾燥段221における燃焼段222側の部位の上方、および、燃焼段222における乾燥段221側の部位の上方に、数個の温度計52が配置される。また、燃焼段222における後燃焼段223側の部位の上方にも、数個の温度計52が配置される。一次燃焼室2内に配置される温度計52の個数および配置は任意に決定されてよい(後述の温度計54において同様)。
A plurality of thermometers 52 (for example, thermocouple thermometers) are provided in the
二次燃焼室3は、第1煙道31と、第2煙道32と、第3煙道33とを備える。第1煙道31は、一次燃焼室2の上部から連続して上方に伸びる。第2煙道32は、第1煙道31の上部から連続するとともに第1煙道31に沿って下方に伸びる。第3煙道33は、第2煙道32の下部から連続するとともに第2煙道32に沿って上方に伸びる。二次燃焼室3では、第1ないし第3煙道31〜33により比較的長いガスの流路が形成される。これにより、排ガスがある程度の時間、一定温度以上となる状態が確保される。
The
二次燃焼室3は、噴出ノズルである複数の二次空気供給部34をさらに備える。複数の二次空気供給部34は、第1煙道31において一次燃焼室2の近傍、すなわち、二次燃焼室3の入口近傍に設けられる。複数の二次空気供給部34は、一次燃焼室2から二次燃焼室3内に流入するガスに向けて空気を供給(噴出)する。これにより、一次燃焼室2で発生した高温の未燃ガスが二次燃焼室3にて燃焼する。以下の説明では、二次燃焼室3内に流入するガスに向けて供給される空気を「二次空気」という。既述の排ガスは、二次空気による燃焼後のガスを含む。複数の二次空気供給部34は、1つの二次空気測定部53を介して、ポンプを有する空気供給源に接続される。二次空気測定部53では、複数の二次空気供給部34から二次燃焼室3内に供給される二次空気の流量が測定される。
The
二次燃焼室3内には、複数の温度計54および1つの酸素濃度計55が設けられる。複数の温度計54は、第1ないし第3煙道31〜33内にそれぞれ配置される。第1煙道31内の温度計54は、例えば、複数の二次空気供給部34よりも上方(一次燃焼室2から離れた位置)に配置される。図1の例では、第1煙道31内の温度計54は、第1煙道31を流れるガスの経路の中央近傍に配置される。第2および第3煙道32,33内の温度計54において同様である。酸素濃度計55は、レーザ光を利用して酸素濃度を測定するものであり、第2煙道32内において互いに対向して配置される出射部と受光部とを有する。酸素濃度計55は、第1煙道31または第3煙道33内に配置されてもよい。
A plurality of
二次燃焼室3内には、ノズルである複数の還元剤供給部61が設けられる。複数の還元剤供給部61のうち一の還元剤供給部61は、第1煙道31内に配置され、残りの還元剤供給部61は、第1煙道31と第2煙道32との境界近傍に配置される。各還元剤供給部61は、流量調整部62を介して還元剤供給源に接続される。還元剤供給部61から噴出される還元剤により、排ガスの脱硝、すなわち、排ガスのNOxの濃度の低減が行われる。還元剤は、例えばアンモニアである。還元剤は、アンモニア希釈水または尿素希釈水等であってもよい。還元剤供給部61の個数および配置は、任意に決定されてよい。
In the
排出経路4は、第3煙道33の上部、すなわち、二次燃焼室3の出口に接続される。排出経路4は、減温塔41(または、エコノマイザ)と、バグフィルタ42と、煙突43とを備える。減温塔41は、二次燃焼室3から排出される排ガスに水を供給して排ガスの温度を低下させる。バグフィルタ42は、排ガスに含まれるばいじんを除去する。煙突43は、排ガスを大気に放出する。排出経路4において、バグフィルタ42と煙突43との間には、NOx濃度測定部71が設けられる。NOx濃度測定部71は、排出経路4における排ガスのNOx濃度を測定する。以下の説明におけるNOx濃度は、酸素(O2)濃度12パーセント換算値である。
The
次に、焼却炉1の通常動作時における還元剤の供給制御について図2を参照して説明する。制御部10には、複数の一次空気測定部51により取得される一次空気の流量および温度、一次燃焼室2内の複数の温度計52により取得される温度、二次空気測定部53により取得される二次空気の流量、二次燃焼室3内の複数の温度計54により取得される温度、並びに、二次燃焼室3内の酸素濃度計55により取得される酸素濃度を含む複数の測定パラメータの値が所定時間毎に(ほぼ常時)入力される。以下の説明では、複数の測定パラメータの値を取得する複数の構成(複数の一次空気測定部51、複数の温度計52、二次空気測定部53、複数の温度計54および酸素濃度計55)をパラメータ値取得ユニット5と総称する。パラメータ値取得ユニット5には、他の測定パラメータの値を取得する構成が含まれてよい。また、複数の一次空気測定部51における一次空気の流量の和や、第1煙道31の温度計54における温度と第2煙道32の温度計54における温度との差等が、測定パラメータとして複数の測定パラメータに含まれてもよい。
Next, supply control of the reducing agent during normal operation of the
焼却炉1では、排ガスのNOx濃度の予測値を取得するための関数(以下、「予測関数」という。)が後述の処理により事前に求められ、NOx濃度予測部101に記憶されている。また、複数の測定パラメータのうち、予測関数にて用いられる2以上の測定パラメータ(以下、「対象パラメータ群」という。)が決定されている。本実施の形態では、対象パラメータ群は、一次空気の流量、一次燃焼室2内の温度、二次燃焼室3内の温度および二次燃焼室3内の酸素濃度を含む。詳細には、対象パラメータ群は、燃焼段222における一次空気の流量、乾燥段221における燃焼段222側の部位の上方における一次燃焼室2内の温度、燃焼段222における乾燥段221側の部位の上方における一次燃焼室2内の温度、第1煙道31における二次燃焼室3内の温度、および、二次燃焼室3内の酸素濃度を含む。
In the
NOx濃度予測部101では、複数の測定パラメータに含まれる対象パラメータ群の値を予測関数に代入することにより、NOx濃度の予測値が取得される(ステップS1)。本処理例では、対象パラメータ群の値およびNOx濃度の予測値は、後述の予測関数の取得処理と同様に正規化した値である。実際には、排ガスは一次燃焼室2から二次燃焼室3を介して排出経路4へと流れるため、ある時刻におけるNOx濃度の予測値の算出に用いられる対象パラメータ群の値は、互いに異なる時刻に取得される値を含んでよい。例えば、当該対象パラメータ群の値は、一次燃焼室2に係るパラメータの値と、当該値が取得された後、所定時間経過後に取得される二次燃焼室3に係るパラメータの値とを含んでもよい。
The NOx
制御部10では、NOx濃度予測部101によるNOx濃度の予測値に基づいて、還元剤供給部61により二次燃焼室3内に供給すべき還元剤の流量が算出される(ステップS2)。還元剤の流量の算出では、排ガスのNOx濃度の予測値に応じて、排ガスにおいて高い脱硝率が得られる還元剤の最小の流量が算出される。そして、当該流量に従って流量調整部62が制御され、二次燃焼室3内に還元剤が供給される(ステップS3)。実際に還元剤を噴出する還元剤供給部61は、任意に決定されてよく、全ての還元剤供給部61から還元剤が噴出されてもよい。NOx濃度の予測値の取得、還元剤の流量の算出、および、二次燃焼室3内への還元剤の供給(ステップS1〜S3)は、焼却炉1が稼働している間、常時、繰り返される。これにより、大気に還元剤が排出されること(還元剤のリーク)を抑制しつつ、排ガスにおける高い脱硝率が実現される。
In the
次に、NOx濃度の予測値を取得するための予測関数を取得する処理について図3を参照しつつ説明する。予測関数の取得処理では、まず、焼却炉1において廃棄物を燃焼しつつ、パラメータ値取得ユニット5により複数の測定パラメータの値が所定時間毎に取得される(ステップS11)。また、NOx濃度測定部71により、排出経路4における排ガスのNOx濃度の測定値が所定時間毎に取得される(ステップS12)。そして、複数の時刻におけるNOx濃度の測定値を目的変数とし、当該複数の時刻におけるNOx濃度の測定値に対応する複数の測定パラメータの値を説明変数とする重回帰分析が行われる(ステップS13)。例えば、N個(Nは2以上の整数)の測定パラメータが存在する場合に、i番目(iは1以上N以下の整数)の測定パラメータの値をXi、当該測定パラメータに対する係数をai、NOx濃度をαとして、重回帰分析において数1が用いられる。数1中のβは切片を示す。
Next, a process for obtaining a prediction function for obtaining a predicted value of the NOx concentration will be described with reference to FIG. In the prediction function acquisition process, first, while the waste is burned in the
(数1)
α=(a1X1+a2X2+・・・+aNXN)+β
(Equation 1)
α = (a 1 X 1 + a 2 X 2 +... + a N X N ) + β
重回帰分析の際には、複数の測定パラメータおよびNOx濃度のそれぞれにおいて、複数の時刻での値は、平均値が0となり、分散が1となるように正規化される。また、必要に応じて、NOx濃度の測定値の時間変化と、各測定パラメータの値の時間変化とが比較され、例えば、互いのピーク位置がおよそ一致するように、当該測定パラメータの値が時間軸の方向にシフトされる。すなわち、各時刻におけるNOx濃度の測定値に対して、当該時刻よりも前の時刻における当該測定パラメータの値が対応付けられる。なお、二次燃焼室3から排出された排ガスがNOx濃度測定部71へと到達するまでに要する時間等によっては、後述の図4の焼却炉1aと同様に、二次燃焼室3の出口または排出経路4の入口等においてサンプリングされた排ガスのNOx濃度の測定値が取得されてもよい。
In the multiple regression analysis, in each of the plurality of measurement parameters and the NOx concentration, the values at a plurality of times are normalized so that the average value becomes 0 and the variance becomes 1. Further, if necessary, the time change of the measured value of the NOx concentration is compared with the time change of the value of each measurement parameter. For example, the value of the measurement parameter is changed to the time so that the peak positions of each other approximately match. Shifted in the direction of the axis. That is, the value of the measurement parameter at a time before the time is associated with the measured value of the NOx concentration at each time. Depending on the time required for the exhaust gas discharged from the
続いて、重回帰分析により得られる数1中の複数の係数aiのうち、絶対値が所定値(例えば、表1においては0.01)よりも大きい係数aiとなる測定パラメータが、対象パラメータ群として決定される(ステップS14)。本実施の形態では、燃焼段222における一次空気の流量、乾燥段221における燃焼段222側の部位の上方における一次燃焼室2内の温度、燃焼段222における乾燥段221側の部位の上方における一次燃焼室2内の温度、第1煙道31における二次燃焼室3内の温度、および、二次燃焼室3内の酸素濃度が、対象パラメータ群として決定される。対象パラメータ群は、係数aiが最も大きい所定数の測定パラメータ等であってもよい。上記対象パラメータ群は一例に過ぎず、重回帰分析の結果に応じて、対象パラメータ群は、様々な測定パラメータの組合せとなる。
Subsequently, the measurement parameter whose absolute value is a coefficient a i larger than a predetermined value (for example, 0.01 in Table 1) among a plurality of coefficients a i obtained by multiple regression analysis is the target. It is determined as a parameter group (step S14). In the present embodiment, the flow rate of primary air in the
対象パラメータ群が決定されると、NOx濃度測定部71によるNOx濃度の測定値を目的変数とし、対象パラメータ群の値を説明変数とする重回帰分析が数1を用いて再度行われ、数1において係数aiが決定された関数が、予測関数として取得される(ステップS15)。予測関数は、NOx濃度予測部101にて記憶され、既述のようにNOx濃度の予測値の取得に用いられる。なお、ステップS13にて決定された係数aiが、予測関数においてそのまま用いられてもよい。また、図2のステップS1において、正規化していない対象パラメータ群の値を用いて、正規化していないNOx濃度の予測値が取得可能なように、予測関数が修正されてよい。
When the target parameter group is determined, the multiple regression analysis using the measured value of the NOx concentration by the NOx
次に、NOx濃度の予測に係る実験について説明する。図4は、本実験に用いる焼却炉1aの構成を示す図である。焼却炉1aは、一次燃焼室2と、二次燃焼室3と、パラメータ値取得ユニット5とを備える。一次燃焼室2は、供給部21と、火格子部22と、排出部23とを備える。火格子部22は、図4の横方向に配列される10個の火格子224(可動火格子および固定火格子)を備える。焼却炉1aでは、各火格子224において1個のスリット状の一次空気供給部24が設けられる。二次燃焼室3は、第1煙道31と、第2煙道32と、複数の二次空気供給部34とを備える。第1煙道31は、一次燃焼室2の上部から連続して上方に伸びる。第2煙道32は、第1煙道31の上部から連続して横方向に伸びる。複数の二次空気供給部34は、第1煙道31において一次燃焼室2の近傍、すなわち、二次燃焼室3の入口近傍に設けられる。
Next, an experiment relating to prediction of NOx concentration will be described. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the incinerator 1a used in this experiment. The incinerator 1a includes a
パラメータ値取得ユニット5は、一次燃焼室2内に配置される13個の温度計52(符号52A〜52Cを付す温度計を含む。)と、二次燃焼室3内に配置される2個の温度計54(符号54Aを付す温度計を含む。)とを備える。13個の温度計52は、図4に示すように、一次燃焼室2内の広範囲に分散している。2個の温度計54は、第1および第2煙道31,32内にそれぞれ配置される。パラメータ値取得ユニット5は、さらに、10個の一次空気測定部51(符号51Aを付す一次空気測定部を含む。)と、1個の二次空気測定部53とを備える。10個の一次空気測定部51は、10個の一次空気供給部24にそれぞれ接続される。二次空気測定部53は、複数の二次空気供給部34に接続される。図4では、第2煙道32内に2個の測定座59が設けられており、一方の測定座59においてガスのサンプリングが行われる。サンプリングされたガスの酸素濃度、一酸化炭素濃度、二酸化炭素濃度およびNOx濃度が外部にて測定される。
The parameter
図4の焼却炉1aにおいて予測関数を取得する際には、廃棄物を燃焼しつつ、パラメータ値取得ユニット5における複数の測定パラメータの値(サンプリングされたガスの酸素濃度、一酸化炭素濃度、二酸化炭素濃度を含む。)、および、サンプリングされたガスのNOx濃度の測定値が繰り返し取得される(図3:ステップS11,S12)。各測定パラメータの値、および、NOx濃度の測定値は正規化される。そして、複数の時刻におけるNOx濃度の測定値を目的変数とし、当該複数の時刻におけるNOx濃度の測定値に対応する複数の測定パラメータの値を説明変数とする重回帰分析が、上記数1を用いて行われる(ステップS13)。 When the prediction function is acquired in the incinerator 1a of FIG. 4, while the waste is burned, the values of a plurality of measurement parameters in the parameter value acquisition unit 5 (sampled gas oxygen concentration, carbon monoxide concentration, carbon dioxide concentration) And the measured value of the NOx concentration of the sampled gas is repeatedly obtained (FIG. 3: steps S11 and S12). The value of each measurement parameter and the measured value of the NOx concentration are normalized. The multiple regression analysis using the measured values of the NOx concentrations at a plurality of times as objective variables and the values of a plurality of measurement parameters corresponding to the measured values of the NOx concentrations at the plurality of times as explanatory variables uses the above equation (1). (Step S13).
本実験では、10個の一次空気測定部51によりそれぞれ取得される一次空気の流量、10個の一次空気測定部51における一次空気の総流量、二次空気測定部53により取得される二次空気の流量、一次空気および二次空気の総流量、一次燃焼室2内の13個の温度計52によりそれぞれ取得される温度、二次燃焼室3内の2個の温度計54によりそれぞれ取得される温度、当該2個の温度計54における温度差、並びに、サンプリングされたガスの酸素濃度、一酸化炭素濃度および二酸化炭素濃度が測定パラメータである。
In this experiment, the flow rate of primary air acquired by each of the ten primary
重回帰分析の結果を表1に示す。表1では、数1中の係数aiが1〜6番目に大きい測定パラメータを示している。表1中の「一次空気の流量A」は、図4中の符号51Aを付す一次空気測定部による一次空気の流量を示し、「一次燃焼室温度A」、「一次燃焼室温度B」、「一次燃焼室温度C」は、図4中の符号52A,52B,52Cを付す温度計による温度を示す。「二次燃焼室温度A」は、図4中の符号54Aを付す温度計による温度を示す。「酸素濃度」は、サンプリングされたガスの酸素濃度を示す。
The results of the multiple regression analysis are shown in Table 1. Table 1 shows the measurement parameters with the coefficient a i in
ここで、一次燃焼室2内において温度計52A,52Cは、廃棄物の搬送経路における乾燥段の上方に位置し、温度計52Bは、燃焼段の上方に位置する。また、一次空気測定部51Aは、燃焼段上の廃棄物に向けて供給される一次空気の流量を測定する。乾燥段の上方の温度計52A,52Cによる温度に対する係数が大きい理由としては、乾燥段での廃棄物の熱分解がNOxの発生量に影響していることが考えられる。また、燃焼段における一次空気測定部51Aによる一次空気の流量、および、温度計52Bによる温度に対する係数が大きい理由としては、燃焼段での廃棄物の燃焼状態がNOxの発生量に影響を与えていることが考えられる。第1煙道31に配置される温度計54Aによる温度に対する係数が大きい理由としては、第1煙道31における窒素成分(主として、廃棄物由来のアンモニア等の未燃ガスに含まれる窒素成分)の反応が、NOxの発生量に影響を与えている可能性が考えられる。酸素濃度が高いほど、廃棄物中の窒素はNOxになりやすいため、酸素濃度に対する係数も大きくなっている。
Here, in the
本実験では、表1に示す6個の測定パラメータが、対象パラメータ群として決定される(ステップS14)。そして、サンプリングされたガスのNOx濃度の測定値を目的変数とし、対象パラメータ群の値を説明変数とする重回帰分析が数1を用いて再度行われ、数1において係数aiが決定された関数が、予測関数として取得される(ステップS15)。
In this experiment, six measurement parameters shown in Table 1 are determined as a target parameter group (step S14). Then, the multiple regression analysis using the measured value of the NOx concentration of the sampled gas as the objective variable and the value of the target parameter group as the explanatory variable was performed again using
図5は、予測関数が示すNOx濃度の予測値とNOx濃度の測定値との関係を示すグラフである。図5では、3種類の点をプロットしており、それぞれ異なる条件にて廃棄物の燃焼を行っている。図5では、予測関数が示すNOx濃度の予測値とNOx濃度の測定値との関係に直線性がみられるため、予測関数によりNOx濃度が精度よく予測可能であるといえる。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the predicted value of NOx concentration indicated by the prediction function and the measured value of NOx concentration. In FIG. 5, three types of points are plotted, and waste is burned under different conditions. In FIG. 5, since the linearity is seen in the relationship between the predicted value of NOx concentration and the measured value of NOx indicated by the prediction function, it can be said that the NOx concentration can be accurately predicted by the prediction function.
ここで、図1の排出経路4に設けられるNOx濃度測定部71の測定値を用いて、二次燃焼室3内に供給すべき還元剤の流量を決定する比較例を想定する。NOx濃度測定部71では、高温の排ガスやばいじんが含まれた排ガスにおけるNOx濃度の測定が困難であるため、排出経路4において、減温塔41およびバグフィルタ42よりも下流側(煙突43側)にNOx濃度測定部71が配置される。したがって、NOx濃度測定部71の測定値を用いる比較例では、還元剤供給部61が設けられる二次燃焼室3におけるNOx濃度の変動に追従するように、還元剤の流量を決定することができない。
Here, a comparative example is assumed in which the flow rate of the reducing agent to be supplied into the
これに対し、焼却炉1では、一次空気の流量、一次空気の温度、一次燃焼室2内の温度、二次空気の流量、二次燃焼室3内の温度および二次燃焼室3内の酸素濃度を測定パラメータとして、測定パラメータの値がパラメータ値取得ユニット5により取得される。そして、NOx濃度予測部101では、事前に準備された予測関数と、当該予測関数にて用いられる測定パラメータである対象パラメータ群の値とに基づいて、排ガスのNOx濃度の予測値が取得される。これにより、二次燃焼室3における排ガスのNOx濃度変化を素早く予測(検出)することができ(すなわち、現在の排ガスのNOx濃度を素早く予測することができ)、NOx濃度の変動におよそ追従するように、還元剤供給部61から噴出される還元剤の流量を決定することができる。その結果、大気に排出される排ガス中の還元剤の濃度が過度に高くなることを抑制しつつ、排ガスにおける高い脱硝率が実現される。
In contrast, in the
ところで、ストーカ式の焼却炉1では、ガス化溶融炉等に比べて一次燃焼室2および二次燃焼室3内における温度が低いため、空気中の窒素の反応により生成されるサーマルNOxの発生量はある程度制限される。一方、廃棄物中の窒素の燃焼(廃棄物由来のアンモニア等の未燃ガスに含まれる窒素成分の燃焼を含む。)により生成されるフューエルNOxは、ほぼ常時発生する。フューエルNOxの発生量については、一次燃焼室2内の温度の影響が大きいと考えられる。したがって、フューエルNOxも含むNOxの濃度を精度よく予測するという観点では、対象パラメータ群が一次燃焼室2内の温度を含むことが好ましい。また、当該一次燃焼室2内の温度が、一次燃焼室2内における複数の位置の温度を含むことにより、フューエルNOxも含むNOxの濃度をより精度よく予測することが可能になるといえる。もちろん、NOx濃度予測部101にて予測されるNOx濃度は、サーマルNOxの濃度を含んでよい。
By the way, since the temperature in the
焼却炉1では、一次燃焼室2内において排ガスを含むガス(以下、「EGRガス」という。)が噴出されてもよい。EGRガスは、例えば、バグフィルタ42を通過した排ガスと空気とが混合されたものである。EGRガスは、当該排ガスのみを含むガスであってもよい。すなわち、EGRガスは、少なくとも排ガスを含む。図1および図4では、EGRガスを噴出するEGRガス供給部25を破線にて示している。EGRガス供給部25の個数および配置は適宜変更されてよい。一次燃焼室2内においてEGRガスを噴出する場合には、NOx濃度の予測値の取得に用いられる対象パラメータ群は、EGRガスの流量、温度または流速を含むことが好ましい。これにより、EGRガスも考慮してNOx濃度をより精度よく予測することが可能となる。
In the
上記焼却炉1では様々な変形が可能である。
Various modifications are possible in the
上記実施の形態では、NOx濃度測定部71によるNOx濃度の測定値を目的変数とし、NOx濃度の測定値に対応する複数の測定パラメータの値を説明変数とする重回帰分析により、予測関数が容易に求められるが、予測関数は他の分析手法等により求められてよい。また、予測関数のモデルとして、数1以外の式(例えば、Xi 2を含む式等)が用いられてよい。さらに、対象パラメータ群の値を用いて参照することにより、NOx濃度の予測値が特定可能なテーブルが利用されてもよい。
In the above embodiment, the NOx concentration measurement value by the NOx
NOx濃度の予測値を迅速に、かつ、精度よく取得するという観点では、対象パラメータ群が、測定パラメータである一次空気の流量、一次空気の温度、一次燃焼室2内の温度、二次空気の流量、二次燃焼室3内の温度および二次燃焼室3内の酸素濃度のうちの2つ以上を含む、すなわち、2以上の説明変数が用いられることが好ましい。この場合に、一次燃焼室2内にて発生するNOxの濃度、および、二次燃焼室3内にて発生するNOxの濃度を含むNOx濃度をより精度よく取得するには、対象パラメータ群が、一次空気の流量、一次空気の温度および一次燃焼室2内の温度の少なくとも1つを含み、かつ、二次空気の流量、二次燃焼室3内の温度および二次燃焼室3内の酸素濃度の少なくとも1つを含むことが好ましい。
From the viewpoint of obtaining the predicted value of the NOx concentration quickly and accurately, the target parameter group includes the flow rate of primary air, the temperature of the primary air, the temperature in the
対象パラメータ群の値に基づいて排ガスのNOx濃度の予測値を取得する上記手法は、ストーカ式の焼却炉以外の焼却炉(例えば、ガス化溶融炉)において採用可能である。この場合に、フューエルNOxも含むNOxの濃度変化を迅速に、かつ、ある程度精度よく予測するという観点では、一次燃焼室2内の温度を含む対象パラメータ群(一次燃焼室2内の温度のみであってもよい。)に基づいて、排ガスのNOx濃度の予測値が取得されることが好ましい。
The above-described method for obtaining the predicted value of the NOx concentration of exhaust gas based on the value of the target parameter group can be employed in an incinerator other than a stoker type incinerator (for example, a gasification melting furnace). In this case, from the viewpoint of predicting the concentration change of NOx including fuel NOx quickly and with a certain degree of accuracy, the target parameter group including the temperature in the primary combustion chamber 2 (only the temperature in the
焼却炉1において、NOx濃度の予測値は、還元剤の流量の決定以外の用途に用いられてよい。例えば、NOx濃度の予測値に基づいて一次空気の流量等が調整され、排ガスにおけるNOx濃度の低減が図られてもよい。
In the
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。 The configurations in the above-described embodiments and modifications may be combined as appropriate as long as they do not contradict each other.
1,1a 焼却炉
2 一次燃焼室
3 二次燃焼室
4 排出経路
5 パラメータ値取得ユニット
71 NOx濃度測定部
101 NOx濃度予測部
224 火格子
DESCRIPTION OF
Claims (7)
複数の火格子により搬送される廃棄物の搬送経路の各位置において前記廃棄物に対して一次空気を供給して前記廃棄物を燃焼させる一次燃焼室と、
前記一次燃焼室で発生した未燃ガスに二次空気を供給して前記未燃ガスを燃焼させる二次燃焼室と、
前記二次燃焼室から排出される排ガスを大気に導く排出経路と、
前記一次空気の流量、前記一次空気の温度、前記一次燃焼室内の温度、前記二次空気の流量、前記二次燃焼室内の温度および前記二次燃焼室内の酸素濃度のうちの2つ以上を含む対象パラメータ群の値を取得するパラメータ値取得ユニットと、
前記対象パラメータ群の値に基づいて前記排ガスのNOx濃度の予測値を取得するNOx濃度予測部と、
を備えることを特徴とするストーカ式焼却炉。 A stoker-type incinerator,
A primary combustion chamber in which primary air is supplied to the waste at each position of a waste transport path transported by a plurality of grate to burn the waste;
A secondary combustion chamber for supplying secondary air to unburned gas generated in the primary combustion chamber and burning the unburned gas;
An exhaust path for guiding exhaust gas discharged from the secondary combustion chamber to the atmosphere;
2 or more of the flow rate of the primary air, the temperature of the primary air, the temperature in the primary combustion chamber, the flow rate of the secondary air, the temperature in the secondary combustion chamber, and the oxygen concentration in the secondary combustion chamber. A parameter value acquisition unit for acquiring values of target parameter groups;
A NOx concentration prediction unit for obtaining a predicted value of the NOx concentration of the exhaust gas based on the value of the target parameter group;
A stoker-type incinerator characterized by comprising:
前記対象パラメータ群が前記一次燃焼室内の温度を含むことを特徴とするストーカ式焼却炉。 A stoker-type incinerator according to claim 1,
The stoker type incinerator, wherein the target parameter group includes a temperature in the primary combustion chamber.
前記一次燃焼室内の温度が、前記一次燃焼室内における複数の位置の温度を含むことを特徴とするストーカ式焼却炉。 A stoker-type incinerator according to claim 2,
The stoker-type incinerator, wherein the temperature in the primary combustion chamber includes temperatures at a plurality of positions in the primary combustion chamber.
前記対象パラメータ群が、前記一次空気の流量、前記一次燃焼室内の温度、前記二次燃焼室内の温度および前記二次燃焼室内の酸素濃度を含むことを特徴とするストーカ式焼却炉。 A stoker-type incinerator according to any one of claims 1 to 3,
The stoker-type incinerator, wherein the target parameter group includes a flow rate of the primary air, a temperature in the primary combustion chamber, a temperature in the secondary combustion chamber, and an oxygen concentration in the secondary combustion chamber.
前記一次燃焼室内において少なくとも前記排ガスを含むEGRガスが噴出され、
前記対象パラメータ群が、前記EGRガスの流量、温度または流速をさらに含むことを特徴とするストーカ式焼却炉。 A stoker-type incinerator according to any one of claims 1 to 4,
EGR gas containing at least the exhaust gas is ejected in the primary combustion chamber,
The stoker type incinerator, wherein the target parameter group further includes a flow rate, a temperature, or a flow rate of the EGR gas.
前記排出経路において前記排ガスのNOx濃度を測定するNOx濃度測定部をさらに備え、
前記パラメータ値取得ユニットが、前記対象パラメータ群を含む複数の測定パラメータの値を取得し、
前記NOx濃度予測部において前記NOx濃度の予測値の取得に用いられる関数が、複数の時刻における前記NOx濃度測定部による前記NOx濃度の測定値を目的変数とし、前記複数の時刻における前記NOx濃度の測定値に対応する前記複数の測定パラメータの値を説明変数とする重回帰分析により求められることを特徴とするストーカ式焼却炉。 A stoker-type incinerator according to any one of claims 1 to 5,
A NOx concentration measuring unit that measures the NOx concentration of the exhaust gas in the exhaust path;
The parameter value acquisition unit acquires values of a plurality of measurement parameters including the target parameter group,
The function used for obtaining the predicted value of the NOx concentration in the NOx concentration prediction unit uses the measured value of the NOx concentration by the NOx concentration measurement unit at a plurality of times as an objective variable, and the function of the NOx concentration at the plurality of times. A stoker-type incinerator characterized by being obtained by multiple regression analysis using the values of the plurality of measurement parameters corresponding to measurement values as explanatory variables.
一次空気を供給して廃棄物を燃焼させる一次燃焼室と、
前記一次燃焼室で発生した未燃ガスに二次空気を供給して前記未燃ガスを燃焼させる二次燃焼室と、
前記二次燃焼室から排出される排ガスを大気に導く排出経路と、
前記一次燃焼室内の温度を含む対象パラメータ群の値を取得するパラメータ値取得ユニットと、
前記対象パラメータ群の値に基づいて前記排ガスのNOx濃度の予測値を取得するNOx濃度予測部と、
を備えることを特徴とする焼却炉。 An incinerator,
A primary combustion chamber for supplying primary air to burn waste,
A secondary combustion chamber for supplying secondary air to unburned gas generated in the primary combustion chamber and burning the unburned gas;
An exhaust path for guiding exhaust gas discharged from the secondary combustion chamber to the atmosphere;
A parameter value acquisition unit for acquiring a value of a target parameter group including the temperature in the primary combustion chamber;
A NOx concentration prediction unit for obtaining a predicted value of the NOx concentration of the exhaust gas based on the value of the target parameter group;
An incinerator characterized by comprising.
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