JP2019007702A - 二次燃焼用気体混合状態推測方法、燃焼状態推測方法、自動燃焼制御方法、及び廃棄物焼却炉 - Google Patents

Abstract

【課題】一次燃焼ガスと二次燃焼用気体との混合状態を精度良く推測する二次燃焼用気体混合状態推測方法を提供する。【解決手段】二次燃焼用気体混合状態推測方法では、音波検出工程と、音波解析工程と、を含む処理を行う。音波検出工程では、二次燃焼用気体供給構造から供給される二次燃焼用気体と一次燃焼ガスとの混合時に発生する微小音波を音波検出装置９４を用いて検出する。音波解析工程では、音波検出装置９４で検出された微小音波を解析して、二次燃焼用気体供給構造が設けられる箇所における、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の混合状態を推測する。【選択図】図３

Description

本発明は、主として、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体との混合状態を推測する方法に関する。

従来から、一次燃焼と、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼と、を燃焼室で行う廃棄物焼却炉が知られている。特許文献１及び２では、この種の焼却炉が開示されている。

特許文献１では、燃焼物の発熱量の変動及び／又は負荷変動に基づいて、二次空気の供給量を変化させる構成の焼却炉を開示する。この焼却炉は、二次空気の供給量の変化に伴う二次空気供給ラインの圧力変動を検出して、二次空気ポート数を制御することで、二次空気ポート流速を略一定に保つ処理を行う。

特許文献２では、炉壁にレーザ発生部とレーザ受光部を配設したレーザ計測手段を備える焼却炉を開示する。この焼却炉では、レーザ計測手段により、二次燃焼域の燃焼過程の中間成分（ＣＨラジカル及びＣ₂ラジカル）の発光強度により燃焼状態を計測し、この計測結果に基づいて二次空気等の供給量を調整する。

特開平６−２５７７３３号公報 特開２００２−２２８１３３号公報

しかし、特許文献１では、燃焼物の発熱量変動及び／又は負荷変動に応じて二次空気供給ラインの圧力変動が生じることは記載されているが、燃焼物の発熱量変動及び負荷変動をどのように検出するかについては記載されていない。また、特許文献２では、化学的に不安定なＣＨラジカル及びＣ₂ラジカル等の中間成分を検出対象としている。特に、廃棄物焼却炉では、中間成分に転換する前の元の燃焼源である可燃元素成分の内容が非常に多様であり、また燃焼源を事前に予測できない。従って、中間成分を検出する方法では、二次燃焼に関する精度の高い情報を得ることが困難である。なお、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の混合状態は、二次燃焼に関する重要な要素であるが、特許文献１及び２の何れにおいても、この混合状態を推測することについて記載されていない。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体との混合状態を精度良く推測する二次燃焼用気体混合状態推測方法を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の二次燃焼用気体混合状態推測方法が提供される。即ち、この二次燃焼用気体混合状態推測方法は、燃焼室と、二次燃焼用気体供給構造と、音波検出装置と、を備える廃棄物焼却炉に対して行われる。前記燃焼室は、一次燃焼と、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼と、を行う空間である。前記二次燃焼用気体供給構造は、二次燃焼で用いられる酸素を含有した気体である二次燃焼用気体を前記燃焼室に供給する構造である。前記音波検出装置は、音波を検出可能である。この二次燃焼用気体混合状態推測方法では、音波検出工程と、音波解析工程と、を含む処理を行う。前記音波検出工程では、前記二次燃焼用気体供給構造から供給される二次燃焼用気体と一次燃焼ガスとの混合時に発生する微小音波を前記音波検出装置を用いて検出する。前記音波解析工程では、前記音波検出装置で検出された前記微小音波を解析して、前記二次燃焼用気体供給構造が設けられる箇所における、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の混合状態を推測する。

これにより、上記の微小音波を解析することで、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の混合状態を高い精度で推測することができる。この混合状態を把握することで、二次燃焼の燃焼状態を推測したり、二次燃焼用気体の供給条件と混合状態の相関関係を把握したりすることができる。

本発明によれば、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体との混合状態を精度良く推測する二次燃焼用気体混合状態推測方法を提供できる。

本発明の一実施形態の焼却炉の概略構成図。 焼却炉の機能ブロック図。 二次燃焼用気体供給構造及び音波検出装置の設置位置を示す断面図。 燃焼室内において二次燃焼用気体と一次燃焼ガスとが接触する様子を示す図。 音波検出装置が検出した音波情報を用いて二次燃焼用気体の供給条件を制御する処理を示すフローチャート。 変形例に係る二次燃焼用気体供給構造及び音波検出装置の設置位置を示す断面図。

初めに、図１を参照して、本実施形態の焼却炉（廃棄物焼却炉）１０について説明する。図１は、本発明の一実施形態の焼却炉１０の概略構成図である。なお、以下の説明では、単に上流、下流と記載したときは、廃棄物、燃焼用気体、燃焼ガス、排ガス等が流れる方向の上流及び下流を意味するものとする。

本発明は、様々な構成の焼却炉に適用可能である。従って、例えば焼却炉１０は、火格子式焼却炉であってもよいし、流動床式焼却炉であってもよいし、固定床式焼却炉であってもよい。

焼却炉１０は、燃焼室２０と、気体供給装置５０と、を備える。初めに、燃焼室２０について説明する。燃焼室２０には、一次燃焼ゾーン１１と、二次燃焼ゾーン１２と、が形成されている。以下、一次燃焼ゾーン１１で行われる一次燃焼と、二次燃焼ゾーン１２で行われる二次燃焼と、について説明する。

＜一次燃焼と二次燃焼＞一次燃焼ゾーン１１は、一次燃焼のための空間である。一次燃焼とは、投入された廃棄物を一次燃焼用気体（ｇａｓ ｆｏｒ ｐｒｉｍａｒｙ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）と反応させて燃焼（乾燥、火炎燃焼、オキ燃焼）させることである。一次燃焼用気体とは、一次燃焼のために供給される酸素を含んだ気体である。一次燃焼用気体としては、一次空気、循環排ガス、それらの混合ガスが含まれる。一次空気とは、外部から取り込んだ空気であって、燃焼等に用いられていない（即ち、循環排ガスを除く）気体である。従って、一次空気には、外部から取り込んだ空気を加熱等した気体も含まれる。また、一次燃焼により、ＣＯ等の未燃焼ガスを含む一次燃焼ガス（ｆｌｕｅ ｇａｓ ａｆｔｅｒ ｐｒｉｍａｒｙ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）が発生する。

一次燃焼について更に説明する。例えば焼却炉１０が火格子式焼却炉であって、乾燥段、燃焼段、及び後燃焼段で構成されているとする。この場合、乾燥段では、廃棄物が乾燥するとともに熱分解ガスが発生する。燃焼段では、乾燥段で乾燥した廃棄物が主に火炎燃焼を起こし、灰と、燃焼しきれなかった固体の未燃物と、未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスと、が主に発生する。また、後燃焼段では、燃焼段で燃焼しきれなかった固体の未燃物がオキ燃焼し、灰と、未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスと、が主に発生する。ここで、乾燥段、燃焼段、及び後燃焼段では、廃棄物が乾燥・火炎燃焼・オキ燃焼して一次燃焼ガスが発生しているため、一次燃焼が行われていることとなる。なお、上述のように、本発明は様々な構成の焼却炉に適用可能であるため、焼却炉１０は、乾燥段及び後燃焼段の少なくとも一方が存在しない構成であってもよいし、各構成段が明確に区分されていない構成であってもよい。

二次燃焼ゾーン１２は、二次燃焼のための空間である。二次燃焼とは、一次燃焼ガスに含まれる未燃焼ガスを二次燃焼用気体と反応させて燃焼させることである。二次燃焼用気体とは、二次燃焼のために供給される酸素を含んだ気体である。二次燃焼用気体としては、二次空気、循環排ガス、それらの混合ガスが含まれる。二次空気とは、外部から取り込んだ空気であって、燃焼等に用いられていない（即ち、循環排ガスを除く）気体である。従って、二次空気には、外部から取り込んだ空気を加熱等した気体も含まれる。二次燃焼を行うことにより、燃焼完結性を進めることができる。

また、図１では、一次燃焼ゾーン１１の真上に二次燃焼ゾーン１２が形成されているが、一次燃焼ガスが供給される空間であれば、一次燃焼ゾーン１１の真上以外に二次燃焼ゾーン１２が形成されていてもよい。また、例えば二次燃焼用気体を上流側と下流側で供給することにより、一次燃焼ガスに含まれる未燃焼ガスを複数回に分けて燃焼させる構成の焼却炉であってもよい。この場合であっても、上記の二次燃焼の定義を考慮すると、複数回の燃焼の全てが二次燃焼に該当する。

＜一次燃焼用気体と二次燃焼用気体の供給＞気体供給装置５０は、燃焼室２０内に気体（一次燃焼用気体、二次燃焼用気体）を供給する装置である。本実施形態の気体供給装置５０は、一次空気供給部５１と、二次空気供給部５２と、排ガス供給部５３と、を有している。それぞれの供給部は、気体を誘引又は送出するための送風機によって構成されている。

一次空気供給部５１は、一次供給経路７１を介して燃焼室２０に一次空気を供給する。一次供給経路７１には第１ダンパ８１が設けられており、燃焼室２０に供給する一次空気の供給量を調整することができる。図２に示すように、第１ダンパ８１は制御装置９０によって制御されている。

また、一次供給経路７１にヒータを設け、燃焼室２０に供給する一次空気の温度を調整できるようにしてもよい。また、上述のように、一次燃焼用気体には、循環排ガス及び混合ガスも含まれるため、それらが燃焼室２０に供給される構成であってもよい。また、本実施形態では、一次燃焼用気体は、一次燃焼ゾーン１１に下方から供給されるが、一次燃焼ゾーン１１の側方等から供給されてもよい。また、一次燃焼用気体は、一次燃焼に用いられるのであれば、一次燃焼ゾーン１１よりも上流側に供給されてもよい。

二次空気供給部５２は、上流側二次供給経路７２及び／又は下流側二次供給経路７３を介して、二次空気（二次燃焼用気体）を燃焼室２０に供給する。排ガス供給部５３は、上流側二次供給経路７２及び／又は下流側二次供給経路７３を介して、循環排ガス（二次燃焼用気体）を燃焼室２０に供給する。

更に詳細に説明すると、二次空気供給部５２と上流側二次供給経路７２とを接続する経路には、第２ダンパ８２が設けられており、制御装置９０の制御に応じて、上流側二次供給経路７２に供給する二次空気の供給量を調整することができる。また、排ガス供給部５３と上流側二次供給経路７２とを接続する経路には、第３ダンパ８３が設けられており、制御装置９０の制御に応じて、上流側二次供給経路７２に供給する循環排ガスの供給量を調整することができる。この構成により、上流側二次供給経路７２から供給される二次空気の供給量、循環排ガスの供給量、及びそれらの割合を制御することができる。

同様に、二次空気供給部５２と下流側二次供給経路７３とを接続する経路には、第４ダンパ８４が設けられており、排ガス供給部５３と下流側二次供給経路７３とを接続する経路には、第５ダンパ８５が設けられている。この構成により、制御装置９０の制御に応じて、下流側二次供給経路７３から供給される二次空気の供給量及び循環排ガスの供給量、及びそれらの割合を制御することができる。また、第２ダンパ８２から第５ダンパ８５により調整部８０が構成されている。従って、調整部８０は、複数の経路を介して供給される二次燃焼用気体の種類（二次空気、循環排ガス、又は混合ガス）及び供給量を調整可能である。

本実施形態では、二次燃焼用気体は、二次燃焼ゾーン１２に供給される。しかし、二次燃焼用気体は、二次燃焼に用いられるのであれば、二次燃焼ゾーン１２よりも上流側（例えば一次燃焼ゾーン１１）に供給されてもよい。

本実施形態では、二次燃焼用気体は上流側と下流側に分けて供給されるが、何れか一方のみから二次燃焼用気体が供給される構成であってもよい。また、本実施形態では、上流側と下流側のそれぞれ１箇所から二次燃焼用気体が供給されるが、それぞれ複数箇所から二次燃焼用気体が供給される構成であってもよい。また、本実施形態では、上流側と下流側の両方において、二次空気と循環排ガスの混合ガスがそれぞれ供給可能であるが、上流側と下流側の少なくとも一方について、二次空気のみ、又は、循環排ガスのみが供給される構成であってもよい。

次に、燃焼室２０に二次燃焼用気体を供給するための構造である二次燃焼用気体供給構造３０について図３を参照して説明する。図３は、二次燃焼用気体供給構造３０を示す断面図である。

なお、本実施形態では、二次燃焼用気体は上流側二次供給経路７２と下流側二次供給経路７３の二箇所から供給されるが、何れも同じ構造の二次燃焼用気体供給構造３０が採用される。二次燃焼用気体供給構造３０は、中継管３１と、供給管３２と、振動伝達板３３と、を備える。また、本実施形態では、上流側と下流側の両方の二次燃焼用気体供給構造３０に音波検出装置９４が設けられている。

中継管３１は、二次空気供給部５２及び／又は排ガス供給部５３が供給した二次燃焼用気体を更に下流側へ送る部材である。中継管３１は、供給管３２の外周面に接続される。なお、中継管３１は円管状であるが異なる形状の管であってもよい。また、中継管３１は、供給管３２の外周面以外に接続される構成であってもよい。

供給管３２は、中継管３１よりも二次燃焼用気体の流れ方向の下流側に位置している。供給管３２には、中継管３１を介して導入された二次燃焼用気体が流れる。また、供給管３２の下流側の端部は、燃焼室２０の壁部２０ａに形成された孔に取り付けられることで、燃焼室２０の二次燃焼ゾーン１２に接続されている。この構成により、燃焼室２０に二次燃焼用気体を供給できる。また、供給管３２は円管状であるが異なる形状の管であってもよい。また、供給管３２は壁部２０ａに垂直に取り付けられているが、傾斜させて取り付けられていてもよい。また、供給管３２の他側（上流側）の端部には振動伝達板３３が取り付けられている。

振動伝達板３３は、空気の振動である音波が当たることで振動する板状の部材である。従って、振動伝達板３３は、供給管３２内に存在する音波、特に、燃焼室２０で発生して供給管３２に到達した音波によって振動することとなる。この振動伝達板３３のうち供給管３２とは反対側の面には、後述の音波検出装置９４が取り付けられている。

＜電気的な構成及び自動燃焼制御＞焼却炉１０には、図１及び図２に示すように、燃焼状態等を把握するための複数のセンサが設けられている。具体的には、焼却炉１０には、燃焼室ガス温度センサ（燃焼センサ）９１と、ＣＯガス濃度センサ（燃焼センサ）９２と、ＮＯｘガス濃度センサ（燃焼センサ）９３と、音波検出装置９４と、が設けられている。

燃焼室ガス温度センサ９１は、燃焼室２０内に配置されており、燃焼室２０内のガス温度である燃焼室ガス温度を検出して制御装置９０へ出力する。燃焼室ガス温度センサ９１は、気体流れ方向における位置が異なる箇所に複数設けられていてもよい。この場合、上流側の燃焼室ガス温度と、下流側の燃焼室ガス温度と、を個別に取得できるので、燃焼状態をより的確に推測できる。また、燃焼室ガス温度センサ９１は、気体流れ方向における位置が同じ箇所（例えば一方の側壁と、同じ高さの他方の側壁）に複数設けられていてもよい。この場合、気体流れ方向における位置が同じ箇所の温度をより正確に測定できるので、燃焼状態をより的確に推測できる。

ＣＯガス濃度センサ９２は、燃焼室２０の下流であって図略の集じん器よりも更に下流に配置されており、排ガスに含まれるＣＯガス濃度（焼却炉排出ＣＯガス濃度）を検出して制御装置９０へ出力する。ＣＯガス濃度センサ９２が検出する焼却炉排出ＣＯガス濃度からは、燃焼室２０で二次燃焼によって二次燃焼用気体と反応させたものの、二次燃焼用気体との十分な接触反応がなされなかったことで、燃焼室２０の出口から排出される燃焼ガス（二次燃焼ガス）中に残留してしまった未燃焼ガスであるＣＯの濃度（未燃焼ガスがどれだけ生じているか）を把握することができる。

ＮＯｘガス濃度センサ９３は、ＣＯガス濃度センサ９２と同様に集じん器よりも更に下流に配置されており、排ガスに含まれるＮＯｘガス濃度（焼却炉排出ＮＯｘガス濃度）を検出して制御装置９０へ出力する。ＮＯｘガス濃度センサ９３が検出する焼却炉排出ＮＯｘガス濃度からは、燃焼室２０から排出されるＮＯｘガスの濃度と目標ＮＯｘガス濃度との差が把握できる。

音波検出装置９４は、上記の振動伝達板３３に取り付けられている。音波検出装置９４は、音波を検出して電気信号に変換して制御装置９０へ出力する。音波検出装置９４は、受信した音波の振幅（強さ）だけでなく、検出した音波に含まれる周波数、及び、周波数毎の音波の振幅を検出可能である。このような、音波に含まれる情報を音波情報と称する。振動伝達板３３は供給管３２を介して燃焼室２０に接続されているため、音波検出装置９４は、燃焼室２０で発生した音波情報を供給管３２を介して検出することができる。

制御装置９０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等によって構成されており、種々の演算を行うとともに、焼却炉１０全体を制御する。以下、制御装置９０が行う制御のうち、自動燃焼制御について説明する。

自動燃焼制御とは、上述した複数のセンサから得られる焼却炉１０の燃焼に関するデータ（炉内検出データ）を総合的に判断し、燃焼室２０の燃焼状態を長期間にわたって安定的に維持させるための制御である。具体的には、制御装置９０は、図２に示すように、第１ダンパ８１〜第５ダンパ８５を調整することで、各部に供給される気体の供給条件を調整する。具体的には、第１ダンパ８１を調整することで一次空気の供給量が調整される。第２ダンパ８２及び第３ダンパ８３を調整することで、上流側二次供給経路７２から供給される、二次空気の供給量、循環排ガスの供給量、及びその割合が調整される。また、第４ダンパ８４及び第５ダンパ８５を調整することで、下流側二次供給経路７３から供給される、二次空気の供給量、循環排ガスの供給量、及びその割合が調整される。なお、気体の供給量以外の制御項目が調整される構成であってもよい。

このような調整を行うことにより、燃焼室２０の燃焼状態を長期間にわたって安定的に維持させることができる。また、焼却炉１０で生じる燃焼は、焼却炉１０の形状や構造、投入される廃棄物によって大きく異なる。また、自動燃焼制御で目標とする値についても、焼却炉１０の耐久性、要求される処理量、排ガスに関する法規制等により大きく異なる。制御装置９０は、それらを総合的に判断して自動燃焼制御を行う。

例えば、燃焼室ガス温度センサ９１が検出した燃焼室ガス温度が低い場合、燃焼室２０での燃焼が不十分である可能性が高いので、一次燃焼用気体及び／又は二次燃焼用気体に含まれる酸素量を増やす（供給量を増やす、又は、空気の供給割合を増やす）制御が行われる可能性がある。また、例えばＣＯガス濃度センサ９２が検出した焼却炉排出ＣＯガス濃度が高い場合、二次燃焼が不十分である可能性が高いので、二次燃焼用気体に含まれる酸素量を増やす（供給量を増やす、又は、空気の供給割合を増やす）制御が行われる可能性がある。また、例えばＮＯｘガス濃度センサ９３が検出した焼却炉排出ＮＯｘガス濃度が高い場合、これを減らすために、循環排ガスの供給量又は供給割合を増やす制御が行われる可能性がある。なお、上記で示した制御は、他の炉内検出データの値によっては行われないこともある。

＜音波情報の自動燃焼制御への適用＞以下、図５のフローチャートを参照して、音波検出装置９４が検出した音波情報の自動燃焼制御への適用について説明する。以下の説明では、上流側二次供給経路７２の二次燃焼用気体供給構造３０が設けられる位置を位置Ａとし、下流側二次供給経路７３の二次燃焼用気体供給構造３０が設けられる位置を位置Ｂとする。また、位置Ａで検出される音波情報、微小音波情報、混合状態等についてもＡをつけて記載する（位置Ｂについても同様）。

制御装置９０は、位置Ａ、Ｂにそれぞれ設けられる音波検出装置９４によってそれぞれ検出された音波情報Ａ、Ｂを取得する（Ｓ１０１）。ここで、燃焼室２０では、主に、一次燃焼及び二次燃焼による燃焼音及び二次燃焼用気体の供給音等が発生している。燃焼室２０では、更に、以下の微小音波が発生する。即ち、二次燃焼用気体供給構造３０によって供給される二次燃焼用気体は、一次燃焼ガス中に突入・撹拌されるが、その際には異質気体の混合であるので、二次燃焼用気体の周囲には、一次燃焼ガスが渦流れを形成しながら、混合・攪拌されていく。渦流れは気体の流れの乱れであるため、この一次燃焼ガスの渦流れに起因して、微小音波が発生することとなる。言い換えれば、二次燃焼用気体と一次燃焼ガスとの混合時に発生する流れ場の乱れに起因する微小音波が発生する。従って、音波検出装置９４が検出する音波情報には、微小音波に関する情報が含まれている。なお、この微小音波は、燃焼音等と比較して振幅が非常に小さい。

次に、制御装置９０は、音波情報Ａ、Ｂに含まれる微小音波情報Ａ、Ｂをそれぞれ算出する（Ｓ１０２）。上記のように微小音波の振幅は燃焼音等と比較して振幅が非常に小さいため、Ｓ／Ｎ比が非常に小さくなる。従って、微小音波情報を利用可能にするための処理を行う必要がある。この処理としては、例えば、（１）ノイズの除去、（２）振幅の変化量の利用、（３）周波数毎の分離がある。以下、具体的に説明する。

１つ目の方法であるノイズの除去としては、例えば、他の音波情報を利用した方法がある。即ち、本実施形態では、位置Ａ及び位置Ｂの２箇所に音波検出装置９４が設けられている。これらの２つの音波検出装置９４は、異なる位置に配置されているため、検出される燃焼音等は厳密には異なるが、ある程度の類似性を有している。従って、一方の音波検出装置９４で検出された音波情報Ａと、他方の音波検出装置９４で検出された音波情報Ｂと、を比較することで、音波情報に含まれる燃焼音等の成分をある程度特定できる。そして、音波情報Ａ、Ｂから燃焼音等の成分を除去することで、微小音波情報Ａ、ＢのＳ／Ｎ比を向上できる。なお、ここで説明したノイズの除去方法は一例であり、他の方法を用いることもできる。

２つ目の方法は振幅の変化量を利用する方法である。理想的には、微小音波の振幅と、混合状態の程度と、を関連付けた対応関係を作成できれば、混合状態の程度を推測できる。しかし、ノイズの発生状況によっては、微小音波の具体的な振幅を検出することが困難となる場合も考えられる。この場合、微小音波の振幅の変化量を検出して、それに基づいて一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の混合状態の変化量を推測することで、微小音波情報が利用可能となる。

３つ目の方法は音波情報を周波数毎に分離する方法である。微小音波は、燃焼等により発生する音波とは周波数が異なると考えられる。従って、音波検出装置９４が検出した音波情報Ａ、Ｂを周波数毎に分離して微小音波が多く含まれる周波数帯の音波情報を抜き出すことで、微小音波の振幅を精度良く検出することができる。なお、上記の３つの処理の少なくとも２つを組み合わせてもよい。また、ここで説明した処理は一例であり、他の処理を行ってもよい。

また、本実施形態では、燃焼室２０で発生した微小音波のうち、供給管３２に到達した微小音波を検出する構成である。渦流れは、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の合流直後において最も発生し易いため、供給管３２の下流側の端部近傍で強い渦流れ（即ち、強い微小音波）が発生すると考えられる。そのため、供給管３２に到達した微小音波を検出する構成とすることで、別の位置（例えば反対側の壁部２０ａ）に音波検出装置９４を設ける構成と比較して、精度良く微小音波を検出できる。

なお、供給管３２の内部には、燃焼室２０へ供給する二次燃焼用気体が流れるため、気体が流れる音が生じる。この影響を軽減するために、本実施形態とは異なる箇所に音波検出装置９４を配置してもよい。具体的には、図６に示すように、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の合流開始箇所の近傍に、供給管３２とは別に音波伝達管９５を設け、この音波伝達管９５に振動伝達板３３及び音波検出装置９４を取り付けることで、音波伝達管９５に到達した微小音波を検出できる。なお、音波伝達管９５の向きは限定されないが、例えば、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の合流開始箇所の近傍を向くように傾斜していることが好ましい。また、図６では、音波伝達管９５は、音波検出装置９４を取り付けるためだけの専用品であるが、更に別の部材が取り付けられる構成であってもよい。

次に、制御装置９０は、微小音波情報Ａ、Ｂに基づいて、位置Ａ、Ｂにおける一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の混合状態Ａ、Ｂをそれぞれ推測する（Ｓ１０３）。上述のように、音波検出装置９４が検出する微小音波は、一次燃焼ガスの渦流れに起因している。従って、この微小音波の振幅が大きいほど、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の撹拌が十分にされており、混合状態が良好であると考えられる。従って、微小音波に基づいて一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の混合状態を推測できる。これにより、位置Ａ、Ｂの両方において、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の混合状態Ａ、Ｂを推測できる。

また、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体が十分に混合されることで、二次燃焼において一次燃焼ガスに含まれる未燃焼ガスの燃焼が生じ易くなる。従って、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の混合状態と、未燃焼ガスの燃焼（二次燃焼）の程度と、は相関性がある。

次に、制御装置９０は、混合状態Ａ、Ｂ及び他の炉内検出データに基づいて、燃焼室２０の全体における二次燃焼の燃焼状態を推測する（Ｓ１０４）。上述のように、混合状態と二次燃焼の程度は相関性があるため、混合状態は、２次燃焼の燃焼状態を推測するうえで有用である。特に、本実施形態では、複数箇所の混合状態Ａ、Ｂを推測可能であるため、位置に応じた二次燃焼の程度のバラツキも含めて推測可能となる。

ここで、上記のＣＯガス濃度センサ９２が検出した焼却炉排出ＣＯガス濃度を用いることで、未燃焼ガスの燃焼の程度が分かるため、二次燃焼の程度を推測できるようにも思える。しかし、微小音波情報は「現時点の二次燃焼の燃焼状態」を精度良く推測できる点においては、焼却炉排出ＣＯガス濃度よりも優れている。具体的に説明すると、二次燃焼で残留した未燃焼ガスがＣＯガス濃度センサ９２に到達するまでには時間が掛かる。更に、この未燃焼ガスがＣＯガス濃度センサ９２にその到達するまでの時間も燃焼室２０の状況に応じて異なる。そのため、ＣＯガス濃度センサ９２が検出した焼却炉排出ＣＯガス濃度が、どの時点の二次燃焼に起因したデータかを特定することは困難である。以上により、焼却炉排出ＣＯガス濃度を用いる場合、長期間のデータに基づいて「長期間での二次燃焼の燃焼状態」を推測することは可能であるが、「現時点の二次燃焼の燃焼状態」を推測することは困難である。

この点、音波検出装置９４が検出する微小音波は、検出時点で生じている一次燃焼ガスの渦流れに起因しているため、検出時点の一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の混合状態（ひいては二次燃焼の燃焼状態）を推測できる。従って、自動燃焼制御に用いる炉内検出データとして非常に有用となる。

制御装置９０は、上記のようにして推測した、混合状態Ａ、Ｂ、二次燃焼の燃焼状態、他の炉内検出データに基づいて、位置Ａ、Ｂでの二次燃焼用気体の供給条件（具体的には供給量及び供給割合等）をそれぞれ決定する（Ｓ１０５）。二次燃焼用気体の供給量及び供給割合は、他の炉内検出データも考慮して決定されるため、混合状態に基づいて二次燃焼用気体の供給条件をどのように調整するかは一概には言えないが、例えば以下の傾向がある。

即ち、位置Ａにおける混合状態Ａが良好でない場合（微小音波の振幅が小さい場合）、位置Ａから供給する二次燃焼用気体の供給量を増加させて、二次燃焼用気体の速度を上げることで混合を促進させる。このとき、二次燃焼において必要な酸素量に応じて、二次空気と循環排ガスの供給割合を調整する。ここで、二次空気は酸素濃度が高く（約２０％）、循環排ガスは酸素濃度が低い（例えば１０％以下）。従って、必要な酸素が多い場合は、二次空気の供給割合が多くなるようにして、二次燃焼用気体を供給する。位置Ｂにおいても同様である。ただし、一方の酸素供給量に応じて他方の酸素供給量を調整する必要がある。

以上に説明したように、本実施形態の二次燃焼用気体混合状態推測方法は、燃焼室２０と、二次燃焼用気体供給構造３０と、音波検出装置９４と、を備える焼却炉１０に対して行われる。燃焼室２０は、一次燃焼と、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼と、を行う空間である。二次燃焼用気体供給構造３０は、二次燃焼で用いられる酸素を含有した気体である二次燃焼用気体を燃焼室２０に供給する構造である。音波検出装置９４は、音波を検出可能である。この二次燃焼用気体混合状態推測方法では、音波検出工程と、音波解析工程と、を含む処理を行う。音波検出工程では、二次燃焼用気体供給構造３０から供給される二次燃焼用気体と一次燃焼ガスとの混合時に発生する微小音波を音波検出装置９４を用いて検出する。音波解析工程では、音波検出装置９４で検出された微小音波を解析して、二次燃焼用気体供給構造３０が設けられる箇所における、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の混合状態を推測する。

これにより、上記の微小音波を解析することで、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の混合状態を高い精度で推測することができる。この混合状態を把握することで、二次燃焼の燃焼状態を推測したり、二次燃焼用気体の供給条件と混合状態の相関関係を把握したりすることができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記実施形態では、２つの二次燃焼用気体供給構造３０の両方に音波検出装置９４が設けられている。これに代えて、複数の二次燃焼用気体供給構造３０の一部のみに音波検出装置９４が設けられていても良い。

上記実施形態では、燃焼センサとして、燃焼室ガス温度センサ９１、ＣＯガス濃度センサ９２、及びＮＯｘガス濃度センサ９３を挙げて説明したが、何れか１つの燃焼センサを用いて自動燃焼制御を行ってもよいし、上記とは別の燃焼センサを加えて自動燃焼制御を行ってもよい。

１０ 焼却炉（廃棄物焼却炉）
２０ 燃焼室
３０ 二次燃焼用気体供給構造
３１ 中継管
３２ 供給管
３３ 振動伝達板
７２ 上流側二次供給経路
７３ 下流側二次供給経路
８０ 調整部
９０ 制御装置
９１ 燃焼室ガス温度センサ（燃焼センサ）
９２ ＣＯガス濃度センサ（燃焼センサ）
９３ ＮＯｘガス濃度センサ（燃焼センサ）
９４ 音波検出装置

Claims (6)

1. 一次燃焼と、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼と、を行う空間である燃焼室と、
   二次燃焼で用いられる酸素を含有した気体である二次燃焼用気体を前記燃焼室に供給する二次燃焼用気体供給構造と、
   音波を検出可能な音波検出装置と、
   を備える廃棄物焼却炉に対して、
   前記二次燃焼用気体供給構造から供給される二次燃焼用気体と一次燃焼ガスとの混合時に発生する微小音波を前記音波検出装置を用いて検出する音波検出工程と、
   前記音波検出装置で検出された前記微小音波を解析して、前記二次燃焼用気体供給構造が設けられる箇所における、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の混合状態を推測する音波解析工程と、
   を含む処理を行うことを特徴とする二次燃焼用気体混合状態推測方法。
2. 請求項１に記載の二次燃焼用気体混合状態推測方法であって、
   前記二次燃焼用気体供給構造は、二次燃焼用気体を供給する供給管を備え、
   前記音波検出装置は、前記供給管の内部に到達した前記微小音波を検出することを特徴とする二次燃焼用気体混合状態推測方法。
3. 請求項１又は２に記載の二次燃焼用気体混合状態推測方法を、複数の前記二次燃焼用気体供給構造に対してそれぞれ行うことで、当該二次燃焼用気体供給構造が設けられる箇所毎に、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の混合状態を推測し、当該複数の推測結果に基づいて、前記燃焼室における二次燃焼の燃焼状態を推測することを特徴とする燃焼状態推測方法。
4. 請求項３に記載の燃焼状態推測方法で得られる二次燃焼の燃焼状態と、
   前記燃焼室での燃焼に関するデータであって、前記微小音波以外のデータを検出する燃焼センサの検出結果と、
   に基づいて、前記二次燃焼用気体供給構造毎に二次燃焼用気体の供給条件を調整することを特徴とする自動燃焼制御方法。
5. 請求項４に記載の自動燃焼制御方法であって、
   二次燃焼用気体の供給条件の調整には、二次燃焼用気体としての、二次空気、循環排ガス、及び二次空気と循環排ガスを混合した混合ガスの少なくとも何れかの供給量を調整することが含まれていることを特徴とする自動燃焼制御方法。
6. 一次燃焼と、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼と、を行う空間である燃焼室と、
   二次燃焼で用いられる酸素を含有した気体である二次燃焼用気体を前記燃焼室に供給する二次燃焼用気体供給構造と、
   前記二次燃焼用気体供給構造から供給される二次燃焼用気体と一次燃焼ガスとの混合時に発生する微小音波を検出する音波検出装置と、
   前記音波検出装置で検出された前記微小音波を解析して、前記二次燃焼用気体供給構造が設けられる箇所における、一次燃焼ガスと二次燃焼用気体の混合状態を推測する制御装置と、
   を備えることを特徴とする廃棄物焼却炉。

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