JP2019178846A - 廃棄物水分率測定装置、火格子式廃棄物焼却炉、廃棄物水分率測定方法及び廃棄物焼却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室へ送入される直前の廃棄物の水分率を把握して、適正な運転条件で廃棄物焼却炉を運転制御することを可能とする廃棄物水分率測定装置及び廃棄物水分率測定方法を提供することを課題とする。【解決手段】廃棄物Ｐを燃焼室１３へ落下供給するシュート１５が平行な一対の平行壁部１５Ａ，１５Ｂを有し、該シュート１５内の廃棄物の水分率を測定する水分率計２０を設け、水分率計２０は、マイクロ波透過式であって、マイクロ波を発信する発信部２０Ａ−２と、このマイクロ波を受信する受信部２０Ｂ−２を有し、シュート１５の一対の平行壁部１５Ａ，１５Ｂの一方に形成された窓部１７Ｂに発信部がそして他方の平行壁部１５Ｂに形成された窓部１７Ｂに受信部２０Ｂ−２が配置され、発信部２０Ａ−２の発信周波数が１０ＭＨｚ以上６５０ＭＨｚ以下である。【選択図】図２

Description

本発明は廃棄物の性状としての水分率に応じて廃棄物を焼却するために水分率を測定する廃棄物水分率測定装置及び廃棄物水分率測定方法、そして、都市ごみ等の廃棄物を焼却する火格子式廃棄物焼却炉及び廃棄物焼却方法に関する。

都市ごみ等の廃棄物を焼却処理する焼却炉として、火格子式廃棄物焼却炉が広く用いられている。その代表的なものの構成の概要を以下に説明する。

火格子式廃棄物焼却炉は、廃棄物を燃焼する燃焼室の下部に廃棄物の移動方向に配置され三段から成る火格子（乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子）を有し、後燃焼火格子の上方に位置する燃焼室の出口に二次燃焼室が連設されている。上記燃焼室には乾燥火格子の上方に位置して廃棄物投入口が設けられている。そして後燃焼火格子の廃棄物の移動方向下流側下方には灰排出口が設けられている。通常、上記二次燃焼室は廃熱回収用の廃熱ボイラの一部でもあり、その入口近傍部分である。また、乾燥火格子、燃焼火格子そして後燃焼火格子それぞれの火格子下から燃焼用一次空気を吹き込む燃焼用一次空気吹込み機構が設けられている。

このような火格子式廃棄物焼却炉において、廃棄物投入口から燃焼室内に投入された廃棄物は、乾燥火格子上に堆積され、乾燥火格子の下からの空気と炉内の輻射熱により乾燥されると共に、昇温されて着火する。すなわち、上記乾燥火格子の直上方では、廃棄物の移動方向の上流側空間で乾燥領域が形成され、乾燥火格子の直上方の下流側空間から燃焼火格子の直上方の上流側空間にかけて燃焼開始領域が形成される。燃焼開始領域で着火して燃焼を開始した廃棄物は、乾燥火格子から燃焼火格子上に送られ、廃棄物が熱分解されて可燃性ガスが発生し、燃焼火格子の下から送られる燃焼用一次空気により可燃性ガスが火炎を形成して燃焼し、さらに固形分が燃焼して、燃焼火格子の直上方空間で主燃焼領域が形成される。そして、更に後燃焼火格子上で、固定炭素など未燃分が完全に燃焼し、該後燃焼火格子の直上方空間で後燃焼領域が形成される。しかる後、燃焼後に残った灰は、灰排出口より外部に排出される。

かくして、火格子式廃棄物焼却炉では、廃棄物は燃焼室にて三段の火格子の下から吹き込まれる燃焼用一次空気により燃焼する。さらに、燃焼室からの燃焼ガスに含まれている可燃性ガスの未燃分（未燃ガスという）は、廃熱ボイラの一部である二次燃焼室で二次燃焼用空気を受けて燃焼（二次燃焼という）する。二次燃焼の後に燃焼排ガスは廃熱ボイラで熱回収され、蒸気を発生させ、蒸気は発電機に供給される。

このような廃棄物焼却炉による廃棄物の燃焼においては、近年、廃棄物焼却炉における廃棄物の焼却処理によって発生する熱エネルギーの回収への関心が高まってきており、この熱エネルギーで蒸気を発生させ駆動するボイラ発電設備が設置された廃棄物焼却炉が増加し、高い効率での熱回収を実現できる燃焼運転が要求されている。一方、廃棄物焼却炉から大気中に放出される環境汚染物質の規制が厳しくなるに従い、ダイオキシン類や窒素酸化物など燃焼由来の有害物質の排出を低減する燃焼運転も要求されている。

このように、廃棄物焼却炉に高度な燃焼運転制御が望まれているため、従来、自動燃焼制御装置によって上述の要求を満たす運転制御が行われている。この自動燃焼制御装置では、焼却炉が例えばストーカ式焼却炉の場合、操作量である給塵（火格子への廃棄物供給）速度、燃焼火格子送り速度、燃焼空気量、及び冷却空気量などを制御することにより、蒸気発生量を安定化し、かつ排ガス中のダイオキシン類や窒素酸化物濃度を低く抑え、灰中の未燃成分を少なくする目的で、廃棄物を安定して燃焼するように運転されている。しかしながら、このような従来の燃焼制御は、廃棄物の投入の時点で該廃棄物の性状を監視せずに、燃焼の結果発生する燃焼ガス温度、燃焼ガス中酸素濃度、燃焼ガス中一酸化炭素濃度等を監視する因子として検出して、各操作量の制御値へフィードバックする方法であり、そのため、後追い型の制御となり、焼却炉に投入する廃棄物の性状が変動した場合にこの変動への追従が遅れてしまい、必ずしも安定した運転制御が達成できないことがある。

廃棄物焼却炉の燃焼運転の安定性を乱す大きな要因として、投入される廃棄物の性状が一定しないため廃棄物の発熱量が変動するという点がある。焼却炉へ投入される廃棄物の性状は、廃棄物が収集される地域や、収集される時刻、または天候や、季節によって大きく異なることから、廃棄物の発熱量は大きく変動する。そこで、投入される廃棄物の性状を投入前に求めて、求めた廃棄物の性状により燃焼制御を行う廃棄物焼却炉の制御方法が特許文献１で提案されている。廃棄物の性状のうち、上記発熱量を大きく左右する因子は廃棄物の水分率であり、特許文献１では、廃棄物焼却炉の投入口から燃焼室へ向け垂下するシュートの高さ方向中間部に水分率計として静電容量計を配置し、一対の電極間での廃棄物の静電容量を計測することで廃棄物の水分率を得ることとしている。静電容量計は、静電容量の値と水分率との値の対応関係を保有している水分率算定器に接続されており、静電容量計で計測された計測値から上記対応関係にもとづいて水分率を算定できる。

特開２０１０−２１６９９０

廃棄物は種類が多岐に渡るだけでなく、シュート内では水分率が高い割合の廃棄物が局所的に存在していたりする。廃棄物を焼却炉へ供給するシュートにおいて、焼却前の廃棄物の水分率を測定することが行われているが、シュート内の廃棄物の水分率の分布はばらついたものとなっている。

上記特許文献１によれば、静電容量式水分率計をシュートに取り付け廃棄物の水分率を測定することとしているが、センサ部が接する部分の近い領域の廃棄物について水分率を測定するので、シュート内の廃棄物の水分率を測定できる廃棄物の範囲が狭くなり、シュートを経て焼却炉内へ投入される廃棄物の全体について水分率を正確には測定できず、廃棄物全体についての発熱量を正確に把握できないという問題があった。シュートにセンサ部を複数配置することとしても、シュート幅に対して、どの程度の範囲の廃棄物の水分を測定すれば十分に廃棄物の発熱量を把握できるかについて特段考慮されていなかった。

水分率計としては、上述した静電容量式水分率計以外にもマイクロ波透過式水分率計が知られている。このマイクロ波透過式水分率計は、発信したマイクロ波を廃棄物に透過させ受信したマイクロ波の減衰率などから廃棄物の水分率を測定する形式であり、測定できる廃棄物の範囲を広く確保できることができるので、シュート内の廃棄物のように水分率が不均一分布な場合の測定に適している。

しかしながら、マイクロ波はその特性上、マイクロ波が水分子を運動させ該マイクロ波自体のエネルギーが減衰するので、発信部から発信されるマイクロ波の周波数が大きいほど、マイクロ波の水分による減衰量が大きく、減衰率により水分率を測定する際の水分に対する感度は上昇するが、減衰量が大きいことからマイクロ波の到達距離が短くなり、発信周波数によっては、受信部に十分な強度を有して到達できるか、という懸念がある。このようにマイクロ波透過式水分率計によりシュート内の廃棄物の水分率を測定する際、発信マイクロ波周波数を適切な範囲とすることが重要であるが、十分に検討がなされていない。

また、燃焼室内での廃棄物の安定燃焼のためには、燃焼室に供給する廃棄物の水分率を正確に測定し、水分率測定値から廃棄物発熱量を算出して把握し、廃棄物発熱量が変動する場合には、廃棄物発熱量の変動を把握しこの廃棄物発熱量の変動に対応することが必要である。

廃棄物発熱量の変動に対して追従して一次空気供給量等の廃棄物焼却炉の操業条件の制御が適正に対応されていない場合には、廃棄物の燃焼が不安定となり、排ガスからの熱回収により発生させる蒸気量が変動するという問題が生じたり、燃焼排ガスの温度、ガス組成を所定の適正範囲内に保持することができず、排ガス中のＣＯ濃度、ＮＯｘ濃度が増大するという問題が生じる。

しかしながら、廃棄物の水分率を正確に測定ができない状況では、廃棄物発熱量の変動を把握できないので、この廃棄物発熱量の変動に十分に追従した操業条件の制御がなされずに、蒸気量が変動したり、排ガス中の有害物濃度が増大するという問題が生じることがある。

本発明は、かかる事情に鑑み、マイクロ波透過式水分率計によりシュート内の廃棄物の水分率を測定する際、廃棄物の水分率を正確に測定することができ、廃棄物発熱量の変動を把握でき、適正な運転条件で廃棄物焼却炉を運転制御することを可能とする廃棄物水分率測定装置及び廃棄物水分率測定方法を提供することを課題とする。

マイクロ波透過式の水分率計を用いて測定するためには、マイクロ波の発信部と受信部をそれぞれシュートの対向する壁面に設置する。マイクロ波は水分に吸収される特性をもつため、発信部から発信されたマイクロ波は、廃棄物を透過する際に廃棄物中の水分によって減衰しシュートの他方の壁面に配された受信部へ到達する。このマイクロ波の減衰率を測定することにより、廃棄物に含まれる水分率を測定することができ、この方式を減衰式と呼称する。

本発明は、減衰式のマイクロ波透過型水分率計を用いた廃棄物水分率測定装置そして方法に関する。

このような機能をもたらす本発明は、廃棄物水分率測定装置、火格子式廃棄物焼却炉及び廃棄物水分率測定方法、廃棄物焼却方法として次のように構成される。

＜第一発明：廃棄物水分率測定装置＞
廃棄物を燃焼室へ落下供給するシュートが廃棄物の落下方向に対して直角な横方向で対面し互いに平行な一対の平行壁部を有し、該シュート内の廃棄物の水分率を測定する水分率計を該シュートに設けた廃棄物水分率測定装置において、
水分率計は、マイクロ波透過式の水分率計であって、マイクロ波を発信する発信部と、このマイクロ波を受信する受信部とを有し、シュートの一対の平行壁部の一方に形成された窓部に発信部がそして他方に形成された窓部に受信部が配置され、発信部は、その発信マイクロ波周波数が１０ＭＨｚ以上６５０ＭＨｚ以下であることを特徴とする廃棄物水分率測定装置。

本発明において、発信部の発信マイクロ波周波数は１０ＭＨｚ以上４５０ＭＨｚ以下であることが好ましい。

＜第二発明：廃棄物焼却炉＞
火格子式廃棄物焼却炉であって、火格子を備え該火格子上の廃棄物を燃焼する燃焼室と、燃焼用一次空気を上記火格子の下から上記燃焼室内に吹き込む一次空気吹込手段と、火格子上に廃棄物を供給する給塵機とを有する廃棄物焼却炉において、
第一発明の廃棄物水分率測定装置と、該廃棄物水分率測定装置により測定された廃棄物の水分率測定値又は該水分率測定値から算出した廃棄物の発熱量算出値に基づき、焼却炉の操業条件を制御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。

本発明において、制御装置は、焼却炉の操業条件として、給塵機の廃棄物供給速度、火格子の廃棄物搬送速度、燃焼用一次空気供給量のうちの少なくとも一つを制御することが好ましい。

＜第三発明：廃棄物水分率測定方法＞
廃棄物を燃焼室へ落下供給するシュートが廃棄物の落下方向に対して直角な横方向で対面し互いに平行な一対の平行壁部を有し、該シュート内の廃棄物の水分率を測定する水分率計を該シュートに設けた廃棄物水分率測定装置による廃棄物水分率測定方法において、
水分率計としてマイクロ波透過式の水分率計を用い、シュートの一対の平行壁部の一方に形成された窓部に該水分率計の発信部をそして他方の平行壁部に形成された窓部に該水分率計の受信部を配置し、発信部から発信マイクロ波周波数が１０ＭＨｚ以上６５０ＭＨｚ以上のマイクロ波を発信し、このマイクロ波を受信部で受信することを特徴とする廃棄物水分率測定方法。

本発明において、発信部の発信マイクロ波周波数は１０ＭＨｚ以上４５０ＭＨｚ以下であることが好ましい。

＜第四発明：廃棄物焼却方法＞
火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法であって、燃焼室内に備えられた火格子上で廃棄物を燃焼し、給塵機により火格子上に廃棄物を供給し、燃焼用一次空気を上記火格子の下から上記燃焼室内に吹き込む火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法において、
第三発明の廃棄物水分率測定方法により廃棄物の水分率を測定し、測定された廃棄物の水分率測定値又は該水分率測定値から算出した廃棄物の発熱量算出値に基づき、焼却炉の操業条件を制御装置で制御することを特徴とする火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法。

本発明において、制御装置による制御は、焼却炉の操業条件として、給塵機の廃棄物供給速度、火格子の廃棄物搬送速度、燃焼用一次空気供給量のうちの少なくとも一つについてなされることが好ましい。

＜発明原理＞
このような本発明の廃棄物分率測定装置そして廃棄物水分率測定方法にあっては、マイクロ波透過式の水分率計の発信部からマイクロ波が発信される。マイクロ波は、該発信部から発信されて、廃棄物中を透過し受信部へ向け進行し、廃棄物中の水分により減衰された後に受信部で受信される。マイクロ波は、廃棄物の水分率が高いほど、大きく減衰するが、同一水分率の場合でも、発信周波数によっても減衰量が変わる。発信周波数が高いほど減衰量が大きく、水分率の測定感度が上がるが、減衰量が大きいために、マイクロ波の到達距離が短くなり、発信周波数によっては、受信部に十分な強度を有して到達できなくなることがある。そのため、発信マイクロ波周波数の上限を定め、上限以下の周波数により水分率を測定することが好ましい。また、マイクロ波の発信周波数が低いほど、発信部の大きさが大きいものとなることから、シュートに切り欠きを設けて配設する窓部を大きくする必要があるため、発信周波数が低い発信部にするとシュート壁の強度が低下するという問題が生じる。そのため、窓部形成のために生じるシュート壁の強度低下を回避するために発信マイクロ波周波数の下限を定め、下限以上の周波数により水分率を測定することが好ましい。

そこで、種々の周波数で廃棄物中でのマイクロ波の減衰性を検討した結果、発信部での発信マイクロ波周波数を１０ＭＨｚ以上６５０ＭＨｚ以下とすることが好ましく、１０ＭＨｚ以上４５０ＭＨｚ以下とすることがより好ましいことを導き出した。検討の詳細を以下に説明する。

シュート内の廃棄物水分率を測定するために、マイクロ波透過式の水分率計を用い、マイクロ波を発信する発信部と、このマイクロ波を受信する受信部とを、シュートの対向する平行壁部に形成された窓部にそれぞれ配置する。

発信部から発信されたマイクロ波は廃棄物を透過する際に減衰する。廃棄物中の物質は、紙類、厨芥類、草木類、布類、プラスチック類があり、プラスチック類以外のものは水分を含んだ状態でシュート内に存在している。水の比誘電率は、他の物質に比べて十分に大きいため、廃棄物を透過するマイクロ波の減衰について検討する際には、廃棄物の比誘電率としては廃棄物中の水分だけを考慮すればよく、水分の比率に応じた比誘電率を廃棄物の比誘電率として用いればよい。廃棄物中に含まれる水分の廃棄物に対する重量比率は４０〜６５％程度なので、水分率４５、６５、１００％の廃棄物について、それぞれ比誘電率を設定した。発信されたマイクロ波が受信部に十分な強度を有して到達することができるマイクロ波周波数の適切な範囲を求めるため、半減深度（マイクロ波強度が半減してしまう廃棄物中のマイクロ波進行距離）を求めて、半減深度と周波数との関係を図３に示す。

マイクロ波を廃棄物中を透過させて、水分率の測定を行う際、半減深度が、発信部から受信部までの距離、すなわち、廃棄物焼却炉の平行壁部の間隔（シュートの奥行き）よりも小さい場合は、マイクロ波がシュート内の廃棄物を透過するとき減衰し過ぎてしまい、受信部まで到達するマイクロ波の強度が減少し、十分な強度を有していないため、正確な測定が困難になる。したがって、半減深度がシュートの奥行きよりも大きくなるような周波数範囲を設定する必要がある。廃棄物焼却炉のシュートの奥行きは、概ね１ｍ以上であることが多いため、図３に示すように、半減深度を１ｍ以上とするためにはマイクロ波周波数は、水分率４０ｗｔ％以下では６５０ＭＨｚ以下であることが好ましく、水分率６５ｗｔ％以下では４５０ＭＨｚ以下であることがより好ましい。

また、マイクロ波の発信周波数が低いほど、発信部の大きさが大きいものとなることから、シュートに切り欠きを設けて配設する窓部を大きくする必要があるため、発信周波数が低い発信部にするとシュート壁の強度が低下するという問題が生じる。シュートに切り欠きを設けて配設する窓部の寸法には、シュート壁の強度が低下しないようにする制約がある。窓部の寸法をシュート壁の幅寸法の１/２以下とすれば、シュート壁の強度に支障が生じないこと、火格子式焼却炉においてシュート壁の幅寸法の設定される範囲とを勘案すると、発信マイクロ波周波数の下限としては１０ＭＨｚとすることが好ましい。このような検討の結果、発信マイクロ波周波数は、１０ＭＨｚ以上６５０ＭＨｚ以下であることが好ましく、１０ＭＨｚ以上４５０ＭＨｚ以下であることがより好ましいことが明らかとなった。

以上のように、本発明では、シュート内の廃棄物の水分率を測定する装置及び方法において、水分率計をマイクロ波透過式の水分率計とし、マイクロ波を発信する発信部と、このマイクロ波を受信する受信部とを備えていて、シュートの一対の平行壁部の一方に形成された窓部に発信部がそして他方の平行壁部に形成された窓部に受信部が配置され、発信部の発信マイクロ波周波数が１０ＭＨｚ以上６５０ＭＨｚ以下、より好ましくは１０ＭＨｚ以上４５０ＭＨｚ以下であることとしたので、発信部前面から発信されたマイクロ波が受信部前面に向け進行し廃棄物を透過して該受信部で受信される際に、シュート内で廃棄物を確実に透過して過度に減衰することなく進行し、該受信部で受信されることとなり、受信されるマイクロ波の十分な強度が確保され、正確な水分率の測定ができる。また、発信マイクロ波周波数を適正範囲に定めることで、発信部の大きさを適正にでき、発信部を配設する窓部を過大に形成するために生じるシュート壁の強度低下を回避することができる。

さらに、本発明の火格子式廃棄物焼却炉及び廃棄物焼却方法では、シュート内の廃棄物の水分率を正確に測定することにより、廃棄物の発熱量を正確に把握して、廃棄物発熱量の変動に対応して焼却炉の操業条件を適正に制御して、廃棄物を安定して燃焼することができるので、排ガスからの熱回収により発生させる蒸気量の変動を抑制でき、排ガス中のＣＯ濃度、ＮＯｘ濃度を低く抑制できる。

本発明の廃棄物水分率測定装置を備えた一実施形態としての廃棄物焼却炉装置の概略構成図である。 図１装置に用いられている水分率測定装置の概要構成を示す縦断面図である。 廃棄物を透過するマイクロ波の減衰と周波数との関係を示す図である。 図２装置により測定された水分電圧と焼却炉排ガスの熱データから求めた廃棄物水分率とを経時的に示す比較図である。

図１は、本発明の水分率測定装置を備えた廃棄物焼却炉の一例として火格子式廃棄物焼却炉１（以下、廃棄物焼却炉）の構成を示す。本発明は、火格子式のみならず他の形式の廃棄物焼却炉にも適用可能である。

廃棄物焼却炉１は、燃焼室１３の底部に廃棄物を移動させながら燃焼させる火格子１１が設けられており、火格子１１の下方から燃焼室１３内に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給配管９から燃焼用空気を受け、上記火格子１１上の廃棄物Ｐを焼却するようになっている。燃焼用空気供給配管９にはブロワ８、燃焼用空気供給量調整機構としてのダンパ１０が設けられている。火格子１１は図示しない駆動機構により連動して廃棄物Ｐを図１にて右方に向け搬送するようになっている。上記火格子１１の左端上方位置には給塵装置１４、例えばプッシャーが廃棄物を火格子１１上に送り出すように設けられている。該給塵装置１４の上方にはシュート１５が上方に延びており、その上端に投入口としてのホッパ１６が設けられている。廃棄物焼却炉１の炉外には、廃棄物ピット（図示せず）が配置されていて、廃棄物クレーン（図示せず）により、上記廃棄物ピットから廃棄物Ｐを取り出して上記ホッパ１６へ投下するようになっている。

上記燃焼用空気供給配管９から供給される燃焼用空気供給量、火格子１１の廃棄物搬送速度、給塵装置１４の廃棄物供給速度等の操作量は可変となっていて、後述の制御装置３０により制御されるようになっている。

上記シュート１５は、対をなした平行壁部１５Ａ，１５Ｂを有する縦長筒状に形成されている。図１に見られるごとく、該シュート１５には、発信装置２０Ａと受信装置２０Ｂとから成るマイクロ波透過式の水分率計２０が取り付けられており、該水分率計２０は制御装置３０へ測定信号を送るように該制御装置３０に接続されている。

上記水分率計２０は、図２にて拡大図示されているようにシュート１５の一対の平行壁部１５Ａ，１５Ｂの一方の壁部１５Ａに形成された窓部１７Ａに発信装置２０Ａが取り付けられ、他方の壁部１５Ｂに形成された窓部１７Ｂに受信装置２０Ｂが取り付けられている。本実施形態では、図２にて横方向で見たとき、受信装置２０Ｂは、発信装置２０Ａと対向する位置に配設され、発信部と同一の形状、寸法をなしている。

上記発信装置２０Ａは、上記窓部１７Ａに位置するプラスチック等のマイクロ波透過材２０Ａ−１の背面側に配されてマイクロ波Ｍを発信する発信部２０Ａ−２を有し、該発信部２０Ａ−２は、その発信部前面が受信装置２０Ｂの方に向けて上記マイクロ波透過材２０Ａ−１の背面に面しており、また、上記発信部２０Ａ−２の背面そして周面が鉄板等のマイクロ波反射材２０Ａ−３で覆われている。

次に、上記受信装置２０Ｂは、上記発信装置２０Ａの場合と同様に、上記窓部１７Ｂに位置するプラスチック等のマイクロ波透過材２０Ｂ−１の背面側に配されてマイクロ波を受信する受信部２０Ｂ−２を有し、該受信部２０Ｂ−２は、その受信部前面が発信装置２０Ａの方に向けて上記マイクロ波透過材２０Ｂ−１の背面に面しており、また該受信部２０Ｂ−２の背面そして周面が鉄板等のマイクロ波反射材２０Ｂ−３で覆われている。

水分率計２０は、本実施形態では減衰式水分率計をなしていて、発信部２０Ａ−２の発信マイクロ波強度に対する受信部２０Ｂ−２での受信マイクロ波強度との強度比（又は強度差）、すなわち発信部２０Ａ−２における発信電圧に対する受信部２０Ｂ−２における受信電圧の電圧比（又は電圧差）を、マイクロ波が廃棄物を透過した際の減衰率（又は減衰量）として求め、該減衰率から水分率を算定する水分率算定器（図示せず）を介して上記受信部２０Ｂ−２が上記制御装置３０に接続されている。該水分率算定器では、マイクロ波の減衰率と廃棄物の水分率との相関関係を予め保持していて、実測の上記電圧比（又は電圧差）として求められた上記減衰率から廃棄物の水分率を算定してこれを制御装置３０へ伝送する。

制御装置３０は、上記水分率算定器より受けた上記水分率の値から、予め保持している対応関係にもとづき、正確な廃棄物の発熱量を算出し、その発熱量に応じて、予め保持している制御フローにもとづき、安定的な廃棄物の焼却処理が行われるように、燃焼用空気供給配管９に設けられた燃焼用空気供給量調整機構としてのダンパ１０、火格子１１、給塵装置１４へ指令信号を送り、燃焼用空気供給量、火格子１１の廃棄物搬送速度、給塵装置１４の廃棄物供給速度等の各操作量を制御するようになっている。このように、廃棄物Ｐはシュート１５内で、すなわち燃焼室１３へ送入される直前にマイクロ波が透過され、その際のマイクロ波減衰率から水分率が求められる。かくして、この水分率測定値にもとづき廃棄物の発熱量を算出し、廃棄物発熱量にもとづいて、上記各操作量を制御装置３０によって廃棄物焼却炉１を制御するようになっているので、廃棄物焼却炉１の運転条件を最適に制御でき、廃棄物発熱量が変動しても安定的に焼却処理できる。

本実施形態では、廃棄物焼却炉１に供給された廃棄物Ｐは次の要領で処理される。

廃棄物Ｐは廃棄物ピットからホッパ１６へ廃棄物クレーンにより投入される。該廃棄物Ｐは、シュート１５の下部に設置された給塵装置１４（プッシャー）により火格子１１上に押し出される。火格子１１上の廃棄物Ｐは火格子１１下の燃焼用空気供給配管９から吹き込まれる燃焼用空気により燃焼される。

ホッパ１６へ投入された廃棄物Ｐは、上述したように、給塵装置１４により火格子１１上へ向け押し出される前に、該シュート１５内で水分率計２０により水分率が測定される。該水分率計２０の発信部２０Ａ−２からマイクロ波Ｍが発信されて廃棄物Ｐ中を透過して受信部２０Ｂ−２で受信される。発信部２０Ａ−２からは、マイクロ波Ｍが球面波をなして発信（放射）されるので、該マイクロ波Ｍは、発信部２０Ａ−２の前面から受信部２０Ｂ−２へ直接向けられ進行するのみならず、該発信部２０Ａ−２の背面そして周面の方へ向けられたマイクロ波Ｍが上記マイクロ波反射材２０Ａ−３で反射され、発信部２０Ａ−２から発信されたマイクロ波Ｍは、廃棄物Ｐを透過した後に上記受信部２０Ｂ−２へ到達し、受信されるようになる。

マイクロ波Ｍは廃棄物Ｐを透過することで、該廃棄物Ｐの水分率によって異なる減衰をする。その減衰率は、発信部２０Ａ−２での発信電圧に対する受信部２０Ｂ−２での受信電圧の比として測定され、図示せぬ水分率算定器で、予め保持されている減衰率と水分率との相関関係から、測定された減衰率に相当する水分率を得る。

この水分率は、制御装置３０へ送られる。制御装置３０では、水分率算定器から送られてきた水分率の値から、予め保持している対応関係に基づき、正確な廃棄物の発熱量を算出し、それに応じて予め保持している制御フローに基づき、安定的な廃棄物の焼却処理が行われるように、燃焼用空気供給配管９に設けられた燃焼用空気供給量調整機構としてのダンパ１０、火格子１１、給塵装置１４へ指令信号を送り、燃焼用空気供給量、火格子１１の廃棄物搬送速度、給塵装置１４の廃棄物供給速度等の各操作量を制御して、廃棄物の燃焼状態を制御する。

マイクロ波透過式水分率計の減衰率から求める水分率と、他の手法で求める水分率とを比較した試験結果を図４に示す。本発明にしたがって発信部から一定の発信強度で発信されたマイクロ波を廃棄物中へ透過させた後に受信部へ到達させ受信させ、受信するマイクロ波強度を測定し、減衰量に相当する発信強度と受信強度との差を水分電圧値として測定し、水分電圧値と水分率との予め定めてある対応関係により水分率を求める。水分電圧値が大きいほど水分率が高く、すなわち発熱量が小さく、また、水分電圧値が小さいほど水分率が低く、すなわち発熱量が大きい。水分電圧の時間変化を［Ｉ］線で示し、これがマイクロ波の減衰率から求める水分率の時間変化に相当している。一方、他の手法として廃棄物焼却炉からの排ガスの実測熱データをもとに算出した算出水分率を「（算出）水分率」として時間変化を［II］線で示している。図４（Ａ）で示すマイクロ波周波数が５２ＭＨｚの場合、図４（Ｂ）で示すマイクロ波周波数が１１６ＭＨｚの場合には、ともに、マイクロ波透過式水分率計の減衰率から求める水分率が、廃棄物焼却炉からの排ガスの実測熱データをもとに算出した算出水分率と相関関係を有しており、マイクロ波透過式水分率計により精度よく水分率を測定することができることを確認した。

１３ 燃焼室
１５ シュート
１５Ａ，１５Ｂ 平行壁部
１７Ａ，１７Ｂ 窓部
２０Ａ−２ 発信部
２０Ｂ−２ 受信部

Claims (8)

1. 廃棄物を燃焼室へ落下供給するシュートが廃棄物の落下方向に対して直角な横方向で対面し互いに平行な一対の平行壁部を有し、該シュート内の廃棄物の水分率を測定する水分率計を該シュートに設けた廃棄物水分率測定装置において、
   水分率計は、マイクロ波透過式の水分率計であって、マイクロ波を発信する発信部と、このマイクロ波を受信する受信部とを有し、シュートの一対の平行壁部の一方に形成された窓部に発信部がそして他方の平行壁部に形成された窓部に受信部が配置され、発信部は、その発信マイクロ波周波数が１０ＭＨｚ以上６５０ＭＨｚ以下であることを特徴とする廃棄物水分率測定装置。
2. 発信部の発信マイクロ波周波数が１０ＭＨｚ以上４５０ＭＨｚ以下であることとする請求項１に記載の廃棄物水分率測定装置。
3. 火格子式廃棄物焼却炉であって、火格子を備え該火格子上の廃棄物を燃焼する燃焼室と、燃焼用一次空気を上記火格子の下から上記燃焼室内に吹き込む一次空気吹込手段と、火格子上に廃棄物を供給する給塵機とを有する廃棄物焼却炉において、
   請求項１又は請求項２に記載の廃棄物水分率測定装置と、該廃棄物水分率測定装置により測定された廃棄物の水分率測定値又は該水分率測定値から算出した廃棄物の発熱量算出値に基づき、焼却炉の操業条件を制御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。
4. 制御装置は、焼却炉の操業条件として、給塵機の廃棄物供給速度、火格子の廃棄物搬送速度、燃焼用一次空気供給量のうちの少なくとも一つを制御することとする請求項３に記載の廃棄物焼却炉。
5. 廃棄物を燃焼室へ落下供給するシュートが廃棄物の落下方向に対して直角な横方向で対面し互いに平行な一対の平行壁部を有し、該シュート内の廃棄物の水分率を測定する水分率計を該シュートに設けた廃棄物水分率測定装置による廃棄物水分率測定方法において、
   水分率計としてマイクロ波透過式の水分率計を用い、一対の平行壁部の一方に形成された窓部に該水分率計の発信部をそして他方の平行壁部に形成された窓部に該水分率計の受信部を配置し、発信部から発信マイクロ波周波数が１０ＭＨｚ以上６５０ＭＨｚ以上のマイクロ波を発信し、このマイクロ波を受信部で受信することを特徴とする廃棄物水分率測定方法。
6. 発信部の発信周波数が１０ＭＨｚ以上４５０ＭＨｚ以下であることとする請求項５に記載の廃棄物水分率測定方法。
7. 火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法であって、燃焼室内に備えられた火格子上で廃棄物を燃焼し、給塵機により火格子上に廃棄物を供給し、燃焼用一次空気を上記火格子の下から上記燃焼室内に吹き込む火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法において、
   請求項５又は請求項６に記載の廃棄物水分率測定方法により廃棄物の水分率を測定し、測定された廃棄物の水分率測定値又は該水分率測定値から算出した廃棄物の発熱量算出値に基づき、焼却炉の操業条件を制御装置で制御することを特徴とする火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法。
8. 制御装置による制御は、焼却炉の操業条件として、給塵機の廃棄物供給速度、火格子の廃棄物搬送速度、燃焼用一次空気供給量のうちの少なくとも一つについてなされることとする請求項７に記載の火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法。

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