JP2020091054A - 燃焼制御方法、焼却炉 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、窒素酸化物の発生を安定的に抑制し得る新規な燃焼制御方法、及び、焼却炉を提供することを目的とする。【解決手段】燃焼用空気を供給しつつ、上流の火格子２（２１）から下流の火格子２（２３）へ向かって廃棄物を送りながら焼却処理するストーカ式の焼却炉（１１、１２）において、火格子２上における廃棄物の燃え切り点が存する一領域に向かって下方から、廃棄物の燃焼によって生じた排ガスを循環して供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、ストーカ式の焼却炉の燃焼制御方法、及び、ストーカ式の焼却炉に関する。

燃焼室内で上流の火格子から下流の火格子へ向かって廃棄物を送りながら焼却処理するストーカ式の焼却炉では、火格子の下部から燃焼用空気（一次燃焼用空気）を供給しながら、廃棄物を順に乾燥工程、燃焼行程、後燃焼行程の各工程に供した後、二次燃焼室において二次燃焼用空気を供給しながら再燃焼させる。

通常、この種のストーカ式の焼却炉では、一次燃焼空気の供給量を理論燃焼空気量の０．７〜１．０倍程度に抑えることによって、燃焼室（一次燃焼室）内を全体として還元雰囲気としたうえで、廃棄物の燃焼によって生じた排ガスの一部を再循環して燃焼室に送り込み、燃焼室内を攪拌することによって、燃焼室内において均一な還元雰囲気を形成し、もって窒素酸化物の抑制及び排ガス量の低減を図っている（例えば、下記特許文献１参照。）。

又、再循環された排ガスと天然ガスを混合した混合ガスを火格子の下部から供給する仕組みとなされた焼却炉も提案されている（例えば、下記特許文献２参照。）。

特開昭５９‐４４５１３号公報 特開平１０‐３３２１２０号公報

しかしながら、前記特許文献１や前記特許文献２に開示された技術によって、窒素酸化物の低減にある程度の効果があることは認められているが、いずれも低い窒素酸化物濃度を安定的に維持するには至っていない。

本発明は前記技術的課題に鑑みて開発されたものであり、窒素酸化物の発生を安定的に抑制し得る新規な燃焼制御方法、及び、焼却炉を提供することを目的とする。

前記技術的課題を解決するための本発明の燃焼制御方法は、燃焼用空気を供給しつつ、上流の火格子から下流の火格子へ向かって廃棄物を送りながら焼却処理するストーカ式の焼却炉の燃焼状態を制御する燃焼制御方法であって、前記火格子上における廃棄物の燃え切り点が存する一領域に向かって下方から、廃棄物の燃焼によって生じた排ガスの一部を再循環して供給することを特徴とする（以下、「本発明制御方法」と称する。）。

又、前記技術的課題を解決するための本発明第一の焼却炉は、複数の火格子と、前記火格子に定められた複数の領域の各々に向かって、下方から燃焼用空気を供給する複数の燃焼用空気供給ラインと、を具備してなり、前記燃焼用空気供給ラインを通じて燃焼用空気を供給しつつ、上流の火格子から下流の火格子へ向かって廃棄物を送りながら焼却処理するストーカ式の焼却炉であって、更に、前記火格子の一領域に向かって下方から、廃棄物の燃焼によって生じた排ガスの一部を再循環して供給する排ガス供給ラインが設けられてなり、前記排ガス供給ラインが担う一領域に燃え切り点が生じるように燃焼条件を決定する制御装置が備えられてなることを特徴とする（以下、「本発明第一焼却炉」と称する。）。

前記本発明第一焼却炉においては、前記制御装置が、炉内への廃棄物の供給量、各領域への燃焼用空気の供給量、又は火格子上の廃棄物の送り速度のいずれか一つ以上を燃焼条件として決定するものが好ましい態様となる。

前記本発明第一焼却炉においては、更に、前記排ガス供給ラインが担う一領域の上流側の領域に、燃焼用空気と排ガスとが混合された混合ガスを供給する混合ガス供給ラインが設けられてなり、前記制御装置が、燃焼用空気と排ガスとの混合量、又は混合ガスの供給量を燃焼条件として決定するものが好ましい態様となる。

更に、前記技術的課題を解決するための本発明第二の焼却炉は、複数の火格子と、前記火格子に定められた領域に向かって、下方から燃焼用空気を供給する複数の燃焼用空気供給ラインと、を具備してなり、前記燃焼用空気供給ラインを通じて燃焼用空気を供給しつつ、上流の火格子から下流の火格子へ向かって廃棄物を送りながら焼却処理するストーカ式の焼却炉であって、更に、前記燃焼用空気供給ラインの各々に、廃棄物の燃焼によって生じた排ガスの一部を再循環して導入する排ガス再循環ラインが連結されてなり、燃え切り点が存する一領域を担う燃焼用空気供給ラインを通じて排ガスが供給されるように、各燃焼用空気供給ライン及び各排ガス再循環ラインに備えられた個々のバルブの開閉を決定する制御装置が備えられてなることを特徴とする（以下、「本発明第二焼却炉」と称する。）。

本発明によれば、窒素酸化物の発生を安定的に抑制することができる。

図１は、実施形態１に係る本発明第一焼却炉を示す全体構成図である。 図２は、前記本発明第一焼却炉の制御装置を示すブロック図である。 図３は、前記本発明第一焼却炉の制御手順を示すフローチャートである。 図４は、前記本発明第一焼却炉の別の制御装置を示すブロック図である。 図５は、実施形態２に係る本発明第二焼却炉を示す全体構成図である。 図６は、前記本発明第二焼却炉の制御装置を示すブロック図である。 図７は、前記本発明第二焼却炉の制御手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

［実施形態１］
＜本発明第一焼却炉１１＞
図１に、実施形態１に係る本発明第一焼却炉１１を示す。前記本発明第一焼却炉１１は、複数の火格子（２）」と、複数の「燃焼用空気供給ライン（３）」と、を具備する。

本実施形態に係る本発明第一焼却炉１１は、複数の火格子（乾燥火格子２１、燃焼火格子２２、後燃焼火格子２３）２が多段式に並べられた構造を有するストーカ式の焼却炉である。各火格子２に定められた複数の領域（Ｒ１〜Ｒ７）には、燃焼ガス押込送風機Ｆ１にて、それぞれの下方から前記燃焼用空気供給ライン３（３１〜３６）を通じて燃焼用空気（一次燃焼用空気）が供給される。又、燃焼用空気バルブ（Ｖ１〜Ｖ６）の開度により燃焼用空気の供給量や分配量を調整し得る仕組みとなされている。

前記本発明第一焼却炉１１では、炉内に供給された廃棄物を各火格子２上で順に送りながら、燃焼用空気を供給しつつ、前記乾燥火格子２１上で乾燥し、前記燃焼火格子２２上で燃焼させ、前記後燃焼火格子２３上で完全に燃焼し尽くして灰にする。この灰は、灰落下口Ｗを通じて炉外に排出される。

一方、燃焼によって生じた排ガスは、炉上部から煙道Ｐを通じて図示しない煙突に至り、炉外に排出される。なお、前記本発明第一焼却炉１１では、炉上部において二次燃焼ガスを供給しながら再燃焼処理を行うこともできる。

そして、前記本発明第一焼却炉１１には、更に、「排ガス供給ライン（４）」が設けられてなり、又、図２に示す「制御装置（５）」が備えられている。

‐排ガス供給ライン４‐
前記排ガス供給ライン４は、前記火格子２の一領域（本実施形態においては領域Ｒ４）に向かって下方から、廃棄物の燃焼によって生じた排ガスを再循環して供給する役割を担う。本実施形態において、前記排ガス供給ライン４は、一端が煙道Ｐに連結され他端が前記火格子２の一領域Ｒ４に至るようにして配された管体であり、管路の途中に排ガス再循環用送風機Ｆ２が設けられている。又、管路の下流には排ガスバルブＧａが設けられており、前記排ガスバルブＧａの開度により排ガスの供給量を調整し得る仕組みとなされている。更に、前記排ガス供給ライン４は、前記排ガスバルブＧａの上流で分岐しており、この分岐ライン４１は、前記排ガス供給ライン４が担う一領域Ｒ４の上流側の領域（本実施形態においては領域Ｒ３）に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ライン（本実施形態においては燃焼用空気供給ライン３３）と連結されている。又、前記分岐ライン４１には、分岐バルブＧｂが設けられており、前記分岐バルブＧｂの開度により排ガスの混合量を調整し得る仕組みとなされている。

‐制御装置５‐
前記制御装置５は、前記排ガス供給ライン４が担う一領域Ｒ４に「燃え切り点」が生じるように燃焼条件を決定する役割を担う。ここで、「燃え切り点」とは、炉内における火炎部と灰部との境界を意味し、この燃え切り点は、例えば、炉内への廃棄物の供給量、各領域（Ｒ１〜Ｒ７）への燃焼用空気の供給量、又は火格子２上の廃棄物の送り速度などによって所定の範囲内に収めることができる。本実施形態においては、前記制御装置５として、燃え切り点を監視する監視カメラ（赤外線カメラ）５１と、前記監視カメラ５１によって確認された燃え切り点の位置と前記排ガス供給ライン４が担う一領域Ｒ４とのずれに基づいて燃焼条件を導き出す演算手段５２と、燃焼条件を命令する制御手段５３と、を具備するものを用いた。

＜本発明制御方法＞
以下、前記構成を有する本発明第一焼却炉１１による本発明制御方法の実行を説明する。図３のフローチャートに示すように、前記制御装置５は、前記本発明第一焼却炉１１の稼働開始後（Ｓ１）、一定時間経過した時点で（Ｓ２）、前記監視カメラ５１にて燃え切り点を確認する。なお、本発明第一焼却炉１１の稼働開始時の燃焼条件（廃棄物の供給量、廃棄物の送り速度、燃焼空気の供給量等）については、経験に基づいた適当な燃焼条件が選択されるものとする。又、本発明第一焼却炉１１の稼働開始時には、前記排ガス再循環用送風機Ｆ２が運転状態となされ、更に、前記排ガスバルブＧａが開かれた状態となされているものとする。

燃え切り点の確認後、前記演算手段５２は、確認された燃え切り点が、前記排ガス供給ライン４が担う一領域Ｒ４に存在するか否かを検討し（Ｓ４）、燃え切り点が一領域Ｒ４に無い場合には、燃え切り点が一領域Ｒ４に来るように燃焼条件（廃棄物の供給量、廃棄物の送り速度、燃焼空気の供給量）を決定する（Ｓ５）。

前記制御手段５３は、決定された燃焼条件に基づき、各燃焼用空気バルブ（Ｖ１〜Ｖ６）の開度、各火格子２の送り速度の増減、廃棄物の供給量の増減のいずれか一つ以上について命令する（Ｓ６）。燃焼条件の命令後一定時間経過すれば（Ｓ２）、燃え切り点確認（Ｓ３）以下のステップが繰り返される。

この制御手順により、前記排ガス供給ライン４が担う一領域Ｒ４に燃え切り点が来る。その結果、前記火格子２上における廃棄物の燃え切り点が存する一領域Ｒ４に向かって下方から、廃棄物の燃焼によって生じた排ガスを循環して供給する本発明制御方法が実行される。

このように、燃え切り点が存する一領域Ｒ４に向かって下方から排ガスの一部を再循環して供給する本発明制御方法によれば、窒素酸化物の発生が安定的に抑制されることが確認されている。

ここで、本発明者が従来のストーカ式の焼却炉の燃焼状態を観察したところ、燃え切り点付近で高濃度の窒素酸化物が検出された。この原因は、燃え切り点の上流において激しい燃焼が起こって燃焼用空気中の酸素が殆ど消費される一方で、燃え切り点の下流において燃焼用空気中の酸素の消費が少なくなるため、燃え切り点の上流の酸素不足下で発生するアンモニア（ＮＨ_３）やシアン化水素（ＨＣＮ）が、燃え切り点の下流で速やかに窒素酸化物になっているものと予想される。

この点につき、本発明制御方法では、燃え切り点が存する一領域Ｒ４に向かって下方から排ガスを再循環して供給しているから、燃え切り点付近での窒素酸化物の発生が好適に抑制され、その結果、窒素酸化物の発生が安定的に抑制されていると考えられる。

なお、本実施形態では、前記排ガス供給ライン４が担う一領域Ｒ４に燃え切り点を来させるために、廃棄物の供給量、廃棄物の送り速度、燃焼空気の供給量を燃焼条件のファクターとして決定しているが、決定される燃焼条件はこれらのファクターに限られない。

例えば、図４に示すブロック図は、監視カメラによる燃え切り点の確認後、前記排ガス供給ライン４が担う一領域Ｒ４の上流側の領域Ｒ３に燃焼用空気を送る燃焼用空気供給ライン３３を通じて燃焼用空気と排ガスとが混合された混合ガスを供給し、もって前記排ガス供給ライン４が担う一領域Ｒ４に燃え切り点を来させる制御装置５を示したものである。

図３のフローチャートを参酌してこの制御装置５の制御を説明すると、この制御では、燃え切り点が一領域Ｒ４に無い場合には（Ｓ４）、分岐バルブＧｂの開度をと共に、燃焼用空気供給ライン３３に備えられた燃焼用空気バルブＶ３の開度を選択し、もって、燃焼用空気と排ガスとの混合量や混合ガスの供給量を燃焼条件として決定する（Ｓ６）。

即ち、この制御は、前記排ガス供給ライン４が担う一領域Ｒ４の上流側の領域Ｒ３に酸素濃度が調整された混合ガスを供給することによって、燃え切り点を一領域Ｒ４に来させるものであり、一領域Ｒ４の上流側の領域Ｒ３に燃焼用空気を送る燃焼用空気供給ライン３３を、特許請求の範囲における「混合ガス供給ライン」として利用したものである。

なお、本実施形態においては、説明の便宜上、図２に示すブロック図による制御装置５で、廃棄物の供給量、廃棄物の送り速度、燃焼空気の供給量を燃焼条件のファクターとし、図４に示すブロック図による制御装置５で、燃焼用空気と排ガスとの混合量や混合ガスの供給量を燃焼条件のファクターとしているが、本発明制御方法においては、これらのファクターやその他の燃焼条件に関するファクターから選ばれた一ないし複数を適宜組み合わせて燃焼条件を決定することができる。

又、本実施形態においては、燃え切り点を確認するための検出手段を赤外線カメラからなる監視カメラ５１にて行っているが、燃え切り点を確認するための検出手段はこれに限られない。燃え切り点を確認するための検出手段としては、例えば、炎部分と灰部分との光度差を利用した光量センサ等を挙げることができる。

［実施形態２］
＜本発明第二焼却炉１２＞
図５に、実施形態２に係る本発明第二焼却炉１２を示す。前記本発明第二焼却炉１２は、複数の「火格子（２）」と、複数の「燃焼用空気供給ライン（３）」と、を具備するストーカ式の焼却炉であり、更に、「排ガス再環ライン（６）」が設けられてなり、又、図６に示す「制御装置（５）」が備えられている。

‐排ガス再循環ライン６‐
前記排ガス再循環ライン６は、前記燃焼用空気供給ライン３の各々に、廃棄物の燃焼によって生じた排ガスを循環して導入する役割を担う。本実施形態において、前記排ガス再循環ライン６は、一端が煙道Ｐに連結され、複数に分岐した他端が、それぞれ前記火格子２のうちの燃焼火格子２２に定められた各領域（Ｒ３〜Ｒ６）に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ライン（３３〜３６）に連結されるようにして配された管体である。前記排ガス再循環ライン６の分岐された他端各々には排ガスバルブ（Ｇ１〜Ｇ４）が備えられており、各排ガスバルブ（Ｇ１〜Ｇ４）及び前記燃焼用空気バルブ（Ｖ３〜Ｖ６）の開閉によって、排ガスを燃焼火格子２２に定められた各領域（Ｒ３〜Ｒ６）のいずれかに供給し得る仕組みとなされている。

‐制御装置５‐
前記制御装置５は、燃え切り点の存する位置に応じて、各排ガスバルブ（Ｇ１〜Ｇ４）及び前記燃焼用空気バルブ（Ｖ３〜Ｖ６）の開閉を決定する役割を担う。図６に示すように、本実施形態においては、前記制御装置５として、燃え切り点を監視する監視カメラ（赤外線カメラ）５１と、前記監視カメラ５１によって確認された燃え切り点の位置に基づいて、前記燃焼用空気供給ライン（３３〜３６）から排ガスを導入するラインを選択する演算手段５２と、前記演算手段５２の決定に従い、各排ガスバルブ（Ｇ１〜Ｇ４）や前記燃焼用空気バルブ（Ｖ３〜Ｖ６）に開閉を命令する制御手段５３と、を具備するものを用いた。

＜本発明制御方法＞
以下、前記構成を有する本発明第二焼却炉１２による本発明制御方法の実行を説明する。図７のフローチャートに示すように、前記制御装置５は、前記本発明第二焼却炉１２の稼働開始後（Ｓ１）、一定時間経過の後（Ｓ２）、前記監視カメラ５１にて燃え切り点を確認する。

燃え切り点の確認後、前記演算手段５２は、確認された燃え切り点が存在する一領域（例えばＲ４）を担う燃焼用空気供給ライン（ここでは、燃焼用空気供給ライン３４）を選択する（Ｓ７）。

前記制御手段５３は、選択された燃焼用空気供給ライン３４に備えられた燃焼用空気バルブＶ４を閉じると共に排ガスバルブＧ２の開放を命令する（Ｓ６）。燃焼条件の命令後一定時間経過すれば（Ｓ２）、燃え切り点確認（Ｓ３）以下のステップが繰り返される。

この制御手順により、燃え切り点が存する一領域Ｒ４を担う燃焼用空気供給ライン３４を通じて排ガスを供給することができる。その結果、前記火格子２上における廃棄物の燃え切り点が存する一領域Ｒ４に向かって下方から、廃棄物の燃焼によって生じた排ガスを循環して供給する本発明制御方法が実行される。

その余は、前記実施形態１と同様であり、繰り返しを避けるべくここでは説明を省略する。

なお、本発明は、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。

本発明は、焼却炉の燃焼状態の制御システムとして好適に用いられる。

１１ 本発明第一焼却炉（焼却炉）
１２ 本発明第二焼却炉（焼却炉）
２ 火格子
２１ 乾燥火格子
２２ 燃焼火格子
２３ 後燃焼火格子
３ 燃焼用空気供給ライン
４ 排ガス供給ライン
５ 制御装置
５１ 監視カメラ
５２ 演算手段
５３ 制御手段
６ 排ガス再循環ライン

Claims (5)

1. 燃焼用空気を供給しつつ、上流の火格子から下流の火格子へ向かって廃棄物を送りながら焼却処理するストーカ式の焼却炉の燃焼状態を制御する燃焼制御方法であって、
   前記火格子上における廃棄物の燃え切り点が存する一領域に向かって下方から、廃棄物の燃焼によって生じた排ガスを循環して供給することを特徴とする燃焼制御方法。
2. 複数の火格子と、
   前記火格子に定められた複数の領域の各々に向かって、下方から燃焼用空気を供給する複数の燃焼用空気供給ラインと、
   を具備してなり、
   前記燃焼用空気供給ラインを通じて燃焼用空気を供給しつつ、上流の火格子から下流の火格子へ向かって廃棄物を送りながら焼却処理するストーカ式の焼却炉であって、
   更に、前記火格子の一領域に向かって下方から、廃棄物の燃焼によって生じた排ガスを循環して供給する排ガス供給ラインが設けられてなり、
   前記排ガス供給ラインが担う一領域に燃え切り点が生じるように燃焼条件を決定する制御装置が備えられてなることを特徴とする焼却炉。
3. 請求項２に記載の焼却炉において、
   前記制御装置が、炉内への廃棄物の供給量、各領域への燃焼用空気の供給量、又は火格子上の廃棄物の送り速度のいずれか一つ以上を燃焼条件として決定する焼却炉。
4. 請求項１又は３に記載の焼却炉において、
   更に、前記排ガス供給ラインが担う一領域の上流側の領域に、燃焼用空気と排ガスとが混合された混合ガスを供給する混合ガス供給ラインが設けられてなり、
   前記制御装置が、燃焼用空気と排ガスとの混合量、又は混合ガスの供給量を燃焼条件として決定する焼却炉。
5. 複数の火格子と、
   前記火格子に定められた領域に向かって、下方から燃焼用空気を供給する複数の燃焼用空気供給ラインと、
   を具備してなり、
   前記燃焼用空気供給ラインを通じて燃焼用空気を供給しつつ、上流の火格子から下流の火格子へ向かって廃棄物を送りながら焼却処理するストーカ式の焼却炉であって、
   更に、前記燃焼用空気供給ラインの各々に、廃棄物の燃焼によって生じた排ガスを循環して導入する排ガス循環ラインが連結されてなり、
   燃え切り点が存する一領域を担う燃焼用空気供給ラインを通じて排ガスが供給されるように、各燃焼用空気供給ライン及び各排ガス再循環ラインに備えられた個々のバルブの開閉を決定する制御装置が備えられてなることを特徴とする焼却炉。
   
   

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