JP2023168095A - 排ガス中のｎ２ｏ排出量低減方法および制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】焼却設備の耐熱性等を向上させることでコストを増大させることなく、Ｎ2Ｏの排出量を低減する流動焼却炉における運転方法およびその装置を提供する。さらに、炉内空塔速度を抑え、炉内で生じる排ガスの滞留時間を増やすことでＮ2Ｏ排出量を抑制する。【解決手段】焼却システムの流動焼却炉の焼却排ガスと流動空気を熱交換する空気予熱器において、並流ラインの供給路と向流ラインの供給路で、空気予熱器冷却空気割合を最小値と最大値の範囲内にするための操作を行い、空気予熱器冷却空気割合が最小値と最大値の範囲内であれば、炉内注水量を最小値と最大値の範囲内にするため、炉入口温度の設定温度を減少または上昇させる操作を行うことを特徴とする排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減方法及び排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減を実行する制御プログラムに基づいて動作する制御装置。【選択図】図１
Description
本発明は、流動焼却炉内の空気予熱器における予熱空気温度を制御してＮ2０の排出量を低減する方法および制御装置に関する。
流動焼却炉は、炉に入れた砂等の流動媒体を炉の下部から送り込まれる空気により流動させて流動層（流動床）を生成し、熱せられた流動層内に投入された下水汚泥または都市ゴミ等の焼却対象物を流動媒体とともに撹拌させて焼却する焼却炉である。
流動焼却炉内の流動状態は、炉に供給する空気（単に供給空気、燃焼空気、流動空気あるいは予熱空気とも称す。）、焼却対象物や補助燃料等の量、および炉内の温度、圧力に依存して変化し、流動状態を安定させて燃焼状態を最適にすることは、焼却対象物の燃焼効率を上げるために重要である。
流動焼却炉内の流動状態は、炉に供給する空気（単に供給空気、燃焼空気、流動空気あるいは予熱空気とも称す。）、焼却対象物や補助燃料等の量、および炉内の温度、圧力に依存して変化し、流動状態を安定させて燃焼状態を最適にすることは、焼却対象物の燃焼効率を上げるために重要である。
例えば、流動焼却炉において、炉内の明るさ、焼却対象物の供給量、温度、酸素濃度または炉内の圧力に応じて流動媒体を流動させるために炉内に供給する空気量を調節する手法が提案されている（特許文献１参照）。
また、流動焼却炉において、排ガスの酸素濃度と炉内上部の水分濃度とに基づいて下水汚泥のケーキの含水率の増減を推定し、推定結果に基づいて炉に供給する空気の量、炉内温度、炉に供給する焼却対象物の量等を調節することで、燃焼の安定化を計る手法が提案されている（特許文献２参照）。
また、流動焼却炉において、排ガスの酸素濃度と炉内上部の水分濃度とに基づいて下水汚泥のケーキの含水率の増減を推定し、推定結果に基づいて炉に供給する空気の量、炉内温度、炉に供給する焼却対象物の量等を調節することで、燃焼の安定化を計る手法が提案されている（特許文献２参照）。
また、焼却対象物に含まれる有機成分を焼却する際の排ガスから生じる温室効果ガスの１つであるＮ2Ｏ（亜酸化窒素。以下、Ｎ2Ｏと記す。）の排出を、地球温暖化防止のために低減していく必要がある。
排ガス、特に、Ｎ2ＯやＮＯｘの排出量の低減に関しては、アンモニア系の還元剤と多孔性流動媒体のスラリー状混合物を炉内に噴射する方法が知られている（特許文献３参照）。
排ガス、特に、Ｎ2ＯやＮＯｘの排出量の低減に関しては、アンモニア系の還元剤と多孔性流動媒体のスラリー状混合物を炉内に噴射する方法が知られている（特許文献３参照）。
下水汚泥の排出量は年々増加しており、その内の約７０％は、焼却処理されている。汚泥は、それを燃焼させた際他の燃料と比べて窒素含有量が非常に高く、焼却処理によってＮ2Ｏの排出が懸念されている。
過給式流動焼却炉システムは圧力下の燃焼による高温域の形成で、燃焼排ガスに含まれるＮ2Ｏを低減できる。
過給式流動焼却炉においては、流動床で燃焼させる燃焼（汚泥等）を炉頂、炉出口にかけて例えば870～880℃の温度で燃焼し温室効果ガスであるＮ2Ｏを分解させる。なお、Ｎ2Ｏの温室効果はＣＯ2換算量で２９８倍である。
過給式流動焼却炉システムは圧力下の燃焼による高温域の形成で、燃焼排ガスに含まれるＮ2Ｏを低減できる。
過給式流動焼却炉においては、流動床で燃焼させる燃焼（汚泥等）を炉頂、炉出口にかけて例えば870～880℃の温度で燃焼し温室効果ガスであるＮ2Ｏを分解させる。なお、Ｎ2Ｏの温室効果はＣＯ2換算量で２９８倍である。
焼却炉の温度調節は、脱水汚泥性状に応じて炉内温度を維持するために、補助燃料供給による燃焼（助燃状態）、または、脱水汚泥の水分が少なく燃えやすい場合、補助燃料を供給せず、炉内温度が高まるときに炉内注水によって冷却する状態の燃焼（自燃状態）による温度調整を行っている。
図４に示すような従来の流動焼却炉に使用されている空気予熱器では、熱源（焼却排ガス）流入部の温度が高くなり、伝熱管取付部である管板３０ｆの温度が高くなりすぎてしまうと熱膨張により変形して損傷する恐れが生じる。そのため、一部の燃焼空気を分岐させ予熱前の冷却空気とし管板部へ導入していた。残りの燃焼空気は圧縮空気導入ヘッダー３０ｍから導入して、焼却排ガスと熱交換した後に、同様に焼却排ガスと熱交換された冷却空気と混合し、予熱空気としていた。
この過程において管板への冷却空気量は一定であった。
この過程において管板への冷却空気量は一定であった。
そして、焼却対象物の焼却量が少ない低負荷時には、排ガスの発熱量が増えず、排ガスとの熱交換後の予熱空気温度が低くなることから、焼却炉へ供給する補助燃料を多く使用して焼却炉の燃焼温度を確保していた。
逆に、高負荷時には、予熱空気温度が高くなることから、空気冷却器を別途設けての予熱空気の冷却、焼却炉内への注水（動力・用水の使用）や焼却量（焼却対象物、例えば汚泥）を調整していた。
逆に、高負荷時には、予熱空気温度が高くなることから、空気冷却器を別途設けての予熱空気の冷却、焼却炉内への注水（動力・用水の使用）や焼却量（焼却対象物、例えば汚泥）を調整していた。
ところで、この種の流動焼却炉では、焼却炉内の流動状態を示す指標の１つに空塔速度がある。例えば、流動焼却炉を設計する際には、所定の負荷での運転時に適した空塔速度が設定され、設定された空塔速度で焼却対象物が焼却されるように焼却炉の大きさや流動媒体の粒子径等が決められる。炉内の流動状態は炉内の空塔速度と相関があるため、設計値ではない運転中の空塔速度を求めることができれば流動状態を間接的に確認することが可能である。
例えば、空塔速度が適正範囲を下回り、流動媒体の流動不足が発生すると、燃焼効率が低下し、さらに、燃焼により発生した灰が炉から排出されにくくなることにより炉内の流動砂に灰分を含めた流動媒体が増加してしまう。
例えば、空塔速度が適正範囲を下回り、流動媒体の流動不足が発生すると、燃焼効率が低下し、さらに、燃焼により発生した灰が炉から排出されにくくなることにより炉内の流動砂に灰分を含めた流動媒体が増加してしまう。
一方、空塔速度が適正範囲を上回り、流動媒体が過剰に流動すると、良好に排出される灰に加えさらに流動砂である流動媒体が炉外に飛散し、炉内の流動媒体が減少してしまう。増加した流動媒体の炉からの引き抜き、および減少した流動媒体の炉への補充は、流動焼却炉の運転コストを上昇させる。したがって、空塔速度が適正範囲に収まるように流動焼却炉を運転することが望ましい。
しかしながら、焼却炉内の空塔速度は、炉に供給される空気の量だけでなく、焼却対象物、補助燃料の燃焼や炉内注水により発生するガスの量に依存して変化する。このため、例えば、空気の供給量だけを用いて求めた空塔速度では、炉内の流動状態を正確に表すことは困難である。
特許文献１では、設計時に各要素制御の結果により制御可能な空塔速度範囲を設定しているが、上述のように実際の空塔速度の計測が難しく実施されていない。
また、排出ガスのうち、特に、Ｎ2Ｏ排出量を低減するためには、高温でＮ2Ｏを分解することが行われる。後述の実施の形態では、Ｎ2Ｏの排出量低減を例として説明する。
図２は炉内最高温度とＮ2Ｏ排出係数の相関例を説明する図で、横軸に炉内最高温度［℃］を、縦軸に脱水ケーキ乾燥重量あたりのＮ2Ｏ排出係数［kg-N2O/t-DS］を取って相関式を近似したものである。Ｎ2Ｏの分解は、図２に示されるように、炉内温度と相関関係にある。
しかし、更なるＮ2Ｏの分解をするために温度を上げると、図２の近似曲線から明らかなように、Ｎ2Ｏの減少量が低下する。そのため、Ｎ2Ｏの排出量低減の要求に対して炉内温度の高温化のみでの対応は難しくなってくる。
炉内温度を更に上昇させることでＮ2Ｏの分解促進が可能であるとしても、より局所的に高温場の発生による弊害、空気予熱器流入排ガス温度の高温化や炉出口温度の上昇による飛灰の溶融付着による弊害を生じる可能性が高くなってしまい、焼却設備の耐熱性向上や飛灰の溶融付着対策のためのコストが増大し、Ｎ2Ｏ分解のために運転管理対策を別途施す必要がある。
本発明の目的は、Ｎ2Ｏ分解に必要な焼却温度を維持するにあたり、焼却設備の耐熱性等を向上させることでコストを増大させることなく、Ｎ2Ｏの排出量を低減する流動焼却炉における運転方法およびその装置を提供することにある。さらに、低含水率の汚泥を焼却する流動焼却において、自然状態の場合、炉内温度が高まって注水量が増加し、後述するように炉内の排ガスの滞留時間が短くなってＮ2０が増加するので、炉内空塔速度（以降、スペースレートと称す。）を抑え、炉内で生じる排ガスの滞留時間を増やすことでＮ2Ｏ排出量を抑制することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明に係るＮ2Ｏ低減技術は、温度条件以外に炉内で発生するガスの炉内滞留時間に着目し、炉内滞留時間もＮ2Ｏ低減の指標としたことを特徴とする。
上記したように、Ｎ2Ｏの排出量抑制には、炉内の排出ガス最高温度に相関があると考えられていたが、本発明者等の研究により、炉内ガス滞留時間にも相関があることが判明した。すなわち、後述するように、炉内ガス滞留時間の増加に伴いＮ2Ｏの排出量が抑制されるという反比例関係を明らかにしている。なお、これは特許文献３の図３にも上述の相関性を示唆するデータが認められる。
上記の炉内ガス滞留時間を長くするためには、（１）炉を大きくする、（２）炉内の排ガススペースレートを小さくする、といった二つの方法がある。スペースレートは、図１で示す汚泥供給装置１０からの汚泥等の焼却対象物〔供給汚泥量計測器８２（Ｆ３のプロセス値）〕、炉内注水を行う水供給装置１５の水〔供給水量計測器８３（Ｆ４のプロセス値）〕、燃料供給装置２０の重油などの燃料〔供給燃料量計測器８４（Ｆ５のプロセス値）〕、及び、流動焼却炉２への燃焼空気〔空気予熱器空気量計測器２７（Ｆ２のプロセス値）〕の各供給量に基づき、流動焼却炉内からのガス発生量を算出して求める。流動焼却炉２からの排ガス発生量は直接測定してもよいし、排ガス中の灰の影響で測定が困難な場合には、集塵機４０出口以降の下流の排ガス経路（供給路４１等）で排ガス量を測定するようにしてもよい。各計測器で指示する各供給量からスペースレートを求める場合、先ず各供給量から質量流量を算出しておき、容積流量に換算してガス発生量を求めスペースレートを算出する。焼却対象物のガス発生量の算出については、例えば、測定装置や分析作業による含水率、有機成分率および元素組成に基づいて前記焼却対象物を焼却した場合の前記ガス発生量を算出する。リアルタイムでの測定値でなく、日常的に測定装置や分析作業での値を統計的に整理した値を使用して、焼却対象物のガス発生量を算出することでよい。
（１）は設備コストの増大につながることから、通常（２）で対応する。焼却炉として炉床温度Ｔ１を制御するのに補助燃料を用いている時は影響がないが、炉内注水で温度制御を行っている時には、炉入口空気温度Ｔ２が上昇することにより注水量が増えてしまい、排ガス流量が増大する。結果として、炉内スペースレートが上昇する。
このため図１に示す空気予熱器において、分岐供給路５６ａと分岐供給路５６ｂとからなる供給路５６と調節弁４７から構成される分岐ラインの供給空気の分配調節を行うにあたって、空気予熱器での排ガスと供給空気の熱交換面積を小さくして熱交換量を少なくする分岐供給路５６ａ（並流ライン）と逆に空気予熱器での排ガスと供給空気の熱交換面積を大きくして熱交換量を多くする分岐供給路５６ｂ（向流ライン）のうち、供給空気の並流ラインを通る比率を多くし、炉入口空気温度Ｔ２を下降させることにより、炉床温度Ｔ１の上昇を抑えられるので炉内注水量の増加量が抑制され、炉内スペースレートの上昇を抑えることができる。その結果、Ｎ2Ｏ排出量の抑制につながることとなる。
このように、Ｎ2Ｏの分解は、前記で説明した図２に示される温度相関以外に、高温度場でのガス滞留時間に比例した分解が行われる。本発明では、炉内で生ずるガスが炉内を通過する速度（スペースレート）を指標に炉内滞留時間を十分に確保する運転手法を採用することでＮ2Ｏの低減を図った。
同種の手法として、前記特許文献４があるが、本発明は、Ｎ2Ｏの分解における高温場炉内ガス滞留時間を目的としたスペースレート管理・調整を〔００２３〕に記述の「空気予熱器の熱交換（並流・向流）バイアス比の変動、温度調整」の技術を応用し、Ｎ2Ｏの低減を図る方法および構成とした点に特徴を有する。
本発明に係るＮ2Ｏ排出量低減制御手段の代表的な特徴を列挙すれば、以下のとおりである。なお、ここでは、発明の理解を容易にするため、各構成に後述する実施の形態で説明する図面で使用される符号を併記するが、本発明はこの符号で示される具体的な構成要素に限定されるものではない。
〔１〕焼却システム１の流動焼却炉２の焼却排ガスと流動空気を熱交換する空気予熱器３０において、流動焼却炉２へ供給される流動空気の供給路５６は、空気予熱器３０上流に位置する並流ラインの供給路５６ａと向流ラインの供給路５６ｂとがあり、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を最小値Ｆ１ｍｉｎと最大値Ｆ１ｍａｘの範囲内にするため、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最小値Ｆ１ｍｉｎを下回る場合には空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を上昇させる操作を行い、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最大値Ｆ１ｍａｘを上回る場合には空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を減少させる操作を行い、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最小値Ｆ１ｍｉｎと最大値Ｆ１ｍａｘの範囲内であれば、炉内注水量Ｆ４を最小値Ｆ４ｍｉｎと最大値Ｆ４ｍａｘの範囲内にするため、炉内注水量Ｆ４が最小値Ｆ４ｍｉｎを下回る場合には炉入口温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐを上昇させ、炉内注水量Ｆ４が最大値Ｆ４ｍａｘを上回る場合には炉入口温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐを減少させ、炉入口温度Ｔ２を設定温度Ｔ２ｓｐにするために、炉入口温度Ｔ２が設定温度Ｔ２ｓｐを下回る場合には炉入口温度Ｔ２を上昇させる操作を行い、炉入口温度Ｔ２が設定温度Ｔ２ｓｐを上回る場合には炉入口温度Ｔ２を減少させる操作を行うことを特徴とする排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減方法。
〔２〕空気予熱器冷却空気割合Ｆ１の調整を冷却空気調節弁４７（ＣＶ３）の調節で行うことを特徴とする〔１〕に記載の排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減方法。
〔３〕炉入口温度Ｔ２の調整を冷却空気調節弁４７（ＣＶ３）の調節で行うことを特徴とする〔１〕に記載の排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減方法。
〔４〕空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を調節する調節弁４７（ＣＶ３）の位置は、並流ラインと向流ラインの少なくともどちらかであることを特徴とする〔１〕乃至〔３〕の何れかに記載の排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減方法。
〔５〕流動焼却炉からの燃焼排ガスと熱交換を行う空気予熱器への供給空気は、流動ブロワまたは過給式流動焼却炉の焼却システムにおける過給機から供給することを特徴とする〔１〕乃至〔４〕の何れかに記載の排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減方法。
〔６〕焼却システム１の流動焼却炉２の焼却排ガスと流動空気を熱交換する空気予熱器３０において、流動焼却炉２へ供給される流動空気の供給路５６は、空気予熱器３０上流に位置する並流ラインの供給路５６ａと向流ラインの供給路５６ｂとがあり、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を最小値Ｆ１ｍｉｎと最大値Ｆ１ｍａｘの範囲内にするため、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最小値Ｆ１ｍｉｎを下回る場合には空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を上昇させる操作を行い、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最大値Ｆ１ｍａｘを上回る場合には空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を減少させる操作を行い、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最小値Ｆ１ｍｉｎと最大値Ｆ１ｍａｘの範囲内であれば、炉内注水量Ｆ４を最小値Ｆ４ｍｉｎと最大値Ｆ４ｍａｘの範囲内にするため、炉内注水量Ｆ４が最小値Ｆ４ｍｉｎを下回る場合には炉入口温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐを上昇させ、炉内注水量Ｆ４が最大値Ｆ４ｍａｘを上回る場合には炉入口温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐを減少させ、炉入口温度Ｔ２を設定温度Ｔ２ｓｐにするために、炉入口温度Ｔ２が設定温度Ｔ２ｓｐを下回る場合には炉入口温度Ｔ２を上昇させる操作を行い、炉入口温度Ｔ２が設定温度Ｔ２ｓｐを上回る場合には炉入口温度Ｔ２を減少させる操作を行うことを特徴とする排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減を実行する制御プログラムに基づいて動作する制御装置。
〔７〕空気予熱器冷却空気割合Ｆ１の調整を冷却空気調節弁４７（ＣＶ３）の調節で行うことを特徴とする〔６〕に記載の制御装置。
〔８〕炉入口温度Ｔ２の調整を冷却空気調節弁４７（ＣＶ３）の調節で行うことを特徴とする〔６〕に記載の制御装置。
〔９〕空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を調節する調節弁４７（ＣＶ３）の位置は、並流ラインと向流ラインの少なくともどちらかであることを特徴とする〔６〕乃至〔８〕の何れかに記載の制御装置。
〔１０〕流動焼却炉からの燃焼排ガスと熱交換を行う空気予熱器への供給空気は、流動ブロワまたは過給式流動焼却炉の焼却システムにおける過給機から供給することを特徴とする〔６〕乃至〔９〕の何れかに記載の制御装置。
〔２〕空気予熱器冷却空気割合Ｆ１の調整を冷却空気調節弁４７（ＣＶ３）の調節で行うことを特徴とする〔１〕に記載の排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減方法。
〔３〕炉入口温度Ｔ２の調整を冷却空気調節弁４７（ＣＶ３）の調節で行うことを特徴とする〔１〕に記載の排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減方法。
〔４〕空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を調節する調節弁４７（ＣＶ３）の位置は、並流ラインと向流ラインの少なくともどちらかであることを特徴とする〔１〕乃至〔３〕の何れかに記載の排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減方法。
〔５〕流動焼却炉からの燃焼排ガスと熱交換を行う空気予熱器への供給空気は、流動ブロワまたは過給式流動焼却炉の焼却システムにおける過給機から供給することを特徴とする〔１〕乃至〔４〕の何れかに記載の排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減方法。
〔６〕焼却システム１の流動焼却炉２の焼却排ガスと流動空気を熱交換する空気予熱器３０において、流動焼却炉２へ供給される流動空気の供給路５６は、空気予熱器３０上流に位置する並流ラインの供給路５６ａと向流ラインの供給路５６ｂとがあり、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を最小値Ｆ１ｍｉｎと最大値Ｆ１ｍａｘの範囲内にするため、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最小値Ｆ１ｍｉｎを下回る場合には空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を上昇させる操作を行い、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最大値Ｆ１ｍａｘを上回る場合には空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を減少させる操作を行い、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最小値Ｆ１ｍｉｎと最大値Ｆ１ｍａｘの範囲内であれば、炉内注水量Ｆ４を最小値Ｆ４ｍｉｎと最大値Ｆ４ｍａｘの範囲内にするため、炉内注水量Ｆ４が最小値Ｆ４ｍｉｎを下回る場合には炉入口温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐを上昇させ、炉内注水量Ｆ４が最大値Ｆ４ｍａｘを上回る場合には炉入口温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐを減少させ、炉入口温度Ｔ２を設定温度Ｔ２ｓｐにするために、炉入口温度Ｔ２が設定温度Ｔ２ｓｐを下回る場合には炉入口温度Ｔ２を上昇させる操作を行い、炉入口温度Ｔ２が設定温度Ｔ２ｓｐを上回る場合には炉入口温度Ｔ２を減少させる操作を行うことを特徴とする排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減を実行する制御プログラムに基づいて動作する制御装置。
〔７〕空気予熱器冷却空気割合Ｆ１の調整を冷却空気調節弁４７（ＣＶ３）の調節で行うことを特徴とする〔６〕に記載の制御装置。
〔８〕炉入口温度Ｔ２の調整を冷却空気調節弁４７（ＣＶ３）の調節で行うことを特徴とする〔６〕に記載の制御装置。
〔９〕空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を調節する調節弁４７（ＣＶ３）の位置は、並流ラインと向流ラインの少なくともどちらかであることを特徴とする〔６〕乃至〔８〕の何れかに記載の制御装置。
〔１０〕流動焼却炉からの燃焼排ガスと熱交換を行う空気予熱器への供給空気は、流動ブロワまたは過給式流動焼却炉の焼却システムにおける過給機から供給することを特徴とする〔６〕乃至〔９〕の何れかに記載の制御装置。
本発明では、例えば、低含水率の汚泥を焼却する流動焼却炉において、自燃状態の場合、炉内温度が高まって注水量が増加し、炉内高温場の滞留時間が短くなってＮ2Ｏが増加するので、空気予熱器への供給空気を分岐している向流と並流のラインにおいて、向流ライン側の調節弁４７で向流と並流のラインに流れる空気割合を調節し、空気予熱器の伝熱量を変化させ、温度を下げたいときには並流ラインの量を増やす操作とし、予熱空気温度を下げることで炉内温度を下げ、炉内への注水量を減らし、炉内でのガス発生量を抑え、炉内スペースレートを抑えることで排ガスの滞留時間を増やしＮ2Ｏ排出量を抑制することができる。
また、本発明によれば、Ｎ2Ｏ分解に必要な焼却温度を維持するにあたり、流動焼却設備の耐熱性等を向上させることでコストを増大させることなく、Ｎ2Ｏの排出量を確実にすることができる。
また、本発明によれば、Ｎ2Ｏ分解に必要な焼却温度を維持するにあたり、流動焼却設備の耐熱性等を向上させることでコストを増大させることなく、Ｎ2Ｏの排出量を確実にすることができる。
以下、本実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示す焼却システム１は、流動焼却炉２、汚泥（ケーキ）供給装置１０、水供給装置１５、燃料供給装置２０、空気予熱器３０、集塵機４０、過給機５０、起動用ブロワ６０、白煙防止ファン７０、白煙防止（予熱）器７５、煙突を備えた排煙処理塔８０、制御装置９０からなる。
図１に示す焼却システム１は、流動焼却炉２、汚泥（ケーキ）供給装置１０、水供給装置１５、燃料供給装置２０、空気予熱器３０、集塵機４０、過給機５０、起動用ブロワ６０、白煙防止ファン７０、白煙防止（予熱）器７５、煙突を備えた排煙処理塔８０、制御装置９０からなる。
焼却システム１は、温度計２３、２４、圧力計２５、空気予熱器空気量計測器２６、２７、過給機回転数計測機器２８を有している。
図１における空気予熱器空気量計測器２７に記載されているＦ２は、過給機５０から空気予熱器３０へ供給する圧縮空気量を表す。
例えば、本発明の実施態様において流動焼却炉２は、過給式の流動焼却炉である。流動焼却炉２は、昇温された圧縮空気を焼却炉２に供給し、高温・高圧の状態で焼却炉２内の焼却対象物を燃焼することで、燃焼速度を高くすることができ、Ｎ2Ｏの有害物質の排出量を減らすことができる。
なお、以下の説明では、流動焼却炉２は、単に焼却炉２とも称される。
図１における空気予熱器空気量計測器２７に記載されているＦ２は、過給機５０から空気予熱器３０へ供給する圧縮空気量を表す。
例えば、本発明の実施態様において流動焼却炉２は、過給式の流動焼却炉である。流動焼却炉２は、昇温された圧縮空気を焼却炉２に供給し、高温・高圧の状態で焼却炉２内の焼却対象物を燃焼することで、燃焼速度を高くすることができ、Ｎ2Ｏの有害物質の排出量を減らすことができる。
なお、以下の説明では、流動焼却炉２は、単に焼却炉２とも称される。
矢印の付いた太い実線は、汚泥（ケーキ）、補助燃料、空気、水又は排ガスの供給路（供給管）を示し、矢印の付いた破線は、バイパス路を示す。
矢印の付いた細い実線（例えば、（１）圧力計２５から調節弁４８（ＣＶ４）に接続されている線、（２）調節弁４８（ＣＶ４）から過給機回転数計測機器２８に、（３）過給機回転数計測機器２８から空気予熱器空気量計測器２７に、（４）空気予熱器空気量計測器２７から調節弁４９（ＣＶ５）に接続されている線、（５）温度計２３から調節弁１７（ＣＶ２）、調節弁２２（ＣＶ１）に接続されている線、（６）調節弁１７（ＣＶ２）から温度計２４に接続されている線、（７）温度計２４から調節弁４７（ＣＶ３）に接続されている線、（８）空気予熱器空気量計測器２６から調節弁４７（ＣＶ３）に接続されている線等）は、制御装置からこれらの調節弁に制御信号を送る信号線を示す。
例えば、制御装置９０は、圧力計２５からの圧力値を受け、該圧力値に基づいて開度指令信号を調節弁４８（ＣＶ４）に送り、前記調節弁４８の開度を調節する。
矢印の付いた細い実線（例えば、（１）圧力計２５から調節弁４８（ＣＶ４）に接続されている線、（２）調節弁４８（ＣＶ４）から過給機回転数計測機器２８に、（３）過給機回転数計測機器２８から空気予熱器空気量計測器２７に、（４）空気予熱器空気量計測器２７から調節弁４９（ＣＶ５）に接続されている線、（５）温度計２３から調節弁１７（ＣＶ２）、調節弁２２（ＣＶ１）に接続されている線、（６）調節弁１７（ＣＶ２）から温度計２４に接続されている線、（７）温度計２４から調節弁４７（ＣＶ３）に接続されている線、（８）空気予熱器空気量計測器２６から調節弁４７（ＣＶ３）に接続されている線等）は、制御装置からこれらの調節弁に制御信号を送る信号線を示す。
例えば、制御装置９０は、圧力計２５からの圧力値を受け、該圧力値に基づいて開度指令信号を調節弁４８（ＣＶ４）に送り、前記調節弁４８の開度を調節する。
流動焼却炉２は、炉内に流動床３、予熱空気取入口４、始動用バーナ５を備えている。また、汚泥（ケーキ）供給装置１０に接続された供給路（汚泥供給管）１１から供給される汚泥を取り込む汚泥込み口（図示しない）、水供給装置１５に接続された供給路（水供給管）１６から供給される水（注水）を取り込む水（注水）取込口（図示しない）、燃料供給装置２０に接続された供給路（燃料供給管）２１から供給される補助燃料を取り込む燃料取込口（図示しない）が設けられている。
汚泥（ケーキ）供給装置１０は、下水処理設備から送られてホッパ(図示しない)に貯められた下水汚泥のケーキを供給管１１から焼却炉２に順次供給する。
汚泥（ケーキ）供給装置１０は、下水処理設備から送られてホッパ(図示しない)に貯められた下水汚泥のケーキを供給管１１から焼却炉２に順次供給する。
水供給装置１５は、接続された供給管１６から水（注水）を焼却炉２内へ送り込むことで焼却炉２内の燃焼温度を調整し、燃料供給装置２０は、接続された供給管２１から補助燃料を焼却炉２内へ送り込むことで焼却炉２内の燃焼温度を調整する。
水供給管１６には、調節弁１７（ＣＶ２）が、燃料供給管２１には、調節弁２２（ＣＶ１）が設けられている。
調節弁１７（ＣＶ２）及び調節弁２２（ＣＶ１）は、制御装置９０に接続されていて該制御装置９０から出力される制御信号に応じて開度が調節される。
水供給管１６には、調節弁１７（ＣＶ２）が、燃料供給管２１には、調節弁２２（ＣＶ１）が設けられている。
調節弁１７（ＣＶ２）及び調節弁２２（ＣＶ１）は、制御装置９０に接続されていて該制御装置９０から出力される制御信号に応じて開度が調節される。
温度計２３は、流動焼却炉２内に備えている流動床３の温度を計測する。温度計２３は、制御装置９０に接続されていて計測された温度値を該制御装置９０に出力する。
温度計２４は、空気予熱器３０から流動焼却炉２内に供給される予熱空気の温度を計測する。温度計２４は、制御装置９０に接続されていて計測された温度値を該制御装置９０に出力する。
温度計２４は、空気予熱器３０から流動焼却炉２内に供給される予熱空気の温度を計測する。温度計２４は、制御装置９０に接続されていて計測された温度値を該制御装置９０に出力する。
圧力計２５は、流動焼却炉２内の圧力を計測する。圧力計２５は、制御装置９０に接続されていて計測された圧力値を該制御装置９０に出力する。
空気予熱器空気量計測器２６は、過給機５０から空気予熱器３０に供給される圧縮空気量を計測する。空気予熱器空気量計測器２６は、制御装置９０に接続されていて計測された圧縮空気量値を該制御装置９０に出力する。
空気予熱器空気量計測器２６は、過給機５０から空気予熱器３０に供給される圧縮空気量を計測する。空気予熱器空気量計測器２６は、制御装置９０に接続されていて計測された圧縮空気量値を該制御装置９０に出力する。
空気予熱器空気量計測器２７は、過給機５０から供給される圧縮空気量を計測する。空気予熱器空気量計測器２７は、制御装置９０に接続されていて計測された圧縮空気量値を該制御装置９０に出力する。
過給機回転数計測器２８は、過給機５０の回転数を計測する。過給機回転数計測器２８は、制御装置９０に接続されていて計測された回転数値を該制御装置９０に出力する。
過給機回転数計測器２８は、過給機５０の回転数を計測する。過給機回転数計測器２８は、制御装置９０に接続されていて計測された回転数値を該制御装置９０に出力する。
図４は、空気予熱器の構造の一例を示す断面図である、
前記空気予熱器３０は、円筒の筐体３０ａからなり、該筐体３０ａの内部を仕切り板３０ｃで仕切り上部の並流式の熱交換室３０ｄと下部の向流式の熱交室３０ｅを設けて構成される。
３０ｆは高温側管板、３０ｇは低温側管板、３０ｈは伝熱管、３０ｉはバッフルプレート、３０ｊは排ガス排出室、３０ｋは上部の並流式の熱交換室３０ｄに圧縮空気を送る圧縮空気導入ヘッダー、３０ｍは下部の向流式の熱交換室３０ｅに圧縮空気を送る圧縮空気導入ヘッダー、３０ｎは熱流体排出ヘッダー、Ｆ６は高温排ガス、Ｆ７は低温排ガスである。
流動焼却炉２から供給路５８を介して空気予熱器３０に供給される高温排ガスＦ６と上部の熱交換室３０ｄとは高温側管板３０ｆにより隔てられると共に、上記排ガス排出室３０ｊと上部の熱交換室３０ｄ及び下部の向流式の熱交換室３０ｅは上記低温側管板３０ｇにより隔てられる。熱交換室（熱交換室３０ｄ及び熱交換室３０ｅ）内には多数本の伝熱管３０ｈが配管され、その上下端は、上記高温側管板３０ｆおよび上記低温側管板３０ｇにそれぞれ接続されている。伝熱管３０ｈを通じて上記熱交換室内に流入する高温排ガスＦ６は、流動焼却炉２から供給路５８を介して送り込まれる。
また、上記熱交換室の中間部には、仕切り板３０ｃが取り付けられていて、該熱交換室を、上部熱交換室３０ｄと下部熱交換室３０ｅに二分する。これら上部熱交換室３０ｄと下部熱交換室３０ｅ内には、数枚のバッフルプレート（邪魔板）３０ｉが配設されている。
上部の並流式の熱交換室は、空気と排ガスの流れが同じ方向になることもあって熱交換量が少ないので空気予熱器から排出される空気が暖まり難く、一方下部の向流式熱交換室は、空気と排ガスの流れが逆になることもあって熱交換量が多いので出てくる空気が暖まり易い。
従って、下部の向流式の熱交換室３０ｅから流れる割合を増やせば、予熱空気温度が上昇し、上部の並流式の熱交換室３０ｄから流れる割合を増やせば、予熱空気温度が低下する。
前記空気予熱器３０は、円筒の筐体３０ａからなり、該筐体３０ａの内部を仕切り板３０ｃで仕切り上部の並流式の熱交換室３０ｄと下部の向流式の熱交室３０ｅを設けて構成される。
３０ｆは高温側管板、３０ｇは低温側管板、３０ｈは伝熱管、３０ｉはバッフルプレート、３０ｊは排ガス排出室、３０ｋは上部の並流式の熱交換室３０ｄに圧縮空気を送る圧縮空気導入ヘッダー、３０ｍは下部の向流式の熱交換室３０ｅに圧縮空気を送る圧縮空気導入ヘッダー、３０ｎは熱流体排出ヘッダー、Ｆ６は高温排ガス、Ｆ７は低温排ガスである。
流動焼却炉２から供給路５８を介して空気予熱器３０に供給される高温排ガスＦ６と上部の熱交換室３０ｄとは高温側管板３０ｆにより隔てられると共に、上記排ガス排出室３０ｊと上部の熱交換室３０ｄ及び下部の向流式の熱交換室３０ｅは上記低温側管板３０ｇにより隔てられる。熱交換室（熱交換室３０ｄ及び熱交換室３０ｅ）内には多数本の伝熱管３０ｈが配管され、その上下端は、上記高温側管板３０ｆおよび上記低温側管板３０ｇにそれぞれ接続されている。伝熱管３０ｈを通じて上記熱交換室内に流入する高温排ガスＦ６は、流動焼却炉２から供給路５８を介して送り込まれる。
また、上記熱交換室の中間部には、仕切り板３０ｃが取り付けられていて、該熱交換室を、上部熱交換室３０ｄと下部熱交換室３０ｅに二分する。これら上部熱交換室３０ｄと下部熱交換室３０ｅ内には、数枚のバッフルプレート（邪魔板）３０ｉが配設されている。
上部の並流式の熱交換室は、空気と排ガスの流れが同じ方向になることもあって熱交換量が少ないので空気予熱器から排出される空気が暖まり難く、一方下部の向流式熱交換室は、空気と排ガスの流れが逆になることもあって熱交換量が多いので出てくる空気が暖まり易い。
従って、下部の向流式の熱交換室３０ｅから流れる割合を増やせば、予熱空気温度が上昇し、上部の並流式の熱交換室３０ｄから流れる割合を増やせば、予熱空気温度が低下する。
そして前記供給路２９が接続される位置において、上部の並流式の熱交換室３０ｄから流れてくる予熱空気と下部の向流式熱交換室３０ｅから流れてくる予熱空気とが混合され、混合された予熱空気が焼却炉へ供給される。
本発明の実施態様である空気予熱器３０は、流動焼却炉２から供給路５８を介して送り込まれた排ガスと、過給機５０から供給路５６、分岐供給路５６ａ、分岐供給路５６ｂを介して送り込まれた圧縮空気とが熱交換される。そして熱交換された空気は、供給路２９を介して予熱空気取入口４から焼却炉２内へ供給される。
図１におけるＦ１は、過給機５０から空気予熱器３０に供給される燃焼空気量全体に対して、上部の熱交換室３０ｄへ流す空気の割合を表す。
本発明の実施態様である空気予熱器３０は、流動焼却炉２から供給路５８を介して送り込まれた排ガスと、過給機５０から供給路５６、分岐供給路５６ａ、分岐供給路５６ｂを介して送り込まれた圧縮空気とが熱交換される。そして熱交換された空気は、供給路２９を介して予熱空気取入口４から焼却炉２内へ供給される。
図１におけるＦ１は、過給機５０から空気予熱器３０に供給される燃焼空気量全体に対して、上部の熱交換室３０ｄへ流す空気の割合を表す。
集塵機４０は、供給路３１から送り込まれた空気予熱器３０から排出される排ガスから、該排ガスに含まれる灰等の固形成分を分離して回収し、灰等の固形成分が取り除かれた排ガスを、供給路４１を介して過給機５０へ送り込み、該送られた排ガスは過給機５０から供給路４２を介して白煙防止器７５に送り込まれる。
過給機５０は、共通の回転軸５１に接続されたタービン５２およびコンプレッサ５３を有する。タービン５２は、集塵機４０から供給路４１を介して過給機５０に送られる排ガスを受けて高速回転することで、コンプレッサ５３を高速回転させる。
コンプレッサ５３は、過給機５０に取り込まれた空気を圧縮し、圧縮した空気を供給路５６、分岐供給路５６ａ、分岐供給路５６ｂを介して空気予熱器３０に送り込む。空気予熱器３０では、排ガスと圧縮空気とが熱交換され、昇温された圧縮空気が供給路２９を介して焼却炉２の予熱空気取入口４に送られる。
コンプレッサ５３は、過給機５０に取り込まれた空気を圧縮し、圧縮した空気を供給路５６、分岐供給路５６ａ、分岐供給路５６ｂを介して空気予熱器３０に送り込む。空気予熱器３０では、排ガスと圧縮空気とが熱交換され、昇温された圧縮空気が供給路２９を介して焼却炉２の予熱空気取入口４に送られる。
供給路５６には、分岐供給路５６ａと分岐供給路５６ｂの間に調節弁４７（ＣＶ３）が設けられている。調節弁４７（ＣＶ３）は制御装置９０に接続されていて該制御装置９０から出力される制御信号に応じて開度が調節される。
この開度の調節により空気予熱器３０の上側に供給する分岐供給路５６ａと空気予熱器３０の下側に供給する分岐供給路５６ｂに供給する圧縮空気量が調整される。
この開度の調節により空気予熱器３０の上側に供給する分岐供給路５６ａと空気予熱器３０の下側に供給する分岐供給路５６ｂに供給する圧縮空気量が調整される。
起動用ブロワ６０は、焼却システム１の起動時に取り込んだ空気を供給路６１から前記空気供給路５６に、供給路６２から前記過給機５０に供給する。
６３は前記供給路６２に設けられた逆止弁である。
起動後に流動焼却炉２からの排ガスで過給機５０のコンプレッサ５３からの流動空気を確保できる段階になったときには、起動用ブロワ６０からの大気（空気）供給を停止し、大気を供給路６５から前記過給機５０に供給するよう切り替える。６６は、前記供給路６５に設けられた調節弁であり制御装置９０に接続されていて該制御装置９０から出力される制御信号に応じて開度が調節される。
６３は前記供給路６２に設けられた逆止弁である。
起動後に流動焼却炉２からの排ガスで過給機５０のコンプレッサ５３からの流動空気を確保できる段階になったときには、起動用ブロワ６０からの大気（空気）供給を停止し、大気を供給路６５から前記過給機５０に供給するよう切り替える。６６は、前記供給路６５に設けられた調節弁であり制御装置９０に接続されていて該制御装置９０から出力される制御信号に応じて開度が調節される。
白煙防止ファン７０は、取り込んだ空気を、供給路７１を介して白煙防止器７５に送り込む。
白煙防止器７５は、大気を取り込む白煙防止ファン７０から送り込まれる空気と、供給路４２を介して供給される過給機５０から排出される排ガスと熱交換して昇温させる。昇温された空気は排煙処理塔８０に向けて送られる。
排煙処理塔８０では、排ガスに含まれる硫黄酸化物および煤塵などの大気汚染物質を排ガスから除去する。
白煙防止器７５は、大気を取り込む白煙防止ファン７０から送り込まれる空気と、供給路４２を介して供給される過給機５０から排出される排ガスと熱交換して昇温させる。昇温された空気は排煙処理塔８０に向けて送られる。
排煙処理塔８０では、排ガスに含まれる硫黄酸化物および煤塵などの大気汚染物質を排ガスから除去する。
前記供給路４１と供給路４２との間に設けられたバイパス路４３には、過給機の排ガス量を調整する調節弁４８（ＣＶ４）が設けられている。
調節弁４８（ＣＶ４）は、制御装置９０に接続されていて該制御装置９０から出力される制御信号に応じて開度が調節される。
この開度の調節により供給路４１から過給機５０に送られる排ガス量が調整される。例えば、調節弁４８（ＣＶ４）の開度を大きくすると集塵機４０から過給機に排ガスを供給する供給路４１から過給機５０に送られる排ガスの一部が過給機５０から白煙防止器７５へ排ガスを供給する供給路４２へ流れるため、供給路４１から過給機５０に送られる排ガス量が減少される。
そして供給路４１から過給機５０に送られる排ガス量に応じて、コンプレッサ５３下流の圧縮空気の供給路、空気予熱器３０及び焼却炉２内の圧力が調整される。
調節弁４８（ＣＶ４）は、制御装置９０に接続されていて該制御装置９０から出力される制御信号に応じて開度が調節される。
この開度の調節により供給路４１から過給機５０に送られる排ガス量が調整される。例えば、調節弁４８（ＣＶ４）の開度を大きくすると集塵機４０から過給機に排ガスを供給する供給路４１から過給機５０に送られる排ガスの一部が過給機５０から白煙防止器７５へ排ガスを供給する供給路４２へ流れるため、供給路４１から過給機５０に送られる排ガス量が減少される。
そして供給路４１から過給機５０に送られる排ガス量に応じて、コンプレッサ５３下流の圧縮空気の供給路、空気予熱器３０及び焼却炉２内の圧力が調整される。
また、圧縮空気供給路５６と供給路７１との間に設けられたバイパス路５７には、余剰空気量を調整する調節弁４９（ＣＶ５）が設けられている。
調節弁４９（ＣＶ５）は、制御装置９０に接続されていて該制御装置９０から出力される開度指令の制御信号に応じて開度が調節される。
供給空気の圧力調節の際には、この開度の調節により過給機５０から供給路５６へ送られる圧縮空気の圧力が調整されて圧縮空気量が調整される。
例えば、圧縮空気の質量流量が一定の場合においては、圧力が大きいときは容積流量が少なくなるので、余剰空気調節弁４９（ＣＶ５）の開度を大きくしてバイパス路５７から供給路７１へ余剰空気を逃して圧力を開放することで、供給路５６から空気予熱器３０に送られる圧縮空気の容積流量を増加させるのに対して、圧力が小さいときは容積流量が多くなるので、余剰空気調節弁４９（ＣＶ５）の開度を小さくしてバイパス路５７から供給路７１へ余剰空気を逃さず圧力を保持することで、供給路５６から空気予熱器３０に送られる圧縮空気の容積流量を減少させる。
つまり、流動空気の圧力変化に伴う容積流量の変化により流動空気量が影響を受けるので、余剰空気調節弁４９（ＣＶ５）の開度調節をすることで、流動空気量を一定範囲にし、流動焼却炉での流動床の流動状態を安定化させ、燃焼状態を適切にすることができるのである。
調節弁４９（ＣＶ５）は、制御装置９０に接続されていて該制御装置９０から出力される開度指令の制御信号に応じて開度が調節される。
供給空気の圧力調節の際には、この開度の調節により過給機５０から供給路５６へ送られる圧縮空気の圧力が調整されて圧縮空気量が調整される。
例えば、圧縮空気の質量流量が一定の場合においては、圧力が大きいときは容積流量が少なくなるので、余剰空気調節弁４９（ＣＶ５）の開度を大きくしてバイパス路５７から供給路７１へ余剰空気を逃して圧力を開放することで、供給路５６から空気予熱器３０に送られる圧縮空気の容積流量を増加させるのに対して、圧力が小さいときは容積流量が多くなるので、余剰空気調節弁４９（ＣＶ５）の開度を小さくしてバイパス路５７から供給路７１へ余剰空気を逃さず圧力を保持することで、供給路５６から空気予熱器３０に送られる圧縮空気の容積流量を減少させる。
つまり、流動空気の圧力変化に伴う容積流量の変化により流動空気量が影響を受けるので、余剰空気調節弁４９（ＣＶ５）の開度調節をすることで、流動空気量を一定範囲にし、流動焼却炉での流動床の流動状態を安定化させ、燃焼状態を適切にすることができるのである。
制御装置９０は、例えば、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）を含み、ＰＬＣが実行する制御プログラムに基づいて動作する。
そして、制御装置９０は、各種センサ（温度計、圧力計、空気予熱器空気量計測器、過給機回転数計測機器等）からの信号を受け取り、内蔵する制御プログラムにより、前記受け取った信号に対応した制御信号を各種機器（調節弁）に送り各種機器を制御する。
そして、制御装置９０は、各種センサ（温度計、圧力計、空気予熱器空気量計測器、過給機回転数計測機器等）からの信号を受け取り、内蔵する制御プログラムにより、前記受け取った信号に対応した制御信号を各種機器（調節弁）に送り各種機器を制御する。
第１演算部９１は流動焼却炉２に供給される供給物である前記焼却対象物の供給装置１０、水供給装置１５、燃料供給装置２０および過給機５０等の空気供給元の、これら複数種の供給物の供給量に基づいて、前記流動焼却炉から排出される排ガス量を算出する。第２演算部９２は算出された前記排ガス量に基づいて前記流動焼却炉のスペースレートを算出する。
図３は炉内スペ－スレート［ｍ／ｓｅｃ］に対する図２における相関式から求めた算出Ｎ2Ｏと分析装置で測定した排ガスのＮ2Ｏ測定値の乖離［％］を説明する図である。図３に示すように、炉内スペ－スレート［ｍ／ｓｅｃ］の増減に対する相関式算出Ｎ2ＯとＮ2Ｏ測定値の乖離［％］は、略一次直線で近似できる。炉内スペースレート０．７３ｍ／ｓｅｃ付近で乖離がなくなり、相関式からの算出Ｎ2０とＮ2Ｏ測定値が一致する。これより大きい範囲では乖離がプラス方向に大きくなって、算出Ｎ2ＯよりもＮ2Ｏ測定値が大きくなり、スペースレートが大きい範囲では炉内ガス滞留時間が小さくなることで実際の排出Ｎ2Ｏ量が増加してしまうことを意味する。一方、炉内スペースレート０．７３ｍ／ｓｅｃ付近より小さい範囲では乖離がマイナス方向に大きくなって、算出Ｎ2ＯよりもＮ2Ｏ測定値が小さくなり、スペースレートが小さい範囲では炉内ガス滞留時間が大きくなることで実際の排出Ｎ2Ｏ量が減少していることを意味する。このことから、炉内スペ－スレート［ｍ／ｓｅｃ］を可能な範囲で小さくすることで、Ｎ2Ｏ排出量を抑制することができる。
ところで、低含水率の汚泥を焼却する流動焼却炉において自燃状態の場合等、炉内温度が高まって注水量が増加し、注水により炉内で発生するガスのため炉内高温場の滞留時間が短くなり、炉内スペースレートが小さくなってしまい、上述のようにその影響を受けてＮ2Ｏの増加する場合がある。
そこで本発明では空気予熱器への供給空気を分岐している向流と並流のラインにおいて、向流ライン側の調節弁４７で向流と並流のラインに流れる空気割合を調節し、空気予熱器の伝熱量を変化させ、温度を下げたいときには並流ラインの量を増やす操作とし、予熱空気温度を下げることで炉内温度を下げ、炉内への注水量を減らし、炉内でのガス発生量を抑え、炉内スペースレートを抑えることで排ガスの滞留時間を増やしＮ2Ｏ排出量を抑制する。
図５は、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１と焼却炉入口空気温度の関係を表す図である。Ｆ１は、過給機５０から空気予熱器３０に供給される燃焼空気量全体に対して、上部の熱交換室３０ｄへ流す空気の割合を表す。例えば、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１は最小１５％（Ｆ１ｍｉｎ）～最大７０％（Ｆ１ｍａｘ）になる。なお、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１に最小値を設けている理由としては、図４に示す伝熱管取付部である管板３０ｆの温度が高くなりすぎてしまうと熱膨張により変形して損傷する恐れが生じるので、予熱前の冷却空気とし管板部へ導入するためである。
図５は、一例として空気予熱器冷却空気割合をＦ１ｍｉｎ約２２％、Ｆ１ｍａｘ４０％で運転した例である。
図中の実線は空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を表し、点線は焼却炉入口空気温度である。
図からわかるように空気予熱器冷却空気割合に応じて焼却炉入口空気温度が増減している。つまり、空気予熱器冷却空気割合を調節することで焼却炉入口空気温度を制御することができるのである。
図中の実線は空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を表し、点線は焼却炉入口空気温度である。
図からわかるように空気予熱器冷却空気割合に応じて焼却炉入口空気温度が増減している。つまり、空気予熱器冷却空気割合を調節することで焼却炉入口空気温度を制御することができるのである。
図６は、図１に示す制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。
本発明は、炉内注水量に応じて入口空気温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐを制御し、焼却炉の入口温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐとなるように調節弁４７（ＣＶ３）で制御する（空気予熱器における上部熱交換室から供給される空気の熱量と下部熱交換室から供給される空気の熱量との熱量バランスをとる）システムであり、例えば、下記の流れで制御装置が作動する。
スタート：以下の流れで所定の周期で繰り返し実行される。
ステップ１（Ｓ１）：空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最小値Ｆ１ｍｉｎ≦Ｆ１≦最大値Ｆ１ｍａｘとなっているか判定する。Ｙｅｓの場合はステップ２（Ｓ２）へ進む。
ステップ２（Ｓ２）：炉内注水量Ｆ４が最小値Ｆ４ｍｉｎ≦Ｆ４≦最大値Ｆ４ｍａｘとなっているか判定する。Ｙｅｓの場合はステップ３（Ｓ３）へ進む。
ステップ３（Ｓ３）：焼却炉の入口温度Ｔ２が設定温度Ｔ２ｓｐになっているか判定する。設定温度Ｔ２ｓｐはある範囲を有してもよい。Ｙｅｓの場合は終了する。
ステップ４（Ｓ４）：空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最小値Ｆ１ｍｉｎより小さければＳ５へ進む。
ステップ５（Ｓ５）：空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を上昇させるために調節弁４７（ＣＶ３）の開度を小さくする。その後はエンドへ進む。
ステップ６（Ｓ６）：Ｓ４でＮｏならば（Ｆ１＞Ｆ１ｍａｘの場合）、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を減少させるために調節弁４７（ＣＶ３）の開度を大きくする。その後はエンドへ進む。
ステップ７（Ｓ７）：炉内注水量Ｆ４に応じて入口空気温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐを調整する。
流動焼却炉においては、汚泥の発熱量が低い時には補助燃料を用いて炉内の温度制御を行うが、汚泥の発熱量が高い時には炉内に水を注入し、炉内の温度制御を行う。炉内注水を行うと、水は蒸発し排ガス量が増えるため、ガス炉内滞留時間は短くなり、Ｎ2０排出量は増加する。
したがって、Ｎ2Ｏ排出量を低くするためには炉内注水量を少なくする必要がある。炉内へ供給する燃焼空気の入口空気温度Ｔ２を低くすれば、炉内注水量を少なくすることができることから、空気予熱器における熱交換分岐ラインの分配調節によってＮ2Ｏ排出量を抑制する。
炉内注水量Ｆ４が最小値Ｆ４ｍｉｎより小さければＳ８へ進む。
ステップ８（Ｓ８）：炉内注水量Ｆ４が最小値Ｆ４ｍｉｎを下回る場合は炉内温度を高める余地があるとみなし、設定温度Ｔ２ｓｐを上昇させる。その後はＳ３へ進む。
ステップ９（Ｓ９）：炉内注水量Ｆ４が最小値Ｆ４ｍａｘを上回る場合は炉内温度が高まって注水によるガス発生量が多くなり、炉内のガス滞留時間がＮ2Ｏの分解が低下するまでに短くなるとみなし、設定温度Ｔ２ｓｐを減少させる。その後はＳ３へ進む。
ステップ１０（Ｓ１０）：Ｓ３での判定がＮｏの場合、入口空気温度Ｔ２が設定温度Ｔ２ｓｐを下回るか否かを判定する。
ステップ１１（Ｓ１１）：Ｓ１０でＹｅｓの場合、入口空気温度Ｔ２を上昇させるために調節弁４７（ＣＶ３）で開度を大きくする。その後はエンドへ進む。
ステップ１２（Ｓ１２）：Ｓ１０でＮｏの場合（Ｔ２＞Ｔ２ｓｐの場合）、入口空気温度Ｔ２を減少させるために調節弁４７（ＣＶ３）で開度を小さくする。その後はエンドへ進む。
以上のステップを周期的に行い、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を一定範囲に保つことで空気予熱器の伝熱管取付部である管板の熱膨張による損傷を防止し、炉頂注水量Ｆ４に応じて入口空気温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐを調節することで、過度の注水による炉内ガス発生量を抑えてＮ2Ｏ発生量を適正範囲に抑えるようガス滞留時間を調整し、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を調節して、入口空気温度Ｔ２を設定温度Ｔ２ｓｐに近づけるようカスケード制御を行うことができる。
本発明は、炉内注水量に応じて入口空気温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐを制御し、焼却炉の入口温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐとなるように調節弁４７（ＣＶ３）で制御する（空気予熱器における上部熱交換室から供給される空気の熱量と下部熱交換室から供給される空気の熱量との熱量バランスをとる）システムであり、例えば、下記の流れで制御装置が作動する。
スタート：以下の流れで所定の周期で繰り返し実行される。
ステップ１（Ｓ１）：空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最小値Ｆ１ｍｉｎ≦Ｆ１≦最大値Ｆ１ｍａｘとなっているか判定する。Ｙｅｓの場合はステップ２（Ｓ２）へ進む。
ステップ２（Ｓ２）：炉内注水量Ｆ４が最小値Ｆ４ｍｉｎ≦Ｆ４≦最大値Ｆ４ｍａｘとなっているか判定する。Ｙｅｓの場合はステップ３（Ｓ３）へ進む。
ステップ３（Ｓ３）：焼却炉の入口温度Ｔ２が設定温度Ｔ２ｓｐになっているか判定する。設定温度Ｔ２ｓｐはある範囲を有してもよい。Ｙｅｓの場合は終了する。
ステップ４（Ｓ４）：空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最小値Ｆ１ｍｉｎより小さければＳ５へ進む。
ステップ５（Ｓ５）：空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を上昇させるために調節弁４７（ＣＶ３）の開度を小さくする。その後はエンドへ進む。
ステップ６（Ｓ６）：Ｓ４でＮｏならば（Ｆ１＞Ｆ１ｍａｘの場合）、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を減少させるために調節弁４７（ＣＶ３）の開度を大きくする。その後はエンドへ進む。
ステップ７（Ｓ７）：炉内注水量Ｆ４に応じて入口空気温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐを調整する。
流動焼却炉においては、汚泥の発熱量が低い時には補助燃料を用いて炉内の温度制御を行うが、汚泥の発熱量が高い時には炉内に水を注入し、炉内の温度制御を行う。炉内注水を行うと、水は蒸発し排ガス量が増えるため、ガス炉内滞留時間は短くなり、Ｎ2０排出量は増加する。
したがって、Ｎ2Ｏ排出量を低くするためには炉内注水量を少なくする必要がある。炉内へ供給する燃焼空気の入口空気温度Ｔ２を低くすれば、炉内注水量を少なくすることができることから、空気予熱器における熱交換分岐ラインの分配調節によってＮ2Ｏ排出量を抑制する。
炉内注水量Ｆ４が最小値Ｆ４ｍｉｎより小さければＳ８へ進む。
ステップ８（Ｓ８）：炉内注水量Ｆ４が最小値Ｆ４ｍｉｎを下回る場合は炉内温度を高める余地があるとみなし、設定温度Ｔ２ｓｐを上昇させる。その後はＳ３へ進む。
ステップ９（Ｓ９）：炉内注水量Ｆ４が最小値Ｆ４ｍａｘを上回る場合は炉内温度が高まって注水によるガス発生量が多くなり、炉内のガス滞留時間がＮ2Ｏの分解が低下するまでに短くなるとみなし、設定温度Ｔ２ｓｐを減少させる。その後はＳ３へ進む。
ステップ１０（Ｓ１０）：Ｓ３での判定がＮｏの場合、入口空気温度Ｔ２が設定温度Ｔ２ｓｐを下回るか否かを判定する。
ステップ１１（Ｓ１１）：Ｓ１０でＹｅｓの場合、入口空気温度Ｔ２を上昇させるために調節弁４７（ＣＶ３）で開度を大きくする。その後はエンドへ進む。
ステップ１２（Ｓ１２）：Ｓ１０でＮｏの場合（Ｔ２＞Ｔ２ｓｐの場合）、入口空気温度Ｔ２を減少させるために調節弁４７（ＣＶ３）で開度を小さくする。その後はエンドへ進む。
以上のステップを周期的に行い、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を一定範囲に保つことで空気予熱器の伝熱管取付部である管板の熱膨張による損傷を防止し、炉頂注水量Ｆ４に応じて入口空気温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐを調節することで、過度の注水による炉内ガス発生量を抑えてＮ2Ｏ発生量を適正範囲に抑えるようガス滞留時間を調整し、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を調節して、入口空気温度Ｔ２を設定温度Ｔ２ｓｐに近づけるようカスケード制御を行うことができる。
なお、本発明を図１に示す過給式流動焼却炉の焼却システムの場合について説明しているが、本発明は図７に示す気泡式流動焼却炉の焼却システムの場合についても適用できる。気泡式流動焼却炉は、過給機５０の代わりに流動ブロワを設けて、焼却ガスをタービンで回転させてコンプレッサで圧縮空気を生成する過給機による加圧を行わずに炉へ流動空気を送る。過給式流動焼却炉の場合は過給機５０から空気予熱器３０へ燃焼空気を送るのに対して、気泡式流動焼却炉では流動ブロワから空気予熱器３０へ燃焼空気を送るようにする。
本発明では、焼却炉入口温度が設定温度かどうかを判定し、設定温度に応じて、流動焼却炉へ供給される供給給気が空気予熱器上流で並流ラインと向流ラインに分岐する供給路の、分岐後の向流ライン側の供給路途中にある調節弁を操作することにより、空気予熱器で熱交換する熱量の調節を行い、焼却炉入口温度の制御を行うことを説明しているが、調節弁の位置は分岐後の並流ライン側の供給路５６ａ途中であってもよい。調節弁の動作は図６で示すフローチャートで行った説明において逆方向となる。また、上述のような空気予熱器で熱交換する熱量の調節を行うことができれば、並流ラインと向流ラインのどちらにも調節弁を設けて開度調節することでもよい。
１：焼却システム
２：流動焼却炉
１０：汚泥供給装置
１５：水供給装置
１７：調節弁（ＣＶ２）
２０：燃料供給装置
２２：調節弁（ＣＶ１）
２３：温度計
２４：温度計
２５：圧力計
２６：空気予熱機空気量計測器
２７：空気予熱機空気量計測器
２８：過給機回転数計測器
３０：空気予熱器
４０：集塵機
４７：調節弁（ＣＶ３）
４８：調節弁（ＣＶ４）
４９：調節弁（ＣＶ５）
５０：過給機
６０：起動用ブロワ
７０：白煙防止ファン
７５：白煙防止器
８０：排煙処理塔
９０：制御装置
２：流動焼却炉
１０：汚泥供給装置
１５：水供給装置
１７：調節弁（ＣＶ２）
２０：燃料供給装置
２２：調節弁（ＣＶ１）
２３：温度計
２４：温度計
２５：圧力計
２６：空気予熱機空気量計測器
２７：空気予熱機空気量計測器
２８：過給機回転数計測器
３０：空気予熱器
４０：集塵機
４７：調節弁（ＣＶ３）
４８：調節弁（ＣＶ４）
４９：調節弁（ＣＶ５）
５０：過給機
６０：起動用ブロワ
７０：白煙防止ファン
７５：白煙防止器
８０：排煙処理塔
９０：制御装置
Claims (10)
- 焼却システム１の流動焼却炉２の焼却排ガスと流動空気を熱交換する空気予熱器３０において、流動焼却炉２へ供給される流動空気の供給路５６は、空気予熱器３０上流に位置する並流ラインの供給路５６ａと向流ラインの供給路５６ｂとがあり、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を最小値Ｆ１ｍｉｎと最大値Ｆ１ｍａｘの範囲内にするため、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最小値Ｆ１ｍｉｎを下回る場合には空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を上昇させる操作を行い、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最大値Ｆ１ｍａｘを上回る場合には空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を減少させる操作を行い、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最小値Ｆ１ｍｉｎと最大値Ｆ１ｍａｘの範囲内であれば、炉内注水量Ｆ４を最小値Ｆ４ｍｉｎと最大値Ｆ４ｍａｘの範囲内にするため、炉内注水量Ｆ４が最小値Ｆ４ｍｉｎを下回る場合には炉入口温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐを上昇させ、炉内注水量Ｆ４が最大値Ｆ４ｍａｘを上回る場合には炉入口温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐを減少させ、炉入口温度Ｔ２を設定温度Ｔ２ｓｐにするために、炉入口温度Ｔ２が設定温度Ｔ２ｓｐを下回る場合には炉入口温度Ｔ２を上昇させる操作を行い、炉入口温度Ｔ２が設定温度Ｔ２ｓｐを上回る場合には炉入口温度Ｔ２を減少させる操作を行うことを特徴とする排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減方法。
- 空気予熱器冷却空気割合Ｆ１の調整を冷却空気調節弁４７（ＣＶ３）の調節で行うことを特徴とする請求項１に記載の排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減方法。
- 炉入口温度Ｔ２の調整を冷却空気調節弁４７（ＣＶ３）の調節で行うことを特徴とする請求項１に記載の排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減方法。
- 空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を調節する調節弁４７（ＣＶ３）の位置は、並流ラインと向流ラインの少なくともどちらかであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減方法。
- 流動焼却炉からの燃焼排ガスと熱交換を行う空気予熱器への供給空気は、流動ブロワまたは過給式流動焼却炉の焼却システムにおける過給機から供給することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減方法。
- 焼却システム１の流動焼却炉２の焼却排ガスと流動空気を熱交換する空気予熱器３０において、流動焼却炉２へ供給される流動空気の供給路５６は、空気予熱器３０上流に位置する並流ラインの供給路５６ａと向流ラインの供給路５６ｂとがあり、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を最小値Ｆ１ｍｉｎと最大値Ｆ１ｍａｘの範囲内にするため、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最小値Ｆ１ｍｉｎを下回る場合には空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を上昇させる操作を行い、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最大値Ｆ１ｍａｘを上回る場合には空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を減少させる操作を行い、空気予熱器冷却空気割合Ｆ１が最小値Ｆ１ｍｉｎと最大値Ｆ１ｍａｘの範囲内であれば、炉内注水量Ｆ４を最小値Ｆ４ｍｉｎと最大値Ｆ４ｍａｘの範囲内にするため、炉内注水量Ｆ４が最小値Ｆ４ｍｉｎを下回る場合には炉入口温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐを上昇させ、炉内注水量Ｆ４が最大値Ｆ４ｍａｘを上回る場合には炉入口温度Ｔ２の設定温度Ｔ２ｓｐを減少させ、炉入口温度Ｔ２を設定温度Ｔ２ｓｐにするために、炉入口温度Ｔ２が設定温度Ｔ２ｓｐを下回る場合には炉入口温度Ｔ２を上昇させる操作を行い、炉入口温度Ｔ２が設定温度Ｔ２ｓｐを上回る場合には炉入口温度Ｔ２を減少させる操作を行うことを特徴とする排ガス中のＮ2Ｏ排出量低減を実行する制御プログラムに基づいて動作する制御装置。
- 空気予熱器冷却空気割合Ｆ１の調整を冷却空気調節弁４７（ＣＶ３）の調節で行うことを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
- 炉入口温度Ｔ２の調整を冷却空気調節弁４７（ＣＶ３）の調節で行うことを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
- 空気予熱器冷却空気割合Ｆ１を調節する調節弁４７（ＣＶ３）の位置は、並流ラインと向流ラインの少なくともどちらかであることを特徴とする請求項６乃至８の何れかに記載の制御装置。
- 流動焼却炉からの燃焼排ガスと熱交換を行う空気予熱器への供給空気は、流動ブロワまたは過給式流動焼却炉の焼却システムにおける過給機から供給することを特徴とする請求項６乃至９の何れかに記載の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022079744A JP2023168095A (ja) | 2022-05-13 | 2022-05-13 | 排ガス中のｎ２ｏ排出量低減方法および制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2022079744A JP2023168095A (ja) | 2022-05-13 | 2022-05-13 | 排ガス中のｎ２ｏ排出量低減方法および制御装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023168095A true JP2023168095A (ja) | 2023-11-24 |
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| JP2022079744A Pending JP2023168095A (ja) | 2022-05-13 | 2022-05-13 | 排ガス中のｎ２ｏ排出量低減方法および制御装置 |
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-
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