JP2712017B2 - 燃焼系システム及び燃焼炉 - Google Patents

燃焼系システム及び燃焼炉

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JP2712017B2
JP2712017B2 JP7327910A JP32791095A JP2712017B2 JP 2712017 B2 JP2712017 B2 JP 2712017B2 JP 7327910 A JP7327910 A JP 7327910A JP 32791095 A JP32791095 A JP 32791095A JP 2712017 B2 JP2712017 B2 JP 2712017B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼系システムの
制御方式及びそれを用いた燃焼炉に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、被焼却物を燃焼するための必要条
件として大きく次の3条件が挙げられる。 (1) 炉内温度 (2) 燃焼ガスの炉内滞留時間 (3) 炉内酸素濃度 ここで、燃焼排ガス中の未燃焼炭素分を零とし、更には
ダイオキシン、PCB等の有害物質をも完全破壊する好
ましい条件としては、炉温1200℃以上、燃焼ガス滞
留時間2秒以上、炉内酸素濃度3%以上が望ましいと言
われている。ここで、炉温が例えば、1400℃以上に
なると、熱による(thermal)NOxの発生量が
急激に増加する、或は炉壁が傷む等のマイナス面も出て
くる。又、燃焼ガスの滞留時間は長ければ長いほど燃焼
は完全に近付くが、炉の処理能力が低下する。例えば、
炉の容積負荷として10万Kcal/m3hrに設定す
ると、酸素濃度3%、排ガス温度1200℃の場合で滞
留時間は約4秒程度となり充分である。もし、20万K
cal/m3hrより以上に炉負荷をかけ、被焼却物の
投入速度を増やせば、燃焼排ガスの炉内滞留時間が不足
となり、未燃焼炭素の発生、或はダイオキシンの破壊不
十分が生じ、これらの残存の恐れが出てくる。前記
(1)、(2)、(3)を所望範囲に維持するために制
御の自動化が望まれるが、例えば流動床炉では、外乱要
因が多すぎて運転者の経験に頼らざるを得ないのが現実
である。(化学工学論文集Vol.21 No.2 P
265)又、ストーカ炉の大半は、図3に示すように燃
焼用空気量は、炉底部からの一次空気として押し込む高
温空気量そのものであり、燃焼排ガスと熱交換したもの
である。即ち、押し込みガス量は誘引ファンによる燃焼
用空気取り入れ量に従属的なもの故、押し込みガス量と
押し込みガス温度迄が誘引ファンによる燃焼用空気取り
入れ量に左右され、因子が複雑に絡み合う為に完全自動
制御は困難であった。
【0003】ここで、特公平3−79612号発明は、
燃焼炉等の排ガスを誘引するブロワをインバータで駆動
する場合に用いる制御装置において、気体の温度にかか
わらず、運転の当初から自動運転を行なっても、モータ
及びインバータ装置が過負荷とならない制御装置を目的
とするものであり、本発明とはその目的を異にするもの
である。また、特公平5−83811号発明は、平衡通
風炉の押込みファン及び誘引ファンをインバータ制御の
電動機にて駆動するに際して、瞬時停電後のインバータ
制御回路の自動復帰を誘引ファンの方が復帰しているこ
とを検知してから押込みファンの方を復帰させる運転制
御方法であり、内圧を正圧にすることなく安全に押込み
ファン及び誘引ファンを自動復帰することができるもの
であり、本発明とはその目的を異にしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の手動
又は半手動による燃焼装置の運転を自動制御化して安定
な運転を行なうことのできる燃焼系システム及びそのシ
ステムを使用するための燃焼炉を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、炉温を一定値
に維持、制御するために、燃焼用空気の取り入れ速度で
自動制御すると同時に、燃焼用空気の取り入れ速度が指
定された一定値を維持するように被焼却物(固体又は液
体、或はその両方の合計)の炉への投入速度を自動的に
制御するシステム及びそのシステムを用いるための燃焼
炉である。そのために行なう手段としては、下記の通り
である。誘引ファンによる燃焼空気の吸い込み速度を自
動制御して、炉内温度を一定値に維持する因子として、 <1> 誘引ファンのインペラー回転数を駆動モーター
への供給電力の周波数を自制御することにより行な
う。或は、誘引ファンによるガス吸い込み速度を、ファ
ンダンパーの開度を自動制御することにて行なう。 <2> 同時に<1>に示される供給電力の周波数を検
知し、或はファンダンパーの開度を検知し、その値が指
定された一定値である様に、被焼却物(固体又は液体、
或はその両方の合計)の炉への投入速度を自動制御する
ことにより行なう。即ち、本発明は、被焼却物中の水
分、揮発分を蒸発或はガス化する、或は初期燃焼するた
めの炉床等の炉床からの高温空気の供給系が、誘引ファ
ンによる燃焼用空気取り入れ系とは独立している循環系
によっていることを特徴としており、被焼却物の燃焼エ
ネルギーの取り込み量、即ち、炉負荷を一定に制御する
ために、外気からの空気取り入れ口を通した誘引ファン
による燃焼用空気取り入れ速度を炉温に連動させて自動
制御し、且つ誘引ファンによる燃焼用空気取り入れ速度
が、指定する一定値を維持する様に自動制御することを
特徴とする燃焼系システム、及び、開放形被焼却物投入
口又は閉鎖形被焼却物投入口及び燃焼用空気取り入れ
口、引続く側壁、側壁下部、炉底部、助燃バーナーを含
む燃焼室、その上部に続く高温部、その上部に設けた排
気管に続く排ガス流量制御ダンパー及び/又は周波数制
御誘引ファンを経て煙突に続き、更に前記燃焼室上部に
は、燃焼高温排ガスの一部取出し口を設け、その取出し
口に続く燃焼高温循環ガス用導管、続く燃焼高温ガス循
環ファン、引き続く導管により炉底部の高温押込みガス
送入口へ繋ぎ、別に燃焼用空気の一部取入れ口、それに
続く導管、燃焼用空気の一部の流量調節バルブ、導管、
を経て前記燃焼高温循環ガス用導管に繋ぎ、これらの装
置を集中制御コンピューターを使用して、高温部の温度
を測定し、燃焼用空気の吸い込み速度を自動制御して被
焼却物の燃焼炉への投入速度を自動制御する様にしたこ
とを特徴とする燃焼炉、である。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づき説明
する。図1は、本発明を実施する装置の側面模式断面図
例であり、図2は、本発明を実施する他の装置の側面模
式断面図例である。図3は従来の焼却装置の模式断面図
である。図1において、燃焼炉1は、開放形被焼却物投
入口2、それに続く側壁部3、被焼却物輸送機4が設け
られ、側壁部3の下部、高温ガスの一部Eの流入口5を
有する炉床6を含む炉底部7、助燃バーナー8、等を含
む燃焼室9を有し、燃焼室9においては、被焼却物投入
口2より投入された被焼却物が被焼却物投入口2より導
入される空気Aにより燃焼に供される。燃焼室9の上部
には高温部10を設け、その上部には排気管11を設け
る。排気管11よりの燃焼排ガスAは、排ガス流量制御
ダンパー12、周波数制御誘引ファン13、煙突14に
続く。燃焼室9の上部には、高温燃焼排ガスの一部Dの
取り出し口15を設け、これに続く導管16、高温ガス
の流量調節バルブ17、導管18、高温循環ファン1
9、導管20を経て高温ガスの一部の送入口21より高
温押込みガスEとして炉底部7に設けた高温ガスの一部
Eの流入口5を通じて燃焼室9へ吹き出す。ここで、被
焼却物投入口2に続く側壁部3には、燃焼用空気Bの取
入れ口22を設け、これに続く導管23、燃焼用空気流
量調節バルブ24、導管25を経て導入口26にて導管
18に繋いである。なお、高温ガスの流量調節バルブ1
7は、必要のない場合は省略することができる。燃焼用
空気Aは、開放形被焼却物投入口2より誘引ファン13
により誘引されて燃焼炉内に入り、その一部はCとして
被焼却物と共に直接燃焼室9へ入り燃焼に供されるが、
残部の燃焼用空気はBとして、高温燃焼排ガスの一部D
と、夫々の流量調節バルブにより制御された割合に送
入、混合し、一定温度に制御されて高温押込みガスEと
して燃焼室9に送入される。結局、気体としては、燃焼
用空気が開放形被焼却物投入口2より入り、燃焼室9を
経て燃焼排ガスが煙突14より放出され、燃焼用空気の
供給系が構成されるが一方、導管16、18、20、炉
底部7、燃焼室9を経て高温ガスが循環し、循環系を構
成するものである。CPU(集中制御コンピュータ)2
7は、高温部10の炉内温度Tを検出して、周波数制御
誘引ファン13により、或は流量制御ダンパー12によ
り、被焼却物投入口2よりの燃焼用空気取り入れ流量を
制御する。同じくCPU27は、燃焼用空気の取り入れ
流量が指定された一定値になる様、誘引ファン13に供
給される電力の周波数を検知し、或いは流量制御ダンパ
ー12の開度を検知し、被焼却物輸送機4の輸送速度を
制御する。
【0007】次に図2は、図1と同様、本発明の一態様
としての、高温排ガス循環方式の説明図である。燃焼炉
28は、閉鎖形被焼却物誘導口29及びその押込み機3
0、それに続く側壁部31、高温ガスの一部の流入口3
2を有する炉床33を含む炉底部34、助燃バーナー3
5を含む燃焼室36を有し、燃焼室36においては、被
焼却物誘導口29より導入された被焼却物が燃焼用空気
Aの導入口50、燃焼用空気Aの取入れ調節バルブ5
1、導管52を経て導入口53より導入される燃焼用空
気により燃焼に供される。室温の燃焼用空気Aは、その
一部が導管52を経て燃焼用空気導入口53より直接燃
焼室36へ送られるが、燃焼用空気の残部Bは、導管5
2中に設けられた燃焼用空気の一部の取出し口54、引
き続く導管55、流量調節バルブ56、導管57を経て
導入口58より導管45に繋り、高温燃焼排ガスの一部
Dと混合して一定温度に制御された高温押込みガスEと
して燃焼室36へ送入される。別に、燃焼室36の上部
には高温燃焼ガスの一部の取出し口42を設け、これに
続く導管43、高温燃焼ガスの一部Dの流量調節バルブ
44、導管45、高温循環ファン46、導管47を経
て、高温燃焼排ガスの一部Dと燃焼用空気Bとは混合さ
れて一定温度に制御され、高温循環押込みガスEとして
燃焼室36へ送入し、被焼却物の燃焼に供される。な
お、高温燃焼ガスの一部Dの流量調節バルブ44は、必
要のない場合は省略することができる。燃焼室36の上
部には高温部37を設け、その上部には排気管38を設
ける。排気管38よりの燃焼排ガスAは、要すれば、排
ガス流量制御ダンパー39、周波数制御誘引ファン4
0、煙突41を経由して外気に放出される。ここで、燃
焼用空気導入口50より導入された空気は、燃焼室36
及び高温部37において燃焼し、煙突41から放出さ
れ、燃焼用空気取り入れ系を形成するが、導管43、4
5、47、炉底部34、燃焼室36を介する循環系を形
成するものである。CPU49は、高温部炉内温度Tを
検出し、周波数制御誘引ファン40にて、或いは流量制
御ダンパー39にて燃焼用空気の取り入れ量を制御し、
燃焼用空気導入口53へ通ずる空気取入れバルブ51よ
りの空気取り入れ量を制御する。同じくCPU49は、
誘引ファン40へ供給される電力の周波数か、或いは流
量制御ダンパー39の開度が指定された一定値になる
様、被焼却物誘導口29よりの被焼却物の輸送量を制御
する。ただこの方式では、被焼却物の導入口をシールす
る方式のため、炉内圧力Pを検出して、燃焼用空気取入
れ口50より燃焼室36への空気取り入れバルブ51の
開閉を行わねばならない。又、被焼却物の炉内への導入
と燃焼開始の間には、大きな時間遅れがあるため、炉温
が反応する速さは図1記載の方式に比べやや遅い。
【0008】図3は、従来の燃焼炉の一態様59の説明
図である。被焼却物押込み機60を有する被焼却物誘導
口61、それに続く側壁部62、高温ガス流入口63を
有する炉床64を含む炉底部65、助燃バーナー66等
を含む燃焼室67を有し、燃焼室67においては被焼却
物誘導口61より送入された気密状態の被焼却物が燃焼
に供される。燃焼室の上部には高温部68を設ける。こ
れとは別に、外部に開放された燃焼用空気取り入れ口6
9を設ける。燃焼用空気取り入れ口69より炉内圧力調
整バルブ70、空気押し込みファン71を通じて取り入
れられた空気Aは、熱交換部72にて熱交換され、導管
73、高温押し込み空気導入口74を経て炉底部65の
高温ガス流入口63から燃焼室67へ送入される。次
に、高温部68の上部には、排気管75が繋る。排気管
75よりの燃焼排ガスは、要すれば、流量制御ダンパー
76、誘引ファン77から煙突78を経て外気に放出さ
れる。CPU(集中制御コンピュータ)79は、高温部
68の炉内温度Tを検出し、周波数制御誘引ファン77
により、或は流量制御ダンパー76により燃焼用空気取
入れ口69よりの空気取り入れ速度を制御する。同じく
CPU79は、誘引ファン77を通る燃焼用空気の取り
入れ流量が、指定された一定値になる様に、被焼却物押
し込み機60の輸送量を自動制御する。
【0009】本発明において、図1による方式では、被
焼却物が燃焼により生成した高温排ガスを、炉外よりの
燃焼用取入れ空気とは無関係に独立して循環せしめ、投
入被焼却物の水分、揮発分の蒸発並びに初期燃焼が行な
われる。その後で、被焼却物投入口2よりの吸入空気に
より後期燃焼が行なわれる。この結果として、炉温は誘
引ファンによる吸入空気量で直接制御され、しかもその
値が指定された一定値になるように被焼却物輸送機の輸
送速度を、極めて早い応答速度で制御できることが判明
し、CPU27を介してほぼ±50℃以内の焼却温度の
精密完全自動制御を可能とした。同じく図2による方式
では、被焼却物が燃焼により生成した高温排ガスを、炉
外よりの燃焼用取り入れ空気とは無関係に独立して循環
せしめ、投入被焼却物の水分、揮発分の蒸発並びに初期
燃焼が行なわれる。この後で、後期燃焼が行われる。こ
の結果として、炉温は誘引ファン40による吸入空気量
で直接制御され、しかもその値が指定された一定値にな
るよう被焼却物押込み機30により、輸送速度を制御で
きることが判明し、CPU49を介して何とか±100
℃以内の自動制御が可能であった。然し応答は実施例1
で使用した図1の装置に比し鈍かったこれに対し、図3
の装置では、被焼却物に対し、燃焼用吸入空気を押し込
みファン71で押込み、熱交換部72により昇温した
後、被焼却物中の水分、揮発分を蒸発させ、更に初期燃
焼と後期燃焼を一貫して行なうべく、誘引ファン77を
作動させるものであり、各々の因子が互いに直接関わり
合っているため、制御に大きな遅れを生ずるに止まら
ず、場合によっては焼却温度の制御が(±100℃)難
しいとか、滞留時間の保持が難しいとか、完全自動化は
困難であった。
【0010】
【実施例1】図1記載の装置を使用し、炉床面積0.4
2の礫床炉において、定格の50サイクルの入力時、
300m/m水中3000Nm3/hr容量の誘引ファ
ンにて、制御値を25サイクルに設置して、燃焼用空気
の取り入れ速度をインバーターコントロールさせ、平均
低位発熱量約2000Kcal/kgの被焼却廃棄物を
コンベヤを用いて投入し、炉温を1200℃に設置した
ところ、約220kg/hrの処理速度で安定してい
た。この時の燃焼用空気の取り入れ速度は、約1000
Nm 3/hrであった。このところで、平均低位発熱量
約6000Kcal/kgの被焼却廃棄物に切り替え
た。炉温は、10分後、最高1250℃まで上昇したが
インバーター周波数が最高35サイクルにまで上昇し
て、更に10分後再び炉温は1200℃に保たれた。こ
の時の燃焼用空気の取り入れ速度の最大は、約1300
Nm3/hrであった。その後、20分掛かって、イン
バーター周波数は25サイクルにまで自動的に漸減して
安定した。安定時、自動的に投入されている被焼却物の
投入速度は、約70kg/hrであった。一方、炉底よ
り吹き上がる高温循環ガスは、誘引ファンによる燃焼用
取り込み気速度の変化とは無関係に、温度は350
℃、循環ガス速度は終始約1200Nm 3/hrで運転
されていた。なお、炉温が1150℃を切ると助燃バー
ナーが点火し、炉内での合計発熱量の不足を補うことが
自動的に行なわれるべく、CPUが作動する様になって
いるが、この運転中、助燃バーナーの作動はなかった。
【0011】
【実施例2】図2記載の装置を使用し、実施例1と同じ
条件で焼却を行なった。その後、平均低位発熱量600
0Kcal/kgの被焼却物に切り替えた。炉温は30
分後最高1300℃にまで上昇し、インバーター周波数
は最高45サイクル、吸入空気速度は約1500Nm3
/hrにまで達した。その為、被焼却物押し込み機の押
し込み速度は、最小時40kg/hrまで減少した。炉
温は一転して、30分後には1150℃を切り、一時的
に助燃バーナーも働いたが、その40分後に設定温度の
1200℃に戻った。インバーター周波数は25サイク
ルを示していた。その間、CPU36の働きで、圧力調
整バルブ38が作動した。又、実施例1と同じく、炉底
より吹き上げる高温循環ガスの温度は、350℃、循環
ガス速度は終始約1200Nm3/hrであった。
【0012】
【比較例1】図3記載の装置を使用し、実施例1と同
様、平均低位発熱量6000Kcal/Kgを持つ被焼
却廃棄物に切り替えたところ、30分後には、インバー
ター周波数は定格50サイクル、炉温は最高1400
℃、吸入空気速度は約1600Nm 3/hrにまで達し
た。プッシャー60により、被焼却物押し込み速度はC
PU79の働きで減少され続け、最小時30kg/hr
にまで減少した。この為、炉温は下がり過ぎて1150
℃にまで下がったので、一時的に助燃バーナー66が働
いた。炉温は更に1100℃まで下がったが、その後は
一転して上昇に移った。その後、±150℃の範囲で、
振幅を繰り返しながら、1時間30分後にやっと安定し
た。安定後は被焼却物の押し込み速度は約70kg/h
rであり、炉温は1200℃、燃焼用空気の取り込み量
(速度)は約1000Nm3/hrであった。なお、高
温ガス流入口63の押込みの押し込み高温ガス温度は最
低180℃にまで低下し、押し込み高温ガス速度は最大
約1600Nm3/hr、最小600Nm3/hrと大き
く揺れた。その間、CPU79の働きで、炉内圧力調整
バルブ70が作動していた。なお、実施例2、比較例1
共に炉内圧力は、マイナス10mm水柱になるよう制御
されていた。
【0013】
【発明の効果】本発明者等は、炉底より吹き上げる燃焼
用高温ガスとして,燃焼用の取り入れ空気とは無関係
に、炉内の燃焼排ガスを循環して使う方法及び装置を考
えたものであり、連続焼却システムの完全自動化を可能
にすることができた。これにより、誘引ファンによる燃
焼用空気取り入れ速度と炉温との関係を、一義的なもの
として制御することを可能にした。更に炉温は、投入さ
れる燃焼物の燃焼後の発熱量と誘引ファンによる燃焼空
気の取り入れ速度の両方を同時に制御することにより、
一定範囲に維持可能となったばかりでなく、排ガスの炉
内滞留時間を所定の範囲内に維持することをも可能とし
た完全自動制御の連続燃焼システム及びこのシステムを
行なうための燃焼炉が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明システムを実施する燃焼炉の模式断面図
である。
【図2】本発明システムを実施する他の燃焼炉の模式断
面図である。
【図3】従来の燃焼炉の模式断面図である。
【符号の説明】
1 燃焼炉 2 被焼却物投入口 3 側壁 4 被焼却物輸送機 5 高温ガスの一部の流入口 6 炉床 7 炉底部 8 助燃バーナー 9 燃焼室 10 高温部 11 排気管 12 排ガス流量制御ダンパー 13 周波数制御誘引ファン 14 煙突 15 高温燃焼ガスの一部取り出し口 16 導管 17 燃焼ガスの一部の流量制御バルブ 18 導管 19 高温循環ガス用ファン 20 導管 21 高温循環押込みガス送入口 22 燃焼用空気の一部の取り出し口 23 導管 24 燃焼用空気の一部の流量制御バルブ 25 導管 26 導入口 27 CPU(集中制御コンピューター) 28 燃焼炉 29 被焼却物誘導口 30 被焼却物輸送機 31 側壁 32 高温ガスの一部の流入口 33 炉床 34 炉底部 35 助燃バーナー 36 燃焼室 37 高温部 38 排気管 39 排ガス流量制御ダンパー 40 周波数制御誘引ファン 41 煙突 42 燃焼排ガスの一部取り出し口 43 導管 44 高温燃焼ガスの一部取り出し口 45 導管 46 高温循環ガス用ファン 47 導管 48 高温押込みガス送入口 49 CPU(集中制御コンピューター) 50 燃焼用空気取入れ口 51 燃焼用空気の取入れ調節バルブ 52 導管 53 燃焼用空気導入口 54 燃焼用空気の一部取出し口 55 導管 56 燃焼用空気の流量調節バルブ 57 導管 58 導入口 59 従来の燃焼炉の一態様 60 被焼却物押込み機 61 被焼却物誘導口 62 側壁部 63 高温ガス流入口 64 炉床 65 炉底部 66 助燃バーナー 67 燃焼室 68 高温部 69 燃焼用空気取入れ口 70 炉内圧力調整バルブ 71 空気押込みファン 72 熱交換部 73 導管 74 高温押込み空気導入口 75 排気管 76 流量制御ダンパー 77 誘引ファン 78 煙突 79 CPU(集中制御コンピューター)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被焼却物中の水分、揮発分を蒸発或はガ
    ス化する、或は初期燃焼するための炉床等の炉底部から
    の高温空気の供給系が、誘引ファンによる燃焼用空気取
    り入れ系とは独立している循環系によっていることを特
    徴としており、被焼却物の燃焼エネルギーの取り込み量
    を一定に制御するために、外気からの空気取り入れ口を
    通した誘引ファンによる燃焼用空気取り入れ速度を炉温
    に連動させて自動制御し、且つ誘引ファンによる燃焼用
    空気取り入れ速度が、指定する一定値を維持する様に自
    動制御することを特徴とする燃焼系システム。
  2. 【請求項2】 開放形被焼却物投入口又は閉鎖形被焼却
    物投入口及び燃焼用空気取り入れ口、引続く側壁、側壁
    下部、炉底部、助燃バーナーを含む燃焼室、その上部に
    続く高温部、その上部に設けた排気管に続く排ガス流量
    制御ダンパー及び/又は周波数制御誘引ファンを経て煙
    突に続き、更に前記燃焼室上部には、燃焼高温排ガスの
    一部取出し口を設け、その取出し口に続く燃焼高温循環
    ガス用導管、続く燃焼高温ガス循環ファン、引き続く導
    管により炉底部の高温押込みガス送入口へ繋ぎ、別に燃
    焼用空気の一部取入れ口、それに続く導管、燃焼用空気
    の一部の流量調節バルブ、導管、を経て前記燃焼高温循
    環ガス用導管に繋ぎ、これらの装置を集中制御コンピュ
    ーターを使用して、高温部の温度を測定し、燃焼用空気
    の吸い込み速度を自動制御して被焼却物の焼却炉への投
    入速度を自動制御する様にしたことを特徴とする燃焼
    炉。
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