JP2976361B2 - ボイラー付ごみ焼却炉の燃焼制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボイラー付ごみ焼却炉
の燃焼制御方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ごみを燃焼するだけでなく排熱を
利用して蒸気を発生させるためのボイラー付焼却炉は、
搬入されたごみをごみピットに一度蓄積させた後、クレ
ーンによってホッパー内に投入するピットアンドクレー
ン方式によるごみ受入部と、ごみ受入部から受入れられ
たごみを炉内に供給する給じん装置（プッシャー）と、
ごみを焼却炉内で撹拌移動させる火格子ごみ移動装置
（ストーカー）、及び火格子ごみ移動装置に分配する一
次燃焼空気量を各乾燥ゾーン、燃焼ゾーン、後燃焼ゾー
ンに分流する空気調節装置とを備えている。

【０００３】ホッパー内のごみは、給じん装置で焼却炉
内の火格子ごみ移動装置により撹拌されながら焼却炉内
を移動し、乾燥ゾーンで乾燥され、燃焼ゾーン、後燃焼
ゾーンで燃焼される。この際、一次燃焼空気は、一次風
量制御装置により所定の空気量が火格子ごみ移動装置の
火格子下部の各ゾーンに分配され焼却炉内に導入され
る。二次燃焼空気は、二次燃焼送風機により加圧され、
所定の空気量が炉内に導入される。

【０００４】給じん装置により焼却炉内に送り込まれた
ごみは、火格子ごみ移動装置により移動して乾燥され、
炉内の中心部において燃焼し、後燃焼ゾーンで未燃物を
さらに燃焼し灰として排出される。その間、燃焼が完結
するまで約１時間かかる。

【０００５】ボイラー付焼却炉では、水分の多い厨芥を
含む多種多様なごみを安定的に燃焼しなければならず、
季節、天候、収集地区によってその性状は著しく変化す
る。このため、長時間（２時間程度）の平均をとれば、
炉内の燃料（ごみ）と発生する蒸気量とをバランスさせ
ていても、短時間の発熱量の変化により急激に炉内温
度、炉内状態が悪化し、現状の制御方法では制御範囲を
越えてしまうことがある。この場合には、やむを得ず手
動運転に切り換え、運転員が炉内の燃焼状況を見ながら
繁雑な操作を行い、再度自動に入れて、自動運転を行っ
ているのが現状である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ボイラー付
きごみ焼却炉において、投入されるごみ質が変動するに
もかかわらず、発生蒸気量を一定にするために種々の方
法が提案されているが、これを大別すると次のようにな
る。

【０００７】（１）炉に投入する前にごみ量、ごみ質
（発熱量）を予め計算し、プッシャー、ストーカーの送
り速度、燃焼空気量、炉内温度、発生蒸気量等をフォワ
ード制御する方法。

【０００８】（２）発生蒸気量を主制御目標として、プ
ッシャー、ストーカの送り速度、燃焼空気量、炉内温度
をフィードバック制御する方法。

【０００９】（３）前記（１）、（２）の方法を併用す
る方法。

【００１０】（１）の方法は、ごみの重量、見かけ比重
より低位発熱量を計算し、プッシャーによる投入量、ス
トーカー送り速度等を設定している。しかし、この方法
はあくまで低位発熱量の推定でしかなく、実際に炉内で
燃焼した場合の発熱量とは必ずしも一致しない。また、
ホッパー内のごみをプッシャーで一定の量を押し出して
供給したとしても、高発熱量のごみは軽く、低発熱量の
ごみは重く、またごみ形状も圧縮されたもの、絡み合っ
たもの、破砕されたものでは投入された量は一定せず、
一般的には±３０％程度の誤差がある。従って、この方
法ではどうしても手動運転を回避することはできない。

【００１１】（２）の方法では、燃焼の結果を重視して
おり、炉内にすでに１時間程度の燃焼分のごみが残留し
ているにもかかわらず、この炉内ごみの燃焼を制御する
ことが出来ない。従って、（１）の方法と同様、手動運
転を回避することができない。

【００１２】（３）の方法は前（１）、（２）の方法よ
りも改善されるが、手動運転を回避することは出来な
い。

【００１３】焼却炉内のストーカー上のごみの燃焼メカ
ニズムの研究では、次の過程で燃焼する。

【００１４】（Ａ）プッシャーにより非連続に炉内に投
入されたごみは乾燥ゾーンで輻射熱・対流熱を受け、表
面より水分、揮発分が蒸発し始め、ストーカー上のごみ
は上部、下部の反転・撹拌の作用により、ごみ全体の水
分、揮発分を蒸発させ、同時に炉の燃焼ゾーンへ搬送さ
れる。このとき、ごみ質、ごみ量が変動しても、乾燥ゾ
ーン誤差範囲（約±１ｍ）で乾燥を完結しなければなら
ない。その変動要因は、ごみ質、ごみ量、炉内温度、炉
底部より入れられる燃焼空気・温度に複雑に関係してい
る。

【００１５】（Ｂ）乾燥されたごみはストーカーの運動
により燃焼ゾーンに搬送される。このときごみの表面
は、すでに輻射熱・対流熱を受け、表面のごみは着火し
ている。このストーカーの運転によりごみの上部、下部
の反転・撹拌がなされ、下部より入ってくる燃焼空気と
反応し、ごみ層の内部より燃焼する。従って、ほとんど
の場合はストーカーの突き上げ運動を停止すれば、数秒
（約１〜３秒）の遅れで燃焼を抑制することができる。
この原理を用いて燃焼熱を一定にして、発生蒸気量を一
定にしている。すなわち、制御的には一次燃焼用空気量
を一定に制御して発生蒸気量を検出し、発生蒸気量が上
昇した場合はストーカーを停止し、発生蒸気量が下降し
た場合はストーカーを動かすことにより制御できる。た
だし、次の３つケースでは、前述の制御方法では制御す
ることができない。

【００１６】ａ．ごみ質が非常に良く、乾燥ゾーンで十
分乾燥されたごみ（乾燥ゾーンの滞留時間過多）の場合
は、ストーカー突き上げ運動を停止しても燃焼を継続し
て暴走し、制御不能になる。従って、制御としては事前
にこの兆候をつかみ、乾燥ゾーンの滞留時間過多を防止
する必要がある。すなわち、発生蒸気量が上昇した場合
は、プッシャー、ストーカー（乾燥ゾーン）を速く動か
し、燃焼空気を少なくして暴走を防ぐ。不幸にして暴走
燃焼が生じた場合は水をスプレーして燃焼反応を遅らせ
る。

【００１７】ｂ．ごみ質が非常に良く、暴走燃焼を生じ
た後は、ストーカー上のごみ量が急激に減少し、ごみ枯
れの状態になり、発生蒸気量が急激に少なくなる。この
場合は、プッシャー、ストーカーを速めてごみを投入す
る必要がある。

【００１８】ｃ．ごみ質が急に悪化した場合は、乾燥ゾ
ーンの乾燥が不十分で、表面の火種がストーカーによる
撹拌により消火してしまい燃焼が急激に減少する。この
ような場合にはプッシャー、ストーカーを逆に停止し
て、乾燥及び火種を多くし、燃焼を促進する必要があ
る。

【００１９】以上のように、従来の方法では、前記３つ
の例外ケースには対応できず、自動燃焼装置を自動から
手動に切り替え、運転員が手動運転で安定させているの
が現状である。

【００２０】一般的には炉内に影響を与えないように、
炉へ投入されるごみ質により炉内燃焼熱量の外乱を少な
くする方法、蒸気流量の上限・下限を設定し、プッシャ
ー、ストーカーを制御する方法が考案されているが、い
ずれも前記３つの例外ケースに対応できていない。

【００２１】そこで、本発明の課題は、二次燃焼空気
量、炉内温度、蒸気発生量を検出し、これらの検出値に
応じてごみの投入量（プッシャー速度）、ストーカー速
度、一次燃焼空気量の分流を制御することにより、自動
運転を維持できるようにし、もって操作性の向上をはか
ることを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、焼却炉
からの排熱で蒸気を発生させるボイラーを備えたごみ焼
却炉において、前記ボイラからの蒸気流量にあらかじめ
定められた許容変動幅内で上限値及び下限値を設定し、
前記蒸気流量が前記上限値以上に変動した時にはその変
動傾向の微分値が正の間は前記焼却炉内へのごみの供給
を停止して蒸気流量を抑制し、前記蒸気流量が前記下限
値以下に変動した時には、前記焼却炉内へのごみの供給
速度を早めて蒸気流量を増加させることを特徴とするボ
イラー付ごみ焼却炉の燃焼制御方法が得られる。

【００２３】本発明によればまた、ホッパ内のごみを焼
却炉内に供給するプッシャーと、前記ごみを焼却炉内で
撹拌移動させるストーカーと、該ストーカーに供給する
二次燃焼空気量を調節する空気量調節装置と、焼却炉か
らの排熱で蒸気を発生させるボイラーとを備えたごみ焼
却炉において、焼却炉内へのごみ投入量を算出する手段
と、前記ボイラーからの蒸気流量を測定する手段と、焼
却炉の炉内温度を測定する手段と、前記二次燃焼空気量
を測定する手段と、焼却炉から排出される燃焼ガス中の
酸素濃度を測定する手段と、前記ごみ投入量、前記蒸気
流量、前記炉内温度、前記二次燃焼空気量、前記酸素濃
度の測定値にもとづいて前記プッシャー、前記ストーカ
ー、前記空気量調節装置を制御する燃焼制御器とを有
し、該燃焼制御器は、前記蒸気流量にあらかじめ定めら
れた許容変動幅内で上限値及び下限値を設定し、前記蒸
気流量が前記上限値以上に変動した時にはその変動傾向
の微分値が正の間は前記プッシャー、前記ストーカーを
停止して蒸気流量を抑制し、前記蒸気流量が前記下限値
以下に変動しそれが一定時間以上続く時には、前記プッ
シャー、前記ストーカーの速度を速めて蒸気流量を増加
させることを特徴とするボイラー付ごみ焼却炉の燃焼制
御装置が得られる。

【００２４】

【実施例】図１は本発明によるボイラー付ごみ焼却炉の
構成と燃焼制御器を中心とする自動燃焼制御系を示す図
面である。ごみ１１は、ごみピット１２に一度蓄積され
た後、ごみクレーン１３によりホッパー１４に投入され
る。ホッパー１４に投入されるごみの量は、ごみクレー
ン１３の吊り下げ部に備え付けられたクレーン重量計測
装置１５により測定され、その測定信号は燃焼制御器１
０に送られる。また、ホッパー内のごみのレベルがレベ
ル計測装置１６により測定され、その測定信号も燃焼制
御器１０に送られる。

【００２５】ホッパー１４内のごみは、プッシャー制御
装置１７で予め定められた（手動または自動）停止時間
ｔ_P でプッシャー１８を往復運動することにより燃焼炉
１９内に送り込まれる。また、燃焼炉１９内に送り込ま
れたごみは、ストーカー制御装置２０で予め定められた
（手動または自動）停止時間ｔ_S で、ストーカー２１の
突き上げ運動によりごみは撹拌されながら移動し燃焼す
る。このプッシャー制御装置１７、ストーカー制御装置
２０は、燃焼制御器１０の信号により停止時間ｔ_P ，ｔ
_S が設定される。

【００２６】燃焼に必要な空気は一次燃焼空気ファン２
２、二次燃焼空気ファン２３により加圧され、各々の流
量計測装置２４，２５により測定し、流量制御器２６，
２７により各々の一次燃焼空気ダンパー２８、二次燃焼
空気ダンパー２９で流量制御される。一次燃焼空気は、
ストーカー下部のゾーン３０−１、ゾーン３０−２、ゾ
ーン３０−３、ゾーン３０−４の各ホッパーに分流され
ストーカー下部より導入される。

【００２７】温度測定装置３１により炉内の温度を測定
し、その信号は燃焼制御器１０に送られる。ボイラー３
２より発生した蒸気流量は、流量計測装置３３により測
定し、その信号は、燃焼制御器１０に送られる。排気ダ
クト中の燃焼ガス中の残存酸素量を酸素計測装置３４に
より測定し、その信号は燃焼制御器１０に送られる。

【００２８】燃焼制御器１０は次の動作をおこなう。

【００２９】（１）流量測定装置３３で測定された蒸気
流量により一次燃焼空気の流量制御器２６、二次燃焼空
気の流量制御器２７を設定し、その設定値により一次燃
焼空気ダンパー２８、二次燃焼空気ダンパー２９を制御
する。

【００３０】（２）二次燃焼空気量を、温度測定装置３
１で測定された温度により補正演算し、流量制御器２７
で二次燃焼空気量を補正設定する。

【００３１】（３）酸素測定装置３４で測定された酸素
濃度が一定許容範囲（６〜１２Ｖｏｌ％程度）を超える
場合は一次燃焼空気量を補正演算し、流量制御器２６で
一次燃焼空気量を補正設定する。

【００３２】（４）流量測定装置３３で測定された蒸気
流量によりごみの投入量を設定するために、プッシャー
１８、ストーカー２１の停止時間ｔ_P ，ｔ_S を設定し、
蒸気流量に見合ったごみ量を投入する。

【００３３】（５）クレーン重量計測装置１５で測定さ
れたごみ重量、レベル計測装置１６で測定されたごみホ
ッパー１４内のレベルより投入ごみ量を演算し、（４）
項の設定値と大幅に設定値が異なる場合は再補正する。

【００３４】以上のような制御に加えて、本発明では
（ａ）ごみ質が非常に良く乾燥ゾーンでの滞留時間過
多、（ｂ）暴走燃焼後のごみ枯れ、（ｃ）ごみ質が急に
悪化した場合にも対応できるような制御を実現してお
り、次の構成により動作する。

【００３５】（６）燃焼制御器１０の設定信号により蒸
気流量が設定される。同時に演算により得られたごみ処
理量、ごみ質により、許容変動幅（±５％程度）内に上
限（＋３％程度）、下限（−２％程度）の設定幅を自動
的に設定する。ただし、蒸気流量の設定を移動・再設定
する場合は上記許容幅の上限・下限は動作しない。ま
た、蒸気流量の測定値が上限以上になる場合はその回
数、上限以上の時間を積算し、内蔵のメモリに記憶させ
る。

【００３６】同様に、蒸気流量の測定値が下限以下にな
る場合は、その回数、下限以下の時間を積算し、内蔵の
メモリに記憶させる。

【００３７】この内容は一定時間（約４０分程度）記憶
させ、約３分ごとに時間移動させる。蒸気流量の測定値
が上限に達した場合は測定値の波形の微分値（ｄｓ／ｄ
ｔ）をを求め、逆ヒステリシスをもって制御目標値とす
る。

【００３８】（７）炉内温度の許容変動幅（８００〜９
５０℃）内に、下限及び上限（８２０〜９４０℃程度）
を設定する。炉内温度の検出信号の周波数は交流分と直
流分とに直流フィルタにより分ける。この直流分を一定
時間（約１時間程度）メモリに記憶させ、約５分ごとに
時間移動させる。

【００３９】（８）燃焼制御器１０の設定信号により二
次燃焼空気量を設定し、炉内の温度により補正する。こ
の信号を取り込み、その周波数を直流フィルタにより交
流分と直流分とに分ける。この直流分を一定時間（約１
時間程度）メモリに記憶させ、約５分ごとに時間移動さ
せる燃焼制御器１０の動作は次のパターンで各々異なる
動作をする。

【００４０】（１）燃焼熱量安定時の運転 燃焼熱量安定時の運転チャートを図２に示す。

【００４１】（１−１）燃焼制御器１０の出力で直接制
御する場合。

【００４２】蒸気流量が設定変動幅（上限Ｈ_S 、下限Ｌ
_S ）以内では、燃焼制御器１０の出力で制御される。但
し、炉内温度が設定変動幅以内の運転であっても、その
直流分のトレンド、すなわち、変化の傾向が上昇（５０
℃／１０分間程度）を続ける時、または下降（３０℃／
１０分間程度）を続ける時は除く。

【００４３】（１−２）蒸気流量上限オン・オフ制御 蒸気流量が上限Ｈ_S 以上に変動した時は、蒸気流量のト
レンドの微分値（ｄｓ／ｄｔ）＞０の間オフ信号を出
し、プッシャー１８、ストーカー２１を停止し、燃焼を
抑制する。

【００４４】従って蒸気流量の上限付近で運転されてい
る場合、プッシャー１８、ストーカー２１は運転・停止
を繰り返し、燃焼を促進・抑制することにより蒸気流量
を一定にする。

【００４５】（１−３）蒸気流量下限オン・オフ制御 蒸気流量が下限Ｌ_S 以下に変動した時は、プッシャー１
８、ストーカー２１の停止時間タイマー設定値（ｔ_P ，
ｔ_S ）を減少させるように変更し、プッシャー１８、ス
トーカー２１の動作回数を多くすることにより燃焼を促
進する。

【００４６】従って、蒸気流量の下限付近での運転も前
（１−２）項と同じようにプッシャー１８、ストーカー
２１のオン・オフ制御を繰り返す。

【００４７】（２）燃焼熱量上昇時の運転 燃焼熱量上昇時の運転チャートを図３に示す。

【００４８】（２−１）一次燃焼空気量制御 １．蒸気流量が許容変動幅の上限を越えて一定時間（１
０分程度）継続する場合。

【００４９】２．炉内温度が許容変動幅の上限を越えて
一定時間（１０分程度）継続する場合。

【００５０】３．炉内温度が設定変動幅以内であって
も、その直流分のトレンドが上昇（５０℃／１０分程
度）し続ける場合で、二次燃焼空気量のトレンドの直流
分が一定もしくは上昇し続け、かつ燃焼ガス中の酸素濃
度のトレンドが一定もしくは減少し続ける場合。

【００５１】以上３項のうちひとつの現象が生じた場合
は、燃焼制御器１０は一次燃焼空気量の設定値を減補正
し、燃焼を抑制する。

【００５２】（２−２）蒸気流量上限オン・オフ制御補
正 蒸気流量が前（１−２）項の場合のオン・オフ制御にお
ける停止時間の積算値が一定時間（１５分程度）で停止
時間（８分程度）以上停止しているにもかかわらず、炉
内温度のトレンドの直流分が下がる傾向のない場合、ま
たは燃焼ガス中の酸素濃度のトレンドが一定もしくは減
少し続ける場合燃焼制御器１０はごみ枯れの状態を防ぐ
ため次の補正動作をおこなう。

【００５３】１．炉内温度９５０℃以上の場合は炉内に
冷却水を緊急スプレーする。

【００５４】２．一次燃焼空気は前（２−１）項の制御
を解除し、前運転状態に戻す。

【００５５】３．一次燃焼空気の空気流量ダンパー３５
−１の弁を開く（設定値＋１０％程度）。

【００５６】４．前（１−２）項の蒸気流量上限オン・
オフ制御を不作動にし、プッシャー１８、ストーカー２
１の停止時間（ｔ_P ，ｔ_S ）の設定を減補正し、ごみの
投入量を増加させる。

【００５７】５．一定時間（２０分程度）補正制御をお
こない、前（１−２）項の運転に戻す。

【００５８】（３）燃焼熱量下降時の運転 燃焼熱量下降時の運転チャートを図４に示す。

【００５９】（３−１）一次燃焼空気量制御 炉内温度が設定変動幅内で、その直流分トレンドが下降
（３０℃／１０分間程度）を続ける場合で燃焼ガス中の
酸素濃度が規定値以下の場合、一次燃焼空気量を一定量
（１０％程度）増補正をおこない、一定時間（１０分程
度）放置し、その直流分のトレンドが上昇する場合には
この設定値で運転を継続する。もし更に下降する時は、
増補正前の設定値に戻し運転する。

【００６０】（３−２）蒸気流量下限オン・オフ制御補
正 蒸気流量が前（１−３）項の場合のオン・オフ制御にお
ける停止時間の積算値が一定時間（２０分程度）経過し
ているにもかかわらず回復せず、もしくは炉内温度が規
定値下限より下降した場合は（１−３）項の蒸気流量下
限オン・オフ制御補正動作に次の補正をおこなう。

【００６１】１．プッシャー１８、ストーカー２１の停
止時間タイマー設定値を通常時の設定値に戻す。

【００６２】２．プッシャー１８、ストーカー２１をオ
フ制御し、炉内温度規定値へ戻るまで停止する。

【００６３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば二次燃焼空気量、炉内温度、蒸気発生量を検出し、こ
れらの値に応じてプッシャー速度、ストーカー速度、一
次燃焼空気量の分流を制御することにより、自動運転か
ら手動運転への切換えを無くして自動運転を維持できる
ようになり、操作性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるボイラー付ごみ焼却炉及び自動燃
焼制御系の概略構成図である。

【図２】本発明の制御動作を説明するために蒸気量、炉
内温度、二次燃焼空気流量の第１の変動例を示した図で
ある。

【図３】本発明の制御動作を説明するために蒸気量、炉
内温度、二次燃焼空気流量の第２の変動例を示した図で
ある。

【図４】本発明の制御動作を説明するために蒸気量、炉
内温度、二次燃焼空気流量の第３の変動例を示した図で
ある。

【符号の説明】

１１ ごみ １２ ごみピット １３ ごみクレーン １４ ホッパー １５ クレーン重量計測装置 １６ レベル計測装置 １７ プッシャー制御装置 １８ プッシャー １９ 燃焼炉 ２０ ストーカー制御装置 ２１ ストーカー ２２ 一次燃焼空気ファン ２３ 二次燃焼空気ファン ２４ 流量計測装置 ２５ 流量計測装置 ２６ 流量制御器 ２７ 流量制御器 ２８ 一次燃焼空気ダンパー ２９ 二次燃焼空気ダンパー ３１ 温度測定装置 ３２ ボイラー ３３ 流量測定装置 ３４ 酸素測定装置 ３０−１，３０−２，３０−３，３０−４ ゾーン ３５−１，３５−２，３５−３，３５−４ 空気流量
ダンパー

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼却炉からの排熱で蒸気を発生させるボ
   イラーを備えたごみ焼却炉において、前記ボイラからの
   蒸気流量にあらかじめ定められた許容変動幅内で上限値
   及び下限値を設定し、前記蒸気流量が前記上限値以上に
   変動した時にはその変動傾向の微分値が正の間は前記焼
   却炉内へのごみの供給を停止して蒸気流量を抑制し、前
   記蒸気流量が前記下限値以下に変動した時には、前記焼
   却炉内へのごみの供給速度を早めて蒸気流量を増加させ
   ることを特徴とするボイラー付ごみ焼却炉の燃焼制御方
   法。
2. 【請求項２】 ホッパ内のごみを焼却炉内に供給するプ
   ッシャーと、前記ごみを焼却炉内で撹拌移動させるスト
   ーカーと、該ストーカーに供給する二次燃焼空気量を調
   節する空気量調節装置と、焼却炉からの排熱で蒸気を発
   生させるボイラーとを備えたごみ焼却炉において、焼却
   炉内へのごみ投入量を算出する手段と、前記ボイラーか
   らの蒸気流量を測定する手段と、焼却炉の炉内温度を測
   定する手段と、前記二次燃焼空気量を測定する手段と、
   焼却炉から排出される燃焼ガス中の酸素濃度を測定する
   手段と、前記ごみ投入量、前記蒸気流量、前記炉内温
   度、前記二次燃焼空気量、前記酸素濃度の測定値にもと
   づいて前記プッシャー、前記ストーカー、前記空気量調
   節装置を制御する燃焼制御器とを有し、該燃焼制御器
   は、前記蒸気流量にあらかじめ定められた許容変動幅内
   で上限値及び下限値を設定し、前記蒸気流量が前記上限
   値以上に変動した時にはその変動傾向の微分値が正の間
   は前記プッシャー、前記ストーカーを停止して蒸気流量
   を抑制し、前記蒸気流量が前記下限値以下に変動しそれ
   が一定時間以上続く時には、前記プッシャー、前記スト
   ーカーの速度を速めて蒸気流量を増加させることを特徴
   とするボイラー付ごみ焼却炉の燃焼制御装置。