JP3094846B2 - 流動床式廃棄物焼却炉の廃熱ボイラへの給水方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流動床式廃棄物焼却炉
の廃熱ボイラへの給水方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみや産業廃棄物などを焼却する流
動床式廃棄物焼却炉においても、通常の場合、廃熱を有
効利用するための手段として、廃熱ボイラが設けられて
いる。図４は流動床式廃棄物焼却炉に設置された廃熱ボ
イラにおける従来の給水方法に係る説明図である。１は
流動床焼却炉本体であり、この炉本体１内には、その下
部に、多数の空気噴出口を有する分散板２が設けられ、
この分散板２の上に珪砂などの流動媒体が充填されてい
る。４は分散板２から噴出させる空気を分配するための
風箱、６は一次燃焼空気配管、７は二次燃焼空気配管、
３は流動媒体および不燃物の排出口である。そして、運
転時の炉本体１内においては、一次燃焼空気配管６から
吹き込まれた空気によって流動媒体が吹き上げられ、高
温の流動床６０が形成される。

【０００３】上記のように構成された流動床焼却炉にお
いて、廃棄物７０は廃棄物供給機８からシュート９を経
て炉本体１へ投入される。炉本体１内へ投入された廃棄
物７０は高温の流動床６０上に落下して、流動媒体と混
合し、直ちに着火して燃焼する。このため、廃棄物７０
はごく短時間の間に燃焼してしまう。流動媒体は廃棄物
に含まれていた不燃物とともに排出口３から抜き出さ
れ、不燃物が除去された後、図示されない経路を経て炉
本体１内へ循環される。

【０００４】一方、流動床６０で発生した燃焼排ガス
は、その中に含まれている未燃焼のガス成分が二次燃焼
空気配管７からの空気の吹き込みによって燃焼し、排ガ
ス排出口５から排出する。この排ガスは、廃熱ボイラ２
０で熱回収され、次いで、有害ガス除去や除塵などの処
理がなされた後、大気放散される。

【０００５】廃熱ボイラ２０においては、給水配管２２
からボイラドラム２１へ水が供給され、この水と排ガス
との熱交換によって発生した蒸気が蒸気配管２３から取
り出される。

【０００６】この場合、ボイラドラム２１への給水は、
次のように行われる。蒸気流量計２５によって測定され
た蒸気発生量の信号が演算制御機構５０へ送られ、ま
た、レベル計２４によって測定されたボイラドラム２１
の水レベルの信号が演算制御機構５０へ送られる。演算
制御機構５０では、測定された蒸気発生量に相当する給
水量が算定されるとともに、この算定値がボイラドラム
２１の水レベル測定値に基づいて補正され、この給水量
の信号が給水流量調節計２６へ送られる。給水流量調節
計２６では、演算制御機構５０からの信号に基づいて給
水量の調節が行われる。

【０００７】このように、従来技術によるボイラドラム
２１への給水は、ボイラドラム２１の水レベル値によっ
て補正された蒸気発生量に基づいて制御されるので、ボ
イラドラム２１の水レベルが変動しないように行われ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、流動床式廃
棄物焼却炉の廃熱ボイラにおいては、蒸気発生量の変動
が大きく、取り出された蒸気の利用が特定の用途に限定
されると言う問題がある。この蒸気発生量の変動は、直
接的には、炉内における燃焼量の変化に伴って起こるも
のであり、廃棄物焼却炉の廃熱ボイラにおいては、その
変動がある程度の大きさで起こることは避けられない現
象であるが、ボイラドラム２１への給水を上記従来の方
法によって行った場合、蒸気発生量の変動が燃焼量の変
動よりも著しく大きくなってしまい、これによる変動が
蒸気を多方面の用途に向けられない原因になっている。
このような蒸気発生量の大きな変動は次のようにして起
こる。

【０００９】廃棄物を焼却する場合、廃棄物は種々の性
状のもが混じり合った物であるので、その供給量が均一
になるようには行われにくく、変動する。その上、前述
のように、投入された廃棄物は、速やかに、乾燥され、
あるいは熱分解して燃焼を開始する。このため、廃棄物
供給量の変動が、直ちに、燃焼量の変動となって現れ
る。

【００１０】しかし、従来技術によるボイラドラムへの
給水は、蒸気発生量とボイラドラムの水レベルの測定値
に基づき、ボイラドラムの水レベルが変動しないように
給水量を制御する方法によって行われるので、この際の
蒸気発生量の変動は、燃焼量の変動以上に増幅された状
態になって起こる。

【００１１】例えば、燃焼量が増えると、 ボイラ系内における水の蒸発量が多くなり、水中に存
在するガス体（気泡）の量が増加する。 このため、系内に存在する水の容量が増えた状態にな
り、ボイラドラムの水レベルが上昇する。 これによって、ボイラドラムへの給水量が減少する。 ボイラドラムへ供給される水は低温であるので、給水
量が減少すると、系内の冷却量が減少し、その分だけ水
の蒸発量が増加する。このため、系内の気泡の量が一層
増加する。 この気泡量の増加によって、給水量は、さらに減少す
る。 そして、蒸発量が、さらに増加する。

【００１２】また、燃焼量が減少すると、 水の蒸発量が減少し、系内における水中の気泡量が減
少する。 系内に存在する水の容量が減少した状態になり、ボイ
ラドラムの水レベルが低下する。 このため、ボイラドラムへの給水量が増加する。 以下、燃焼量が増えた場合と逆の現象が起こって、給
水量がさらに増加し、蒸発量は一層減少する。

【００１３】そして、上述の現象は燃焼量が変動する度
に繰り返して起こる。このように、従来技術において
は、系内が加熱される熱量に見合った量の給水が行われ
ないので、水の蒸発量が大幅に変動する。

【００１４】図７は従来の給水方法を実施した場合にお
ける蒸気発生量の経時的変化を示す図である。この図
は、処理能力６０ｔ／ｄの流動床焼却炉で産業廃棄物を
焼却した場合における蒸気発生量の変化を表した一例で
あり、蒸気発生量の変動が非常に大きいことを示してい
る。

【００１５】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、燃焼量の変動が起こっても、これに伴
う蒸気発生量の変動を小さく抑えることができる流動床
式廃棄物焼却炉の廃熱ボイラへの給水方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
廃棄物の供給量、蒸気発生量、およびボイラドラム内の
水レベルを連続的に測定し、これらの測定値に基づいた
給水量の制御を行ってボイラドラムへ給水する方法であ
って、廃棄物の供給量が所定範囲内である場合には、蒸
気発生量およびボイラドラム内の水レベル測定値に基づ
く流量制御を行って給水し、廃棄物の供給量が所定範囲
外になった場合には、廃棄物の供給量に応じた流量制御
を行って給水する方法である。

【００１７】また、請求項２に係る発明は、廃棄物の供
給量、蒸気発生量、およびボイラドラム内の水レベルを
連続的に測定し、これらの測定値に基づいた給水量の制
御を行ってボイラドラムへ給水する方法であって、廃棄
物の供給量が所定範囲内である場合には、蒸気発生量お
よびボイラドラム内の水レベル測定値に基づく流量制御
を行って給水し、廃棄物の供給量が所定範囲外になった
場合には、廃棄物の供給量に応じた流量制御を行って給
水するとともに、ボイラドラム内の水レベルが上方の警
戒値を超えた場合または下方の警戒値を下回った場合に
は、測定された廃棄物供給量および蒸気発生量の値に関
係なく、ボイラドラム内の水レベル測定値に基づく流量
制御を行って給水する方法である。

【００１８】

【作用】前述のように、流動床式廃棄物焼却炉に設置さ
れた廃熱ボイラの操業においては、燃焼量の変動に伴う
蒸気発生量の変動は避けられないことであるが、廃熱ボ
イラへの給水に際し、ボイラドラムの水レベルが変動し
ないような流量制御を行って給水すると、蒸気発生量は
さらに激しく変動してしまう。これは、従来技術による
給水においては、必ずしも、ボイラ系内が加熱される熱
量に見合った量の水が供給される訳ではなく、燃焼量が
変動した場合、これにともなって、上記加熱量に対する
給水量の過不足が生ずることによって起こるものであ
る。特に、燃焼量が大幅に変動した場合には、上記加熱
量に対する給水量の過不足が著しくなり、これが蒸気発
生量の変動を一層大きくする原因になっている。

【００１９】そこで、本発明においては、その時点にお
ける系内の加熱量に見合った量の水を供給し、これによ
って、蒸気発生量の変動を抑制することを図っている。
上記加熱量は燃焼量によって、ほぼ一義的に決定される
変化量であるので、この燃焼量の変化に応じて給水量を
増減させる制御を行えば、上記加熱量に見合った量の水
が供給される。

【００２０】流動床焼却炉においては、廃棄物が投入さ
れると、間もなく、その燃焼が開始されるので、ある時
点に投入された廃棄物の量を測定すれば、その供給量か
らその後の燃焼量を予測することができる。このため、
本発明においては、廃棄物の供給量を連続的に測定し、
この廃棄物供給量の測定値に基づいて、給水量の制御を
行う。

【００２１】給水量の制御を予測燃焼量として把握され
る廃棄物供給量の測定値に基づいて行う理由は、次の如
くである。炉内における燃焼量の変化は、炉内温度、燃
焼排ガス中の酸素濃度、炉内圧力などの測定値からも把
握することができるが、これらの測定値は瞬時に得られ
るものではなく、それぞれ、温度計、酸素濃度計、圧力
計など応答時間を要するものによって測定されるので、
その廃棄物が燃焼した時点から、ある程度の時間が経過
した後に検知されるものである。このため、上記の各測
定値からはその時点における燃焼量を把握することはで
きなない。そして、これらの測定値に基づいて給水量を
制御した場合、給水の時間遅れが生じ、この際の給水は
燃焼量の変化に追従した状態では行われない。その上、
給水量の制御に際しては、元来、上記測定値に対応する
流量に達するまでの間にある程度の時間を要するので、
これによる給水の時間遅れも加算される。

【００２２】これに対し、廃棄物供給量に基づいて給水
する場合には、廃棄物供給量の測定値によって、その直
後における燃焼量が予測され、この予測量に基づいて制
御されるので、炉内の燃焼量に対応する給水が時間遅れ
なく行われる。

【００２３】さらに、本発明においては、異なった制御
方式の組み合わせによって、給水が行われる。すなわ
ち、流動床式廃棄物焼却炉においては、廃棄物の供給量
が変動するので、これにともなって、燃焼量が小刻みに
変動する。このため、単に、廃棄物供給量の個々の変動
に対して給水量を調節する制御を行うと、給水量の急激
増減が繰り返され、かえって燃焼量の変化に追従した量
の水（系内の加熱量に見合った量の水）の供給が行われ
なくなる。

【００２４】このため、給水量の制御に際しては、次の
ように、廃棄物供給量の変動が比較的小さく、その変化
がある程度許容される状態にある場合と、廃棄物供給量
の変動が大きく、この変化に応じて制御しないと、蒸気
発生量の変動が一層大きくなってしまう状態にある場合
とに分けて、異なった制御方式が適用される。

【００２５】予測燃焼量として把握することができる廃
棄物供給量の測定値が、予め定めた管理範囲（以下、所
定範囲と言う）に入る場合には、蒸気発生量およびボイ
ラドラム内の水レベル測定値の増減に応じた量の給水が
行われ、給水量の急激な増減が起こらないようにされ
る。そして、廃棄物供給量の測定値が所定範囲外になっ
た場合には、蒸気発生量およびボイラドラム内の水レベ
ルの値には関係なく、廃棄物供給量測定の測定値に応じ
た量の給水が行われる。

【００２６】このように、廃棄物供給量の測定値が変動
して所定範囲外になった場合に、その測定値に応じた量
の給水を行えば、蒸気発生量の著しい変動を引き起こす
原因が除去されるので、蒸気発生量の変動は抑制され
る。

【００２７】

【実施例】図１は本発明に係る一実施例の説明図であ
る。図１において、図４と同じ部分については同一の符
号を付し、その説明を省略する。本実施例においては、
廃棄物供給量測定装置３０によって廃棄物の供給量が連
続的に測定され、この供給量の信号が演算制御機構４０
へ送られる。この廃棄物供給量のほかに、蒸気流量計２
５によって測定された蒸気発生量、レベル計２４によっ
て測定されたボイラドラム２１の水レベルの信号が演算
制御機構４０へ送られる。演算制御機構４０において
は、これらの信号に基づく演算処理が行われ、この演算
処理によって決定された給水量の信号が給水流量調節計
２６へ送られる。給水流量調節計２６では、演算制御機
構４０からの信号に基づいて給水量の調節が行われる。

【００２８】上記廃棄物供給量測定装置３０の一例とし
ては、図２に示すような構成のものがある。この廃棄物
供給量測定装置においては、廃棄物投入シュート９の外
側に、発光部３１ａ、受光部３１ｂよりなる光電式の非
接触物体検知素子が備えられており、これによってシュ
ート９内を通過する廃棄物の量が検知されるようになっ
ている。

【００２９】廃棄物投入シュート９の両側の対向する位
置に測定孔３２，３２が設けられており、この測定孔３
２，３２の外側にそれぞれ発光部３１ａと受光部３１ｂ
が配置されている。３３は検知素子を覆うフードであっ
て、このフード３３内へは炉内圧以上の圧力を有する空
気が供給され、この空気は測定孔３２から炉内へ流入す
る。このため、フード３３内へは常に新鮮な空気が供給
され、検知素子が清浄な状態に保たれるようになってい
る。

【００３０】上記のように構成された廃棄物供給量測定
装置において、シュート９内に廃棄物が落下してくる
と、この廃棄物によってシュート９内に形成されている
光路３４が遮られ、受光部３１ｂは光を感知しなくな
る。これによって、廃棄物の通過が検知される。また、
光路３４を遮る箇所に廃棄物が存在しない場合には、受
光部３１ｂは光を感知する。そして、廃棄物の通過が検
知された時間（単位時間当たりの時間）から廃棄物の供
給量が演算によって求められる。この演算処理は、予め
求められている上記単位時間当たりの時間と廃棄物供給
量との関係に基づいて行われる。

【００３１】なお、廃棄物供給量測定装置は、上記のよ
うな光電式のものに限定されるものではなく、電波式な
どのものであってもよい。

【００３２】次に、上述した給水量の制御を、図３およ
び図５によって説明する。図３は図１における給水量制
御の機構に係る説明図である。また、図５は廃棄物供給
量の経時的変化の傾向を表した図であり、図中のＵは上
限管理値、Ｌは下限管理値を示す。

【００３３】まず、演算制御機構４０においては、ボイ
ラドラムにおける水レベルの異常があるか否かについて
のチェックが行われ、もしも、上記水レベルが上限警戒
値または下限警戒値に達していた場合には、ボイラドラ
ムの水レベルに基づいた給水量の信号が出力され、この
信号が給水流量調節計２６へ送られる。この場合には、
ボイラドラムの水レベルが上下限の警戒値以内になるよ
うに、給水量の制御が行われる。

【００３４】そして、廃棄物の供給量が上限管理値Ｕと
下限管理値Ｌの間にあり、所定範囲内であるときには、
蒸気発生量の測定値がボイラドラムの水レベルの測定値
に基づいて補正され、この補正された蒸気発生量に基づ
いた給水量が算定される。そして、この給水量の信号が
給水流量調節計２６へ送られる。この場合には、ボイラ
ドラムの水レベルが一定になるように、給水量が制御さ
れる。

【００３５】また、廃棄物の供給量が所定範囲外であっ
て、上限管理値Ｕを超えているか、または下限管理値Ｌ
を下回っている場合には、廃棄物供給量の値だけに基づ
いた給水量が算定され、この給水量の信号が給水流量調
節計２６へ送られる。

【００３６】なお、廃棄物供給量の値が所定範囲内にあ
る場合の給水においては、予測燃焼量として把握される
廃棄物供給量の値に基づいた制御が行われないが、廃棄
物供給量の所定範囲はその変動幅の中間領域に設定され
ており、この中間領域は小さな変動過程にある測定値が
集中している状態の領域であるので、燃焼量の変化に伴
う蒸気発生量の変動はさして大きくならならず、許容し
うる程度に収まる。

【００３７】上記した上限管理値Ｕおよび下限管理値Ｌ
は、蒸気発生量の変動ができるだけ小さくなる範囲に設
定されるものであるが、その値は操業データに基づいて
適宜決定される。

【００３８】次に、産業廃棄物を焼却する６０ｔ／ｄの
流動床焼却炉に設置された廃熱ボイラにおいて、図１お
よび図３で説明した方法によって給水した場合の結果に
ついて説明する。この際の蒸気発生量の経時変化は図６
に示す通りであった。この蒸気発生量の変動幅は、図７
に示す従来技術による場合の変動幅に対して１／４程度
に縮小された。このため、この廃熱ボイラから得られる
蒸気は、発電用のタービンや送風機などの機器の動力源
として使用することができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明においては、ボイラドラムへの給
水が、廃棄物供給量の測定値が所定範囲内である場合
と、所定範囲外である場合とに区分された流量制御によ
って行われ、その時点におけるボイラ系内の加熱量に見
合った量の水が供給されるので、蒸気発生量の変動が非
常に小さくなる。しかも、廃棄物供給量の測定値に基づ
いて給水量を制御すれば、廃棄物供給量の測定値が、そ
の直後における燃焼量を予測しうる値であるので、炉内
の燃焼量に対応する量の給水が時間遅れなく行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の説明図である。

【図２】本発明を実施する際に用いる廃棄物供給量測定
装置に係る一例の説明図である。

【図３】図１における給水量制御の機構に係る説明図で
ある。

【図４】流動床式廃棄物焼却炉に設置された廃熱ボイラ
における従来の給水方法に係る説明図である。

【図５】廃棄物供給量の経時的変化の傾向を表した図で
ある。

【図６】本発明を実施した場合の蒸気発生量の経時変化
を示す図である。

【図７】従来技術による場合の蒸気発生量の経時変化を
示す図である。

【符号の説明】

１ 流動床焼却炉本体 ５ ガス排出口 ６ 一次空気配管 ７ 二次空気配管 ８ 廃棄物供給機 ９ 廃棄物投入シュート ２０ 廃熱ボイラ ２１ ボイラドラム ２２ 給水配管 ２３ 蒸気配管 ２４ レベル計 ２５ 蒸気流量計 ２６ 給水流量調節計 ３０ 廃棄物供給量測定装置 ３１ａ 発光部 ３１ｂ 受光部 ３４ 光路 ４０ 演算制御機構 ６０ 流動床 ７０ 廃棄物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−105601（ＪＰ，Ａ) 実開 平59−42405（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F22D 5/30 F22B 35/00 F22B 1/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物の供給量、蒸気発生量、およびボ
   イラドラム内の水レベルを連続的に測定し、これらの測
   定値に基づいた給水量の制御を行ってボイラドラムへ給
   水する方法であって、廃棄物の供給量が所定範囲内であ
   る場合には、蒸気発生量およびボイラドラム内の水レベ
   ル測定値に基づく流量制御を行って給水し、廃棄物の供
   給量が所定範囲外になった場合には、廃棄物の供給量に
   応じた流量制御を行って給水する流動床式廃棄物焼却炉
   の廃熱ボイラへの給水方法。
2. 【請求項２】 廃棄物の供給量、蒸気発生量、およびボ
   イラドラム内の水レベルを連続的に測定し、これらの測
   定値に基づいた給水量の制御を行ってボイラドラムへ給
   水する方法であって、廃棄物の供給量が所定範囲内であ
   る場合には、蒸気発生量およびボイラドラム内の水レベ
   ル測定値に基づく流量制御を行って給水し、廃棄物の供
   給量が所定範囲外になった場合には、廃棄物の供給量に
   応じた流量制御を行って給水するとともに、ボイラドラ
   ム内の水レベルが上方の警戒値を超えた場合または下方
   の警戒値を下回った場合には、測定された廃棄物供給量
   および蒸気発生量の値に関係なく、ボイラドラム内の水
   レベル測定値に基づく流量制御を行って給水する流動床
   式廃棄物焼却炉の廃熱ボイラへの給水方法。