JP3607058B2 - 焼却装置および焼却装置の運転制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、焼却装置および焼却装置の運転制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来のガス化燃焼炉（乾溜炉）の構成を示している。図４において、１は焼却物を投入される１次燃焼室（ガス化炉、乾溜炉）、２は１次燃焼室１における焼却物の着火を行う１次着火装置（１次バーナ）、３は１次押込みファン３ａと１次空気量調節ダンパ３ｂとを含み、１次空気量調節ダンパ焼却物の熱分解に必要な空気を１次燃焼室１に供給する１次空気供給装置、４は１次燃焼室１内での焼却物の熱分解により発生した可燃性ガスを完全燃焼させる２次燃焼室（燃焼炉）、５は２次燃焼室４に導入された可燃性ガスが燃焼するのに必要な温度を維持する２次温度維持装置（２次バーナ）、６は２次押込みファン６ａと２次空気量調節ダンパ６ｂとを含み、可燃性ガスの燃焼に必要な空気を２次燃焼室４に供給する２次空気供給装置、７は排ガス誘引ファン７ａと排ガス量調節ダンパ７ｂとを含み、２次燃焼室４での燃焼により発生した排ガスを強制排出するための排ガス排出装置、８は煙突である。
【０００３】
また、ガス化燃焼炉には、これらに加えて、１次燃焼室１の室内温度を検出する１次温度検出器（熱電対）、２次燃焼室４の室内温度を検出する２次温度検出器（熱電対）、排ガスの温度を検出する排ガス温度検出器（熱電対）、１次燃焼室１の室内圧を検出する圧力検出器等のセンサ類が設けられているものもある。
【０００４】
つぎに、動作について説明する。１次燃焼室１に投入された焼却物は１次バーナ２により着火され、１次空気供給装置３により１次燃焼室１に熱分解に必要な空気が供給される。以降、１次燃焼室１の室内温度（以下、１次温度と云う）は１次バーナ２の火力と供給空気量の制御によって、例えば４００〜５００℃に保たれる。
【０００５】
着火された焼却物はある部分が燃焼し、その燃焼熱によりある部分は熱分解を始める。この熱分解によって１次燃焼室１では可燃性ガスが発生し、この可燃性ガスは２次燃焼室４に送られる。２次燃焼室４では可燃性ガスを燃焼させるために、２次バーナ５により２次燃焼室４の室内温度（以下、２次温度と云う）が、例えば８００〜９００℃に保たれ、２次燃焼室４には２次空気供給装置６により燃焼に必要な空気量が供給される。通常、２次温度を、例えば８００℃以上にしておくために、焼却物に着火する前に２次バーナ５を作動させて２次温度を上昇させるための２次燃焼室予熱期間が設けられる。
【０００６】
燃焼した可燃性ガスは、排ガスとして、排ガス排出装置７により煙突８より大気中に排出される。
【０００７】
また、ガス化燃焼炉によっては１次燃焼室１の室内圧を検出し、これが負圧一定になるように排ガス排出装置７の排ガス量調節ダンパ７ｂを制御し、燃焼を安定化させるものもある。
【０００８】
このようなガス化焼却炉においては、燃焼過程を、上述したように、２次温度を８００℃等の所定温度以上に上昇させるための２次燃焼室予熱期間、焼却物に着火され熱分解により可燃性ガスを発生させるガス化燃焼期間、ガス化が終了して炭化した焼却物が燃焼する炭火燃焼期間、および炭火燃焼が衰えて灰化が進み、冷却してゆく冷却期間というように区分することがある。
【０００９】
つぎに、各部の制御方法について説明する。１次バーナ２は、１次温度により、例えば５００℃でオフ、４００℃に低下すれば再びオフと云うにオン／オフ制御される。通常、１次バーナ２は焼却物の着火を行い、例えば５００℃に一旦達すれば、以降１次バーナ２が再びオンすることはほとんどない。
【００１０】
２次バーナ５も同様で、２次温度により、例えば９００℃でオフ、８００℃に低下すれば再びオンというようにオフ／オフ制御される。２次燃焼室を８００℃以上に保つことにより、可燃性ガスは着火手段によらずとも自燃焼する。従って通常、２次バーナ５についても、ガス化燃焼期間が始まれば、オフすることになる。
【００１１】
１次押込みファン３ａ、２次押込みファン６ａ、排ガス誘引ファン７ａは一定回転ファンであり、１次空気量調節ダンパ３ｂ、２次空気量調節ダンパ６ｂ、および排ガス量調節ダンパ７ｂにより流量が調節される。１次空気量はガス化が安定して行われるよう制御される必要があり、２次空気量は可燃性ガスを完全燃焼させる適量の空気を供給するよう制御される必要がある。
【００１２】
これら空気量制御は、通常、過去の運転データや作業者の勘といった経験則による方法、１次温度又は２次温度より燃焼状態を概略推定して制御する方法、あるいは可燃性ガス、または排ガスの成分分析ができるガスセンサを設け、その結果により必要な空気量を判定する方法等がとられている。
【００１３】
以上に述べた制御の一部もしくは全部は、通常焼却物のガス化が終了した時点で終了する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
焼却炉（ガス化燃焼炉）における１次空気供給装置と２次空気供給装置による供給空気量は、焼却物の燃焼制御に最も重要な要素であるが、従来、これらの供給空気量の調節は、過去の運転データや作業者の勘と云った経験則に依存しているため、最適な空気量制御とは云えない。
【００１５】
また、なかには上述の構成に加え、空気供給量を燃焼過程に従って自動的に変化させる機能を有したものもあるが、これも同様に経験則に従った固定パターンが与えられているだけであるため、時々刻々変化する燃焼状態に対し、最適な空気量制御とは云えない。
【００１６】
また、１次温度または２次温度により燃焼状態を推定し、供給空気量を制御しようとするものもあるが、燃焼反応の結果としての温度変化を用いていることによる遅れ、温度分布のばらつきによる不正確さなどがあるため、十分な空気量制御とは云えなかった。
【００１７】
また、上述の焼却炉の１次燃焼室と２次燃焼室間を結ぶ煙道、あるいは排出装置の出口等に、可燃性ガスあるいは排ガスの成分を検出する検出器や、その検出信号により最適空気供給量を判定する手段を有したものもあるが、温度や圧力を検出する検出器とは異なり、センサ部が煤塵等の付着物により早期に機能低下あるいは機能しなくなることがあるため、耐久性、保守性について問題がある。
【００１８】
さらに、制御上、検出器があまりに重要な要素であるため、この検出器が故障した場合、重大な事故に繋がる可能性がある。
【００１９】
また、ガス化燃焼終了段階の判定があいまいな場合が多いため、一部、可燃性ガスが僅かながら発生しているにも拘らず、バーナや供給空気を停止したために有毒ガスが漏れ出すと云った虞れがあった。
【００２０】
また、１次燃焼室１の容積が大きくなればなるほど、そこに投入された焼却物の燃え広がり方が多様により、また燃焼むらが生じ易くなるため、安定したガス化が得にくいと云う問題がある。
【００２１】
この発明は、上述のような問題点を解消するためになされたもので、焼却物の燃焼過程で、逐次最適な空気量制御を行って有害な排ガスを出すことなく完全燃焼させる焼却装置および焼却装置の運転制御方法を得ることを目的としている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による焼却装置は、焼却物を投入される１次燃焼室と、前記１次燃焼室内の焼却物の着火を行う１次着火装置と、焼却物の熱分解に必要な空気を前記１次燃焼室に供給する１次空気供給装置と、前記１次燃焼室の室内温度を検出する１次温度検出器と、前記１次燃焼室の室内圧を検出する圧力検出器と、前記１次燃焼室内での焼却物の熱分解により発生した可燃性ガスを完全燃焼させる２次燃焼室と、前記２次燃焼室に導入された可燃性ガスが燃焼するのに必要な温度を維持するための２次温度維持装置と、可燃性ガスの燃焼に必要な空気を前記２次燃焼室に供給する２次空気供給装置と、前記２次燃焼室の室内温度を検出する２次温度検出器と、前記２次燃焼室にて燃焼した排ガスを排出するための排ガス排出装置と、前記排ガスの温度を検出する排ガス温度検出器と、外気温を検出する外気温度検出器と、前記１次温度検出器により検出された前記１次燃焼室の室内温度と前記圧力検出器により検出された１次燃焼室の室内圧と前記２次温度検出器により検出された前記２次燃焼室の室内温度と、前記排ガス温度検出器により検出された排ガス温度と前記外気温度検出器により検出された外気温と前記１次空気供給装置による１次空気供給量と前記２次空気供給装置による２次空気供給量と前記排ガス排出装置による排ガス排出量より、前記１次燃焼室で発生する可燃性ガス量を演算判定する可燃性ガス量判定手段とを有しているものである。
【００２３】
つぎの発明にのよる焼却装置は、前記可燃性ガス量判定手段により判定された可燃性ガス量に基き、前記１次空気供給装置の１次空気供給量、２次空気供給装置の２次空気供給量を制御する空気量制御手段を有しているものである。
【００２４】
つぎの発明による焼却装置は、前記１次空気供給装置と前記２次空気供給装置と前記排ガス排出装置はそれぞれ可変速ファンを備え、前記１次空気供給装置と前記２次空気供給装置と前記排ガス排出装置のそれぞれの可変速ファンの回転速度を個別に制御する可変速制御手段を有しているものである。
【００２５】
つぎの発明による焼却装置は、前記１次空気供給装置の１次空気供給量、２次空気供給装置の２次空気供給量、および排ガス排出装置の排ガス排出量を、前記可変速ファンの回転速度から判定する流量判定手段を有しているものである。
【００２６】
つぎの発明による焼却装置は、前記可燃性ガス量判定手段により判定された可燃性ガス量に基き、焼却物のガス化が終了したことを判定するものである。
【００２７】
つぎの発明による焼却装置は、前記１次燃焼室の１次温度検出器と、前記１次燃焼室に空気を供給する１次空気供給装置が互いに異なる位置に複数個設けられているものである。
【００２８】
また、上述の目的を達成するために、この発明による焼却装置の運転制御方法は、焼却物を投入される１次燃焼室と、前記１次燃焼室内の焼却物の着火を行う１次着火装置と、焼却物の熱分解に必要な空気を前記１次燃焼室に供給する１次空気供給装置と、前記１次燃焼室の室内温度を検出する１次温度検出器と、前記１次燃焼室の室内圧を検出する圧力検出器と、前記１次燃焼室内での焼却物の熱分解により発生した可燃性ガスを完全燃焼させる２次燃焼室と、前記２次燃焼室に導入された可燃性ガスが燃焼するのに必要な温度を維持するための２次温度維持装置と、可燃性ガスの燃焼に必要な空気を前記２次燃焼室に供給する２次空気供給装置と、前記２次燃焼室の室内温度を検出する２次温度検出器と、前記２次燃焼室にて燃焼した排ガスを排出するための排ガス排出装置と、前記排ガスの温度を検出する排ガス温度検出器と、外気温を検出する外気温度検出器とを有する焼却装置の運転制御方法において、前記１次温度検出器により検出された前記１次燃焼室の室内温度と、前記圧力検出器により検出された１次燃焼室の室内圧と、前記２次温度検出器により検出された前記２次燃焼室の室内温度と、前記排ガス温度検出器により検出された排ガス温度と、前記外気温度検出器により検出された外気温と、前記１次空気供給装置による１次空気供給量と、前記２次空気供給装置による２次空気供給量と、前記排ガス排出装置による排ガス排出量より、前記１次燃焼室で発生する可燃性ガス量を演算判定し、その可燃性ガス量に基き、前記１次空気供給装置の１次空気供給量と、前記２次空気供給装置の２次空気供給量を制御するものである。
【００２９】
つぎの発明による焼却装置の運転制御方法は、前記１次空気供給装置と前記２次空気供給装置と前記排ガス排出装置のそれぞれに設けられている可変速ファンの回転速度から前記１次空気供給装置の１次空気供給量、２次空気供給装置の２次空気供給量、および排ガス排出装置の排ガス排出量を判定するものである。
【００３０】
つぎの発明による焼却装置の運転制御方法は、前記可燃性ガス量に基き、焼却物のガス化が終了したことを判定するものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明に係る焼却装置および焼却装置の運転制御方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に説明するこの発明の実施の形態において、上述の従来例と同一構成の部分は、上述の従来例に付した符号と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
図１はこの発明による焼却装置の一つの実施の形態を示している。この焼却装置には、検出器として、１次燃焼室１の室内温度を検出する１次温度検出器（１次温度センサ）２０と、２次燃焼室４の室内温度を検出する２次温度検出器（２次温度センサ）２１と、排ガスの温度を検出する排ガス温度検出器（排ガス温度センサ）２２と、外気温を検出する外気温度検出器（外気温センサ）２３と、１次燃焼室１の室内圧を検出する圧力検出器（圧力センサ）２４とが各所に設けられている。
【００３３】
また、この焼却装置には、１次温度検出器２０によって検出された１次温度により１次バーナ（１次着火装置）２をオフ／オフ制御する１次バーナ制御手段２５と、２次温度検出器２１より検出される２次温度により２次バーナ（２次温度維持装置）５をオフ／オフ制御する２次バーナ制御手段２６とが設けられている。
【００３４】
また、この焼却装置には、１次燃焼室１における焼却物の熱分解に必要な空気量を１次燃焼室１に供給する１次押込みファン３ａと、２次燃焼室４における可燃性ガスを完全燃焼させるために必要な空気量を２次燃焼室４に供給する２次押込みファン６ａと、排ガス誘引ファン７ａのそれぞれの回転速度を個別に制御する可変速制御手段２７、２８、２９が設けられている。
【００３５】
排ガス誘引ファン７ａの可変速制御手段２９は排ガス量制御手段３０が出力する回転速度指令により排ガス誘引ファン７ａの回転速度を定量的に最適制御するものであり、排ガス量制御手段３０は圧力検出器２４によって検出された１次燃焼室１の室内圧を入力してこの室内圧に応じた指令を可変速制御手段２９に出力する。これにより、排ガス誘引ファン７ａは１次燃焼室１の室内圧に応じて回転速度を定量的に制御される。
【００３６】
１次押込みファン３ａの可変速制御手段２７と２次押込みファン６ａの可変速制御手段２８は、空気量制御手段３１が出力する回転速度指令により１次押込みファン３ａ、２次押込みファン６ａの回転速度を定量的に最適制御するものであり、空気量制御手段３１は可燃性ガス量判定手段３２により判定される１次燃焼室１で発生する可燃性ガス量に応じた指令を空気量制御手段３１に出力する。
【００３７】
可燃性ガス量判定手段３２は、１次温度検出器２０より検出される１次温度と、２次温度検出器２１より検出される２次温度と、排ガス温度検出器２２より検出される排ガス温度と、外気温度検出器２３により検出される外気温度と、１次空気流量判定手段３３により検出される１次空気供給量と、２次空気流量判定手段３４より検出される２次空気供給量と、排ガス流量判定手段３５より検出される排ガス排出量とに応じて１次燃焼室１で発生する可燃性ガス量を判定する。
【００３８】
なお、１次空気流量判定手段３３は可変速制御手段２７が出力する回転速度指令から１次空気供給量を判定し、２次空気流量判定手段３４は可変速制御手段２８が出力する回転速度指令から２次空気供給量を判定し、排ガス流量判定手段３５は可変速制御手段２９が出力する回転速度指令から排ガス排出量を判定する。
【００３９】
つぎに、上述の構成による焼却装置の動作を説明する。まず、可燃性ガス量判定手段３２について説明する。例えば、特開昭５１−３４７８９号公報にあるように、焼却の対象となる廃棄物のほとんどについて言えることであるが、燃焼により排出される排ガス中には以下のような体積％で各成分が含まれている。
【００４０】
（ａ）Ｎ２ ，Ｈ２ ０，ＣＯ２ ，Ｏ２ 数％〜数十％
（ｂ）ＣＯ ０．１％程度
（ｃ）ＳＯＸ ，ＮＯＸ ，ＨＣｌ 数百ｐｐｍ程度
上記（ｂ）（ｃ）項は、（ａ）項に比べ非常に小さい。
【００４１】
そこで、焼却物を、Ｃ，Ｈ，Ｏのみの化合物とみなし、これが空気過剰率λで完全燃焼したときを考える。燃焼反応式は次式（１）のようになる。
【００４２】
【数１】
【００４３】
これは、１次燃焼室１にＣｍ，Ｈｎ，Ｏｌなる焼却物が投入され、この焼却物が熱分解により分子量が小さな可燃性ガスとなり、２次燃焼室４においてＯ２ ，Ｎ２ からなる最適な空気量が与えられることによって完全燃焼すると、排ガスとしてＣＯ２ ，Ｈ２ Ｏ，Ｏ２ ，Ｎ２ が排出されることを意味する。
【００４４】
また、式（１）は焼却物１ｍｏｌについての記述であるから、投入される焼却物がαｍｏｌであるとすると、式（１）の両辺にαを乗じた式となる。
【００４５】
以上の前提のもとに、式（１）より１次燃焼室１で発生する可燃性ガス量、すなわちαを導出する。まず、以下のように変数を定義する。
【００４６】
外気温度 ：ｔ０
１次燃焼室温度 ：ｔ１
１次必要空気量 ：ｑ１ （焼却物１ｍｏｌ当り）
１次燃焼室内圧 ：ｐ１
１次押込みファン回転速度 ：ω１
１次供給空気量 ：Ｑ１
２次燃焼室温度 ：ｔ２
２次必要空気量 ：ｑ２ （焼却物１ｍｏｌ当り）
２次押込みファン回転速度 ：ω２
２次供給空気量 ：Ｑ２
排ガス温度 ：ｔ３
排ガス量 ：ｑ３ （焼却物１ｍｏｌ当り）
排ガス誘引ファン回転速度 ：ω３
排ガス誘引量 ：Ｑ３
上述の式（１）より１次必要空気量ｑ１ と排ガス量ｑ３ は式（２）と式（３）で表すことができる。
【００４７】
【数２】
【００４８】
１次燃焼室１で供給される空気量ｑ１ 中のＯ２ ，Ｎ２ は、焼却物の成分と共に中間生成物である可燃性ガスとして２次燃焼室４に送られ、その所で完全燃焼するため、完全燃焼前と後との体積変化については、結果的に２次燃焼室４で供給される空気量ｑ２ と同じ扱いになる。従って、燃焼前と燃焼後との体積比（Ａとおく）は、式（４）で表わすことができる。
【００４９】
【数３】
【００５０】
また、焼却物αｍｏｌに必要な供給空気量Ｑ１ ，Ｑ２ は、式（５）、式（６）で表わすことができる。
【００５１】
【数４】
【００５２】
このときの、排ガス量Ｑ３ は、式（７）で表わすことができる。
【００５３】
【数５】
【００５４】
そして、式（４）〜（７）より可燃性ガス量αは、式（８）で表わすことができる。
【００５５】
【数６】
【００５６】
すなわち、焼却物の成分比ｌ，ｍ，ｎが既知であれば、圧力一定の平衡状態において、前式（８）が成り立ち、可燃性ガス量αが求まることになる。焼却物の成分比についてはほとんど知られているから、この成分比を予め設定しておくか、必要であればゴミの種類により選択できるようにしておく。
【００５７】
つぎに、流量判定手段３３、３４、３５について述べる。１次押込みファン３ａ、２次押込みファン６ａ、排ガス誘引ファン７ａを駆動させるために与えられる回転速度指令信号より各ファンが供給する空気量あるいは排出するガス流量を判定することができる。すなわち、上述のような定義した変数を用いて以下のよう表わすことができる。
【００５８】
Ｑ１ ＝ｆａ１（ω１ ） （９）
Ｑ２ ＝ｆａ２（ω２ ） （１０）
Ｑ３ ＝ｆａ３（ω３ ） （１１）
【００５９】
ここで、ｆａ１，ｆａ２，ｆａ３は、ファン特性および配管・吐出し孔等の形状により決まる圧力損失より求まる関数である。これらの関数ｆａ１，ｆａ２，ｆａ３は、ほとんどの場合、１次線形関数で近似可能である。また、この関数ｆａ１，ｆａ２，ｆａ３を解いて流量を求める代わりに、回転速度対流量の関係を実測し、その結果をデータテーブルとして持ってもよい。従来は、ガス流量を把握するためにピトー管を利用した流量計等を用いていたが不要となる。
【００６０】
つぎに、可変速制御手段２７、２８、２９について述べる。従来、供給空気量制御あるいは排ガス排出量制御は、一定回転のファンとその流路に備えられたダンパの開度を調節して行われていたが、この場合には、熱によるダンパ軸受の損傷やダンパの構造上、流量を線形に制御することができず、正確な流量制御が困難であった。
【００６１】
このことに対して、この発明による焼却炉では、ダンパを無くしファンの回転速度を定量的に制御することにより、供給空気量や排ガス排出量をより正確に制御することができる。これらのファン回転速度制御は、一般に広く利用されている誘導モータと汎用インバータによって実現できる。
【００６２】
つぎに、圧力検出器２４および排ガス量制御手段３０について述べる。圧力検出器２４は、絶対圧力を検出する必要はなく、大気圧との圧力差を検出できる差圧計でよい。従って、構造的にも簡単で、１次燃焼室１からパイプを延ばせば温度による影響もなく劣化の心配もない。
【００６３】
排ガス量制御手段３０は、圧力検出器２４の検出信号を受けて、この検出値が負圧一定になるよう排ガス誘引ファン７ａの可変速制御手段２９にＰＩＤ制御をかける。
【００６４】
さらに、燃焼過程を、例えば２次燃焼室予熱期間、ガス化燃焼期間、炭火燃焼期間、冷却期間と云った区分に分割し、２次燃焼室予熱期間は誘引量を抑えぎみにし、負圧値を小さくすることによって熱の排出を抑え、ガス化燃焼期間は誘引量を増し、負圧値を大きくすることによって急激な圧力変動を吸収することができる。
【００６５】
つぎに、空気量制御手段３１について図２、図３に示されているフローチャートを参照しながら説明する。運転が開始されると、まず、１次燃焼室１の室内圧ｐ１ が、負圧一定となるように、可変速制御手段２９によって排ガス誘引ファン７ａの回転速度をフィードバック制御する（ステップＳ１０）。この制御は運転の全工程において行われる。
【００６６】
つぎに、２次燃焼室予熱期間を与えるべく２次燃焼室温度ｔ２ が８００〜９００℃程度になるように、２次バーナ制御手段２６によって２次バーナ５のオン／オフをフィードバック制御する（ステップＳ２０）。この制御は後述するステップＳ１６０においてガス化が終了したと判定されるまで行われる。
【００６７】
つぎに、１次バーナ２により１次燃焼室１内の焼却物を着火し、１次バーナ制御手段２５により１次燃焼室１内の温度が熱分解に必要な温度を保つように１次バーナ２のオン／オフをフィードバック制御する（ステップＳ３０）。
【００６８】
つぎに、ガス化燃焼期間の初期燃焼状態制御にあたるステップＳ４０〜ステップＳ８０について説明する。まず、１次供給空気量Ｑ１ が、Ｑ１ ＝Ｑ１−０ となるように、１次供給空気量Ｑ１ の初期値Ｑ１−０ を有する空気量制御手段３１によって１次押込みファン３ａの回転速度を制御する（ステップＳ４０）。
【００６９】
この状態において、外部から供給された１次供給空気および着火された焼却物のある部分が燃焼し、その燃焼熱によってある部分は熱分解を始める。このため、発生する可燃性ガスにより１次燃焼室１の室内圧が上昇しようとする。しかし、排ガス量制御手段３０が働き、排ガス誘引ファン７ａの回転速度が上昇することによって１次燃焼室１の室内圧は負圧一定に保たれる。
【００７０】
つぎに、排ガス流量判定手段３５によって排ガス流量Ｑ３ を判定し（ステップＳ５０）、前述の式（８）により可燃性ガス量αを判定する（ステップＳ６０）。すなわち、Ｑ１ ＝Ｑ１−０ 、Ｑ２ ＝０を式（８）に代入して次式（１２）によって可燃性ガス量αを算出する。
【００７１】
【数７】
【００７２】
つぎに、可燃性ガス量αがα＞αＬＬであるか否かを判定する（ステップＳ７０）。ここで、αＬＬは可燃性ガス量がある値以上に達するのを判定するための設定値である。α＞αＬＬでない場合には、ステップＳ５０へ戻り、ステップＳ５０〜ステップＳ７０を繰り返す。言換えると、αＬＬは１次供給空気量の初期値Ｑ１−０ により燃焼が十分賄える可燃性ガス量ということができる。
【００７３】
α＞αＬＬとなり、可燃性ガス量がある一定以上の量に達した時点で、空気量制御手段３１により可燃性ガスが完全燃焼するために必要なＱ２ ＝ｆｂ （α）なる空気量を２次燃焼室４に供給する（ステップＳ８０）。ここで、ｆｂ は可燃性ガスαｍｏｌを完全燃焼させるために必要な空気量を求める関数である。
【００７４】
続いて、ガス化燃焼期間の安定燃焼状態にあたるステップＳ９０〜ステップＳ１６０について説明する。可燃性ガス量がαＬ ＜α＜αＨ の条件を満足しているか否かを判定する（ステップＳ９０）。ここで、αＬ およびαＨ は可燃性ガス量がある範囲内にあることを判定するための下限値および上限値である。
【００７５】
αＬ ＜α＜αＨ を満たしておらず、α＜αＬ であれば、１次供給空気量Ｑ１ を所定量、増加させ（ステップＳ１００）、αＨ ＜αであれば、１次供給空気量Ｑ１ を所定量、減少させる（ステップＳ１１０）。αＬ ＜α＜αＨ を満たしていれば、現在の１次供給空気量Ｑ１ を維持する。
【００７６】
つぎに、排ガス流量判定手段３５によって排ガス流量Ｑ３ を判定し（ステップＳ１２０）、前述の式（８）により可燃性ガス量αを判定する（ステップＳ１３０）。そして、空気量判定手段３１により可燃性ガスが完全燃焼するために必要なＱ２ ＝ｆｂ （α）なる空気量を２次燃焼室４に供給する（ステップＳ１４０）。
【００７７】
つぎに、１次供給空気量Ｑ１ の再調整が必要であるか否かの判定を行う（ステップＳ１５０）。この判定は、ステップＳ１００あるいはステップＳ１１０において調整した１次供給空気量Ｑ１ により可燃性ガス量αがどのくらい変化したかあるいは変化しないかを見極めることにより行うことができる。
【００７８】
ここで、再調整が不要であれば、ステップＳ１２０に戻り、これに対し再調整が必要であれば、ガス化が終了したか否かの判定を行う（ステップＳ１６０）。この判定は、前ステップＳ１５０において判定した可燃性ガス量αがステップＳ１００での１次供給空気量Ｑ１ の増加にも拘らず連続して減少し、あるレベル以下になったことによりにより行うことができる。
【００７９】
この時、可燃性ガス量αが減少したことにより１次温度、２次温度、２次バーナの作動時間（頻度）等の挙動にも影響が現れる。例えば、１次温度がピーク温度を記録した後に低下していくこと、２次温度が低下し、２次バーナの作動時間（頻度）が増すこと等であるが、これらを検出してガス化終了判定の条件として付加することもできる。
【００８０】
以上の条件を満たさなければ、ガス化が終了していないと判定し、ステップＳ９０に戻り、空気量制御を続ける。
【００８１】
ガス化が終了したと判定されれば、１次バーナ２、２次バーナ５および２次押込みファン６ａの動作を停止し、１次押込みファン３ａによって炭火燃焼・灰化および冷却を促進させるのに必要な固定した空気量を供給し、１次温度がある温度以下になった時点で全運転を終了する。
【００８２】
なお、１次温度検出器２０および１次押込みファン３ａを互いに異なる位置に複数設けることにより、より安定したガス化制御を行うことができる。特に、１次燃焼室１が大きくなればなるほど、そこに投入された焼却物の燃え広がり方の違い、燃焼むらのために効率的なガス化が行えなくなるが、１次温度検出器２０を複数設けることにより温度分布を知り、ガス化が進んでいる個所とそうでない個所を判定し、ガス化のために最も効率よく特定の個所に空気を必要量供給することができる。
【００８３】
また、１次燃焼室１が完全ガス化炉、半ガス化炉の違いあるいは固定床式、可動床式の違い、その他、１次燃焼炉の方式を問わず制御することができる。また、２次燃焼室４と排ガス誘引ファン７ａとの間にボイラ等の廃熱回収装置、サイクロン等の集塵機等の設備が付帯しても同様に制御することができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による焼却装置によれば、１次温度検出器により検出された１次燃焼室の室内温度と、圧力検出器により検出された１次燃焼室の室内圧と、２次温度検出器により検出された２次燃焼室の室内温度と、排ガス温度検出器により検出された排ガス温度と、外気温度検出器により検出された外気温と、１次空気供給装置による１次空気供給量と、２次空気供給装置による２次空気供給量と、排ガス排出装置による排ガス排出量より、可燃性ガス量判定手段によって、１次燃焼室で発生する可燃性ガス量を演算するから、ガスセンサのような特殊な検出器を使用することなくほとんど従来焼却炉の構成機器のままで、正確に可燃性ガス量を判定することができる。
【００８５】
つぎの発明による焼却装置によれば、可燃性ガス量判定手段により判定された可燃性ガス量に基き、空気量制御手段によって１次空気供給装置の１次空気供給量と２次空気供給装置の２次空気供給量を制御するから、可燃性ガスが完全燃焼するための空気量を的確に供給することができ、排ガスに含まれる煤塵や有害物質を極力少なくすることができる。
【００８６】
つぎの発明による焼却装置によれば、空気量制御手段による１次空気供給装置と２次空気供給装置と前記排ガス排出装置のそれぞれの可変速ファンの回転速度制御により、１次空気供給量、２次空気供給量、排ガス排出量を定量的に制御するから、従来のダンパ制御に比べ流量制御が容易で、より正確に制御することができる。
【００８７】
つぎの発明による焼却装置によれば、１次空気供給装置の１次空気供給量、２次空気供給装置の２次空気供給量、および排ガス排出装置の排ガス排出量を流量判定手段によって可変速ファンの回転速度から判定するから、流量計を設けることなく、これら流量を正確に得ることができる。
【００８８】
つぎの発明による焼却装置によれば、可燃性ガス量判定手段により判定された可燃性ガス量に基き、焼却物のガス化が終了したことを判定するから、特別な機器を設けることなくガス化終了判定が正確に行われ、有毒ガスが漏れ出すことがなくなる。
【００８９】
つぎの発明による焼却装置によれば、１次燃焼室の１次温度検出器と、１次燃焼室に空気を供給する１次空気供給装置が互いに異なる位置に複数個設けられているから、可燃性ガス量をより安定に制御することができる。
【００９０】
つぎの発明による焼却装置の運転制御方法によれば、１次温度検出器により検出された１次燃焼室の室内温度と、圧力検出器により検出された１次燃焼室の室内圧と、２次温度検出器により検出された２次燃焼室の室内温度と、排ガス温度検出器により検出された排ガス温度と、外気温度検出器により検出された外気温と、１次空気供給装置による１次空気供給量と、２次空気供給装置による２次空気供給量と、排ガス排出装置による排ガス排出量より、１次燃焼室で発生する可燃性ガス量を演算し、その可燃性ガス量に基き、前記１次空気供給装置の１次空気供給量と、前記２次空気供給装置の２次空気供給量を制御するから、ガスセンサのような特殊な検出器を使用することなく正確に可燃性ガス量を判定することができ、その上で、可燃性ガスが完全燃焼するための空気量を的確に供給することができ、排ガスに含まれる煤塵や有害物質を極力少なくすることができる。
【００９１】
つぎの発明による焼却装置の運転制御方法によれば、１次空気供給装置の１次空気供給量、２次空気供給装置の２次空気供給量、および排ガス排出装置の排ガス排出量を可変速ファンの回転速度から判定するから、流量計を設けることなく、これら流量を正確に得ることができる。
【００９２】
つぎの発明による焼却装置の運転制御方法によれば、可燃性ガス量に基き、焼却物のガス化が終了したことを判定するから、特別な機器を設けることなくガス化終了判定が正確に行われ、有毒ガスが漏れ出すことがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による焼却装置の一つの実施の形態を示す全体構成図である。
【図２】この発明による焼却装置の運転制御方法を示すフローチャート（前半部）である。
【図３】この発明による焼却装置の運転制御方法を示すフローチャート（後半部）である。
【図４】従来における焼却炉の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ １次燃焼室，２ １次着火装置（１次バーナ），３ １次空気供給装置，３ａ １次押込みファン，４ ２次燃焼室，５ ２次温度維持装置（２次バーナ），６ ２次空気供給装置，６ａ ２次押込みファン，７ 排ガス排出装置，７ａ 排ガス誘引ファン，８ 煙突，２０ １次温度検出器，２１ ２次温度検出器，２２ 排ガス温度検出器，２３ 外気温度検出器，２４ 圧力検出器，２５１次バーナ制御手段，２６ ２次バーナ制御手段，２７，２８，２９ 可変速制御手段，３０ 排ガス量制御手段，３１ 空気量制御手段，３２ 可燃性ガス量判定手段，３３ １次空気流量判定手段，３４ ２次空気流量判定手段，３５排ガス流量判定手段。
【発明の属する技術分野】
この発明は、焼却装置および焼却装置の運転制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来のガス化燃焼炉（乾溜炉）の構成を示している。図４において、１は焼却物を投入される１次燃焼室（ガス化炉、乾溜炉）、２は１次燃焼室１における焼却物の着火を行う１次着火装置（１次バーナ）、３は１次押込みファン３ａと１次空気量調節ダンパ３ｂとを含み、１次空気量調節ダンパ焼却物の熱分解に必要な空気を１次燃焼室１に供給する１次空気供給装置、４は１次燃焼室１内での焼却物の熱分解により発生した可燃性ガスを完全燃焼させる２次燃焼室（燃焼炉）、５は２次燃焼室４に導入された可燃性ガスが燃焼するのに必要な温度を維持する２次温度維持装置（２次バーナ）、６は２次押込みファン６ａと２次空気量調節ダンパ６ｂとを含み、可燃性ガスの燃焼に必要な空気を２次燃焼室４に供給する２次空気供給装置、７は排ガス誘引ファン７ａと排ガス量調節ダンパ７ｂとを含み、２次燃焼室４での燃焼により発生した排ガスを強制排出するための排ガス排出装置、８は煙突である。
【０００３】
また、ガス化燃焼炉には、これらに加えて、１次燃焼室１の室内温度を検出する１次温度検出器（熱電対）、２次燃焼室４の室内温度を検出する２次温度検出器（熱電対）、排ガスの温度を検出する排ガス温度検出器（熱電対）、１次燃焼室１の室内圧を検出する圧力検出器等のセンサ類が設けられているものもある。
【０００４】
つぎに、動作について説明する。１次燃焼室１に投入された焼却物は１次バーナ２により着火され、１次空気供給装置３により１次燃焼室１に熱分解に必要な空気が供給される。以降、１次燃焼室１の室内温度（以下、１次温度と云う）は１次バーナ２の火力と供給空気量の制御によって、例えば４００〜５００℃に保たれる。
【０００５】
着火された焼却物はある部分が燃焼し、その燃焼熱によりある部分は熱分解を始める。この熱分解によって１次燃焼室１では可燃性ガスが発生し、この可燃性ガスは２次燃焼室４に送られる。２次燃焼室４では可燃性ガスを燃焼させるために、２次バーナ５により２次燃焼室４の室内温度（以下、２次温度と云う）が、例えば８００〜９００℃に保たれ、２次燃焼室４には２次空気供給装置６により燃焼に必要な空気量が供給される。通常、２次温度を、例えば８００℃以上にしておくために、焼却物に着火する前に２次バーナ５を作動させて２次温度を上昇させるための２次燃焼室予熱期間が設けられる。
【０００６】
燃焼した可燃性ガスは、排ガスとして、排ガス排出装置７により煙突８より大気中に排出される。
【０００７】
また、ガス化燃焼炉によっては１次燃焼室１の室内圧を検出し、これが負圧一定になるように排ガス排出装置７の排ガス量調節ダンパ７ｂを制御し、燃焼を安定化させるものもある。
【０００８】
このようなガス化焼却炉においては、燃焼過程を、上述したように、２次温度を８００℃等の所定温度以上に上昇させるための２次燃焼室予熱期間、焼却物に着火され熱分解により可燃性ガスを発生させるガス化燃焼期間、ガス化が終了して炭化した焼却物が燃焼する炭火燃焼期間、および炭火燃焼が衰えて灰化が進み、冷却してゆく冷却期間というように区分することがある。
【０００９】
つぎに、各部の制御方法について説明する。１次バーナ２は、１次温度により、例えば５００℃でオフ、４００℃に低下すれば再びオフと云うにオン／オフ制御される。通常、１次バーナ２は焼却物の着火を行い、例えば５００℃に一旦達すれば、以降１次バーナ２が再びオンすることはほとんどない。
【００１０】
２次バーナ５も同様で、２次温度により、例えば９００℃でオフ、８００℃に低下すれば再びオンというようにオフ／オフ制御される。２次燃焼室を８００℃以上に保つことにより、可燃性ガスは着火手段によらずとも自燃焼する。従って通常、２次バーナ５についても、ガス化燃焼期間が始まれば、オフすることになる。
【００１１】
１次押込みファン３ａ、２次押込みファン６ａ、排ガス誘引ファン７ａは一定回転ファンであり、１次空気量調節ダンパ３ｂ、２次空気量調節ダンパ６ｂ、および排ガス量調節ダンパ７ｂにより流量が調節される。１次空気量はガス化が安定して行われるよう制御される必要があり、２次空気量は可燃性ガスを完全燃焼させる適量の空気を供給するよう制御される必要がある。
【００１２】
これら空気量制御は、通常、過去の運転データや作業者の勘といった経験則による方法、１次温度又は２次温度より燃焼状態を概略推定して制御する方法、あるいは可燃性ガス、または排ガスの成分分析ができるガスセンサを設け、その結果により必要な空気量を判定する方法等がとられている。
【００１３】
以上に述べた制御の一部もしくは全部は、通常焼却物のガス化が終了した時点で終了する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
焼却炉（ガス化燃焼炉）における１次空気供給装置と２次空気供給装置による供給空気量は、焼却物の燃焼制御に最も重要な要素であるが、従来、これらの供給空気量の調節は、過去の運転データや作業者の勘と云った経験則に依存しているため、最適な空気量制御とは云えない。
【００１５】
また、なかには上述の構成に加え、空気供給量を燃焼過程に従って自動的に変化させる機能を有したものもあるが、これも同様に経験則に従った固定パターンが与えられているだけであるため、時々刻々変化する燃焼状態に対し、最適な空気量制御とは云えない。
【００１６】
また、１次温度または２次温度により燃焼状態を推定し、供給空気量を制御しようとするものもあるが、燃焼反応の結果としての温度変化を用いていることによる遅れ、温度分布のばらつきによる不正確さなどがあるため、十分な空気量制御とは云えなかった。
【００１７】
また、上述の焼却炉の１次燃焼室と２次燃焼室間を結ぶ煙道、あるいは排出装置の出口等に、可燃性ガスあるいは排ガスの成分を検出する検出器や、その検出信号により最適空気供給量を判定する手段を有したものもあるが、温度や圧力を検出する検出器とは異なり、センサ部が煤塵等の付着物により早期に機能低下あるいは機能しなくなることがあるため、耐久性、保守性について問題がある。
【００１８】
さらに、制御上、検出器があまりに重要な要素であるため、この検出器が故障した場合、重大な事故に繋がる可能性がある。
【００１９】
また、ガス化燃焼終了段階の判定があいまいな場合が多いため、一部、可燃性ガスが僅かながら発生しているにも拘らず、バーナや供給空気を停止したために有毒ガスが漏れ出すと云った虞れがあった。
【００２０】
また、１次燃焼室１の容積が大きくなればなるほど、そこに投入された焼却物の燃え広がり方が多様により、また燃焼むらが生じ易くなるため、安定したガス化が得にくいと云う問題がある。
【００２１】
この発明は、上述のような問題点を解消するためになされたもので、焼却物の燃焼過程で、逐次最適な空気量制御を行って有害な排ガスを出すことなく完全燃焼させる焼却装置および焼却装置の運転制御方法を得ることを目的としている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による焼却装置は、焼却物を投入される１次燃焼室と、前記１次燃焼室内の焼却物の着火を行う１次着火装置と、焼却物の熱分解に必要な空気を前記１次燃焼室に供給する１次空気供給装置と、前記１次燃焼室の室内温度を検出する１次温度検出器と、前記１次燃焼室の室内圧を検出する圧力検出器と、前記１次燃焼室内での焼却物の熱分解により発生した可燃性ガスを完全燃焼させる２次燃焼室と、前記２次燃焼室に導入された可燃性ガスが燃焼するのに必要な温度を維持するための２次温度維持装置と、可燃性ガスの燃焼に必要な空気を前記２次燃焼室に供給する２次空気供給装置と、前記２次燃焼室の室内温度を検出する２次温度検出器と、前記２次燃焼室にて燃焼した排ガスを排出するための排ガス排出装置と、前記排ガスの温度を検出する排ガス温度検出器と、外気温を検出する外気温度検出器と、前記１次温度検出器により検出された前記１次燃焼室の室内温度と前記圧力検出器により検出された１次燃焼室の室内圧と前記２次温度検出器により検出された前記２次燃焼室の室内温度と、前記排ガス温度検出器により検出された排ガス温度と前記外気温度検出器により検出された外気温と前記１次空気供給装置による１次空気供給量と前記２次空気供給装置による２次空気供給量と前記排ガス排出装置による排ガス排出量より、前記１次燃焼室で発生する可燃性ガス量を演算判定する可燃性ガス量判定手段とを有しているものである。
【００２３】
つぎの発明にのよる焼却装置は、前記可燃性ガス量判定手段により判定された可燃性ガス量に基き、前記１次空気供給装置の１次空気供給量、２次空気供給装置の２次空気供給量を制御する空気量制御手段を有しているものである。
【００２４】
つぎの発明による焼却装置は、前記１次空気供給装置と前記２次空気供給装置と前記排ガス排出装置はそれぞれ可変速ファンを備え、前記１次空気供給装置と前記２次空気供給装置と前記排ガス排出装置のそれぞれの可変速ファンの回転速度を個別に制御する可変速制御手段を有しているものである。
【００２５】
つぎの発明による焼却装置は、前記１次空気供給装置の１次空気供給量、２次空気供給装置の２次空気供給量、および排ガス排出装置の排ガス排出量を、前記可変速ファンの回転速度から判定する流量判定手段を有しているものである。
【００２６】
つぎの発明による焼却装置は、前記可燃性ガス量判定手段により判定された可燃性ガス量に基き、焼却物のガス化が終了したことを判定するものである。
【００２７】
つぎの発明による焼却装置は、前記１次燃焼室の１次温度検出器と、前記１次燃焼室に空気を供給する１次空気供給装置が互いに異なる位置に複数個設けられているものである。
【００２８】
また、上述の目的を達成するために、この発明による焼却装置の運転制御方法は、焼却物を投入される１次燃焼室と、前記１次燃焼室内の焼却物の着火を行う１次着火装置と、焼却物の熱分解に必要な空気を前記１次燃焼室に供給する１次空気供給装置と、前記１次燃焼室の室内温度を検出する１次温度検出器と、前記１次燃焼室の室内圧を検出する圧力検出器と、前記１次燃焼室内での焼却物の熱分解により発生した可燃性ガスを完全燃焼させる２次燃焼室と、前記２次燃焼室に導入された可燃性ガスが燃焼するのに必要な温度を維持するための２次温度維持装置と、可燃性ガスの燃焼に必要な空気を前記２次燃焼室に供給する２次空気供給装置と、前記２次燃焼室の室内温度を検出する２次温度検出器と、前記２次燃焼室にて燃焼した排ガスを排出するための排ガス排出装置と、前記排ガスの温度を検出する排ガス温度検出器と、外気温を検出する外気温度検出器とを有する焼却装置の運転制御方法において、前記１次温度検出器により検出された前記１次燃焼室の室内温度と、前記圧力検出器により検出された１次燃焼室の室内圧と、前記２次温度検出器により検出された前記２次燃焼室の室内温度と、前記排ガス温度検出器により検出された排ガス温度と、前記外気温度検出器により検出された外気温と、前記１次空気供給装置による１次空気供給量と、前記２次空気供給装置による２次空気供給量と、前記排ガス排出装置による排ガス排出量より、前記１次燃焼室で発生する可燃性ガス量を演算判定し、その可燃性ガス量に基き、前記１次空気供給装置の１次空気供給量と、前記２次空気供給装置の２次空気供給量を制御するものである。
【００２９】
つぎの発明による焼却装置の運転制御方法は、前記１次空気供給装置と前記２次空気供給装置と前記排ガス排出装置のそれぞれに設けられている可変速ファンの回転速度から前記１次空気供給装置の１次空気供給量、２次空気供給装置の２次空気供給量、および排ガス排出装置の排ガス排出量を判定するものである。
【００３０】
つぎの発明による焼却装置の運転制御方法は、前記可燃性ガス量に基き、焼却物のガス化が終了したことを判定するものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明に係る焼却装置および焼却装置の運転制御方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に説明するこの発明の実施の形態において、上述の従来例と同一構成の部分は、上述の従来例に付した符号と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
図１はこの発明による焼却装置の一つの実施の形態を示している。この焼却装置には、検出器として、１次燃焼室１の室内温度を検出する１次温度検出器（１次温度センサ）２０と、２次燃焼室４の室内温度を検出する２次温度検出器（２次温度センサ）２１と、排ガスの温度を検出する排ガス温度検出器（排ガス温度センサ）２２と、外気温を検出する外気温度検出器（外気温センサ）２３と、１次燃焼室１の室内圧を検出する圧力検出器（圧力センサ）２４とが各所に設けられている。
【００３３】
また、この焼却装置には、１次温度検出器２０によって検出された１次温度により１次バーナ（１次着火装置）２をオフ／オフ制御する１次バーナ制御手段２５と、２次温度検出器２１より検出される２次温度により２次バーナ（２次温度維持装置）５をオフ／オフ制御する２次バーナ制御手段２６とが設けられている。
【００３４】
また、この焼却装置には、１次燃焼室１における焼却物の熱分解に必要な空気量を１次燃焼室１に供給する１次押込みファン３ａと、２次燃焼室４における可燃性ガスを完全燃焼させるために必要な空気量を２次燃焼室４に供給する２次押込みファン６ａと、排ガス誘引ファン７ａのそれぞれの回転速度を個別に制御する可変速制御手段２７、２８、２９が設けられている。
【００３５】
排ガス誘引ファン７ａの可変速制御手段２９は排ガス量制御手段３０が出力する回転速度指令により排ガス誘引ファン７ａの回転速度を定量的に最適制御するものであり、排ガス量制御手段３０は圧力検出器２４によって検出された１次燃焼室１の室内圧を入力してこの室内圧に応じた指令を可変速制御手段２９に出力する。これにより、排ガス誘引ファン７ａは１次燃焼室１の室内圧に応じて回転速度を定量的に制御される。
【００３６】
１次押込みファン３ａの可変速制御手段２７と２次押込みファン６ａの可変速制御手段２８は、空気量制御手段３１が出力する回転速度指令により１次押込みファン３ａ、２次押込みファン６ａの回転速度を定量的に最適制御するものであり、空気量制御手段３１は可燃性ガス量判定手段３２により判定される１次燃焼室１で発生する可燃性ガス量に応じた指令を空気量制御手段３１に出力する。
【００３７】
可燃性ガス量判定手段３２は、１次温度検出器２０より検出される１次温度と、２次温度検出器２１より検出される２次温度と、排ガス温度検出器２２より検出される排ガス温度と、外気温度検出器２３により検出される外気温度と、１次空気流量判定手段３３により検出される１次空気供給量と、２次空気流量判定手段３４より検出される２次空気供給量と、排ガス流量判定手段３５より検出される排ガス排出量とに応じて１次燃焼室１で発生する可燃性ガス量を判定する。
【００３８】
なお、１次空気流量判定手段３３は可変速制御手段２７が出力する回転速度指令から１次空気供給量を判定し、２次空気流量判定手段３４は可変速制御手段２８が出力する回転速度指令から２次空気供給量を判定し、排ガス流量判定手段３５は可変速制御手段２９が出力する回転速度指令から排ガス排出量を判定する。
【００３９】
つぎに、上述の構成による焼却装置の動作を説明する。まず、可燃性ガス量判定手段３２について説明する。例えば、特開昭５１−３４７８９号公報にあるように、焼却の対象となる廃棄物のほとんどについて言えることであるが、燃焼により排出される排ガス中には以下のような体積％で各成分が含まれている。
【００４０】
（ａ）Ｎ２ ，Ｈ２ ０，ＣＯ２ ，Ｏ２ 数％〜数十％
（ｂ）ＣＯ ０．１％程度
（ｃ）ＳＯＸ ，ＮＯＸ ，ＨＣｌ 数百ｐｐｍ程度
上記（ｂ）（ｃ）項は、（ａ）項に比べ非常に小さい。
【００４１】
そこで、焼却物を、Ｃ，Ｈ，Ｏのみの化合物とみなし、これが空気過剰率λで完全燃焼したときを考える。燃焼反応式は次式（１）のようになる。
【００４２】
【数１】
これは、１次燃焼室１にＣｍ，Ｈｎ，Ｏｌなる焼却物が投入され、この焼却物が熱分解により分子量が小さな可燃性ガスとなり、２次燃焼室４においてＯ２ ，Ｎ２ からなる最適な空気量が与えられることによって完全燃焼すると、排ガスとしてＣＯ２ ，Ｈ２ Ｏ，Ｏ２ ，Ｎ２ が排出されることを意味する。
【００４４】
また、式（１）は焼却物１ｍｏｌについての記述であるから、投入される焼却物がαｍｏｌであるとすると、式（１）の両辺にαを乗じた式となる。
【００４５】
以上の前提のもとに、式（１）より１次燃焼室１で発生する可燃性ガス量、すなわちαを導出する。まず、以下のように変数を定義する。
【００４６】
外気温度 ：ｔ０
１次燃焼室温度 ：ｔ１
１次必要空気量 ：ｑ１ （焼却物１ｍｏｌ当り）
１次燃焼室内圧 ：ｐ１
１次押込みファン回転速度 ：ω１
１次供給空気量 ：Ｑ１
２次燃焼室温度 ：ｔ２
２次必要空気量 ：ｑ２ （焼却物１ｍｏｌ当り）
２次押込みファン回転速度 ：ω２
２次供給空気量 ：Ｑ２
排ガス温度 ：ｔ３
排ガス量 ：ｑ３ （焼却物１ｍｏｌ当り）
排ガス誘引ファン回転速度 ：ω３
排ガス誘引量 ：Ｑ３
上述の式（１）より１次必要空気量ｑ１ と排ガス量ｑ３ は式（２）と式（３）で表すことができる。
【００４７】
【数２】
１次燃焼室１で供給される空気量ｑ１ 中のＯ２ ，Ｎ２ は、焼却物の成分と共に中間生成物である可燃性ガスとして２次燃焼室４に送られ、その所で完全燃焼するため、完全燃焼前と後との体積変化については、結果的に２次燃焼室４で供給される空気量ｑ２ と同じ扱いになる。従って、燃焼前と燃焼後との体積比（Ａとおく）は、式（４）で表わすことができる。
【００４９】
【数３】
また、焼却物αｍｏｌに必要な供給空気量Ｑ１ ，Ｑ２ は、式（５）、式（６）で表わすことができる。
【００５１】
【数４】
このときの、排ガス量Ｑ３ は、式（７）で表わすことができる。
【００５３】
【数５】
そして、式（４）〜（７）より可燃性ガス量αは、式（８）で表わすことができる。
【００５５】
【数６】
すなわち、焼却物の成分比ｌ，ｍ，ｎが既知であれば、圧力一定の平衡状態において、前式（８）が成り立ち、可燃性ガス量αが求まることになる。焼却物の成分比についてはほとんど知られているから、この成分比を予め設定しておくか、必要であればゴミの種類により選択できるようにしておく。
【００５７】
つぎに、流量判定手段３３、３４、３５について述べる。１次押込みファン３ａ、２次押込みファン６ａ、排ガス誘引ファン７ａを駆動させるために与えられる回転速度指令信号より各ファンが供給する空気量あるいは排出するガス流量を判定することができる。すなわち、上述のような定義した変数を用いて以下のよう表わすことができる。
【００５８】
Ｑ１ ＝ｆａ１（ω１ ） （９）
Ｑ２ ＝ｆａ２（ω２ ） （１０）
Ｑ３ ＝ｆａ３（ω３ ） （１１）
【００５９】
ここで、ｆａ１，ｆａ２，ｆａ３は、ファン特性および配管・吐出し孔等の形状により決まる圧力損失より求まる関数である。これらの関数ｆａ１，ｆａ２，ｆａ３は、ほとんどの場合、１次線形関数で近似可能である。また、この関数ｆａ１，ｆａ２，ｆａ３を解いて流量を求める代わりに、回転速度対流量の関係を実測し、その結果をデータテーブルとして持ってもよい。従来は、ガス流量を把握するためにピトー管を利用した流量計等を用いていたが不要となる。
【００６０】
つぎに、可変速制御手段２７、２８、２９について述べる。従来、供給空気量制御あるいは排ガス排出量制御は、一定回転のファンとその流路に備えられたダンパの開度を調節して行われていたが、この場合には、熱によるダンパ軸受の損傷やダンパの構造上、流量を線形に制御することができず、正確な流量制御が困難であった。
【００６１】
このことに対して、この発明による焼却炉では、ダンパを無くしファンの回転速度を定量的に制御することにより、供給空気量や排ガス排出量をより正確に制御することができる。これらのファン回転速度制御は、一般に広く利用されている誘導モータと汎用インバータによって実現できる。
【００６２】
つぎに、圧力検出器２４および排ガス量制御手段３０について述べる。圧力検出器２４は、絶対圧力を検出する必要はなく、大気圧との圧力差を検出できる差圧計でよい。従って、構造的にも簡単で、１次燃焼室１からパイプを延ばせば温度による影響もなく劣化の心配もない。
【００６３】
排ガス量制御手段３０は、圧力検出器２４の検出信号を受けて、この検出値が負圧一定になるよう排ガス誘引ファン７ａの可変速制御手段２９にＰＩＤ制御をかける。
【００６４】
さらに、燃焼過程を、例えば２次燃焼室予熱期間、ガス化燃焼期間、炭火燃焼期間、冷却期間と云った区分に分割し、２次燃焼室予熱期間は誘引量を抑えぎみにし、負圧値を小さくすることによって熱の排出を抑え、ガス化燃焼期間は誘引量を増し、負圧値を大きくすることによって急激な圧力変動を吸収することができる。
【００６５】
つぎに、空気量制御手段３１について図２、図３に示されているフローチャートを参照しながら説明する。運転が開始されると、まず、１次燃焼室１の室内圧ｐ１ が、負圧一定となるように、可変速制御手段２９によって排ガス誘引ファン７ａの回転速度をフィードバック制御する（ステップＳ１０）。この制御は運転の全工程において行われる。
【００６６】
つぎに、２次燃焼室予熱期間を与えるべく２次燃焼室温度ｔ２ が８００〜９００℃程度になるように、２次バーナ制御手段２６によって２次バーナ５のオン／オフをフィードバック制御する（ステップＳ２０）。この制御は後述するステップＳ１６０においてガス化が終了したと判定されるまで行われる。
【００６７】
つぎに、１次バーナ２により１次燃焼室１内の焼却物を着火し、１次バーナ制御手段２５により１次燃焼室１内の温度が熱分解に必要な温度を保つように１次バーナ２のオン／オフをフィードバック制御する（ステップＳ３０）。
【００６８】
つぎに、ガス化燃焼期間の初期燃焼状態制御にあたるステップＳ４０〜ステップＳ８０について説明する。まず、１次供給空気量Ｑ１ が、Ｑ１ ＝Ｑ１−０ となるように、１次供給空気量Ｑ１ の初期値Ｑ１−０ を有する空気量制御手段３１によって１次押込みファン３ａの回転速度を制御する（ステップＳ４０）。
【００６９】
この状態において、外部から供給された１次供給空気および着火された焼却物のある部分が燃焼し、その燃焼熱によってある部分は熱分解を始める。このため、発生する可燃性ガスにより１次燃焼室１の室内圧が上昇しようとする。しかし、排ガス量制御手段３０が働き、排ガス誘引ファン７ａの回転速度が上昇することによって１次燃焼室１の室内圧は負圧一定に保たれる。
【００７０】
つぎに、排ガス流量判定手段３５によって排ガス流量Ｑ３ を判定し（ステップＳ５０）、前述の式（８）により可燃性ガス量αを判定する（ステップＳ６０）。すなわち、Ｑ１ ＝Ｑ１−０ 、Ｑ２ ＝０を式（８）に代入して次式（１２）によって可燃性ガス量αを算出する。
【００７１】
【数７】
つぎに、可燃性ガス量αがα＞αＬＬであるか否かを判定する（ステップＳ７０）。ここで、αＬＬは可燃性ガス量がある値以上に達するのを判定するための設定値である。α＞αＬＬでない場合には、ステップＳ５０へ戻り、ステップＳ５０〜ステップＳ７０を繰り返す。言換えると、αＬＬは１次供給空気量の初期値Ｑ１−０ により燃焼が十分賄える可燃性ガス量ということができる。
【００７３】
α＞αＬＬとなり、可燃性ガス量がある一定以上の量に達した時点で、空気量制御手段３１により可燃性ガスが完全燃焼するために必要なＱ２ ＝ｆｂ （α）なる空気量を２次燃焼室４に供給する（ステップＳ８０）。ここで、ｆｂ は可燃性ガスαｍｏｌを完全燃焼させるために必要な空気量を求める関数である。
【００７４】
続いて、ガス化燃焼期間の安定燃焼状態にあたるステップＳ９０〜ステップＳ１６０について説明する。可燃性ガス量がαＬ ＜α＜αＨ の条件を満足しているか否かを判定する（ステップＳ９０）。ここで、αＬ およびαＨ は可燃性ガス量がある範囲内にあることを判定するための下限値および上限値である。
【００７５】
αＬ ＜α＜αＨ を満たしておらず、α＜αＬ であれば、１次供給空気量Ｑ１ を所定量、増加させ（ステップＳ１００）、αＨ ＜αであれば、１次供給空気量Ｑ１ を所定量、減少させる（ステップＳ１１０）。αＬ ＜α＜αＨ を満たしていれば、現在の１次供給空気量Ｑ１ を維持する。
【００７６】
つぎに、排ガス流量判定手段３５によって排ガス流量Ｑ３ を判定し（ステップＳ１２０）、前述の式（８）により可燃性ガス量αを判定する（ステップＳ１３０）。そして、空気量判定手段３１により可燃性ガスが完全燃焼するために必要なＱ２ ＝ｆｂ （α）なる空気量を２次燃焼室４に供給する（ステップＳ１４０）。
【００７７】
つぎに、１次供給空気量Ｑ１ の再調整が必要であるか否かの判定を行う（ステップＳ１５０）。この判定は、ステップＳ１００あるいはステップＳ１１０において調整した１次供給空気量Ｑ１ により可燃性ガス量αがどのくらい変化したかあるいは変化しないかを見極めることにより行うことができる。
【００７８】
ここで、再調整が不要であれば、ステップＳ１２０に戻り、これに対し再調整が必要であれば、ガス化が終了したか否かの判定を行う（ステップＳ１６０）。この判定は、前ステップＳ１５０において判定した可燃性ガス量αがステップＳ１００での１次供給空気量Ｑ１ の増加にも拘らず連続して減少し、あるレベル以下になったことによりにより行うことができる。
【００７９】
この時、可燃性ガス量αが減少したことにより１次温度、２次温度、２次バーナの作動時間（頻度）等の挙動にも影響が現れる。例えば、１次温度がピーク温度を記録した後に低下していくこと、２次温度が低下し、２次バーナの作動時間（頻度）が増すこと等であるが、これらを検出してガス化終了判定の条件として付加することもできる。
【００８０】
以上の条件を満たさなければ、ガス化が終了していないと判定し、ステップＳ９０に戻り、空気量制御を続ける。
【００８１】
ガス化が終了したと判定されれば、１次バーナ２、２次バーナ５および２次押込みファン６ａの動作を停止し、１次押込みファン３ａによって炭火燃焼・灰化および冷却を促進させるのに必要な固定した空気量を供給し、１次温度がある温度以下になった時点で全運転を終了する。
【００８２】
なお、１次温度検出器２０および１次押込みファン３ａを互いに異なる位置に複数設けることにより、より安定したガス化制御を行うことができる。特に、１次燃焼室１が大きくなればなるほど、そこに投入された焼却物の燃え広がり方の違い、燃焼むらのために効率的なガス化が行えなくなるが、１次温度検出器２０を複数設けることにより温度分布を知り、ガス化が進んでいる個所とそうでない個所を判定し、ガス化のために最も効率よく特定の個所に空気を必要量供給することができる。
【００８３】
また、１次燃焼室１が完全ガス化炉、半ガス化炉の違いあるいは固定床式、可動床式の違い、その他、１次燃焼炉の方式を問わず制御することができる。また、２次燃焼室４と排ガス誘引ファン７ａとの間にボイラ等の廃熱回収装置、サイクロン等の集塵機等の設備が付帯しても同様に制御することができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による焼却装置によれば、１次温度検出器により検出された１次燃焼室の室内温度と、圧力検出器により検出された１次燃焼室の室内圧と、２次温度検出器により検出された２次燃焼室の室内温度と、排ガス温度検出器により検出された排ガス温度と、外気温度検出器により検出された外気温と、１次空気供給装置による１次空気供給量と、２次空気供給装置による２次空気供給量と、排ガス排出装置による排ガス排出量より、可燃性ガス量判定手段によって、１次燃焼室で発生する可燃性ガス量を演算するから、ガスセンサのような特殊な検出器を使用することなくほとんど従来焼却炉の構成機器のままで、正確に可燃性ガス量を判定することができる。
【００８５】
つぎの発明による焼却装置によれば、可燃性ガス量判定手段により判定された可燃性ガス量に基き、空気量制御手段によって１次空気供給装置の１次空気供給量と２次空気供給装置の２次空気供給量を制御するから、可燃性ガスが完全燃焼するための空気量を的確に供給することができ、排ガスに含まれる煤塵や有害物質を極力少なくすることができる。
【００８６】
つぎの発明による焼却装置によれば、空気量制御手段による１次空気供給装置と２次空気供給装置と前記排ガス排出装置のそれぞれの可変速ファンの回転速度制御により、１次空気供給量、２次空気供給量、排ガス排出量を定量的に制御するから、従来のダンパ制御に比べ流量制御が容易で、より正確に制御することができる。
【００８７】
つぎの発明による焼却装置によれば、１次空気供給装置の１次空気供給量、２次空気供給装置の２次空気供給量、および排ガス排出装置の排ガス排出量を流量判定手段によって可変速ファンの回転速度から判定するから、流量計を設けることなく、これら流量を正確に得ることができる。
【００８８】
つぎの発明による焼却装置によれば、可燃性ガス量判定手段により判定された可燃性ガス量に基き、焼却物のガス化が終了したことを判定するから、特別な機器を設けることなくガス化終了判定が正確に行われ、有毒ガスが漏れ出すことがなくなる。
【００８９】
つぎの発明による焼却装置によれば、１次燃焼室の１次温度検出器と、１次燃焼室に空気を供給する１次空気供給装置が互いに異なる位置に複数個設けられているから、可燃性ガス量をより安定に制御することができる。
【００９０】
つぎの発明による焼却装置の運転制御方法によれば、１次温度検出器により検出された１次燃焼室の室内温度と、圧力検出器により検出された１次燃焼室の室内圧と、２次温度検出器により検出された２次燃焼室の室内温度と、排ガス温度検出器により検出された排ガス温度と、外気温度検出器により検出された外気温と、１次空気供給装置による１次空気供給量と、２次空気供給装置による２次空気供給量と、排ガス排出装置による排ガス排出量より、１次燃焼室で発生する可燃性ガス量を演算し、その可燃性ガス量に基き、前記１次空気供給装置の１次空気供給量と、前記２次空気供給装置の２次空気供給量を制御するから、ガスセンサのような特殊な検出器を使用することなく正確に可燃性ガス量を判定することができ、その上で、可燃性ガスが完全燃焼するための空気量を的確に供給することができ、排ガスに含まれる煤塵や有害物質を極力少なくすることができる。
【００９１】
つぎの発明による焼却装置の運転制御方法によれば、１次空気供給装置の１次空気供給量、２次空気供給装置の２次空気供給量、および排ガス排出装置の排ガス排出量を可変速ファンの回転速度から判定するから、流量計を設けることなく、これら流量を正確に得ることができる。
【００９２】
つぎの発明による焼却装置の運転制御方法によれば、可燃性ガス量に基き、焼却物のガス化が終了したことを判定するから、特別な機器を設けることなくガス化終了判定が正確に行われ、有毒ガスが漏れ出すことがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による焼却装置の一つの実施の形態を示す全体構成図である。
【図２】この発明による焼却装置の運転制御方法を示すフローチャート（前半部）である。
【図３】この発明による焼却装置の運転制御方法を示すフローチャート（後半部）である。
【図４】従来における焼却炉の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ １次燃焼室，２ １次着火装置（１次バーナ），３ １次空気供給装置，３ａ １次押込みファン，４ ２次燃焼室，５ ２次温度維持装置（２次バーナ），６ ２次空気供給装置，６ａ ２次押込みファン，７ 排ガス排出装置，７ａ 排ガス誘引ファン，８ 煙突，２０ １次温度検出器，２１ ２次温度検出器，２２ 排ガス温度検出器，２３ 外気温度検出器，２４ 圧力検出器，２５１次バーナ制御手段，２６ ２次バーナ制御手段，２７，２８，２９ 可変速制御手段，３０ 排ガス量制御手段，３１ 空気量制御手段，３２ 可燃性ガス量判定手段，３３ １次空気流量判定手段，３４ ２次空気流量判定手段，３５排ガス流量判定手段。
Claims (9)
- 焼却物を投入される１次燃焼室と、
前記１次燃焼室内の焼却物の着火を行う１次着火装置と、
焼却物の熱分解に必要な空気を前記１次燃焼室に供給する１次空気供給装置と、
前記１次燃焼室の室内温度を検出する１次温度検出器と、
前記１次燃焼室の室内圧を検出する圧力検出器と、
前記１次燃焼室内での焼却物の熱分解により発生した可燃性ガスを完全燃焼させる２次燃焼室と、
前記２次燃焼室に導入された可燃性ガスが燃焼するのに必要な温度を維持するための２次温度維持装置と、
可燃性ガスの燃焼に必要な空気を前記２次燃焼室に供給する２次空気供給装置と、
前記２次燃焼室の室内温度を検出する２次温度検出器と、
前記２次燃焼室にて燃焼した排ガスを排出するための排ガス排出装置と、
前記排ガスの温度を検出する排ガス温度検出器と、
外気温を検出する外気温度検出器と、
前記１次温度検出器により検出された前記１次燃焼室の室内温度と、前記圧力検出器により検出された前記１次燃焼室の室内圧と、前記２次温度検出器により検出された前記２次燃焼室の室内温度と、前記排ガス温度検出器により検出された排ガス温度と、前記外気温度検出器により検出された外気温と、前記１次空気供給装置による１次空気供給量と、前記２次空気供給装置による２次空気供給量と、前記排ガス排出装置による排ガス排出量より、前記１次燃焼室で発生する可燃性ガス量を演算判定する可燃性ガス量判定手段と、
を有していることを特徴とする焼却装置。 - 前記可燃性ガス量判定手段により判定された可燃性ガス量に基き、前記１次空気供給装置の１次空気供給量と、前記２次空気供給装置の２次空気供給量を制御する空気量制御手段を有していることを特徴とする請求項１に記載の焼却装置。
- 前記１次空気供給装置と前記２次空気供給装置と前記排ガス排出装置はそれぞれ可変速ファンを備え、
前記１次空気供給装置と前記２次空気供給装置と前記排ガス排出装置のそれぞれの可変速ファンの回転速度を個別に制御する可変速制御手段を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の焼却装置。 - 前記１次空気供給装置の１次空気供給量、２次空気供給装置の２次空気供給量、および排ガス排出装置の排ガス排出量を、前記可変速ファンの回転速度から判定する流量判定手段を有していることを特徴とする請求項３に記載の焼却装置。
- 前記可燃性ガス量判定手段により判定された可燃性ガス量に基き、焼却物のガス化が終了したことを判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の焼却装置。
- 前記１次燃焼室の１次温度検出器と、前記１次燃焼室に空気を供給する１次空気供給装置が互いに異なる位置に複数個設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の焼却装置。
- 焼却物を投入される１次燃焼室と、前記１次燃焼室内の焼却物の着火を行う１次着火装置と、焼却物の熱分解に必要な空気を前記１次燃焼室に供給する１次空気供給装置と、前記１次燃焼室の室内温度を検出する１次温度検出器と、前記１次燃焼室の室内圧を検出する圧力検出器と、前記１次燃焼室内での焼却物の熱分解により発生した可燃性ガスを完全燃焼させる２次燃焼室と、前記２次燃焼室に導入された可燃性ガスが燃焼するのに必要な温度を維持するための２次温度維持装置と、可燃性ガスの燃焼に必要な空気を前記２次燃焼室に供給する２次空気供給装置と、前記２次燃焼室の室内温度を検出する２次温度検出器と、前記２次燃焼室にて燃焼した排ガスを排出するための排ガス排出装置と、前記排ガスの温度を検出する排ガス温度検出器と、外気温を検出する外気温度検出器とを有する焼却装置の運転制御方法において、
前記１次温度検出器により検出された前記１次燃焼室の室内温度と、前記圧力検出器により検出された前記１次燃焼室の室内圧と、前記２次温度検出器により検出された前記２次燃焼室の室内温度と、前記排ガス温度検出器により検出された排ガス温度と、前記外気温度検出器により検出された外気温と、前記１次空気供給装置による１次空気供給量と、前記２次空気供給装置による２次空気供給量と、前記排ガス排出装置による排ガス排出量より、前記１次燃焼室で発生する可燃性ガス量を演算判定し、その可燃性ガス量に基き、前記１次空気供給装置の１次空気供給量と、前記２次空気供給装置の２次空気供給量を制御することを特徴とする焼却装置の運転制御方法。 - 前記１次空気供給装置と前記２次空気供給装置と前記排ガス排出装置のそれぞれに設けられている可変速ファンの回転速度から前記１次空気供給装置の１次空気供給量、２次空気供給装置の２次空気供給量、および排ガス排出装置の排ガス排出量を判定することを特徴とする請求項７に記載の焼却装置の運転制御方法。
- 前記可燃性ガス量に基き、焼却物のガス化が終了したことを判定することを特徴とする請求項７または８に記載の焼却装置の運転制御方法。
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