JP3621792B2

JP3621792B2 - 廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法

Info

Publication number: JP3621792B2
Application number: JP34673796A
Authority: JP
Inventors: 昌宣一町; 太小林; 光正戸高; 俊次山内
Original assignee: Nittetsu Plant Designing Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2016-12-09
Also published as: JPH10169947A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混合収集ごみ、分別収集ごみ、粗大ごみなどの都市ごみ及び下水スラッジ、ゴム、タイヤ、貝殻等の廃棄物、又は、廃油、スラッジ、金属屑などの産業廃棄物を、高温で溶融処理する廃棄物溶融炉から発生するガスを燃焼させる燃焼炉の燃焼制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃熱ボイラ付きの廃棄物溶融処理設備として、図４に示す形態のものがあり、以下、その構成を簡単に説明する。
図示するように、上部開口から投入された都市ごみや産業廃棄物を溶融処理する廃棄物溶融炉５０の下部には、空気供給配管５１と酸素供給配管５２とが接続されている。一方、廃棄物溶融炉５０の上部に設けた生成ガス出口５３は、中途に可燃性ダスト（チャー）除去用のサイクロン５４を取付けたダクト５５を介して燃焼炉５６の生成ガス入口５７に接続されている。また、燃焼炉５６の排ガス出口５８は廃熱ボイラ５９に接続されており、廃熱ボイラ５９は集塵機６０と誘引送風機６１を介して煙突６２に接続されている。
かかる構成によって、都市ごみや産業廃棄物を溶融処理して得た排ガスの保有する熱を利用して、熱交換によって、廃熱ボイラ５９で蒸気を発生することができ、都市ごみや産業廃棄物を熱資源として有効に活用することができる。
【０００３】
ところで、図４及び図５に示すように、廃棄物溶融炉５０において発生する発生ガスの総発熱量は、排ガス中に含まれる可燃性ダスト（チャー）の量の変動に起因して大きく変動するため、そのままでは、燃焼炉５６における燃焼量も大きく変化し、廃熱ボイラ５９によって蒸気を安定的に生成することができない。
【０００４】
そこで、従来においても、図５に示すように、燃焼炉５６内に、燃焼空気送風機６３を作動して、一次空気配管６４、二次空気配管６５、三次空気配管６６ａ等を通して燃焼空気を供給すると共に、二次空気配管６５に流量制御弁６６を取付け、この流量制御弁６６を、燃焼炉５６の炉内温度を検出する熱電対からなる温度検出器６７、６７ａの出力に基づいて開閉制御し、燃焼炉５６内の燃焼温度制御を行うようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法は、未だ、以下の解決すべき課題を有していた。
即ち、熱電対からなる温度検出器６７、６７ａによる燃焼制御では、熱電対の特性より、燃焼炉５６の炉内温度の上昇をリアルタイムで検出することができないため、図６及び図７に示すように、発生ガスカロリーの変動に対して燃焼温度制御が追随できず、燃焼炉５６の炉内温度が大きく変動し、その結果、炉内温度が高温になるとダストが溶融して炉内壁にクリンカーを生成し、また、炉内温度が低温になると燃焼性が悪化し未燃ＣＯを発生していた。なお、図６において実線はガス単味発熱量を、破線は発生ガス総発熱量を示す。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、燃焼炉の炉内温度を安定させることにより未燃ＣＯの発生をなくすことができる廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載の廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法は、廃棄物溶融炉から発生する生成ガスを燃焼する燃焼炉の燃焼制御方法であって、前記廃棄物溶融炉に吹き込まれる送風空気流量と、送風酸素流量と、前記廃棄物溶融炉から発生する前記生成ガスの成分の分析値に基づいて、理論燃焼空気流量を演算して、該理論燃焼空気流量に基づいて前記燃焼炉に供給する燃焼空気流量を制御する。
請求項２記載の廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法は、請求項１記載の廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法において、前記燃焼炉の出口からの排ガス中の酸素量を分析し、該酸素量が設定酸素量となるように前記燃焼空気流量を補正するようにしている。
請求項３記載の廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法は、請求項１又は２記載の廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法において、該燃焼炉の出口からの排ガスを循環して前記燃焼炉内に吹き込み、該燃焼炉の出口温度を制御するようにしている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係る廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法を好適に用いることができる廃棄物溶融処理設備Ａの構成について説明する。
【０００９】
図示するように、廃棄物溶融炉１０の上部には都市ごみや産業廃棄物が投入される投入部１１が設けられると共に、その下部には、廃棄物溶融炉１０内に空気と酸素とを供給するための空気供給配管１２と酸素供給配管１３とが接続されている。
廃棄物溶融炉１０の上部には生成ガス出口１４が設けられており、この生成ガス出口１４は、ダクト１５を介して、燃焼炉１６の生成ガス入口１７に連通連結されている。また、ダクト１５の中途には、生成ガス中の可燃性ダスト（チャー）を除去するためのサイクロン１８が取付けられており、サイクロン１８の底部はダストホッパー１９及びスクリュフィーダ２０を介して燃焼炉１６の生成ガス入口１７の近傍をなすダクト１５の下流側端に連通連結されている。
燃焼炉１６の下部には１次、２次燃焼空気入口２１ａ、２１ｂが設けられており、この１次、２次燃焼空気入口２１ａ、２１ｂには、それぞれ、１次、２次燃焼空気供給配管２２ａ、２２ｂの下流側端が連通連結されている。また、１次、２次燃焼空気供給配管２２ａ、２２ｂの上流側をなす燃焼空気供給本管２２の中途には燃焼空気送風機２３が取付けられている。
【００１０】
燃焼炉１６の排ガス出口２４はダクト２５を介して廃熱ボイラ２６に連通連結されている。一方、廃熱ボイラ２６は、集塵機２７と誘引送風機２８を中途に取付けたダクト２９を介して煙突３０に連通連結されている。
また、ダクト２９の下流側から排ガス一部還流ダクト３１が分岐されており、その下流側端は燃焼炉１６に連通連結されている。排ガス一部還流ダクト３１の中途には一部還流送風機３２が取付けられている。
【００１１】
次に、上記した構成を有する廃棄物溶融処理設備Ａにおいて、廃棄物溶融炉１０で生成された生成ガスの燃焼炉１６における燃焼を制御するために用いる各種検出器及び制御装置等について説明する。
図１に示すように、空気供給配管１２と酸素供給配管１３には、それぞれ、送風空気流量検出器３３と送風酸素流量検出器３４とが取付けられており、廃棄物溶融炉１０内に供給される送風空気流量と送風酸素流量とをそれぞれ検出することができる。
廃棄物溶融炉１０の生成ガス出口１４には生成ガス成分検出器３５が取付けられており、廃棄物溶融炉１０における都市ごみや産業廃棄物の溶融によって発生した生成ガスの成分、特に、ＣＯやＣＯ_２を検出することができる。
【００１２】
燃焼炉１６の１次、２次燃焼空気入口２１ａ、２１ｂに連通連結される１次、２次燃焼空気供給配管２２ａ、２２ｂの中途には、それぞれ、１次、２次燃焼空気流量調節弁３６ａ、３６ｂが取付けられており、燃焼炉１６の炉内環境に応じて燃焼炉１６に供給される燃焼空気の流量をそれぞれ別個に調節することができる。
燃焼炉１６の排ガス出口２４の近傍をなすダクト２５の部分には排ガス中酸素検出器３７が取付けられており、燃焼炉１６の排ガス出口２４から流出する排ガス中の酸素量を検出することができる。
上記した検出器のうち、送風空気流量検出器３３、送風酸素流量検出器３４及び生成ガス成分検出器３５は燃焼空気流量演算回路３８に接続されており、一方、排ガス中酸素検出器３７は酸素補正制御回路３９に接続されている。また、燃焼空気流量演算回路３８と酸素補正制御回路３９同士も接続されている。
また、酸素補正制御回路３９には１次、２次燃焼空気流量調節弁３６ａ、３６ｂが接続されている。
さらに、本実施の形態では、排ガス一部還流ダクト３１の中途には流量調節弁４０が取付けられており、一方、燃焼炉１６の排ガス出口２４には排ガス温度検出器４１が取付けられている。そして、流量調節弁４０と排ガス温度検出器４１とは温度制御回路４２に接続されている。
【００１３】
次に、上記した構成を有する廃棄物溶融処理設備Ａを用いた廃棄物溶融処理方法について説明する。
廃棄物溶融炉１０の上部に設けられた装入装置から廃棄物溶融炉１０内に投入された都市ごみ、産業廃棄物、コークス及び石灰石は、空気供給配管１２と酸素供給配管１３を通して、廃棄物溶融炉１０の下部に設けられた羽口１０ａより廃棄物溶融炉１０内に吹き込まれる空気及び酸素と反応し、不燃物は溶解して図示しない出滓口より炉外へ、可燃物は熱分解されてガス化し、生成ガスを発生することになる。
【００１４】
この生成ガスは、廃棄物溶融炉１０の上部からダクト１５を経てサイクロン１８で可燃性ダスト（チャー）を一部除塵回収した後、生成ガス入口１７より、燃焼炉１６内に流入し、燃焼空気供給本管２２を通して燃焼炉１６内に流入されてきた燃焼空気と反応して燃焼する。
サイクロン１８で捕集した可燃性ダスト（チャー）はダストホッパー１９及びスクリュフィーダ２０を通して燃焼炉１６内に切り出され、燃焼空気と反応して燃焼する。
燃焼炉１６内には、さらに、後述する排ガスの一部が排ガス一部還流ダクト３１を通して還流される。
燃焼炉１６から排出された排ガスは廃熱ボイラ２６に送られて熱交換され、ここで発生した蒸気は、図示しない余熱利用設備によりエネルギ変換され所定の用途に利用されることになる。また、廃熱ボイラ２６を通過し冷やされた排ガスは、集塵機２７と、誘引送風機２８及び煙突３０を通して大気中に放出されることになる。
【００１５】
本実施の形態は、上記した廃棄物溶融処理設備Ａによる廃棄物溶融処理方法において、燃焼炉１６内における燃焼温度を安定させるため、燃焼空気流量制御の検出端を温度検出器ではなく、廃棄物溶融炉１０に吹き込まれる送風空気流量及び送風酸素流量と、廃棄物溶融炉１０から発生する生成ガスの成分の分析値に基づいて、理論燃焼空気流量を演算し、この理論燃焼空気流量に基づいて、燃焼炉１６に供給する燃焼空気流量を制御するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
以下、図２に示す理論１次燃焼空気流量演算及び理論全燃焼空気流量演算の基本ブロック図、及び、図３に示す燃焼空気流量制御のフローチャートに基づいて、この廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法について説明する。
先ず、図２を参照して、理論１次燃焼空気流量及び理論全燃焼空気流量の演算方法について説明する。
図２に示すように、送風空気流量検出器３３で検出した送風空気流量（ｂ）と、送風酸素流量検出器３４で検出した送風酸素流量（ａ）と、生成ガス成分検出器３５で検出した生成ガス中の主要成分であるＣＯ割合（ｃ）とＣＯ_２割合（ｄ）に基づいて、燃焼空気流量演算回路３８によって生成ガス量（ｅ）を演算する。
即ち、生成ガス量（ｅ）の演算は、廃棄物溶融炉１０の入口・出口のＮ_２バランスより以下の式で求められる。
【００１７】
【数１】

【００１８】
なお、上記した式において、生成ガス中のＮ_２割合は、ＣＯ_２及びＣＯを除く大半の成分がＮ_２であることにより、１ − （ｃ＋ｄ）で求められる。
この生成ガス量（ｅ）に基づき、生成ガス中の主要可燃ガス成分であるＣＯガスの量を演算し、さらに少量の副次的可燃物である水素ガスの量を想定割合に基づいて演算する。
さらに、サイクロン１８によって捕集されずに生成ガスに随伴されて供給される可燃ダスト量を生成ガス量（ｅ）に対する想定割合に基づいて演算する。これらの可燃成分の量に基づき理論１次燃焼空気流量（ｆ）を演算する。
また、サイクロン１８によって捕集したダストホッパー１９内の可燃性ダスト（チャー）を燃料として燃焼炉１６内に切り出す場合は、チャー切出量（ｇ）に基づいてチャー燃焼空気流量（ｈ）を演算する。このチャー燃焼空気流量（ｈ）を理論１次燃焼空気流量（ｆ）に加えることによって理論全燃焼空気流量（ｉ）を演算する。
【００１９】
次に、図３に示す燃焼空気流量制御のフローチャートを参照して、燃焼空気流量制御について説明する。
理論１次燃焼空気流量（ｆ）の演算が完了すると（ステップ１００）、１次空気比Ｋ１（例えば、１）を理論１次燃焼空気流量（ｆ）に掛けて（ステップ１０１）、１次空気流量制御指令を出す（ステップ１０２）。この指令に基づいて、１次燃焼空気流量調節弁３６ａの弁開度制御がなされ（ステップ１０３）、燃焼炉１６へ１次燃焼空気供給配管２２ａを通して供給される１次燃焼空気流量が調節される。
また、サイクロン１８によって捕集したダストホッパー１９内の可燃性ダスト（チャー）を燃料として燃焼炉１６内に切り出す場合は（ステップ１０４）、換算係数Ｋをチャー切出量（ｇ）に掛けてチャー燃焼空気流量（ｈ）を演算すると共に加え（ステップ１０５、１０６）、その後、１次燃焼空気流量調節弁３６ａの弁開度制御がなされ（ステップ１０３）、燃焼炉１６へ１次燃焼空気供給配管２２ａを通して供給される１次燃焼空気流量が調節される。
【００２０】
一方、理論全燃焼空気流量（ｉ）の演算が完了すると（ステップ１０７）、全空気比Ｋ２（例えば、２）を理論全燃焼空気流量（ｉ）に掛けて得た燃焼空気流量（ステップ１０８）から理論１次燃焼空気流量（ｆ）に１次空気比Ｋ１を掛けた燃焼空気流量を引いた後（ステップ１０９）、２次空気流量制御指令を出す（ステップ１１０）。この指令に基づいて、２次燃焼空気流量調節弁３６ｂの弁開度制御がなされ（ステップ１１１）、燃焼炉１６へ２次燃焼空気供給配管２２ｂを通して供給される２次燃焼空気流量が調節される。
さらに、本実施の形態では、必要に応じて、排ガス中酸素検出器３７によって燃焼炉１６から排出される排ガス中の酸素濃度を検出し、この酸素濃度が適正濃度（通常、１０％）より過剰に高い場合（例えば、１５％）又は過剰に低い場合（例えば、３％）は制御指令を出し（ステップ１１２）、適正濃度になるように補正した後（ステップ１１３）、２次空気流量制御指令を出し（ステップ１１０）、この指令に基づいて、２次燃焼空気流量調節弁３６ｂの弁開度制御がなされ（ステップ１１１）、燃焼炉１６へ２次燃焼空気供給配管２２ｂを通して供給される２次燃焼空気流量を調節できるようにしている。
【００２１】
このように、本実施の形態では、燃焼空気流量制御の検出端を温度検出器ではなく、廃棄物溶融炉１０に吹き込まれる送風空気流量及び送風酸素流量と、廃棄物溶融炉１０から発生する生成ガスの成分の分析値に基づいて、理論燃焼空気流量を演算し、この理論燃焼空気流量に基づいて、燃焼炉１６に供給する燃焼空気流量を制御するようにしたので、燃焼炉１６内における燃焼温度を安定させることができ、未燃ＣＯの発生を防止することができる。
燃焼炉１６の炉内温度の安定化により、耐火物に与える熱衝撃が緩和でき、耐火物の寿命延長を図ることができる。
また、本実施の形態では、必要に応じて、排ガス中酸素検出器３７によって燃焼炉１６から排出される排ガス中の酸素濃度を検出して、この酸素濃度が設定濃度になるように理論燃焼空気流量を補正した後、燃焼炉１６に供給するようにしているので、生成ガス中の連続測定が困難な可燃性ダスト（チャー）やタールによる燃焼空気流量の過不足を補正することができ、燃焼制御の精度を高めることができる。
【００２２】
さらに、本実施の形態では、図１に示すように、燃焼炉１６からの排ガスの温度を排ガス温度検出器４１によって検出し、この検出値に基づいて、流量調節弁４０の弁開度を調節して排ガスの一部を燃焼炉１６内に供給させ、燃焼炉１６内の燃焼温度のさらなる安定化を図っている。これにより、燃焼温度を８５０℃〜９００℃の間で高温に維持でき、ダイオキシン等の有害物質の発生防止に有効となる。また、ボイラー入口ガス温度が安定するので、ボイラーの安定運転にも有効である。さらに、煙突３０から大気中への放出ガス量が低減されることによって、煙突３０から排出される有害物質の量を低減できる。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１〜３記載の廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法においては、廃棄物溶融炉に吹き込まれる送風空気流量と、送風酸素流量と、廃棄物溶融炉から発生する生成ガスの成分の分析値に基づいて、理論燃焼空気流量を演算して、燃焼炉に供給する燃焼空気流量を制御するようにしている。従って、燃焼炉内における燃焼温度を安定させることができ、未燃ＣＯの発生を防止することができる。また、燃焼炉の炉内温度の安定化により、耐火物に与える熱衝撃が緩和でき、耐火物の寿命延長を図ることができる。
【００２４】
特に、請求項２記載の廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法においては、燃焼炉の出口からの排ガス中の酸素量を分析し、酸素量が設定酸素量となるように燃焼空気流量を補正するようにしている。従って、廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御の精度をさらに高めることができ、燃焼炉の炉内温度をさらに安定化することができ、未燃ＣＯの発生をより確実に防止することができる。
さらに、請求項３記載の廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法においては、燃焼炉の出口からの排ガスを循環して燃焼炉内に吹き込み、燃焼炉の出口温度等を制御することで燃焼炉内温度を高温で安定化でき、ダイオキシン等の有害物質の発生を防止できる。また、煙突等から大気中への放出ガス量を低減でき、煙突からの有害物質の排出量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法を適用可能な廃棄物溶融処理設備の概念的構成説明図である。
【図２】同方法の燃焼空気流量演算ブロック図である。
【図３】同方法の燃焼空気流量制御のフローチャートである。
【図４】従来の廃棄物溶融処理設備の概念的構成説明図である。
【図５】同燃焼制御説明図である。
【図６】同廃棄物溶融炉で発生する生成ガスの発熱量の変動を示すグラフである。
【図７】同燃焼炉の炉内温度の変動を示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ廃棄物溶融処理設備１０廃棄物溶融炉
１０ａ羽口１１投入部
１２空気供給配管１３酸素供給配管
１４生成ガス出口１５ダクト
１６燃焼炉１７生成ガス入口
１８サイクロン１９ダストホッパー
２０スクリュフィーダ２１ａ１次燃焼空気入口
２１ｂ２次燃焼空気入口２２燃焼空気供給本管
２２ａ１次燃焼空気供給配管２２ｂ２次燃焼空気供給配管
２３燃焼空気送風機２４排ガス出口
２５ダクト２６廃熱ボイラ
２７集塵機２８誘引送風機
２９ダクト３０煙突
３１排ガス一部還流ダクト３２一部還流送風機
３３送風空気流量検出器３４送風酸素流量検出器
３５生成ガス成分検出器３６ａ１次燃焼空気流量調節弁
３６ｂ２次燃焼空気流量調節弁３７排ガス中酸素検出器
３８燃焼空気流量演算回路３９酸素補正制御回路
４０流量調節弁４１排ガス温度検出器
４２温度制御回路

Claims

廃棄物溶融炉から発生する生成ガスを燃焼する燃焼炉の燃焼制御方法であって、前記廃棄物溶融炉に吹き込まれる送風空気流量と、送風酸素流量と、前記廃棄物溶融炉から発生する前記生成ガスの成分の分析値に基づいて、理論燃焼空気流量を演算し、該理論燃焼空気流量に基づいて前記燃焼炉に供給する燃焼空気流量を制御する廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法。
前記燃焼炉の出口からの排ガス中の酸素量を分析し、該酸素量が設定酸素量となるように前記燃焼空気流量を補正するようにしたことを特徴とする請求項１記載の廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法。
前記燃焼炉の出口からの排ガスを循環して該燃焼炉内に吹き込み、該燃焼炉の出口温度を制御するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法。