JP3668010B2 - ごみ焼却設備及びその制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般廃棄物および産業廃棄物を焼却処理するごみ焼却設備及びその制御方法に関し、特に、排気ガス中のダイオキシン類の量を抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ごみ焼却炉のダイオキシン抑制を考慮したごみ焼却設備としては、従来、例えば、特開平4-288405号公報（以下、従来技術１とする）や、特開平9-273730号公報（以下、従来技術２とする）に記載されたものがある。
【０００３】
従来技術１では、焼却炉出口または集塵装置出口のＣＯ濃度を検出して、集塵装置入り口の排ガス温度を操作している。ＣＯ濃度はダイオキシン類の濃度と相関があることから、ＣＯ濃度をダイオキシン濃度の代替指標としている。また、ＣＯ濃度が高いときには集塵装置入り口の排ガス温度を低くして集塵効率を上げ、ＣＯ濃度が低いときには排ガス温度を高くしている。集塵装置の後流では、脱硝装置の制約から温度を昇温する必要がある。集塵装置入り口の排ガス温度を高くする理由は、集塵装置前後での熱ロスを少なくするためである。
【０００４】
また、従来技術２では、従来技術１と同様に、ＣＯ濃度を代替指標としているが、操作量は二次空気量である。また、ＮＯｘも同時に低減するという特徴もある。具体的には、まず、焼却炉の運転データから二次空気量とＣＯ濃度、ＮＯｘ濃度、炉温度、それぞれの関係を抽出する。そして、これらの関係をファジールールで表現する。このファジールールに従い、ＣＯ、ＮＯｘの両方を低く押さえるように二次空気量を決定する。
【０００５】
ところで、ごみ焼却設備から発生するダイオキシン類の発生メカニズムには、主として次の２つがあると推定される。
【０００６】
１）焼却炉内のごみの燃焼過程で発生する。
【０００７】
２）焼却炉から排ガスが出て、それが減温される過程で発生する。
【０００８】
上記１）では、塩化ベンゼン、塩化フェノールといったダイオキシン類の前駆物質が反応することによって生成する生成量とダイオキシン類の燃焼による分解量とのバランスで正味の生成量が決定される。分解量は炉内の燃焼状態によって決まる。ＣＯ濃度がダイオキシンの代替物質として利用される理由は、ＣＯ濃度が燃焼状態の指標となるためである。しかし、ＣＯ濃度はダイオキシンの分解率の指標にはなっても、前駆物質からの生成量の指標とはなり得ない。したがって、ＣＯ濃度が同じ、すなわち燃焼状態が同じであっても前駆物質の濃度が異なる場合、ダイオキシン類の生成量が異なる。このような理由から、ＣＯ濃度とダイオキシン類の濃度の相関関係が崩れる場合がある。このような問題点を解決する従来技術として、特開平10-220727号公報（以下、従来技術３とする）に記載されているものがある。
【０００９】
従来技術３では、ダイオキシン濃度の代替指標として、クロロベンゼン類及び／又はクロロフェノール類の濃度を用い、これらの濃度をレーザー多光子イオン化質量分析装置で計測している。また、炉内酸素濃度、炉内温度も計測し、それらの情報からごみ供給量及び／又は燃焼空気量の過不足を判定し、ごみ供給量及び／又は燃焼空気量を調整している。したがって、ＣＯ濃度を計測して、ごみ供給量及び／又は燃焼空気量を調整するよりも、ダイオキシン類の生成量を的確に把握でき、しかもその抑制効果は高い。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術３のように、クロロベンゼン類等の濃度を計測してダイオキシン類の生成量を推定するためには、排ガス中に存在されるとされるごく微量な（1000ng/Nm3程度）クロロベンゼン類等を計測できる必要がある。すなわち、実質的にリアルタイムでかつ高精度な計測手段を具備することが不可欠となる。しかしながら、上記従来技術３に記載されている計測手段であるレーザー多光子イオン化質量分析装置は、塩素の１置換体であるモノクロロベンゼンはある程度イオン化できるものの、ベンゼン核に置換した塩素の数が１ケづつ増える毎に1/7から1/10の感度低下が起こるとされる。すなわち、塩素の３置換体であるトリクロロベンゼンは、モノクロロベンゼンの1/100の感度しかないといえる。一方、有毒なダイオキシン類は、塩素が４個以上置換した化合物であり、その前駆物質であるクロロベンゼン類等は、塩素が２ケまたは３ケ以上置換したものとなる。したがって、上記従来技術３に記載されたイオン化法では、イオン化の効率が低下してしまう。すなわち、排ガス中に含まれるごく微量な上記前駆物質（クロロベンゼン類および／またはクロロフェノール類）を測定することは極めて難しく、結局、ダイオキシン類の生成量をリアルタイムに的確に計測することができず、ダイオキシン類の抑制にあまり効果を上げることができないという問題点がある。
【００１１】
また、上記従来技術３では、焼却炉内のごみの燃焼過程で発生するダイオキシン類に対して、燃焼炉内でのみ対応し、最終的に煙突から排気されるダイオキシン類を十分に抑制することができないという問題点もある。
【００１２】
さらに、上記従来技術３では、ダイオキシン前駆物質の濃度や炉内酸素濃度や炉内温度等から、炉内の状態を想定して、ダイオキシン類の濃度が低下する操作対象を定めているが、炉内の火炎の状態が明確に判らないために、操作対象として適切なものを選定することができず、結果としてダイオキシン類を効果的に抑制することができないという問題点もある。
【００１３】
そこで、本願の第一の目的は、ダイオキシン類の生成量をより的確に計測し、ダイオキシン類を効果的に抑制することができるごみ焼却設備及びその制御方法を提供することである。
【００１４】
また、本願の第二の目的は、燃焼炉内のみならず、燃焼炉から排出された後の排気ガス中のダイオキシン類に対しても対処でき、最終的に煙突から排気されるダイオキシン類の量をより抑制することができるごみ焼却設備及びその制御方法を提供することである。
【００１５】
また、本願の第三の目的は、ダイオキシン類の濃度に応じて、適切な操作対象を選定して、ダイオキシン類の量を効果的に抑制することができるごみ焼却設備及びその制御方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記第一の目的を達成するための第一のごみ焼却設備は、
ごみ燃焼炉と、該ごみ燃焼炉の状態を操作する操作端とを有するごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉内のガス、又は該ごみ焼却炉からの排気ガスを採取するガス採取手段と、
前記ガス採取手段で採取された試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量を計測する計測装置と、
前記計測装置で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量に応じて、前記操作端の操作量を定めて、該操作端に該操作量を出力する制御手段と、
を備え、
前記計測装置は、校正用の標準ガスを発生する標準ガス発生装置と、ガスを大気圧下でイオン化する大気圧イオン化手段と、前記ガス採取手段で採取された試料ガスと前記標準ガスとを選択的に該大気圧イオン化手段に送るための切替装置と、前記大気圧イオン化手段でイオン化された前記試料ガス中の、ダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の質量分析を行う質量分析手段と、を有する、
ことを特徴とするものである。
【００１７】
前記第一の目的を達成するための第二のごみ焼却設備は、
前記第一のごみ焼却設備において、
前記ダイオキシン計測装置は、
予め定められた、前記ダイオキシン前駆物質の質量と前記ダイオキシン類の質量との相対関係を用いて、前記質量分析手段で質量分析された該ダイオキシン前駆物質の質量から該ダイオキシン類の質量を推定する推定手段を有する、
ことを特徴とするものである。
【００１８】
前記第一の目的を達成するための第三のごみ焼却設備は、
前記第一及び第二のいずれかのごみ焼却設備において、
前記計測装置は、
前記試料ガスから固形不純物を取り除くフィルタと、前記フィルタ及び前記切替装置を通ってきた前記試料ガス、及び前記標準ガス発生装置から前記切替装置を通ってきた前記標準ガスを前記大気圧イオン化手段に送るための配管と、該フィルタと該切替装置と該配管とを加熱するヒータと、を有する、
ことを特徴とするものである。
【００１９】
前記第一の目的を達成するための第四のごみ焼却設備は、
前記第一から第三のいずれかのごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉には、前記制御手段が制御する前記操作端として、該ごみ焼却炉内に供給されるごみの供給速度を調節するごみ供給速度調節手段、該ごみ焼却炉内に供給する一次空気の供給量を調節する一次空気量調節手段と、該一次空気の温度を調節する一次空気温度調節手段と、該一次空気が供給される位置よりも下流側に供給される二次空気の供給量を調節する二次空気量調節手段と、該二次空気を該焼却炉内に供給する向きを調節する二次空気供給方向調節手段とのうち、少なくとも該二次空気供給方向調節手段が設けられている、
ことを特徴とするものである。
【００２０】
前記第二の目的を達成するための第一のごみ焼却設備は、
ごみ焼却炉と、該ごみ焼却炉からの排気ガスを処理する排気ガス処理系と、該排気ガス処理系と通過した該排気ガスを排気する煙突と、を有するごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉から前記煙突までの間におけるガスを互いに異なる箇所で採取する複数のガス採取手段と、
複数の前記ガス採取手段で採取された各試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量をそれぞれ計測する複数のダイオキシン計測装置と、
複数の前記ダイオキシン計測装置で計測された各ダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量から、ダイオキシン類の主要な発生要因が、複数の前記ガス採取手段のうちのいずれのガス採取手段(以下、特定ガス採取手段とする）よりも上流側の状態によるものであるかを判断し、該特定ガス採取手段よりも上流側の設備の操作端であって、該操作端の操作量に応じてダイオキシン類の生成量に影響を与える操作端に対して、該特定ガス採取手段で採取されたガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量に応じて求めた操作量を出力する制御手段と、
を備えていることを特徴とするものである。
【００２１】
前記第二の目的を達成するための第二のごみ焼却設備は、
前記第二の目的を達成するための第一のごみ焼却設備において、
複数の前記ガス採取手段のうち、一つのガス採取手段が前記ごみ焼却炉内のガス、又は該ごみ焼却炉からの排気ガスであって前記排気ガス処理系に至る前の排気ガスを採取する焼却炉ガス採取手段であり、一つのガス採取手段が前記排気ガス処理系内の前記排気ガス、又は排気ガス処理系から排気された前記排気ガスを採取する処理系ガス採取手段であり、
複数の前記ダイオキシン計測装置のうち、一つのダイオキシン計測装置が前記焼却炉ガス採取手段で採取された試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量を計測する焼却炉ダイオキシン計測装置であり、一つのダイオキシン計測装置が前記処理系ガス採取手段で採取された試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量を計測する処理系ダイオキシン計測装置であり、
前記制御手段は、前記焼却炉ダイオキシン計測装置で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量と、前記処理系ダイオキシン計測装置で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量とから、ダイオキシン類の主要な発生要因が前記ごみ焼却炉の状態であるのか、前記排気ガス処理系の状態であるのかを判断し、該ごみ焼却炉と該排気ガス処理系とのうち、ダイオキシン類の主要な発生原因のある設備の前記操作端に対して、該設備の前記ダイオキシン計測装置で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量に応じて求めた操作量を出力する、
ことを特徴とするものである。
【００２２】
前記第二の目的を達成するための第三のごみ焼却設備は、
前記第二の目的を達成するための第二のごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉には、前記制御手段が制御する前記操作端として、該ごみ焼却炉内に供給されるごみの供給速度を調節するごみ供給速度調節手段、該ごみ焼却炉内に供給する一次空気の供給量を調節する一次空気量調節手段と、該一次空気の温度を調節する一次空気温度調節手段と、該一次空気が供給される位置よりも下流側に供給される二次空気の供給量を調節する二次空気量調節手段と、該二次空気を該焼却炉内に供給する向きを調節する二次空気供給方向調節手段とのうち、少なくとも一つが設けられ、
前記排気ガス処理系は、前記排気ガス中の粉塵を除去する集塵装置を有すると共に、前記制御手段が制御する前記操作端として、該集塵装置に送られる該排気ガスの温度を調節する排気ガス温度調節手段と、該集塵装置に送られる該排気ガス中に活性炭を吹き込む活性炭供給量調節手段とのうち、少なくとも一つを有する、
ことを特徴とするものである。
【００２３】
前記第二の目的を達成するための第四のごみ焼却設備は、
前記第二の目的を達成するための第三のごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉内の火炎を撮像する撮像手段を備え、
前記制御手段は、
ダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の各種量と前記ごみ焼却炉内の各種火炎パターンに対して、操作すべき操作端が定められているルールを用い、前記焼却炉ダイオキシン計測装置で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量と前記撮像手段で撮像された前記火炎のパターンとに応じた操作端を定めて、該操作端の動作を制御する、
ことを特徴とするものである。
【００２４】
前記第三の目的を達成するための第一のごみ焼却設備は、
ストーカーが移動して、ごみ中の水分を蒸発させる乾燥ストーカー炉を有するごみ燃焼炉と、該ごみ燃焼炉の状態を操作する複数の操作端とを備えているごみ焼却設備において、
前記乾燥ストーカー炉の上部に設けられ、前記ごみ焼却炉内のガスを採取するガス採取手段と、
前記ガス採取手段で採取された試料ガス中のダイオキシン前駆物質の量を計測する計測装置と、
前記ごみ焼却炉内の火炎を撮像する撮像手段と、
ダイオキシン前駆物質の各種量と前記ごみ焼却炉内の各種火炎パターンに対して、複数の前記操作端のうち、操作すべき操作端が定められているルールを用い、前記計測装置で計測された前記ダイオキシン前駆物質の量と前記撮像手段で撮像された前記火炎のパターンに応じた操作端を定めて、該操作端の動作を制御する制御手段と、
を備えていることを特徴とするものである。
【００２５】
ここで、前記第二の目的を達成するためのごみ焼却設備、及び前記第三の目的を達成するためのごみ焼却設備において、
前記ダイオキシン計測装置は、前記ガス採取手段で採取された試料ガスを大気圧下でイオン化する大気圧イオン化手段と、前記大気圧イオン化手段でイオン化された前記試料ガス中の、ダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の質量分析を行う質量分析手段と、を有することが好ましい。
【００２６】
また、以上の各ごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉には、前記制御手段が制御する前記操作端として、前記ストーカーの移動速度を調節するストーカー速度調節手段が設けられていることが好ましい。
【００２７】
前記第一の目的を達成するためのごみ焼却設備の制御方法は、
ごみ燃焼炉と、該ごみ燃焼炉の状態を操作する操作端とを有するごみ焼却設備の制御方法において、
前記ごみ焼却炉内のガス、又は該ごみ焼却炉からの排気ガスを採取するガス採取工程と、
前記ガス採取工程で採取された試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量を計測装置で計測する計測工程と、
前記計測工程で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量に応じて、前記操作端の操作量を定めて、該操作端に該操作量を出力する制御工程と、
前記計測装置を校正する校正工程と、
を有し、
前記計測工程は、前記ガス採取工程で採取された試料ガスを、大気圧下のモニタ部内でコロナ放電によりイオン化し、該モニタ部内でイオン化された前記試料ガス中の、ダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の質量分析し、
前記校正工程は、切替装置により、前記ガス採取工程で採取された試料ガスが前記モニタ部に導入されるのを絶ち、標準ガス発生装置からの校正用の標準ガスを前記モニタ部に導入して、前記計測装置を校正する、
ことを特徴とするものである。
【００２８】
前記第二の目的を達成するためのごみ焼却設備の制御方法は、
ごみ焼却炉と、該ごみ焼却炉からの排気ガスを処理する排気ガス処理系と、該排気ガス処理系と通過した該排気ガスを排気する煙突と、を有するごみ焼却設備の制御方法において、
前記ごみ焼却炉から前記煙突までの間におけるガスを互いに異なる箇所で採取するガス採取工程と、
ガス採取工程で複数の箇所で採取された各試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量をそれぞれ計測するダイオキシン計測工程と、
前記ダイオキシン計測工程で計測された各ダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量から、ダイオキシン類の主要な発生要因が、複数のガス採取箇所のうちのいずれのガス採取箇所(以下、特定ガス採取箇所とする）よりも上流側の状態によるものであるかを判断し、該特定ガス採取箇所よりも上流側の設備の操作端であって、該操作端の操作量に応じてダイオキシン類の生成量に影響を与える操作端に対して、該特定ガス採取箇所で採取されたガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量に応じて求めた操作量を出力する制御工程と、
を有することを特徴とするものである。
【００２９】
前記第三の目的を達成するためのごみ焼却設備の制御方法は、
ストーカーが移動して、ごみ中の水分を蒸発させる乾燥ストーカー炉を有するごみ燃焼炉と、該ごみ燃焼炉の状態を操作する複数の操作端とを備えているごみ焼却設備の制御方法において、
前記ごみ焼却炉内のガスを、前記乾燥ストーカー炉の上部から採取するガス採取工程と、
前記ガス採取工程で採取された試料ガス中のダイオキシン前駆物質の量を計測する計測工程と、
前記ごみ焼却炉内の火炎を撮像する撮像工程と、
ダイオキシン前駆物質の各種量と前記ごみ焼却炉内の各種火炎パターンに対して、複数の前記操作端のうち、操作すべき操作端が定められているルールを用い、前記計測工程で計測された前記ダイオキシン前駆物質の量と前記撮像工程で撮像された前記火炎のパターンに応じた操作端を定めて、該操作端の動作を制御する制御工程と、
を有することを特徴とするものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るごみ焼却設備の各種実施形態について、図面を用いて説明する。
【００３１】
まず、本発明に係るごみ焼却設備の第一の実施形態について、図１〜図６を用いて説明する。
本実施形態のごみ焼却設備は、図１に示すように、ごみ焼却炉（ストーカー炉）１０を有するごみ焼却系１と、排ガス処理系２と、ガス分析装置３と、制御装置４と、ガス採取系５と、煙突６とを有している。
【００３２】
ごみ焼却系１のごみ焼却炉１０では、投入したごみを乾燥、燃焼させる。その結果、ごみは焼却灰と排ガスとなる。焼却灰は随時焼却炉から搬出され、排ガスは排気ガス処理系２に送られる。また、ごみ焼却炉１０には、燃焼ガス流量、炉内温度などを計測するための各種センサーが取付けられており、計測した値は燃焼制御装置４に送られる。
【００３３】
排ガス処理系２は、減温塔２１、集塵装置２２、ガス加熱器２３、脱硝装置２４を有している。排ガス処理系２では、排ガス中に含まれる飛灰、ＮＯｘなどの有害な物質を除去する。有害物質の除去効率を上げるため、集塵装置２２の手前で活性炭を吹き込む場合もある。有害物質が除去された排ガスは、煙突６から大気中に放出される。煙突６の手前の煙道には、ガス採取系５が設置されており、採取された排ガスはガス分析装置３に送られる。
【００３４】
ガス分析装置３は、各種ガス分析装置３１と、ダイオキシン計測装置３２とを有している。各種ガス分析装置３１では、ＨＣＬ、ＳＯｘ、ＣＯ、Ｏ2などのガス成分が測定される。また、ダイオキシン計測装置３２では、ダイオキシン類の濃度および／またはダイオキシン前駆物質濃度がオンラインで測定される。これらの測定値は、制御装置４に送られる。
【００３５】
制御装置４では、ごみ焼却系１で計測された温度、圧力等の各種状態量と、ガス分析装置３で計測された各種ガス濃度の測定値が入力される。さらに、ごみ焼却系１からは、ストーカー速度などの各種操作量の値が燃焼制御装置４に入力されている。制御装置４では、これらの入力情報に基づき、ごみ焼却系１の操作量であるストーカー速度等を決定し、ごみ焼却系１に制御信号を送る。
【００３６】
次に、本実施形態の各部の構成について、より詳細に説明する。
まず、図２を用いて、ごみ焼却系１について詳細に説明する。
ごみ焼却炉１０では、ごみホッパ１１に入れられたごみが、給塵装置１１０によりストーカ上に運ばれる。ストーカは、乾燥ストーカ１１１、燃焼ストーカ１１２及び後燃焼ストーカー１１３の３つに分かれている。乾燥ストーカ１１１では、主に投入ごみの水分を蒸発させる。燃焼ストーカ１１２では、乾燥したごみを燃焼させる。後燃焼ストーカー１１３では、燃焼ストーカー１１２で燃やし切れなかったごみを完全に燃焼させる。燃焼後の灰は、灰ピット（図示せず）に一旦堆積した後、埋め立てまたは溶融処理される。
【００３７】
乾燥ストーカ１１１、燃焼ストーカ１１２、および後燃焼ストーカー１１３には、下部から、それぞれ乾燥用空気、燃焼用空気、後燃焼用空気が吹き込まれるようになっている。各空気は、一次空気送風ファン１３１により、各ストーカ１１１，１１２，１１３に送り込まれるが、その途中で、エアヒーター１３３を介して燃焼排気ガスの一部あるいは蒸気（図示せず）と熱交換して昇温される。乾燥ストーカ１１１、燃焼ストーカ１１２及び後燃焼ストーカー１１３への空気量は、空気流量計１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃにより計測される。これらの空気量は、制御装置４へ送られる。制御装置４では、これらの計測空気量と空気量設定値と比較し、これらの計測空気量が空気量設定値になるよう、一次空気送風ファン１３１の駆動量と、それぞれのストーカへの配分量を調節する空気ダンパ１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃの開度とを制御する。なお、このマイナー制御系は図示していない。また、各ストーカ１１１，１１２，１１３に送り込まれる空気の温度は、空気温度センサー１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃにより計測される。これらの空気温度も、制御装置４へ送られる。制御装置４では、これらの計測空気温度と空気温度設定値とを比較し、これらの計測空気温度が空気温度設定値になるよう、図示していないマイナー制御系により制御されている。このマイナー制御系の操作端は、エアヒーター１３３を介さずに、一次空気送風ファン１３１からの空気を直接各ストーカー１１１，１１２，１１３へ導く経路に設けら得ている温度調節用ダンパ１２４ａａ，１２４ｂａ，１２４ｃａと、エアヒーター１３３で加熱された空気を各ストーカー１１１，１１２，１１３へ導く経路に設けら得ている温度調節用ダンパ１２４ａｂ，１２４ｂｂ，１２ｃｂとである。各ストーカー１１１，１１２，１１３に供給される空気は、温度調節用ダンパ１２４ａａ，１２４ｂａ，１２４ｃａを通過した空気と、温度調節用ダンパ１２４ａｂ，１２４ｂｂ，１２ｃｂを通過した高温の空気と、の配分比を調節することで、温度調節される。
【００３８】
また、ストーカー上部には、二次空気吹き込みノズル１３４ａ，１３４ｂが取り付けられている。二次空気吹き込みノズル１３４ａ，１３４ｂから供給される二次空気により、乾燥ストーカー１１１上で発生した未燃分を多く含むガスと、燃焼ストーカー１１２上で発生した高温のガスが混合される。さらに、これらのガス中に、二次空気中の酸素が補給される。その結果、ほとんどの可燃性物質が燃焼される。二次空気の吹込み量（吹込み速度）は、二次空気送風ファン１３２の駆動量と二次空気用ダンパ１２９の開度とにより調節される。これら二次空気送風ファン１３２の駆動量、及び二次空気用ダンパ１２９の開度は、いずれも、燃焼制御装置４により制御される。燃焼排気ガスは、炉出口路１２中では、８００〜９００℃の高温となっている。燃焼排気ガス温度及び炉壁温度は、それぞれ、炉内温度センサ１５１ａ，１５１ｂにより計測されている。高温の燃焼ガスから炉壁を保護するため、燃焼排気ガス温度または炉壁温度が基準値以下となるよう、ガス冷却装置（図示せず）で水を噴霧しガス温度を低下させる場合もある。焼却炉出口にボイラがあるものは、このボイラーで熱交換され、燃焼排気ガスの温度が５００℃程度まで下げられる。ごみ焼却炉１０から排出された燃焼排気ガスは、排ガス処理系２に送られる。
【００３９】
本実施形態では、以上で述べたように、燃焼制御装置４から、給塵装置１１０、各ストーカー１１１〜１１３の移動機構（ストーカ速度調節手段）、空気ダンパ１２１、温度調節用空気ダンパ１２４、二次空気用ダンパ１２９、ファン１３１および二次空気用ファン１３２に制御信号が送られて、これらの駆動量等が調節される。この制御信号により、図示していないマイナー制御系が働き、給塵速度、各ストーカー速度、各空気温度および各空気流量が制御される。
【００４０】
次に、排ガス処理系２について詳細に説明する。
排ガス処理系２は、前述したように、減温塔２１、集塵装置２２、ガス加熱器２３、脱硝触媒装置２４を有している。ごみ焼却炉１０より排出された約５００℃程度の排気ガス（ボイラを経由した排気ガス）は、まず、減温塔２１で、２５０℃〜２００℃程度まで下げられた後、集塵装置２２に導かれる。集塵装置２２の手前で排ガスの温度を下げるのは、ダイオキシン類を低減するためである。排ガス温度を下げることによりダイオキシン類を低減できる理由は、後程説明する。集塵装置２２では、排ガス中の飛灰が除去される。飛灰が除去された排ガスは、ガス加熱器２３に導かれ、約３００℃まで昇温される。これは、後段の脱硝装置２４の脱硝効果を維持するのと、煙突６から排出される排ガスの白煙防止のためである。約３００℃まで昇温された排ガスは、脱硝装置２４に導かれ、排ガス中のNＯxが除去され、煙突６を通して大気中に排出される。
【００４１】
次に、ごみ焼却系１及び排ガス処理系２でのダイオキシン類の発生メカニズムについて説明する。
ダイオキシン類とは、（化１）及び（化２）に示す２種の化合物、ポリ塩化ジベンゾ-p-ダイオキシン(PCDDsと略す)及びポリ塩化ジベンゾフラン(PCDFsと略す)の、1から9の数字で示す位置の水素が塩素(Cl)で置換された化合物群の総称である。該当する化合物は、PCDDsで75種、PCDFsで135種存在する。
【００４２】
【化１】
【００４３】
【化２】
【００４４】
PCDDsのうち、2,3,7,8の位置に4個のClが置換したダイオキシン(2,3,7,8-テトラクロロジベンゾ-p-ダイオキシン(2,3,7,8-TCDD))は毒性が最も高い。塩素置換数が4個以上のダイオキシン類のうち、PCDDsで7種、PCDFsで1O種の化合物が毒性を持つ。これらの化合物の毒性は、2,3,7,8-TCDDの毒性に対する相対値(毒性等価係数)として定められている。焼却場から採取された試料中の各化合物の濃度に、この係数を掛けて合計した値を、等価毒性量(TEQ)として定義し、試料の毒性の指標とする。
【００４５】
廃棄物の焼却過程に於けるダイオキシン類の生成には、２つの経路が存在することが推測される。
【００４６】
第１の経路は、ごみ焼却炉１０内において、未燃の有機塩素化合物からダイオキシン類が生成する経路である。例えば、（化３）に示すように、二つのトリクロロフェノールが縮合して、2,3,7,8-TCDDを生成する経路である。本発明では、これを前駆物質からの生成経路と称する。第２の経路は、排ガス処理系２等の低温部において未燃の有機化合物の塩素化によりダイオキシン類が生成する経路である。例えば、（化４）に示すように、ジベンゾフランが塩素化されてポリ塩化ジベンゾフラン（PCDFs）が生成する経路である。本発明では、これを塩素化再生成経路と称する。
【００４７】
【化３】
【００４８】
【化４】
【００４９】
以下に、それぞれの生成経路について、より詳細に説明する。
第1の経路、すなわち（化３）の反応は、これまでの報告例(小野寺 祐夫、環境技術 18巻、3号、153頁、(1989))によれば、500℃付近の温度で進行する。ダイオキシン類の前駆物質であるクロロフェノール類の沸点は、一塩化物で174℃、五塩化物で309℃である。また、同じくダイオキシン類の前駆物質であるクロロベンゼン類の沸点は、一塩化物で132℃、六塩化物で309℃である。従って、廃棄物中に含まれるダイオキシン類の前駆物質は、例えば、ストーカ炉１０の乾燥段で気化し、燃焼ゾーンに拡散して、500℃あるいはそれ以上の温度になると、（化３）に示すような反応を起こし、ダイオキシン類を生成する。この反応は、燃焼反応と並行するため、一部は分解されて排出されて、二酸化炭素、塩化水素及び水蒸気として排出され、残部は、そのままダイオキシン類として排出される。
【００５０】
図３に示すように、燃焼炉１０での燃焼率が向上すると、燃焼によるダイオキシン類の分解量が増え、正味のダイオキシン生成量は減少する。燃焼炉１０から出た後でも、例えば、ボイラ内で、500℃近傍の温度条件が維持されていると、ダイオキシン類の生成及び分解反応は、引き続き進行する。この温度条件では燃焼速度が低下するため、ボイラ内で生成されたダイオキシン類の分解量が少なくなり、結果として、正味のダイオキシン類生成量が、燃焼炉１０での正味のダイオキシン類生成量よりも増加する。
【００５１】
一方、第2の経路、すなわち（化４）の塩素化反応は、飛灰中に含まれる塩化銅等の触媒成分の作用により進行する。この塩素化反応は、反応温度が低いために、排ガス処理系２の減温塔２１よりも下流側で起こる。また、ダイオキシン類は、飛灰等の粒子に吸着した状態で生成する。従って、第２の経路で発生するダイオキシン類は、排ガス処理系２の減温塔２１よりも下流側、つまり集塵装置２２当たりで生成される。このように、第２の経路で発生したダイオキシン類は、図３に示すように、集塵装置２２により飛灰等の煤塵の除去と共に、そのほとんどが除去される。また、第1の経路で発生したガス状のダイオキシン類の一部も、減温塔２１で冷却される結果、飛灰等の粒子に吸着し、集塵装置２２により飛灰等の煤塵の除去と共に除去され、他の一部は脱硝触媒により分解される。
【００５２】
このように、ガス状のダイオキシン類は、その温度を下げるほど、具体的には、２５０℃〜２００℃程度まで下げると、粒子に付着し、集塵装置２２により除去することができる。
【００５３】
次に、ガス分析装置３について説明する。
ガス分析装置３は、図１を用いて前述したように、各種ガス分析装置３１と、ダイオキシン計測装置３２とを有している。このガス分析装置３に取り込まれる試料ガスは、排ガス処理系２と煙突６の間に設置したガス採取系５から取り込まれる。このため、試料ガスは、集塵装置２２によりダストの大半が除去されている。各種ガス分析装置３３では、試料ガスから、ドレンポットにより水分を除去した後、ガラス製のフィルタにより微量なダストを取り除いている。そして、ダストや水分が除去された試料ガスから、ＨＣＬ、ＳＯｘ、ＣＯ、Ｏ2などのガス成分を測定する。本実施形態では、ＨＣＬ、ＳＯｘ、ＣＯ、Ｏ2などのガス成分の測定には、一般的に使用される連続分析計を利用している。。
【００５４】
ダイオキシン計測装置３２では、試料ガスを安定にかつ一定流量でモニタ部に送り込む必要がある。また、途中で分析対象物質が吸着したり凝縮して損失することがないようにしなければならない。したがって、その前処理は、各種ガス分析装置３３とは違ったものになる。
【００５５】
ダイオキシン計測装置３２は、図４に示すように、試料ガスを搬送して前処理するガス前処理部３２１と、試料ガス中から測定対象物質を検出するモニタ部３２２、さらに検出して取得したデータを処理するデータ処理部３２３とを有している。
【００５６】
ガス前処理部３２１は、試料ガス中の固形不純物や飛灰を取り除く石英又はガラス製のフィルタ３２１ａと、流路切替バルブ３２１ｂと、モニタ部３２２に送る試料ガスを加熱する加熱配管３２１ｃと、調圧ニードルバルブ３２１ｄと、モニタ部３２２で検出された試料ガスを排気するための排気ポンプ３２１ｅと、排気ガス配管３２１ｆと、排気ガスプローブ３２１ｇと、標準ガス発生装置３２１hと、を有して構成されている。ガス前処理部３２１のフィルタ３２１a、流路切替バルブ３２１ｂ、加熱配管３２１ｃ、調圧ニードルバルブ３２１ｄは、ヒーターにより100℃〜200℃程度に加熱されている。切替バルブ３２１ｂは、試料ガスをモニタ部３２２に送る場合と、標準ガス発生装置３２１hからの標準ガスをモニタ部３２２へ送る場合とに切替える際に操作される。標準ガス発生装置３２１hからの標準ガスは、モニタ部３２２を校正する場合に用いられる。
【００５７】
モニタ部３２２は、送り込まれた資料ガス中の分析対象物質を選択的にかつ高い効率でイオン化を行う大気圧化学イオン源３２２ａと、大気圧化学イオン源３２２ａから中間圧力室などを経て送られてきたイオン化したガスを質量分析する質量分析部３２２ｂと、質量分析部３２２ｂ内のガスをガス前処理部３２１の排気ガス配管３２１fに送る真空ポンプ３２２ｃとを有している。
【００５８】
データ処理部３２３は、質量分析部３２２ｂからの信号を増幅する増幅器３２２ａと、増幅器３２２aで増幅された質量分析部３２２ｂからの信号に基づいて、前駆物質の総濃度又はダイオキシン類の濃度を推定する演算器３２３bとを有している。
【００５９】
次に、ダイオキシン計測装置３２内でのガスの流れについて説明する。
煙突６の手前の煙道及びガス採取系５を経たガスは、ガス前処理部３２１のフィルター３２１ａを通る過程で、試料ガス中の固形不純物や飛灰が取り除かれる。フィルタ３２１ａは、ガス採取場所の飛灰等の多少により、２段、３段のものを用いればよい。フィルター３２１ａにより取り除かれた飛灰中には、ダイオキシン類や有機塩素化合物が吸着されている。そのため、これら吸着された成分を脱着させるために、フィルター３２１ａを１００℃〜５００℃、好ましくは１５０℃〜２００℃に加熱している。フィルタ３２１aを通過した試料ガスは、切替バルブ３２１ｂを経て、大気圧化学イオン源３２２ａに送りこまれる。ここで、コロナ放電により、ダイオキシン類や有機塩素化合物のイオン化が行われる。大気圧化学イオン源３２２ａを経過した試料ガスの一部は、排気ポンプ３２１ｅで引かれ、ニードルバルブ３２１ｄ、排気ガス配管３２１ｆ、排気ガスプローブ３２１gを経て煙道に排気される。ニードルバルブ３２１ｄは、ガスの流れを調整し、イオン源３２２ａ内の圧力を一定にする。なお、このニードルバルブ３２１ｄの代わりに、調圧器やマスフロー制御器等を使ってもよい。大気圧化学イオン源３２２ａを経過してイオン化した試料ガスの残りは、質量分析部３２２bで質量分析された後、真空ポンプ３２２ｃで引かれ、排気ガス配管３２１ｆ、排気ガスプローブ３２１gを経て煙道に排気される。各配管系やイオン源３２２ａは、機密構造とし、外部への漏洩及び外部大気の侵入を防いでいる。
【００６０】
モニタ部３２２では、測定対象物質をイオン化し、その質量を計測する。イオン化法には、正イオン化モードと負イオン化モードがある。本実施形態で用いた方法は、負イオン化モードである。負イオン化モードの大気圧イオン化は、多くの妨害物質が存在する中で、有機塩素化合物を選択的にイオン化できる高感度、高選択イオン化法である。殊に、この大気圧イオン化は、コロナ放電を利用するので、電子種の電子親和力によってイオン化確率が決まり、塩素数が多いほど、イオン化確率が上昇する傾向にある。したがって、塩素数が４個以上の有毒なダイオキシン類や、その前駆物質である塩素数が２個又は３個以上のクロロベンゼン類等に対する感度が高くなり、ダイオキシン類やその前駆物質の生成量を的確に計測することができる。また、この負イオン化によれば、ダイオキシンの他、その前駆物質など多くの有機化合物もあわせてイオン化される。また、大気圧イオン化は、生成した負イオンの質量を知れば、分析対象をさらに絞り込むことができる。生成したイオンの選別には、質量分析部３２２ｂを使う。
【００６１】
質量分析部３２２ｂに導入されたイオンは、そこで、質量数(分子量／電荷（ｍ／ｅ））毎のイオン強度、つまりマススペクトルが測定される。このマススペクトルの測定は、通常１秒以下で完了する。
【００６２】
ダイオキシン類の前駆物質であるクロロベンゼン類は、電子を一個捕獲して分子イオンＭ￣となる（ここで中性分子をＭ、負イオンをＭ￣とする）。また、クロロフェノール類は、フェノオキシ基（―ＯＨ基）のプロトン一個を失い擬分子イオン（Ｍ―Ｈ）￣となる。ダイオキシン類は、分子イオンＭ￣の他に（Ｍ―Ｃｌ）￣、（Ｍ―Ｃｌ＋Ｏ）￣、または解離して１、２オルトキノン形のフラグメントイオンなどになる。質量分析部３２２ｂでは、これらのイオン強度の特徴ピークを選択的に検出すれば、選択性の高く且つ高感度で測定できる。具体的に、このダイオキシン計測装置３２は、１０００ng/Nm3レベルで、２塩素置換体以上のダイオキシン類やその前駆物質の濃度を、計測誤差±１０％以内で、分析時間５秒以内で、計測することができる。
【００６３】
データ処理部３２３では、質量分析部３２２からの分析結果を示す信号を増幅器３２３ａにより増幅し、それを演算器(推定手段）３２３ｂで演算処理して、ダイオキシン類の濃度を推定する。演算器３２３ｂで、クロロベンゼン類やクロロフェノール類の濃度からダイオキシン濃度を推定するには、予め求められた、クロロベンゼン類やクロロフェノール類とダイオキシン類との相関関係を用いる。
【００６４】
ここで、クロロフェノール類を例にダイオキシン類との相関関係について詳しく述べる。ただし、ここで述べるダイオキシン類は、第１の経路により発生したものである。
【００６５】
乾燥ストーカー１１１における最高到達温度は、300℃ないし400℃である。この温度は、クロロフェノール類の沸点よりも高く、廃棄物中に含まれるクロロフェノール類は、ほぼすべて気化する。従って、クロロフェノール類のガス相での濃度は、廃棄物中に含まれるクロロフェノール類の量と、全ガス量によって定まる。ここで、廃棄物供給量を F(ton/h)、廃棄物中に含まれるクロロフェノール類の量を P(ppm)、燃焼ガス量を Q(Nm3/h)とすると、クロロフェノール類のガス相での濃度 CP(ppm)は、以下の（数１)のように表せる。なお、（数１)中の（１９７．５）は、クロロフェノール類の分子量である。
【００６６】
CP = (F*P/197.5*0.0224*298/273)/Q （数１）
投入された廃棄物が乾燥段上を移動する過程での温度上昇に応じて、クロロフェノール類の濃度は上昇するとする。すなわち、温度 T(℃)において、蒸気圧 VP(mmHg)とすると、クロロフェノール類のガス相での濃度 CPT(ppm)は、（数２）のように表せる。
【００６７】
CPT = CP*VP/760 （数２）
ガス相に放出されたクロロフェノール類は、併発的に（化1）に示すダイオキシン類生成反応を起すと共に、燃焼反応を起こす。しかし、両方の反応速度を比較すると、燃焼反応の方がきわめて速い。従って、ダイオキシン類の生成は、燃焼しなかった未燃のクロロフェノール類から逐次的に生成すると仮定することができる。すなわち、クロロフェノール類の燃焼率をηcp(%)とすると、未燃のクロロフェノール類の濃度（[クロロフェノール]0）は、（数３）のように表せる。
【００６８】
[クロロフェノール]0 = CP * (100 - ηcp)/100 （数３）
クロロフェノール類からダイオキシン類が生成する過程では、（化３）に示すようにクロロフェノール類２分子が互いに縮合してダイオキシン類を生成する。従って、ダイオキシン類の生成速度は、（数４）のように表される。なお、（数４)中、[クロロフェノール]は、測定されるクロロフェノール類の濃度である。
【００６９】
-2*d[クロロフェノール]/dt=d[ダイオキシン類]/dt=k[クロロフェノール] （数４）
この（数４）を解けば、ダイオキシン類の濃度は、生成速度定数 k を用いて(数５)のように表される。
【００７０】
[ダイオキシン類]=１／２{[クロロフェノール]0*（１−exp（−k*t））} （数５）
ここで、未燃のクロロフェノールの濃度[クロロフェノール]0と実測されるクロロフェノール類の濃度[クロロフェノール]とは、ほぼ等しい。従って、（数５）は、（数６）のように表せる。
【００７１】
[ダイオキシン類]=１／２{[クロロフェノール]*（１−exp（−k*t））} （数６）
以上のように、（数６）によれば、クロロフェノール類の測定濃度から、ダイオキシン類の濃度を推定することができる。ところで、（数６）の生成速度定数ｋは、温度等の雰囲気によって異なってくる。このため、生成速度定数ｋは、クロロベンゼン、クロロフェノール類の濃度測定と同時に、公定法によってダイオキシン濃度を実測して、決定することが望ましい。また、ごみ焼却炉の形状によって相関関係が異なる可能性があるため、より高精度でダイオキシン濃度を推定するには、炉毎に相関関係のデータを求めておくことが望ましい。また、以上では、ダイオキシン類の濃度とクロロフェノール類の濃度との相関関係を式から求めたが、両濃度をそれぞれ実測し、その結果から、両者の相関関係を求めるようにしてもよい。
【００７２】
また、以上と同様に、クロロベンゼン類の測定濃度からも、ダイオキシン類の濃度を推定することができる。このように、クロロベンゼン類及びクロロフェノール類、つまり前駆物質の濃度が高くなれば、一定の関係で、ダイオキシン類の濃度も高くなるので、本実施形態の演算器３２３ｂでは、クロロベンゼン類やクロロフェノール類の総濃度を制御装置４へ送っている。
【００７３】
なお、前駆物質の濃度を送る換わりに、クロロフェノール類の測定濃度から推定したダイオキシン類の濃度と、クロロベンゼン類の測定濃度から推定したダイオキシン類の濃度とを加算して、これをダイオキシン類の濃度とし、この推定した値を制御装置４へ送ってもよい。この場合、実際に測定されたダイオキシン濃度を制御装置４へ送ってもよいが、ここでは、前駆物質の濃度から推定されたダイオキシン類の濃度を校正するために、測定されたダイオキシン類の濃度を用いるとよい。これは、試料ガス中のダイオキシン類の濃度が低いために、前駆物質の測定よりも遥かに測定時間がかかってしまい、実測されたダイオキシン類の濃度では、リアルタイムに制御するのに不向きであるからである。
【００７４】
次に、図５を用いて燃焼制御装置４について説明する。
制御装置４は、データ収録装置４１、推論エンジン４２、ルールベース４３を有している。
【００７５】
データ収録装置４１には、ごみ焼却系１で計測された以下の計測値または値が入力される。
【００７６】
１）ごみ焼却系１で計測された温度、圧力、空気流量等の各種状態量
２）ダイオキシン計測装置３２で計測されたダイオキシン類および／またはダイ
オキシン前駆物質の濃度
３）各種ガス分析装置３１で計測されたＨＣＬ、ＳＯｘ、ＣＯ、Ｏ2などの濃度
４）ごみ焼却系１における各ストーカー速度、空気ダンパー開度などの各種操作量
本実施形態では、上記１）から４）のデータが５秒間隔でデータ収録装置４１に順次入力する。データ収録装置４１に入力した値は、データ収録装置４１内に蓄えられると同時に推論エンジン４２に渡される。推論エンジン４２では、入力されたデータとルールベース４３内に蓄えられたルールとを用いて、ごみ焼却系１の操作量である各ストーカー速度、空気ダンパー開度等の変更指令を出力する。
【００７７】
ここで、推定エンジン４２が各種操作量を決定する際に使用するルールについて説明する。
このルールは、発明者らがダイオキシン前駆物質の濃度に影響を及ぼす因子について検討して得た知見に基づいている。発明者らが得た知見は以下の通りである。
【００７８】
知見：ごみ焼却炉１０の出口のダイオキシン前駆物質の濃度が大きくなるのは以下の場合である。
【００７９】
１）乾燥ストーカ１１１から発生するダイオキシン前駆物質の量が多い
２）二次空気による、乾燥ストーカー１１１上で発生した未燃分を多く含むガスと、燃焼ストーカー１１２上で発生した高温のガスとの混合速度が小さい。
【００８０】
３）燃焼ストーカ上部での燃焼状態が悪い（火炎温度が低い、燃焼空気が不足）。
【００８１】
ところで、上記３）のストーカー上部での燃焼状態（火炎温度）と、上記２）の混合速度とが一定の状態に固定されているとすると、その状態で分解できるダイオキシン前駆物質の量が決まる。したがって、前駆物質の量がこの分解量以下であれば発生した前駆物質の量に関係なく、炉出口までにほとんどの前駆物質が分解される。しかし、分解量を超えると、炉出口から超えた分だけ前駆物質が排出される。
【００８２】
以上の知見に基づいたルールについて、図６を用いて説明する。なお、同図に示したルールは、計測したダイオキシン前駆物質の量が低い場合は、操作量を変更する必要がないため、ダイオキシン前駆物質の濃度が高くなった場合に操作量を決定するためのルールの一部である。
【００８３】
ルールは、IF THEN形式のルールになっている。このルールでは、炉内温度等の状態量の大きさ等を、例えば、（高、やや高、中、やや低、低）などの５段階で評価している。
【００８４】
ルール１は、炉内温度が高く、Ｏ2濃度も中くらいであるが、ダイオキシンの前駆物質の濃度が高くなった場合のルールである。この場合は、炉内温度が高いことから燃焼状態は良いことが推定できる。したがって、ダイオキシン前駆物質の濃度が高くなった原因は、二次空気による燃焼ガスの混合速度が小さいためであると判断し、二次空気の流速を増加させる指令を二次空気送風ファン１３２及び二次空気用ダンパ１２９に出す。この場合、二次空気吹き込みノズル１３４ａの向きを調節できる二次空気供給方向調節手段があれば、ガスの混合効率が高まるよう、方向調節手段に対して供給方向を変える指令を出してもよい。
【００８５】
ルール２は、炉内温度がやや高く、Ｏ2濃度がやや低い場合のルールである。この場合は、燃焼用空気が若干不足している可能性が高いため燃焼用空気量を増加させる指令を、一次空気送風ファン１３１及び空気ダンパ１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃに出す。
【００８６】
ルール３は、炉内温度が中位で、Ｏ2濃度がやや低い場合のルールである。この場合も、ごみの量に対して燃焼用空気量が不足している可能性があるが、炉内温度に比べて低い燃焼用空気量を増加させることで炉内の温度が低下する恐れがある。したがって、この場合はごみの移送量を減少させるために乾燥ストーカーの速度および燃焼ストーカーの速度を減少させる指令を出す。
【００８７】
以上、いずれのルールの場合も、制御装置４から各操作端へ指令される操作量は、いずれも前駆物質の濃度に応じて定められる。
【００８８】
なお、本実施形態では、状態量の大きさを５段階で評価したルールを作成したが、これらのルールをファジールールに変換して制御アルゴリズムを構築してもよい。
【００８９】
以上のように、本実施形態では、排気ガスを大気圧イオン化源３２２ｂで、大気圧下でコロナ放電でイオン化しているので、電子種の電子親和力によってイオン化確率が決まり、塩素数が多いほど感度が高くなり、言い換えると、塩素数が４個以上の有毒なダイオキシン類や、その前駆物質である塩素数が２個又は３個以上のクロロベンゼン類等に対する感度が高くなり、ダイオキシン類やその前駆物質の生成量を的確に計測することができる。従って、本実施形態では、的確に計測されたダイオキシン類やその前駆物質の量に基づいて、ダイオキシン抑制制御を実行しているので、効果的にダイオキシン類を抑制することができる。
【００９０】
次に、本発明に係るごみ焼却設備の第二の実施形態について、図７〜図１１を用いて説明する。
【００９１】
本実施形態のごみ焼却設備は、図１に示すように、ごみ焼却炉（ストーカー炉）１０を有するごみ焼却系１ａと、排ガス処理系２ａと、ガス分析装置３，３ａと、燃焼制御装置４ａと、ガス採取系５，５ａと、煙突６とを有している。
【００９２】
ごみ焼却系１ａは、図８に示すように、ごみ焼却炉１０に、炉内を撮像する二つの撮像カメラ１６ａ，１６ｂを設けた以外、第一の実施形態と同様である。二つの撮像カメラ１６ａ，１６ｂのうち、一台の撮像カメラ１６ａは、ごみ焼却炉１０の後方（後燃焼ストーカー側）の炉壁に設置しており、ごみの移動方向に対して対向する向きで、燃焼状態を撮像する。また、他の一台の撮像カメラ１６ｂは、ごみ焼却炉１０の側壁に設置してあり、ごみの移送方向に対して垂直方向の燃焼状態を撮像する。これら撮像カメラ１６ａ，１６ｂは、乾燥ストーカー１１１、燃焼ストーカー１１２および後燃焼ストーカー１１３の広範囲の燃焼状態を撮像する必要があるため、広角レンズを使用している。広角レンズの使用で画質が低下する場合は、多数の撮像カメラを用いて撮像範囲を分担するとよい。
【００９３】
排ガス処理系２ａは、図７に示すように、第一の実施形態の排気ガス処理系２に、減温塔２１を通る排気ガスの温度を調節するための温度調節設備と、排気ガスが集塵装置２２に入る過程で、活性炭を吹き込む活性炭吹込み設備２５とを、追加したものである。温度調節設備は、減温塔２１に水を供給する給水源２１１と、給水源２１１から減温塔２１に送られる給水量を調節する給水量調節弁２１２とを有している。また、活性炭吹込み設備２５は、活性炭を排気ガス中に吹き込む活性炭吹込み源２５１と、活性炭吹込み源２５１から排気ガス中に吹き込まれる活性炭の量を調節する活性炭量調節弁２５２とを有している。給水量調節弁２１１と活性炭量調節弁２５２は、いずれも、その開度が制御装置４ａからの指示で制御される。
【００９４】
二つのガス採取系５，５ａのうち、一方のガス採取系５は、第一の実施形態と同様に、排気ガス処理系２ａと煙突６との間の煙道に設けられ、他方のガス採取系５ａは、ごみ焼却炉１０の乾燥ストーカー１１１の上部壁に設けられている。各ガス採取系５，５ａには、それぞれ、ガス分析装置３，３ａが接続されている。排気ガス処理系２ａと煙突６との間で採取された排気ガスを計測する処理系ガス分析装置３は、第一の実施形態のガス分析装置３とまったく同一である。また、乾燥ストーカー１１１の上部から採取された排気ガスを計測する焼却炉ガス分析装置３ａも、基本的には、第一の実施形態のガス分析装置３と同じであるが、高温で且つダストの多い排気ガスを計測するので、ガス前処理部のフィルタとして耐熱性があり且つ高性能のセラミックフィルタを用い、さらに配管系の加熱温度を第一の実施形態よりも高くしている。このセラミックフィルタにより、ダストが除去されると、塩化銅等の触媒成分も除去されるため、採取したガスが低温になっても、塩素化再生成によりダイオキシン類が生成することはない。したがって、この焼却炉ガス分析装置３ａにより、乾燥ストーカー１１１の上部から採取されたガス中のダイオキシン類及び／またはダイオキシン前駆物質の濃度を正確に計測することができる。
【００９５】
制御装置４ａは、図９に示すように、撮像カメラ１６，１６ａからの画像データを画像処理する画像処理器４５ａと、各種データが収録されるデータ収録装置４１ａと、いずれの操作端を制御するかのルールが記憶されているルールベース４３ａと、ルールベース４３ａに記憶されているルールに従って操作端を制御する推論エンジン４２ａと、を有している。
【００９６】
画像処理器４５ａは、図１０に示すように、撮像カメラ１６，１６ａからの画像を複数の領域に分割し、各領域毎の平均輝度を求めて、平均輝度が特定の値よりも大きい領域には、火炎が存在するものとして、火炎パターンを把握する。この火炎パターンは、データ収録装置４１ａに収録される。このデータ収録装置４１ａには、その他、図９に示すように、第一の実施形態と同様、ごみ焼却系１ａの状態量や操作量、ガス計測装置３，３ａでの計測データが収録される。
【００９７】
推論エンジン４２ａは、入力された各データとルールベース４３ａ内に蓄えられたルールとを用いて、ごみ焼却系１ａや排ガス処理系２ａの各操作量の変更指令を出力する。この第二の実施形態においても、推論エンジン４２ａでは、IF THENルールをベースとした制御アルゴリズムとなっている。しかしながら、第一の実施形態よりも多くのデータを取得するので、推論エンジン４２ａでは、第一の実施形態におけるルール１〜３の他に、図１１に示すように、ルール４〜７を用いて、各操作量の変更指令を出力する。
【００９８】
ルール４は、乾燥ストーカー１１１の上部のダイオキシン前駆物質濃度が高く、炉内温度はやや高い場合のルールである。この場合、ごみ質等の変化によりダイオキシンの前駆物質の発生量が多くなったと考えられる。ここで炉内の燃焼状態は比較的良いことから、さらに燃焼状態を向上させることは難しい。そこで、温度調節用ダンパ１２４ａａ，１２４ｂａに対して、乾燥空気温度を低くする指令を出力すると共に、一次空気送風ファン１３１及び空気ダンパ１２１ａに対して、乾燥空気量を減らす指令を出力することで、乾燥ストーカー１１１上から発生するダイオキシン前駆物質の量を押さえることができる。
【００９９】
ルール５は、炉出口のダイオキシン前駆物質の濃度は中位であるが、煙突入り口のダイオキシン前駆物質の濃度が高い場合のルールである。この場合は、図３を用いて前述したように、ごみ焼却系１ａから排気ガスが出て、排ガス処理系２ａ内で新たに発生したダイオキシン類の量が増加したことが原因と考えられる。そこで、ダイオキシン類の粒子への吸着量を増加させるために、温度調節設備の給水量調節弁２１に対して変更指令を出力し、減温塔２１の出口ガス温度をより低くすると共に、活性炭吹込み設備２５の活性炭量調節弁２５２に対して変更指令を出力し、活性炭の吹込み量を増加させることで対処する。
【０１００】
ルール６は、図１０（ａ）の理想火炎パターンよりも、同図（ｂ）のように、乾燥ストーカー１１１の後部の輝度が高くなり、かつ乾燥ストーカー１１１の上部のダイオキシン前駆物質の濃度がやや高くなっている場合のルールである。これは、ごみ中の水分量が少なく、燃焼ストーカー１１２にごみが至る前に、乾燥ストーカー１１１の後部でごみが燃焼し、その輻射熱でごみの乾燥が進み、ダイオキシン前駆物質の発生量が増加したと考えられる。したがって、乾燥ストーカー移動機構に対して、速度を増加させるよう変更指令を出力すると共に、温度調節用ダンパ１２４ａａ，１２４ｂａに対して、乾燥空気温度を低くする変更指令を出力する。
【０１０１】
ルール７は、図１０（ａ）の理想火炎パターンよりも、同図（ｃ）のように燃焼ストーカー１１２の後部の輝度が高くなり、かつ乾燥ストーカー１１１の上部のダイオキシン前駆物質の濃度がやや高くなっている場合のルールである。これは、ごみ中の水分量が多く、乾燥ストーカー１１１を通過しても、十分に乾燥せず、燃焼ストーカー１１２の中部当たりから後燃焼ストーカー１１３にかけてごみが燃焼している場合である。したがって、乾燥ストーカー移動機構及び燃焼ストーカ移動機構に対して、速度を減少させるよう変更指令を出力すると共に、温度調節用ダンパ１２４ａａ，１２４ｂａに対して、乾燥空気温度を高くする変更指令を出力する。
【０１０２】
以上のように、この実施形態でも、第一の実施形態と同様に、ガス計測装置３ａ，３ｂにおいて、大気圧イオン化源でガスをイオン化して、それを質量分析しているので、ダイオキシン類やその前駆物質の生成量を的確に計測することができ、効果的にダイオキシン類を抑制することができる。
【０１０３】
また、本実施形態では、ごみ焼却炉１０の出口のダイオキシン類又はその前駆物質の量を計測すると共に、排ガス処理系２ａの出口のダイオキシン類又はその前駆物質の量も計測して、ダイオキシン類の主要な発生原因がごみ焼却炉１０側にあるのか排気ガス処理系２ａ側にあるのかを判断して、その発生原因に対処しているので、最終的に煙突６から排気されるダイオキシン類の量を効果的に抑制することができる。
【０１０４】
さらに、本実施形態では、焼却炉１０内の火炎を撮像し、撮像された火炎パターンとダイオキシン類の濃度に応じて、適切な操作対象を選定しているので、ダイオキシン類の量を効果的に抑制することができる。
【０１０５】
【発明の効果】
本願の一発明によれば、ガス計測装置において、排気ガスを大気圧イオン化源３２２ｂで、大気圧下でコロナ放電でイオン化しているので、大気圧イオン化源でガスをイオン化して、それを質量分析しているので、ダイオキシン類やその前駆物質の生成量を的確に計測することができる。このため、本発明では、的確に計測されたダイオキシン類やその前駆物質の量に基づいて、ダイオキシン抑制制御を実行しているので、効果的にダイオキシン類を抑制することができる。
【０１０６】
また、本願の他の発明では、複数箇所で採取したガス中のダイオキシン類又はその前駆物質の量を計測し、ダイオキシン類の主要な発生原因が何処にあるのかを判断して、その発生原因に対処しているので、最終的に煙突６から排気されるダイオキシン類の量を効果的に抑制することができる。
【０１０７】
本願のさらに他の発明では、焼却炉内の火炎を撮像し、撮像された火炎パターンとダイオキシン類の濃度に応じて、適切な操作対象を選定しているので、ダイオキシン類の量を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態としてのごみ焼却設備の系統図である。
【図２】本発明に係る第一の実施形態としてのごみ焼却系の概略構成を示す構成図である。
【図３】温度域別のダイオキシン類の生成収支を示す説明図である。
【図４】本発明に係る第一の実施形態としてのダイオキシン計測装置の概略構成を示す構成図である。
【図５】本発明に係る第一の実施形態としての制御装置の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図６】本発明に係る第一の実施形態としての、操作端の選定ルールを示す説明図である。
【図７】本発明に係る第二の実施形態としてのごみ焼却設備の系統図である。
【図８】本発明に係る第二の実施形態としてのごみ焼却系の概略構成を示す構成図である。
【図９】本発明に係る第二の実施形態としての制御装置の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図１０】本発明に係る第二の実施形態としてのごみ焼却炉内の火炎パターンを示す説明図である。
【図１１】本発明に係る第二の実施形態としての、操作端の選定ルールを示す説明図である。
【符号の説明】
１，１ａ…ごみ焼却系、２，２ａ…排ガス処理系、３，３ａ…ガス分析装置、４，４ａ…燃焼制御装置、５，５ａ…ガス採取系、６…煙突、１０…ごみ焼却炉、１６，１６ａ…撮像カメラ、２１…減温塔、２２…集塵装置、２３…ガス加熱器、２４…脱硝装置、２５…活性炭吹込み設備、３１…各種ガス分析装置、３２…ダイオキシン計測装置、４１，４１ａ…データ収録装置、４２，４２ａ…推論エンジン、４３，４３ａ…ルールベース、４５…画像処理装置、１１１…乾燥ストーカー、１１２…燃焼ストーカー、１１３…後燃焼ストーカー、２１１…給水源、２１２…給水量調整弁、２５１…活性炭吹込み源、２５２…活性炭量調整弁、３２１…ガス前処理部、３２１ａ…フィルタ、３２１ｂ…切り替えバルブ、３２１ｃ…加熱配管、３２１ｄ…ニードルバルブ、３２１ｅ…排気ポンプ、３２１ｆ…排気配管、３２１ｇ…排気ガスプローブ、３２１ｈ…標準ガス発生装置、３２２…モニタ部、３２２ａ…大気圧化学イオン源、３２２ｂ…質量分析部、３２２ｃ…真空ポンプ、３２３…データ処理部、３２３ａ…増幅器、３２３ｂ…演算器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般廃棄物および産業廃棄物を焼却処理するごみ焼却設備及びその制御方法に関し、特に、排気ガス中のダイオキシン類の量を抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ごみ焼却炉のダイオキシン抑制を考慮したごみ焼却設備としては、従来、例えば、特開平4-288405号公報（以下、従来技術１とする）や、特開平9-273730号公報（以下、従来技術２とする）に記載されたものがある。
【０００３】
従来技術１では、焼却炉出口または集塵装置出口のＣＯ濃度を検出して、集塵装置入り口の排ガス温度を操作している。ＣＯ濃度はダイオキシン類の濃度と相関があることから、ＣＯ濃度をダイオキシン濃度の代替指標としている。また、ＣＯ濃度が高いときには集塵装置入り口の排ガス温度を低くして集塵効率を上げ、ＣＯ濃度が低いときには排ガス温度を高くしている。集塵装置の後流では、脱硝装置の制約から温度を昇温する必要がある。集塵装置入り口の排ガス温度を高くする理由は、集塵装置前後での熱ロスを少なくするためである。
【０００４】
また、従来技術２では、従来技術１と同様に、ＣＯ濃度を代替指標としているが、操作量は二次空気量である。また、ＮＯｘも同時に低減するという特徴もある。具体的には、まず、焼却炉の運転データから二次空気量とＣＯ濃度、ＮＯｘ濃度、炉温度、それぞれの関係を抽出する。そして、これらの関係をファジールールで表現する。このファジールールに従い、ＣＯ、ＮＯｘの両方を低く押さえるように二次空気量を決定する。
【０００５】
ところで、ごみ焼却設備から発生するダイオキシン類の発生メカニズムには、主として次の２つがあると推定される。
【０００６】
１）焼却炉内のごみの燃焼過程で発生する。
【０００７】
２）焼却炉から排ガスが出て、それが減温される過程で発生する。
【０００８】
上記１）では、塩化ベンゼン、塩化フェノールといったダイオキシン類の前駆物質が反応することによって生成する生成量とダイオキシン類の燃焼による分解量とのバランスで正味の生成量が決定される。分解量は炉内の燃焼状態によって決まる。ＣＯ濃度がダイオキシンの代替物質として利用される理由は、ＣＯ濃度が燃焼状態の指標となるためである。しかし、ＣＯ濃度はダイオキシンの分解率の指標にはなっても、前駆物質からの生成量の指標とはなり得ない。したがって、ＣＯ濃度が同じ、すなわち燃焼状態が同じであっても前駆物質の濃度が異なる場合、ダイオキシン類の生成量が異なる。このような理由から、ＣＯ濃度とダイオキシン類の濃度の相関関係が崩れる場合がある。このような問題点を解決する従来技術として、特開平10-220727号公報（以下、従来技術３とする）に記載されているものがある。
【０００９】
従来技術３では、ダイオキシン濃度の代替指標として、クロロベンゼン類及び／又はクロロフェノール類の濃度を用い、これらの濃度をレーザー多光子イオン化質量分析装置で計測している。また、炉内酸素濃度、炉内温度も計測し、それらの情報からごみ供給量及び／又は燃焼空気量の過不足を判定し、ごみ供給量及び／又は燃焼空気量を調整している。したがって、ＣＯ濃度を計測して、ごみ供給量及び／又は燃焼空気量を調整するよりも、ダイオキシン類の生成量を的確に把握でき、しかもその抑制効果は高い。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術３のように、クロロベンゼン類等の濃度を計測してダイオキシン類の生成量を推定するためには、排ガス中に存在されるとされるごく微量な（1000ng/Nm3程度）クロロベンゼン類等を計測できる必要がある。すなわち、実質的にリアルタイムでかつ高精度な計測手段を具備することが不可欠となる。しかしながら、上記従来技術３に記載されている計測手段であるレーザー多光子イオン化質量分析装置は、塩素の１置換体であるモノクロロベンゼンはある程度イオン化できるものの、ベンゼン核に置換した塩素の数が１ケづつ増える毎に1/7から1/10の感度低下が起こるとされる。すなわち、塩素の３置換体であるトリクロロベンゼンは、モノクロロベンゼンの1/100の感度しかないといえる。一方、有毒なダイオキシン類は、塩素が４個以上置換した化合物であり、その前駆物質であるクロロベンゼン類等は、塩素が２ケまたは３ケ以上置換したものとなる。したがって、上記従来技術３に記載されたイオン化法では、イオン化の効率が低下してしまう。すなわち、排ガス中に含まれるごく微量な上記前駆物質（クロロベンゼン類および／またはクロロフェノール類）を測定することは極めて難しく、結局、ダイオキシン類の生成量をリアルタイムに的確に計測することができず、ダイオキシン類の抑制にあまり効果を上げることができないという問題点がある。
【００１１】
また、上記従来技術３では、焼却炉内のごみの燃焼過程で発生するダイオキシン類に対して、燃焼炉内でのみ対応し、最終的に煙突から排気されるダイオキシン類を十分に抑制することができないという問題点もある。
【００１２】
さらに、上記従来技術３では、ダイオキシン前駆物質の濃度や炉内酸素濃度や炉内温度等から、炉内の状態を想定して、ダイオキシン類の濃度が低下する操作対象を定めているが、炉内の火炎の状態が明確に判らないために、操作対象として適切なものを選定することができず、結果としてダイオキシン類を効果的に抑制することができないという問題点もある。
【００１３】
そこで、本願の第一の目的は、ダイオキシン類の生成量をより的確に計測し、ダイオキシン類を効果的に抑制することができるごみ焼却設備及びその制御方法を提供することである。
【００１４】
また、本願の第二の目的は、燃焼炉内のみならず、燃焼炉から排出された後の排気ガス中のダイオキシン類に対しても対処でき、最終的に煙突から排気されるダイオキシン類の量をより抑制することができるごみ焼却設備及びその制御方法を提供することである。
【００１５】
また、本願の第三の目的は、ダイオキシン類の濃度に応じて、適切な操作対象を選定して、ダイオキシン類の量を効果的に抑制することができるごみ焼却設備及びその制御方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記第一の目的を達成するための第一のごみ焼却設備は、
ごみ燃焼炉と、該ごみ燃焼炉の状態を操作する操作端とを有するごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉内のガス、又は該ごみ焼却炉からの排気ガスを採取するガス採取手段と、
前記ガス採取手段で採取された試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量を計測する計測装置と、
前記計測装置で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量に応じて、前記操作端の操作量を定めて、該操作端に該操作量を出力する制御手段と、
を備え、
前記計測装置は、校正用の標準ガスを発生する標準ガス発生装置と、ガスを大気圧下でイオン化する大気圧イオン化手段と、前記ガス採取手段で採取された試料ガスと前記標準ガスとを選択的に該大気圧イオン化手段に送るための切替装置と、前記大気圧イオン化手段でイオン化された前記試料ガス中の、ダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の質量分析を行う質量分析手段と、を有する、
ことを特徴とするものである。
【００１７】
前記第一の目的を達成するための第二のごみ焼却設備は、
前記第一のごみ焼却設備において、
前記ダイオキシン計測装置は、
予め定められた、前記ダイオキシン前駆物質の質量と前記ダイオキシン類の質量との相対関係を用いて、前記質量分析手段で質量分析された該ダイオキシン前駆物質の質量から該ダイオキシン類の質量を推定する推定手段を有する、
ことを特徴とするものである。
【００１８】
前記第一の目的を達成するための第三のごみ焼却設備は、
前記第一及び第二のいずれかのごみ焼却設備において、
前記計測装置は、
前記試料ガスから固形不純物を取り除くフィルタと、前記フィルタ及び前記切替装置を通ってきた前記試料ガス、及び前記標準ガス発生装置から前記切替装置を通ってきた前記標準ガスを前記大気圧イオン化手段に送るための配管と、該フィルタと該切替装置と該配管とを加熱するヒータと、を有する、
ことを特徴とするものである。
【００１９】
前記第一の目的を達成するための第四のごみ焼却設備は、
前記第一から第三のいずれかのごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉には、前記制御手段が制御する前記操作端として、該ごみ焼却炉内に供給されるごみの供給速度を調節するごみ供給速度調節手段、該ごみ焼却炉内に供給する一次空気の供給量を調節する一次空気量調節手段と、該一次空気の温度を調節する一次空気温度調節手段と、該一次空気が供給される位置よりも下流側に供給される二次空気の供給量を調節する二次空気量調節手段と、該二次空気を該焼却炉内に供給する向きを調節する二次空気供給方向調節手段とのうち、少なくとも該二次空気供給方向調節手段が設けられている、
ことを特徴とするものである。
【００２０】
前記第二の目的を達成するための第一のごみ焼却設備は、
ごみ焼却炉と、該ごみ焼却炉からの排気ガスを処理する排気ガス処理系と、該排気ガス処理系と通過した該排気ガスを排気する煙突と、を有するごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉から前記煙突までの間におけるガスを互いに異なる箇所で採取する複数のガス採取手段と、
複数の前記ガス採取手段で採取された各試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量をそれぞれ計測する複数のダイオキシン計測装置と、
複数の前記ダイオキシン計測装置で計測された各ダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量から、ダイオキシン類の主要な発生要因が、複数の前記ガス採取手段のうちのいずれのガス採取手段(以下、特定ガス採取手段とする）よりも上流側の状態によるものであるかを判断し、該特定ガス採取手段よりも上流側の設備の操作端であって、該操作端の操作量に応じてダイオキシン類の生成量に影響を与える操作端に対して、該特定ガス採取手段で採取されたガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量に応じて求めた操作量を出力する制御手段と、
を備えていることを特徴とするものである。
【００２１】
前記第二の目的を達成するための第二のごみ焼却設備は、
前記第二の目的を達成するための第一のごみ焼却設備において、
複数の前記ガス採取手段のうち、一つのガス採取手段が前記ごみ焼却炉内のガス、又は該ごみ焼却炉からの排気ガスであって前記排気ガス処理系に至る前の排気ガスを採取する焼却炉ガス採取手段であり、一つのガス採取手段が前記排気ガス処理系内の前記排気ガス、又は排気ガス処理系から排気された前記排気ガスを採取する処理系ガス採取手段であり、
複数の前記ダイオキシン計測装置のうち、一つのダイオキシン計測装置が前記焼却炉ガス採取手段で採取された試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量を計測する焼却炉ダイオキシン計測装置であり、一つのダイオキシン計測装置が前記処理系ガス採取手段で採取された試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量を計測する処理系ダイオキシン計測装置であり、
前記制御手段は、前記焼却炉ダイオキシン計測装置で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量と、前記処理系ダイオキシン計測装置で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量とから、ダイオキシン類の主要な発生要因が前記ごみ焼却炉の状態であるのか、前記排気ガス処理系の状態であるのかを判断し、該ごみ焼却炉と該排気ガス処理系とのうち、ダイオキシン類の主要な発生原因のある設備の前記操作端に対して、該設備の前記ダイオキシン計測装置で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量に応じて求めた操作量を出力する、
ことを特徴とするものである。
【００２２】
前記第二の目的を達成するための第三のごみ焼却設備は、
前記第二の目的を達成するための第二のごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉には、前記制御手段が制御する前記操作端として、該ごみ焼却炉内に供給されるごみの供給速度を調節するごみ供給速度調節手段、該ごみ焼却炉内に供給する一次空気の供給量を調節する一次空気量調節手段と、該一次空気の温度を調節する一次空気温度調節手段と、該一次空気が供給される位置よりも下流側に供給される二次空気の供給量を調節する二次空気量調節手段と、該二次空気を該焼却炉内に供給する向きを調節する二次空気供給方向調節手段とのうち、少なくとも一つが設けられ、
前記排気ガス処理系は、前記排気ガス中の粉塵を除去する集塵装置を有すると共に、前記制御手段が制御する前記操作端として、該集塵装置に送られる該排気ガスの温度を調節する排気ガス温度調節手段と、該集塵装置に送られる該排気ガス中に活性炭を吹き込む活性炭供給量調節手段とのうち、少なくとも一つを有する、
ことを特徴とするものである。
【００２３】
前記第二の目的を達成するための第四のごみ焼却設備は、
前記第二の目的を達成するための第三のごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉内の火炎を撮像する撮像手段を備え、
前記制御手段は、
ダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の各種量と前記ごみ焼却炉内の各種火炎パターンに対して、操作すべき操作端が定められているルールを用い、前記焼却炉ダイオキシン計測装置で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量と前記撮像手段で撮像された前記火炎のパターンとに応じた操作端を定めて、該操作端の動作を制御する、
ことを特徴とするものである。
【００２４】
前記第三の目的を達成するための第一のごみ焼却設備は、
ストーカーが移動して、ごみ中の水分を蒸発させる乾燥ストーカー炉を有するごみ燃焼炉と、該ごみ燃焼炉の状態を操作する複数の操作端とを備えているごみ焼却設備において、
前記乾燥ストーカー炉の上部に設けられ、前記ごみ焼却炉内のガスを採取するガス採取手段と、
前記ガス採取手段で採取された試料ガス中のダイオキシン前駆物質の量を計測する計測装置と、
前記ごみ焼却炉内の火炎を撮像する撮像手段と、
ダイオキシン前駆物質の各種量と前記ごみ焼却炉内の各種火炎パターンに対して、複数の前記操作端のうち、操作すべき操作端が定められているルールを用い、前記計測装置で計測された前記ダイオキシン前駆物質の量と前記撮像手段で撮像された前記火炎のパターンに応じた操作端を定めて、該操作端の動作を制御する制御手段と、
を備えていることを特徴とするものである。
【００２５】
ここで、前記第二の目的を達成するためのごみ焼却設備、及び前記第三の目的を達成するためのごみ焼却設備において、
前記ダイオキシン計測装置は、前記ガス採取手段で採取された試料ガスを大気圧下でイオン化する大気圧イオン化手段と、前記大気圧イオン化手段でイオン化された前記試料ガス中の、ダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の質量分析を行う質量分析手段と、を有することが好ましい。
【００２６】
また、以上の各ごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉には、前記制御手段が制御する前記操作端として、前記ストーカーの移動速度を調節するストーカー速度調節手段が設けられていることが好ましい。
【００２７】
前記第一の目的を達成するためのごみ焼却設備の制御方法は、
ごみ燃焼炉と、該ごみ燃焼炉の状態を操作する操作端とを有するごみ焼却設備の制御方法において、
前記ごみ焼却炉内のガス、又は該ごみ焼却炉からの排気ガスを採取するガス採取工程と、
前記ガス採取工程で採取された試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量を計測装置で計測する計測工程と、
前記計測工程で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量に応じて、前記操作端の操作量を定めて、該操作端に該操作量を出力する制御工程と、
前記計測装置を校正する校正工程と、
を有し、
前記計測工程は、前記ガス採取工程で採取された試料ガスを、大気圧下のモニタ部内でコロナ放電によりイオン化し、該モニタ部内でイオン化された前記試料ガス中の、ダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の質量分析し、
前記校正工程は、切替装置により、前記ガス採取工程で採取された試料ガスが前記モニタ部に導入されるのを絶ち、標準ガス発生装置からの校正用の標準ガスを前記モニタ部に導入して、前記計測装置を校正する、
ことを特徴とするものである。
【００２８】
前記第二の目的を達成するためのごみ焼却設備の制御方法は、
ごみ焼却炉と、該ごみ焼却炉からの排気ガスを処理する排気ガス処理系と、該排気ガス処理系と通過した該排気ガスを排気する煙突と、を有するごみ焼却設備の制御方法において、
前記ごみ焼却炉から前記煙突までの間におけるガスを互いに異なる箇所で採取するガス採取工程と、
ガス採取工程で複数の箇所で採取された各試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量をそれぞれ計測するダイオキシン計測工程と、
前記ダイオキシン計測工程で計測された各ダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量から、ダイオキシン類の主要な発生要因が、複数のガス採取箇所のうちのいずれのガス採取箇所(以下、特定ガス採取箇所とする）よりも上流側の状態によるものであるかを判断し、該特定ガス採取箇所よりも上流側の設備の操作端であって、該操作端の操作量に応じてダイオキシン類の生成量に影響を与える操作端に対して、該特定ガス採取箇所で採取されたガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量に応じて求めた操作量を出力する制御工程と、
を有することを特徴とするものである。
【００２９】
前記第三の目的を達成するためのごみ焼却設備の制御方法は、
ストーカーが移動して、ごみ中の水分を蒸発させる乾燥ストーカー炉を有するごみ燃焼炉と、該ごみ燃焼炉の状態を操作する複数の操作端とを備えているごみ焼却設備の制御方法において、
前記ごみ焼却炉内のガスを、前記乾燥ストーカー炉の上部から採取するガス採取工程と、
前記ガス採取工程で採取された試料ガス中のダイオキシン前駆物質の量を計測する計測工程と、
前記ごみ焼却炉内の火炎を撮像する撮像工程と、
ダイオキシン前駆物質の各種量と前記ごみ焼却炉内の各種火炎パターンに対して、複数の前記操作端のうち、操作すべき操作端が定められているルールを用い、前記計測工程で計測された前記ダイオキシン前駆物質の量と前記撮像工程で撮像された前記火炎のパターンに応じた操作端を定めて、該操作端の動作を制御する制御工程と、
を有することを特徴とするものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るごみ焼却設備の各種実施形態について、図面を用いて説明する。
【００３１】
まず、本発明に係るごみ焼却設備の第一の実施形態について、図１〜図６を用いて説明する。
本実施形態のごみ焼却設備は、図１に示すように、ごみ焼却炉（ストーカー炉）１０を有するごみ焼却系１と、排ガス処理系２と、ガス分析装置３と、制御装置４と、ガス採取系５と、煙突６とを有している。
【００３２】
ごみ焼却系１のごみ焼却炉１０では、投入したごみを乾燥、燃焼させる。その結果、ごみは焼却灰と排ガスとなる。焼却灰は随時焼却炉から搬出され、排ガスは排気ガス処理系２に送られる。また、ごみ焼却炉１０には、燃焼ガス流量、炉内温度などを計測するための各種センサーが取付けられており、計測した値は燃焼制御装置４に送られる。
【００３３】
排ガス処理系２は、減温塔２１、集塵装置２２、ガス加熱器２３、脱硝装置２４を有している。排ガス処理系２では、排ガス中に含まれる飛灰、ＮＯｘなどの有害な物質を除去する。有害物質の除去効率を上げるため、集塵装置２２の手前で活性炭を吹き込む場合もある。有害物質が除去された排ガスは、煙突６から大気中に放出される。煙突６の手前の煙道には、ガス採取系５が設置されており、採取された排ガスはガス分析装置３に送られる。
【００３４】
ガス分析装置３は、各種ガス分析装置３１と、ダイオキシン計測装置３２とを有している。各種ガス分析装置３１では、ＨＣＬ、ＳＯｘ、ＣＯ、Ｏ2などのガス成分が測定される。また、ダイオキシン計測装置３２では、ダイオキシン類の濃度および／またはダイオキシン前駆物質濃度がオンラインで測定される。これらの測定値は、制御装置４に送られる。
【００３５】
制御装置４では、ごみ焼却系１で計測された温度、圧力等の各種状態量と、ガス分析装置３で計測された各種ガス濃度の測定値が入力される。さらに、ごみ焼却系１からは、ストーカー速度などの各種操作量の値が燃焼制御装置４に入力されている。制御装置４では、これらの入力情報に基づき、ごみ焼却系１の操作量であるストーカー速度等を決定し、ごみ焼却系１に制御信号を送る。
【００３６】
次に、本実施形態の各部の構成について、より詳細に説明する。
まず、図２を用いて、ごみ焼却系１について詳細に説明する。
ごみ焼却炉１０では、ごみホッパ１１に入れられたごみが、給塵装置１１０によりストーカ上に運ばれる。ストーカは、乾燥ストーカ１１１、燃焼ストーカ１１２及び後燃焼ストーカー１１３の３つに分かれている。乾燥ストーカ１１１では、主に投入ごみの水分を蒸発させる。燃焼ストーカ１１２では、乾燥したごみを燃焼させる。後燃焼ストーカー１１３では、燃焼ストーカー１１２で燃やし切れなかったごみを完全に燃焼させる。燃焼後の灰は、灰ピット（図示せず）に一旦堆積した後、埋め立てまたは溶融処理される。
【００３７】
乾燥ストーカ１１１、燃焼ストーカ１１２、および後燃焼ストーカー１１３には、下部から、それぞれ乾燥用空気、燃焼用空気、後燃焼用空気が吹き込まれるようになっている。各空気は、一次空気送風ファン１３１により、各ストーカ１１１，１１２，１１３に送り込まれるが、その途中で、エアヒーター１３３を介して燃焼排気ガスの一部あるいは蒸気（図示せず）と熱交換して昇温される。乾燥ストーカ１１１、燃焼ストーカ１１２及び後燃焼ストーカー１１３への空気量は、空気流量計１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃにより計測される。これらの空気量は、制御装置４へ送られる。制御装置４では、これらの計測空気量と空気量設定値と比較し、これらの計測空気量が空気量設定値になるよう、一次空気送風ファン１３１の駆動量と、それぞれのストーカへの配分量を調節する空気ダンパ１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃの開度とを制御する。なお、このマイナー制御系は図示していない。また、各ストーカ１１１，１１２，１１３に送り込まれる空気の温度は、空気温度センサー１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃにより計測される。これらの空気温度も、制御装置４へ送られる。制御装置４では、これらの計測空気温度と空気温度設定値とを比較し、これらの計測空気温度が空気温度設定値になるよう、図示していないマイナー制御系により制御されている。このマイナー制御系の操作端は、エアヒーター１３３を介さずに、一次空気送風ファン１３１からの空気を直接各ストーカー１１１，１１２，１１３へ導く経路に設けら得ている温度調節用ダンパ１２４ａａ，１２４ｂａ，１２４ｃａと、エアヒーター１３３で加熱された空気を各ストーカー１１１，１１２，１１３へ導く経路に設けら得ている温度調節用ダンパ１２４ａｂ，１２４ｂｂ，１２ｃｂとである。各ストーカー１１１，１１２，１１３に供給される空気は、温度調節用ダンパ１２４ａａ，１２４ｂａ，１２４ｃａを通過した空気と、温度調節用ダンパ１２４ａｂ，１２４ｂｂ，１２ｃｂを通過した高温の空気と、の配分比を調節することで、温度調節される。
【００３８】
また、ストーカー上部には、二次空気吹き込みノズル１３４ａ，１３４ｂが取り付けられている。二次空気吹き込みノズル１３４ａ，１３４ｂから供給される二次空気により、乾燥ストーカー１１１上で発生した未燃分を多く含むガスと、燃焼ストーカー１１２上で発生した高温のガスが混合される。さらに、これらのガス中に、二次空気中の酸素が補給される。その結果、ほとんどの可燃性物質が燃焼される。二次空気の吹込み量（吹込み速度）は、二次空気送風ファン１３２の駆動量と二次空気用ダンパ１２９の開度とにより調節される。これら二次空気送風ファン１３２の駆動量、及び二次空気用ダンパ１２９の開度は、いずれも、燃焼制御装置４により制御される。燃焼排気ガスは、炉出口路１２中では、８００〜９００℃の高温となっている。燃焼排気ガス温度及び炉壁温度は、それぞれ、炉内温度センサ１５１ａ，１５１ｂにより計測されている。高温の燃焼ガスから炉壁を保護するため、燃焼排気ガス温度または炉壁温度が基準値以下となるよう、ガス冷却装置（図示せず）で水を噴霧しガス温度を低下させる場合もある。焼却炉出口にボイラがあるものは、このボイラーで熱交換され、燃焼排気ガスの温度が５００℃程度まで下げられる。ごみ焼却炉１０から排出された燃焼排気ガスは、排ガス処理系２に送られる。
【００３９】
本実施形態では、以上で述べたように、燃焼制御装置４から、給塵装置１１０、各ストーカー１１１〜１１３の移動機構（ストーカ速度調節手段）、空気ダンパ１２１、温度調節用空気ダンパ１２４、二次空気用ダンパ１２９、ファン１３１および二次空気用ファン１３２に制御信号が送られて、これらの駆動量等が調節される。この制御信号により、図示していないマイナー制御系が働き、給塵速度、各ストーカー速度、各空気温度および各空気流量が制御される。
【００４０】
次に、排ガス処理系２について詳細に説明する。
排ガス処理系２は、前述したように、減温塔２１、集塵装置２２、ガス加熱器２３、脱硝触媒装置２４を有している。ごみ焼却炉１０より排出された約５００℃程度の排気ガス（ボイラを経由した排気ガス）は、まず、減温塔２１で、２５０℃〜２００℃程度まで下げられた後、集塵装置２２に導かれる。集塵装置２２の手前で排ガスの温度を下げるのは、ダイオキシン類を低減するためである。排ガス温度を下げることによりダイオキシン類を低減できる理由は、後程説明する。集塵装置２２では、排ガス中の飛灰が除去される。飛灰が除去された排ガスは、ガス加熱器２３に導かれ、約３００℃まで昇温される。これは、後段の脱硝装置２４の脱硝効果を維持するのと、煙突６から排出される排ガスの白煙防止のためである。約３００℃まで昇温された排ガスは、脱硝装置２４に導かれ、排ガス中のNＯxが除去され、煙突６を通して大気中に排出される。
【００４１】
次に、ごみ焼却系１及び排ガス処理系２でのダイオキシン類の発生メカニズムについて説明する。
ダイオキシン類とは、（化１）及び（化２）に示す２種の化合物、ポリ塩化ジベンゾ-p-ダイオキシン(PCDDsと略す)及びポリ塩化ジベンゾフラン(PCDFsと略す)の、1から9の数字で示す位置の水素が塩素(Cl)で置換された化合物群の総称である。該当する化合物は、PCDDsで75種、PCDFsで135種存在する。
【００４２】
【化１】
【化２】
PCDDsのうち、2,3,7,8の位置に4個のClが置換したダイオキシン(2,3,7,8-テトラクロロジベンゾ-p-ダイオキシン(2,3,7,8-TCDD))は毒性が最も高い。塩素置換数が4個以上のダイオキシン類のうち、PCDDsで7種、PCDFsで1O種の化合物が毒性を持つ。これらの化合物の毒性は、2,3,7,8-TCDDの毒性に対する相対値(毒性等価係数)として定められている。焼却場から採取された試料中の各化合物の濃度に、この係数を掛けて合計した値を、等価毒性量(TEQ)として定義し、試料の毒性の指標とする。
【００４５】
廃棄物の焼却過程に於けるダイオキシン類の生成には、２つの経路が存在することが推測される。
【００４６】
第１の経路は、ごみ焼却炉１０内において、未燃の有機塩素化合物からダイオキシン類が生成する経路である。例えば、（化３）に示すように、二つのトリクロロフェノールが縮合して、2,3,7,8-TCDDを生成する経路である。本発明では、これを前駆物質からの生成経路と称する。第２の経路は、排ガス処理系２等の低温部において未燃の有機化合物の塩素化によりダイオキシン類が生成する経路である。例えば、（化４）に示すように、ジベンゾフランが塩素化されてポリ塩化ジベンゾフラン（PCDFs）が生成する経路である。本発明では、これを塩素化再生成経路と称する。
【００４７】
【化３】
【化４】
以下に、それぞれの生成経路について、より詳細に説明する。
第1の経路、すなわち（化３）の反応は、これまでの報告例(小野寺 祐夫、環境技術 18巻、3号、153頁、(1989))によれば、500℃付近の温度で進行する。ダイオキシン類の前駆物質であるクロロフェノール類の沸点は、一塩化物で174℃、五塩化物で309℃である。また、同じくダイオキシン類の前駆物質であるクロロベンゼン類の沸点は、一塩化物で132℃、六塩化物で309℃である。従って、廃棄物中に含まれるダイオキシン類の前駆物質は、例えば、ストーカ炉１０の乾燥段で気化し、燃焼ゾーンに拡散して、500℃あるいはそれ以上の温度になると、（化３）に示すような反応を起こし、ダイオキシン類を生成する。この反応は、燃焼反応と並行するため、一部は分解されて排出されて、二酸化炭素、塩化水素及び水蒸気として排出され、残部は、そのままダイオキシン類として排出される。
【００５０】
図３に示すように、燃焼炉１０での燃焼率が向上すると、燃焼によるダイオキシン類の分解量が増え、正味のダイオキシン生成量は減少する。燃焼炉１０から出た後でも、例えば、ボイラ内で、500℃近傍の温度条件が維持されていると、ダイオキシン類の生成及び分解反応は、引き続き進行する。この温度条件では燃焼速度が低下するため、ボイラ内で生成されたダイオキシン類の分解量が少なくなり、結果として、正味のダイオキシン類生成量が、燃焼炉１０での正味のダイオキシン類生成量よりも増加する。
【００５１】
一方、第2の経路、すなわち（化４）の塩素化反応は、飛灰中に含まれる塩化銅等の触媒成分の作用により進行する。この塩素化反応は、反応温度が低いために、排ガス処理系２の減温塔２１よりも下流側で起こる。また、ダイオキシン類は、飛灰等の粒子に吸着した状態で生成する。従って、第２の経路で発生するダイオキシン類は、排ガス処理系２の減温塔２１よりも下流側、つまり集塵装置２２当たりで生成される。このように、第２の経路で発生したダイオキシン類は、図３に示すように、集塵装置２２により飛灰等の煤塵の除去と共に、そのほとんどが除去される。また、第1の経路で発生したガス状のダイオキシン類の一部も、減温塔２１で冷却される結果、飛灰等の粒子に吸着し、集塵装置２２により飛灰等の煤塵の除去と共に除去され、他の一部は脱硝触媒により分解される。
【００５２】
このように、ガス状のダイオキシン類は、その温度を下げるほど、具体的には、２５０℃〜２００℃程度まで下げると、粒子に付着し、集塵装置２２により除去することができる。
【００５３】
次に、ガス分析装置３について説明する。
ガス分析装置３は、図１を用いて前述したように、各種ガス分析装置３１と、ダイオキシン計測装置３２とを有している。このガス分析装置３に取り込まれる試料ガスは、排ガス処理系２と煙突６の間に設置したガス採取系５から取り込まれる。このため、試料ガスは、集塵装置２２によりダストの大半が除去されている。各種ガス分析装置３３では、試料ガスから、ドレンポットにより水分を除去した後、ガラス製のフィルタにより微量なダストを取り除いている。そして、ダストや水分が除去された試料ガスから、ＨＣＬ、ＳＯｘ、ＣＯ、Ｏ2などのガス成分を測定する。本実施形態では、ＨＣＬ、ＳＯｘ、ＣＯ、Ｏ2などのガス成分の測定には、一般的に使用される連続分析計を利用している。。
【００５４】
ダイオキシン計測装置３２では、試料ガスを安定にかつ一定流量でモニタ部に送り込む必要がある。また、途中で分析対象物質が吸着したり凝縮して損失することがないようにしなければならない。したがって、その前処理は、各種ガス分析装置３３とは違ったものになる。
【００５５】
ダイオキシン計測装置３２は、図４に示すように、試料ガスを搬送して前処理するガス前処理部３２１と、試料ガス中から測定対象物質を検出するモニタ部３２２、さらに検出して取得したデータを処理するデータ処理部３２３とを有している。
【００５６】
ガス前処理部３２１は、試料ガス中の固形不純物や飛灰を取り除く石英又はガラス製のフィルタ３２１ａと、流路切替バルブ３２１ｂと、モニタ部３２２に送る試料ガスを加熱する加熱配管３２１ｃと、調圧ニードルバルブ３２１ｄと、モニタ部３２２で検出された試料ガスを排気するための排気ポンプ３２１ｅと、排気ガス配管３２１ｆと、排気ガスプローブ３２１ｇと、標準ガス発生装置３２１hと、を有して構成されている。ガス前処理部３２１のフィルタ３２１a、流路切替バルブ３２１ｂ、加熱配管３２１ｃ、調圧ニードルバルブ３２１ｄは、ヒーターにより100℃〜200℃程度に加熱されている。切替バルブ３２１ｂは、試料ガスをモニタ部３２２に送る場合と、標準ガス発生装置３２１hからの標準ガスをモニタ部３２２へ送る場合とに切替える際に操作される。標準ガス発生装置３２１hからの標準ガスは、モニタ部３２２を校正する場合に用いられる。
【００５７】
モニタ部３２２は、送り込まれた資料ガス中の分析対象物質を選択的にかつ高い効率でイオン化を行う大気圧化学イオン源３２２ａと、大気圧化学イオン源３２２ａから中間圧力室などを経て送られてきたイオン化したガスを質量分析する質量分析部３２２ｂと、質量分析部３２２ｂ内のガスをガス前処理部３２１の排気ガス配管３２１fに送る真空ポンプ３２２ｃとを有している。
【００５８】
データ処理部３２３は、質量分析部３２２ｂからの信号を増幅する増幅器３２２ａと、増幅器３２２aで増幅された質量分析部３２２ｂからの信号に基づいて、前駆物質の総濃度又はダイオキシン類の濃度を推定する演算器３２３bとを有している。
【００５９】
次に、ダイオキシン計測装置３２内でのガスの流れについて説明する。
煙突６の手前の煙道及びガス採取系５を経たガスは、ガス前処理部３２１のフィルター３２１ａを通る過程で、試料ガス中の固形不純物や飛灰が取り除かれる。フィルタ３２１ａは、ガス採取場所の飛灰等の多少により、２段、３段のものを用いればよい。フィルター３２１ａにより取り除かれた飛灰中には、ダイオキシン類や有機塩素化合物が吸着されている。そのため、これら吸着された成分を脱着させるために、フィルター３２１ａを１００℃〜５００℃、好ましくは１５０℃〜２００℃に加熱している。フィルタ３２１aを通過した試料ガスは、切替バルブ３２１ｂを経て、大気圧化学イオン源３２２ａに送りこまれる。ここで、コロナ放電により、ダイオキシン類や有機塩素化合物のイオン化が行われる。大気圧化学イオン源３２２ａを経過した試料ガスの一部は、排気ポンプ３２１ｅで引かれ、ニードルバルブ３２１ｄ、排気ガス配管３２１ｆ、排気ガスプローブ３２１gを経て煙道に排気される。ニードルバルブ３２１ｄは、ガスの流れを調整し、イオン源３２２ａ内の圧力を一定にする。なお、このニードルバルブ３２１ｄの代わりに、調圧器やマスフロー制御器等を使ってもよい。大気圧化学イオン源３２２ａを経過してイオン化した試料ガスの残りは、質量分析部３２２bで質量分析された後、真空ポンプ３２２ｃで引かれ、排気ガス配管３２１ｆ、排気ガスプローブ３２１gを経て煙道に排気される。各配管系やイオン源３２２ａは、機密構造とし、外部への漏洩及び外部大気の侵入を防いでいる。
【００６０】
モニタ部３２２では、測定対象物質をイオン化し、その質量を計測する。イオン化法には、正イオン化モードと負イオン化モードがある。本実施形態で用いた方法は、負イオン化モードである。負イオン化モードの大気圧イオン化は、多くの妨害物質が存在する中で、有機塩素化合物を選択的にイオン化できる高感度、高選択イオン化法である。殊に、この大気圧イオン化は、コロナ放電を利用するので、電子種の電子親和力によってイオン化確率が決まり、塩素数が多いほど、イオン化確率が上昇する傾向にある。したがって、塩素数が４個以上の有毒なダイオキシン類や、その前駆物質である塩素数が２個又は３個以上のクロロベンゼン類等に対する感度が高くなり、ダイオキシン類やその前駆物質の生成量を的確に計測することができる。また、この負イオン化によれば、ダイオキシンの他、その前駆物質など多くの有機化合物もあわせてイオン化される。また、大気圧イオン化は、生成した負イオンの質量を知れば、分析対象をさらに絞り込むことができる。生成したイオンの選別には、質量分析部３２２ｂを使う。
【００６１】
質量分析部３２２ｂに導入されたイオンは、そこで、質量数(分子量／電荷（ｍ／ｅ））毎のイオン強度、つまりマススペクトルが測定される。このマススペクトルの測定は、通常１秒以下で完了する。
【００６２】
ダイオキシン類の前駆物質であるクロロベンゼン類は、電子を一個捕獲して分子イオンＭ￣となる（ここで中性分子をＭ、負イオンをＭ￣とする）。また、クロロフェノール類は、フェノオキシ基（―ＯＨ基）のプロトン一個を失い擬分子イオン（Ｍ―Ｈ）￣となる。ダイオキシン類は、分子イオンＭ￣の他に（Ｍ―Ｃｌ）￣、（Ｍ―Ｃｌ＋Ｏ）￣、または解離して１、２オルトキノン形のフラグメントイオンなどになる。質量分析部３２２ｂでは、これらのイオン強度の特徴ピークを選択的に検出すれば、選択性の高く且つ高感度で測定できる。具体的に、このダイオキシン計測装置３２は、１０００ng/Nm3レベルで、２塩素置換体以上のダイオキシン類やその前駆物質の濃度を、計測誤差±１０％以内で、分析時間５秒以内で、計測することができる。
【００６３】
データ処理部３２３では、質量分析部３２２からの分析結果を示す信号を増幅器３２３ａにより増幅し、それを演算器(推定手段）３２３ｂで演算処理して、ダイオキシン類の濃度を推定する。演算器３２３ｂで、クロロベンゼン類やクロロフェノール類の濃度からダイオキシン濃度を推定するには、予め求められた、クロロベンゼン類やクロロフェノール類とダイオキシン類との相関関係を用いる。
【００６４】
ここで、クロロフェノール類を例にダイオキシン類との相関関係について詳しく述べる。ただし、ここで述べるダイオキシン類は、第１の経路により発生したものである。
【００６５】
乾燥ストーカー１１１における最高到達温度は、300℃ないし400℃である。この温度は、クロロフェノール類の沸点よりも高く、廃棄物中に含まれるクロロフェノール類は、ほぼすべて気化する。従って、クロロフェノール類のガス相での濃度は、廃棄物中に含まれるクロロフェノール類の量と、全ガス量によって定まる。ここで、廃棄物供給量を F(ton/h)、廃棄物中に含まれるクロロフェノール類の量を P(ppm)、燃焼ガス量を Q(Nm3/h)とすると、クロロフェノール類のガス相での濃度 CP(ppm)は、以下の（数１)のように表せる。なお、（数１)中の（１９７．５）は、クロロフェノール類の分子量である。
【００６６】
CP = (F*P/197.5*0.0224*298/273)/Q （数１）
投入された廃棄物が乾燥段上を移動する過程での温度上昇に応じて、クロロフェノール類の濃度は上昇するとする。すなわち、温度 T(℃)において、蒸気圧 VP(mmHg)とすると、クロロフェノール類のガス相での濃度 CPT(ppm)は、（数２）のように表せる。
【００６７】
CPT = CP*VP/760 （数２）
ガス相に放出されたクロロフェノール類は、併発的に（化1）に示すダイオキシン類生成反応を起すと共に、燃焼反応を起こす。しかし、両方の反応速度を比較すると、燃焼反応の方がきわめて速い。従って、ダイオキシン類の生成は、燃焼しなかった未燃のクロロフェノール類から逐次的に生成すると仮定することができる。すなわち、クロロフェノール類の燃焼率をηcp(%)とすると、未燃のクロロフェノール類の濃度（[クロロフェノール]0）は、（数３）のように表せる。
【００６８】
[クロロフェノール]0 = CP * (100 - ηcp)/100 （数３）
クロロフェノール類からダイオキシン類が生成する過程では、（化３）に示すようにクロロフェノール類２分子が互いに縮合してダイオキシン類を生成する。従って、ダイオキシン類の生成速度は、（数４）のように表される。なお、（数４)中、[クロロフェノール]は、測定されるクロロフェノール類の濃度である。
【００６９】
-2*d[クロロフェノール]/dt=d[ダイオキシン類]/dt=k[クロロフェノール] （数４）
この（数４）を解けば、ダイオキシン類の濃度は、生成速度定数 k を用いて(数５)のように表される。
【００７０】
[ダイオキシン類]=１／２{[クロロフェノール]0*（１−exp（−k*t））} （数５）
ここで、未燃のクロロフェノールの濃度[クロロフェノール]0と実測されるクロロフェノール類の濃度[クロロフェノール]とは、ほぼ等しい。従って、（数５）は、（数６）のように表せる。
【００７１】
[ダイオキシン類]=１／２{[クロロフェノール]*（１−exp（−k*t））} （数６）
以上のように、（数６）によれば、クロロフェノール類の測定濃度から、ダイオキシン類の濃度を推定することができる。ところで、（数６）の生成速度定数ｋは、温度等の雰囲気によって異なってくる。このため、生成速度定数ｋは、クロロベンゼン、クロロフェノール類の濃度測定と同時に、公定法によってダイオキシン濃度を実測して、決定することが望ましい。また、ごみ焼却炉の形状によって相関関係が異なる可能性があるため、より高精度でダイオキシン濃度を推定するには、炉毎に相関関係のデータを求めておくことが望ましい。また、以上では、ダイオキシン類の濃度とクロロフェノール類の濃度との相関関係を式から求めたが、両濃度をそれぞれ実測し、その結果から、両者の相関関係を求めるようにしてもよい。
【００７２】
また、以上と同様に、クロロベンゼン類の測定濃度からも、ダイオキシン類の濃度を推定することができる。このように、クロロベンゼン類及びクロロフェノール類、つまり前駆物質の濃度が高くなれば、一定の関係で、ダイオキシン類の濃度も高くなるので、本実施形態の演算器３２３ｂでは、クロロベンゼン類やクロロフェノール類の総濃度を制御装置４へ送っている。
【００７３】
なお、前駆物質の濃度を送る換わりに、クロロフェノール類の測定濃度から推定したダイオキシン類の濃度と、クロロベンゼン類の測定濃度から推定したダイオキシン類の濃度とを加算して、これをダイオキシン類の濃度とし、この推定した値を制御装置４へ送ってもよい。この場合、実際に測定されたダイオキシン濃度を制御装置４へ送ってもよいが、ここでは、前駆物質の濃度から推定されたダイオキシン類の濃度を校正するために、測定されたダイオキシン類の濃度を用いるとよい。これは、試料ガス中のダイオキシン類の濃度が低いために、前駆物質の測定よりも遥かに測定時間がかかってしまい、実測されたダイオキシン類の濃度では、リアルタイムに制御するのに不向きであるからである。
【００７４】
次に、図５を用いて燃焼制御装置４について説明する。
制御装置４は、データ収録装置４１、推論エンジン４２、ルールベース４３を有している。
【００７５】
データ収録装置４１には、ごみ焼却系１で計測された以下の計測値または値が入力される。
【００７６】
１）ごみ焼却系１で計測された温度、圧力、空気流量等の各種状態量
２）ダイオキシン計測装置３２で計測されたダイオキシン類および／またはダイ
オキシン前駆物質の濃度
３）各種ガス分析装置３１で計測されたＨＣＬ、ＳＯｘ、ＣＯ、Ｏ2などの濃度
４）ごみ焼却系１における各ストーカー速度、空気ダンパー開度などの各種操作量
本実施形態では、上記１）から４）のデータが５秒間隔でデータ収録装置４１に順次入力する。データ収録装置４１に入力した値は、データ収録装置４１内に蓄えられると同時に推論エンジン４２に渡される。推論エンジン４２では、入力されたデータとルールベース４３内に蓄えられたルールとを用いて、ごみ焼却系１の操作量である各ストーカー速度、空気ダンパー開度等の変更指令を出力する。
【００７７】
ここで、推定エンジン４２が各種操作量を決定する際に使用するルールについて説明する。
このルールは、発明者らがダイオキシン前駆物質の濃度に影響を及ぼす因子について検討して得た知見に基づいている。発明者らが得た知見は以下の通りである。
【００７８】
知見：ごみ焼却炉１０の出口のダイオキシン前駆物質の濃度が大きくなるのは以下の場合である。
【００７９】
１）乾燥ストーカ１１１から発生するダイオキシン前駆物質の量が多い
２）二次空気による、乾燥ストーカー１１１上で発生した未燃分を多く含むガスと、燃焼ストーカー１１２上で発生した高温のガスとの混合速度が小さい。
【００８０】
３）燃焼ストーカ上部での燃焼状態が悪い（火炎温度が低い、燃焼空気が不足）。
【００８１】
ところで、上記３）のストーカー上部での燃焼状態（火炎温度）と、上記２）の混合速度とが一定の状態に固定されているとすると、その状態で分解できるダイオキシン前駆物質の量が決まる。したがって、前駆物質の量がこの分解量以下であれば発生した前駆物質の量に関係なく、炉出口までにほとんどの前駆物質が分解される。しかし、分解量を超えると、炉出口から超えた分だけ前駆物質が排出される。
【００８２】
以上の知見に基づいたルールについて、図６を用いて説明する。なお、同図に示したルールは、計測したダイオキシン前駆物質の量が低い場合は、操作量を変更する必要がないため、ダイオキシン前駆物質の濃度が高くなった場合に操作量を決定するためのルールの一部である。
【００８３】
ルールは、IF THEN形式のルールになっている。このルールでは、炉内温度等の状態量の大きさ等を、例えば、（高、やや高、中、やや低、低）などの５段階で評価している。
【００８４】
ルール１は、炉内温度が高く、Ｏ2濃度も中くらいであるが、ダイオキシンの前駆物質の濃度が高くなった場合のルールである。この場合は、炉内温度が高いことから燃焼状態は良いことが推定できる。したがって、ダイオキシン前駆物質の濃度が高くなった原因は、二次空気による燃焼ガスの混合速度が小さいためであると判断し、二次空気の流速を増加させる指令を二次空気送風ファン１３２及び二次空気用ダンパ１２９に出す。この場合、二次空気吹き込みノズル１３４ａの向きを調節できる二次空気供給方向調節手段があれば、ガスの混合効率が高まるよう、方向調節手段に対して供給方向を変える指令を出してもよい。
【００８５】
ルール２は、炉内温度がやや高く、Ｏ2濃度がやや低い場合のルールである。この場合は、燃焼用空気が若干不足している可能性が高いため燃焼用空気量を増加させる指令を、一次空気送風ファン１３１及び空気ダンパ１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃに出す。
【００８６】
ルール３は、炉内温度が中位で、Ｏ2濃度がやや低い場合のルールである。この場合も、ごみの量に対して燃焼用空気量が不足している可能性があるが、炉内温度に比べて低い燃焼用空気量を増加させることで炉内の温度が低下する恐れがある。したがって、この場合はごみの移送量を減少させるために乾燥ストーカーの速度および燃焼ストーカーの速度を減少させる指令を出す。
【００８７】
以上、いずれのルールの場合も、制御装置４から各操作端へ指令される操作量は、いずれも前駆物質の濃度に応じて定められる。
【００８８】
なお、本実施形態では、状態量の大きさを５段階で評価したルールを作成したが、これらのルールをファジールールに変換して制御アルゴリズムを構築してもよい。
【００８９】
以上のように、本実施形態では、排気ガスを大気圧イオン化源３２２ｂで、大気圧下でコロナ放電でイオン化しているので、電子種の電子親和力によってイオン化確率が決まり、塩素数が多いほど感度が高くなり、言い換えると、塩素数が４個以上の有毒なダイオキシン類や、その前駆物質である塩素数が２個又は３個以上のクロロベンゼン類等に対する感度が高くなり、ダイオキシン類やその前駆物質の生成量を的確に計測することができる。従って、本実施形態では、的確に計測されたダイオキシン類やその前駆物質の量に基づいて、ダイオキシン抑制制御を実行しているので、効果的にダイオキシン類を抑制することができる。
【００９０】
次に、本発明に係るごみ焼却設備の第二の実施形態について、図７〜図１１を用いて説明する。
【００９１】
本実施形態のごみ焼却設備は、図１に示すように、ごみ焼却炉（ストーカー炉）１０を有するごみ焼却系１ａと、排ガス処理系２ａと、ガス分析装置３，３ａと、燃焼制御装置４ａと、ガス採取系５，５ａと、煙突６とを有している。
【００９２】
ごみ焼却系１ａは、図８に示すように、ごみ焼却炉１０に、炉内を撮像する二つの撮像カメラ１６ａ，１６ｂを設けた以外、第一の実施形態と同様である。二つの撮像カメラ１６ａ，１６ｂのうち、一台の撮像カメラ１６ａは、ごみ焼却炉１０の後方（後燃焼ストーカー側）の炉壁に設置しており、ごみの移動方向に対して対向する向きで、燃焼状態を撮像する。また、他の一台の撮像カメラ１６ｂは、ごみ焼却炉１０の側壁に設置してあり、ごみの移送方向に対して垂直方向の燃焼状態を撮像する。これら撮像カメラ１６ａ，１６ｂは、乾燥ストーカー１１１、燃焼ストーカー１１２および後燃焼ストーカー１１３の広範囲の燃焼状態を撮像する必要があるため、広角レンズを使用している。広角レンズの使用で画質が低下する場合は、多数の撮像カメラを用いて撮像範囲を分担するとよい。
【００９３】
排ガス処理系２ａは、図７に示すように、第一の実施形態の排気ガス処理系２に、減温塔２１を通る排気ガスの温度を調節するための温度調節設備と、排気ガスが集塵装置２２に入る過程で、活性炭を吹き込む活性炭吹込み設備２５とを、追加したものである。温度調節設備は、減温塔２１に水を供給する給水源２１１と、給水源２１１から減温塔２１に送られる給水量を調節する給水量調節弁２１２とを有している。また、活性炭吹込み設備２５は、活性炭を排気ガス中に吹き込む活性炭吹込み源２５１と、活性炭吹込み源２５１から排気ガス中に吹き込まれる活性炭の量を調節する活性炭量調節弁２５２とを有している。給水量調節弁２１１と活性炭量調節弁２５２は、いずれも、その開度が制御装置４ａからの指示で制御される。
【００９４】
二つのガス採取系５，５ａのうち、一方のガス採取系５は、第一の実施形態と同様に、排気ガス処理系２ａと煙突６との間の煙道に設けられ、他方のガス採取系５ａは、ごみ焼却炉１０の乾燥ストーカー１１１の上部壁に設けられている。各ガス採取系５，５ａには、それぞれ、ガス分析装置３，３ａが接続されている。排気ガス処理系２ａと煙突６との間で採取された排気ガスを計測する処理系ガス分析装置３は、第一の実施形態のガス分析装置３とまったく同一である。また、乾燥ストーカー１１１の上部から採取された排気ガスを計測する焼却炉ガス分析装置３ａも、基本的には、第一の実施形態のガス分析装置３と同じであるが、高温で且つダストの多い排気ガスを計測するので、ガス前処理部のフィルタとして耐熱性があり且つ高性能のセラミックフィルタを用い、さらに配管系の加熱温度を第一の実施形態よりも高くしている。このセラミックフィルタにより、ダストが除去されると、塩化銅等の触媒成分も除去されるため、採取したガスが低温になっても、塩素化再生成によりダイオキシン類が生成することはない。したがって、この焼却炉ガス分析装置３ａにより、乾燥ストーカー１１１の上部から採取されたガス中のダイオキシン類及び／またはダイオキシン前駆物質の濃度を正確に計測することができる。
【００９５】
制御装置４ａは、図９に示すように、撮像カメラ１６，１６ａからの画像データを画像処理する画像処理器４５ａと、各種データが収録されるデータ収録装置４１ａと、いずれの操作端を制御するかのルールが記憶されているルールベース４３ａと、ルールベース４３ａに記憶されているルールに従って操作端を制御する推論エンジン４２ａと、を有している。
【００９６】
画像処理器４５ａは、図１０に示すように、撮像カメラ１６，１６ａからの画像を複数の領域に分割し、各領域毎の平均輝度を求めて、平均輝度が特定の値よりも大きい領域には、火炎が存在するものとして、火炎パターンを把握する。この火炎パターンは、データ収録装置４１ａに収録される。このデータ収録装置４１ａには、その他、図９に示すように、第一の実施形態と同様、ごみ焼却系１ａの状態量や操作量、ガス計測装置３，３ａでの計測データが収録される。
【００９７】
推論エンジン４２ａは、入力された各データとルールベース４３ａ内に蓄えられたルールとを用いて、ごみ焼却系１ａや排ガス処理系２ａの各操作量の変更指令を出力する。この第二の実施形態においても、推論エンジン４２ａでは、IF THENルールをベースとした制御アルゴリズムとなっている。しかしながら、第一の実施形態よりも多くのデータを取得するので、推論エンジン４２ａでは、第一の実施形態におけるルール１〜３の他に、図１１に示すように、ルール４〜７を用いて、各操作量の変更指令を出力する。
【００９８】
ルール４は、乾燥ストーカー１１１の上部のダイオキシン前駆物質濃度が高く、炉内温度はやや高い場合のルールである。この場合、ごみ質等の変化によりダイオキシンの前駆物質の発生量が多くなったと考えられる。ここで炉内の燃焼状態は比較的良いことから、さらに燃焼状態を向上させることは難しい。そこで、温度調節用ダンパ１２４ａａ，１２４ｂａに対して、乾燥空気温度を低くする指令を出力すると共に、一次空気送風ファン１３１及び空気ダンパ１２１ａに対して、乾燥空気量を減らす指令を出力することで、乾燥ストーカー１１１上から発生するダイオキシン前駆物質の量を押さえることができる。
【００９９】
ルール５は、炉出口のダイオキシン前駆物質の濃度は中位であるが、煙突入り口のダイオキシン前駆物質の濃度が高い場合のルールである。この場合は、図３を用いて前述したように、ごみ焼却系１ａから排気ガスが出て、排ガス処理系２ａ内で新たに発生したダイオキシン類の量が増加したことが原因と考えられる。そこで、ダイオキシン類の粒子への吸着量を増加させるために、温度調節設備の給水量調節弁２１に対して変更指令を出力し、減温塔２１の出口ガス温度をより低くすると共に、活性炭吹込み設備２５の活性炭量調節弁２５２に対して変更指令を出力し、活性炭の吹込み量を増加させることで対処する。
【０１００】
ルール６は、図１０（ａ）の理想火炎パターンよりも、同図（ｂ）のように、乾燥ストーカー１１１の後部の輝度が高くなり、かつ乾燥ストーカー１１１の上部のダイオキシン前駆物質の濃度がやや高くなっている場合のルールである。これは、ごみ中の水分量が少なく、燃焼ストーカー１１２にごみが至る前に、乾燥ストーカー１１１の後部でごみが燃焼し、その輻射熱でごみの乾燥が進み、ダイオキシン前駆物質の発生量が増加したと考えられる。したがって、乾燥ストーカー移動機構に対して、速度を増加させるよう変更指令を出力すると共に、温度調節用ダンパ１２４ａａ，１２４ｂａに対して、乾燥空気温度を低くする変更指令を出力する。
【０１０１】
ルール７は、図１０（ａ）の理想火炎パターンよりも、同図（ｃ）のように燃焼ストーカー１１２の後部の輝度が高くなり、かつ乾燥ストーカー１１１の上部のダイオキシン前駆物質の濃度がやや高くなっている場合のルールである。これは、ごみ中の水分量が多く、乾燥ストーカー１１１を通過しても、十分に乾燥せず、燃焼ストーカー１１２の中部当たりから後燃焼ストーカー１１３にかけてごみが燃焼している場合である。したがって、乾燥ストーカー移動機構及び燃焼ストーカ移動機構に対して、速度を減少させるよう変更指令を出力すると共に、温度調節用ダンパ１２４ａａ，１２４ｂａに対して、乾燥空気温度を高くする変更指令を出力する。
【０１０２】
以上のように、この実施形態でも、第一の実施形態と同様に、ガス計測装置３ａ，３ｂにおいて、大気圧イオン化源でガスをイオン化して、それを質量分析しているので、ダイオキシン類やその前駆物質の生成量を的確に計測することができ、効果的にダイオキシン類を抑制することができる。
【０１０３】
また、本実施形態では、ごみ焼却炉１０の出口のダイオキシン類又はその前駆物質の量を計測すると共に、排ガス処理系２ａの出口のダイオキシン類又はその前駆物質の量も計測して、ダイオキシン類の主要な発生原因がごみ焼却炉１０側にあるのか排気ガス処理系２ａ側にあるのかを判断して、その発生原因に対処しているので、最終的に煙突６から排気されるダイオキシン類の量を効果的に抑制することができる。
【０１０４】
さらに、本実施形態では、焼却炉１０内の火炎を撮像し、撮像された火炎パターンとダイオキシン類の濃度に応じて、適切な操作対象を選定しているので、ダイオキシン類の量を効果的に抑制することができる。
【０１０５】
【発明の効果】
本願の一発明によれば、ガス計測装置において、排気ガスを大気圧イオン化源３２２ｂで、大気圧下でコロナ放電でイオン化しているので、大気圧イオン化源でガスをイオン化して、それを質量分析しているので、ダイオキシン類やその前駆物質の生成量を的確に計測することができる。このため、本発明では、的確に計測されたダイオキシン類やその前駆物質の量に基づいて、ダイオキシン抑制制御を実行しているので、効果的にダイオキシン類を抑制することができる。
【０１０６】
また、本願の他の発明では、複数箇所で採取したガス中のダイオキシン類又はその前駆物質の量を計測し、ダイオキシン類の主要な発生原因が何処にあるのかを判断して、その発生原因に対処しているので、最終的に煙突６から排気されるダイオキシン類の量を効果的に抑制することができる。
【０１０７】
本願のさらに他の発明では、焼却炉内の火炎を撮像し、撮像された火炎パターンとダイオキシン類の濃度に応じて、適切な操作対象を選定しているので、ダイオキシン類の量を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態としてのごみ焼却設備の系統図である。
【図２】本発明に係る第一の実施形態としてのごみ焼却系の概略構成を示す構成図である。
【図３】温度域別のダイオキシン類の生成収支を示す説明図である。
【図４】本発明に係る第一の実施形態としてのダイオキシン計測装置の概略構成を示す構成図である。
【図５】本発明に係る第一の実施形態としての制御装置の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図６】本発明に係る第一の実施形態としての、操作端の選定ルールを示す説明図である。
【図７】本発明に係る第二の実施形態としてのごみ焼却設備の系統図である。
【図８】本発明に係る第二の実施形態としてのごみ焼却系の概略構成を示す構成図である。
【図９】本発明に係る第二の実施形態としての制御装置の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図１０】本発明に係る第二の実施形態としてのごみ焼却炉内の火炎パターンを示す説明図である。
【図１１】本発明に係る第二の実施形態としての、操作端の選定ルールを示す説明図である。
【符号の説明】
１，１ａ…ごみ焼却系、２，２ａ…排ガス処理系、３，３ａ…ガス分析装置、４，４ａ…燃焼制御装置、５，５ａ…ガス採取系、６…煙突、１０…ごみ焼却炉、１６，１６ａ…撮像カメラ、２１…減温塔、２２…集塵装置、２３…ガス加熱器、２４…脱硝装置、２５…活性炭吹込み設備、３１…各種ガス分析装置、３２…ダイオキシン計測装置、４１，４１ａ…データ収録装置、４２，４２ａ…推論エンジン、４３，４３ａ…ルールベース、４５…画像処理装置、１１１…乾燥ストーカー、１１２…燃焼ストーカー、１１３…後燃焼ストーカー、２１１…給水源、２１２…給水量調整弁、２５１…活性炭吹込み源、２５２…活性炭量調整弁、３２１…ガス前処理部、３２１ａ…フィルタ、３２１ｂ…切り替えバルブ、３２１ｃ…加熱配管、３２１ｄ…ニードルバルブ、３２１ｅ…排気ポンプ、３２１ｆ…排気配管、３２１ｇ…排気ガスプローブ、３２１ｈ…標準ガス発生装置、３２２…モニタ部、３２２ａ…大気圧化学イオン源、３２２ｂ…質量分析部、３２２ｃ…真空ポンプ、３２３…データ処理部、３２３ａ…増幅器、３２３ｂ…演算器。
Claims (14)
- ごみ燃焼炉と、該ごみ燃焼炉の状態を操作する操作端とを有するごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉内のガス、又は該ごみ焼却炉からの排気ガスを採取するガス採取手段と、
前記ガス採取手段で採取された試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量を計測する計測装置と、
前記計測装置で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量に応じて、前記操作端の操作量を定めて、該操作端に該操作量を出力する制御手段と、
を備え、
前記計測装置は、校正用の標準ガスを発生する標準ガス発生装置と、ガスを大気圧下でイオン化する大気圧イオン化手段と、前記ガス採取手段で採取された試料ガスと前記標準ガスとを選択的に該大気圧イオン化手段に送るための切替装置と、前記大気圧イオン化手段でイオン化された前記試料ガス中の、ダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の質量分析を行う質量分析手段と、を有する、
ことを特徴とするごみ焼却設備。 - 請求項１に記載のごみ焼却設備において、
前記計測装置は、
予め定められた、前記ダイオキシン前駆物質の質量と前記ダイオキシン類の質量との相対関係を用いて、前記質量分析手段で質量分析された該ダイオキシン前駆物質の質量から該ダイオキシン類の質量を推定する推定手段を有する、
ことを特徴とするごみ焼却設備。 - 請求項１及び２のいずれか一項に記載のごみ焼却設備において、
前記計測装置は、
前記試料ガスから固形不純物を取り除くフィルタと、前記フィルタ及び前記切替装置を通ってきた前記試料ガス、及び前記標準ガス発生装置から前記切替装置を通ってきた前記標準ガスを前記大気圧イオン化手段に送るための配管と、該フィルタと該切替装置と該配管とを加熱するヒータと、を有する、
ことを特徴とするごみ焼却設備。 - 請求項１から３のいずれか一項に記載のごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉には、前記制御手段が制御する前記操作端として、該ごみ焼却炉内に供給されるごみの供給速度を調節するごみ供給速度調節手段、該ごみ焼却炉内に供給する一次空気の供給量を調節する一次空気量調節手段と、該一次空気の温度を調節する一次空気温度調節手段と、該一次空気が供給される位置よりも下流側に供給される二次空気の供給量を調節する二次空気量調節手段と、該二次空気を該焼却炉内に供給する向きを調節する二次空気供給方向調節手段とのうち、少なくとも該二次空気供給方向調節手段が設けられている、
ことを特徴とするごみ焼却設備。 - ごみ焼却炉と、該ごみ焼却炉からの排気ガスを処理する排気ガス処理系と、該排気ガス処理系と通過した該排気ガスを排気する煙突と、を有するごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉から前記煙突までの間におけるガスを互いに異なる箇所で採取する複数のガス採取手段と、
複数の前記ガス採取手段で採取された各試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量をそれぞれ計測する複数のダイオキシン計測装置と、
複数の前記ダイオキシン計測装置で計測された各ダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量から、ダイオキシン類の主要な発生要因が、複数の前記ガス採取手段のうちのいずれのガス採取手段(以下、特定ガス採取手段とする）よりも上流側の状態によるものであるかを判断し、該特定ガス採取手段よりも上流側の設備の操作端であって、該操作端の操作量に応じてダイオキシン類の生成量に影響を与える操作端に対して、該特定ガス採取手段で採取されたガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量に応じて求めた操作量を出力する制御手段と、
を備えていることを特徴とするごみ焼却設備。 - 請求項５に記載のごみ焼却設備において、
複数の前記ガス採取手段のうち、一つのガス採取手段が前記ごみ焼却炉内のガス、又は該ごみ焼却炉からの排気ガスであって前記排気ガス処理系に至る前の排気ガスを採取する焼却炉ガス採取手段であり、一つのガス採取手段が前記排気ガス処理系内の前記排気ガス、又は排気ガス処理系から排気された前記排気ガスを採取する処理系ガス採取手段であり、
複数の前記ダイオキシン計測装置のうち、一つのダイオキシン計測装置が前記焼却炉ガス採取手段で採取された試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量を計測する焼却炉ダイオキシン計測装置であり、一つのダイオキシン計測装置が前記処理系ガス採取手段で採取された試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量を計測する処理系ダイオキシン計測装置であり、
前記制御手段は、前記焼却炉ダイオキシン計測装置で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量と、前記処理系ダイオキシン計測装置で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量とから、ダイオキシン類の主要な発生要因が前記ごみ焼却炉の状態であるのか、前記排気ガス処理系の状態であるのかを判断し、該ごみ焼却炉と該排気ガス処理系とのうち、ダイオキシン類の主要な発生原因のある設備の前記操作端に対して、該設備の前記ダイオキシン計測装置で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量に応じて求めた操作量を出力する、
ことを特徴とするごみ焼却設備。 - 請求項６に記載のごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉には、前記制御手段が制御する前記操作端として、該ごみ焼却炉内に供給されるごみの供給速度を調節するごみ供給速度調節手段、該ごみ焼却炉内に供給する一次空気の供給量を調節する一次空気量調節手段と、該一次空気の温度を調節する一次空気温度調節手段と、該一次空気が供給される位置よりも下流側に供給される二次空気の供給量を調節する二次空気量調節手段と、該二次空気を該焼却炉内に供給する向きを調節する二次空気供給方向調節手段とのうち、少なくとも一つが設けられ、
前記排気ガス処理系は、前記排気ガス中の粉塵を除去する集塵装置を有すると共に、前記制御手段が制御する前記操作端として、該集塵装置に送られる該排気ガスの温度を調節する排気ガス温度調節手段と、該集塵装置に送られる該排気ガス中に活性炭を吹き込む活性炭供給量調節手段とのうち、少なくとも一つを有する、
ことを特徴とするごみ焼却設備。 - 請求項７記載のごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉内の火炎を撮像する撮像手段を備え、
前記制御手段は、
ダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の各種量と前記ごみ焼却炉内の各種火炎パターンに対して、操作すべき操作端が定められているルールを用い、前記焼却炉ダイオキシン計測装置で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量と前記撮像手段で撮像された前記火炎のパターンとに応じた操作端を定めて、該操作端の動作を制御する、
ことを特徴とするごみ焼却設備。 - ストーカーが移動して、ごみ中の水分を蒸発させる乾燥ストーカー炉を有するごみ燃焼炉と、該ごみ燃焼炉の状態を操作する複数の操作端とを備えているごみ焼却設備において、
前記乾燥ストーカー炉の上部に設けられ、前記ごみ焼却炉内のガスを採取するガス採取手段と、
前記ガス採取手段で採取された試料ガス中のダイオキシン前駆物質の量を計測する計測装置と、
前記ごみ焼却炉内の火炎を撮像する撮像手段と、
ダイオキシン前駆物質の各種量と前記ごみ焼却炉内の各種火炎パターンに対して、複数の前記操作端のうち、操作すべき操作端が定められているルールを用い、前記計測装置で計測された前記ダイオキシン前駆物質の量と前記撮像手段で撮像された前記火炎のパターンに応じた操作端を定めて、該操作端の動作を制御する制御手段と、
を備えていることを特徴とするごみ焼却設備。 - 請求項５から９のいずれか一項に記載のごみ焼却設備において、
前記計測装置は、前記ガス採取手段で採取された試料ガスを大気圧下でイオン化する大気圧イオン化手段と、前記大気圧イオン化手段でイオン化された前記試料ガス中のダイオキシン前駆物質の質量分析を行う質量分析手段と、を有する、
ことを特徴とするごみ焼却設備。 - 請求項１から１０のいずれか一項に記載のごみ焼却設備において、
前記ごみ焼却炉には、前記制御手段が制御する前記操作端として、前記ストーカーの移動速度を調節するストーカー速度調節手段が設けられている、
ことを特徴とするごみ焼却設備。 - ごみ燃焼炉と、該ごみ燃焼炉の状態を操作する操作端とを有するごみ焼却設備の制御方法において、
前記ごみ焼却炉内のガス、又は該ごみ焼却炉からの排気ガスを採取するガス採取工程と、
前記ガス採取工程で採取された試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量を計測装置で計測する計測工程と、
前記計測工程で計測されたダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量に応じて、前記操作端の操作量を定めて、該操作端に該操作量を出力する制御工程と、
前記計測装置を校正する校正工程と、
を有し、
前記計測工程は、前記ガス採取工程で採取された試料ガスを、大気圧下のモニタ部内でコロナ放電によりイオン化し、該モニタ部内でイオン化された前記試料ガス中の、ダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の質量分析し、
前記校正工程は、切替装置により、前記ガス採取工程で採取された試料ガスが前記モニタ部に導入されるのを絶ち、標準ガス発生装置からの校正用の標準ガスを前記モニタ部に導入して、前記計測装置を校正する、
ことを特徴とするごみ焼却設備の制御方法。 - ごみ焼却炉と、該ごみ焼却炉からの排気ガスを処理する排気ガス処理系と、該排気ガス処理系と通過した該排気ガスを排気する煙突と、を有するごみ焼却設備の制御方法において、
前記ごみ焼却炉から前記煙突までの間におけるガスを互いに異なる箇所で採取するガス採取工程と、
ガス採取工程で複数の箇所で採取された各試料ガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量をそれぞれ計測するダイオキシン計測工程と、
前記ダイオキシン計測工程で計測された各ダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量から、ダイオキシン類の主要な発生要因が、複数のガス採取箇所のうちのいずれのガス採取箇所(以下、特定ガス採取箇所とする）よりも上流側の状態によるものであるかを判断し、該特定ガス採取箇所よりも上流側の設備の操作端であって、該操作端の操作量に応じてダイオキシン類の生成量に影響を与える操作端に対して、該特定ガス採取箇所で採取されたガス中のダイオキシン類及び／又はダイオキシン前駆物質の量に応じて求めた操作量を出力する制御工程と、
を有することを特徴とするごみ焼却設備の制御方法。 - ストーカーが移動して、ごみ中の水分を蒸発させる乾燥ストーカー炉を有するごみ燃焼炉と、該ごみ燃焼炉の状態を操作する複数の操作端とを備えているごみ焼却設備の制御方法において、
前記ごみ焼却炉内のガスを、前記乾燥ストーカー炉の上部から採取するガス採取工程と、
前記ガス採取工程で採取された試料ガス中のダイオキシン前駆物質の量を計測する計測工程と、
前記ごみ焼却炉内の火炎を撮像する撮像工程と、
ダイオキシン前駆物質の各種量と前記ごみ焼却炉内の各種火炎パターンに対して、複数の前記操作端のうち、操作すべき操作端が定められているルールを用い、前記計測工程で計測された前記ダイオキシン前駆物質の量と前記撮像工程で撮像された前記火炎のパターンに応じた操作端を定めて、該操作端の動作を制御する制御工程と、
を有することを特徴とするごみ焼却設備の制御方法。
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