JP3896979B2 - ごみ焼却炉の燃焼制御方法及び制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はごみ焼却炉の燃焼制御方法、特に大型のごみ焼却炉に好適なごみ焼却炉の燃焼制御方法及び制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ごみ焼却炉は、日々の生活において排出される様々な廃棄物を処理するという重要な役割を担っている。近年では、廃棄物であるごみの焼却処理によって発生する膨大な熱エネルギーの回収への関心が集まり、ボイラ発電設備のついたものが増加している。
【０００３】
このようなごみ焼却炉では、ごみはごみクレーンによって数十分間隔で間欠的にごみホッパへ投入され、ごみホッパの下部にある給塵装置によってごみは炉内に送り込まれる。炉内に送り込まれたごみは火格子の往復運動により、火格子上を移動しながら乾燥・燃焼され、最終的には灰となって炉外に排出される。
【０００４】
炉内の燃焼状態を安定に維持するため、５０〜２００℃程度に加熱された空気（以下「燃焼用空気」と呼ぶ。）がごみ搬送方向に対し複数に分割された火格子下の領域（風箱）から、乾燥段、燃焼段、後燃焼段それぞれの火格子に吹き込まれる。乾燥段、燃焼段、後燃焼段のそれぞれの火格子に吹き込まれる燃焼用空気量は、供給される燃焼用空気の総流量及び各段の火格子に燃焼用空気を供給する供給配管に設けられた火格子下ダンパのダンパ開度によって調整される。
【０００５】
また、炉壁に設けられた冷却用空気吹き込み口からは、冷却用空気ブロアにより冷却用空気が吹き込まれ、燃焼ガス中の可燃焼成分を完全燃焼させると共に、炉壁の温度が過度に上昇することを防止する。
【０００６】
ごみの燃焼によって発生した排ガスは、炉出口に設けられた熱交換機でボイラ水に熱を与えた後、排気される。
【０００７】
このようなごみ焼却炉では、多様な発熱量を持つごみを完全燃焼させながらボイラの蒸気発生量は一定に維持し、さらに、炉内で発生した燃焼ガスの２次燃焼を行うガス混合室の温度を所定の温度以上に維持してＣＯやダイオキシン類などの有害物質の発生抑制を図るような運転が求められている。このような要求に対して現在のごみ焼却炉では、自動燃焼制御を行うことにより燃焼用空気量、冷却用空気量、給じん速度、火格子速度などが制御される。
【０００８】
なお、現状ではダイオキシン類の濃度を連続的に計測することは困難であるが、連続計測が可能なＣＯ濃度とダイオキシン類の濃度の相関が強いことから、ＣＯ濃度の計測値を指標として炉の燃焼制御を行い、ＣＯと共にダイオキシン類の発生の抑制を図っている。
【０００９】
また、近年のごみ焼却炉においては、ダイオキシン類などの有害物質の排出問題が注目されている。処理量が多い大型炉ほど燃焼状態が安定し、ダイオキシン類などの有害物質の排出濃度も低くなる傾向が見られるため、焼却処理能力が２００ｔｏｎ／ｄａｙ以上の大型炉の需要が大都市を中心に増加している。
【００１０】
しかし、焼却炉の大型化に伴い炉床が大きくなるにつれ、
１）ごみホッパが炉幅方向に広くなり、投入回が異なるごみがホッパ内の左右に分布する。
２）プッシャにより炉内に押し出されるごみの左右方向でのほぐれ方に違いが生じやすい。
などが原因で、ごみの炉幅方向の左右においてごみの質や厚さが一定でなくなる。そのため、ごみの乾燥・燃焼速度が左右方向で異なり、燃焼開始位置や主燃焼位置、燃えきり点の左右方向における分布の違いが生じる。このような場合、炉幅方向左右に分割された領域毎に同じ制御を行うと、火格子上でのごみの燃焼が不均一となり、炉内での燃焼の安定化を図ることが困難となる。
【００１１】
また、大型のごみ焼却炉の場合、従来の焼却炉のように炉幅方向に対して左右の一方の温度のみを参照して制御する方法では、例えば、部分的に燃焼状態が悪化している部分が温度計設置位置と反対方向の場合、温度低下が検知できず、ＣＯ発生の原因が分からないといった問題がある。
【００１２】
このような問題に対し、特開平８−３５６３０号公報（特許文献１）には、火格子上の燃料の三次元分布や火格子上の燃料の温度分布に基づいて、炉幅方向の左右に分割された火格子の掻き混ぜ速度、火格子下から導入する一次空気量を調節して燃焼を安定化させる方法が記載されている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平８−３５６３０号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１には、火格子上の燃料の三次元分布や火格子上の燃料の温度分布に基づいて、炉幅方向の左右に分割された火格子の掻き混ぜ速度、火格子下から導入する一次空気量を調節するとの記載はあるが、それらの具体的な制御方法は記載されていない。
【００１５】
また、特許文献１においては、レーダー或いは多数のビデオカメラを用いた測定及び画像処理により火格子上の燃料の三次元分布を検出し、さらに、赤外線カメラを用いた測定及び画像処理により火格子上の温度分布を測定することにより、火格子上の燃焼状態の把握を行っている。そのため、高価な設備を用いた複雑な処理が必要となっていた。
【００１６】
本発明はこれらの問題点を解決するためになされたもので、設備費を増大させることなく、且つ、迅速に、大型炉における火格子上のごみの燃焼状態を正確に把握して、火格子下より炉内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御することにより、火格子上でのごみの燃焼の均一化を図り、炉内燃焼の安定化を図ることにより、排ガス中の有害物質の発生を効果的に抑制することが可能なごみ焼却炉の燃焼制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するための手段について検討を行った。その結果、ガス混合室内でのごみ搬送方向に対する左右の温度差が大きい場合、混合室内での２次燃焼が充分に行われず、排ガス中の有害物質の発生を効果的に抑制できないことがわかった。
【００１８】
ガス混合室内の温度を均一化させるためには、ガス混合室内でのガスの攪拌を充分に行うようにすれば良いが、大型のごみ焼却炉では炉幅方向が広いため、ガス混合室において何らかの攪拌手段等を用いて、ガス混合室内のガスを充分に攪拌し、ガス混合室内における温度分布の左右差を小さくすることは困難である。
【００１９】
図１は、実際のごみ焼却炉の実データより、乾燥段上方を通過するガスが二次燃焼用空気により攪拌されていない場合の乾燥段上方のごみ搬送方向に対する炉幅方向左右の温度差（右−左）とガス混合室内のごみ搬送方向に対する左右の温度差（右−左）の関係を調べた結果を示した図である。これより、乾燥段上方のごみ搬送方向に対する炉幅方向左右の温度差とガス混合室内のごみ搬送方向に対する左右の温度差は負の相関が強いことがわかる。
【００２０】
つまり、乾燥段上方のごみ搬送方向に対する炉幅方向左右の温度差が発生したとき、発生したガスが左右方向で攪拌を受けないとすると、図１に示した温度関係が炉幅方向に分割した左右の領域毎に発生する。例えば、乾燥段上方のごみ搬送方向に対する炉幅方向左側温度が適温より高く、右側温度が適温の場合、ガス混合室内のごみ搬送方向に対して左側温度が適温より低く、右側温度が適温になる。この場合、乾燥段上方温度のごみ搬送方向に対する左右の温度差（左−右）は正、ガス混合室内のごみ搬送方向に対する左右の温度差（左−右）は負である。この関係は左右の温度の高低が入れ替わっても同様に成り立ち、また乾燥段上方温度の左右の差が大きいと、ガス混合室内の左右の温度差も大きくなる。よって、乾燥段上方温度のごみ搬送方向に対する炉幅方向左右の温度差分値とガス混合室内のごみ搬送方向に対する左右の温度差分値の間には負の相関が生じる。
【００２１】
この負の相関を利用することにより、乾燥段上方でのごみ搬送方向に対する炉幅方向左右の温度差、及び、炉幅方向に分割された左右火格子の主燃焼位置の左右における差を小さくするよう制御を行うことで、ガス混合室内の温度にごみ搬送方向に対する左右の温度差が発生する要因の一つを取り除くことができ、ガス混合室内の左右温度分布を均一化することが可能となる。
【００２２】
燃焼用空気吹き込み手段や火格子駆動装置が炉幅方向に分割されているごみ焼却炉では、この相関を利用して、火格子下より炉内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御することにより、ガス混合室内の温度のごみ搬送方向に対する左右の温度差を小さくすることが可能となる。
【００２３】
本発明は以上のような検討に基づきなされたもので、以下のような特徴を有するごみ焼却炉の燃焼制御方法及び制御装置である。
［１］火格子を備え、前記火格子が炉長手方向上流側から乾燥段、燃焼段、後燃焼段に区分されているごみ焼却炉における燃焼制御方法であって、燃焼室内における乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値、及び、乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度差に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右における火格子上の主燃焼領域の位置及びごみの燃えきり点位置を判定し、該判定結果に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御することを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御方法。
［２］上記［１］において、さらに、燃焼室内における後燃焼段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値に基づいて炉幅方向左右における火格子上のごみの燃えきり点位置を判定し、該判定結果に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御することを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御方法。
［３］上記［２］において、さらに、燃焼室内におけるごみ搬送方向に対し炉幅方向左側の乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度との差、及び、ごみ搬送方向に対し炉幅方向右側の乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度との差に基づいて炉幅方向左右のそれぞれにおける火格子上の主燃焼領域幅を判定し、該判定結果に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御することを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御方法。
［４］火格子を備え、前記火格子が炉長手方向上流側から乾燥段、燃焼段、後燃焼段に区分されているごみ焼却炉の燃焼制御を行う制御装置であって、燃焼室内における乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値を取り込む温度取込手段Ａと、乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度差を算出する温度差算出手段Ｂと、前記温度取込手段Ａにより取り込んだ燃焼室内における乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値と前記温度差算出手段Ｂで算出した乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度差とに基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右における火格子上の主燃焼領域の位置及びごみの燃えきり点位置を判定する判定手段Ｃと、前記判定手段Ｃによる判定結果に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御する制御手段Ｄとを有することを特徴とする制御装置。
［５］上記［４］において、さらに、燃焼室内における後燃焼段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値を取り込む温度取込手段Ｅと、前記温度取込手段Ｅで取り込んだ燃焼室内における後燃焼段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値に基づいて炉幅方向左右における火格子上のごみの燃えきり点位置を判定する判定手段Ｆと、前記判定手段Ｆによる判定結果に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御する制御手段Ｇとを有することを特徴とする制御装置。
［６］上記［５］において、さらに、燃焼室内におけるごみ搬送方向に対し炉幅方向左側の乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度との差、及び、ごみ搬送方向に対し炉幅方向右側の乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度との差を算出する温度差算出手段Ｈと、前記温度差算出手段Ｈで算出した炉幅方向左側の乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度との差、及び、ごみ搬送方向に対し炉幅方向右側の乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度との差に基づいて炉幅方向左右のそれぞれにおける火格子上の主燃焼領域幅を判定する判定手段Ｉと、前記判定手段Ｉによる判定結果に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御する制御手段Ｊとを有することを特徴とする制御装置。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明が適用されるごみ焼却炉の一実施形態を示す概略構成図である。
【００２５】
図２に示すごみ焼却炉は火格子４を有する火格子式の焼却炉であり、ごみ投入口２、ごみの燃焼が行われる燃焼室１、燃焼室１の出口側に設けられたガス混合室７、ガス混合室７の下流側に設置された熱交換器９ａ及び蒸気ドラム９ｂを備えたボイラ９を有している。
【００２６】
ごみ投入口２から投入されたごみは、給塵装置３によって火格子４上へ送り込まれる。火格子４は火格子駆動装置４ａにより往復運動し、その往復運動によってごみの撹拌および移動が行われる。火格子４上のごみは、燃焼用空気ブロア６により火格子４の下から供給される燃焼用空気の吹き込みにより乾燥が行われた後に燃焼が行われ、排ガスと灰に分解される。灰は、灰落下口５から落下して炉外に排出される。
【００２７】
前記火格子４の下は、炉幅方向に２つ（ごみ搬送方向に対し左右）の領域に分割され、さらに、炉長手方向に４つ（上流側から乾燥段、燃焼上段、燃焼下段、後燃焼段）の領域に分割されている。なお、炉幅方向及び炉長手方向の分割数は炉の大きさ及び形状により適宜変更され得る。
【００２８】
前記分割された８つの領域を通して火格子４の下から炉内に燃焼用空気が供給される。前記火格子４の下から炉内に供給される燃焼用空気は、燃焼用空気ブロワ６の出口側に設けられたダンパ６ａによりその総吹き込み量が調整された後、各領域毎に燃焼用空気を供給するために分岐された燃焼用空気供給管のそれぞれに設けられた火格子下ダンパ１６ａ-１,１６ｂ-１,１６ｃ-１,１６ｄ-１（ごみ搬送方向に対し左側：図中点線部）、１６ａ-２,１６ｂ-２,１６ｃ-２,１６ｄ-２（ごみ搬送方向に対し右側：図中実線部）により各領域に吹き込まれる燃焼用空気流量の配分が調整される。
【００２９】
前記火格子４は、火格子下の炉幅方向に分割された２つの領域に対応して分割されており、ごみ搬送方向に対し左右別々にそれぞれ火格子速度が制御される。ここで、ごみ搬送方向に対し左側の火格子は火格子駆動装置４ａ-１により駆動され、ごみ搬送方向に対し右側の火格子は火格子駆動装置４ａ-２により駆動される。
【００３０】
また、燃焼室１の炉壁に設けられた冷却用空気吹き込み口１０からは、冷却用空気ブロア１１により冷却用空気が吹き込まれ、燃焼ガス中の可燃焼成分を完全燃焼させると共に、炉壁の温度が過度に上昇することを防止する。
【００３１】
一方、火格子４の上流側のごみ乾燥過程で発生した可燃性ガスと下流側の後燃焼過程で発生した燃焼排ガスは、燃焼室１の出口側に設けられたガス混合室７で合流し再度攪拌混合され二次燃焼が行われる。ガス混合室７の下流側には熱交換器９ａ及び蒸気ドラム９ｂを備えたボイラ９が設置されており、二次燃焼ガスはここで熱エネルギーを回収された後に煙突８から外部に排気される。
【００３２】
ここで、燃焼室１内には図２に示すような中間天井１８を設けることが好ましい。中間天井１８を燃焼室内に設けることにより、燃焼室内のガスを火格子４の上流側のごみ乾燥過程で発生した可燃性ガスと下流側の後燃焼過程で発生した燃焼排ガスに２分して排出することができる。この２分して排出したガスをガス混合室７で再合流させることにより、ガス混合室でのガスの攪拌混合がさらに促進され、混合室７内での燃焼がより安定化し、燃焼過程におけるダイオキシン類の発生のさらなる抑制、ごみ未燃の発生防止を図ることができる。
【００３３】
自動燃焼制御装置１７では、ごみ焼却炉内での安定した燃焼を維持するため、例えば、燃焼排ガスの燃焼室出口での温度を測る温度計１２の計測値、蒸気ドラム９ｂからの蒸発量を測る流量計９ｃの計測値等の炉内の各状態量に基づき、火格子速度、燃焼用空気量、冷却用空気量等の各操作端の操作量を自動的に調整する。なお、自動燃焼制御装置１７には例えばコンピュータが使用できる。
【００３４】
このような構成のごみ焼却炉において、本発明に係るごみ焼却炉の燃焼制御方法の第一の実施形態は、燃焼室１内における乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値、及び、乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度差に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右における火格子４上の主燃焼領域の位置及びごみの燃えきり点位置を判定し、該判定結果に基づいて炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子下より炉内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御するものである。
【００３５】
前記乾燥段上方の温度とは、乾燥段および燃焼段の乾燥段側から発生するガス温度となる。また、前記燃焼室１内における乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値は、乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右に設置された温度計１３−１（左側），１３−２（右側）により計測される。
【００３６】
前記温度計１３−１及び１３−２により計測された温度が、予め設定される炉内燃焼の安定した状態（適正な状態）の温度と比較して高い場合には、乾燥段および燃焼段の乾燥段側におけるごみの燃焼が活発であり主燃焼領域の位置やごみの燃えきり点位置が適正位置より乾燥段側にあると判定される。この場合、乾燥段および燃焼段の乾燥段側より発生するＣＯなどの可燃ガスは、乾燥段上方付近において大部分が燃焼し、消費されている。ガス混合室７では、二次燃焼用空気を吹き込み、可燃ガス分を燃焼させているが、このケースでは、二次燃焼に必要な可燃ガスが充分にガス混合室７へ供給されないため、ガス混合室７における二次燃焼が充分に行われず、逆に二次燃焼用空気により冷却されるため、ガス混合室７内のガス温度が低下する。
【００３７】
逆に、乾燥段上方の温度が炉内燃焼の安定した状態（適正な状態）と比べ低い場合には、乾燥段および燃焼段の乾燥段側におけるごみの燃焼はあまり活発ではなく、主燃焼領域の位置やごみの燃えきり点位置は適正位置より後燃焼段側にあると判定される。
【００３８】
また、乾燥段および燃焼段の乾燥段側のごみ質或いはごみ厚がごみ搬送方向に対して炉幅方向左右で異なる場合、主燃焼領域の位置やごみの燃えきり点位置がごみ搬送方向に対して炉幅方向左右で異なるため、乾燥段上方温度のごみ搬送方向に対して炉幅方向左右で温度の違いが発生する。
【００３９】
なお、前記主燃焼領域とは、ごみの熱分解と燃焼が行われ、ＣＯ等の可燃性ガスやごみ中の固定炭素分が火炎を伴って燃焼している領域であり、火炎を伴う燃焼が完了する点（燃え切り点）までの領域をいう。
【００４０】
以下、本実施形態における火格子上の主燃焼領域の位置及びごみの燃えきり点位置の判定方法、及び、火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度の制御方法についてその一例を説明する。
【００４１】
［乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度差による判定］：判定Ａ
乾燥段上方左側温度をｔｋ＿１、右側温度をｔｋ＿２、温度差しきい値(温度差許容範囲)をＴｋＳとすると、以下のような判定ができる。
｜ｔｋ＿１−ｔｋ＿２｜≦ＴｋＳ ：主燃焼位置炉幅方向の偏り小
｜ｔｋ＿１−ｔｋ＿２｜≧ＴｋＳ ：主燃焼位置炉幅方向の偏り大
【００４２】
［乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値による判定］：判定Ｂ
乾燥段上方の適正温度範囲をＴＫｌ〜ＴＫｈとする。
ＴＫｌ≦ｔｋ＿ｉ≦ＴＫｈ （ｉ＝１，２）：適（燃えきり点位置適）
ＴＫｈ＜ｔｋ＿ｉ （ｉ＝１，２） ：高（燃えきり点位置乾燥段寄り）
ｔｋ＿ｉ＜ＴＫｌ （ｉ＝１，２） ：低（燃えきり点位置後燃焼段寄り）
上記判定Ａ及び判定Ｂの結果を共に考慮し、総合的に燃焼状態を判断し、以下のように火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御する。
【００４３】
Ｃａｓｅ１
判定Ａ：偏り大
判定Ｂ：炉幅方向左右温度の一方が低、他方が高
判定結果：[ガス混合室内温度：偏り非常に大、部分的に温度が低]が非常に生じやすい状態にあるので、燃焼状態が非常に悪い
制御方法：温度低側の燃焼用空気量と火格子速度を増、温度高側の燃焼用空気量と火格子速度を減
【００４４】
Ｃａｓｅ２
判定Ａ：偏り大
判定Ｂ：炉幅方向左右温度の一方が適、他方が高
判定結果：[ガス混合室内温度：偏り大、部分的に温度が低]が生じやすい状態にあるので、燃焼状態が悪い
制御方法：温度高側の燃焼用空気量と火格子速度を減
【００４５】
Ｃａｓｅ３
判定Ａ：偏り大
判定Ｂ：炉幅方向左右温度の一方が低、他方が適
判定結果：[ガス混合室内温度：偏り大]が生じやすい状態にあるので、燃焼状態がやや悪い
制御方法：温度低側の燃焼用空気量と火格子速度を増
【００４６】
Ｃａｓｅ４
判定Ａ：偏り大
判定Ｂ：炉幅方向左右温度の両方が低
判定結果：[ガス混合室内温度：偏り大]が生じやすい状態にあるので、燃焼状態がやや悪い
制御方法：温度がより低い側の燃焼用空気量と火格子速度を大増、他方の燃焼用空気量と火格子速度を増
【００４７】
Ｃａｓｅ５
判定Ａ：偏り大
判定Ｂ：炉幅方向左右温度の両方が高
判定結果：[ガス混合室内温度：偏り大、全体的に温度が低]が生じやすい状態にあるので、燃焼状態が非常に悪い
制御方法：温度がより高い側の燃焼用空気量と火格子速度を大減、他方の燃焼用空気量と火格子速度を減
【００４８】
Ｃａｓｅ６
判定Ａ：偏り小
判定Ｂ：炉幅方向左右温度の両方が低
判定結果：[ガス混合室内温度：偏り小、全体的に温度がやや高]が生じやすい状態にあるので、燃焼状態が良い
制御方法：炉幅方向左右の燃焼用空気量と火格子速度をやや増
【００４９】
Ｃａｓｅ７
判定Ａ：偏り小
判定Ｂ：炉幅方向左右温度の両方が適
判定結果：[ガス混合室内温度：偏り小、全体的に温度が適]が生じやすい状態にあるので、燃焼状態が非常に良い
制御方法：現状維持
【００５０】
Ｃａｓｅ８
判定Ａ：偏り小
判定Ｂ：炉幅方向左右温度の両方が高
判定結果：[ガス混合室内温度：偏り小、全体的に温度が低]が生じやすい状態にあるので、燃焼状態が悪い
制御方法：炉幅方向左右の燃焼用空気量と火格子速度をやや減
【００５１】
このように、ごみ搬送方向に対し左右のそれぞれの火格子上における主燃焼領域の位置及び燃えきり点の位置を過去の操業実績等から予め定めた適切な範囲に維持することにより火格子４上でのごみの燃焼の均一化が図れ、ガス混合室７内におけるごみ搬送方向に対し左右の温度差を少なくすることができ、その結果として、炉内燃焼の安定化が図れ、排ガス中の有害物質の発生を抑制することが可能となる。
【００５２】
また、同時に乾燥段上方のごみ搬送方向に対する炉幅方向左右の温度とガス混合室内のごみ搬送方向に対する左右の温度の関係を燃焼データより把握して、乾燥段温度の目標値を設定し、それに追従するよう制御することで、ガス混合室温度を適温に維持（８５０〜９５０℃）することが可能となる。
【００５３】
また、本発明に係るごみ焼却炉の燃焼制御方法の第二の実施形態は、前記第一の実施形態に対し、さらに、燃焼室１内における後燃焼段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値に基づいて炉幅方向左右における火格子上のごみの燃えきり点位置を判定し、該判定結果に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子４下より炉内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御するものである。
【００５４】
前記後燃焼段上方の温度とは、主に燃焼段の後燃焼側および後燃焼段から発生するガスの温度となる。また、前記燃焼室１内における後燃焼段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値は、後燃焼段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右に設置された温度計１４−１（左側），１４−２（右側）により計測される。
【００５５】
ごみの燃えきり点位置が灰落下口５側に近づくと、この後燃焼段上方温度は上昇し、逆にごみの燃えきり点位置が灰落下口５側から遠ざかると、後燃焼段上方温度は低下する。よって、後燃焼段上方温度に基づき、燃えきり点の位置が判定可能である。
【００５６】
後燃焼段上方を通過した燃焼排ガスはガス混合室７に入る。乾燥段上方を通過した燃焼排ガスに含まれるＣＯ等の可燃ガスがガス混合室７内で十分に再燃焼するには、ガス混合室７入口において８５０℃以上の温度雰囲気とする必要がある。後燃焼段上方での温度が低いと、ガス混合室７内での再燃焼が不活発になる恐れがあり、ガス混合室温度の低下の要因となる。そのため、後燃焼段上方温度を適温に維持することで、より安定した再燃焼が可能となる。
【００５７】
大型炉においては、炉幅左右方向でのごみ分布の違いにより、ごみの燃えきり点位置が炉幅方向左右で異なる。これを後燃焼段上方の炉幅方向左右に設置された温度計の計測値に基づいて、ごみ搬送方向に対し炉幅方向左右それぞれのごみの燃えきり点位置を判定することで、燃え残りが発生しない運転をより正確に行うことが可能となる。また、後燃焼段上方温度の炉幅方向左右の分布を均一にし、且つ、適温を保つことにより、ガス混合室７内の温度を適温に維持（８５０〜９５０℃）し、且つ、左右温度差を小さくすることが可能となる。
【００５８】
前記後燃焼段上方における炉幅方向左右の温度計測値に基づいて炉幅方向左右における火格子上のごみの燃えきり点位置を判断することにより、前記第一の制御方法と比較して、より正確に火格子上のごみの燃えきり点位置を判定することができ、より正確な燃焼制御を行うことが可能となる。
【００５９】
以下、本実施形態における火格子上のごみの燃えきり点位置の判定方法、及び、火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度の制御方法についてその一例を説明する。
【００６０】
［後燃焼段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値による判定］後燃焼段上方左側温度をｔａ＿１、右側温度をｔａ＿２、後燃焼段上方の適正温度範囲をＴＡｌ〜ＴＡｈとすると、以下のような判定ができる。
【００６１】
Ｃａｓｅ１
ＴＡｌ≦ｔａ＿ｉ≦ＴＡｈ （ｉ＝１，２）
判定：適（火格子上のごみの燃えきり点位置適）
制御方法：現状維持
【００６２】
Ｃａｓｅ２
ＴＡｈ＜ｔａ＿ｉ （ｉ＝１，２）
判定：高（火格子上のごみの燃えきり点位置灰落下口側）
制御方法：温度高側の燃焼用空気量と火格子速度を減
【００６３】
Ｃａｓｅ３
ｔａ＿ｉ＜ＴＡｌ （ｉ＝１，２）
判定：低（火格子上のごみの燃えきり点位置上流側）
制御方法：温度低側の燃焼用空気量と火格子速度を増
【００６４】
このように、ごみ搬送方向に対し左右のそれぞれの火格子上におけるごみの燃えきり点の位置を過去の操業実績等から予め定めた適切な範囲に維持することにより火格子４上でのごみの燃焼の均一化をより図ることができ、ガス混合室７内におけるごみ搬送方向に対し左右の温度差をより少なくすることができる。その結果として、炉内燃焼の安定化が図れ、排ガス中の有害物質の発生を抑制することが可能となる。
【００６５】
また、本発明に係るごみ焼却炉の燃焼制御方法の第三の実施形態は、前記第二の実施形態に対し、さらに、燃焼室１内におけるごみ搬送方向に対し炉幅方向左側の乾燥段上方温度（ｔｋ＿１）と後燃焼段上方温度（ｔａ＿１）との差（ｔｄ＿１）、及び、ごみ搬送方向に対し炉幅方向右側の乾燥段上方温度（ｔｋ＿２）と後燃焼段上方温度（ｔａ＿２）との差（ｔｄ＿２）に基づいて炉幅方向左右のそれぞれにおける火格子上の主燃焼領域幅を判定し、該判定結果に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子下より燃焼室１内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御するものである。
【００６６】
乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度の温度差を考慮することで、主燃焼領域の幅を判定できる。例えば、乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度が適切な温度と比べて共に高い場合は主燃焼領域の幅が広く、逆に共に低い場合には狭いと判定することができる。さらに、ごみ搬送方向に対し炉幅方向左右毎に乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度との温度差を比較することにより、大型炉において生じやすい炉幅方向左右の主燃焼領域幅の違いを判定することが可能となる。
【００６７】
これにより、火格子４上でのごみの燃焼の均一化をより図ることができ、ガス混合室７内におけるごみ搬送方向に対し左右の温度差をより少なくすることができる。その結果として、炉内燃焼の安定化が図れ、排ガス中の有害物質の発生を抑制することが可能となる。
【００６８】
以下、本実施形態における火格子上の主燃焼領域幅の判定方法、及び、火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度の制御方法についてその一例を説明する。
【００６９】
ごみ搬送方向に対し炉幅方向左側の乾燥段上方温度をｔｋ＿１、同右側の乾燥段上方温度をｔｋ＿２、ごみ搬送方向に対し炉幅方向左側の後燃焼段上方温度をｔａ＿１、同右側の後燃焼段上方温度をｔａ＿２とおく。この場合、炉幅方向左側の乾燥段上方温度（ｔｋ＿１）と後燃焼段上方温度（ｔａ＿１）との差（ｔｄ＿１）、及び、ごみ搬送方向に対し炉幅方向右側の乾燥段上方温度（ｔｋ＿２）と後燃焼段上方温度（ｔａ＿２）との差（ｔｄ＿２）は以下で表される。
ｔｄ＿１＝ｔｋ＿１−ｔａ＿１
ｔｄ＿２＝ｔｋ＿２−ｔａ＿２
【００７０】
炉幅方向左右のそれぞれにおける火格子上の主燃焼領域幅の大きさは、上記で定義されるｔｄ＿１およびｔｄ＿２の温度差分値にそれぞれ比例すると考えられる。そして、この温度差分値ｔｄ＿１とｔｄ＿２の大小関係により、炉幅方向左右の主燃焼領域幅の違いは以下のように判定し、制御するものとする。ここで、炉幅方向左右のそれぞれにおける火格子上の主燃焼領域幅の適正な領域幅差をあらわす、左右の温度差分値の差(しきい値)をＨｌ（＞０）とおく。
【００７１】
Ｃａｓｅ１
ｔｄ＿１−ｔｄ＿２＞Ｈｌ
判定：炉幅方向左側の主燃焼領域幅が広い
制御方法：左側の火格子速度を減、左側の燃焼用空気量を増
【００７２】
Ｃａｓｅ２
｜ｔｄ＿１−ｔｄ＿２｜≦Ｈｌ
判定：炉幅方向左右の主燃焼領域幅は等しい
制御方法：現状維持
【００７３】
Ｃａｓｅ３
ｔｄ＿１−ｔｄ＿２＜ −Ｈｌ
判定：炉幅方向右側の主燃焼領域幅が広い
制御方法：右側の火格子速度を減、右側の燃焼用空気量を増
【００７４】
このように燃焼状態に応じて火格子速度や燃焼用空気量を制御することで、炉幅方向左右の火格子上における主燃焼領域幅を揃えることができ、炉幅方向左右の燃焼の均一化を寄り図ることが可能となる。
【００７５】
以下、実炉のデータより、実際の燃焼状態の判断の一例を示す。
【００７６】
図３は、実炉におけるガス混合室内のごみ搬送方向に対して左右の温度と排ガス中のＣＯ濃度との関係を時系列で示した図である。図３の時刻０：１２において、燃焼状態が悪化し、ＣＯが約８０ｐｐｍ発生している。この時刻における各部の温度計測値を表１に示す。このデータより燃焼状態の判断を行う。
【００７７】
【表１】

【００７８】
温度しきい値ＴｋＳ＝３０℃とすると、
｜ｔｋ＿１−ｔｋ＿２｜＝｜９０２−９７０｜＝６８℃＞ＴｋＳ
また、乾燥段上方の適正温度範囲ＴＫｌ〜ＴＫｈを８５０〜９５０℃とすると、
８５０℃＜ｔｋ＿１＝９０２℃＜９５０℃
９５０℃＜ｔｋ＿２＝９７０℃
となり、右側の温度が適正温度範囲を外れている。
【００７９】
上記結果より、上述の第一の実施形態におけるＣａｓｅ２[ガス混合室内温度：偏り大、部分的に温度が低]が生じやすい状態にあるので、燃焼状態が悪いと判定できる。実際、ガス混合室内の左右の温度差は８８℃で偏りが大きく、またガス混合室右側の温度が８１８℃と温度低下が生じている。このとき、炉幅方向右側の燃焼用空気量と火格子速度を減の制御操作を行うことで燃焼状態の回復が可能である。
【００８０】
次に炉幅方向左右のそれぞれにおける火格子上の主燃焼領域幅の判定例を以下に示す。
【００８１】
乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度の温度差を考慮することで、主燃焼領域の幅を判定できる。例えば、乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度が適切な温度と比べて共に高い場合は主燃焼領域の幅が広く、逆に共に低い場合には狭いと判定することができる。さらに、ごみ搬送方向に対し炉幅方向左右毎に乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度との温度差を比較することにより、大型炉において生じやすい炉幅方向左右の主燃焼領域幅の違いを判定することが可能となる。
【００８２】
これより炉幅方向左右の主燃焼領域幅の違いを小さくするように制御を行うことで、より炉幅方向左右の燃焼の均一化が実現できる。
【００８３】
上記表１における炉幅方向左右の乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度の各々左右の温度差は、具体的には以下となる。
ｔｄ＿１＝ｔｋ＿１−ｔａ＿１＝９０２−８５３＝４９℃
ｔｄ＿２＝ｔｋ＿２−ｔａ＿２＝９７０−８７７＝９３℃
しきい値Ｈｌ＝３０℃とすると、ｔｄ＿１−ｔｄ＿２＝−４４℃ ＜−３０℃、であるので、このときは炉幅方向右側の主燃焼領域幅が広いと判断できる（上述の第三の実施形態におけるＣａｓｅ３）。
【００８４】
このとき、炉幅方向右側の火格子速度を減、炉幅方向右側の燃焼用空気量を増の制御操作を行うことで炉幅方向左右の主燃焼領域幅の違いを少なくすることが可能である。
【００８５】
図４は、上述のごみ焼却炉の燃焼制御方法を実施するための制御装置についての構成の一例を示す図である。なお、図４に示す制御装置５０は、コンピュータ等を用いた単独の装置としてごみ焼却炉に備えてもよく、また、ごみ焼却炉に備える自動燃焼制御装置の一部の機能として前記自動燃焼制御装置内に組み込むようにしてもよい。単独の装置として設置した場合、火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御するための信号が、この制御装置５０から自動燃焼制御装置１７に送られる。
【００８６】
図４に示す制御装置５０は、前記燃焼制御方法の第一の実施形態に対応して、燃焼室１内における乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値（ｔｋ＿１,ｔｋ＿２）を取り込む手段５１と、乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度差（｜ｔｋ＿１−ｔｋ＿２｜）を算出する手段５２と、前記手段５１により取り込んだ燃焼室１内における乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値と前記手段５２で算出した乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度差とに基づいてごごみ搬送方向に対し炉幅方向左右における火格子４上の主燃焼領域の位置及びごみの燃えきり点位置を判定する手段５３と、前記手段５３による判定結果に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御する手段５４とを有する。
【００８７】
さらに、前記制御装置５０は、前記燃焼制御方法の第二の実施形態に対応して、燃焼室１内における後燃焼段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値（ｔａ＿１,ｔａ＿２）を取り込む手段５５と、前記手段５５で取り込んだ燃焼室１内における後燃焼段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値に基づいて炉幅方向左右における火格子上のごみの燃えきり点位置を判定する手段５６と、前記手段５６による判定結果に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御する手段５７とを有する。
【００８８】
さらに、前記制御装置５０は、前記燃焼制御方法の第三の実施形態に対応して、燃焼室１内におけるごみ搬送方向に対し炉幅方向左側の乾燥段上方温度（ｔｋ＿１）と後燃焼段上方温度（ｔａ＿１）との差（ｔｄ＿１）、及び、ごみ搬送方向に対し炉幅方向右側の乾燥段上方温度（ｔｋ＿２）と後燃焼段上方温度（ｔａ＿２）との差（ｔｄ＿２）を算出する手段５８と、前記手段５８で算出した炉幅方向左側の乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度との差、及び、ごみ搬送方向に対し炉幅方向右側の乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度との差に基づいて炉幅方向左右のそれぞれにおける火格子上の主燃焼領域幅を判定する手段５９と、前記手段５９による判定結果に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御する手段６０とを有する。
【００８９】
なお、前記制御装置５０の各手段での機能は、上述の実施形態の説明における機能と同様である。
【００９０】
以上、各実施形態について説明したが、本願発明は上記各実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わされた効果が得られる。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、設備費を増大させることなく、且つ、迅速に、大型炉における火格子上のごみの燃焼状態を正確に把握して、火格子下より炉内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御することにより、火格子上でのごみの燃焼の均一化を図り、炉内燃焼の安定化を図ることにより、排ガス中の有害物質の発生を効果的に抑制することが可能なごみ焼却炉の燃焼制御方法及び制御装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実際のごみ焼却炉の実データより、乾燥段上方を通過するガスが二次燃焼用空気により攪拌されていない場合の乾燥段上方のごみ搬送方向に対する炉幅方向左右の温度差（右−左）とガス混合室内のごみ搬送方向に対する左右の温度差（右−左）の関係を調べた結果を示した図である。
【図２】本発明が適用されるごみ焼却炉の一実施形態を示す概略構成図である。
【図３】実炉におけるガス混合室内のごみ搬送方向に対して左右の温度と排ガス中のＣＯ濃度との関係を時系列で示した図である。
【図４】本発明にかかるごみ焼却炉の燃焼制御方法を実施するための制御装置についての構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 燃焼室
２ ごみ投入口
３ 給塵装置
４ 火格子
４ａ 火格子駆動装置
５ 灰落下口
６ 燃焼用空気ブロア
６ａ ダンパ
７ ガス混合室
８ 煙突
９ ボイラ
９ａ 熱交換器
９ｂ 蒸気ドラ
９ｃ 流量計
１０ 冷却用空気吹き込み口
１１ 冷却用空気ブロア
１２，１３，１４ 温度計
１６ 火格子下ダンパ
１７ 自動燃焼制御装置
１８ 中間天井
５０ 制御装置

Claims (6)

1. 火格子を備え、前記火格子が炉長手方向上流側から乾燥段、燃焼段、後燃焼段に区分されているごみ焼却炉における燃焼制御方法であって、
   燃焼室内における乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値、及び、乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度差に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右における火格子上の主燃焼領域の位置及びごみの燃えきり点位置を判定し、該判定結果に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御することを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御方法。
2. さらに、燃焼室内における後燃焼段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値に基づいて炉幅方向左右における火格子上のごみの燃えきり点位置を判定し、該判定結果に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御することを特徴とする請求項１に記載のごみ焼却炉の燃焼制御方法。
3. さらに、燃焼室内におけるごみ搬送方向に対し炉幅方向左側の乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度との差、及び、ごみ搬送方向に対し炉幅方向右側の乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度との差に基づいて炉幅方向左右のそれぞれにおける火格子上の主燃焼領域幅を判定し、該判定結果に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御することを特徴とする請求項２に記載のごみ焼却炉の燃焼制御方法。
4. 火格子を備え、前記火格子が炉長手方向上流側から乾燥段、燃焼段、後燃焼段に区分されているごみ焼却炉の燃焼制御を行う制御装置であって、
   燃焼室内における乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値を取り込む温度取込手段Ａと、
   乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度差を算出する温度差算出手段Ｂと、
   前記温度取込手段Ａにより取り込んだ燃焼室内における乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値と前記温度差算出手段Ｂで算出した乾燥段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度差とに基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右における火格子上の主燃焼領域の位置及びごみの燃えきり点位置を判定する判定手段Ｃと、
   前記判定手段Ｃによる判定結果に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御する制御手段Ｄとを有することを特徴とする制御装置。
5. さらに、燃焼室内における後燃焼段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値を取り込む温度取込手段Ｅと、
   前記温度取込手段Ｅで取り込んだ燃焼室内における後燃焼段上方のごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の温度計測値に基づいて炉幅方向左右における火格子上のごみの燃えきり点位置を判定する判定手段Ｆと、
   前記判定手段Ｆによる判定結果に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御する制御手段Ｇとを有することを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
6. さらに、燃焼室内におけるごみ搬送方向に対し炉幅方向左側の乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度との差、及び、ごみ搬送方向に対し炉幅方向右側の乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度との差を算出する温度差算出手段Ｈと、
   前記温度差算出手段Ｈで算出した炉幅方向左側の乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度との差、及び、ごみ搬送方向に対し炉幅方向右側の乾燥段上方温度と後燃焼段上方温度との差に基づいて炉幅方向左右のそれぞれにおける火格子上の主燃焼領域幅を判定する判定手段Ｉと、
   前記判定手段Ｉによる判定結果に基づいてごみ搬送方向に対し炉幅方向左右の燃焼の均一化を図るように火格子下より燃焼室内に供給する燃焼用空気量及び火格子速度を制御する制御手段Ｊとを有することを特徴とする請求項５に記載の制御装置。

Images