JP4064269B2 - 廃棄物溶融炉の燃焼室における燃焼制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物を溶融処理する廃棄物溶融炉で発生する排ガスを燃焼させる燃焼室における燃焼制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般廃棄物、産業廃棄物等の廃棄物を廃棄物溶融炉で溶融処理する際に発生する可燃性ガス及び可燃性ダスト（以下「チャー」という。）を含有する排ガスは燃焼室に導入して燃焼させ、次いでボイラーで熱回収が行われる。廃棄物溶融炉に投入される廃棄物のごみ質は一定でなく変動するため、廃棄物溶融炉で発生する排ガス中の可燃性ガス成分やチャーが変動する。
【０００３】
通常、過剰空気を確保した上で、排ガスは、燃焼室内で８５０℃以上、滞留時間は２ｓｅｃ以上という条件下で安定的に燃焼されている。しかしながら排ガス中のチャーが急増した場合、チャーの急激な燃焼によって燃焼室内の酸素濃度が低下し、未燃ＣＯが排出されるという問題があった。
【０００４】
そこで燃焼室の燃焼状態を安定にする燃焼制御方法として、例えば、廃棄物溶融炉への送風空気及び酸素量と溶融炉から発生するガス成分分析値から理論空気量を演算し、燃焼室に供給する空気量を制御する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の燃焼制御方法は、廃棄物溶融炉から発生するガス成分を測定するためにはガス中に含まれるタールやチャーを除去する前処理装置を通過させる必要があるため、燃焼空気制御の時間遅れが数分に達するという欠点があった。
【０００６】
そこで、燃焼室の燃焼状態の活発、不活発にかかわらず、チャーの急激な燃焼に対応するために、燃焼室内の明るさを検出する明るさ検出センサーと排ガス酸素濃度計を併用して排ガス中の酸素濃度が一定になるように燃焼室に供給する空気量を制御する方法が提案されている（特許文献２）。
【０００７】
図６は特許文献２に示されている従来の燃焼室の制御系統図である。図６において、制御系は、廃棄物溶融炉で発生するチャーを含有する可燃性ガスを燃焼用空気により燃焼させる燃焼室１に吹き込む空気流量は燃焼室１からの排ガス中の酸素濃度を検出して調整するため、排ガス酸素センサ１２に接続された排ガス酸素濃度調節計１３、空気流量計１４に接続された空気流量調節計１５、空気流量調節弁１６を備え、更に、燃焼室内のチャー等の急激な燃焼にそなえるための燃焼室内の明るさを検出する明るさ検出センサ１１を設けている。
【０００８】
この制御系において、明るさ検出センサ１１の出力の変化率を変化率演算器１７で演算し、変化率が規定値を越えない場合は、通常の空気流量ＳＶとなるように空気流量調節弁１６を通常の開度ＭＶとし、変化率が規定値を越えた時、チャーの急激な燃焼と判断し、加算器１８で通常の空気流量ＳＶに補正値ΔＳＶを加算し、空気流量がＳＶ＋ΔＳＶとなるように流量調節弁１６を通常の開度ＭＶから加算器１９でＭＶ＋ΔＭＶとなるようにして空気量を増加させることを特徴としている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−１６９９４７号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開平１１−１２５４１４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２記載の方法では、図７のグラフにおいて示されるように、燃焼室以降の後流系に設置された酸素濃度計にて酸素濃度を制御するよう燃焼空気を操作するため、通常制御時間遅れが５〜１０秒に達する。
【００１２】
また、発生ガス中のチャーが急激に増加した場合に燃焼空気量を増加させるために明るさセンサーと酸素濃度計を併用しているが、分析器を２種類設置することになりコストが増大するという欠点がある。
【００１３】
そこで、本発明は、燃焼室内の酸素濃度をリアルタイムで計測でき、燃焼用空気の制御の遅れが殆どない、廃棄物溶融炉の燃焼室における燃焼制御方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、廃棄物を溶融処理する廃棄物溶融炉で発生する排ガスを燃焼用空気を供給して燃焼させる燃焼室における燃焼制御方法において、燃焼室に設置したレーザー式ガス分析計で燃焼室内のガス中酸素濃度を検出し、検出された酸素濃度が一定範囲内となるように燃焼用空気量を制御すると同時に、燃焼室内のガス中酸素濃度の変化率を演算し、この変化率が規定値を越えた場合、チャーの急激な燃焼と判断し、燃焼用空気量を一定期間増加させて燃焼制御することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
【００１６】
【実施例】
図１は本発明の制御方法の制御系統図である。図１において、廃棄物溶融設備の排ガス処理系の燃焼室１に廃棄物溶融炉内で発生したチャーを含有する排ガスが導入されるとともに燃焼用空気が供給され、燃焼室１の燃焼排ガスは燃焼室上部の燃焼排ガス出口２からボイラへ送られる。燃焼室１へ燃焼用空気を供給する空気供給配管３には空気流量を測定する空気流量計４と空気流量を調節する空気流量調節弁５が設けられている。
【００１７】
燃焼室１の中央部近傍には、燃焼室１内のガス中酸素濃度を検出するレーザー式ガス分析計６が配置されている。図２は本発明に使用するレーザー式ガス分析計６の構造図である。レーザー発信器６ａから燃焼室内１に近赤外線レーザーが照射され、炉内ガスを通過したレーザー光はレーザー受信器６ｂで受信される。レーザー光がガス体を通過するとき、ガス中の酸素分子が特定の波長のレーザー光を吸収する。吸収されたレーザー光量はガス中の酸素濃度に比例しているため酸素濃度演算装置６ｃによってガス中酸素濃度が算出される。図３は燃焼室内にレーザー式ガス分析計を設置して炉内ガス中の酸素濃度を連続分析した場合と燃焼室の出口に酸素濃度計を設置して燃焼排ガス中の酸素濃度を連続分析した場合の酸素濃度の推移を比較したグラフである。グラフが示すように、実線で示す前者の方が点線で示す後者よりも６秒速くなっている。
【００１８】
図１に戻って、レーザー式ガス分析計６で検出された燃焼室内のガス中酸素濃度の検出信号は、酸素濃度調節計（Ｏ_２ＩＣ）７及び酸素濃度変化率演算器８へ送信される。酸素濃度調節計（Ｏ_２ＩＣ）７の空気流量（ＳＶ）は空気流量調節計（ＦＩＣ）９へ送られ、空気流量調節計（ＦＩＣ）９には空気流量計４が接続されている。空気流量調節計（ＦＩＣ）９からは空気流量調節弁５の弁開度（ＭＶ）が加算器１０に入力され、さらに加算器１０には酸素濃度変化率演算器８で演算された弁開度の補正値（ΔＭＶ）が入力される。
【００１９】
次ぎに、本発明の制御方法について説明する。図４は本発明による燃焼制御のフロー図である。
【００２０】
レーザー式ガス分析計６で検出された燃焼室１内のガス中酸素濃度が安定した燃焼状態となる一定範囲に収まるように空気流量調節計９がカスケード制御され、空気流量調節弁５の弁開度が調整される（Ｓ１）。
【００２１】
酸素濃度の変化率は酸素濃度変化率演算器８によって常時監視されており（Ｓ２、Ｓ３）、変化率が一定値を越えた場合にチャーの急激な燃焼と判断し、加算器１０を通して空気流量調節弁の弁開度ＭＶに補正値ΔＭＶが加算され（Ｓ４）、一定期間、燃焼空気量を増加させる（Ｓ５）。
【００２２】
図５は酸素濃度制御において酸素濃度を８％に設定した条件下で弁開度補正の有無を比較した図で、（ａ）は補正した場合、（ｂ）は補正しない場合である。図５（ａ）に示すように、弁開度補正を実施した方が設定値に対して酸素濃度の落ち込みやオーバーシュートが小さくなっており、図５（ｂ）の補正をしないものに比べて制御の追従性が向上していることが分かる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の制御方法では、ガス分析にあたってガス中に含まれるダスト類や水分を除去する前処理装置を必要としないレーザー式ガス分析計を使用するため、燃焼室内の酸素濃度をリアルタイムで計測するので、ガス中酸素濃度分析について時間遅れが殆どなく、燃焼用空気量を制御するための制御遅れが殆どない。
【００２４】
また、レーザー式ガス分析計を使用するため、炉内ガスに非接触でガスを分析できるので、検出器について炉内酸性ガスによる腐食やダスト付着による感度低下等のトラブルが発生しない。レーザー式ガス分析計以外に特許文献２のように明るさセンサーを設置する必要がなく、設備費を低減できる。
【００２５】
また、本発明では、発生ガス中チャー濃度の急増による燃焼室内酸素濃度の変化を瞬時に検知し、燃焼空気量を制御することで排ガス中の酸素濃度を一定に保持できるため、酸素濃度不足に起因した未燃ＣＯの排出を低減できる。また明るさセンサーと異なり、燃焼反応後排出される酸素濃度という物理量に基づいているためチャーの急激な燃焼時の酸素濃度制御が早く、且つ、精度良く行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の制御系統図である。
【図２】 本発明に使用するレーザー式ガス分析計の構造図である。
【図３】 レーザー式ガス分析計により炉内ガス中の酸素濃度を連続分析した場合と燃焼室の出口に酸素濃度計を設置して燃焼排ガス中の酸素濃度を連続分析した場合の酸素濃度の推移を比較した図である。
【図４】 本発明による燃焼制御のフロー図である。
【図５】 酸素濃度制御において弁開度を補正した場合（ａ）、補正しない場合（ｂ）の比較した図である。
【図６】 従来の燃焼室の制御系統図である。
【図７】燃焼室出口酸素濃度計による酸素濃度制御のステップ応答試験結果を示す図である。
【符号の説明】
１：燃焼室
２：燃焼排ガス出口
３：空気供給配管
４：空気流量計
５：燃焼空気流量調節弁
６：レーザー式ガス分析計
６ａ：レーザー発信器
６ｂ：レーザー受信器
６ｃ：酸素濃度演算装置
７：酸素濃度調節計
８：酸素濃度変化率演算器
９：空気流量調節計
１０：加算器
１１：明るさ検出センサ
１２：排ガス酸素センサ
１３：排ガス酸素濃度調節計
１４：空気流量計
１５：空気流量調節計
１６：空気流量調節弁
１７：変化率演算器
１８：加算器

Claims (1)

1. 廃棄物を溶融処理する廃棄物溶融炉で発生する排ガスを燃焼用空気を供給して燃焼させる燃焼室にレーザー式ガス分析計を設置し、燃焼室内のガス中酸素濃度を検出し、検出された酸素濃度が一定範囲内となるように燃焼用空気量を制御するとともに、燃焼室内のガス中酸素濃度の変化率を演算し、この変化率が規定値を越えた場合、チャーの急激な燃焼と判断し、燃焼用空気量を一定期間増加させることを特徴とする廃棄物溶融炉の燃焼室における燃焼制御方法。

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