JP4701140B2 - ストーカ式焼却炉及びその燃焼制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ごみや産業廃棄物などの被燃焼物を焼却するためのストーカ式焼却炉及びその燃焼制御方法に関する。

ストーカ式焼却炉は、固定段と可動段の火格子を交互に配置してなるストーカを備え、油圧装置により可動段を往復移動させることにより、ホッパより投入されたごみ（被燃焼物）の攪拌と前進を行いながら、ストーカの上流側に配置された乾燥帯でごみの乾燥を行い、次の主燃焼帯で一次空気を投入しながら主燃焼を行い、最下流側のおき燃焼帯で燃え残り分のおき燃焼を行うように構成された焼却炉である。

ストーカ式焼却炉では、通常、二次燃焼室からの排ガスをボイラに導き、このボイラにおいて排ガス熱により蒸気を発生させて、排ガス熱を回収している。しかしながら、焼却炉の稼動中に、この排ガス熱回収用のボイラの発生蒸気流量が低下することがある。その原因として、低発熱量のごみが多量にストーカ上に投入された場合や、ごみホッパあるいはごみホッパとストーカとの間のごみ供給路が閉塞してストーカ上にごみが供給されていない場合などが挙げられる。

低発熱量のごみが多量に投入された場合には、例えば、ストーカ上へのごみの供給を止めるとともに、主にストーカの乾燥帯への一次空気量を増大させて、ごみの乾燥、着火を待つ。また、ストーカ上にごみが供給されていない場合には、例えば、ごみ供給路の閉塞を解除してストーカ上にごみを投入する等の対処策が行われている。特許文献１には、ボイラの蒸気流量が低下した場合、ストーカ上の被燃焼物層の表面温度を検出し、その原因が前者なのか後者なのかを判別し、上記の対処策を迅速かつ確実に選択して蒸気流量を回復する方法が記載されている。

しかしながら、このようなストーカ上の被燃焼物層の表面温度を検出する手段は、これに付随する演算手段等も含めると非常に高い費用と技術を必要とし、特に既設焼却炉への改良として適用するためには不適当な場合がある。

一方、ストーカ式焼却炉における低空気比での燃焼は、燃焼排ガス性状の安定化およびボイラの蒸気流量の安定化に寄与する。低空気比での燃焼を実現させるために、特許文献２には、高温ガスや循環ガスを使用して燃焼空気比を１．３〜１．５とし、燃焼排ガス中のＣＯ、ＮＯｘ等の有害ガスの発生量を抑制する方法が開示されている。しかしながら、高温ガスを導入するために高温空気製造装置および／あるいは返送排ガスのための流路の敷設が必要となり、建設コストの増大を引き起こす。また、おき燃焼帯に供給する循環排ガスを操作する制御方法のため、焼却炉稼動中に廃棄物性状が大きく変化し、廃棄物発熱量が低下した場合には、応答性が悪く、燃焼排ガス性状が大きく変化し、ボイラ蒸気流量が急激に低下し、電力供給が不安定になる。
特開２００３−１６１４２１号公報 特開２００４−２３９５０９号公報

そこで本発明は、上記の事情に鑑み、排ガスの熱回収を行うボイラの蒸気流量が大きく低下する前に、迅速に蒸気流量を回復することができるストーカ式焼却炉及びその燃焼制御方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係るストーカ式焼却炉の燃焼制御方法は、ホッパから被燃焼物をストーカ上に投入し、このストーカの下方より一次空気を導入して、このストーカ上方の一次燃焼室で前記一次空気により一次燃焼を行うとともに、この一次燃焼室上方の二次燃焼室で二次空気により二次燃焼を行い、この二次燃焼室を経た排ガス熱をボイラにより回収するストーカ式焼却炉の燃焼制御方法において、前記二次燃焼室から排出された排ガス温度が、下限閾値未満になった場合に、前記一次空気の内、前記ストーカの前記ホッパ側に導入される一次空気の流量を増加させることを特徴とする。

このように、一次燃焼室および二次燃焼室の燃焼状態による直接的な影響を受け、ボイラの蒸気流量よりも燃焼状態の変化が早期に現れる、二次燃焼室からの排ガス温度が、下限閾値未満になった場合に、前記一次空気の内、ストーカのホッパ側に導入される一次空気の流量を増加させることで、蒸気流量が大きく低下する前に、ホッパ側のストーカにおけるごみの乾燥及び着火燃焼を促進することができる。これにより、燃焼状態が迅速に改善され、蒸気流量が早期に回復される。したがって、二次燃焼室から排出される排ガスの温度に基づいて制御を行うことで、応答性が高く、蒸気流量の変動幅を小さくすることができる。

前記排ガス温度が第２の下限閾値未満になった場合に、または前記二次燃焼室から排出される排ガス中の酸素濃度が上限閾値を超えた場合に、前記ホッパ内に敷設されているフィーダを一定時間にわたり稼動させるとともに、前記ホッパ内における前記被燃焼物の高さを検出し、前記一定時間における前記高さの変化が、下限値未満になった場合に、前記ホッパ内に敷設されている閉塞解除装置を起動させ、上限値を超えた場合に、前記フィーダの稼動を停止させる。

このように、フィーダを一定時間にわたり稼動させ、この一定時間におけるホッパ内の被燃焼物の高さの変化が下限値未満の場合には、ホッパ内で被燃焼物が閉塞を起こしていることから、閉塞を解除して被燃焼物をストーカ上に供給する。一方、前記一定時間における前記高さの変化が上限値を超える場合には、ストーカ上に被燃焼物が供給されていることから、フィーダの稼動を停止させることで、燃焼の妨げとなる被燃焼物の過剰供給を防ぐ。したがって、この一定時間におけるホッパ内の被燃焼物の高さの変化に基づく制御を行うことで、排ガス温度が低下した要因又は酸素濃度が上昇した要因が、ホッパ内の閉塞による場合であっても被燃焼物の大量供給による場合であっても、対応することができる。

本発明に係るストーカ式焼却炉の燃焼制御方法は、別の態様として、ホッパから被燃焼物をストーカ上に投入し、このストーカの下方より一次空気を導入して、このストーカ上方の一次燃焼室で前記一次空気により一次燃焼を行うとともに、この一次燃焼室上方の二次燃焼室で二次空気により二次燃焼を行い、この二次燃焼室を経た排ガス熱をボイラにより回収するストーカ式焼却炉の燃焼制御方法において、前記二次燃焼室から排出される排ガス中の酸素濃度が、上限閾値を超えた場合に、前記一次空気の内、前記ストーカの前記ホッパ側に導入される一次空気の流量を増加させることを特徴とする。

このように、一次燃焼室および二次燃焼室の燃焼状態による直接的な影響を受け、ボイラの蒸気流量よりも燃焼状態の変化が早期に現れる、二次燃焼室からの排ガス中の酸素濃度が、上限閾値を超えた場合に、前記一次空気の内、ストーカのホッパ側に導入される一次空気の流量を増加させることで、蒸気流量が大きく低下する前に、ホッパ側のストーカにおけるごみの乾燥及び着火燃焼を促進することができる。これにより、燃焼状態が迅速に改善され、蒸気流量が早期に回復される。したがって、二次燃焼室から排出される排ガス中の酸素濃度に基づいて制御を行うことで、応答性が高く、蒸気流量の変動幅を小さくすることができる。

前記酸素濃度が第２の上限閾値を超えた場合に、または前記二次燃焼室から排出される排ガス温度が下限閾値未満になった場合に、前記ホッパ内に敷設されているフィーダを一定時間にわたり稼動させるとともに、前記ホッパ内における前記被燃焼物の高さを検出し、前記一定時間における前記高さの変化が、下限値未満になった場合に、前記ホッパ内に敷設されている閉塞解除装置を起動させ、上限値を超えた場合に、前記フィーダの稼動を停止させることもできる。

前２つの態様において、前記一次空気の流量を増加させる閾値の条件に加えて、前記ボイラで発生する蒸気流量が下限閾値未満であるという条件も満たした場合に、前記一次空気の流量を増加させる制御を行うこともできる。これにより、二次燃焼室から排出される排ガスの温度またはその酸素濃度の急激な変化に過剰に応答することを防ぎ、蒸気流量の更なる安定化を図ることができる。

本発明は、別の側面として、ストーカ式焼却炉であって、被燃焼物を投入するためのホッパと、このホッパから前記被燃焼物が供給されるストーカと、このストーカの下方より一次空気を導入して、このストーカ上方で前記一次空気により一次燃焼を行う一次燃焼室と、この一次燃焼室上方で二次空気により二次燃焼を行う二次燃焼室と、この二次燃焼室を経た排ガス熱を回収するボイラと、前記二次燃焼室から前記ボイラまでの煙道内であって、前記ストーカおよびそこにおける火炎からの放射に対して遮断された箇所の排ガス温度を測定するための排ガス温度計と、この排ガス温度計により測定された排ガス温度に基づいて、前記一次燃焼を制御する燃焼制御装置とを備えたことを特徴とする。

このように、二次燃焼室から排出される排ガスの温度を、二次燃焼室からボイラまでの煙道内であって、ストーカおよびそこにおける火炎からの放射に対して遮断された箇所で測定することで、ストーカや火炎からの放射の影響を受けることなく、この排ガスの温度を正確かつ迅速に測定することができる。したがって、この排ガス温度の測定結果を用いて一次燃焼を制御することで、燃焼状態が迅速に改善され、蒸気流量を早期に回復することができる。

前記二次燃焼室から排出される排ガス中の酸素濃度を測定するための酸素濃度測定器をさらに備えることもでき、この場合、前記燃焼制御装置は、この酸素濃度測定器により測定された酸素濃度にも基づいて、前記一次燃焼を制御することができる。

本発明に係るストーカ式焼却炉は、別の態様として、被燃焼物を投入するためのホッパと、このホッパから前記被燃焼物が供給されるストーカと、このストーカの下方より一次空気を導入して、このストーカ上方で前記一次空気により一次燃焼を行う一次燃焼室と、この一次燃焼室上方で二次空気により二次燃焼を行う二次燃焼室と、この二次燃焼室を経た排ガス熱を回収するボイラと、前記二次燃焼室より下流側の煙道内で、前記二次燃焼室から排出される排ガス中の酸素濃度を測定するための酸素濃度測定器と、この酸素濃度測定器により測定された酸素濃度に基づいて、前記一次燃焼を制御する燃焼制御装置とを備えたことを特徴とする。酸素濃度測定器は、ボイラ出口からストーカ式焼却炉のガス排出口までの煙道内に設けることが好ましい。

このように、二次燃焼室から排出される排ガス中の酸素濃度を、二次燃焼室より下流側の煙道内で測定することで、排ガスの温度が比較的低温に冷却されることから、排ガス中の酸素濃度を正確かつ迅速に測定することができる。ただし、高温、高濃度ばいじん環境下に耐え得る酸素濃度測定器を用いることができる場合は、ボイラ出口よりも上流に設置することが好ましい。したがって、この酸素濃度の測定結果を用いて一次燃焼を制御することで、燃焼状態が迅速に改善され、蒸気流量を早期に回復することができる。

前記二次燃焼室から前記ボイラまでの煙道内であって、前記ストーカおよびそこにおける火炎からの放射に対して遮断された箇所の排ガス温度を測定するための排ガス温度計をさらに備えることもでき、この場合、前記燃焼制御装置は、この排ガス温度計により測定された排ガス温度にも基づいて、前記一次燃焼を制御することができる。

前２つの態様において、前記ボイラで発生する蒸気流量を測定するための蒸気流量測定器をさらに備えることもでき、この場合、前記燃焼制御装置は、この蒸気流量測定器により測定された蒸気流量にも基づいて、前記一次燃焼を制御することができる。

このように本発明によれば、排ガスの熱回収を行うボイラの蒸気流量が大きく低下する前に、迅速に蒸気流量を回復することができるストーカ式焼却炉及びその燃焼制御方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るストーカ式焼却炉及びその運転方法の一実施の形態について説明する。図１は、本発明に係るストーカ式焼却炉の一実施形態を全体的に示す模式図である。図２は、図１に示すストーカ式焼却炉のホッパ部を拡大して示す模式図である。

図１に示すように、本実施の形態のストーカ式焼却炉は、ごみや産業廃棄物等の被燃焼物が投入されるごみホッパ１と、このホッパから供給されたごみを攪拌、前進させながら乾燥、燃焼するストーカ炉２と、このストーカ炉からの排ガスで蒸気を発生せしめるボイラ１０と、このボイラでの蒸気流量を安定して発生させるためにストーカ炉で燃焼を制御する燃焼制御装置３０とから主に構成されている。

ストーカ炉２には、その炉内底部に、主として乾燥帯を構成する乾燥帯ストーカ２１と、主として燃焼帯を構成する主燃焼帯ストーカ２２と、主としておき燃焼帯を構成するおき燃焼帯ストーカ２３とが敷設されている。乾燥帯ストーカ２１は、ごみホッパ１からの投入口に対して最上流側に位置し、主燃焼帯ストーカ２２は乾燥帯ストーカ２１の下流側に位置し、おき燃焼帯ストーカ２３は主燃焼帯ストーカ２２の下流で最下流側に位置している。ここで、主燃焼帯とは、ごみ層上で火炎を上げて燃えている領域を指している。

前記各ストーカ２１、２２、２３は、固定火格子の間に配設した移動火格子を備え、移動火格子の往復運動によりごみ（被燃焼物）を投入した後、ごみをストーカ２１で乾燥し、ストーカ２２で主燃焼を行い、最後にストーカ２３でおき燃焼を行うものである。なお、本実施形態では燃焼帯ストーカ２２は３個であるが、１個でも複数個でもよい。おき燃焼帯ストーカ２３の下流側には灰ホッパシュート８が敷設されている。また、ストーカ２１、２２、２３の上方には一次燃焼室３が設けられ、更にその上方には二次燃焼室４が設けられている。

乾燥帯ストーカ２１、主燃焼帯ストーカ２２、おき燃焼帯ストーカ２３には、それらの下部の風箱に開口する一次空気管２５がそれぞれ配設されている。これら一次空気管２５は、一次空気主管５から分配されており、この一次空気主管５には一次空気供給用の押込送風機（ファン）６と蒸気式空気予熱器（ＳＡＨ）が設置されている。すなわち、ファン６から圧送された一次空気は、一次空気主管５を通って予熱された後、一次空気管２５から各ストーカ２１、２２、２３に供給されるように構成されている。また、一次空気管２５内には、これらを開閉する開閉弁２６がそれぞれ設けられ、一次空気主管５内には、これを開閉する開閉弁７が設けられている。

二次燃焼室４の排ガス出口とボイラ１０の排ガス入口とは、煙道９を介して接続されている。この煙道９は、流炉構成上，ストーカ２１、２２、２３およびストーカ炉２の火炎の放射から遮断された状態になっている。この煙道９内には、二次燃焼室４からの排ガスの温度を測定するための排ガス温度計３３（例えば、赤外線高温計）が設置されている。このように、火炎の放射から遮断された箇所に排ガス温度計３３を設けることで、排ガスの温度を早期かつ正確に測定することができる。また、ボイラ１０には、ボイラ１０で発生した蒸気流量を測定する蒸気流量測定器３１が設けられている。

ボイラ１０の排ガス出口には、煙道１１が設けられており、この煙道１１の出口には、排ガス中の酸素濃度を測定するための酸素濃度測定器３５が設置されている。このように酸素濃度測定器３５をボイラ１０排ガス出口に設置することで、排ガス温度が２００〜３００℃と低下していることから、酸素濃度を長期に正確に測定することができる。ただし、高温、高濃度ばいじん環境下に耐え得る酸素濃度測定器を用いることができる場合には、ボイラ１０の排ガス出口よりも上流に設置することができる。さらに煙道１１の排ガス下流側には、排ガスを降温するための減温塔（図示省略）と、排ガス中から飛灰等を取り除くためのバグフィルタ（図示省略）と、排ガスを外気へと排出するための煙突（図示省略）とが順次敷設されている。

一次燃焼室３のおき燃焼帯には、一次燃焼室３内の燃焼排ガスの一部を再循環ガスとして抜き出すための再循環ガス抜出し口２８が設けられている。この再循環ガス抜出し口２８は、再循環通路１６を介してサイクロン１２の入口１４に接続されている。サイクロン１２の出口には再循環通路１５が設けられており、この再循環通路１５は、二次燃焼室４の上流部位で二次燃焼室４内に二次空気を供給するための吹出しノズル１９に接続している。再循環通路１５には再循環ファン１３が設けられており、この再循環ファン１３の手前に設けられた開閉弁１８により、一次燃焼室３内から燃焼排ガスを再循環ガスとして抜き出す量を調整することができる。

吹出しノズル１９は、二次燃焼室４の乾燥帯側とおき燃焼帯側にそれぞれ設けられている。また、再循環通路１５は、再循環ファン１３の下流側で２本に分岐しており、１本の再循環通路１５ａは乾燥側の吹出しノズル１９ａに接続され、１本の再循環通路１５ｂはおき燃焼帯側の吹出しノズル１９ｂに接続されている。分岐した再循環通路１５ａ、１５ｂには、それぞれ開閉弁１７が設けられており、乾燥帯側とおき燃焼帯側の吹出しノズル１９ａ、１９ｂで、二次空気の供給量を変えることができる。なお、乾燥帯側とおき燃焼帯側の吹出しノズル１９ａ、１９ｂは、それぞれガス流に沿って二次燃焼室４に複数段設けてもよく、その場合、その数に合わせて再循環通路１５を分岐する。

ごみホッパ１には、図２に示すように、ホッパ傾斜内壁に閉塞解除装置４１が敷設されている。閉塞解除装置４１としては、例えば、ハンマによりホッパ傾斜内壁を叩き、ホッパ内でブリッジ又はアーチングを起こして詰まったごみを払い落とす機構がある。また、ごみホッパ１の底部には、往復運動により底部のごみ４５をストーカ炉２内へと押し出す給塵装置（フィーダ）４３が敷設されている。さらに、ごみホッパ１の上方には、ホッパ内のごみ４５の高さを検出するための高さ検出器３７が設置されている。この高さ検出器３７としては、レーザあるいは超音波３８をごみ４５の表面に照射し、反射したレーザを受光あるいは超音波を検出してごみ表面との距離を測定することができる非接触式のものが好ましい。

蒸気流量測定器３１、排ガス温度計３３、酸素濃度測定器３５、高さ検出器３７は、それぞれ測定した値を燃焼制御装置３０へと信号として送信できるように、燃焼制御装置３０と電気的に接続されている。また、燃焼制御装置３０は、一次空気管２５や再循環通路１５等の各開閉弁１７、１８、２６の開度を個別に調整したり、閉塞解除装置４１および給塵装置４３の各起動および停止を行ったり制御できるように、各開閉弁１７、１８、２６、閉塞解除装置４１、給塵装置４３とそれぞれ電気的に接続されている。

以上の構成によれば、先ず、ごみホッパ１に被燃焼物としてごみ４５が投入されると、ごみ４５は間欠的に往復運動する給塵装置４３によりストーカ炉２内へと供給される。また、ストーカ炉２内の乾燥帯ストーカ２１、主燃焼帯ストーカ２２、おき燃焼帯ストーカ２３には、一次空気管２５を介してそれぞれ一次空気が供給され、これにより一次燃焼室３でごみが高温燃焼される。

この燃焼ガスは、二次燃焼室４において再循環ガス吹出しノズル１９、２０から供給される二次空気によって、更なる高温燃焼がなされて完全燃焼される。二次燃焼室４にて燃焼後の排ガスは、煙道９を介してボイラ１０に供給され、蒸気を発生させることによって熱回収をした後、煙道１１を通って大気中に排出される。また、おき燃焼帯ストーカ２３での燃焼後の灰は、灰ホッパシュート８で捕集されて排出される。

（一次空気量の増加制御）
ここで、蒸気流量測定器３１で測定しているボイラ１０の蒸気流量の値が、下限閾値（例えば８０ｔ／ｈ）未満に低下した場合、この蒸気を利用した電力供給量も低下してしまう。そこで、電力供給を安定化するために、燃焼制御装置３０では、蒸気流量が下限閾値未満になった場合、乾燥帯ストーカ２１及び必要により上流側の主燃焼帯ストーカ２２の一次空気管２５の開閉弁２６に、弁をより大きく開いて一次空気量を増加させるように信号を送る。

図３は、蒸気流量の増減に対して一次空気量を変化させるタイミングを示すチャートである。図３に示すように、一次空気量を増加させることで、乾燥帯ストーカ２１及び上流側の主燃焼帯ストーカ２２におけるごみの乾燥及び着火燃焼が促進されることから、ボイラ１０での蒸気流量を設定値（例えば１００ｔ／ｈ）に回復することができる。また、蒸気流量が上限閾値（例えば１２０ｔ／ｈ）以上になった場合は、上記の開閉弁２６に、弁の開度を絞って一次空気量を元に戻すように信号を送る。これにより、蒸気流量を所定の範囲内に制御することができ、電力供給を安定化することができる。

（ごみホッパの制御）
また、燃焼制御装置３０は、蒸気流量が下限閾値未満になった場合、給塵装置４３に所定の判定時間（例えば２、３分から１０分程度）にわたり連続運転するように信号を送る。これによりごみが供給される。一方、ごみホッパ１内でブリッジ等が発生している場合は、給塵装置４３がいわゆる空打ち状態となり、このように給塵装置４３を連続的に運転しても、ストーカ炉２内にごみは供給されない。

さらに、燃焼制御装置３０は、この判定時間の間、高さ検出器３７で測定したごみホッパ１内のごみ４５の高さレベルを一定の時間間隔で受信し、この判定時間における高さレベルの変化を算出する。図４及び図５は、この判定時間におけるごみ４５の高さレベルの変化を示すグラフである。

判定時間の間に高さレベルが大きく低下しなかった場合（図４）、燃焼制御装置３０は、ごみホッパ１内でごみがブリッジまたはアーチングを形成していると判定し、ごみホッパ１内の閉塞を解除するように、閉塞解除装置４１に起動信号を送る。これによりブッリジ等の閉塞が解除され、ごみがホッパ１の底部へと払い落とされる。そして、連続運転する給塵装置４３によってごみがストーカ炉２内に供給される。乾燥帯ストーカ２１及び上流側の主燃焼帯ストーカ２２では、一次空気量が増加されているので、新たに供給されたごみの乾燥及び着火燃焼を促進し、蒸気流量を回復することができる。

一方、判定時間の間に高さレベルが大きく低下した場合（図５）、燃焼制御装置３０は、ストーカ炉２内にごみが大量に供給されていると判定し、これ以上ごみが供給されるのを防止するために、給塵装置４３に強制停止の信号を送る。これにより、ストーカ炉２内の燃焼の妨げとなるごみの過剰供給を防ぐことができる。乾燥帯ストーカ２１及び上流側の主燃焼帯ストーカ２２では、一次空気量が増加されているので、大量に供給されたごみの乾燥及び着火燃焼を促進し、蒸気流量を回復することができる。

このように、給塵装置４３を運転している間のごみの高さレベルの変化に基づいて制御を行うことで、蒸気流量が低下した要因がごみホッパ１内の閉塞によりごみの供給が滞っている場合と発熱量の低いごみが大量に供給され過ぎて燃焼反応が進行しにくくなっている場合との両者に対しても対応することができる。

（排ガス温度による制御）
上記の蒸気流量による制御に替えて又は併用して、排ガス温度による制御を行うことができる。すなわち、排ガス温度計３３で測定するストーカ炉２の火炎の放射から遮断された煙道９内の排ガス温度の値が、下限閾値（例えば６００℃）未満に低下した場合に、乾燥帯ストーカ２１及び必要により上流側の主燃焼帯ストーカ２２の一次空気管２５の開閉弁２６に、弁をより大きく開いて一次空気量を増加させるように信号を送る（図３）。

この煙道９内の排ガス温度は、ストーカ炉２内の燃焼温度による直接的な影響を受けることから、ボイラ１０の蒸気流量よりも燃焼状態の変化が早期に現れ、よって、蒸気流量に基づく制御よりも、より応答性の高い制御を行うことができる。すなわち、乾燥帯ストーカ２１及び上流側の主燃焼帯ストーカ２２において、一次空気量を増加させることで、ごみの乾燥及び着火燃焼が促進され、燃焼温度が上昇し、排ガス温度を設定値（例えば６５０℃）へ迅速に回復させることができる。また、排ガス温度が上限閾値（例えば７００℃）を超えた場合は、開閉弁２６に一次空気量を元に戻すように信号を送ることで、排ガス温度を設定値に迅速に回復させることができる。このように、排ガス温度に基づいて制御することで、蒸気流量の変動幅を小さくすることができる。

なお、排ガス温度計３３で測定する排ガス温度は、測定した瞬間の温度に基づいて制御する他に、一定時間にわたって測定した平均値や、その平均値との偏差、または変化の勾配を算出して、これらの下限閾値および上限閾値を設定して制御することもできる。このように平均値、偏差、移動平均を用いることで、排ガス温度の急激な変化に対して過剰に応答することを防ぎ、蒸気流量の更なる安定化を図ることができる。

また、この排ガス温度に基づいても、上述したごみホッパ１の制御を行うことができる。すなわち、排ガス温度が下限閾値未満になった場合、燃焼制御装置３０は、給塵装置４３に判定時間にわたって連続運転するように信号を送るとともに、この判定時間の間、高さ検出器３７で測定したごみの高さレベルを一定の時間間隔で受信し、この判定時間における高さレベルの変化を算出する。そして、高さレベルが大きく低下しなかった場合（図４）、閉塞解除装置４１に起動信号を送り、高さレベルが大きく低下した場合（図５）、給塵装置４３に強制停止の信号を送る。

これにより、排ガス温度が低下した要因がごみホッパ１内の閉塞による場合であっても、低発熱量のごみの大量供給による場合であっても、乾燥帯ストーカ２１及び上流側の主燃焼帯ストーカ２２において、一次空気量が増加されていることから、閉塞解除により新たに供給されたごみ又は大量に供給された低発熱量のごみの乾燥及び着火燃焼が促進されて、燃焼温度が上昇することから、排ガス温度を迅速に回復することができる。

図６は、上述した一次空気量を増加する制御とごみホッパの制御とを同時に行う場合の一例を示すタイミングチャートであり、図７は、そのフローチャートである。図６に示すように、蒸気流量または排ガス温度の上限および下限の閾値については、一次空気量増加用と給塵用とで別々に設定する。この場合、給塵用の閾値を、一次空気量増加用の閾値よりも設定値に近い値とすることが好ましい。

図６及び図７に示すように、先ず、燃焼制御装置３０は、蒸気流量測定器３１で測定した蒸気流量または排ガス温度計３３で測定した排ガス温度の信号ａを受信し、この信号ａが給塵用の下限閾値よりも低いかどうか比較する。そして、給塵用の下限閾値よりも低い場合、給塵装置４３に連続運転するように信号を送る。また、信号ａが一次空気増加用の下限閾値よりも低いかどうかも比較し、一次空気増加用の下限閾値よりも低い場合、乾燥帯ストーカ２１及び必要により上流側の主燃焼帯ストーカ２２の開閉弁２６に弁をより開くように信号を送る。

次に、信号ａが給塵用の下限閾値よりも低い場合、燃焼制御装置３０は、高さ検出器３７で測定したごみホッパ１内のごみの高さレベルの信号ｂを一定の時間間隔で受信し、所定の判定時間における高さレベルの変化（Δｂ／Δｔ）を算出する。そして、このΔｂ／Δｔが所定の上限値よりも高いか又は下限値よりも低いかの比較を行う。Δｂ／Δｔが所定の上限値よりも高い（すなわちホッパレベルの変化の勾配が大きい）場合、給塵装置４３に強制停止するように信号を送る。一方、Δｂ／Δｔが所定の下限値よりも低い（すなわちホッパレベルの変化の勾配が小さい）場合、閉塞解除装置４１に起動するように信号を送る。

ストーカ炉２内での乾燥および着火燃焼が促進されると、燃焼温度が上昇し、蒸気流量が回復することから、信号ａが給塵用の上限閾値を超える場合がある。この場合、燃焼制御装置３０は、給塵装置４３に運転を停止するように信号を送る。また、信号ａが一次空気増加用の上限閾値を超えた場合は、乾燥帯ストーカ２１及び上流側の主燃焼帯ストーカ２２の開閉弁２６に弁の開度を絞って一次空気量を元に戻すように信号を送る。ストーカ炉２内での燃焼促進を止めて、燃焼温度および蒸気流量の安定化を図る。

なお、上記の説明では、蒸気流量と排ガス温度のどちらか一方を用いるように説明したが、両方を用いて制御を行うこともできる。例えば、蒸気流量と排ガス温度の両方が所定の下限閾値未満になった場合に制御を行うようにすることで、排ガス温度の急激な変化に過剰に応答することを防ぎ、蒸気流量の更なる安定化を図ることができる。また、蒸気流量を一次空気増加の制御に用い、排ガス温度をごみホッパの制御に用いるようにすることで、それぞれの役割を分けて機能させることができる。

（排ガス中の酸素濃度による制御）
上記の蒸気流量または排ガス温度による制御に替えて又は併用して、排ガス中の酸素濃度による制御を行うことができる。すなわち、酸素濃度測定器３５で測定するボイラ１０通過後の排ガス中の酸素濃度の値が、上限閾値（例えば１２〜１３％）を超えた場合に、乾燥帯ストーカ２１及び必要により上流側の主燃焼帯ストーカ２２の一次空気管２５の開閉弁２６に、弁をより大きく開いて一次空気量を増加させるように信号を送る。

この排ガス中の酸素濃度は、ストーカ炉２内での燃焼状態による直接的な影響を受けることから、ボイラ１０の蒸気流量よりも燃焼状態の変化が早期に現れ、よって、蒸気流量に基づく制御よりも、より応答性の高い制御を行うことができる。すなわち、乾燥帯ストーカ２１及び上流側の主燃焼帯ストーカ２２において、一次空気量を増加させることで、ごみの乾燥及び着火燃焼が促進されて酸素が消費され、排ガス中の酸素濃度を設定値（例えば８〜１０％）へ迅速に回復させることができる。排ガス中の酸素濃度が上限閾値未満になった場合は、開閉弁２６に一次空気量を元に戻すように信号を送る。

なお、酸素濃度測定器３５で測定する排ガス中の酸素濃度の値は、測定した瞬間の酸素濃度に基づいて制御する他に、一定時間にわたり測定した平均値や、その平均値との偏差、または変化の勾配を算出して、これらの上限閾値を設定して制御することもできる。このように平均値、偏差、移動平均を用いることで、酸素濃度の急激な変化に対して過剰に応答することを防ぎ、蒸気流量の更なる安定化を図ることができる。

また、この排ガス中の酸素濃度に基づいても、上述したごみホッパ１の制御を行うことができる。すなわち、排ガス中の酸素濃度が上限閾値を超えた場合、燃焼制御装置３０は、給塵装置４３に判定時間にわたって連続運転するように信号を送るとともに、この判定時間の間、高さ検出器３７で測定したごみの高さレベルを一定の時間間隔で受信し、この判定時間における高さレベルの変化を算出する。そして、高さレベルが大きく低下しなかった場合（図４）、閉塞解除装置４１に起動信号を送り、高さレベルが大きく低下した場合（図５）、給塵装置４３に強制停止の信号を送る。

これにより、排ガス中の酸素濃度が上昇した要因がごみホッパ１内の閉塞による場合であっても、低発熱量のごみの大量供給による場合であっても、乾燥帯ストーカ２１及び上流側の主燃焼帯ストーカ２２において、一次空気量が増加されていることから、閉塞解除により新たに供給されたごみ又は大量に供給された低発熱量のごみの乾燥及び着火燃焼が促進され酸素が消費されることから、排ガス中の酸素濃度が迅速に回復する。

図８は、一次空気量を増加する制御とごみホッパの制御とを同時に行う場合の他の例であって、排ガスの温度とその酸素濃度の両方を用いる場合のフローチャートである。図８に示すように、先ず、燃焼制御装置３０は、酸素濃度測定器３５で測定した排ガス中の酸素濃度の信号を受信し、この信号の移動平均を算出するか、またはこの信号を微分処理する。そして、この移動平均と瞬時値との偏差または微分処理の結果が、所定の上限閾値よりも高いかどうか比較する。所定の上限閾値よりも高い場合、乾燥帯ストーカ２１及び必要により上流側の主燃焼帯ストーカ２２の開閉弁２６に弁をより開くように信号を送る。

また、燃焼制御装置３０は、排ガス温度計３３からの排ガス温度の信号ａを受信し、この信号ａが所定の下限閾値よりも低いかどうか比較する。そして、下限閾値よりも低い場合、給塵装置４３に連続運転するように信号を送る。さらに、燃焼制御装置３０は、高さ検出器３７からごみの高さレベルの信号ｂを受信して、上記と同様にΔｂ／Δｔを算出する。このΔｂ／Δｔが所定の上限値よりも高いか又は下限値よりも低いかの比較を行い、Δｂ／Δｔが所定の上限値よりも高い場合、給塵装置４３に強制停止するように信号を送り、所定の下限値よりも低い場合、閉塞解除装置４１に起動するように信号を送る。

ストーカ炉２内での乾燥および着火燃焼が促進されると、酸素が消費され、酸素濃度信号の移動平均または微分処理の結果が上限閾値未満に低下する。この場合、燃焼制御装置３０は、乾燥帯ストーカ２１及び上流側の主燃焼帯ストーカ２２の開閉弁２６に一次空気量を元に戻すように信号を送る。また、燃焼温度が上昇して、信号ａが給塵用の上限閾値を超えた場合、燃焼制御装置３０は、給塵装置４３に運転停止の信号を送る。ストーカ炉２内での燃焼促進を止めて、酸素濃度、燃焼温度および蒸気流量の安定化を図る。

このように、排ガス中の酸素濃度に基づいて乾燥帯ストーカ２１及び必要により上流側の主燃焼帯ストーカ２２の一次空気量の増加制御を行うとともに、排ガス温度に基づいてごみホッパ１の制御を行うことで、それぞれの役割を分けて機能させることができる。

なお、図８の制御とは逆に、排ガス温度に基づいて乾燥帯ストーカ２１及び必要により上流側の主燃焼帯ストーカ２２の一次空気量の増加制御を行うとともに、排ガス中の酸素濃度に基づいてごみホッパ１の制御を行ってもよく、これにより、より高応答性を要求される一次空気の制御に排ガス温度を用い、比較的応答性に裕度のあるホッパの制御に排ガス中の酸素濃度を用いることでそれぞれの役割を分けて機能させることができる。

また、蒸気流量を用いて制御を行うこともできる。例えば、蒸気流量と酸素濃度の両方が所定の下限閾値未満になった場合に制御を行うようにすることで、酸素濃度の急激な変化に過剰に応答することを防ぎ、蒸気流量の更なる安定化を図ることができる。また、蒸気流量を一次空気増加およびごみホッパの制御の一方に用い、酸素濃度を他方の制御に用いてもよく、これによりそれぞれの役割を分けて機能させることができる。

なお、乾燥帯ストーカ２１及び必要により上流側の主燃焼帯ストーカ２２の一次空気量を増加させる場合、ストーカ炉２内に供給する全体の空気量を維持するため、この増加させる分に相当する量を、二次空気量から減少させるように制御することが好ましい。例えば、上記した再循環ガス用の吹出しノズル１９の下流部位にて、二次燃焼室４内に外気からの二次空気を供給する吹出しノズル（図示省略）における供給量を減少させることで、ストーカ炉２全体に供給する空気量を同じにすることができる。

また、乾燥帯ストーカ２１及び必要により上流側の主燃焼帯ストーカ２２の一次空気量を増加させる場合、ストーカ炉２内に供給する全体の空気量を維持するため、この増加させる分に相当する量を、おき燃焼帯ストーカ２３に供給する一次空気量から減少させるように制御することも好ましい。この場合、再循環ガス抜出し口２８から抜き出す燃焼排ガスの量を、この減少させた量だけ減少させる。これにより、ストーカ炉２内の二次燃焼室４内に供給される二次空気の酸素濃度が相対的に低下することを防止でき、不完全燃焼が発生するのを防ぐことができる。

本発明に係るストーカ式焼却炉の一実施形態を全体的に示す模式図である。 図１に示すストーカ式焼却炉のホッパ部を拡大して示す模式図である。 蒸気流量又は排ガス温度の増減に対して一次空気量を変化させるタイミングを示すチャートである。 判定時間におけるホッパ内のごみの高さレベルの変化を示すグラフである。 判定時間におけるホッパ内のごみの高さレベルの変化を示すグラフである。 蒸気流量又は排ガス温度の増減に対して給塵、閉塞解除、一次空気量増加を行うタイミングを示すチャートである。 一次空気量増加とごみホッパの制御の一例を示すフローチャートである。 一次空気量増加とごみホッパの制御の別の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ごみホッパ
２ ストーカ炉
３ 一次燃焼室
４ 二次燃焼室
５ 一次空気主管
６ 押込送風機
７、１７、１８、２６ 開閉弁
８ 灰ホッパシュート
９、１１ 煙道
１０ ボイラ
１２ サイクロン
１３ 循環ファン
１５、１６ 再循環通路
１９ 吹出しノズル
２１ 乾燥帯ストーカ
２２ 主燃焼帯ストーカ
２３ おき燃焼帯ストーカ
２５ 一次空気管
２８ 再循環ガス抜出し口
３０ 燃焼制御装置
３１ 蒸気流量測定器
３３ 排ガス温度計
３５ 酸素濃度測定器
３７ 高さ検出器
３８ レーザ
４１ 閉塞解除装置
４３ 給塵装置
４５ ごみ（被燃焼物）

Claims (9)

1. ホッパから被燃焼物をストーカ上に投入し、このストーカの下方より一次空気を導入して、このストーカ上方の一次燃焼室で前記一次空気により一次燃焼を行うとともに、この一次燃焼室上方の二次燃焼室で二次空気により二次燃焼を行い、この二次燃焼室を経た排ガス熱をボイラにより回収するストーカ式焼却炉の燃焼制御方法において、
   前記二次燃焼室から排出された排ガス温度が、第１の下限閾値未満になった場合に、前記一次空気の内、前記ストーカの前記ホッパ側に導入される一次空気の流量を増加させ、
   前記二次燃焼室から排出された排ガス温度が第２の下限閾値未満になった場合に、または前記二次燃焼室から排出される排ガス中の酸素濃度が上限閾値を超えた場合に、前記ホッパ内に敷設されているフィーダを一定時間にわたり稼動させるとともに、前記ホッパ内における前記被燃焼物の高さを検出し、前記一定時間における前記高さの変化が、下限値未満になった場合に、前記ホッパ内に敷設されている閉塞解除装置を起動させ、上限値を超えた場合に、前記フィーダの稼動を停止させることを特徴とするストーカ式焼却炉の燃焼制御方法。
2. ホッパから被燃焼物をストーカ上に投入し、このストーカの下方より一次空気を導入して、このストーカ上方の一次燃焼室で前記一次空気により一次燃焼を行うとともに、この一次燃焼室上方の二次燃焼室で二次空気により二次燃焼を行い、この二次燃焼室を経た排ガス熱をボイラにより回収するストーカ式焼却炉の燃焼制御方法において、
   前記二次燃焼室から排出される排ガス中の酸素濃度が、上限閾値を超えた場合に、前記一次空気の内、前記ストーカの前記ホッパ側に導入される一次空気の流量を増加させることを特徴とするストーカ式焼却炉の燃焼制御方法。
3. 前記酸素濃度が第２の上限閾値を超えた場合に、または前記二次燃焼室から排出される排ガス温度が下限閾値未満になった場合に、前記ホッパ内に敷設されているフィーダを一定時間にわたり稼動させるとともに、前記ホッパ内における前記被燃焼物の高さを検出し、前記一定時間における前記高さの変化が、下限値未満になった場合に、前記ホッパ内に敷設されている閉塞解除装置を起動させ、上限値を超えた場合に、前記フィーダの稼動を停止させることを特徴とする請求項２に記載のストーカ式焼却炉の燃焼制御方法。
4. 前記一次空気の流量を増加させる閾値の条件に加えて、前記ボイラで発生する蒸気流量が下限閾値未満であるという条件も満たした場合に、前記一次空気の流量を増加させる制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のストーカ式焼却炉の燃焼制御方法。
5. 被燃焼物を投入するためのホッパと、
   このホッパから前記被燃焼物が供給されるストーカと、
   このストーカの下方より一次空気を導入して、このストーカ上方で前記一次空気により一次燃焼を行う一次燃焼室と、
   この一次燃焼室上方で二次空気により二次燃焼を行う二次燃焼室と、
   この二次燃焼室を経た排ガス熱を回収するボイラと、
   前記二次燃焼室から前記ボイラまでの煙道内であって、前記ストーカおよびそこにおける火炎からの放射に対して遮断された箇所の排ガス温度を測定するための排ガス温度計と、
   この排ガス温度計により測定された排ガス温度が、第１の下限閾値未満になった場合に、前記一次空気の内、前記ストーカの前記ホッパ側に導入される一次空気の流量を増加させるととともに、前記排ガス温度が第２の下限閾値未満になった場合に、または前記二次燃焼室から排出される排ガス中の酸素濃度が上限閾値を超えた場合に、前記ホッパ内に敷設されているフィーダを一定時間にわたり稼動させるとともに、前記ホッパ内における前記被燃焼物の高さを検出し、前記一定時間における前記高さの変化が、下限値未満になった場合に、前記ホッパ内に敷設されている閉塞解除装置を起動させ、上限値を超えた場合に、前記フィーダの稼動を停止させるように制御する燃焼制御装置と
   を備えたことを特徴とするストーカ式焼却炉。
6. 前記二次燃焼室から排出される排ガス中の酸素濃度を測定するための酸素濃度測定器をさらに備えており、前記燃焼制御装置は、この酸素濃度測定器により測定された酸素濃度にも基づいて、前記一次燃焼を制御するものであることを特徴とする請求項５に記載のストーカ式焼却炉。
7. 被燃焼物を投入するためのホッパと、
   このホッパから前記被燃焼物が供給されるストーカと、
   このストーカの下方より一次空気を導入して、このストーカ上方で前記一次空気により一次燃焼を行う一次燃焼室と、
   この一次燃焼室上方で二次空気により二次燃焼を行う二次燃焼室と、
   この二次燃焼室を経た排ガス熱を回収するボイラと、
   前記二次燃焼室より下流側の煙道内で、前記二次燃焼室から排出される排ガス中の酸素濃度を測定するための酸素濃度測定器と、
   この酸素濃度測定器により測定された酸素濃度が上限閾値を超えた場合に、前記一次空気の内、前記ストーカの前記ホッパ側に導入される一次空気の流量を増加させる燃焼制御装置と
   を備えたことを特徴とするストーカ式焼却炉。
8. 前記二次燃焼室から前記ボイラまでの煙道内であって、前記ストーカおよびそこにおける火炎からの放射に対して遮断された箇所の排ガス温度を測定するための排ガス温度計をさらに備えており、前記燃焼制御装置は、この排ガス温度計により測定された排ガス温度にも基づいて、前記一次燃焼を制御するものであることを特徴とする請求項７に記載のストーカ式焼却炉。
9. 前記ボイラで発生する蒸気流量を測定するための蒸気流量測定器をさらに備えており、前記燃焼制御装置は、この蒸気流量測定器により測定された蒸気流量にも基づいて、前記一次燃焼を制御するものであることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載のストーカ式焼却炉。

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