JP4887527B2 - 排ガスの温度制御方法 - Google Patents

Description

本発明は，産業廃棄物焼却炉の排ガス冷却設備における排ガスの温度制御方法に関する。

産業廃棄物焼却炉では，産業廃棄物やそれを分級，破砕処理したものなどを流動床炉や溶融炉など各種焼却設備によって高温で処理し，その後冷却，分級，薬剤処理などを行い有害物質の適正処理を行っている。このような産業廃棄物の焼却処理中に排出される排ガスは，産業廃棄物焼却炉における急冷減温塔などの排ガス冷却設備において急冷され，その後バグフィルタなどの集塵装置を経て適正に無害化処理され，最終的に大気中へと放出される。

前記急冷減温塔などの排ガス冷却設備では，ダイオキシン類の再合成を防止するため，再合成反応が生じる温度域である２５０℃から３００℃付近への滞留時間を減少させるために，３５０℃以上の高温の排ガスを２００℃以下に急冷する必要がある。そこで従来から，急冷減温塔内で排ガスに冷却用水を噴霧することにより排ガスを冷却し，冷却済み排ガス温度が設定温度である２００℃以下になるように制御する方法が用いられてきた（特許文献１）。この方法では，急冷減温塔の出口部における冷却済み排ガスの温度を測定し，その測定温度を制御部に出力して冷却用水の噴霧量を演算する。そしてこの演算結果に基づいて，排ガスに噴霧する冷却用水の噴霧量を調整し，冷却済み排ガスの温度制御が行われる。

より具体的に説明すると図３に示すように，従来の産業廃棄物焼却炉における排ガス冷却設備５０は，排ガス６１を冷却する急冷減温塔５１を有している。急冷減温塔５１内には冷却用水噴霧ノズル５２が設けられ，この冷却用水噴霧ノズル５２から噴霧される冷却用水によって排ガス６１は冷却される。冷却用水噴霧ノズル５２の上流側には，冷却用水の噴霧量制御弁５５が設けられており，この噴霧量制御弁５５を操作することにより冷却用水の噴霧量が調整される。

急冷減温塔５１内で冷却された冷却済み排ガス６２は急冷減温塔５１の出口部５６より排出される。急冷減温塔５１の出口部５６には，熱電対式温度計５３が設けられ，冷却済み排ガス６２の温度が測定される。この温度測定値は制御部５４へと出力される。制御部５４ではこの温度測定値に基づいて例えばフィードバック制御により，噴霧量制御弁５５を調整する。すなわち，制御部５４では，熱電対式温度計５３で測定された冷却済み排ガス６２の温度測定値に基づいて，急冷減温塔５１内で行われる排ガス６１の冷却が冷却済み排ガス６２の設定温度へと適正に行えるように，冷却用水の噴霧量が演算される。この演算結果に基づいて，噴霧量制御弁５５の開度が噴霧量制御弁５５に出力され，冷却用水噴霧ノズル５２から噴霧される冷却用水の噴霧量が調整される。このようにして冷却用水の噴霧量を調整することで，冷却済み排ガス６２の温度は設定温度に制御される。

急冷減温塔５１から排出された冷却済み排ガス６２は，バグフィルタなどの集塵設備５７を経て適正に無害化処理される。その後，無害化処理された処理済み排ガス６３は最終的に大気中へと放出される。

また排ガス冷却設備５０において，急冷減温塔５１内の排ガス６１の温度が上昇し，高温の排ガスがバグフィルタなどの集塵設備５７へ損傷を与える恐れがある場合，熱電対式温度計５３の出力値によって急冷減温塔５１，あるいは集塵設備５７などが緊急停止するように設定されていることが多い。

特開２００１−２９７２５号公報

しかしながら，従来の熱電対式温度計５３には一般的に反応速度が遅い温度計が用いられている。そのため，制御部５４に出力される冷却済み排ガス６２の温度測定値と実際の冷却済み排ガス６２の温度にずれが生じ，冷却用水の噴霧量が適正値でないおそれがあった。すなわち，応答速度が遅いために，熱電対式温度計５３で測定される冷却済み排ガス６２の温度測定値が実際の冷却済み排ガス６２の温度よりも低く出力される。これに基づいて冷却用水の噴霧量を決定する場合，冷却用水が迅速に噴霧されないことで，急冷減温塔５１内の排ガス６１が十分に冷却されないことがあった。
その結果，ダイオキシン類の再合成しやすい２５０℃から３００℃付近の温度域で排ガス６１が滞留し，ダイオキシン類が再合成されるおそれがあった。また，設定温度よりも高温の冷却済み排ガス６２がバグフィルタなどの集塵設備５７に流れ込むことで排ガス冷却設備５０に不具合が生じる可能性があるために，急冷減温塔５１，あるいは集塵設備５７の緊急停止が誤作動するおそれがあった。
逆に，排ガス６１が冷却され冷却済み排ガス６２の温度が低くなっているにもかかわらず，熱電対式温度計５３の応答速度が遅いために，冷却済み排ガス６２の温度測定値が実際の冷却済み排ガス６２の温度よりも高いまま出力されることがあった。この場合，冷却用水が多量に噴霧される時間が長くなり，その結果冷却用水が急冷減温塔５１内に滞留し，排ガス６１に含まれる灰が水分を得ることで粘性を持ち，急冷減温塔５１の内壁に付着し易くなるなどの弊害が生じるおそれがあった。

一方，熱電対式温度計５３に応答速度が速い温度計が用いられた場合，冷却済み排ガス６２に含まれる腐食や付着物の影響を受けやすい傾向があり，制御部に出力される冷却済み排ガス６２の温度測定値と実際の冷却済み排ガスの温度にずれが生じ，冷却用水の噴霧量が適正値でないおそれがある。

本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，産業廃棄物焼却炉の排ガス冷却設備において，冷却用水の噴霧によって冷却された冷却済み排ガスをより高精度で安定して設定温度に制御することを目的とする。

前記の目的を達成するため，本発明によれば，産業廃棄物焼却炉の排ガス冷却設備における排ガスの温度制御方法であって，冷却用水を噴霧することにより，排ガスを冷却する工程と，冷却済み排ガスの温度を，応答速度の異なる複数の温度計を用いて測定する工程と，前記複数の冷却済み排ガスの温度測定値を制御部へ出力し，前記冷却用水の噴霧量を演算する工程と，前記冷却用水の噴霧量の演算結果に基づいて，排ガスに噴霧する冷却用水の噴霧量を調整する工程と，を有し，前記複数の温度計による温度測定値のすべてが所定の値を超えた場合に，少なくとも前記産業廃棄物焼却炉の原料供給系の停止，前記産業廃棄物焼却炉への燃焼空気の供給系の停止，前記産業廃棄物焼却炉から前記排ガス冷却設備へ排ガスを供給するためのファンの停止，又は前記排ガス冷却設備における急冷減温塔で冷却された排ガスの集塵を行う集塵設備の一部の開放のいずれかの措置が行われることを特徴としている。

本発明においては，排ガス冷却設備内で冷却用水を噴霧されて冷却された冷却済み排ガスの温度を，応答速度の異なる複数の温度計を用いて測定している。すなわち，応答速度が相対的に速い温度計では冷却済み排ガスの温度が迅速に計測され，応答速度が相対的に遅い温度計では冷却済み排ガスの温度の測定に時間がかかる。そのすべての温度測定値を制御部へ出力し，制御部で演算することにより，冷却済みガスの温度を実際に近い温度に補正することができる。さらに制御部では，この補正した冷却済みガスの温度に基づいて，冷却用水の噴霧量を演算することができる。この演算結果により，例えば冷却用水の噴霧量制御弁を用いて，排ガスに噴霧する冷却用水の噴霧量を調整し，排ガスの冷却が目標温度になるように適正に制御することができる。
また，いずれか一つの温度計に異常が生じた場合でもこの対応措置の誤作動を起こすおそれがない。また既述のとおり，排ガスの冷却が設定温度になるように適正に制御することができるので，この種の対応措置の誤作動を防止することができる。

前記制御部における噴霧量の演算は，例えば設定した排ガスの目標冷却温度と，前記複数の冷却済み排ガスの温度測定値との温度差に基づき，目標の前記噴霧量を演算することを特徴としている。

別の観点による参考例によれば，産業廃棄物焼却炉の排ガス冷却設備であって，排ガスを冷却するための急冷減温塔と，前記急冷減温塔内に，排ガス冷却用の冷却用水を噴霧する冷却用水噴霧ノズルと，前記急冷減温塔の出口部から出た，冷却済み排ガスの温度を測定する応答速度の異なる複数の温度計と，前記冷却済み排ガスの温度測定値に基づいて，冷却用水の噴霧量を制御する制御部と，を有することを特徴とする，排ガス冷却設備が提供される。

前記制御部によって演算された冷却用水の噴霧量に基づいて，前記冷却用水噴霧ノズルは複数個設けられていてもよい。

さらに前記制御部は，設定した排ガスの目標冷却温度と，前記複数の温度計によって測定される冷却済み排ガスの温度との温度差に基づき，適正噴霧量を演算する演算部を有するように構成してもよい。

本発明によれば，産業廃棄物焼却炉の排ガス冷却設備において，冷却用水の噴霧によって冷却された冷却済み排ガスの温度を応答速度の異なる複数の温度計を用いて測定し，そのすべての温度測定値に基づいて，冷却用水の噴霧量を調整するようにしたので，冷却済み排ガスの温度をより高精度で安定して設定温度に制御することができる。

以下，本発明の実施の形態について，図１に基づいて説明する。図１は本実施の形態にかかる産業廃棄物焼却炉における排ガス冷却設備１の構成の概略を示している。

排ガス冷却設備１は排ガスＰＡを冷却する急冷減温塔２を有している。急冷減温塔２内には，排ガスＰＡを冷却するための冷却用水を噴霧する冷却用水噴霧ノズル３が設けられている。冷却用水噴霧ノズル３は，冷却用水をより多量に噴霧し排ガスＰＡをより急冷するために，複数個設けられていてもよい。この冷却用水噴霧ノズル３には冷却用水が流れる冷却用水配管１７が接続されており，冷却用水配管１７の上流側には冷却用水の噴霧量を調整するための冷却用水の噴霧量制御弁７が設けられている。冷却用水噴霧ノズル３と噴霧量制御弁７の間の冷却用水配管１７には，冷却用水流量を測定する冷却用水流量計９が設けられている。

急冷減温塔２には，排ガスＰＡが流れる排ガス配管１４が急冷減温塔入口部１２で接続され，急冷減温塔２で冷却された冷却済み排ガスＰＢが流れる冷却済み排ガス配管１５が急冷減温塔出口部１３で接続されている。急冷減温塔入口部１２には，熱電対式温度計８が排ガス配管１４内に設けられており，冷却前排ガス温度が測定される。
他方，急冷減温塔出口部１３には，２本の応答速度の異なる低感度熱電対式温度計４と高感度熱電対式温度計５が冷却済み排ガス配管１５内に設けられており，冷却済み排ガスＰＢの温度が測定される。低感度熱電対式温度計４は相対的に応答速度が遅く，高感度熱電対式温度計５は相対的に応答速度が速い。本実施の形態においては，急冷減温塔出口部１３において上流側から，低感度熱電対式温度計４，高感度熱電対式温度計５と配置されているが，逆に上流側から，高感度熱電対式温度計５，低感度熱電対式温度計４としてもよい。また，低感度熱電対式温度計４，高感度熱電対式温度計５を並列に配置してもよい。

急冷減温塔２から排出された冷却済み排ガスＰＢが流れる冷却済み排ガス配管１５の下流側には，冷却済み排ガスＰＢを適正に無害化処理するための集塵設備１０が設けられている。集塵設備１０には例えばバグフィルタ（図示せず）が設けられている。集塵設備１０には無害化処理済みの処理済み排ガスＰＣが流れる処理済み排ガス配管１６が接続されており，処理済み排ガス配管１６には処理済み排ガス流量を計測する排ガス流量計１１が設けられている。

さらに排ガス冷却設備１には，冷却済み排ガスＰＢの温度制御を行うために，ＰＩＤ制御部６が設けられている。ＰＩＤ制御部６には，前記した熱電対式温度計８，低感度熱電対式温度計４，高感度熱電対式温度計５，冷却用水流量計９と，排ガス流量計１１からの測定値が出力される。またＰＩＤ制御部６には，作業員がマニュアルにて急冷減温塔２から冷却済み排ガス温度の目標温度を設定できる。
これらの測定値に基づいて，冷却済み排ガスＰＢが前記目標温度に制御されるように，冷却用水の設定噴霧量の演算がＰＩＤ制御部６内で行われている。さらにＰＩＤ制御部６では，演算された冷却用水の設定噴霧量に基づいて噴霧量制御弁７の開度が決定され，冷却用水の噴霧量制御弁７に出力される。これにより，噴霧量制御弁７において冷却用水の噴霧量が制御される。

ＰＩＤ制御部６内では，冷却用水の設定噴霧量の演算を行い，噴霧量制御弁７の開度を決定するために，次の５つの演算部Ｃ１〜Ｃ５を有している。
演算部Ｃ１：マニュアルにて，排ガス温度目標温度が設定できる。なお熱電対式温度計８，低感度熱電対式温度計４及び排ガス流量計１１からの出力値に基づいて，目標とする冷却済み排ガス温度を演算するように構成してもよい。
演算部Ｃ２：演算部Ｃ１と低感度熱電対式温度計４と高感度熱電対式温度計５からの出力値に基づいて，例えば補正後の冷却済み排ガス温度を演算する。
演算部Ｃ３：演算部Ｃ２からの出力値に基づいて，冷却用水の噴霧量を補正すべきかどうかを決定する。
演算部Ｃ４：冷却用水流量計９からの出力値と所定の関係式に基づいて，噴霧量−制御弁開度関数を演算する。
演算部Ｃ５：演算部Ｃ３と演算部Ｃ４からの出力値に基づいて，噴霧量制御弁７の開度を制御する。

なお，急冷冷減温塔２内の排ガスＰＡの温度が上昇し，低感度熱電対式温度計４，及び高感度熱電対式温度計５の両方が設定温度を超えた場合には，冷却済み排ガスＰＢによって排ガス冷却設備１への過負荷のおそれがある。これに対処するためにＰＩＤ制御部６は，低感度熱電対式温度計４，及び高感度熱電対式温度計５の両方が設定温度を超えた場合には，少なくとも産業廃棄物焼却炉の原料供給系の停止，産業廃棄物焼却炉への燃焼空気の供給系の停止，産業廃棄物焼却炉から排ガス冷却設備１へ排ガスを供給するためのファンの停止，又は集塵設備１０の天井部におけるダンパー（図示せず）の開放のいずれかの措置が行う制御信号を出力する機能も有している。

本実施の形態にかかる排ガス冷却設備１は以上のように構成されており，次にその運転例について説明する。

産業廃棄物焼却炉において８００℃以上の高温燃焼の際に発生した排ガスは，廃熱ボイラによって熱回収されるなどして例えば４００℃程度に冷却された後に，排ガスＰＡは排ガス配管１４を流れ急冷減温塔２へと送られる。急冷減温塔2では，冷却用水噴霧ノズル３から冷却用水を噴霧することにより，排ガスＰＡは２００℃以下に冷却される。この２００℃以下という温度は，ダイオキシン類の再合成を防止することができる温度である。冷却用水噴霧ノズル３から噴霧される冷却用水の噴霧量はＰＩＤ制御部６において演算され，その演算結果に基づいて噴霧量制御弁７を操作することによって，排ガスＰＡに噴霧される冷却用水の噴霧量は調整される。なお，この冷却用水噴霧ノズル３は，排ガスＰＡをより急冷するために，複数個設けられていてもよい。

ＰＩＤ制御部６では，次に説明する演算方法により冷却用水の設定噴霧量が演算され，噴霧量制御弁７の開度が決定される。本実施の形態においては適切な設定噴霧量を演算するために，３つの測定値が出力される。すなわち，急冷減温塔出口部１３に設けられた低感度熱電対式温度計４で測定される低感度冷却済み排ガス温度と，急冷減温塔出口部１３に設けられた高感度熱電対式温度計５で測定される高感度冷却済み排ガス温度と，冷却用水噴霧ノズル３と噴霧量制御弁７の間に設けられた冷却用水流量計９で測定される冷却用水流量である。

より具体的にＰＩＤ制御部６内での制御について説明する。
（１）まず演算部Ｃ１に対して，冷却済み排ガス温度の目標温度を設定する。
（２）演算部Ｃ１と低感度熱電対式温度計４と高感度熱電対式温度計５からの出力値に基づいて，演算部Ｃ２により，前記目標温度と測定された冷却済み排ガス温度が比較演算される。すなわち演算部Ｃ２では，冷却用水の噴霧量を補正すべきかどうかを決定するための判断材料として，次の３点の条件の真偽が演算されている。
（ａ）高感度冷却済み排ガス温度と低感度冷却済み排ガス温度との温度差が±５℃以上であるかどうかが判断され，温度差が±５℃以上であれば真と出力し，±５℃以内であれば偽と出力する。
（ｂ）目標温度と高感度冷却済み排ガス温度との温度差が±５℃以上であるかどうかが判断され，温度差が±５℃以上であれば真と出力し，±５℃以内であれば偽と出力する。
（ｃ）目標温度と低感度冷却済み排ガス温度との温度差が±５℃以上であるかどうかが判断され，温度差が±５℃以上であれば真と出力し，±５℃以内であれば偽と出力する。
（３）演算部Ｃ２からの出力値に基づいて，演算部Ｃ３により，冷却用水の噴霧量を補正すべきかどうかが決定される。すなわち，演算部Ｃ３では，演算部Ｃ２からの３つの出力がすべて偽であれば，冷却用水の噴霧量は補正すべきではないと出力する。逆に演算部Ｃ２からの３つの出力値のいずれか１つでも真であれば，冷却用水の噴霧量は補正すべきであると出力する。
（４）冷却用水流量計９からの出力値に基づいて，演算部Ｃ４により，冷却用水の噴霧量と噴霧量制御弁７の開度の関数が補正され，演算部５に出力される。
（５）演算部Ｃ３と演算部Ｃ４からの出力値に基づき，演算部Ｃ５では，一定時間後の噴霧量を推定して噴霧量制御弁７の開度を決定する。
この演算された開度が噴霧量制御弁７に出力され，急冷減温塔２内で適切な量の冷却用水が排ガスＰＡに噴霧される。そして，冷却済み排ガスＰＢは設定温度に制御される。

また，急冷減温塔２内の排ガスＰＡの温度が上昇し，熱電対式温度計４および５の測定温度の両方が設定温度を超えた場合，冷却済み排ガスＰＢによって排ガス冷却設備１への過負荷のおそれがあるために，少なくとも産業廃棄物焼却炉の原料供給系の停止，産業廃棄物焼却炉への燃焼空気の供給系の停止，産業廃棄物焼却炉から排ガス冷却設備１へ排ガスを供給するためのファンの停止，又は集塵設備１０の天井部におけるダンパー（図示せず）の開放のいずれかの措置が行われる。。本実施の形態においては，冷却済み排ガスＰＢは設定温度になるように適正に制御されるために，この措置の誤作動を防止することができる。またこの措置は，２本の熱電対式温度計４および５の測定温度の両方が緊急停止作動の設定温度を超えた場合のみ作動し，これによりどちらか一方の熱電対式温度計に異常が生じた場合でも措置の誤作動を起こすおそれがない。

以上のように，産業廃棄物焼却炉の排ガス冷却設備において，冷却用水の噴霧によって冷却された冷却済み排ガスの温度を応答速度の異なる２本の熱電対式温度計を用いて測定し，その両方の温度測定値に基づいて，ＰＩＤ制御部で冷却用水の噴霧量を調整することにより，冷却済み排ガスの温度をより高精度で安定して設定温度に制御することができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

以下，本発明の排ガス冷却設備における排ガスの温度制御の実施例について，従来技術の排ガス冷却設備における排ガスの温度制御の実施例と比較して説明する。本発明の排ガス冷却設備として，先に図１で示した排ガス冷却設備１を用いた。一方，従来技術の排ガス冷却設備として，先に図３で示した排ガス冷却設備５０を用いた。

急冷減温塔において冷却される前の排ガスの温度は３５０℃であり，冷却後の排ガスの温度を１８３℃に設定し温度制御を行った。図２は本発明の温度制御方法の実施の結果と従来の温度変化の状態を表すグラフである。これによると，従来は設定温度に対して最大で２℃以上の差が生じていたが、本発明により従来の７５%程度に抑制できたことが分かる。

本発明は，産業廃棄物焼却炉における排ガスの温度制御方法や，排ガス冷却設備に有用である。

本実施の形態にかかる産業廃棄物焼却炉における排ガス冷却設備の構成の概略を示す説明図である。 本実施事例にかかる排ガス冷却設備と従来技術とにおける冷却時間の経過に伴う冷却済み排ガスの温度の変化を示すグラフである。 従来の形態にかかる産業廃棄物焼却炉における排ガス冷却設備の概略を示す説明図である。

符号の説明

１ 排ガス冷却設備
２ 急冷減温塔
３ 冷却用水噴霧ノズル
４ 高感度熱電対式温度計
５ 低感度熱電対式温度計
６ ＰＩＤ制御部
７ 噴霧量制御弁
８ 熱電対式温度計
１０ 集塵設備

Claims (1)

1. 産業廃棄物焼却炉の排ガス冷却設備における排ガスの温度制御方法であって，
   冷却用水を噴霧することにより，排ガスを冷却する工程と，
   冷却済み排ガスの温度を，応答速度の異なる複数の温度計を用いて測定する工程と，
   前記複数の冷却済み排ガスの温度測定値を制御部へ出力し，前記冷却用水の噴霧量を演算する工程と，
   前記冷却用水の噴霧量の演算結果に基づいて，排ガスに噴霧する冷却用水の噴霧量を調整する工程と，
   を有し，
   前記複数の温度計による温度測定値のすべてが所定の値を超えた場合に，少なくとも前記産業廃棄物焼却炉の原料供給系の停止，前記産業廃棄物焼却炉への燃焼空気の供給系の停止，前記産業廃棄物焼却炉から前記排ガス冷却設備へ排ガスを供給するためのファンの停止，又は前記排ガス冷却設備における急冷減温塔で冷却された排ガスの集塵を行う集塵設備の一部の開放のいずれかの措置が行われることを特徴とする，排ガスの温度制御方法。

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