JP5154094B2

JP5154094B2 - ガス化溶融システムの燃焼制御方法及び該システム

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Publication number: JP5154094B2
Application number: JP2007044751A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　淳; 利昌白井; 芳久齋藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2027-02-23
Also published as: JP2008209041A; KR100910427B1; KR20080078520A

Description

本発明は、廃棄物を熱分解して熱分解ガスを発生させ、該熱分解ガスの燃焼熱で灰分を溶融するガス化溶融システムに関し、特に、排ガス中の有害ガスの発生を抑制し、安定した運転が可能なガス化溶融システムの燃焼制御方法及び該システムに関する。

従来より、都市ごみを始めとして不燃ごみ、焼却残渣、汚泥、埋立ごみ等の廃棄物まで幅広く処理できる技術としてガス化溶融システムが知られている。
ガス化溶融システムの概略を図４に示す。ガス化溶融システムは、廃棄物を熱分解してガス化するガス化炉３と、該ガス化炉３にて生成された熱分解ガスを高温燃焼し、ガス中の灰分を溶融スラグ化する旋回溶融炉６と、該旋回溶融炉６の排ガスが導入され、排ガス中の未燃分を燃焼させる二次燃焼室１２と、減温塔１４、除塵装置１５、蒸気式加熱器１６、触媒反応装置１７等からなる排ガス処理設備とを備えている。廃棄物の資源化、減容化及び無害化を図るために、旋回溶融炉６からスラグを取り出して路盤材等の土木資材として再利用したり、二次燃焼室１３の高温排ガスからボイラ部１３にて廃熱を回収して発電を行うなどしている。

このようなシステムにおいて、廃棄物は、ガス化炉３に設けられた給じん機２により炉内に定量供給される。給じん機２としては、例えばスクリューフィーダ等が用いられ、スクリューを回転駆動するモータの回転数制御により所定量の廃棄物を供給する構成となっている。
ガス化炉３では、炉底から供給される燃焼空気により廃棄物が熱分解される。該ガス化炉３で発生したＣＯ、Ｈ_２等の可燃ガス、チャー（炭化物）、灰分を含む熱分解ガスは、熱分解ガスダクト２５を介して旋回溶融炉６に供給される。旋回溶融炉６では、この熱分解ガスを燃焼させた燃焼熱により灰分を溶融する。該溶融炉３にて発生した排ガスは、溶融炉上方に連結された二次燃焼室１２に送られ、ここでガス中の未燃分が燃焼される。旋回溶融炉６と二次燃焼室１２には、燃焼を促進するための燃焼空気が夫々供給されるようになっている。

一般的な溶融炉における燃焼制御方法として、特許文献１（特開平１１−３５１５３８号公報）等に記載されるように、溶融炉内に設置した温度センサにより炉内温度を検出し、該検出した温度に基づいて溶融炉に供給する燃焼空気量を制御する方法が用いられている。しかし、このようなガス化溶融システムにおいて廃棄物を処理対象とした場合、廃棄物の投入量や発熱量の変動により燃焼が不安定となり、二次燃焼室から排出される排ガスのＣＯ濃度が高くなり、これを原因とする環境への悪影響が問題となっていた。

また、特許文献２（特開２００３−２６９７１２号公報）では、熱分解炉に圧力検出装置を設け、炉内圧の検出結果に基づいて熱分解炉二次燃焼空気量、灰溶融炉燃焼空気量及び二次燃焼室燃焼空気量の少なくとも１つを制御する構成が開示されている。このように、各部で必要な燃焼空気量を制御して供給することにより、燃焼空気不足から起こる有害ガスの大量発生を防ぐようにしている。
さらに、特許文献３（特開２００１−２０１０２３号公報）では、熱分解ガス化炉の炉内圧を計測することにより廃棄物の負荷変動を検出し、負荷急増が検出された際に溶融炉に燃焼溶融炉に供給する燃焼用空気の供給量を増加させることにより、溶融炉内での不完全燃焼を防止する構成を開示している。

特開平１１−３５１５３８号公報特開２００３−２６９７１２号公報特開２００１−２０１０２３号公報

上記したように、ガス化溶融システムにおいては廃棄物の投入量や発熱量の変動により燃焼が不安定となり、二次燃焼室から排出される排ガスのＣＯ濃度が高くなるという問題があった。しかし、特許文献１に記載されるように、溶融炉の炉内温度に基づき該溶融炉への燃焼空気量を制御するのみではＣＯ濃度を低減することは困難であった。これは、ガス化炉にて熱分解ガスが大量に発生した場合、溶融炉や二次燃焼室への燃焼空気供給量の制御だけではこれを完全燃焼することは不可能であり、また溶融炉へ大量の燃焼空気を供給すると炉内温度が低下して灰分の溶融に支障をきたすためである。

一方、特許文献２及び３はガス化炉の炉内圧に基づいて燃焼空気量を制御する構成であり、この方法によれば熱分解ガスの発生量を適確に検出することができＣＯ濃度低減に効果的な方法であるが、炉内圧の変動に対して一律的な燃焼空気量の制御のみでは燃焼状態を安定的に維持することが困難であった。また、大幅な炉内圧の変動に対して、燃焼空気量の制御のみでは対応が不十分であった。例えば、炉内圧が大きく上昇した場合、燃焼空気量を増大して熱分解ガスの燃焼を促進させても、ガス発生量が非常に多いため完全燃焼することなく排ガス中のＣＯ濃度が高くなったり、燃焼空気量を増大させ過ぎて溶融炉の炉内温度が低下するという問題があった。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、ガス化炉においてガス発生量が変動した場合であっても正確にこれを検知し、的確な制御を行うことによりＣＯ発生量を低減することができ、さらに大幅なガス発生量の変動にも対応可能としたガス化溶融システムの燃焼制御方法及び該システムを提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、給じん機を介してガス化炉内に供給された廃棄物を熱分解し、該ガス化炉にて発生した熱分解ガスを溶融炉に導入し、該溶融炉にて熱分解ガスの燃焼熱により灰分を溶融した後、前記溶融炉に連結された二次燃焼室にて燃焼排ガス中の未燃分を燃焼させるガス化溶融システムの燃焼制御方法において、
前記ガス化炉での異常燃焼を示す炉内圧の状態として、異常レベルに対応して複数段階の炉内圧条件が予め設定されており、
前記ガス化炉の炉内圧を検出し、該検出した炉内圧が、第１の炉内圧条件に達した場合に、前記ガス化炉、前記溶融炉、前記二次燃焼室の少なくとも何れかに供給する燃焼空気供給量を制御し、前記第１の炉内圧条件よりも異常レベルの高い第２の炉内圧条件に達した場合に、前記燃焼空気供給量の制御に加えて前記ガス化炉への給じん量を制御し、
前記第１の炉内圧条件及び前記第２の炉内圧条件が夫々複数設定されており、
前記複数の第１の炉内圧条件に対応して燃焼空気供給量の制御内容が夫々設定され、該第１の炉内圧条件が複数重複した場合には、前記制御内容を加算するようにし、
前記複数の第２の炉内圧条件に対応して給じん量の制御内容が夫々設定され、該第２の炉内圧条件が複数重複した場合には、前記制御内容のうち制御量の大きい方を採用するようにしたことを特徴とする。

本発明では、炉内圧の異常レベルが低い第１の炉内圧条件では、燃焼空気供給量の制御を行い、ガス化炉の後段側にて熱分解ガスの燃焼を促進若しくは抑制することにより燃焼状態の安定化を図っており、異常レベルが高い第２の炉内圧条件では、燃焼空気供給量の制御に加えて給じん量を制御している。これは、炉内圧が高い場合には、給じん量を下げて廃棄物の供給量を低減することにより熱分解ガスの発生を抑制している。
本発明のように、燃焼空気供給量のみでなく、給じん量も制御することにより、大量の燃焼空気を供給することによる炉内温度の低下を防ぐことができ、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を抑制するだけでなく、溶融炉における溶融スラグの安定出滓が可能となる。

本発明では、燃焼空気量の制御においては重複した制御内容を加算し、給じん量の制御においては重複した制御内容のうち制御量が大きい方を優先させるようにしている。これは、燃焼空気供給量の増減は給じん量の増減ほどシステムの運転状態に影響を及ぼさないので、制御内容を加算して大幅な制御を可能としている。一方、給じん量の増減はシステムの運転状態に及ぼす影響が比較的大きいので、制御内容の一方を優先させて給じん量の変動を最小限に抑えるようにしている。

また、前記第１の炉内圧条件が、予め設定された適性な炉内圧を基準値とすると、該基準値を超える所定の設定値に達した場合、該基準値を超える所定の設定値が所定時間継続した場合のうち少なくとも何れか一方の条件を含むことを特徴とする。
このような炉内圧条件を設定することにより、炉内圧から燃焼状態の異常を的確に推測でき、適正な制御が可能となる。

また、前記第２の炉内圧条件が、予め設定された適性な炉内圧を基準値とすると、該基準値を超える所定の設定値に達した場合、該基準値を超える所定の設定値が所定時間継続した場合、炉内圧の時系列変化の反転が基準値から外れた位置にて行われる場合、炉内圧の変化率が所定の値を超えた場合のうち少なくとも何れか一つの条件を含むことを特徴とする。
本発明によれば、第１の炉内圧条件と同様に、炉内圧から燃焼状態の異常を的確に推測でき、適正な制御が可能となる。
また、炉内圧の時系列変化の反転が基準値から外れた位置にて連続的に行われる状態、及び炉内圧の変化率が所定の値を超えた状態は、特に異常レベルが高い時に出現するため、この条件に該当する際には給じん量を制御することが好適である。

さらにまた、前記第２炉内圧条件に対応した給じん量制御を行った後、該給じん量を復帰させる際に、所定速度で徐々に復帰させるようにしたことを特徴とする。
このように、設定された復帰速度に従って徐々に給じん量を復帰させることにより、急激な給じん量変化を防止し、ガス化炉内の燃焼状態を安定化させることができる。
さらにまた、給じん機を介してガス化炉内に供給された廃棄物を熱分解し、該ガス化炉にて発生した熱分解ガスを溶融炉に導入し、該溶融炉にて熱分解ガスの燃焼熱により灰分を溶融した後、前記溶融炉に連結された二次燃焼室にて燃焼排ガス中の未燃分を燃焼させるガス化溶融システムの燃焼制御方法において、
前記ガス化炉での異常燃焼を示す炉内圧の状態として、異常レベルに対応して複数段階の炉内圧条件が予め設定されており、
前記ガス化炉の炉内圧を検出し、該検出した炉内圧が、第１の炉内圧条件に達した場合に、前記ガス化炉、前記溶融炉、前記二次燃焼室の少なくとも何れかに供給する燃焼空気供給量を制御し、前記第１の炉内圧条件よりも異常レベルの高い第２の炉内圧条件に達した場合に、前記燃焼空気供給量の制御に加えて前記ガス化炉への給じん量を制御し、
前記第２の炉内圧条件に対応した給じん量制御を行った後、該給じん量を復帰させる際に、所定速度で徐々に復帰させるようにしたことを特徴とする。

また、給じん機を介して供給された廃棄物を熱分解して熱分解ガスを発生させるガス化炉と、該熱分解ガスの燃焼熱により灰分を溶融する溶融炉と、該溶融炉で発生した燃焼排ガス中の未燃分を燃焼させる二次燃焼室とからなるガス化溶融システムにおいて、
前記ガス化炉での異常燃焼を示す炉内圧の状態として、異常レベルに対応して複数段階の炉内圧条件が予め設定されており、
前記ガス化炉の炉内圧を検出する炉内圧検出手段と、
前記炉内圧検出手段にて検出された炉内圧が、第１の炉内圧条件に達した場合に、前記ガス化炉、前記溶融炉、前記二次燃焼室の少なくとも何れかに供給する燃焼空気供給量を制御し、前記第１の炉内圧条件よりも異常レベルの高い第２の炉内圧条件に達した場合に、前記燃焼空気供給量の制御に加えて前記ガス化炉への給じん量を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段には、前記第１の炉内圧条件及び前記第２の炉内圧条件が夫々複数設定されており、該制御手段にて、前記複数の第１の炉内圧条件に対応して燃焼空気供給量の制御内容が夫々設定され、該第１の炉内圧条件が複数重複した場合には、前記制御内容を加算するようにし、
前記複数の第２の炉内圧条件に対応して給じん量の制御内容が夫々設定され、該第２の炉内圧条件が複数重複した場合には、前記制御内容のうち制御量の大きい方を採用するようにしたことを特徴とする。

また、前記制御手段に設定される前記第１の炉内圧条件が、予め設定された適性な炉内圧を基準値とすると、該基準値を超える所定の設定値に達した場合、該基準値を超える所定の設定値が所定時間継続した場合のうち少なくとも何れか一方の条件を含むことを特徴とする。
また、前記制御手段に設定される前記第２の炉内圧条件が、予め設定された適性な炉内圧を基準値とすると、該基準値を超える所定の設定値に達した場合、該基準値を超える所定の設定値が所定時間継続した場合、炉内圧の時系列変化の反転が基準値から外れた位置にて行われる場合、炉内圧の変化率が所定の値を超えた場合のうち少なくとも何れか一つの条件を含むことを特徴とする。

以上記載のごとく本発明によれば、廃棄物の投入量や発熱量の変動等によりガス化炉にて大量の熱分解ガスが発生した場合に、異常レベルに応じて燃焼空気供給量及び／又は給じん量の制御を行い、ガス発生量の安定化を図るとともに、燃焼空気不足に起因する有害ガスの発生を抑制し、安定した運転が可能なガス化溶融システムの燃焼制御方法およびシステムを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施例に係るガス化溶融システムの全体構成図、図２は図１のシステムにおける制御方法の基本フローを示す図、図３は図１のシステムにおける制御方法の具体例を示す図である。

図１を参照して、本実施例に係るガス化溶融システムの全体構成を説明する。尚、以下に示される数値は一例であり、これらに限定されるものではない。
廃棄物投入ホッパ１から投入された廃棄物４０は、給じん機２を介して流動床式ガス化炉３へ定量供給される。流動床ガス化炉３では、温度約１２０〜２３０℃、空気比０．２〜０．７程度の燃焼空気４１が炉下部から風箱４を介して炉内に吹き込まれ、流動層温度が５５０〜６５０℃程度に維持されている。
廃棄物４０は流動床ガス化炉３で熱分解ガス化され、ガス、タール、チャー（炭化物）に分解される。タールは、常温では液体となる成分であるが、ガス化炉内ではガス状で存在する。ガス化炉３の不燃物は不燃物排出口５より逐次排出される。
チャーは流動層内で徐々に微粉化され、ガス及びタールに同伴して旋回溶融炉６へ導入される。以下、溶融炉６へ導入されるこれらの成分を総称して熱分解ガスと呼ぶ。
尚、本実施例にてガス化炉として流動床式ガス化炉３を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、廃棄物を熱分解ガス化する構成を有する炉であれば何れでもよい。

前記流動床ガス化炉３の炉頂部より排出された熱分解ガスは、熱分解ガスダクト２５を経て旋回溶融炉６の熱分解ガスバーナへ導入される。該熱分解ガスバーナで、熱分解ガスは燃焼空気４２と混合されて炉内に導入され、旋回流を形成する。このとき、燃焼空気は空気比０．９〜１．１、好ましくは１．０程度であると良い。
前記旋回溶融炉６では、熱分解ガスと燃焼空気４２の混合ガスが燃焼するとともに、必要に応じて種火バーナ２６、補助燃料バーナ２７により炉内温度が１３００〜１５００℃に維持され、熱分解ガス中の灰分が溶融、スラグ化される。溶融したスラグは、旋回溶融炉６の内壁面に付着、流下し、炉底部のスラグ出滓口７からスラグ抜出シュート８を経て排出される。旋回溶融炉６から排出されたスラグは、水砕槽９で急冷され、スラグコンベア１０により搬出されて水砕スラグとして回収される。回収された水砕スラグは、路盤材等に有効利用することが可能である。尚、本実施例にて溶融炉として旋回溶融炉６を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、灰分を含む熱分解ガスを燃焼溶融する構成を有する炉であれば何れでもよい。

一方、旋回溶融炉６から排出された燃焼排ガスは連結部１１を介して二次燃焼室１２へ導入される。二次燃焼室１２では、燃焼空気４３が空気比１．２〜１．５となるように供給されるとともに、必要に応じて補助燃料バーナ３２で所定温度まで昇温され、前記燃焼排ガス中の未燃分はここで完全燃焼される。

前記流動床ガス化炉３は、側壁に廃棄物投入ホッパ１と、該ホッパ１の下方に連結された給じん機２とを備えている。該給じん機２は、ケーシング内に挿通された回転軸と、該回転軸に固定されたスクリュー羽根と、回転軸の端部に連結され該回転軸を回転駆動するモータ２ａとから構成される。この給じん機は２、原則としてモータ２ａにより回転軸とスクリュー羽根を回転制御することにより、炉内に供給する廃棄物の供給量（供給速度）を調整するようになっている。

また、流動床ガス化炉３には、炉底部に流動砂が充填された流動層２０が形成され、その上方に補助燃料バーナ２１が設けられている。炉底部には複数の風箱４が並設されており、該風箱４を介して炉内に燃焼空気４１が導入される。通常運転時の流動層２０は、４５０〜６５０℃程度の温度に維持される。
燃焼空気４１は送風機２３により供給され、該供給ライン上にはＦＤＦダンパ（押込送風機ダンパ）２４が配置されている。ＦＤＦダンパ２４は、開度制御することにより風箱４に供給する燃焼空気供給量を調整する。ＦＤＦダンパ２４の開度制御は、制御装置３５により行われる。
また、流動床ガス化炉３の上方には、旋回溶融炉６に接続される熱分解ガスダクト２５が配置される。該流動床ガス化炉３上方の熱分解ガス出口側には、炉内圧を検出する炉内圧センサ２２が設けられており、連続的に検出を行って連続的に検出値を制御装置３５に送信する。該制御装置３５では、この炉内圧の検出値に基づいて、前記ＦＤＦダンパ２４の開度制御、及び後述する２次ＦＤＦダンパ（２次送風機ダンパ）３０、ＯＦＡダンパ（２次空気ダンパ）３１の開度制御を行い、各装置内への燃焼空気供給量を調整する。

前記旋回溶融炉は６は断面円形状の炉本体を有しており、側壁には、熱分解ガスダクト２５から延設され熱分解ガスを炉内に吹き込む一又は複数の熱分解ガスバーナが配設される。熱分解ガスバーナの近傍には、種火バーナ２６、補助燃料バーナ２７が配設される。さらに、炉上部は絞り構造の連結部１１を介して二次燃焼室１２に連通しており、旋回溶融炉６で発生した燃焼排ガスは二次燃焼室１２に送られる。炉底部にはスラグ出滓口７が設けおり、該スラグ出滓口７から下方に延設されたスラグ抜出シュート８を通って溶融スラグが排出されるようになっている。スラグ抜出シュート８にはスラグ出滓口７へ向けて溶融固化物溶融バーナ２８が取り付けられており、スラグ出滓口７から排出される溶融スラグが固化して閉塞しないように加温するようになっている。

熱分解ガスダクト２５には燃焼空気４２が供給される。燃焼空気４２は送風機２９により供給され、該供給ライン上には２次ＦＤＦダンパ３０が配置されている。２次ＦＤＦダンパ３０は、開度制御することにより旋回溶融炉６及び二次燃焼室１２に供給する燃焼空気供給量を調整する。２次ＦＤＦダンパ３０の開度制御は、制御装置３５により行われる。
二次燃焼室１２の側壁には一又は複数の補助燃料バーナ３２が設けられており、必要に応じて二次燃焼室内の温度を維持するようになっている。
さらに、二次燃焼室１２には燃焼空気４３が供給される。燃焼空気４３は、旋回溶融炉６に供給される燃焼空気４２と同一の送風機２９により供給される。送風機２９から供給される燃焼空気は２次ＦＤＦダンパ３０を経由した後に分岐され、一方はＯＦＡダンパ３１を介して二次燃焼室１２へ供給され、他方は熱分解ガスダクト２５に供給されて溶融炉内に導入される。ＯＦＡダンパ３１は、開度制御により二次燃焼室１２と溶融炉６に供給する燃焼空気比率を調整する。ＯＦＡダンパ３１の制御は、制御装置３５により行われる。

上記したような流動床ガス化炉３では、廃棄物の発熱量や投入量の変動等により熱分解ガスの発生量にも変動が生じる。流動床ガス化炉３にて熱分解ガスが多量に発生すると、後流側の溶融炉６にて熱分解ガスが完全燃焼せずにＣＯを大量に含む排ガスが生じてしまう。従って、本実施例では流動床ガス化炉３、及び旋回溶融炉６、二次燃焼室１２における燃焼を適正化し、排ガス中のＣＯ濃度を低減する構成を備える。

本実施例では、流動床ガス化炉３の上部に炉内圧を検出する炉内圧センサ２２を具備する。さらに、ガス化炉３での異常燃焼を示す炉内圧の状態として、異常レベルに対応して複数段階の炉内圧条件が予め設定されている。
図２の基本フローに示されるように、炉内圧センサ２２により検出した炉内圧が、第１の炉内圧条件に達した場合に、ガス化炉３、溶融炉６、二次燃焼室１２の少なくとも何れかに供給する燃焼空気供給量を制御し、前記検出した炉内圧が、第２の炉内圧条件に達した場合に、前記燃焼空気供給量の制御とともに、給じん機における給じん量（給じん速度）を制御する構成とした。
本実施例では、燃焼空気量の制御と給じん量の制御は、制御装置３５により行われる。しかし、この構成に限定されるものではなく、夫々の制御が別個の制御装置により行われるようにし、これらの制御装置が夫々カスケード制御されるように構成してもよい。

上記したように、ガス化炉３の炉内圧が第１の炉内圧条件に達したら、制御内容として燃焼空気供給量の制御を行う。
第１の炉内圧条件は複数設定され、適性な炉内圧を基準値とすると、該基準値に対する所定の絶対値を超えた場合、該基準値に対する所定の絶対値が所定時間継続された場合等の条件が挙げられる。
この第１の炉内圧条件に対応した制御内容としては、２次ＦＤＦダンパの開度制御、ＦＤＦダンパの開度制御、ＯＦＡダンパの開度制御の何れか一つ若しくは複数の組み合わせ等の条件が挙げられる。

また、本実施例では、第１の炉内圧条件が複数重複した場合に、重複した制御内容を加算していく制御を行う。即ち、２次ＦＤＦダンパの開度を＋１０％に制御した後、復帰前に同ダンパの開度を＋１５％に制御することになった場合、２次ＦＤＦダンパの開度を加算して＋２５％に制御する。
このように、重複した制御内容を加算するのは、燃焼空気供給量の増減は給じん量の増減ほどシステムの運転状態に影響を及ぼさないため、大幅な制御が可能であることに起因する。
この制御内容を実施した後、予め設定された復帰条件に達したら、ダンパの開度を元の状態に戻す。復帰条件としては、正常状態を示す所定の炉内圧となった場合、所定の炉内圧にて所定時間継続した場合、或いは制御継続時間が所定時間に達した場合などの条件が挙げられる。

一方、ガス化炉３の炉内圧が、第２の炉内圧条件に達したら、制御内容として給じん量の制御を行う。
第２の炉内圧条件は複数設定され、適性な炉内圧を基準値とすると、該基準値に対する所定の絶対値を超えた場合、該基準値に対する所定の絶対値が所定時間継続された場合等の条件が挙げられる。
さらに第２の炉内圧条件として、炉内圧の変化率が挙げられる。これは、一定時間内に所定範囲以上の炉内圧変化が連続的に複数回出現した場合、燃焼状態の異常レベルが高いものと判断し、給じん量の制御を行うようにする。例えば、１秒以内に０．０５ｋＰａ以上の変化が３秒以上継続した場合、ガス化炉３内にて熱分解ガスが大量に発生しているものと推測され、これを抑制するために、後段側における燃焼空気量の増大とともに入口側における給じん量を低減して、熱分解ガスの発生量そのものを抑制する。

さらにまた、第２の炉内圧条件として、炉内圧の反転条件が挙げられる。これは、炉内圧の時系列変化が、基準値よりも上方若しくは下方にて反転を行い、基準値まで復帰しない場合に、燃焼状態の異常レベルが高いものと判断し、給じん量の制御を行うようにする。例えば、基準値よりも高い値で反転を繰り返す場合、熱分解ガスの発生量が増大し続けているものと推測され、これを抑制するために、後段側における燃焼空気量の増大とともに給じん量を低減して、熱分解ガスの発生量そのものを抑制する。

この第２の炉内圧条件に対応した制御内容としては、給じん機モータ２ａの回転数制御が挙げられる。
このとき、第２の炉内圧条件は、第１の炉内圧条件より異常レベルが上回っているため、必然的に燃焼空気量の制御も行われている。従って、第２の炉内圧条件に達したら、燃焼空気量の制御に加えて、給じん量の制御を行うこととなる。

また、本実施例では、第２の炉内圧条件が複数重複した場合に、重複した制御内容のうち、制御量が大きい方の制御内容を実行する。即ち、給じん速度を−１０％に制御した後、復帰前に給じん速度を−１８％に制御することになった場合、給じん速度−１８％の方を採用する。
このように、重複した制御内容のうち制御量が大きい方を優先させるのは、給じん量の増減はシステムの運転状態へ及ぼす影響が比較的大きいので、給じん量の変動を最小限に抑えるためである。

この制御内容を実施した後、予め設定された復帰条件に達したら、ダンパの開度を元の状態に戻す。復帰条件としては、正常状態を示す所定の炉内圧となった場合、所定の炉内圧にて所定時間継続した場合、或いは制御継続時間が所定時間に達した場合などの条件が挙げられる。さらに、給じん量の制御においては、復帰する際に、復帰速度を設けることが好ましい。所定の復帰速度に従って徐々に給じん量を復帰させることにより、急激な給じん量変化を防止し、ガス化炉内の燃焼状態を安定化させることができる。

図３に、制御方法の一例を示す。図３（ａ）は炉内圧センサ２２により測定した炉内圧の時系列変化を示し、（ｂ）は燃焼空気量の制御を示し、（ｃ）は給じん量の制御を示す。炉内圧の基準値Ｐは適切な燃焼状態における炉内圧で、設定値Ｐ_１〜Ｐ_５はこの基準値Ｐを超え、異常な燃焼状態を示す炉内圧で、Ｐ_１＜Ｐ_２＜Ｐ_３＜Ｐ_４＜Ｐ_５である。また、Ｐ−Ｐ_６は、基準値ＰからＰ_６だけ低い値である。
同図において、第１の炉内圧条件に達したＡ点とＢ点では、夫々の炉内圧条件に対応した燃焼空気量に関する制御内容が実行される。Ａ点では、炉内圧が設定値Ｐ_１を越えたため、２次ＦＤＦダンパを開に制御する。Ｂ点では炉内圧が設定値Ｐ_２を越えたため、ＯＦＡダンパを開に制御する。このとき、制御内容を加算していくため、２次ＦＤＦダンパは開のままとする。その後、これらのダンパ制御を復帰条件のもとで復帰させる。Ｃ点では、炉内圧が設定値Ｐ_１を越えているため、Ａ点と同様の制御を行う。

Ｄ点では、第２の炉内圧条件として、炉内圧の時系列変化が基準値より上方で反転しているため、給じん量（モータ回転数）を減少させる制御を行う。このとき、燃焼空気量の制御は続行する。
Ｅ点では、第１の炉内圧条件として炉内圧が設定値Ｐ_３を超えたため、これに対応する制御内容として、ＯＦＡダンパを開に制御する。
Ｆ点では、第１の炉内条件として炉内圧がＰ−Ｐ_６を超えて時間Ｔ_１だけ継続したため、これに対応する制御内容として、２次ＦＤＦダンパとＯＦＡダンパを開に制御する。このとき、Ｅ点における制御内容に加算する形で制御が行われる。

Ｇ点では、第１の炉内圧条件及び第２の炉内条件として、炉内圧がＰ−Ｐ_６を越えて時間Ｔ_２だけ継続したため、これらに対応する制御内容として、２次ＦＤＦダンパとＯＦＡダンパを開に制御するとともに、給じん量を減少させる制御を行う。
Ｈ点では、第１の炉内圧条件として炉内圧が設定値Ｐ_４を超えたため、これに対応する制御内容として、ＦＤＦダンパを閉に制御する。
Ｉ点では、第２の炉内圧条件として炉内圧が設定値Ｐ_５を超えたため、これに対応する制御内容として、給じん量を減少させる制御が行われる。
Ｊ点では、第１の炉内圧条件として、炉内圧が設定値Ｐ_３を超えて時間Ｔ_３だけ継続したため、これに対応する制御内容として、ＯＦＡダンパを開に制御している。
また、Ｉ点における給じん量制御を復帰させる際には、勾配Ｋに示されるように、所定の復帰速度で徐々に復帰させる。
尚、上記した炉内圧条件と制御内容の組み合わせは一例に過ぎず、これに限定されるものではない。

このように、本実施例では、炉内圧の異常レベルが低い第１の炉内圧条件では、燃焼空気供給量の制御を行い、ガス化炉の後段側にて熱分解ガスの燃焼を促進若しくは熱分解ガスの発生量を抑制することにより燃焼状態の安定化を図り、異常レベルが高い第２の炉内圧条件では、燃焼空気供給量の制御に加えて給じん量を制御し、熱分解ガスの発生量の安定化を図っている。例えば、炉内圧が高い場合には、燃焼空気供給量を増大してガス化炉後段側における燃焼を促進するとともに、給じん量を下げて廃棄物の供給量を低減することにより熱分解ガスの発生を抑制している。
本発明のように、炉内圧の大幅な変動があった場合に、燃焼空気供給量のみでなく給じん量も制御することにより、大量の燃焼空気を供給することによる炉内温度の低下を防ぐことができ、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を抑制するだけでなく、溶融炉における溶融スラグの安定出滓が可能となる。
これにより、大幅な炉内圧変動にも対応できるシステムとすることができ、また制御時においてもシステムの運転に支障をきたすことなく安定運転が可能となる。

本発明の実施例に係るガス化溶融システムの全体構成図である。図１のシステムにおける制御方法の基本フローを示す図である。図１のシステムにおける制御方法の具体例を示す図である。従来のガス化溶融システムの全体構成図である。

符号の説明

２給じん機
２ａモータ
３流動床ガス化炉
６旋回溶融炉
１２二次燃焼室
１３ボイラ部
２２炉内圧センサ
２４ＦＤＦダンパ
３０２次ＦＤＦダンパ
３１ＯＦＡダンパ
３５制御装置

Claims

給じん機を介してガス化炉内に供給された廃棄物を熱分解し、該ガス化炉にて発生した熱分解ガスを溶融炉に導入し、該溶融炉にて熱分解ガスの燃焼熱により灰分を溶融した後、前記溶融炉に連結された二次燃焼室にて燃焼排ガス中の未燃分を燃焼させるガス化溶融システムの燃焼制御方法において、
前記ガス化炉での異常燃焼を示す炉内圧の状態として、異常レベルに対応して複数段階の炉内圧条件が予め設定されており、
前記ガス化炉の炉内圧を検出し、該検出した炉内圧が、第１の炉内圧条件に達した場合に、前記ガス化炉、前記溶融炉、前記二次燃焼室の少なくとも何れかに供給する燃焼空気供給量を制御し、前記第１の炉内圧条件よりも異常レベルの高い第２の炉内圧条件に達した場合に、前記燃焼空気供給量の制御に加えて前記ガス化炉への給じん量を制御し、
前記第１の炉内圧条件及び前記第２の炉内圧条件が夫々複数設定されており、
前記複数の第１の炉内圧条件に対応して燃焼空気供給量の制御内容が夫々設定され、該第１の炉内圧条件が複数重複した場合には、前記制御内容を加算するようにし、
前記複数の第２の炉内圧条件に対応して給じん量の制御内容が夫々設定され、該第２の炉内圧条件が複数重複した場合には、前記制御内容のうち制御量の大きい方を採用するようにしたことを特徴とするガス化溶融システムの燃焼制御方法。
前記第１の炉内圧条件が、予め設定された適性な炉内圧を基準値とすると、該基準値を超える所定の設定値に達した場合、該基準値を超える所定の設定値が所定時間継続した場合のうち少なくとも何れか一方の条件を含むことを特徴とする請求項１記載のガス化溶融システムの燃焼制御方法。
前記第２の炉内圧条件が、予め設定された適性な炉内圧を基準値とすると、該基準値を超える所定の設定値に達した場合、該基準値を超える所定の設定値が所定時間継続した場合、炉内圧の時系列変化の反転が基準値から外れた位置にて行われる場合、炉内圧の変化率が所定の値を超えた場合のうち少なくとも何れか一つの条件を含むことを特徴とする請求項１記載のガス化溶融システムの燃焼制御方法。
前記第２の炉内圧条件に対応した給じん量制御を行った後、該給じん量を復帰させる際に、所定速度で徐々に復帰させるようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス化溶融システムの燃焼制御方法。
給じん機を介してガス化炉内に供給された廃棄物を熱分解し、該ガス化炉にて発生した熱分解ガスを溶融炉に導入し、該溶融炉にて熱分解ガスの燃焼熱により灰分を溶融した後、前記溶融炉に連結された二次燃焼室にて燃焼排ガス中の未燃分を燃焼させるガス化溶融システムの燃焼制御方法において、
前記ガス化炉での異常燃焼を示す炉内圧の状態として、異常レベルに対応して複数段階の炉内圧条件が予め設定されており、
前記ガス化炉の炉内圧を検出し、該検出した炉内圧が、第１の炉内圧条件に達した場合に、前記ガス化炉、前記溶融炉、前記二次燃焼室の少なくとも何れかに供給する燃焼空気供給量を制御し、前記第１の炉内圧条件よりも異常レベルの高い第２の炉内圧条件に達した場合に、前記燃焼空気供給量の制御に加えて前記ガス化炉への給じん量を制御し、
前記第２の炉内圧条件に対応した給じん量制御を行った後、該給じん量を復帰させる際に、所定速度で徐々に復帰させるようにしたことを特徴とするガス化溶融システムの燃焼制御方法。
給じん機を介して供給された廃棄物を熱分解して熱分解ガスを発生させるガス化炉と、該熱分解ガスの燃焼熱により灰分を溶融する溶融炉と、該溶融炉で発生した燃焼排ガス中の未燃分を燃焼させる二次燃焼室とからなるガス化溶融システムにおいて、
前記ガス化炉での異常燃焼を示す炉内圧の状態として、異常レベルに対応して複数段階の炉内圧条件が予め設定されており、
前記ガス化炉の炉内圧を検出する炉内圧検出手段と、
前記炉内圧検出手段にて検出された炉内圧が、第１の炉内圧条件に達した場合に、前記ガス化炉、前記溶融炉、前記二次燃焼室の少なくとも何れかに供給する燃焼空気供給量を制御し、前記第１の炉内圧条件よりも異常レベルの高い第２の炉内圧条件に達した場合に、前記燃焼空気供給量の制御に加えて前記ガス化炉への給じん量を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段には、前記第１の炉内圧条件及び前記第２の炉内圧条件が夫々複数設定されており、該制御手段にて、前記複数の第１の炉内圧条件に対応して燃焼空気供給量の制御内容が夫々設定され、該第１の炉内圧条件が複数重複した場合には、前記制御内容を加算するようにし、
前記複数の第２の炉内圧条件に対応して給じん量の制御内容が夫々設定され、該第２の炉内圧条件が複数重複した場合には、前記制御内容のうち制御量の大きい方を採用するようにしたことを特徴とするガス化溶融システム。
前記制御手段に設定される前記第１の炉内圧条件が、予め設定された適性な炉内圧を基準値とすると、該基準値を超える所定の設定値に達した場合、該基準値を超える所定の設定値が所定時間継続した場合のうち少なくとも何れか一方の条件を含むことを特徴とする請求項６記載のガス化溶融システム。
前記制御手段に設定される前記第２の炉内圧条件が、予め設定された適性な炉内圧を基準値とすると、該基準値を超える所定の設定値に達した場合、該基準値を超える所定の設定値が所定時間継続した場合、炉内圧の時系列変化の反転が基準値から外れた位置にて行われる場合、炉内圧の変化率が所定の値を超えた場合のうち少なくとも何れか一つの条件を含むことを特徴とする請求項６記載のガス化溶融システム。