JP5348714B2 - 廃棄物溶融炉の燃焼制御方法及び燃焼制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物処理設備において、廃棄物を熱分解、燃焼及び溶融する廃棄物溶融炉の燃焼制御方法及び燃焼制御装置に関し、より詳しくは、廃棄物を熱分解、燃焼及び溶融するために廃棄物溶融炉に送風する空気量及び／又は酸素量を制御する方法及び装置に関する。

廃棄物を熱分解、燃焼及び溶融する廃棄物溶融炉を備える廃棄物処理設備では、一般的に、廃棄物の熱分解、燃焼及び溶融によって発生した可燃性ガス及び可燃物を燃焼室で燃焼させ、その燃焼排ガスをボイラに通して熱回収し、熱回収後の燃焼排ガスを減温塔に通して水噴霧によって冷却し、煙突から排出する。

このように、廃棄物処理設備では、廃熱物の潜熱をボイラで蒸気として回収し有効利用することが広く行われている。ただし、この場合、ボイラでの蒸気発生量が大きく変動すると、必要な蒸気量が得られなくなったり、逆に、過剰の蒸気が発生したりして、蒸気を利用する場合にその利用範囲に大きな制約を与えることになり、有効利用の大きな阻害要因となる。

このような観点から、特許文献１では、廃棄物溶融炉下流側に設置する燃焼室出口側の排ガス温度及び排ガス流量を制御対象とし、この排ガス温度及び流量が一定になるように、燃焼室に供給する空気量及び廃棄物溶融炉に供給する空気量及び／又は酸素量を操作して、ボイラの回収蒸気量を安定させるようにした廃棄物溶融炉の燃焼制御方法が提案されている。

しかし、特許文献１の制御方法では、主体となる廃棄物溶融炉に供給する空気量及び／又は酸素量制御の制御対象である排ガス流量は、最下流の煙突近傍で測定されるものであり、さらに制御方法も単純なフィードバック制御であることから、制御応答の速さに制約がある。
特開平８−１５９４３６号公報

本発明が解決しようとする課題は、廃棄物処理設備における廃棄物溶融炉の燃焼制御の応答性を速くし、廃棄物溶融設備のボイラの蒸気発生量の安定性を向上させることにある。

本発明は、廃棄物溶融炉に廃棄物を投入し、この廃棄物を熱分解、燃焼及び溶融させるために廃棄物溶融炉に空気及び酸素を送風し、廃棄物の熱分解、燃焼及び溶融によって発生した可燃性ガス及び可燃物を燃焼室で燃焼させ、その燃焼排ガスをボイラに通して熱回収し、熱回収後の燃焼排ガスを減温塔に通して水噴霧によって冷却し、煙突から排出する廃棄物処理設備における廃棄物溶融炉の燃焼制御方法であって、燃焼室のガス温度、ボイラの蒸気量、減温塔の出口温度、減温塔の噴霧水流量調節弁の開度のそれぞれについて、規定値を設定し、燃焼室のガス温度、ボイラの蒸気量、減温塔の出口温度、減温塔の噴霧水流量調節弁の開度の少なくとも一つが規定値以上になった場合に、廃棄物溶融炉の送風空気量又は送風酸素量を変更することを特徴とするものである。

このように本発明では、燃焼室のガス温度、ボイラの蒸気量、減温塔の出口温度、減温塔の噴霧水流量調節弁の開度の少なくとも一つが規定値以上になった場合に廃棄物溶融炉の送風空気量又は送風酸素量を変更する制御を行うので、制御の応答性が速くなる。

本発明では、燃焼室のガス温度、ボイラの蒸気量、減温塔の出口温度、減温塔の噴霧水流量調節弁の開度の少なくとも一つについて複数段階の規定値を設定すると共に、それぞれの段階の規定値に対して廃棄物溶融炉の送風空気量又は送風酸素量の変更値を設定し、検出された規定値の段階に応じて、段階的に廃棄物溶融炉の送風空気量又は送風酸素量を変更するようにすることができる。

このように段階的に廃棄物溶融炉の送風空気量又は送風酸素量を変更することで、ボイラの熱負荷レベルに応じた適切な対処を行うことができ、廃棄物溶融炉の燃焼状態及びボイラの蒸気発生量の安定性をより一層向上させることができる。

また、上述した本発明の廃棄物溶融炉の燃焼制御方法は、燃焼室のガス温度、ボイラの蒸気量、減温塔の出口温度、減温塔の噴霧水流量調節弁の開度を検出するセンサ手段と、このセンサ手段によって燃焼室のガス温度、ボイラの蒸気量、減温塔の出口温度、減温塔の噴霧水流量調節弁の開度の少なくとも一つが予め設定された規定値になったと検出された場合に、廃棄物溶融炉の送風空気量又は送風酸素量を変更する制御手段とを備えた廃棄物溶融炉の燃焼制御装置によって実施できる。

この燃焼制御装置においても、燃焼室のガス温度、ボイラの蒸気量、減温塔の出口温度、減温塔の噴霧水流量調節弁の開度の少なくとも一つについて複数段階の規定値を設定すると共に、それぞれの段階の規定値に対して廃棄物溶融炉の送風空気量又は送風酸素量の変更値を設定しておき、センサ手段が検出した規定値の段階に応じて、制御手段が段階的に廃棄物溶融炉の送風空気量又は送風酸素量を変更するようにすることができる。

本発明によれば、廃棄物処理設備における廃棄物溶融炉の燃焼制御の応答性を速くし、廃棄物溶融設備のボイラの蒸気発生量の安定性を向上させることができる。

以下図面に示す実施例に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明を適用した廃棄物処理設備の全体構成図である。同図において、廃棄物溶融炉１の上部に設けられた装入装置から投入された廃棄物Ａ、副原料であるコークスＢ、石灰石Ｃは、炉の下部に設けた上段羽口１ａより送風される空気、下段羽口１ｂより送風される空気及び酸素と反応し、不燃物は溶解して出湯口１ｃより炉外へ排出され、可燃物は熱分解及び燃焼してガス化する。この発生ガスは溶融炉１の上部からダクト２を経てサイクロン３で可燃性ダストを一部除塵回収した後、燃焼室４に設けたバーナー部４ａより燃焼室４内に入り、燃焼用空気ファン５から供給された燃焼空気により燃焼する。

燃焼室４から排出された燃焼排ガスはボイラ６に通されて熱回収され、ここで発生した蒸気は蒸気利用設備７で利用される。

ボイラ６によって熱回収されたガスは、さらに冷却するために減温塔８に通される。減温塔８では噴水水流量調節弁８ａを介して水噴霧することで、ガスを冷却する。減温塔８を出たガスは、集塵機９で除塵され、誘引通風機１０を経て煙突１１から排出される。

以上の構成において、本発明では、燃焼室４のガス温度、ボイラ６の蒸気量、減温塔８の出口温度、減温塔の噴霧水流量調節弁８ａの開度（以下、これらの値を「プロセス値」という。）を検出するセンサ手段として、第１のガス温度センサ１２、蒸気量センサ１３、第２のガス温度センサ１４、弁開度センサ１５を設けると共に、各センサ１２〜１５からの各プロセス値の検出信号に基づいて廃棄物溶融炉１の送風空気量又は送風酸素量を制御する制御手段１６を設けている。

すなわち制御手段１６は、各センサ１２〜１５からの各プロセス値の検出信号に基づいて、各プロセス値が予め設定された規定値になっているか否かを判定し、そのうち少なくとも一つが規定値以上になったと判定された場合に、送風制御用調節弁１７ａ〜１７ｃを調節して廃棄物溶融炉１の送風空気量又は送風酸素量を変更し、燃焼制御を行う。そして、各プロセス値の少なくとも一つについて複数段階の規定値を設定し、その規定値の段階、すなわちボイラ６の熱負荷レベルに応じて、段階的に廃棄物溶融炉１の送風空気量又は送風酸素量を変更することもできる。

以下、具体的に本発明の燃焼制御方法を説明する。図２及び図３は、本発明の燃焼制御方法の一例を示すフロー図で、そのうち図２はボイラの熱負荷レベルを判定する手順を示し、図３は各判定における処理を示す。この実施例では、ボイラの熱負荷レベルの段階をステップ１〜３の３段階とし、各段階に応じて廃棄物溶融炉の送風空気量又は送風酸素量を変更するようにしている。

図２の上段に示すように、廃棄物溶融炉の送風状態が通常（ステップ０）であって廃棄物溶融炉が運転中の状態において、減温塔出口温度が第１規定値（実施例では１８５℃）以上であることが検出され、それがタイマー１８で設定された時間（実施例では３０秒）継続した場合に、ステップ１の熱負荷レベルと判定する。

ステップ１と判定されると、図３に示すように、切替器１９ａによって、廃棄物溶融炉の送風量（送風空気量又は送風酸素量のことをいう。以下同じ。）の係数値をステップ０の初期値（実施例では１．０）からステップの係数値（実施例では０．９）に切り替え、演算器２２において、この係数値（０．９）をオペレータ設定による送風流量設定値に乗じて送風量設定値を算出する。この送風量設定値に基づいて、図１に示した制御手段１６が廃棄物溶融炉の送風量を変更する。

このようなステップ１に対する対処を講じたにもかかわらず、熱負荷レベルが下がらない場合には、ステップ２の熱負荷レベルと判定する。具体的には、図２の中段に示すように、ステップ１の判定から所定時間（実施例では６０秒）経過したにもかかわらず、（１）減温塔出口温度が第２規定値（実施例では１９０℃）以上であることが検出されるか、（２）ボイラの蒸気量が規定値以上であることが検出されるか、（３）燃焼室のガス温度が規定値以上であることが検出されるか、（４）減温塔の噴霧水流量調節弁の開度が規定値以上であることが検出され、それがタイマー１８で設定された時間継続した場合に、ステップ２の熱負荷レベルと判定する。

ステップ２と判定されると、図３に示すように、切替器１９ｂによって、廃棄物溶融炉の送風量の係数値をステップ２の係数値（実施例では０．８）に切り替え、演算器２０において、この係数値（０．８）をオペレータ設定による送風量設定値に乗じて送風量設定値を算出する。

このようなステップ２に対する対処を講じたにもかかわらず、熱負荷レベルが下がらない場合には、ステップ３の熱負荷レベルと判定する。具体的には、図２の下段に示すように、ステップ２の判定から所定時間（実施例では６０秒）経過したにもかかわらず、減温塔出口温度が第３規定値（実施例では１９５℃）以上であることが検出され、それがタイマー１８で設定された時間継続した場合に、ステップ３の熱負荷レベルと判定する。

ステップ３と判定されると、図３に示すように、切替器１９ｃによって、廃棄物溶融炉の送風量の係数値をステップ３の係数値（実施例では０．７）に切り替え、演算器２０において、この係数値（０．７）をオペレータ設定による送風量設定値に乗じて送風量設定値を算出する。

このように、本実施例では、複数のプレセス値を監視して廃棄物溶融炉の送風量を変更する制御を行うので、制御の応答性を速くすることができる。また、熱負荷レベルの段階を複数設定し、各段階に応じて廃棄物溶融炉の送風量を変更するようにしているので、廃棄物溶融設備のボイラの蒸気発生量の安定性を向上させることができる。

なお、実施例では、プロセス値として減温塔出口温度にのみ、３段階の規定値を設定したが、他のプロセス値についても複数段階の規定値を設定して、同様に熱負荷レベルの段階を判定するようにしてもよい。

図４は熱負荷レベルの復帰条件の一例を示すフロー図である。同図に示す例では、ステップ３で、各プロセス値がいずれも第１規定値以下になった場合に、ステップ２に復帰する。また、ステップ２で、各プロセス値がいずれも第２規定値（第１規定値よりも小さい値）以下になった場合に、ステップ１に復帰する。そして、ステップ１で、各プロセス値がいずれも第３規定値（第２規定値よりも小さい値）以下になった場合に、ステップ０に復帰する。

なお、図４の例では、各プロセス値がいずれも規定値以下になった場合（ＡＮＤ）に復帰するようにしたが、各プロセス値のいずれかが規定値以下になった場合（ＯＲ）に復帰するようにしてもよい。また、復帰の条件としてのプロセス値の組み合わせは任意に選択できる。

本発明を適用した廃棄物処理設備の全体構成図である。 本発明の燃焼制御方法の一例を示すフロー図で、ボイラの熱負荷レベルを判定する手順を示す。 本発明の燃焼制御方法の一例を示すフロー図で、図２の各判定における処理を示す。 熱負荷レベルの復帰条件の一例を示すフロー図である。

符号の説明

１ 廃棄物溶融炉
１ａ 上段羽口
１ｂ 下段羽口
１ｃ 出湯口
２ ダクト
３ サイクロン
４ 燃焼室
４ａ バーナー部
５ 燃焼用空気ファン
６ ボイラ
７ 蒸気利用設備
８ 減温塔
８ａ 噴霧水流量調節弁
９ 集塵機
１０ 誘引通風機
１１ 煙突
１２ 第１のガス温度センサ
１３ 蒸気量センサ
１４ 第２のガス温度センサ
１５ 弁開度センサ
１６ 制御手段
１７ 送風制御用調節弁
１８ タイマー
１９ａ〜１９ｃ 切替器
２０ 演算器

Claims (4)

1. 廃棄物溶融炉に廃棄物を投入し、この廃棄物を熱分解、燃焼及び溶融させるために廃棄物溶融炉に空気及び酸素を送風し、廃棄物の熱分解、燃焼及び溶融によって発生した可燃性ガス及び可燃物を燃焼室で燃焼させ、その燃焼排ガスをボイラに通して熱回収し、熱回収後の燃焼排ガスを減温塔に通して水噴霧によって冷却し、煙突から排出する廃棄物処理設備における廃棄物溶融炉の燃焼制御方法であって、
   燃焼室のガス温度、ボイラの蒸気量、減温塔の出口温度、減温塔の噴霧水流量調節弁の開度のそれぞれについて、規定値を設定し、燃焼室のガス温度、ボイラの蒸気量、減温塔の出口温度、減温塔の噴霧水流量調節弁の開度の少なくとも一つが規定値以上になった場合に、廃棄物溶融炉の送風空気量又は送風酸素量を変更することを特徴とする廃棄物溶融炉の燃焼制御方法。
2. 燃焼室のガス温度、ボイラの蒸気量、減温塔の出口温度、減温塔の噴霧水流量調節弁の開度の少なくとも一つについて複数段階の規定値を設定すると共に、それぞれの段階の規定値に対して廃棄物溶融炉の送風空気量又は送風酸素量の変更値を設定し、検出された規定値の段階に応じて、段階的に廃棄物溶融炉の送風空気量又は送風酸素量を変更する請求項１に記載の廃棄物溶融炉の燃焼制御方法。
3. 廃棄物溶融炉に廃棄物を投入し、この廃棄物を熱分解、燃焼及び溶融させるために廃棄物溶融炉に空気及び酸素を送風し、廃棄物の熱分解、燃焼及び溶融によって発生した可燃性ガス及び可燃物を燃焼室で燃焼させ、その燃焼排ガスをボイラに通して熱回収し、熱回収後の燃焼排ガスを減温塔に通して水噴霧によって冷却し、煙突から排出する廃棄物処理設備における廃棄物溶融炉の燃焼制御装置であって、
   燃焼室のガス温度、ボイラの蒸気量、減温塔の出口温度、減温塔の噴霧水流量調節弁の開度を検出するセンサ手段と、
   このセンサ手段によって燃焼室のガス温度、ボイラの蒸気量、減温塔の出口温度、減温塔の噴霧水流量調節弁の開度の少なくとも一つが予め設定された規定値以上になったと検出された場合に、廃棄物溶融炉の送風空気量又は送風酸素量を変更する制御手段とを備えることを特徴とする廃棄物溶融炉の燃焼制御装置。
4. 燃焼室のガス温度、ボイラの蒸気量、減温塔の出口温度、減温塔の噴霧水流量調節弁の開度の少なくとも一つについて複数段階の規定値を設定すると共に、それぞれの段階の規定値に対して廃棄物溶融炉の送風空気量又は送風酸素量の変更値を設定しておき、センサ手段が検出した規定値の段階に応じて、制御手段が段階的に廃棄物溶融炉の送風空気量又は送風酸素量を変更する請求項３に記載の廃棄物溶融炉の燃焼制御装置。

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