JP5364810B2 - 有機性廃棄物の処理装置、有機性廃棄物の処理方法、および制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、下水汚泥などの有機性廃棄物を焼却する有機性廃棄物の処理装置、有機性廃棄物の処理方法、および制御装置に関する。

従来、下水汚泥などの有機性廃棄物の焼却にガス化燃焼システムが採用されている。このガス化燃焼システムといった有機性廃棄物の処理装置は、乾燥機、ガス化炉、および後燃焼炉（熱回収炉）を備える。そして、このガス化燃焼システムにおいては、ガス化炉が有機性廃棄物をガス化残渣と熱分解ガスとに分解した後、後燃焼炉が熱分解ガスを燃焼させる。

また、ガス化燃焼システムに対しては、環境保護の観点から、二酸化炭素（ＣＯ₂）や、ＣＯ₂の３１０倍程度の温室効果がある亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）に代表される温室効果ガスや、窒素酸化物（ＮＯｘ）の削減が要請されている。

特許文献１には、有機性廃棄物をガス化炉で熱分解してガス化した熱分解ガスを燃焼し、空気を吹き込む３段の送風口を備えた後燃焼炉の燃焼制御装置が記載されている。この特許文献１に記載された燃焼制御装置においては、温度計が３段の送風口付近でそれぞれ炉内温度を計測し、各段の炉内温度から導いた炉内温度分布形状に基づいて、各段の送風口から送風する空気量を制御している。

特開２０１０−０６５９３２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の制御方法においては、二次燃焼炉内の温度分布を求める必要があるとともに、温度分布に基づいて３段の送風口において空気量の制御が必要になる。そのため、二次燃焼炉（後燃焼炉）内の温度を安定化させるためには、その処理が非常に複雑になってしまう問題があった。

また、本発明者の知見によれば、下水汚泥などの有機性廃棄物を焼却するガス化燃焼システムにおいては、後燃焼炉内が９５０℃以上になると、有機性廃棄物に含まれる窒素（Ｎ）由来のＮＯxの生成が顕著になる。さらに、後燃焼炉内の温度が１０００℃以上になると、有機性廃棄物中の灰の成分が軟化して後燃焼炉の壁面に付着するクリンカが生じ、後燃焼炉の連続運転において不具合が発生する場合があった。そのため、ＮＯxの生成およびクリンカの発生を抑制するには、後燃焼炉内の内部を比較的低温にすることが望ましい。

一方、有機性廃棄物を燃焼させているときに後燃焼炉内の温度が低くなると、有機性廃棄物に含まれる窒素に由来したＮ₂Ｏが生成されてしまう。そのため、Ｎ₂Ｏの生成を抑制するためには、後燃焼炉の内部を可能な限り高温にすることが望ましい。

このような互いに相反する要請から、ＮＯｘの生成およびクリンカの発生を抑制しつつＮ₂Ｏの生成を抑制するために、後燃焼炉の内部を９２０〜９５０℃の温度範囲に制御する必要がある。そこで、従来のガス化燃焼システムにおいては、後燃焼炉内を加熱するための補助燃料の使用量、燃焼空気量、および冷却水量を制御することによって、後燃焼炉の内部の温度が９２０〜９５０℃の範囲に収まるように制御しようとしていた。

しかしながら、本発明者の知見によれば、後燃焼炉において、後燃焼炉に供給される処理対象の有機性廃棄物の性状が不安定であることに起因して温度変動が生じやすい。そのため、後燃焼炉の内部において温度の安定化を確保することが困難になり、ガス化燃焼システムの運転に支障をきたしていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、有機性廃棄物の処理装置に備えられる後燃焼手段の内部の温度変動を安定化させて、窒素酸化物（ＮＯx）の生成およびクリンカの発生を抑制しつつ亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）の生成を抑制することができる有機性廃棄物の処理装置、有機性廃棄物の処理方法、および制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る有機性廃棄物の処理装置は、有機性廃棄物に対して脱水処理を行う脱水処理手段と、脱水された有機性廃棄物を搬送する搬送手段と、搬送手段から搬送された有機性廃棄物に対して熱分解処理を行って熱分解ガスと固形分とに分離するガス化手段と、ガス化手段から供給される熱分解ガスを燃焼させて燃焼ガスを排出する後燃焼手段と、後燃焼手段の内部における高さ方向に沿った中央より下部の温度を計測する下部温度計測手段と、後燃焼手段の内部における下部温度計測手段より高い位置の上部の温度を計測する上部温度計測手段と、下部温度計測手段により計測された下部温度と上部温度計測手段により計測された上部温度とを入力可能に構成され、下部温度の、予め設定された目標温度に対する温度偏差を算出し、算出した温度偏差に基づいて、搬送手段のガス化手段への有機性廃棄物の供給速度を制御するとともに、上部温度の下部温度に対する温度差を算出して、温度差が所定温度差範囲に収まるように、後燃焼手段に供給する冷却水および空気の少なくとも一方の供給流量を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る有機性廃棄物の処理装置は、上記の発明において、制御手段は、温度偏差が所定温度偏差範囲外である場合に、搬送手段におけるガス化手段への供給速度を、温度偏差が所定温度偏差範囲内に収まるように制御直前の供給速度に対して変更する制御を行うとともに、温度偏差が所定温度偏差範囲内である場合に、搬送手段におけるガス化手段への供給速度を維持する制御を行うように構成されていることを特徴とする。

本発明に係る有機性廃棄物の処理装置は、上記の発明において、制御手段は、温度偏差が所定温度偏差範囲外である場合に、搬送手段におけるガス化手段への供給速度を、制御直前の供給速度に対して、温度偏差に対して線形関係を有する変化量だけ変更する制御を行うように構成されていることを特徴とする。

本発明に係る有機性廃棄物の処理装置は、上記の発明において、制御手段は、温度偏差が所定温度偏差範囲外である場合に、搬送手段におけるガス化手段への有機性廃棄物の供給速度を、温度偏差が正の場合には減少させるように制御し、温度偏差が負の場合には増加させるように制御することを特徴とする。

本発明に係る有機性廃棄物の処理方法は、有機性廃棄物に対して脱水処理を行う脱水ステップと、脱水された有機性廃棄物を、熱分解処理を行う後段に供給する搬送ステップと、搬送された有機性廃棄物に対して熱分解処理を行って熱分解ガスと固形分とに分離するガス化ステップと、ガス化ステップで分離された熱分解ガスを燃焼させて燃焼ガスを排出する後燃焼ステップと、後燃焼ステップを行う後燃焼手段の内部における高さ方向に沿った中央より下部の温度を計測する下部温度計測ステップと、下部温度計測ステップにおける下部の温度の計測位置より高い位置である上部の温度を計測する上部温度計測ステップと、下部温度計測ステップにおいて計測した燃焼時の下部温度に対して、予め設定した燃焼時の目標温度に対する温度偏差を算出して、温度偏差に基づいて、搬送ステップにおける有機性廃棄物の後段への搬送時の供給速度を制御するとともに、上部温度計測ステップにおいて計測した上部温度の、下部温度計測ステップにおいて計測した下部温度に対する温度差を算出して、温度差が所定温度差範囲内に収まるように、後燃焼手段に供給する冷却水および空気の少なくとも一方の供給流量を制御する制御ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る有機性廃棄物の処理方法は、上記の発明において、制御ステップが、温度偏差が所定温度偏差範囲外である場合に、供給速度を、温度偏差が所定温度偏差範囲内に収まるように変更する制御を行うとともに、温度偏差が所定温度偏差範囲内である場合に、供給速度を維持する制御を行うことを特徴とする。

本発明に係る有機性廃棄物の処理方法は、上記の発明において、制御ステップが、温度偏差が所定温度偏差範囲外である場合に、供給速度を、温度偏差に対して線形関係を有する変化量だけ、制御直前の供給速度に対して変更させる制御を行うことを特徴とする。

本発明に係る有機性廃棄物の処理方法は、上記の発明において、制御ステップが、温度偏差が所定温度偏差範囲外である場合に、供給速度を、温度偏差が正の場合には減少させるように変更し、温度偏差が負の場合には増加させるように変更することを特徴とする。

本発明に係る制御装置は、有機性廃棄物に対して脱水処理を行う脱水処理手段と、脱水された有機性廃棄物を搬送する搬送手段と、搬送手段から搬送された有機性廃棄物に対して熱分解処理を行って熱分解ガスと固形分とに分離するガス化手段と、ガス化手段から供給される熱分解ガスを燃焼させて燃焼ガスを排出する後燃焼手段と、後燃焼手段の内部における高さ方向に沿った中央より下部の温度を計測する下部温度計測手段と、後燃焼手段の内部における温度計測手段より高い位置の上部の温度を計測する上部温度計測手段と、を備えた有機性廃棄物の処理装置を制御する制御装置であって、下部温度計測手段により計測された下部温度と上部温度計測手段により計測された上部温度とを入力可能に構成され、下部温度の、予め設定された目標温度に対する温度偏差を算出し、算出した温度偏差に基づいて、搬送手段のガス化手段への有機性廃棄物の供給速度を制御するとともに、上部温度の下部温度に対する温度差を算出して、温度差が所定温度差範囲に収まるように、後燃焼手段に供給する冷却水および空気の少なくとも一方の供給流量を制御することを特徴とする。

本発明に係る有機性廃棄物の処理装置、有機性廃棄物の処理方法、および制御装置によれば、有機性廃棄物の処理装置に備えられる後燃焼手段の内部の温度変動を安定化させることができ、窒素酸化物の生成およびクリンカの発生を抑制しつつ亜酸化窒素の生成を抑制することが可能になる。

図１は、本発明の第１の実施形態による有機性廃棄物の処理装置を示す構成図である。 図２は、本発明の第１の実施形態による後燃焼炉の制御を含む有機性廃棄物の処理方法を説明するためのフローチャートである。 図３は、本発明の第１の実施形態による後燃焼炉内の温度偏差による乾燥ケーキフィーダの回転数の制御の一例を示すグラフである。 図４は、本発明の第２の実施形態による有機性廃棄物の処理装置を示す構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態による有機性廃棄物の処理装置について説明する。図１は、この第１の実施形態による有機性廃棄物の処理装置としてのガス化燃焼設備を示す。

（ガス化燃焼設備）
図１に示すように、ガス化燃焼設備１は、乾燥機１１、搬送コンベヤ１２、乾燥ケーキフィーダ１３、ガス化炉１４、サイクロン１５、後燃焼炉１６、流動空気予熱器１７、乾燥ガス予熱器１８、燃焼ガス処理部１９、および排気筒２０を備えるとともに、これらを制御するための制御手段としての制御部３０を備える。さらに、ガス化燃焼設備１には、ガス化炉１４および後燃焼炉１６に冷却用液体としての冷却水を供給するための冷却用液体供給手段を構成する冷却水タンク２１が設けられている。

乾燥機１１は、下水汚泥などの有機性廃棄物３が投入されると、乾燥ガス予熱器１８から供給される例えば６００〜６５０℃程度の乾燥ガスを用いて有機性廃棄物３を乾燥可能に構成された脱水処理手段である。乾燥機１１は、乾燥された有機性廃棄物３を搬送コンベヤ１２に供給可能に構成されている。また、乾燥機１１は、乾燥時に生じた乾燥ガスを、乾燥ガス予熱器１８に、乾燥ガス予熱器１８への供給ラインに設けられたファン４２ｂによって供給可能に構成されている。さらに、乾燥機１１は、乾燥時に生じた乾燥ガスを、後燃焼炉１６に、後燃焼炉１６への供給ラインに設けられたファン４２ｃによって供給可能に構成されている。

搬送コンベヤ１２は、乾燥機１１において乾燥された有機性廃棄物３を乾燥ケーキフィーダ１３に供給可能に構成されている。

搬送コンベヤ１２の後段に設けられた乾燥ケーキフィーダ１３は、乾燥された有機性廃棄物３を回転フィーダ（図示せず）によって切り出して後段の装置に搬送する、有機性廃棄物３の搬送手段を構成している。また、乾燥ケーキフィーダ１３は、内部に設けられた回転フィーダ（図示せず）を回転駆動させる駆動手段としてのモータ１３ａとインバータ１３ｂとを備える。モータ１３ａの回転数は、後述する後燃焼炉１６の内部の温度に基づいて、制御部３０によりインバータ１３ｂを介して制御される。これにより、乾燥ケーキフィーダ１３は、制御部３０によって、後段の装置であるガス化炉１４に供給する有機性廃棄物３の供給速度が制御される。なお、このモータ１３ａの回転数制御の詳細については後述する。乾燥ケーキフィーダ１３は、乾燥された有機性廃棄物３を、その供給量が制御部３０によって制御されつつガス化炉１４に供給する。

ガス化炉１４は、例えば循環流動床炉や気泡流動床炉などの流動床炉から構成されるガス化手段である。このガス化炉１４は、乾燥ケーキフィーダ１３から供給される有機性廃棄物３を、流動空気予熱器１７から供給される高温の空気を用いて、酸素比１以下の還元雰囲気で熱分解可能に構成されている。これによって、ガス化炉１４においては、有機性廃棄物３から、少なくとも、未燃焼炭素を含む熱分解残渣である炭化物と熱分解ガスとが生成する。また、ガス化炉１４を流動床炉から構成していることにより、その内部の温度を、例えば４５０〜８５０℃、好適には６００〜８００℃の範囲という比較的広範囲に変化させることができる。また、このガス化炉１４は、例えば複数の熱電対からなる温度センサ１４ａを備える。この温度センサ１４ａはガス化炉１４内の温度を計測して制御部３０に供給する。

さらに、ガス化炉１４には、冷却水タンク２１から冷却水が供給される。冷却水タンク２１からガス化炉１４への供給ラインには、流量計４３ｂおよびバルブ４４ｂが設けられる。流量計４３ｂは、冷却水の流量値を出力して制御部３０に供給する。バルブ４４ｂは、制御部３０によって、その開度が制御される。制御部３０は、流量計４３ｂから供給される流量値に基づいてバルブ４４ｂの開度を制御することによって、ガス化炉１４への冷却水の供給流量を制御する。

また、ガス化炉１４には、ファン４２ａによって酸素（Ｏ₂）を含む気体である空気が供給される。ファン４２ａから流動空気予熱器１７を通じたガス化炉１４への供給ラインには、流量計４３ｄおよびバルブ４４ｄが設けられる。流量計４３ｄは、供給ラインを流れる空気の流量を計測して制御部３０に供給する。バルブ４４ｄは、その開度が制御部３０により制御される。制御部３０は、流量計４３ｄから供給される流量値に基づいてバルブ４４ｄの開度を制御することによって、ガス化炉１４への空気の供給流量を制御する。

このように制御部３０は、ガス化炉１４に供給する冷却水および空気の供給流量を制御することによって、ガス化炉１４内の温度を制御可能に構成されている。また、ガス化炉１４は、補助燃料を用いた加熱手段であるバーナ（図示せず）を備える。このバーナは制御部３０により制御される。制御部３０は、バーナを制御することによってガス化炉１４内を加熱してガス化温度を上昇させる。

ガス化炉１４の後段に設けられたサイクロン１５は、例えば外筒および内筒から構成される。このサイクロン１５は、ガス化炉１４から供給される炭化物および熱分解ガスのうちの炭化物４を分離回収する、分離回収手段である。回収された炭化物４は、例えばドラム缶などに収納される。この炭化物４は、例えば、ガス化燃焼設備１に併設される焼却炉（図示せず）などにおける補助燃料や、化石燃料の代替として火力発電などにおける補助燃料として用いることができる。

サイクロン１５の後段には、後燃焼手段としての熱回収炉である後燃焼炉１６が設けられている。後燃焼炉１６は、サイクロン１５から供給される熱分解ガスを上部側から流入して燃焼した後、例えば９００℃程度の燃焼ガスを下部側から排出するように構成されている。この後燃焼炉１６内には、温度計測手段または第１の温度計測手段としての例えば複数の熱電対からなる温度センサ１６ａが設けられている。温度センサ１６ａは、後燃焼炉１６内の燃焼温度を計測して、計測値を制御部３０に供給する。

また、後燃焼炉１６は、冷却水タンク２１から供給される冷却水が、上部側から流入するように構成されている。冷却水タンク２１から後燃焼炉１６への供給ラインには、流量計４３ａおよびバルブ４４ａが設けられている。流量計４３ａは、供給ラインを流れる冷却水の流量値を出力して制御部３０に供給する。バルブ４４ａは、その開度が制御部３０により制御される。制御部３０は、流量計４３ａから供給される流量値に基づいてバルブ４４ａの開度を制御することによって、後燃焼炉１６への冷却水の供給流量を制御する。

さらに、後燃焼炉１６は、気体供給手段としてのファン４２ｄによって例えば２０℃程度の温度の空気が供給されるように構成されている。ファン４２ｄから後燃焼炉１６への供給ラインには、流量計４３ｃおよびバルブ４４ｃが設けられている。流量計４３ｃは供給ラインを流れる空気の流量値を出力して制御部３０に供給する。バルブ４４ｃは、その開度が制御部３０により制御される。制御部３０は、流量計４３ｃから供給される流量値に基づいてバルブ４４ｃの開度を制御することによって、後燃焼炉１６への空気の供給流量を制御する。また、後燃焼炉１６は、乾燥機１１から温度が例えば２００℃程度の乾燥ガスが供給されるように構成されている。

そして、制御部３０は、温度センサ１６ａから供給される後燃焼炉１６内の温度に基づいて、例えばＰＩＤ制御などにより後燃焼炉１６に供給する冷却水および空気の供給流量を制御することによって、後燃焼炉１６内の温度を調整する。また、後燃焼炉１６には例えば補助燃料などを用いた加熱手段であるバーナ（図示せず）が備えられ、制御部３０がバーナを制御することにより、後燃焼炉１６内を加熱して温度を上昇可能に構成されている。

後燃焼炉１６の後段に設けられた流動空気予熱器１７は、後燃焼炉１６から排出された燃焼ガスを通過させて後段の乾燥ガス予熱器１８に供給するとともに、燃焼ガスの熱を、ファン４２ａから供給される空気に移動させるように構成されている。流動空気予熱器１７は、熱が移動することで加熱された空気を流動空気としてガス化炉１４に供給する。

流動空気予熱器１７の後段に直列に連結された乾燥ガス予熱器１８は、流動空気予熱器１７から供給される燃焼ガスを通過させて後段の燃焼ガス処理部１９に供給するとともに、燃焼ガスの熱を乾燥機１１から供給される乾燥ガスに移動させるように構成されている。乾燥ガス予熱器１８は、熱を移動させた乾燥ガスを乾燥機１１に供給する。これにより、後燃焼炉１６において生成した熱を、乾燥機１１における有機性廃棄物３の乾燥に循環させて利用することができる。

乾燥ガス予熱器１８の後段に設けられた燃焼ガス処理部１９は、例えば燃焼ガス冷却搭、燃焼ガス集塵機、および燃焼ガススクラバを有する。燃焼ガス処理部１９は、燃焼ガス冷却搭によって空気を用いて燃焼ガスの温度を低下させた後、燃焼ガス集塵機によって逆洗空気を用いて燃焼ガスから燃焼灰を除去し、燃焼ガススクラバによって燃焼ガスから有害ガスや微小粒子を除去する。また、燃焼ガス処理部１９は、温度が低下した燃焼ガスをファン４２ｆによって排気筒２０に供給可能に構成されている。排気筒２０は燃焼ガスを排気する排気手段である。

以上のようにして、この第１の実施形態によるガス化燃焼設備１が構成されている。次に、以上のように構成された、この第１の実施形態によるガス化燃焼設備１での有機性廃棄物の処理における後燃焼炉の制御に関して、上述した従来技術が有する課題を解決するために本発明者が鋭意検討を行った。以下に、その概要を説明する。

まず、従来技術においては、上述した第１の実施形態による後燃焼炉１６において温度センサ１６ａが計測した後燃焼炉１６内の温度に基づいて、制御部３０がバルブ４４ａの開度を制御して、後燃焼炉１６内に供給する冷却水や空気を調整していた。これによって、制御部３０は、後燃焼炉１６内の温度を所定温度範囲、具体的には例えば９２０〜９５０℃程度になるように例えばＰＩＤ制御を行っていた。

ところで、本発明者は、後燃焼炉１６内において燃焼温度が変動してしまう問題について検討を行い、その原因の一つとして、有機性廃棄物３における含水率などの性状が変化する点に着目した。すなわち、本発明者は、後燃焼炉１６内における温度変動は、サイクロン１５から供給される熱分解ガスの可燃分が変化することが原因の一つであると考えた。

そこで、本発明者は、後燃焼炉１６内での温度変動の問題を解決すべく鋭意検討を行い、後燃焼炉１６に供給される熱分解ガスの可燃分、すなわち脱水汚泥などの有機性廃棄物の性状に応じた投入熱負荷を一定にできれば、後燃焼炉１６内における温度変動を安定化させることができることを想起するに至った。

そして、この投入熱負荷を一定にするために、本発明者がさらに種々実験および鋭意検討を行った結果、熱分解ガスを生成するガス化炉１４の前段における乾燥ケーキフィーダ１３を制御することによって、投入熱負荷を一定にすることを見出した。さらに、本発明者は、乾燥させた有機性廃棄物３を乾燥ケーキフィーダ１３によってガス化炉１４に供給する際に、乾燥ケーキフィーダ１３の駆動を後燃焼炉１６内の温度変動と関連させることが好ましいことを想起した。

また本発明者は、乾燥ケーキフィーダ１３の駆動を後燃焼炉１６内の温度変動に関連づけるために、種々実験および検討を行い、制御部３０によって設定される後燃焼炉１６内の目標温度に対する計測温度との温度偏差ΔＴ（計測温度−目標温度）に応じて、乾燥ケーキフィーダ１３の駆動を相関させつつ制御するのが望ましく、この相関としては線形関係がより望ましいことを見出した。さらに、本発明者は、乾燥ケーキフィーダ１３の駆動制御において、温度偏差ΔＴが所定の範囲内である場合には、駆動状態を変更させない方が望ましいことも見出した。本発明は、以上の実験および鋭意検討に基づいて案出されたものである。

（有機性廃棄物の処理方法）
次に、以上の検討に基づいた、この第１の実施形態による有機性廃棄物の処理方法、およびこれに伴う乾燥ケーキフィーダの制御方法について説明する。図２は、この第１の実施形態による有機性廃棄物の処理方法を示すフローチャートである。

図２に示すように、この第１の実施形態による有機性廃棄物の処理方法においては、まず、ステップＳＴ１において、外部から例えば下水汚泥などの有機性廃棄物３を、乾燥機１１に投入して例えば６００℃以上の雰囲気によって乾燥させる。その後、乾燥された有機性廃棄物３は、搬送コンベヤ１２を通じて搬送手段としての乾燥ケーキフィーダ１３に供給される。その後、ステップＳＴ２に移行する。

ステップＳＴ２においては、乾燥ケーキフィーダ１３が、供給された有機性廃棄物３を、駆動手段としてのモータ１３ａの回転によって例えば回転フィーダ（図１中図示せず）を回転させることにより所定量ずつ切り出して、ガス化炉１４に搬送する。なお、乾燥ケーキフィーダ１３のモータ１３ａの回転数に応じて有機性廃棄物３の搬送速度も変化し、供給流量も変化する。その後ステップＳＴ３に移行する。

ステップＳＴ３においては、ガス化炉１４が乾燥ケーキフィーダ１３から供給された有機性廃棄物３の熱分解を行う。これにより、有機性廃棄物３は、熱分解ガスとガス化残渣である炭化物４とに熱分解する。これらの熱分解ガスおよび炭化物４は、サイクロン１５に供給される。その後、ステップＳＴ４に移行する。

ステップＳＴ４においては、サイクロン１５が、炭化物４を分離して回収した後、分離された例えば７００℃程度の熱分解ガスを後燃焼炉１６に供給する。その後、ステップＳＴ５に移行する。

ステップＳＴ５においては、後燃焼炉１６に供給された熱分解ガスを、ファン４２ｃによって乾燥機１１から供給される乾燥ガスと混合させつつ燃焼させる。このとき、後燃焼炉１６に供給される熱分解ガスの可燃分が変化すると、この可燃分の変化に応じて後燃焼炉１６内の温度も変動するが、この第１の実施形態においては、後述するように乾燥ケーキフィーダ１３によって熱分解ガスの可燃分が可能な限り所定範囲内に収まるように搬送される。その後、ステップＳＴ６に移行する。

ステップＳＴ６においては、制御部３０の制御によって、温度センサ１６ａが後燃焼炉１６内の温度を計測して、その計測値を制御部３０に供給する。このようにして、制御部３０は後燃焼炉１６の炉内温度を常時モニタリングする。その後、ステップＳＴ７に移行する。

ステップＳＴ７においては、制御部３０が、後燃焼炉１６内の計測温度に基づいて、予め設定した目標温度との温度偏差ΔＴ（ΔＴ＝計測温度−目標温度）を算出する。また、制御部３０は、温度偏差ΔＴが所定温度偏差ΔＴ₀の範囲内であるか否かを判断する。具体的には、制御部３０は、後燃焼炉１６内での温度偏差ΔＴが、例えばΔＴ₀が１０℃の場合、−１０℃以上１０℃以下の範囲内であり、目標温度を例えば９１５℃としたときの計測温度が９０５℃以上９２５℃以下であるか否かを判断する。より好ましくは、制御部３０は、後燃焼炉１６内での温度偏差ΔＴが、例えばΔＴ₀が５℃の場合、−５℃以上５℃以下の範囲内であり、目標温度を例えば９２５℃としたときの計測温度が９２０℃以上９３０℃以下であるか否かを判断する。

後燃焼炉１６内の予め設定された目標温度に対する計測温度の温度偏差ΔＴが所定温度偏差ΔＴ₀の範囲内、すなわち次の（１）式を満たす場合（ステップＳＴ７：Ｙｅｓ）、
−ΔＴ₀≦ΔＴ≦ΔＴ₀ ……（１）
ステップＳＴ１に復帰して、ステップＳＴ１〜ＳＴ７による有機性廃棄物の処理を繰り返し継続して行う。なお、ステップＳＴ１〜ＳＴ７は、このガス化燃焼設備１において並行して実行されている。

一方、後燃焼炉１６内での温度偏差ΔＴが所定温度偏差ΔＴ₀の範囲外、すなわち次の（２）式または（３）式を満たす場合（ステップＳＴ７：Ｎｏ）には、ステップＳＴ８に移行する。
ΔＴ₀＜ΔＴ ……（２）
ΔＴ＜−ΔＴ₀ ……（３）

ステップＳＴ８においては、制御部３０が、後燃焼炉１６内の目標温度に対する計測温度の温度偏差ΔＴに基づいて、インバータ１３ｂを介してモータ１３ａの回転数を直前の回転数に対して変更する制御を行う。これにより、制御部３０によって乾燥ケーキフィーダ１３の回転カッタの回転数が制御直前の回転数に対して所定回転数だけ変更される。これに伴い、乾燥ケーキフィーダ１３から後段のガス化炉１４に供給される有機性廃棄物３の搬送速度も制御直前の搬送速度に対して変更され、その流量も制御直前の流量に対して変更される。

図３は、この乾燥ケーキフィーダ１３のモータ１３ａの回転数制御の具体的な一例を示すグラフである。図３に示すように、制御部３０は、後燃焼炉１６内における計測温度が目標温度に対して所定温度偏差ΔＴ₀より高い温度であり、上述した（２）式を満たす場合、乾燥ケーキフィーダ１３のモータ１３ａの回転数ｆを温度偏差ΔＴに対応する回転数Δｆ分だけ減少させる。なお、温度偏差ΔＴが所定温度偏差ΔＴ₀より大きくなった段階で、モータ１３ａの回転数ｆを、回転数初期変化量−Δｆ₀を起点として線形に減少させる。これにより、ガス化炉１４に供給する有機性廃棄物３の搬送速度および流量をそれぞれ、制御直前の搬送速度および流量に対して減少させ、ガス化炉１４および後燃焼炉１６への可燃分の供給量を減少させる。

反対に、後燃焼炉１６内における計測温度が目標温度に対して所定温度偏差ΔＴ₀より低い温度であり、上述した（３）式を満たす場合、乾燥ケーキフィーダ１３のモータ１３ａの回転数を温度差ΔＴに対して回転数Δｆ分だけ増加させる。なお、温度差ΔＴが所定温度差−ΔＴ₀より小さくなった段階で、モータ１３ａの回転数ｆを、回転数初期変化量Δｆ₀を起点として線形に増加させる。これにより、ガス化炉１４に供給する有機性廃棄物３の搬送速度および流量をそれぞれ、制御直前の搬送速度および流量に対して増加させ、ガス化炉１４および後燃焼炉１６への可燃分の供給量を増加させる。

制御部３０は、ステップＳＴ８において、乾燥ケーキフィーダ１３のモータ１３ａの回転数を増加または減少する制御を行った後、乾燥ケーキフィーダ１３のモータ１３ａを制御後の回転数で回転させた状態で、ステップＳＴ１に復帰する。

そして、制御部３０は、ステップＳＴ７において後燃焼炉１６内における計測温度の目標温度との温度偏差ΔＴが、上述した（１）式を満たすまで、ステップＳＴ１〜ＳＴ８を順次繰り返し行う。

以上のようにして、ガス化燃焼設備１において、後燃焼炉１６内における目標温度に対する計測温度の温度偏差ΔＴに応じて、乾燥ケーキフィーダ１３のモータ１３ａの回転数を制御しつつ、有機性廃棄物３の処理を継続して行う。そして、本発明者が、この第１の実施形態によるガス化燃焼設備１において、後燃焼炉１６内の温度が安定するか否かを計測したところ、後燃焼炉１６内の全域において所望とする温度範囲内、例えば９２０〜９５０℃の温度範囲内で安定して運転できることが確認された。また、後燃焼炉１６の後段において、Ｎ₂ＯおよびＮＯxを測定したところ、それらの濃度がいずれも低いことが確認され、温室効果ガスの放出を抑制できることも確認された。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、後燃焼炉１６内の温度を計測し、目標温度との温度偏差を算出して、温度偏差ΔＴに応じて、乾燥ケーキフィーダ１３のモータ１３ａの回転数を増減させて、有機性廃棄物３の搬送速度や流量を変更していることにより、有機性廃棄物３の性状が変化した場合においても、その性状の変化に応じて乾燥ケーキフィーダ１３からガス化炉１４に供給される有機性廃棄物３の量を調整して、後燃焼炉１６に供給される可燃分を調整することができるので、ガス化炉１４および後燃焼炉１６への投入熱負荷を調整して、投入熱負荷を所定範囲内、好適には、ほぼ一定にすることができる。これによって、後燃焼炉１６内の燃焼温度を所望とする温度範囲内で安定させることができ、後燃焼炉１６を安定して運転させることが可能となる。また、乾燥ケーキフィーダ１３のモータ１３ａの回転数を変更する制御を行う場合に、制御直前の回転数から温度偏差ΔＴに応じた回転数だけ増減させていることにより、乾燥ケーキフィーダ１３からガス化炉１４に供給する有機性廃棄物３の搬送速度や流量を、有機性廃棄物３の性状に応じて細かく調整することが可能になる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による有機性廃棄物の処理装置について説明する。図４は、この第２の実施形態によるガス化燃焼設備２を示す。

（ガス化燃焼設備）
図４に示すように、この第２の実施形態によるガス化燃焼設備２においては、後燃焼炉１６の内部において、温度センサ１６ａの上方に、第２の温度計測手段としての例えば複数の熱電対からなる温度センサ１６ｂが設けられている。そして、温度センサ１６ａが，後燃焼炉１６内の高さ方向に沿った中央より下部に設けられている一方、温度センサ１６ｂが、温度センサ１６ｂの上方で熱分解ガスの供給側に近い側に設けられている。

そして、温度センサ１６ａが後燃焼炉１６の下部の燃焼温度（下部温度）を計測するとともに、温度センサ１６ｂが後燃焼炉１６内の上部の燃焼温度（上部温度）を計測する。制御部３０には、温度センサ１６ａから下部温度の計測値が供給されるとともに、温度センサ１６ｂから上部温度の計測値が供給される。そして、制御部３０は、供給された下部温度と上部温度との差に基づいて、後燃焼炉１６に供給する空気および冷却水の少なくとも一方の流量を制御可能に構成されている。

また、温度センサ１６ａと温度センサ１６ｂとの間隔は、後燃焼炉１６の内部の高さなどの寸法に応じて適宜決定される。すなわち、上部の温度センサ１６ｂは、乾燥機１１から供給される乾燥ガスを含む燃焼空気の供給部の近くに設けることが望ましい。また、下部の温度センサ１６ａは、燃焼空気を全て投入し終わる部分である、燃焼空気の供給部のうちの最も下の供給部の位置より低い位置に設けることが望ましい。これは、燃焼空気の投入量と熱分解ガスが保有する熱量とによって、後燃焼炉１６内で領域ごとの温度が変化するためである。その他の構成については、第１の実施形態におけると同様であるので、その説明を省略する。

（有機性汚泥の処理方法）
次に、この第２の実施形態における有機性汚泥の処理方法について説明する。すなわち、制御部３０は、温度センサ１６ａから供給される下部温度と、温度センサ１６ｂから供給される上部温度との温度差Δθ（＝上部温度−下部温度）に基づいて、その温度差Δθが所定の温度範囲内、具体的には、例えば１０〜３０℃の温度範囲内、好適には、例えば１０〜３０℃の温度範囲内の例えば１０℃などの所定温度差になるように、後燃焼炉１６内の上部温度を制御する。後燃焼炉１６内の上部温度の制御は、冷却水タンク２１から後燃焼炉１６への供給ラインのバルブ４４ａの開度を制御したり、ファン４２ｄから後燃焼炉１６への供給ラインのバルブ４４ｃの開度を制御したりすることにより行う。

具体的には、制御部３０は、まず下部温度を所定温度範囲内に収まるように、例えばＰＩＤ制御などの制御を行うとともに、上部温度が下部温度より温度差Δθ以上高温である場合には、冷却水の流量を増加させたり空気の流量を減少させたりすることによって、上部温度を下降させる。反対に，制御部３０は、下部温度を所定温度範囲内に収まるように制御するとともに、上部温度が下部温度より温度差Δθ以上低温である場合には、冷却水の流量を減少させたり空気の流量を増加させたりすることによって、上部温度を上昇させる。これにより、制御部３０は、後燃焼炉１６に供給される熱量を制御して、後燃焼炉１６内の温度を８５０℃以上所定温度以下、具体的には例えば９２０℃以上９５０℃以下になるように制御する。その他の有機性汚泥の処理方法については、第１の実施形態におけると同様であるので、その説明を省略する。

この第２の実施形態によるガス化燃焼設備２によれば、後燃焼炉１６内での上部と下部との温度差Δθを算出して、下部温度の範囲を所定温度範囲内に制御するとともに、温度差Δθが所定温度差範囲内、好適には所定温度差になるように、後燃焼炉１６に供給する冷却水の流量および空気の流量の少なくとも一方を制御していることにより、後燃焼炉１６の内部の全域において、局所的高温領域の発生を抑制することができ、後燃焼炉１６をより一層安定して運転することができる。

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。

また、上述の第１の実施形態においては、ガス化炉１４を流動床炉から構成しているが、比較的広範囲の温度変化が可能な炉であれば、必ずしも流動床炉に限定されるものではなく、例えばロータリーキルンなどの炉を採用することも可能である。

上述の第１の実施形態においては、分離回収手段としてサイクロンを採用しているが、セラミックフィルタなどの、炭化物を分離回収可能な他の分離回収装置を採用することも可能である。

また、上述の第１の実施形態においては、温度偏差ΔＴの所定温度偏差範囲を、−ΔＴ₀（Ｋ）以上ΔＴ₀（Ｋ）以下とし、所定温度偏差範囲の下限と上限との絶対値を同一にしているが、必ずしも同一に限定されるものではなく、所定温度偏差範囲の下限の絶対値と上限の絶対値とを異なる数値にすることも可能である。

また、上述の第１の実施形態においては、さらに、後燃焼炉１６内の温度が所定温度範囲に収まるように、バルブ４４ｃの開度を制御して後燃焼炉１６に供給する空気の流量を制御したり、バルブ４４ａの開度を制御して後燃焼炉１６に供給する冷却水の流量を制御したり、バーナ（図示せず）によって加熱したりすることも可能である。

また、上述の第１の実施形態においては、乾燥ケーキフィーダ１３のモータ１３ａの回転数ｆを、温度偏差ΔＴが所定温度偏差ΔＴ₀の範囲外の場合に、温度偏差ΔＴに対して線形に回転数差Δｆ分だけ変更するようにしているが、必ずしも線形関係に限定されるものではなく、後燃焼炉１６の構造や乾燥ケーキフィーダ１３の種類などに基づいて、種々の関係で回転数を増減させることが可能である。例えば図３に示すグラフにおいて、線形関係の部分を階段状に増減させても良い。この場合において、温度偏差ΔＴが正数で増加するに従って回転数の減少分Δｆの絶対値は一定または増加し、温度偏差ΔＴが負数で絶対値が増加するように減少するに従って、回転数の増加分Δｆの絶対値は一定または増加する。

また、上述の第２の実施形態においては、制御部３０が、後燃焼炉１６内の下部温度を例えばＰＩＤ制御などの制御によって調整するとともに、上部温度を下部温度との差が所定温度差範囲内に収まるように調整しているが、必ずしもこの方法に限定されるものではない。例えば、制御部３０が、後燃焼炉１６内の上部温度を例えばＰＩＤ制御などの制御によって調整しつつ、下部温度を上部温度との温度差Δθが所定温度差範囲内に収まるように調整することも可能である。

また、上述の第２の実施形態においては、後燃焼炉１６内の上部と下部との温度差Δθが正数の場合を例としたが、Δθが負数の場合、すなわち下部温度より上部温度が低い場合も同様の制御を行うことが可能である。

また、上述の実施形態においては、本発明をガス化燃焼設備に適用しているが、必ずしもガス化燃焼設備に限定されるものではなく、炭化システムに適用することも可能である。また、後燃焼手段としては、後燃焼炉に限定されるものではなく、燃焼ボイラを採用することも可能である。

１，２ ガス化燃焼設備
３ 有機性廃棄物
４ 炭化物
１１ 乾燥機
１２ 搬送コンベヤ
１３ 乾燥ケーキフィーダ
１３ａ モータ
１３ｂ インバータ
１４ ガス化炉
１４ａ，１６ａ，１６ｂ 温度センサ
１５ サイクロン
１６ 後燃焼炉
１７ 流動空気予熱器
１８ 乾燥ガス予熱器
１９ 燃焼ガス処理部
２０ 排気筒
２１ 冷却水タンク
３０ 制御部
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｆ ファン
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ 流量計
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ バルブ

Claims (9)

1. 有機性廃棄物に対して脱水処理を行う脱水処理手段と、
   脱水された有機性廃棄物を搬送する搬送手段と、
   前記搬送手段から搬送された前記有機性廃棄物に対して熱分解処理を行って熱分解ガスと固形分とに分離するガス化手段と、
   前記ガス化手段から供給される前記熱分解ガスを燃焼させて燃焼ガスを排出する後燃焼手段と、
   前記後燃焼手段の内部における高さ方向に沿った中央より下部の温度を計測する下部温度計測手段と、
   前記後燃焼手段の内部における前記下部温度計測手段より高い位置の上部の温度を計測する上部温度計測手段と、
   前記下部温度計測手段により計測された下部温度と前記上部温度計測手段により計測された上部温度とを入力可能に構成され、前記下部温度の、予め設定された目標温度に対する温度偏差を算出し、前記算出した温度偏差に基づいて、前記搬送手段の前記ガス化手段への有機性廃棄物の供給速度を制御するとともに、前記上部温度の前記下部温度に対する温度差を算出して、前記温度差が所定温度差範囲に収まるように、前記後燃焼手段に供給する冷却水および空気の少なくとも一方の供給流量を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
2. 前記制御手段は、前記温度偏差が所定温度偏差範囲外である場合に、前記搬送手段における前記ガス化手段への供給速度を、前記温度偏差が前記所定温度偏差範囲内に収まるように制御直前の供給速度に対して変更する制御を行うとともに、前記温度偏差が前記所定温度偏差範囲内である場合に、前記搬送手段における前記ガス化手段への供給速度を維持する制御を行うように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機性廃棄物の処理装置。
3. 前記制御手段は、前記温度偏差が所定温度偏差範囲外である場合に、前記搬送手段における前記ガス化手段への供給速度を、制御直前の供給速度に対して、前記温度偏差に対して線形関係を有する変化量だけ変更する制御を行うように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の有機性廃棄物の処理装置。
4. 前記制御手段は、前記温度偏差が所定温度偏差範囲外である場合に、前記搬送手段における前記ガス化手段への前記有機性廃棄物の供給速度を、前記温度偏差が正の場合には減少させるように制御し、前記温度偏差が負の場合には増加させるように制御することを特徴とする請求項２または３に記載の有機性廃棄物の処理装置。
5. 有機性廃棄物に対して脱水処理を行う脱水ステップと、
   前記脱水された有機性廃棄物を、熱分解処理を行う後段に供給する搬送ステップと、
   前記搬送された有機性廃棄物に対して熱分解処理を行って熱分解ガスと固形分とに分離するガス化ステップと、
   前記ガス化ステップで分離された前記熱分解ガスを燃焼させて燃焼ガスを排出する後燃焼ステップと、
   前記後燃焼ステップを行う後燃焼手段の内部における高さ方向に沿った中央より下部の温度を計測する下部温度計測ステップと、
   前記下部温度計測ステップにおける前記下部の温度の計測位置より高い位置である上部の温度を計測する上部温度計測ステップと、
   前記下部温度計測ステップにおいて計測した燃焼時の下部温度に対して、予め設定した燃焼時の目標温度に対する温度偏差を算出して、前記温度偏差に基づいて、前記搬送ステップにおける有機性廃棄物の前記後段への搬送時の供給速度を制御するとともに、前記上部温度計測ステップにおいて計測した上部温度の、前記下部温度計測ステップにおいて計測した下部温度に対する温度差を算出して、前記温度差が所定温度差範囲内に収まるように、前記後燃焼手段に供給する冷却水および空気の少なくとも一方の供給流量を制御する制御ステップと、
   を含むことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
6. 前記制御ステップにおいて、前記温度偏差が所定温度偏差範囲外である場合に、前記供給速度を、前記温度偏差が前記所定温度偏差範囲内に収まるように変更する制御を行うとともに、前記温度偏差が前記所定温度偏差範囲内である場合に、前記供給速度を維持する制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の有機性廃棄物の処理方法。
7. 前記制御ステップにおいて、前記温度偏差が前記所定温度偏差範囲外である場合に、前記供給速度を、前記温度偏差に対して線形関係を有する変化量だけ、制御直前の供給速度に対して変更させる制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の有機性廃棄物の処理方法。
8. 前記制御ステップにおいて、前記温度偏差が前記所定温度偏差範囲外である場合に、前記供給速度を、前記温度偏差が正の場合には減少させるように変更し、前記温度偏差が負の場合には増加させるように変更することを特徴とする請求項６または７に記載の有機性廃棄物の処理方法。
9. 有機性廃棄物に対して脱水処理を行う脱水処理手段と、脱水された有機性廃棄物を搬送する搬送手段と、前記搬送手段から搬送された前記有機性廃棄物に対して熱分解処理を行って熱分解ガスと固形分とに分離するガス化手段と、前記ガス化手段から供給される前記熱分解ガスを燃焼させて燃焼ガスを排出する後燃焼手段と、前記後燃焼手段の内部における高さ方向に沿った中央より下部の温度を計測する下部温度計測手段と、前記後燃焼手段の内部における前記温度計測手段より高い位置の上部の温度を計測する上部温度計測手段と、を備えた有機性廃棄物の処理装置を制御する制御装置であって、
   前記下部温度計測手段により計測された下部温度と前記上部温度計測手段により計測された上部温度とを入力可能に構成され、前記下部温度の、予め設定された目標温度に対する温度偏差を算出し、前記算出した温度偏差に基づいて、前記搬送手段の前記ガス化手段への有機性廃棄物の供給速度を制御するとともに、前記上部温度の前記下部温度に対する温度差を算出して、前記温度差が所定温度差範囲に収まるように、前記後燃焼手段に供給する冷却水および空気の少なくとも一方の供給流量を制御する
   ことを特徴とする制御装置。

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