JP5611418B2 - ガス化溶融システムの燃焼制御方法及び該システム - Google Patents
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Description
ガス化溶融システムの概略を図6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12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。
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、H2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。該旋回溶融炉6にて発生した排ガスは、旋回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。
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供給する燃焼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。
一方、特許文献4(特開2007−78239号公報)では、溶融炉へ導入される熱分解ガスのバーナに隣接する種火バーナを設置することにより、低カロリーの熱分解ガスの着火性を改善し、且つ炉内温度を高温に維持して円滑な溶融処理を行うことを可能としている。
また、炉内圧に基づいた制御のみを行う場合、燃焼空気量の制御に伴い炉内圧が変動し、その間正確に熱分解ガスの発生状況を検出することが難しくなるため、CO濃度が高くなる惧れがある。
さらにまた、熱分解ガス発生量の変動を引き起こす要因の一つとして、次の要因が挙げられる。即ち、廃棄物供給量を給じん機のモータ回転数により制御する場合、供給する廃棄物の容量で供給量を調整していることになる。しかし、廃棄物の種類や状態によっては、廃棄物が圧密されて供給されたり空隙が多く存在するなど、嵩密度が一定とはならず、回転数を一定にした制御では、ガス化炉におけるガス発生量が一定とならない可能性がある。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、ガス化炉におけるガス発生量の安定化を図り、且つ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発生量を低減し安定運転を可能とし、さらにNOxの発生を抑制することを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。
前記二次燃焼室の輝度を測定する輝度計と、前記溶融炉の熱分解ガスダクト接続部とは異なる部位に設けられ、前記熱分解ガスダクトに供給される燃焼空気の一部を分岐させて供給する補助空気ノズルと、を有し、
前記輝度計にて測定された輝度が予め定めた設定値を超えた場合に、前記補助空気ノズルから前記溶融炉内に供給する燃焼空気の供給量を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
これにより、補助空気バーナから吹き込まれる燃焼空気により溶融炉内のガスの流れを阻害することなく炉内に旋回流が形成されることにより温度が均一となり、円滑な溶融処理が可能となる。
図1は、本発明の参考例に係るガス化溶融システムの全体構成図、図2は図1のガス化溶融システムにおける燃焼制御フローを示す図、図3は図1のガス化溶融システムにおける制御方法の一例を示す図、図4は本発明の実施形態に係るガス化溶融システムの全体構成図、図5は図4のA−A線断面図である。
図1を参照して、本発明の参考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450〜650℃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、旋回溶融炉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、本参考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、本参考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。
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が配設される。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30、OFA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。
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に供給する燃焼空気供給量を調整する。OFAダンパ31の制御は、制御装置35により行われる。
二次燃焼室12の後段側には高温排ガスから廃熱回収を行うボイラ部13が配設され、該二次燃焼室12の後方には減温塔14、除塵装置15、蒸気式加熱器16、触媒反応装置17、ファン18、煙突19等からなる排ガス処理設備が設けられている。
原則的に、モータ2aは、廃棄物40を定量供給するために回転数制御がなされており、給じん速度が一定に保たれている。本実施形態ではこれに加えて、モータ2aの電流値を検出し、該電流値が基準範囲I内となるようにモータ2aの回転数制御を行い、給じん量を制御するようにしている。前記基準範囲Iは、予め設定された電流値であり、後で図3に基づき説明する。
一般に、廃棄物40を一定供給する設定の場合、電流値は一定となる。しかし、モータにかかる負荷が変動すると電流値は変動する。即ち、廃棄物40が圧密されて重量が大きくなると電流値が高くなり、廃棄物中に空隙が多く存在すると電流値は低くなる。給じん機にて送られる廃棄物の嵩密度が変動すると、これに伴いガス発生量も変動してしまう。
従って、本実施形態では、電流値に基づいて給じん量を制御することにより、廃棄物の重量を一定とした供給が可能となる。これにより、ガス化炉3の供給側にてガス発生量の安定化を図ることが可能となる。
さらにまた、電流値の基準範囲Iを複数段階設けることも好適である。これにより、炉内状況に応じた細やかな制御が可能となる。
炉内圧の変動状態に基づく作動条件を複数段階設定しておき、この作動条件に対応した作動内容を設定しておく。作動条件としては、炉内圧の上限値、異常値の継続時間、或いはこれらの組み合わせである。また、作動内容としては、2次FDFダンパ30の開度制御による二次燃焼室12及び旋回溶融炉6への燃焼空気供給量の制御、OFAダンパ31の開度制御による二次燃焼室12への燃焼空気供給量の制御、FDFダンパ24の開度制御によるガス化炉3への燃焼空気供給量の制御などが挙げられる。例えば、炉内圧が第1の上限値を超えたら、2次FDFダンパ30の開度を開側に制御し、二次燃焼室12及び旋回溶融炉6への燃焼空気供給量を増加させて熱分解ガスの燃焼を促進し、第2の上限値を超えたら、FDFダンパ24の開度を閉側に制御し、ガス化炉3への燃焼空気供給量を低減させて熱分解ガス発生量を抑制する。
これは、ガス化炉3にて熱分解ガスが大量発生した場合、二次燃焼室12にて激しい燃焼が起こり、輝度が上昇する。一方、熱分解ガスの発生量が少ない場合、二次燃焼室12の輝度が低下する。従って、輝度を測定することにより、熱分解ガスの変動を的確に且つ迅速に検知することが可能となる。
本実施形態では、測定した輝度に基づいて給じん機2のモータ回転数を制御して給じん量を調整することにより、熱分解ガスの発生量を安定化させることが可能となる。尚、予め、適性な運転範囲に対応した輝度の設定値を定めておき、この設定値を超えた場合に、給じん量を制御する。この設定条件は複数段階定めておいてもよい。
通常運転時に、給じん機2のモータ2aの電流値が基準範囲内となるように給じん量を制御しながら(S1)廃棄物を炉内に供給し、熱分解ガス化、溶融及び二次燃焼を行う。さらに、二次燃焼室12では輝度計33により輝度を測定し、輝度が設定値以内に存在するか否かを判定する(S2)。測定した輝度が設定値以内に存在する場合には、続けて電流値に基づく制御を行いながら炉の運転を行う。輝度が設定値を超えた場合には、一旦電流値による制御を停止し(S3)、輝度に基づいた給じん量制御を行う(S4)。そして輝度が設定値以内に回復したか否かを判定し(S5)、回復した場合には熱分解ガス発生量が安定したものと判断し、給じん量を復帰させ(S6)、再度電流値による制御を行いながら運転を続行する。
同図において、A点にて電流値が基準範囲Iを超えており、これは給じん機2にて送られる廃棄物の嵩密度が大きいことを示す。このとき、給じん量を低下させる制御を行い、ガス化炉3における熱分解ガス発生量を減少させる。B点にて、電流値が基準範囲I内まで回復したら、給じん量を通常運転時の値まで復帰させる。尚、給じん量を復帰させる際には、徐々に復帰させることが好ましい。
C点では、電流値は基準範囲I内であるものの、輝度が第1設定値を超えている。これは、二次燃焼室12での激しい燃焼を示す。この場合、給じん量を低下させる制御を行い、熱分解ガスの発生量を低減させる。さらに、D点にて、輝度が第1設定値より高い第2設定値を超えており、ここで給じん量をさらに低下させる制御を行う。E点にて、第1設定値以下まで回復したら、給じん量を元の値まで徐々に復帰させる。
F点では、電流値が基準範囲Iを下回っており、これは給じん機2にて送られる廃棄物の嵩密度が小さいことを示す。従って、給じん量を増やす制御を行うようにしている。さらに、G点にて、電流値が基準範囲Iに戻っているので、給じん量を通常運転時の値まで復帰させる。
図4及び図5を参照して、本発明の実施形態につき説明する。尚、上記した参考例と同様の構成についてはその詳細な説明を省略する。
図4に示すように、本実施形態のシステム構成は、廃棄物投入ホッパ1を備えた流動床ガス化炉3と、該ガス化炉と熱分解ガスダクト25で接続された旋回溶融炉6と、該旋回溶融炉6と連結部11を介して接続された二次燃焼室12と、その後方に設けられた減温塔14、除塵装置15、蒸気式加熱器16、触媒反応装置17、ファン18、煙突19等からなる排ガス処理設備と、を備えている。
制御装置35では、二次燃焼室12の天井部に設けられた輝度計33により測定された輝度に基づいて補助空気ダンパ53を制御している。具体的には、通常運転時には補助空気ダンパ53を閉の状態にしておき、輝度計33で測定された輝度が、予め定めた設定値を超えた場合に補助空気ダンパ53を開放して所定の燃焼空気量を補助空気ノズル51から供給する。
また、本実施形態では、参考例と同様にガス化炉3、旋回溶融炉6、二次燃焼室12の少なくとも何れかの処理炉の炉内状況を示す検出因子に基づいて、処理炉への燃焼空気供給量の制御を行う。これは、ガス化炉3の炉内圧の変化を炉内圧センサ22により検出し、該検出した炉内圧に基づいて、ガス化炉3に供給する燃焼空気41、溶融炉6に供給する燃焼空気42、二次燃焼室12に供給する燃焼空気43のうち少なくとも何れかの供給量を制御する。ガス化炉3へ供給する燃焼空気41の制御はFDFダンパ24により行う。溶融炉6及び二次燃焼室12へ供給する燃焼空気42、43の制御は、2次FDFダンパ30とOFAダンパ31により行う。
FDFダンパ24については、ガス化炉3の炉内圧が第3の上限値以上となったら閉側に制御し、炉内圧が第3の上限値を下回ったらFDFダンパ24の開度を元に戻す。
2次FDFダンパ30については、ガス化炉3の炉内圧が第1の上限値以上となったら開側に制御し、該第1の上限値より高い炉内圧を示す第2の上限値となったら、ダンパの開度を大とする。第1、第2の上限値は、第3の上限値よりも小さいものとする。何れの場合も、炉内圧が第1、第2の上限値を下回り、且つその継続時間が予め設定した時間よりも長い場合に、2次FDFダンパ30の開度を元の状態に戻す。
OFAダンパ31については、ガス化炉3の炉内圧が第1の上限値以上となったら所定の開度まで開側に制御し、第2の上限値以上となったらさらに開側に制御する。測定された炉内圧が第1の上限値を下回った場合、若しくは第2の上限値を下回り且つその継続時間が予め設定した時間よりも長い場合に、OFAダンパ31の開度を元の状態に戻す。
溶融炉6に供給される燃焼空気の全体量は、2次FDFダンパ30と、補助空気ダンパ53とで制御され、ガス化炉3の炉内圧に応じて複数段階の制御が行われる。
通常運転時におけるガス化炉3の基準炉内圧と、これを上回る上限値を予め複数段階設定しておき、炉内圧センサ22で測定された炉内圧がこの上限値を超えた時に、給じん量を所定割合だけ低減させる制御を行う。給じん量の復帰制御は、測定された炉内圧が、予め設定された炉内圧以下まで下がり、且つ所定時間その状態が継続したら給じん量を元に戻す制御を行う。また、この制御とともに、輝度に基づく給じん量の制御を行うとよい。 これは、所定の輝度を予め複数段階設定しておき、輝度に応じた給じん量の制御量も同時に設定しておく。そして、輝度が所定の設定値よりも高くなった場合、これに対応する制御量となるように給じん量を制御する。給じん量の復帰制御は、測定された輝度が、予め設定された値以下まで下がり、且つ所定時間その状態が継続したら給じん量を元に戻す制御を行う。
さらに、補助空気ノズル51が、溶融炉6内の旋回流により形成される仮想円の接線方向に燃焼空気を吹き込むように配置されることにより、補助空気バーナ51から吹き込まれる燃焼空気により溶融炉6内のガスの流れを阻害することなく炉内に旋回流が形成されることにより温度が均一となり、円滑な溶融処理が可能となる。
さらにまた、二次燃焼室12の輝度及び/又はガス化炉3の炉内圧に基づいた給じん量制御と、溶融炉6への燃焼空気供給量の配分制御を組み合わせることにより、CO濃度の低下を図りながらNOxの生成抑制が可能となる。
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
24 FDFダンパ
30 2次FDFダンパ
31 OFAダンパ
33 輝度計
35 制御装置
51 補助空気ノズル
53 補助空気ダンパ
Claims (3)
- 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、熱分解ガスダクトを介して燃焼空気とともに溶融炉に導入し、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であって、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の処理炉における炉内状況を示す検出因子に基づいて、前記処理炉への燃焼空気供給量を制御するガス化溶融システムの燃焼制御方法において、
前記二次燃焼室の輝度を測定し、該測定した輝度が予め定めた設定値を超えた場合に、前記熱分解ガスダクトに供給される燃焼空気の一部を分岐させて、前記溶融炉の熱分解ガスダクト接続部とは異なる位置に設けられた補助空気ノズルから溶融炉内に供給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。 - 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、該ガス化炉と熱分解ガスダクトで接続され、該熱分解ガスダクトを介して供給される燃焼空気と前記熱分解ガスとを燃焼させ、そ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り、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の処理炉における炉内状況を示す検出因子に基づいて、前記処理炉への燃焼空気供給量を制御するようにしたガス化溶融システムにおいて、
前記二次燃焼室の輝度を測定する輝度計と、
前記溶融炉の熱分解ガスダクト接続部とは異なる部位に設けられ、前記熱分解ガスダクトに供給される燃焼空気の一部を分岐させて供給する補助空気ノズルと、を有し、
前記輝度計にて測定された輝度が予め定めた設定値を超えた場合に、前記補助空気ノズルから前記溶融炉内に供給する燃焼空気の供給量を制御する制御手段を備えたことを特徴とするガス化溶融システム。 - 前記溶融炉が旋回溶融炉であって、前記補助空気ノズルが、溶融炉内の旋回流により形成される仮想円の接線方向に燃焼空気を吹き込むように配置されることを特徴とする請求項2に記載のガス化溶融システム。
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