JP6113425B2 - 焼却炉の空冷壁表面温度の制御方法および該制御方法を用いた焼却炉 - Google Patents

Description

本発明は、焼却炉の空冷壁表面温度の制御方法および該制御方法を用いた焼却炉に関するものであり、特に、種々のごみ質に対応したごみ焼却炉の空冷壁表面温度の制御方法および該制御方法を用いた焼却炉に関する。

近年、都市ごみ焼却炉や産業廃棄物焼却炉等のごみ焼却施設（以下、単に「焼却炉」ということがある）においては、事業所や一般家庭の固体廃棄物以外に、飲食店や食品工場等から排出される厨芥類等の有機物質を含む廃棄物（生ゴミ）を含む、種々の性質のごみが処理される。こうした焼却炉では、局所的な高温燃焼等が原因で、焼却灰や未燃分が、クリンカとして焼却炉側壁部に溶融付着し、固化することがある。クリンカの発生は、ごみの燃焼効率の低下や焼却炉のエネルギー効率の低下の原因となり、また、さらなるクリンカの成長をもたらし、一層効率低下を増大させることになる。

そこで、燃焼室側壁部に生成するクリンカ付着防止対策の１つとして、強制的に空気を供給し、焼却炉側壁部を冷却する空冷壁構造とする方法がある。例えば、図６に示すような構成が提案されている（例えば特許文献１参照）。具体的には、ゴミの焼却効率を高めるためには、燃え切り位置を適当な位置に調節して、燃焼帯でのゴミの焼却領域を有効に利用する必要があることから、空冷壁温度が異常に高温となることなく燃え切り位置の調節を容易に行うことができるゴミ焼却炉を提供することを目的とし、燃焼帯１０４に沿って複数段に分割された空冷壁１１２ａ，１１２ｂを配して側壁１１２を構成し、各空冷壁１１２ａ，１１２ｂ毎に冷却用空気の流入量を調節する第一流量調節手段１１３ａ，１１３ｂを設けるとともに、前記燃焼帯１０４でのゴミの燃え切り位置を検出する燃え切り位置検出手段１１７を設けてあるゴミ焼却炉であって、前記空冷壁１１２ａ，１１２ｂからの冷却用空気の流出量を調節する第二流量調節手段１１４（１１４ａ，１１４ｂ）を設けて、前記燃え切り位置検出手段１１７により燃え切り位置が上流側にあると検出されたときに、前記第一流量調節手段１１３ａにより冷却用空気の流入量を増すとともに、前記第二流量調節手段１１４により冷却用空気の流出量を減らす流量制御手段を設けて構成される。ここで、１１２ｃ，１１２ｄは空気通路、１１５はブロアファン、１１６ｂは冷却空気用供給路、Ｃは制御手段、Ｓはストーカ式の搬送機構を示す。

特開平６−１８５７１６号公報

しかし、上記のようなごみ焼却炉あるいはごみ焼却炉の制御方法では、以下に挙げるような問題点や課題が生じることがあった。
（ｉ）従来、空冷壁部に流す冷却空気量は、ごみ質の品位が高い場合、すなわち一次燃焼室ガス温度が高くなる場合に、空冷壁表面温度がクリンカの生成・付着を防止できる温度以下となるように決定し、ごみ質の変動にかかわらず、一定量・一定温度の冷却空気を空冷壁部に供給していた。しかし、この方法では、ごみ質の品位が低い場合、すなわち燃焼ガス温度が低く、クリンカ対策のための空冷壁部冷却を必要としない場合にも、空冷壁空気との熱交換により空冷壁表面温度が下がり、一次燃焼室温度が低下するため、ごみの自立燃焼の阻害や、ごみの燃焼速度の低下が生じ、大きな課題となっていた。
（ii）上記図６に示すような構成にあっても、ゴミの焼却効率を高めるために燃え切り位置を適当な位置に調節するために、クリンカ対策のための空冷壁部冷却を必要としない場合にも、冷却空気が空冷壁部に供給され、ごみの自立燃焼の阻害や、ごみの燃焼速度の低下の誘因となる可能性があった。また、燃焼帯での燃え切り位置の検出手段の開示はあるが、空冷壁表面温度を検出できる手段の開示はなく、クリンカ対策については十分対応することができないという課題があった。
（iii）さらに、燃焼ガス温度の低下は、ダイオキシン類発生抑制に有効である必要な燃焼ガス温度やガス滞留時問を確保することができなくなることから、燃焼ガス温度を上げるために、化石燃料等による追加的な助燃が必要となるとの課題があった。

そこで、本発明の目的は、燃焼室の周囲に空冷壁を備えた焼却炉において、導入される焼却ごみのごみ質の品位に対応して、空冷壁表面でのクリンカの生成・付着の防止を図るとともに、エネルギー使用量の削減、設備の簡略化を図ることができる焼却炉の空冷壁表面温度の制御方法および該制御方法を用いた焼却炉を提供することにある。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す焼却炉の空冷壁表面温度の制御方法および該制御方法を用いた焼却炉によって、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。

本発明に係る焼却炉の空冷壁表面温度の制御方法は、
燃焼室の周囲に空冷壁を備えた焼却炉において、導入される焼却ごみのごみ質が（１）高位の場合，（２）中位の場合および（３）低位の場合に対応して、
燃焼室内に供給される燃焼空気の供給量，温度および供給位置が設定され、最適条件で燃焼・焼却処理されるとともに、空冷壁の表面温度が高温にならないように該空冷壁の内部に冷却用空気が導入され、
前記空冷壁に供給される冷却用空気の導入量あるいはこれと同時に冷却用空気の温度が、ごみ質に対応して
（１）高位の場合あるいは低位の場合、冷却用空気の導入量がごみの発熱量を指標として制御され、
（２）中位の場合、冷却用空気の導入量あるいは導入される冷却用空気の加熱温度が、燃焼室のガス温度または空冷壁の表面温度あるいはこれらの組合せを指標として制御される、
ことを特徴とする。

上記のように、焼却炉におけるクリンカの生成・付着の防止およびエネルギー効率の向上を図るには、空冷壁の表面温度を適正に維持することが必要となる。本発明は、導入される焼却ごみのごみ質の品位が空冷壁の表面温度に最も大きな影響を与える要素であるとの検証結果に基づき、ごみ質の品位に対応して、冷却用空気の導入量が制御・調整される方法が好適であることを見出した。また、このとき、冷却用空気の導入量を制御する指標として、ごみの発熱量，燃焼室のガス温度および空冷壁の表面温度のうちのいずれかあるいはいくつかの組合せを用いることによって、空冷壁のより適切な温度管理を行うことができ、クリンカの生成・付着の防止を図るとともに、エネルギー使用量の削減、設備の簡略化を図ることができる焼却炉の空冷壁表面温度の制御方法を提供することが可能となった。また、後述するように、焼却炉本体に供給される焼却ごみの供給量およびごみ質に応じて、燃焼室内に供給される燃焼空気の供給量，温度および供給位置が設定され、最適条件で燃焼・焼却処理される。なお、ここでいう「ごみの品位」とは、例えば、ごみ発熱量を基準として、７，０００ＫＪ／Ｋｇ程度以下を「低品位」，約７，０００〜１０，０００ＫＪ／Ｋｇ程度以下を「中品位」，１０，０００ＫＪ／Ｋｇ程度以上を「高品位」とする。

本発明は、上記焼却炉の空冷壁表面温度の制御方法であって、前記冷却用空気の導入量の制御・調整に代えて、あるいはこれと同時に、前記空冷壁に供給される冷却用空気の温度が制御・調整されることを特徴とする。
焼却炉の運転条件は、通常燃焼室の最適燃焼条件を維持するために、導入される燃焼ごみのごみ質についても所定の範囲内に設定される。従って、空冷壁表面温度の調整操作も冷却用空気の導入量のみで十分対応することができる。しかしながら、多種の原料から形成される燃焼ごみにおいては、部分的に設定範囲を外れた品位の低いごみ質となる場合がある。こうした場合には、上記の設定範囲を超え、冷却用空気の停止のみで十分対応することが難しい可能性がある。本発明は、こうした条件にも対応可能なように、冷却用空気の導入量の制御・調整に代えて、あるいはこれと同時に、冷却用空気の温度を制御することによって、設定範囲を外れた品位の低いごみ質となる場合であっても、空冷壁のより適切な温度管理を行い、クリンカの生成・付着の防止を図るとともに、エネルギー使用量の削減、設備の簡略化を図ることができる。

本発明は、上記焼却炉の空冷壁表面温度の制御方法であって、前記ごみの発熱量として、燃焼空気の供給量，燃焼空気の温度および焼却炉に付加されたボイラの蒸発量の各値から分散制御システム（ＤＣＳ）で簡易計算された値を用いることを特徴とする。
焼却炉に導入される燃焼ごみのごみ質は、導入される燃焼ごみ自体を特定の検出手段で測定することは難しい。一方、ごみ質とごみの発熱量は、焼却炉に導入・排出されるエネルギーとして所定の相関関係があることから、ごみ質を、定量的にごみの発熱量として代表させること可能である。また、ごみの発熱量は、燃焼空気の供給量および燃焼空気の温度を所定値に設定すれば、焼却炉に付加されたボイラの蒸発量と所定の相関関係があることから、実測可能なボイラの蒸発量から導入されたごみの発熱量を演算することができる。具体的には、前記焼却炉にボイラが付加された構成において、前記ごみの発熱量として、燃焼空気の供給量，燃焼空気の温度および焼却炉に付加されたボイラの蒸発量の各値から下式１に基づき計算された値を用いることができる。
ごみの発熱量＝Ａ×（ボイラの蒸発量／ごみの導入量）＋Ｂ ・・（式１）
なお、式中の係数ＡおよびＢは、燃焼空気の供給量、燃焼空気の温度、ボイラ出口のガス温度、焼却損失の影響を受ける値で、焼却炉およびボイラ周りの熱収支を基に、焼却炉ごとに設定することができる。
本発明は、こうした関係を利用し、焼却炉の空冷壁表面温度の制御方法として、指標となるごみの発熱量をボイラの蒸発量，燃焼空気の供給量および燃焼空気の温度の値から分散的に演算することが好ましいことを見出したもので、従前把握することが困難であったごみ質の品位を定量的に捉えることが可能となった。つまり、簡易な演算処理によって得られたごみの発熱量を指標として、空冷壁のより適切な温度管理を行い、クリンカの生成・付着の防止を図るとともに、エネルギー使用量の削減、設備の簡略化を図ることが可能となった。

本発明は、上記焼却炉の空冷壁表面温度の制御方法であって、前記空冷壁から供出された冷却用空気の一部が、前記空冷壁に供給される冷却用空気に混合され、混合された空気が、冷却用空気として前記空冷壁に供給されることを特徴とする。
上記のように、冷却用空気の温度を制御することは、クリンカの生成・付着の防止を図るための有用な方法である。本発明は、こうした冷却用空気の加温を、別途加熱手段を設けるのではなく、焼却炉の空冷壁から供出された冷却用空気の温熱を利用して行なうものであり、空冷壁のより適切な温度管理を行い、クリンカの生成・付着の防止を図るとともに、さらにエネルギー使用量の削減、設備の簡略化を図ることができる。

本発明は、燃焼室の周囲に空冷壁を備え、上記いずれかの制御方法を用いた焼却炉であって、前記空冷壁に導入される冷却用空気の流量検出器および流量調整部と、前記ごみの発熱量を検出する手段，前記燃焼室のガス温度を検出する手段および前記空冷壁の表面温度を検出する手段のうち、そのいずれかあるいはいくつかを組合せた検出手段と、を備えることを特徴とする。
こうした構成の焼却炉において、上記いずれかの制御方法を用いることによって、空冷壁のより適切な温度管理を行い、クリンカの生成・付着の防止を図るとともに、エネルギー使用量の削減、設備の簡略化を図ることができる。

本発明は、上記焼却炉であって、前記空冷壁の表面温度を検出する手段として、該空冷壁から供出された冷却用空気の供出流路に設けられた温度検出器を用いることを特徴とする。
空冷壁の表面温度を直接検出するには、高温の燃焼室に検出手段を配設することが必要となるともに、導入されたごみの影響の防止や指標とする代表値の設定あるいは耐久性等、所定の要件が課されることから、実機での設置は難しい場合が多い。本発明は、これに代えて、空冷壁から供出された冷却用空気の温度を検出することによって、空冷壁の表面温度を代表する温度として空冷壁のより適切な温度管理を行い、クリンカの生成・付着の防止を図るとともに、さらにエネルギー使用量の削減、設備の簡略化を図ることができる。また、冷却用空気の供出部の位置を任意に設定することによって、空冷壁の表面温度を代表する温度条件に設定することが可能である。

また、本発明は、上記焼却炉であって、前記空冷壁からの冷却用空気の供出流路が分岐され、その分岐流路が前記空冷壁に供給される冷却用空気の供給流路に接続され、供出された冷却用空気の一部が混合された冷却用空気が、流量調整されるとともに温度調整されて、前記空冷壁に供給されることを特徴とする。
こうした構成によって、空冷壁から供出された冷却用空気の温熱を利用して空冷壁に導入される冷却用空気を加温し、空冷壁の適切な温度管理を行い、クリンカの生成・付着の防止を図るとともに、さらにエネルギー使用量の削減、設備の簡略化を図ることができる。

本発明に係る焼却炉の基本構成を例示する全体構成図。 空冷壁に供給される冷却用空気の１の制御方法を例示する構成図 空冷壁に供給される冷却用空気の他の制御方法を例示する構成図 本発明に係る焼却炉の他の構成を例示する全体構成図 ごみの発熱量，燃焼室のガス温度，空冷壁の表面温度の相関を例示する説明図 従来技術に係るゴミ焼却炉における空冷壁構造を例示する全体構成図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本発明に係る焼却炉（以下「本装置」という）は、燃焼室の周囲に空冷壁を備え、導入されるごみの発熱量が（１）高位の場合，（２）中位の場合および（３）低位の場合に対応して、該ごみの発熱量，燃焼室のガス温度および空冷壁の表面温度のうち、そのいずれかあるいはいくつかの組合せを指標として、空冷壁に供給される冷却用空気の導入量が制御・調整されることを特徴とする。具体的には、以下の構成によって、クリンカの生成・付着の防止を図るとともに、エネルギー使用量の削減、設備の簡略化を図ることが可能となった。

＜本装置の基本構成例＞
本装置の実施態様として、基本的な概略全体構成を、図１に示す。本装置は、焼却炉本体１の燃焼室２の周囲に空冷壁３を備え、空冷壁３に供給される冷却用空気の供給流路４および供出流路５を備える。供給流路４には、冷却用空気を給送する空冷用フアン６，冷却用空気の流量を調整する空冷用ダンパ７および空冷用流量計８が設けられる。なお、各要素の配置および順序は、その機能させ確保できれば、限定されないことはいうまでもなく、供給流路４ではなく、供出流路５に設けることも可能である。本装置において、焼却炉本体１に供給される焼却ごみの供給量およびごみ質に応じて、燃焼室２内に供給される燃焼空気の供給量，温度および供給位置が設定され、最適条件で燃焼・焼却処理される。空冷壁３は、燃焼室２の内周に設けられ、表面温度が高温にならないように空冷壁の内部に冷却用空気が導入される。燃焼によって発生する焼却灰や未燃分が、局所的な高温燃焼等により燃焼室２の内壁にクリンカとして溶融付着し、固化することを防止する。

このとき、空冷壁３の表面温度を検出する手段として、燃焼管理・制御用の燃焼室２内の温度分布情報から、空冷壁３の表面温度を推算することができる。また、高温の燃焼室２に検出手段を配設し、空冷壁３の温度を直接検出すること方法がある。このとき、放射温度計を用いて検出した場合には、空冷壁３全体の温度分布から局部的な表面温度の高温状態の有無を検知することができる。また、こうした直接的な方法に代えて、供出流路５に温度検出器（図示せず）を設け、空冷壁３から供出された冷却用空気の温度から空冷壁３の表面温度を推算する方法が挙げられる。検出対象に直接関わる温度として連続的に測定することができるとともに、燃焼室２内の腐蝕性ガス等の影響を受けずに検出することができる点において優れている。また、部分的に大きく変動する表面温度を、空間的および時間的に平均化して測定することができることから、空冷壁３の表面温度を代表する、安定した制御指標として利用することができる。

〔本装置を用いた空冷壁表面温度の制御方法〕
次に、図１に係る本装置を用いた空冷壁表面温度の制御方法（以下「本制御方法」という）を、図２に基づいて詳述する。本制御方法は、本装置において、以下のように、導入される焼却ごみのごみ質が（１）高位の場合，（２）中位の場合および（３）低位の場合に対応して、該ごみの発熱量，燃焼室２のガス温度および空冷壁３の表面温度のうち、そのいずれかあるいはいくつかの組合せを指標として、空冷壁３に供給される冷却用空気の導入量が制御・調整される。空冷壁のより適切な温度管理を行うことができ、クリンカの生成・付着の防止を図るとともに、エネルギー使用量の削減、設備の簡略化を図ることができる。

（１ａ）ごみ質が高位の場合
焼却ごみの品位が高位の場合、具体的には、ごみ発熱量が例えば１０，０００ＫＪ／Ｋｇ程度以上の場合、比較的高温条件で燃焼され、焼却処理される。そのため、燃焼室２内全体が高温条件となることから、空冷壁３の表面温度も高くなり、クリンカの生成原因をなる焼却灰や未燃分の発生が生じやすいことから、クリンカの生成・付着を防止するために、空冷壁３を適切に冷却する必要がある。従って、空冷壁３への冷却用空気の導入量は、従前と同様、略一定条件で、空冷壁３の表面温度の過熱を防止する制御が好適であることを見出した。具体的には、図１に例示する本装置の構成において、空冷ファン６の駆動／停止、あるいは空冷用ダンパ７を開／閉によって、空冷用流量計８が略一定範囲内の流量となるように制御することが好適である。空冷用ダンパ７を全開状態とし、空冷ファン６の最大負荷状態において最大流量によって最大冷却能力が機能する。図２に例示するように、ごみ質が高位Ｈにおいて、空冷壁３の表面温度が、冷却用空気を導入しない場合に最大となる領域ｃ’よりも低い領域ａに調整されることが好適である。

（２ａ）ごみ質が中位の場合
焼却ごみの品位が中位の場合、具体的には、ごみ発熱量が例えば７，０００〜１０，０００ＫＪ／Ｋｇ程度の場合、燃焼室２内部において、比較的高温条件で燃焼される部位と比較的低温条件で燃焼される部位が混在して、焼却処理される。空冷壁３の表面温度も、その影響を受けて、部分的（局部的）に高温となる部位と低温部位が発生するため、クリンカの生成・付着の防止のために、空冷壁３を適切に冷却すると同時に、冷却しすぎることにより燃焼を妨げないために、空冷壁３への冷却用空気の導入量を調整し、空冷壁３全体の表面温度を所定の範囲内になるように均一化する制御が好適であることを見出した。具体的には、図１に例示する本装置の構成において、空冷ファン６を駆動し、空冷用ダンパ７を調整して、あるいは空冷用ダンパ７を一定の開度とし、空冷ファン６を駆動／停止あるいはファン回転数を調整して、空冷用流量計８が所定の範囲内となるように制御することが好適である。図２に例示するように、ごみ質が中位Ｍにおいて、冷却用空気を導入して、空冷壁３の表面温度が略一定となる領域ｂに調整されることが好適である。

（３ａ）ごみ質が低位の場合
焼却ごみの品位が低位の場合、具体的には、ごみ発熱量が例えば７，０００ＫＪ／Ｋｇ程度以下の場合、燃焼室２内部において、比較的低温条件で燃焼され、焼却処理される。従って、クリンカの生成・付着が生じ難くなる。同時に、空冷壁３の表面温度も低下することから冷却用空気の導入は必要がなく、むしろ冷却用空気の導入は、既述のようなごみの自立燃焼の阻害やごみの燃焼速度の低下の誘因となる可能性があった。本装置においては、冷却用空気の導入停止、あるいは後述するような加温された冷却用空気の導入処理を行うことによって、空冷壁３全体の表面温度を所定の範囲内になるように制御が好適であることを見出した。具体的には、図１に例示する本装置の構成において、空冷ファン６を停止し、あるいは空冷用ダンパ７を閉状態にして、空冷用流量計８が所定の範囲内となるように制御することが好適である。図２に例示するように、ごみ質が低位Ｌにおいて、冷却用空気の導入を停止して、空冷壁３の表面温度が最大となる領域ｃに調整されることが好適である。

空冷壁３の表面温度を適正な温度範囲に制御する本制御方法において、（ａ）ごみの発熱量，（ｂ）燃焼室２のガス温度および（ｃ）空冷壁３の表面温度のうち、そのいずれかあるいはいくつかの組合せを指標とすることが好ましい。上記（１ａ）〜（３ａ）については、（ｃ）空冷壁３の表面温度を指標とする場合が想定され、測定された温度に基づき迅速なフィードバック制御を行うことができる。（ａ）ごみの発熱量を指標とした場合には、焼却路本体１からの排出ガスあるいは取出されたエネルギーを基に所定のタイムラグを有するフィードバック制御を行うことができる。（ｂ）燃焼室２のガス温度を指標とした場合には、（ｃ）と同様、測定された温度に基づき迅速なフィードバック制御を行うことができる。

つまり、（１ａ）高位の場合あるいは（３ａ）低位の場合には、比較的安定な高温または低温の燃焼条件、つまり空冷壁３の表面温度が比較的変動の少ないと想定されることから、冷却用空気の導入量を（ａ）ごみの発熱量を指標として制御することが好ましい。

（２ａ）中位の場合には、比較的高温条件で燃焼される部位と比較的低温条件で燃焼される部位が混在すると想定されることから、（ｂ）燃焼室２のガス温度または（ｃ）空冷壁３の表面温度あるいはこれらの組合せを指標として制御することが好ましい。（ｂ）燃焼室２のガス温度と（ｃ）空冷壁３の表面温度の組合せによる制御にあっては、（ｃ）空冷壁３の表面温度を１次指標として迅速なフィードバック制御を行い、（ｂ）燃焼室２のガス温度を２次指標として所定のタイムラグを有するフィードバック制御を行うことによって、安定した適正な制御を行うことができる。

ここで、本制御方法は、ごみの発熱量として、燃焼空気の供給量，燃焼空気の温度および焼却炉に付加されたボイラの蒸発量の各値から分散制御システム（ＤＣＳ）で簡易計算された値を用いることができる。ごみの発熱量は、焼却炉に導入・排出されるエネルギーとして、ごみ質と所定の相関関係があることから、ごみ質を、定量的にごみの発熱量として代表させること可能である。また、ごみの発熱量は、燃焼空気の供給量および燃焼空気の温度を所定値に設定すれば、ボイラの蒸発量と所定の相関関係があることから、実測可能なボイラの蒸発量から導入されたごみの発熱量を演算することができる。具体的には、下式１に基づき計算され、ごみの発熱量を得ることができる。
ごみの発熱量＝Ａ×（ボイラの蒸発量／ごみの導入量）＋Ｂ ・・（式１）
なお、式中の係数ＡおよびＢは、燃焼空気の供給量、燃焼空気の温度、ボイラ出口のガス温度、焼却損失（焼却炉での放熱および未燃による損失）等の影響を受ける値で、焼却炉およびボイラ周りの熱収支を基に、焼却炉ごとに設定することができる。また、ボイラを設けない水噴射炉においても、上式１中の「ボイラの蒸発量」を「水噴射量」および「焼却炉持出熱量」等に置き換えることによって、同様にごみの発熱量を得ることができる。

〔本装置を用いた空冷壁表面温度の他の制御方法〕
本装置においては、上記のような冷却用空気の導入量の制御・調整に代えて、あるいはこれと同時に、以下のように、導入される焼却ごみのごみ質に対応して空冷壁３に供給される冷却用空気の温度を制御・調整する制御方法を用いることができる。図３に基づいて詳述する。

（１ｂ）ごみ質が高位の場合
図１に例示する本装置の構成において、空冷ファン６の駆動／停止、あるいは空冷用ダンパ７を開／閉によって、空冷用流量計８が略一定範囲内の流量となるように設定され、予め加熱することなく、常温あるいは常温に近い温度の冷却用空気を用いることが好適である。上記（１ａ）と同等の条件で制御される。図３に例示するように、ごみ質が高位Ｈにおいて、空冷壁３の表面温度が、冷却用空気を導入しない場合に最大となる領域ｃ’よりも低い領域ａに調整されることが好適である。

（２ｂ）ごみ質が中位の場合
図１に例示する本装置の構成において、予め加温された冷却用空気を導入して空冷壁３の表面温度を制御する場合には、空冷ファン６を駆動し、空冷用流量計８が所定の範囲内となるように空冷用ダンパ７を一定の開度に設定し、あるいは上記（１ｂ）と同一の導入量に設定し、導入される冷却用空気の加熱温度を調整して制御することができる。図３に例示するように、ごみ質が中位Ｍにおいて、冷却用空気の温度を調整して、空冷壁３の表面温度が略一定となる領域ｂに調整されることが好適である。

なお、冷却用空気の温度と導入量を同時に制御する場合には、上記（２ａ）と同様の方法により、空冷ファン６を駆動し、空冷用ダンパ７の開度を調整して、あるいは空冷用ダンパ７を一定の開度とし、空冷ファン６を駆動／停止あるいはファン回転数を調整して、空冷用流量計８が所定の範囲内となるように制御し、最大制御範囲を超える場合に冷却用空気を加熱して空冷壁３に導入する熱量を制御することができる。あるいは、冷却用空気の導入量の増量／減量と加熱／加熱停止を同時に行うことによって、空冷壁３に導入する熱量を所定範囲に制御することができる。いずれも、冷却用空気の温度調整による冷却制御の範囲と導入量の調整による冷却制御の範囲とが相乗的に機能し、幅広い制御範囲を確保することができる。

（３ｂ）ごみ質が低位の場合
図１に例示する本装置の構成において、空冷壁３に導入される冷却用空気を加熱することによって、図３に例示するように、空冷壁３の表面温度を、上記（２ｂ）と同様、所定の範囲内となるように制御することができる。冷却用空気を空冷壁３の表面温度を冷却するために導入するのではなく、加熱された冷却用空気を導入することによって、ごみの発熱量等の低下に伴う冷壁３の表面温度の低下を防止することができる。ごみ質が低位Ｌにおいて、冷却用空気が導入停止された状態での温度領域ｃ’よりも高い、空冷壁３の表面温度が略一定となる領域ｃあるいはその中間の値に調整することができる。

＜本装置の他の構成例＞
本装置の他の実施態様に係る概略全体構成（第２構成例）を、図４に示す。第２構成例は、空冷壁３からの冷却用空気の供出流路５が分岐され、その他端が空冷壁３に供給される冷却用空気の供給流路４に接続される分岐流路９を有する。空冷壁３から供出された冷却用空気の一部が、該分岐流路９を介して循環されて（以下「循環空気」という）、新たに供給される冷却用空気（以下「供給空気」という）と混合される。混合された冷却用空気（以下「混合空気」という）は、流量調整されるとともに温度調整されて、空冷壁３に供給される。循環空気は、分岐流路９に設けられた循環空気用ダンパ１０によって流量調整され、その温度は温度計１１によって管理される。所定の温度を有する供給空気は、空冷用ダンパ７によって流量調整される。混合空気は、空冷用フアン６によって給送され、その流量は空冷用流量計８によって管理され、その温度は、供給空気と還流空気の混合比率から計算され管理される。空冷壁３から供出された冷却用空気の温熱を利用して空冷壁３に導入される冷却用空気を加温し、空冷壁３の適切な温度管理を行い、クリンカの生成・付着の防止を図るとともに、さらにエネルギー使用量の削減、設備の簡略化を図ることができる。

以下のように、導入される焼却ごみのごみ質に対応して空冷壁３に供給される冷却用空気の導入量および温度を制御・調整する制御方法を用いることができる。図２，３に基づいて詳述する。

（１ｃ）ごみ質が高位の場合
図４に例示する本装置の構成において、空冷ファン６の駆動／停止、あるいは空冷用ダンパ７を開／閉によって、空冷用流量計８が略一定範囲内の流量となるように制御することが好適である。このとき、循環空気用ダンパ１０は閉状態とし、加温された循環空気の混合を排除する。図２あるいは３に例示するように、ごみ質が高位Ｈにおいて、空冷壁３の表面温度が、冷却用空気を導入しない場合に最大となる領域ｃ’よりも低い領域ａに調整されることが好適である。

（２ｃ）ごみ質が中位の場合
図４に例示する本装置の構成において、空冷ファン６を駆動し、空冷用ダンパ７を調整して、あるいは空冷用ダンパ７を一定の開度とし、空冷ファン６を駆動／停止あるいはファン回転数を調整して、空冷用流量計８が所定の範囲内となるように制御することによって、上記（２ａ）と同様、図２，３に例示するように、ごみ質が中位Ｍにおいて、供給空気を冷却用空気として導入して、空冷壁３の表面温度が略一定となる領域ｂに調整されることができる。と同時に、循環空気用ダンパ１０の開度を調整することによって、加熱された循環空気を所定量混合することができ、混合空気の加熱温度を調整することができる。これによって、上記（２ｂ）と同様、空冷壁３への混合空気の導入量に設定し、導入される混合空気の加熱温度を調整して制御することができる。

また、混合空気の温度と導入量を同時に制御する場合には、空冷ファン６を駆動し、空冷用ダンパ７および循環空気用ダンパ１０の開度を調整して、あるいは空冷用ダンパ７および循環空気用ダンパ１０を一定の開度とし、空冷ファン６を駆動／停止あるいはファン回転数を調整して、空冷用流量計８が所定の範囲内となるように制御し、最大制御範囲を超える場合に冷却用空気を加熱して空冷壁３に導入する熱量を制御することができる。あるいは、混合空気の導入量の増量／減量と循環空気の増量／減量を同時に行うことによって、空冷壁３に導入する熱量を所定範囲に制御することができる。いずれも、冷却用空気の温度調整による冷却制御の範囲と導入量の調整による冷却制御の範囲とが相乗的に機能し、幅広い制御範囲を確保することができる。

（３ｃ）ごみ質が低位の場合
図４に例示する本装置の構成において、混合空気中の還流空気の流量を調整することによって、図２あるいは図３に例示するように、空冷壁３の表面温度を、上記（２ｂ）と同様、所定の範囲内となるように制御することができる。このとき、上記（３ｂ）と同様、図３に例示するように、冷却用空気を空冷壁３の表面温度を冷却するために導入するのではなく、加熱された混合空気を導入することによって、ごみの発熱量等の低下に伴う冷壁３の表面温度の低下を防止することができる。ごみ質が低位Ｌにおいて、冷却用空気が導入停止された状態での温度領域ｃ’よりも高い、空冷壁３の表面温度が略一定となる領域ｃあるいはその中間の値に調整することができる。

＜本装置におけるシミュレーション＞
本装置が有する機能を、以下の２つの面からシミュレーションを行った。
（ｉ）ごみの発熱量，燃焼室のガス温度および空冷壁の表面温度という３つの指標の相関
（ii）冷却用空気の導入量と温度を、一定条件とした場合と変動させた場合の対比

（ｉ）ごみの発熱量，燃焼室のガス温度，空冷壁の表面温度の相関
図１に例示する本装置を用いて、冷却用空気の導入量および温度を一定条件とした場合の、ごみの発熱量，燃焼室のガス温度および空冷壁の表面温度という３つの指標の相関を試算した。試算結果は、表１，図５の通り、ごみの発熱量に対して一次燃焼室ガス温度および空冷壁表面温度が、１次関数に近似する相関を有することが分かった。これによって、空冷壁の表面温度の低下を防止して、燃焼室のガス温度の低下を抑制できることが分かる。試算は、焼却炉の規模：８０ｔ／日・炉、冷却用空気の導入量：４，０００ｍ^３Ｎ／ｈ、温度：２０℃の条件で行った。また、冷却用空気の導入量および温度の条件を変えた場合においても、ごみの発熱量に対して一次燃焼室ガス温度および空冷壁表面温度が同様に所定の関数に近似する相関を有することが分かった。

（ii）冷却用空気の導入量と温度を、一定条件とした場合と変動させた場合の対比
図１および３に例示する本装置を用い、冷却用空気の導入量および温度を一定とする従来技術による制御方法と、本制御方法によって冷却空気量・温度を変化させた場合について、ごみ低位発熱量が低い場合の空冷壁表面温度、一次燃焼室ガス温度を試算した結果を表２に示す。表２の通り、冷却用空気の導入量および温度を変化させることによって、空冷壁の表面温度の低下を防止して、燃焼室のガス温度の低下を抑制できることが分かる。なお、試算は、焼却炉の規模：８０ｔ／日・炉、ごみの発熱量：５，０００ｋＪ／ｋｇの条件で行った。

１ 焼却炉本体
２ 燃焼室
３ 空冷壁
４ 冷却用空気の供給流路
５ 冷却用空気の供出流路
６ 空冷用フアン
７ 空冷用ダンパ
８ 空冷用流量計
９ 分岐流路
１０ 循環空気用ダンパ
１１ 温度計

Claims (7)

1. 燃焼室の周囲に空冷壁を備えた焼却炉において、導入される焼却ごみのごみ質が（１）高位の場合，（２）中位の場合および（３）低位の場合に対応して、
   燃焼室内に供給される燃焼空気の供給量，温度および供給位置が設定され、最適条件で燃焼・焼却処理されるとともに、空冷壁の表面温度が高温にならないように該空冷壁の内部に冷却用空気が導入され、
   前記空冷壁に供給される冷却用空気の導入量あるいはこれと同時に冷却用空気の温度が、ごみ質に対応して
   （１）高位の場合あるいは低位の場合、冷却用空気の導入量がごみの発熱量を指標として制御され、
   （２）中位の場合、冷却用空気の導入量あるいは導入される冷却用空気の加熱温度が、燃焼室のガス温度または空冷壁の表面温度あるいはこれらの組合せを指標として制御される、
   ことを特徴とする焼却炉の空冷壁表面温度の制御方法。
2. 前記ごみの発熱量として、燃焼空気の供給量，燃焼空気の温度および焼却炉に付加されたボイラの蒸発量の各値から分散制御システム（ＤＣＳ）で簡易計算された値を用いることを特徴とする請求項１記載の焼却炉の空冷壁表面温度の制御方法。
3. 前記焼却炉にボイラが付加された構成において、前記ごみの発熱量として、燃焼空気の供給量，燃焼空気の温度および焼却炉に付加されたボイラの蒸発量の各値から下式１に基づき計算された値を用いることを特徴とする請求項１または２記載の焼却炉の空冷壁表面温度の制御方法。
   ごみの発熱量＝Ａ×（ボイラの蒸発量／ごみの導入量）＋Ｂ ・・（式１）
   なお、式中の係数ＡおよびＢは、燃焼空気の供給量、燃焼空気の温度、ボイラ出口のガス温度、焼却損失の影響を受ける値で、焼却炉およびボイラ周りの熱収支を基に、焼却炉ごとに設定することができる。
4. 前記空冷壁から供出された冷却用空気の一部が、前記空冷壁に供給される冷却用空気に混合され、混合された空気が、冷却用空気として前記空冷壁に供給されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の焼却炉の空冷壁表面温度の制御方法。
5. 燃焼室の周囲に空冷壁を備え、請求項１〜４のいずれかに記載の制御方法を用いた焼却炉であって、
   前記空冷壁に導入される冷却用空気の流量検出器および流量調整部と、前記ごみの発熱量を検出する手段，前記燃焼室のガス温度を検出する手段および前記空冷壁の表面温度を検出する手段のうち、そのいずれかあるいはいくつかを組合せた検出手段と、を備えることを特徴とする焼却炉。
6. 前記空冷壁の表面温度を検出する手段として、該空冷壁から供出された冷却用空気の供出流路に設けられた温度検出器を用いることを特徴とする請求項５記載の焼却炉。
7. 前記空冷壁からの冷却用空気の供出流路が分岐され、その分岐流路が前記空冷壁に供給される冷却用空気の供給流路に接続され、供出された冷却用空気の一部が混合された冷却用空気が、流量調整されるとともに温度調整されて、前記空冷壁に供給されることを特徴とする請求項５または６記載の焼却炉。
   

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