JP6429911B2 - 被燃焼物の発熱量の測定方法および測定された発熱量を用いた燃焼炉の燃焼制御方法と燃焼制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、被燃焼物の発熱量の測定方法および測定された発熱量を用いた燃焼炉の燃焼制御方法と燃焼制御装置に関し、特に、炭素および水素を主成分とする被燃焼物を対象とし、被燃焼物の発熱量の測定方法および測定された発熱量を用いた燃焼炉の燃焼制御方法と燃焼制御装置に関する。

従来不要となった可燃物は、エネルギー源として所定の焼却炉において燃焼処理され、そこで発生した廃熱を利用して種々の温熱源や動力源として有効に利用される。例えば、都市ごみや下水汚泥等の被燃焼物は事業所や家庭等から回収され、各地域に設けられた焼却処理場や焼却処理施設等に搬送され、燃焼処理されて清浄化された排ガスや焼却灰として処分される。また、各種処理プロセスにおいて発生する副生物等の被燃焼物は、事業所内の処理施設等において燃焼処理され、発生した廃熱はプロセスの温熱源や動力源として有効に利用される。このとき、こうした被燃焼物は、その性状が必ずしも既知の場合だけではなく、また多種多様な組成物からなる場合があり、安定して燃焼させることが容易でなく、安定した燃焼制御を行うことが難しい場合があった。このため、未燃分の発生を防止し、炉内燃焼状態の安定を図ることが可能なごみ燃焼炉の燃焼制御方法が求められる。多様な発熱量を持つ被燃焼物を完全に燃焼させて、ボイラの蒸気発生量等が一定になるような運転を維持し安定した温熱源や動力源として供給すべく、燃焼炉に供給される被燃焼物供給量や燃焼空気量等に対して、炉内温度や排ガス中の酸素濃度等を指標として自動燃焼制御が行われる。また、炉内部に一次燃焼室と二次燃焼室を有する構成によって、一次燃焼室での燃焼処理における未燃ガスや未燃物を、二次燃焼室において完全燃焼させるように構成された焼却炉が提案されている（例えば特許文献１参照）。

さらに、燃焼している被燃焼物の発熱量に係る情報をリアルタイムに精度よく連続して取得し、これを用いて現在の燃焼状態に対して時間遅れのない被燃焼物の燃焼制御を行うことを目的として新たな燃焼制御方法あるいは燃焼制御装置が提案されている。具体的には、燃焼排ガス中の実測の成分濃度から、被燃焼物の発熱量を算出し、算出された被燃焼物発熱量を基に、ボイラ蒸発量を算出するとともに、算出されたボイラ蒸発量を基に、燃焼炉に投入される被燃焼物，燃焼空気および助燃材の供給量を制御する方法等が挙げられる（例えば特許文献２参照）。

特開２００５−２１４５１３号公報 特許第５９９６７６２号公報

しかしながら、こうした燃焼制御方法あるいは燃焼制御装置等従前の燃焼制御においては、いくつかの課題や要請があった。例えば、排ガス温度や排ガス中のガス組成などを測定し、算出された被燃焼物の発熱量を基に燃焼させる被燃焼物の量、燃焼空気量、燃焼空気温度を加減する被燃焼物の燃焼制御において、
（ｉ）燃焼炉内への空気の漏れ込みがあった場合、算出された被燃焼物の発熱量が漏れ込む空気量によって影響され、その漏れ込み量も変化することがあるため、適切な燃焼制御が難しく、また適切な適正値への補正方法がなかった。
（ii）また、被燃焼物中には酸素成分が含まれることがあり、算出された被燃焼物の発熱量が被燃焼物中の酸素含有量によって影響され、その含有量も対象となる被燃焼物の種類あるいは投入時期によって変化することがあるため、適切な燃焼制御が難しく、また適切な適正値への補正方法がなかった。
（iii）さらに、被燃焼物が廃棄物の場合、ごみ質の測定は、環整９５号で定義されるように，サンプリングした廃棄物から水分と可燃分を測定して計算する方法が主であり，その他、サンプリングした廃棄物中の元素組成からＤｕｌｏｎｇの式やＳｔｅｕｅｒの式を用いて計算する方法が一般的であり，熱量計を使用して測定する方法も採用されている。しかし、これらの測定方法は、いずれも均質な廃棄物については相関性があるといわれるが、実際の廃棄物では、不均一で多種多様な組成を有することから、サンプリング誤差が大きく，組成分析，元素組成，サンプルを破砕して測定される発熱量等の結果は信頼性が低いという課題があった。また、実際の廃棄物では、燃焼炉に供給される被燃焼物の性状が刻一刻変化することから、こうした廃棄物の変動に対応した熱容量等の特性を適切に測定することができる測定方法を確立することが強く求められている。

そこで、本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、こうした課題を解決し、燃焼している被燃焼物の発熱量に係る情報をリアルタイムに精度よく連続して測定することができる被燃焼物の発熱量の測定方法を確立し、測定された発熱量を用いて現在の燃焼状態に対して時間遅れのない燃焼炉の燃焼制御を行う方法およびこれを適用した燃焼制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、炭素および水素を主成分とする被燃焼物を燃焼炉によって燃焼処理するプロセスにおいて、以下の手順に基づき、該被燃焼物の発熱量を測定することを特徴とする。
（Ａ１）所定量の被燃焼物が供給された燃焼炉からの排ガス流量を測定する。
（Ａ２）燃焼炉からの排ガス中の酸素，二酸化炭素および水分の成分濃度を測定する。
（Ａ３）測定された前記各成分濃度から、排ガス中の窒素濃度［Ｎ_２］を算出する。
（Ａ４）算出された窒素濃度［Ｎ_２］を基に大気中の窒素濃度Ａｎに対する換算係数を算出し、該換算係数を乗じた前記酸素，二酸化炭素および水分の換算成分濃度Ｇｏ，ＧｄおよびＧｗを算出する。
（Ａ５）換算された二酸化炭素の成分濃度Ｇｄを基に、前記排ガス流量を用いて、単位時間当たりの被燃焼物中の炭素量を算出する。
（Ａ６）大気中の酸素濃度Ａｏから、換算された酸素の成分濃度Ｇｏおよび二酸化炭素の成分濃度Ｇｄを減算し、前記排ガス流量を用いて、単位時間当たりの燃焼処理において消費された被燃焼物中の水素量を算出するとともに、算出された該水素量から燃焼処理によって発生した水分量を算出する。
（Ａ７）換算された水分の成分濃度Ｇｗおよび算出された前記水分量を基に、前記排ガス流量を用いて、単位時間当たりの被燃焼物中の水分蒸発量を算出する。
（Ａ８）算出された前記炭素量，水素量および水分量を用い、燃焼処理により発生した被燃焼物中の炭素と水素の反応発熱量および水分の潜熱量に基づき被燃焼物の算出発熱量を算出し、前記被燃焼物の供給量から燃焼処理された被燃焼物単位供給量当りの算出発熱量Ａを算出する。

上記課題に対する検証過程において、本発明者は、焼却炉出口に設置できて高温の排ガス中の成分濃度をリアルタイムに測定できるレーザー式排ガス分析計が実用化されたことで，現在の燃焼状態を示す情報として排ガス中の成分濃度を基に燃焼された被燃焼物の特性（例えばごみ質や発熱量）がリアルタイムに測定可能であるとの知見を得た。また、このとき高温の排ガス流量をリアルタイムに測定し、測定された排ガス流量を用いて発熱に関係する被燃焼物中の成分と排ガス中の成分との定量的な関係をリアルタイムに把握することができれば、さらに正確に燃焼された被燃焼物の特性をリアルタイムに測定することができる。本発明は、こうした知見を基に、上記手順に基づく方法によって、燃焼している被燃焼物の発熱量に係る情報をリアルタイムに精度よく連続して測定することができる被燃焼物の発熱量の測定方法を確立することが可能となった。また、このとき、燃焼炉からの排ガス流量を測定し、その排ガス流量を基に被燃焼物の特性（組成）を算出することによって、漏れ込み量や被燃焼物中には酸素成分が含まれる場合であっても、より正確な被燃焼物の特性をリアルタイムに測定することが可能となった。

本発明は、炭素および水素を主成分とする被燃焼物を燃焼炉によって燃焼処理するプロセスにおいて、以下の手順に基づき、該被燃焼物の発熱量を測定することを特徴とする。
（Ｂ１）所定量の被燃焼物が供給された燃焼炉からの排ガス流量を測定する。
（Ｂ２）排ガス中の酸素および水分の成分濃度を測定する。
（Ｂ３）測定された酸素，水分の成分濃度［Ｏ_２］，［Ｈ_２Ｏ］から、下式１を基に排ガス中の二酸化炭素濃度［ＣＯ_２］を算出する。
［ＣＯ_２］＝Ｒｏ×（１００−［Ｈ_２Ｏ］）／１００−［Ｏ_２］ …式１
ここで、［ ］内は百分率表示濃度を示し、Ｒｏは大気中の酸素濃度から灰分に取り込まれる酸素成分量を減じて設定された係数を示す。
（Ｂ４）測定された酸素濃度［Ｏ_２］と水分濃度［Ｈ_２Ｏ］および算出された二酸化炭素濃度［ＣＯ_２］から、排ガス中の窒素濃度［Ｎ_２］を算出する。
（Ｂ５）算出された窒素濃度［Ｎ_２］を基に大気中の窒素濃度Ａｎに対する換算係数を算出し、該換算係数を乗じた前記酸素，二酸化炭素および水分の換算成分濃度Ｇｏ，ＧｄおよびＧｗを算出する。
（Ｂ６）換算された二酸化炭素の成分濃度Ｇｄを基に、前記排ガス流量を用いて、単位時間当たりの被燃焼物中の炭素量Ｅｃを算出する。
（Ｂ７）大気中の酸素濃度Ａｏから、換算された酸素の成分濃度Ｇｏおよび二酸化炭素の成分濃度Ｇｄを減算し、前記排ガス流量を用いて、単位時間当たりの燃焼処理において消費された被燃焼物中の水素量Ｅｈを算出するとともに、算出された該水素量から燃焼処理によって発生した水分量Ｃｗを算出する。
（Ｂ８）換算された水分の成分濃度Ｇｗおよび算出された前記水分量Ｃｗを基に、前記排ガス流量を用いて、単位時間当たりの被燃焼物中の水分蒸発量を算出する。
（Ｂ９）算出された前記炭素量，水素量および水分量を用い、燃焼処理により発生した被燃焼物中の炭素と水素の反応発熱量および水分の潜熱量に基づき被燃焼物の算出発熱量を算出し、前記被燃焼物の供給量から燃焼処理された被燃焼物単位供給量当りの算出発熱量Ｂを算出する。

本発明は、上記被燃焼物の発熱量を測定する方法において、以下の手順に基づき、混入空気量および被燃焼物中の酸素量を算出することを特徴とする。
（Ｃ１）下式２に基づき、燃焼炉に供給される燃焼空気以外の混入空気量を算出する。
（混入空気量）＝（排ガス流量×［Ｎ_２］−燃焼空気供給量×Ａｎ）／Ａｎ ……式２
（Ｃ２）下式３に基づき、被燃焼物中の酸素量を算出する。
（被燃焼物中の酸素量）＝（排ガス流量×［Ｏ_２］）−（燃焼空気供給量×Ａａ−排ガス流量×［ＣＯ_２］−水分量Ｃｗ）−（混入空気量×Ａｎ） ……式３

本発明に係る被燃焼物の燃焼制御方法は、上記被燃焼物の発熱量を基にボイラ蒸発量を算出し、該ボイラ蒸発量を基に燃焼炉に投入される被燃焼物および燃焼空気の供給量を制御し、燃焼炉の燃焼制御を行うことを特徴とする。
こうした構成によって、性状等の変動要素の多い被燃焼物であっても、実測の排ガス中の成分濃度測定値を用いて当該燃焼空気の空気過剰率を算出することによって、こうした変動要素が反映された発熱量を推定することができる。従って、燃焼している被燃焼物の発熱量に係る情報をリアルタイムに精度よく連続して取得し、これを用いて現在の燃焼状態に対して時間遅れのない被燃焼物の燃焼制御を行うことを可能にした。

本発明は、上記被燃焼物の燃焼制御方法を適用した燃焼制御装置であって、少なくとも、燃焼炉からの排ガス流量を測定する手段，被燃焼物の供給量測定部，燃焼空気の供給量測定部，および排ガス中の酸素および水分、または酸素，水分および二酸化炭素濃度の成分濃度測定部を有し、前記算出された算出発熱量Ａまたは算出発熱量Ｂを用いて、燃焼炉に投入される被燃焼物および燃焼空気の供給量を制御することを特徴とする。
こうした構成によって、燃焼している被燃焼物の発熱量に係る情報をリアルタイムに精度よく連続して取得し、これを用いて現在の燃焼状態に対して時間遅れのない被燃焼物の燃焼制御を行うことが可能となった。

本発明に係る被燃焼物の発熱量の測定方法の基本的な概念を例示する概略図 本発明に係る被燃焼物の発熱量の測定方法を用いた燃焼制御装置の構成例を示す概略図 測定したＣＯ_２濃度とＯ_２濃度から計算したＣＯ_２濃度との相関を例示する概略図 本発明に係る燃焼制御装置の実証結果を例示する概略図

＜本発明に係る被燃焼物の発熱量を測定する方法＞
本発明に係る被燃焼物の発熱量を測定する方法（以下「本測定方法」ということがある）は、炭素および水素を主成分とする被燃焼物を燃焼炉によって燃焼処理するプロセスにおいて、以下の手順に基づき、該被燃焼物の発熱量を測定することを特徴とする。燃焼している被燃焼物の発熱量に係る情報に基づき、被燃焼物の発熱量をリアルタイムに精度よく連続して測定することができる測定方法を確立することができる。
（Ａ１）燃焼炉からの排ガス流量を測定する。
（Ａ２）燃焼炉からの排ガス中の酸素，二酸化炭素および水分の成分濃度を測定する。
（Ａ３）測定された前記各成分濃度から、排ガス中の窒素濃度［Ｎ_２］を算出する。
（Ａ４）算出された窒素濃度［Ｎ_２］を基に大気中の窒素濃度Ａｎに対する換算係数を算出し、該換算係数を乗じた前記酸素，二酸化炭素および水分の換算成分濃度Ｇｏ，ＧｄおよびＧｗを算出する。
（Ａ５）換算された二酸化炭素の成分濃度Ｇｄを基に、被燃焼物単位供給量当りの被燃焼物中の炭素量を算出する。
（Ａ６）大気中の酸素濃度Ａｏから、換算された酸素の成分濃度Ｇｏおよび二酸化炭素の成分濃度Ｇｄを減算し、燃焼処理において消費された被燃焼物中の水素量および燃焼処理によって発生した水分量を算出する。
（Ａ７）換算された水分の成分濃度Ｇｗおよび算出された前記水分量を基に、被燃焼物中の水分蒸発量を算出する。
（Ａ８）算出された前記炭素量，水素量および水分量を用い、燃焼処理により発生した被燃焼物中の炭素と水素の反応発熱量および水分の潜熱量に基づく、燃焼処理された被燃焼物単位供給量当りの算出発熱量Ａを算出する。

〔本測定方法の基本概念〕
被燃焼物の発熱量は、被燃焼物中の炭素と水素の酸化反応による発熱量と，水分の蒸発潜熱の影響が支配的であり，排ガス中の酸素濃度［Ｏ_２］，二酸化炭素濃度［ＣＯ_２］および水分濃度［Ｈ_２Ｏ］を測定することによって算出が可能である。
具体的には、以下に示すような基本概念に基づき算出・測定することができる。
（ａ）排ガス中の各成分の由来について
図１に例示するように，排ガス中の各成分は、被燃焼物中の炭素，水素および水分と燃焼炉に供給された供給空気（燃焼空気および混入空気を含む）中の窒素および酸素から移行している。
（ａ−１）窒素：全量が供給空気から供給される
（ａ−２）酸素：供給された供給空気のうち被燃焼物中の炭素の酸化反応（Ｃ＋Ｏ_２→ＣＯ_２）と水素の酸化反応（２Ｈ_２＋Ｏ_２→２Ｈ_２Ｏ）で消費された残量および被燃焼物中の酸素が含まれる
（ａ−３）二酸化炭素：全量が被燃焼物中の炭素が酸化反応で生成された量となる
（ａ−４）水分：被燃焼物中の水素が酸化反応によって生成された量と、被燃焼物中の水分が蒸発（Ｈ_２Ｏ（液）→Ｈ_２Ｏ（気体））した量の和となる（供給空気中の水分は無視しうる）

（ｂ）物質収支と発熱量について
上記（ａ）における物質収支について検証すると、被燃焼物中の水素の酸化反応によってその容積が２倍となった水分と、被燃焼物中の水分が蒸発した量だけ排ガスは空気から増加する。被燃焼物の発熱量の計算では、この増加量を明確にする必要がある（下記（ｃ）参照）。
また、供給空気中の酸素が消費された量に着目し、被燃焼物中の炭素，水素および水分と供給空気中の窒素および酸素が、排ガス中の各ガス成分に移行した量を計算する。特に排ガス中の水分が、被燃焼物中の水素の酸化反応によるものか（発熱）被燃焼物中の水分の蒸発によるものか（吸熱）によって発熱量が異なるために、この由来比率を明確にすることが重要である（下記（ｄ）参照）。
なお、被燃焼物中の酸素成分は実質的に排ガス中の酸素成分となると考えられることから、発熱量には関与せず発熱量の算出・測定においては影響しない成分として扱うことができる。
また、被燃焼物中には硫黄や塩素等酸化反応によって発熱する元素は他にも存在するが、排ガス中の硫黄酸化物や塩化水素の濃度はｐｐｍ単位であり、二酸化炭素や水分の濃度の％単位に比べて小さい値であるため無視することができる。

（ｃ）被燃焼物の酸化反応に伴う体積増加について
排ガス中のＣＯ_２量は、被燃焼物中の炭素が全量酸化反応して発生したものであり、排ガス中のＯ_２量は、この酸化反応の他に被燃焼物中の水素の酸化反応で消費された量の残りである。この考え方を採用することで、排ガス中のＨ_２Ｏについて、被燃焼物中のＨの酸化反応により生成した量と、被燃焼物中のＨ_２Ｏが蒸発した量の比率を計算できる。
ここで，供給空気中のＮ_２量と排ガス中のＮ_２量は同量とすると、供給空気量（供給空気流量）に対する排ガス量（排ガス流量）の体積増加割合ｔは、以下に示すように計算することができる。
（ｃ−１）燃焼による供給空気から排ガスへの体積増加割合ｔ＝Ａｎ／Ｇｎ
（ｃ−２）供給空気中の窒素濃度Ａｎ：７９［％］
（ｃ−３）排ガス中の窒素濃度［Ｎ_２］＝１００−［Ｏ_２］−［ＣＯ_２］−［Ｈ_２Ｏ］［％］
ここで、［Ｏ_２］：排ガス中のＯ_２濃度［％］
［ＣＯ_２］：排ガス中のＣＯ_２濃度［％］
［Ｈ_２Ｏ］：排ガス中のＨ_２Ｏ濃度［％］

（ｄ）排ガス中の水分の由来比率
排ガス中のＨ_２Ｏの由来を，被燃焼物中の水素の酸化反応によるものと被燃焼物中の水分の蒸発によるものに分けるために，排ガス中の各成分濃度を供給空気での成分量の割合に換算する。
（ｄ−１）排ガス中Ｎ_２濃度の換算濃度Ｇｎ：７９
（ｄ−２）排ガス中Ｏ_２濃度の換算濃度Ｇｏ＝［Ｏ_２］×ｔ
（ｄ−３）排ガス中ＣＯ_２濃度の換算濃度Ｇｄ＝［ＣＯ_２］×ｔ
（ｄ−４）排ガス中Ｈ_２Ｏ濃度の換算濃度Ｇｗ＝［Ｈ_２Ｏ］×ｔ
次に、以下の式で，被燃焼物中の炭素と水素の酸化反応量と被燃焼物中のＨ_２Ｏの蒸発量が計算できる。
（ｄ−５）空気中のＯ_２の減少量Ｄｏ＝２１−Ｇｏ
（ｄ−６）被燃焼物中の炭素の燃焼によるＯ_２の消費量Ｄｃ＝Ｇｄ
（ｄ−７）被燃焼物中の水素の燃焼によるＯ_２の消費量Ｄｈ＝Ｄｏ−Ｇｄ＝（２１−Ｇｏ）−Ｇｄ
（ｄ−８）被燃焼物中のＨ_２Ｏの蒸発量Ｄｗ＝Ｇｗ−（２×Ｄｈ）
以上から，排ガス中のＨ_２Ｏの由来比率は、以下のとおりとなる。
（ｄ−９）水素の酸化反応分：被燃焼物中のＨ_２Ｏ蒸発分＝Ｄｈ：Ｄｗ

（ｅ）反応に伴うＣＯ_２，Ｈ_２Ｏの発生量と被燃焼物中のＨ_２Ｏの蒸発量の算出
既述のように、被燃焼物の発熱量は、被燃焼物中の炭素と水素の酸化反応による発熱量と，水分の蒸発潜熱により算出される。また、排ガス流量Ｍｇ［ｍ^３Ｎ／ｈ］は、後述する測定方法の手順（Ａ１）により求められる。
以上から、炭素と水素の酸化反応によるＣＯ_２，Ｈ_２Ｏの発生量と被燃焼物中のＨ_２Ｏの蒸発量は、以下の通りである。
（ｅ−１）炭素の酸化反応によるＣＯ_２の発生量Ｍｃ＝Ｍｇ×Ｇｄ／１００［ｍ^３Ｎ／ｈ］
（ｅ−２）水素の酸化反応によるＨ_２Ｏの発生量Ｍｈ
＝（Ｍｇ×Ｇｗ／１００）×（２×Ｄｈ）／（Ｄｈ＋Ｄｗ）［ｍ^３Ｎ／ｈ］
（ｅ−３）被燃焼物中のＨ_２Ｏの蒸発量Ｍｗ
＝（Ｍｇ×Ｇｗ／１００）×Ｄｗ／（Ｄｈ＋Ｄｗ）［ｍ^３Ｎ／ｈ］

（ｆ）被燃焼物の発熱量の算出
単位モルあたりの炭素，水素の酸化反応による発生熱量と、被燃焼物中の水分の潜熱は、以下の通りである。
（ｆ−１）Ｃ＋Ｏ_２ ＝ＣＯ_２ ＋３９３．５１［ｋＪ］
（ｆ−２）２Ｈ_２＋Ｏ_２＝２Ｈ_２Ｏ ＋５７１．６６［ｋＪ］
（ｆ−３）Ｈ_２Ｏ（液）＝Ｈ_２Ｏ（気体）−４５．２０［ｋＪ］
従って、被燃焼物Ｆ［ｋｇ／ｈ］の発熱量は、以下の通り算出することができる。
（ｆ−４）炭素の酸化反応による発熱量Ｑｃ＝３９３．５１×Ｍｃ×１０００／２２．４［ｋＪ／ｈ］
（ｆ−５）水素の酸化反応による発熱量Ｑｈ
＝５７１．６６／２×Ｍｈ×１０００／２２．４［ｋＪ／ｈ］
（ｆ−６）排ガス中のＨ_２Ｏの潜熱Ｑｗ＝４５．２０×（Ｍｈ＋Ｍｗ）×１０００／２２．４［ｋＪ／ｈ］
（ｆ−７）被燃焼物の燃焼に伴い発生する熱量Ｑｆ＝Ｑｃ＋Ｑｈ−Ｑｗ
以上から、被燃焼物単位供給量当りの発熱量Ｑｏは、以下の通りとなる。
（ｆ−８）被燃焼物単位供給量当りの発熱量Ｑｏ＝Ｑｆ／Ｆ

〔本測定方法の実施態様〕
次に、本測定方法の実施態様（実施態様１）を、例えば本発明に係る燃焼制御装置の一態様である図２に例示する燃焼制御装置を参照して詳細に説明する。
（Ａ１）燃焼炉からの排ガス流量の測定
燃焼炉からの排ガス流量をリアルタイムに測定する。具体的には、図２に示す燃焼制御装置において、所定量の被燃焼物Ｅが供給部１から燃焼炉２に供給され、燃焼処理される。燃焼炉２からの排出ガス流路に設けられた節炭器４を用い、節炭器４に供給される排ガスＧの持ち出し熱量Ｈｏに係る排ガスと給水の出入口温度（Ｔｇｉ，Ｔｇｏ，Ｔｗｉ，Ｔｗ）および排ガス流量Ｍｇと給水量Ｍｗの関係から、式Ａ１〜Ａ２に基づき、正確なリアルタイムの排ガス流量Ｍｇを算出することができる。
Ｈｏ［ｋＪ／ｈ］ ＝Ｍｇ×Ｃｐｇ×（Ｔｇｏ−Ｔａ２） ……式Ａ１
Ｍｇ［ｍ^３Ｎ／ｈ］＝Ｍｗ×（Ｔｗ−Ｔｗｉ）×Ｃｗ／（Ｔｇｉ−Ｔｇｏ）／Ｃｐｇ ……式Ａ２
ここで、Ｍｗ：節炭器入口給水量［ｔ／ｈ］
Ｔｗｉ：節炭器入口給水温度［℃］
Ｔｗ ：節炭器出口給水温度［℃］
Ｔｇｉ：節炭器入口排ガス温度［℃］
Ｔｇｏ：節炭器出口排ガス温度［℃］
Ｔａ２：常温（室内温度）［℃］
Ｃｐｇ：節炭器入口排ガス定圧比熱［ｋＪ／ｍ^３Ｎ・℃］
なお、排ガス流量Ｍｇの測定は、節炭器４に限定されず、例えば、ガスエアヒータや予熱器（図示せず）のように排ガスとの熱交換機能を有し、その熱収支から排ガス流量を算出することができる装置を例として、排ガスとの接触によって変化する物質の接触前後の性状変化から排ガス流量を算出することができる装置であれば、本測定方法に適用することができる。また、独立した熱交換器を有していない場合には、燃焼処理後の排ガスを排出する煙突等に導入される煙突等出口排ガス中の酸素濃度および煙突等出口流量を測定し、燃焼炉出口排ガス中の酸素濃度との対比から排ガス流量を算出することができる装置を用いることができる。

（Ａ２）排ガス中の酸素，二酸化炭素および水分の成分濃度を測定する。
図２に例示するように、燃焼炉２の炉内、または炉出口に設けられたＯ_２濃度計，Ｈ_２Ｏ濃度計およびＣＯ_２濃度計５により、燃焼排ガス中の酸素，水分および二酸化炭素の成分濃度を測定することによって、燃焼状態の情報をリアルタイムに得ることができる。むろん多成分測定用のレーザ分析計等を用い、１つの濃度計により各成分濃度を測定することも可能であり、装置のシンプル化を図るとともに、各成分濃度測定値の時間的ズレをなくすことができる点においても優れている。

（Ａ３）測定された前記各成分濃度から、排ガス中の窒素濃度［Ｎ_２］を算出する。
測定された酸素濃度，水分濃度および二酸化炭素濃度を用い、排ガス中の窒素濃度［Ｎ_２］を算出する。具体的には、下式Ａ３に基づき、実測の酸素濃度，水分濃度および二酸化炭素濃度から、排ガス中の窒素濃度［Ｎ_２］を算出する（ｗ：ｗｅｔ状態）。
［Ｎ_２（ｗ）］＝１００−（［Ｏ_２（ｗ）］＋［ＣＯ_２（ｗ）］＋［Ｈ_２Ｏ］） …式Ａ３

（Ａ４）算出された窒素濃度［Ｎ_２］を基に大気中の窒素濃度Ａｎに対する換算係数を算出し、該換算係数を乗じた前記酸素，二酸化炭素および水分の換算成分濃度Ｇｏ，ＧｄおよびＧｗを算出する。
（Ａ４-１）大気中の窒素濃度に対する換算係数の算出
燃焼反応前後において不変の要素である窒素を基準に、これを燃焼空気供給時の分圧（基準窒素濃度Ａｎ：燃焼空気を１００としたとき７９）に換算する係数（換算係数）ｔを、下式Ａ４−１に基づき算出する。
ｔ＝Ａｎ（＝７９）／［Ｎ_２（ｗ）］ …式Ａ４−１
（Ｒ４-２）酸素，二酸化炭素，水分の換算成分濃度の算出
酸素，二酸化炭素，水分の各成分濃度に換算係数ｔを乗じた酸素，二酸化炭素および水分の換算成分濃度Ｇｏ，Ｇｄ，Ｇｗを算出する。下式Ａ４−２に基づき、それぞれ、換算酸素濃度Ｇｏ，換算二酸化炭素濃度Ｇｄ，換算水分濃度Ｇｗを算出する。このとき、各数値は、燃焼空気の単位供給量当りの酸素量，二酸化炭素量および水分量となる。
Ｇｏ＝［Ｏ_２（ｗ）］×ｔ，Ｇｄ＝［ＣＯ_２（ｗ）］×ｔ，Ｇｗ＝［Ｈ_２Ｏ］×ｔ …式Ａ４−２

（Ａ５）被燃焼物中の炭素量の算出
換算された二酸化炭素の成分濃度Ｇｄを基に、被燃焼物単位供給量当りの被燃焼物中の炭素量Ｄｄを算出する。具体的には、下式Ａ５から、被燃焼物中の炭素量Ｄｃを得ることができる。
Ｄｃ＝Ｇｄ …式Ａ５

（Ａ６）被燃焼物中の水素量および発生した水分量の算出
下式Ａ６に示すように、大気中の酸素濃度Ａｏ（＝２１％）から換算された酸素の成分濃度Ｇｏおよび二酸化炭素の成分濃度Ｇｄを減算し、燃焼処理において消費された被燃焼物中の水素量Ｄｈを算出し、さらに被燃焼物中の水素量Ｄｈの全量が燃焼処理によって被燃焼物中の水素由来の水分量（２×Ｄｈ）を算出することができる。
Ｄｈ＝（Ａｏ−Ｇｏ）−Ｇｄ …式Ａ６

（Ａ７）被燃焼物中の水分蒸発量の算出
換算された水分の成分濃度Ｇｗおよび上記（Ａ６）において算出された水分量（２×Ｄｈ）を基に、下式Ａ７から、被燃焼物中の水分蒸発量Ｄｗを算出する。
Ｄｗ＝Ｇｗ−（２×Ｄｈ） …式Ａ７

（Ａ８）算出発熱量Ａの算出
算出された炭素量Ｄｃ（＝Ｇｄ），水素量Ｄｈおよび水分量Ｄｗを用い、燃焼処理により発生した被燃焼物中の炭素と水素の反応発熱量および水分の潜熱量に基づく、燃焼処理された被燃焼物単位供給量当りの算出発熱量Ａを算出する。
（Ａ８−１）下式Ａ８−１ａより炭素の酸化反応によるＣＯ_２の発生量Ｍｃを算出し、下式Ａ８−１ｂより炭素の酸化反応による発熱量Ｑｃを算出する。
Ｍｃ＝Ｍｇ×Ｄｃ／１００ …式Ａ８−１ａ
Ｑｃ＝３９３．５１×Ｍｃ×１０００／２２．４ …式Ａ８−１ｂ
（Ａ８−２）下式Ａ８−２ａより水素の酸化反応によるＨ_２Ｏの発生量Ｍｈを算出し、下式Ａ８−２ｂより水素の酸化反応による発熱量Ｑｈを算出する。
Ｍｈ＝（Ｍｇ×Ｇｗ／１００）×（２×Ｄｈ）／（Ｄｈ＋Ｄｗ） …式Ａ８−２ａ
Ｑｈ＝５７１．６６／２×Ｍｈ×１０００／２２．４ …式Ａ８−２ｂ
（Ａ８−３）下式Ａ８−３ａより被燃焼物中のＨ_２Ｏの蒸発量Ｍｗを算出し、下式Ａ８−３ｂより排ガス中のＨ_２Ｏの潜熱Ｑｗを算出する。
Ｍｗ＝（Ｍｇ×Ｇｗ／１００）×Ｄｗ／（Ｄｈ＋Ｄｗ） …式Ａ８−３ａ
Ｑｗ＝４５．２０×（Ｍｈ＋Ｍｗ）×１０００／２２．４ …式Ａ８−３ｂ
（Ａ８−４）以上から、燃焼処理された被燃焼物単位供給量当りの算出発熱量Ａを、下式Ａ８―４より算出する。
（算出発熱量Ａ）＝（Ｑｃ＋Ｑｈ−Ｑｗ）／Ｅ …式Ａ８−４

〔本測定方法の他の実施態様〕
次に、本測定方法の他の実施態様（実施態様２）について説明する。後述するように、排ガス中の二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度が、排ガス中の酸素（Ｏ_２）濃度および水分（Ｈ_２Ｏ）濃度を基に算出することができることから、ＣＯ_２濃度計が設けられない点において上記実施態様１と異なる。なお、上記実施態様１と共通する点については省略することがある。

（Ｂ１）燃焼炉からの排ガス流量の測定
上記（Ａ１）と共通するために省略する。
（Ｂ２）排ガス中の酸素および水分の成分濃度を測定する。
燃焼炉の炉内、または炉出口に設けられたＯ_２濃度計およびＨ_２Ｏ濃度計により排ガス中の酸素および水分の成分濃度を測定することによって、燃焼状態の情報をリアルタイムに得るとともに、この２つの指標を用いて被燃焼物の発熱量の算出に不可欠な指標である排ガス中のＣＯ_２濃度を算出することによって、上記実施態様１と差異のない精度の良い、被燃焼物の発熱量の測定方法を確立することができる。

（Ｂ３）測定された酸素および水分の成分濃度［Ｏ_２］，［Ｈ_２Ｏ］から、下式１を基に排ガス中の二酸化炭素濃度を算出する。
［ＣＯ_２］＝Ｒｏ×（１００−［Ｈ_２Ｏ］）／１００−［Ｏ_２］ …式１
ここで、［ ］内は百分率表示濃度を示し、Ｒｏは大気中の酸素濃度から灰分に取り込まれる酸素成分量を減じて設定された係数を示す。
つまり、被燃焼物が完全燃焼し、被燃焼物中の酸素および窒素が排ガス中の酸素および窒素の成分濃度に影響を与えない条件の場合、燃焼空気中の二酸化炭素濃度［ＣＯ_２］と酸素濃度［Ｏ_２］は、下式Ｂ３−１〜４の関係が成り立つ（ｄ：乾燥状態，ｗ：湿潤状態を示す）。
［ＣＯ_２（ｄ）］＋［Ｏ_２（ｄ）］＝Ｒｏ …式Ｂ３−１
［ＣＯ_２（ｄ）］＝［ＣＯ_２（ｗ）］×１００／（１００−［Ｈ_２Ｏ］） …式Ｂ３−２
［Ｏ_２（ｄ）］ ＝［Ｏ_２（ｗ）］×１００／（１００−［Ｈ_２Ｏ］） …式Ｂ３−３
［ＣＯ_２（ｗ）］＝Ｒｏ×（１００−［Ｈ_２Ｏ］）／１００−［Ｏ_２（ｗ）］ …式Ｂ３−４
しかしながら、実動状態においては、式Ｂ３−１，３−４においてＲｏ＝「２１」は成立せず、例えばＲｏ＝「１９」となることが実証されている。燃焼反応によって発生する灰分に取り込まれる酸素成分量がその差であると解される。［ＣＯ_２（ｄ）］および［Ｏ_２（ｄ）］は、予め実操業中に、手分析等分析・測定を行うことにより設定可能である。

実機において、測定された酸素および水分の成分濃度［Ｏ_２］，［Ｈ_２Ｏ］から算出した排ガス中の二酸化炭素濃度［ＣＯ_２］と別途実機に設けられた［ＣＯ_２］濃度計で実測された排ガス中の二酸化炭素濃度［ＣＯ_２］を比較してみると、図３に例示されるように、両者には良好な所定の相関があるといえる（図３においては相関係数約０．８５を有している）。

（Ｂ４）測定された酸素濃度［Ｏ_２］と水分濃度［Ｈ_２Ｏ］および算出された二酸化炭素濃度［ＣＯ_２］を用い、排ガス中の窒素濃度［Ｎ_２］を算出する。
具体的には、下式Ｂ４に基づき、実測の酸素濃度，水分濃度および算出された二酸化炭素濃度から、排ガス中の窒素（Ｎ_２）濃度を算出する。
［Ｎ_２（ｗ）］＝１００−（［Ｏ_２（ｗ）］＋［ＣＯ_２（ｗ）］＋［Ｈ_２Ｏ］） …式Ｂ４

（Ｂ５）「算出された窒素濃度を基に燃焼空気中の窒素濃度に対する換算係数を算出し、該換算係数を乗じた酸素，二酸化炭素および水分の換算成分濃度を算出する。」〜（Ｂ８）「換算された水分の成分濃度Ｇｗおよび算出された前記水分量を基に、被燃焼物中の水分蒸発量を算出する。」は、（Ａ４）「算出された窒素濃度を基に燃焼空気中の窒素濃度に対する換算係数を算出し、該換算係数を乗じた酸素，二酸化炭素および水分の換算成分濃度を算出する。」〜（Ａ７）「換算された水分の成分濃度Ｇｗおよび算出された前記水分量を基に、被燃焼物中の水分蒸発量を算出する。」と共通するために省略する。

（Ｂ９）算出発熱量Ｂの算出
算出された炭素量Ｄｃ（＝Ｇｄ），水素量Ｄｈおよび水分量Ｄｗを用い、燃焼処理により発生した被燃焼物中の炭素と水素の反応発熱量および水分の潜熱量に基づく、燃焼処理された被燃焼物単位供給量当りの算出発熱量Ｂを算出する。
（Ｂ９−１）下式Ｂ９−１ａより炭素の酸化反応によるＣＯ_２の発生量Ｍｃを算出し、下式Ｂ９−１ｂより炭素の酸化反応による発熱量Ｑｃを算出する。
Ｍｃ＝Ｍｇ×Ｄｃ／１００ …式Ｂ９−１ａ
Ｑｃ＝３９３．５１×Ｍｃ×１０００／２２．４ …式Ｂ９−１ｂ
（Ｂ９−２）下式Ｂ９−２ａより水素の酸化反応によるＨ_２Ｏの発生量Ｍｈを算出し、下式Ｂ９−２ｂより水素の酸化反応による発熱量Ｑｈを算出する。
Ｍｈ＝（Ｍｇ×Ｇｗ／１００）×（２×Ｄｈ）／（Ｄｈ＋Ｄｗ） …式Ｂ９−２ａ
Ｑｈ＝５７１．６６／２×Ｍｈ×１０００／２２．４ …式Ｂ９−２ｂ
（Ｂ９−３）下式Ｂ９−３ａより被燃焼物中のＨ_２Ｏの蒸発量Ｍｗを算出し、下式Ｂ９−３ｂより排ガス中のＨ_２Ｏの潜熱Ｑｗを算出する。
Ｍｗ＝（Ｍｇ×Ｇｗ／１００）×Ｄｗ／（Ｄｈ＋Ｄｗ） …式Ｂ９−３ａ
Ｑｗ＝４５．２０×（Ｍｈ＋Ｍｗ）×１０００／２２．４ …式Ｂ９−３ｂ
（Ｂ９−４）以上から、燃焼処理された被燃焼物単位供給量当りの算出発熱量Ｂを、下式Ｂ９―４より算出する。
（算出発熱量Ｂ）＝（Ｑｃ＋Ｑｈ−Ｑｗ）／Ｅ …式Ｂ９−４

〔燃焼炉内への混入空気量および被燃焼物中の酸素量の算出〕
本測定方法において、本願発明の１つの課題である燃焼炉内への混入空気量および被燃焼物中の酸素量を把握することによって、より正確な被燃焼物中の蒸発量を測定することができ、より的確な燃焼制御を図ることができる。具体的には、以下の手順に基づき、混入空気量および被燃焼物中の酸素量を算出することを特徴とする。
（Ｃ１）下式２に基づき、燃焼炉に供給される燃焼空気以外の混入空気量を算出する。
（混入空気量）＝（排ガス流量×［Ｎ_２］−燃焼空気供給量×Ａｎ）／Ａｎ ……式２
通常実働状態での燃焼炉内は減圧条件に設定されていることおよび被燃焼物中に含まれる窒素成分が微量であることから、排ガス中に含まれる窒素量と燃焼空気中に含まれる窒素量に差があれば、燃焼炉内への外気の混入が想定される。
（Ｃ２）下式３に基づき、被燃焼物中の酸素量を算出する。
（被燃焼物中の酸素量）＝（排ガス流量×［Ｏ_２］）−（燃焼空気供給量×Ａａ−排ガス流量×［ＣＯ_２］−水分量Ｃｗ）−（混入空気量×Ａｎ） ……式３
被燃焼物中の酸素および混入空気中の酸素は、排ガス中の酸素成分の一部を構成し、燃焼空気中の酸素の一部はＣＯ_２およびＨ_２Ｏとして排ガス中に存在することから、式３に基づき被燃焼物中の酸素量を算出することができる。
（Ｃ３）上記（Ｃ１）で算出された混入空気量または／および（Ｃ２）で算出された被燃焼物中の酸素量は、正味の燃焼空気に係る窒素成分および酸素成分の算出に用いることができ、上記手順（Ａ３）または（Ｂ４）の排ガス中の窒素濃度の算出において、該窒素濃度をリアルタイムに補正することができる。さらに、補正された窒素濃度を用いることによって、正味の被燃焼物の成分および燃焼空気による燃焼状態を測定することができ、発熱量の算出に必要な被燃焼物の成分および燃焼空気に係る窒素成分と酸素成分をより正確に算出することができる。また、その算出結果を用いて被燃焼物の発熱量を算出することによって、燃焼状態に対応した被燃焼物の発熱量をより正確に測定することができる。加えて、こうして算出された算出発熱量を燃焼制御に用いることによって、より正確な燃焼空気量の制御を行うことができ、リアルタイムに安定した燃焼制御を行うことができる。

＜本測定方法の実証実験＞
上記本制御装置を用いて、本測定方法および従前の測定方法により発熱量を算出し、各測定方法の比較検証を行った。
〔検証方法〕
実証試験は、環整９５号に基づき２００ｋｇ×５検体（本試験では検体として廃棄物を用いた）を準備し、各検体についてサンプリングを行い低位発熱量の測定を行なった。サンプリングした５検体のうち、計算結果で誤差の大きいと考えられる最小と最大のものを除く３検体を評価することとした。なお、サンプリングした検体は破砕して混合し測定を行った。
〔検証結果〕
サンプリングした廃棄物を分析し、下記（ｉ）〜（iｖ）に基づき算出した結果を表１に示す。
（ｉ）環整９５号に基づき、３成分の計算式および熱量計測定から発熱量を算出した
（ii）Ｄｕｌｏｎｇの式，Ｓｔｅｕｅｒの式に当てはめて計算した
（iii）廃棄物の検体の組成と燃焼空気の源泉とする物質および熱収支に基づき発熱量を算出した
（iｖ）本測定方法に基づき発熱量を算出した
特定の相関関係を見出すことはできないが、本測定方法（iｖ）は、排ガス量とその成分をベースに計算しており，使用するデータに過不足がないことから，計算結果は現実的であるといえる。一方、物質および熱収支に基づく算出方法（iii）は，従来から施設の機能評価で採用されている方法であるが，焼却炉への漏れ込み空気や被燃焼物中の酸素の評価ができないという欠点があり，計算結果としてのごみ質は，経験的に高めであるとされ、本実証試験においても高位となっている。他の測定方法（ｉ）および（ii）についても、被燃焼物中の「３成分」測定方法を除き、同様の結果となっている。

＜本発明に係る被燃焼物の燃焼制御方法＞
本発明に係る被燃焼物の燃焼制御方法（以下「本制御方法」ということがある）は、上記被燃焼物の発熱量（算出発熱量Ａまたは算出発熱量Ｂ）を基にボイラ蒸発量を算出し、該ボイラ蒸発量を基に燃焼炉に投入される被燃焼物および燃焼空気の供給量を制御し、燃焼炉の燃焼制御を行うことを特徴とする。燃焼している被燃焼物の発熱量に係る情報をリアルタイムに精度よく連続して取得し、これを用いて現在の燃焼状態に対して時間遅れのない被燃焼物の燃焼制御を行うことができる。
以下、本制御方法について、詳細に説明する。

（Ｄ１）ボイラ蒸発量の算出
上記手順（Ａ８）において算出された被燃焼物の算出発熱量Ａまたは上記手順（Ｂ９）において算出された算出発熱量Ｂを基に、ボイラ蒸発量を算出する。具体的には、下式２，３に示すような被燃焼物発熱量とボイラ蒸発量の関係を基に、算出された被燃焼物発熱量からボイラ蒸発量を得ることができる。
（被燃焼物の燃焼熱量）＝（被燃焼物の発熱量）×（被燃焼物の投入量）
＝（ボイラ蒸発量×蒸気エンタルピ＋持出熱量−持込熱量）
…式Ｄ１−１
（ボイラ蒸発量）＝（被燃焼物の燃焼熱量−持出熱量＋持込熱量）／（蒸気エンタルピ）
…式Ｄ１−２
ここで、被燃焼物の投入量，蒸気エンタルピ，持出熱量および持込熱量は、本プロセスにおける各計測値によって、リアルタイムに算出することができる。

このとき、上記手順（Ａ３）または（Ｂ４）の排ガス中の窒素濃度の算出において、上記（Ｃ１）で算出された混入空気量または／および（Ｃ２）で算出された被燃焼物中の酸素量を用いて、正味の燃焼空気に係る窒素成分および酸素成分を算出することによって、より正確な燃焼状態を測定することができる。従って、より正確な被燃焼物の算出発熱量をリアルタイムに適用することができるため、より適切なボイラ蒸発量を算出することができる。

（Ｄ２）被燃焼物および燃焼空気の供給量の制御
算出されたボイラ蒸発量を基に、焼却炉に投入される被燃焼物および燃焼空気の供給量を制御する。具体的には、例えば、被燃焼物および燃焼空気の供給量について、推定されたボイラ蒸発量を基準としてフィードバック制御されるとともに、その他の要素（例えば燃焼炉内温度等）によって補正されることによって、リアルタイムに燃焼状態に対して時間遅れのない被燃焼物の燃焼制御を行うことができる。

＜本発明に係る燃焼制御装置＞
本発明に係る燃焼制御装置（以下「本制御装置」ということがある）は、少なくとも、燃焼炉からの排ガス流量を測定する手段，被燃焼物の供給量測定部，燃焼空気の供給量測定部，および排ガス中の酸素および水分、または酸素，水分および二酸化炭素濃度の成分濃度測定部を有し、上記算出発熱量Ａまたは算出発熱量Ｂを用いて、燃焼炉に投入される被燃焼物および燃焼空気の供給量を制御することを特徴とする。図２に例示する本制御装置により、具体的な実施形態を説明する。

本制御装置は、被燃焼物の供給部１，燃焼炉２，ボイラ３，節炭器４，成分濃度測定部５および燃焼空気供給部６から構成される。被燃焼物Ｅが、供給部１から燃焼炉２に供給され、同じく燃焼空気供給部６から燃焼炉２に供給された燃焼空気Ａとともに、燃焼炉２において燃焼処理される。燃焼処理によって発生した燃焼排ガスＧが、ボイラ３，節炭器４を介して排ガス処理設備に供送され、排出される。燃焼炉２の内部または燃焼炉２から排出される排ガス流路には、成分濃度測定部５が設けられ、排ガス中の酸素および水分、または酸素，水分および二酸化炭素濃度が測定される。なお、高温条件での燃焼において発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）や被燃焼物Ｅ中に含まれる塩素や硫黄等を起源とする塩素化合物や硫黄酸化物（ＳＯｘ）等は微量であり、発熱量に与える影響が少ないことから、ここでは直接的には触れない。

（ａ）被燃焼物の供給部
供給部１には、被燃焼物の供給量測定部（図示せず）が設けられ、供給される被燃焼物Ｅの量と質が測定される。例えば、被燃焼物投入重量検出センサとレーザ距離計等が設けられる（いずれも図示せず）。被燃焼物Ｅの比重が分かれば、被燃焼物Ｅの水分量等を予測することができる。本制御装置においては、実測の排ガス中の水分濃度との補正等に用いることができる。

（ｂ）燃焼空気の供給部
燃焼空気Ａは、本制御装置において例示するように、燃焼炉内下部の１次燃焼ゾーンに載置され移送される被燃焼物Ｅに直接供給されるとともに、１次燃焼ゾーンにおいて未燃または不完全燃焼した成分の完全燃焼および排ガスＧの冷却処理あるいは希釈処理を行うために設けられる燃焼炉内中央部または上部の２次燃焼ゾーンに供給されることが好ましい。燃焼空気供給部６は、こうした複数段に分れた燃焼空気Ａの供給量を測定する供給量測定部と供給量を制御する供給量制御部を有し、例えば、１次燃焼ゾーンにおける被燃焼物Ｅに対する乾燥ステップ，燃焼ステップおよび後燃焼ステップの順に、各ステップにおける被燃焼物Ｅの量（容積）や表面温度および燃焼ガスの流量等をモニタしながら、それぞれの燃焼空気Ａの供給量が制御される。さらに、２次燃焼ゾーンにおいても、その上部および下部（さらに中部）から燃焼空気Ａの供給する機能を設け、排ガス中の成分濃度や温度および排ガス流量等をモニタしながら、それぞれの燃焼空気の供給量が制御される構成を有することが好ましい。ここで、燃焼空気の供給量とは、これらの総流量をいう。なお、燃焼炉２の終端には、燃焼に伴うエネルギーに相当する蒸発量を測定するセンサとして、蒸気流量を測定する蒸気流量計（図示せず）が設けられることが好ましい。

（ｃ）排ガス中の成分濃度測定部
炉内または／および排ガス流路には、被燃焼物Ｅの燃焼状態および燃焼結果を検出する成分濃度測定部５が設けられている。本制御装置において、成分濃度測定部５は、Ｏ_２濃度計およびＣＯ_２濃度計が２次燃焼ゾーンに、Ｈ_２Ｏ濃度計が排ガス流路の節炭器４直前に設けられている。ただし、ＣＯ_２濃度計の設置を含め、これに限定されないことは上記の通りである。ここで、Ｏ_２濃度計、ＣＯ_２濃度計、Ｈ_２Ｏ濃度計として、レーザ発信器（図示せず）が波長をスキャンしながら強さ一定のレーザ光を炉内のガスに照射し、レーザ受信器によって残存のレーザ光を測定することにより、当該ガスの成分濃度や温度を検出するレーザ式測定器を用いることが好ましい。測定対象となる排ガスを、非接触で検出できるとともに同一部位における検出情報を同時に得ることができる点において好適である。また、各ガスの成分濃度を検出する公知のセンサを使用しても良い。排ガス中の各成分濃度から、燃焼された被燃焼物Ｅの組成を算出することができるとともに、燃焼空気の供給量との関係から被燃焼物Ｅの発熱量を算出することができる。

＜本制御方法（装置）の実証実験＞
本制御処理装置を用い、本制御方法の燃焼制御機能およびその技術効果を検証した。
〔検証結果〕
検証結果を、図４（ａ）〜（ｄ）に示す。
（ｉ）図４（ａ），（ｃ）は、従前の測定方法により算出された発熱量を基に算出されたボイラ蒸発量に基づき燃焼制御を行った場合の、ボイラ蒸発量実測値，予測値（算出値），燃焼炉出口酸素濃度および煙突排ガス流量の変動を示す。
（ii）図４（ｂ），（ｄ）は、本測定方法により算出された発熱量を基に算出されたボイラ蒸発量に基づき燃焼制御を行った場合の、ボイラ蒸発量実測値，予測値（算出値），燃焼炉出口酸素濃度および煙突排ガス流量の変動を示す。
（iii）従前の制御方法を使用する場合は、各指標において制御幅が大きく安定性に欠ける数値の変動が見られたが、本制御方法においては変動幅が小さく非常に安定性の高い数値の変動が見られた。また，ボイラ蒸発量の変動を少なくすることで，蒸気タービンでの発電量の約１．５％増加をえることができた。

以上のように、本発明に係る被燃焼物の燃焼制御方法およびこれを適用した燃焼制御装置によって、以下のような優れた技術的効果を得ることが可能となった。
（ｉ）被燃焼物の発熱量を遅滞なく連続して測定することにより、最適な燃焼制御が実現できる。特に、リアルタイムに被燃焼物の発熱量を算出することができるため、１日の時間帯や季節での発熱量の変動特性が確認でき，施設の運営計画の策定に当たって有効なデータとなる。
（ii）節炭器を有する施設では、ボイラ蒸発量推定値を実測値より先行して（例えば約２４０秒）演算することで、ボイラ蒸発量の安定と排ガス量の最小化により発電効率のアップを実現できる。また、本制御方法によればボイラ給水を約２０秒遅れで制御することが可能となり、ボイラ蒸発量の安定化により発電効率のアップを実現することができた。
（iii）同じような可燃性燃焼物でも組成の違いを知ることができ，各燃焼設備における被燃焼物の特徴を推察するデータとして活用できるほか，従来の分析値との比較が任意にできる。
（iｖ）連続して被燃焼物の発熱量を算出することで、燃焼炉の運転中に被燃焼物の発熱量の変化が認められた場合に定量的なデータとして記録できる。
（ｖ）被燃焼物の組成が変動する場合や含有酸素が大きな被燃焼物を燃焼処理する場合には、燃焼空気量から算出した被燃焼物の組成補正を行うことによって、より正確な被燃焼物の発熱量を算出することができ、より安定した燃焼制御を実現した。また、ボイラ蒸発量の変動を少なくすることで、蒸気タービンでの発電量の増加を確保することができた。

Claims (5)

1. 炭素および水素を主成分とする被燃焼物を燃焼炉によって燃焼処理するプロセスにおいて、以下の手順に基づき、該被燃焼物の発熱量を測定する方法。
   （Ａ１）所定量の被燃焼物が供給された燃焼炉からの排ガス流量を測定する。
   （Ａ２）燃焼炉からの排ガス中の酸素，二酸化炭素および水分の成分濃度を測定する。
   （Ａ３）測定された前記各成分濃度から、排ガス中の窒素濃度［Ｎ_２］を算出する。
   （Ａ４）算出された窒素濃度［Ｎ_２］を基に大気中の窒素濃度Ａｎに対する換算係数を算出し、該換算係数を乗じた前記酸素，二酸化炭素および水分の換算成分濃度Ｇｏ，ＧｄおよびＧｗを算出する。
   （Ａ５）換算された二酸化炭素の成分濃度Ｇｄを基に、前記排ガス流量を用いて、単位時間当たりの被燃焼物中の炭素量を算出する。
   （Ａ６）大気中の酸素濃度Ａｏから、換算された酸素の成分濃度Ｇｏおよび二酸化炭素の成分濃度Ｇｄを減算し、前記排ガス流量を用いて、単位時間当たりの燃焼処理において消費された被燃焼物中の水素量を算出するとともに、算出された該水素量から燃焼処理によって発生した水分量を算出する。
   （Ａ７）換算された水分の成分濃度Ｇｗおよび算出された前記水分量を基に、前記排ガス流量を用いて、単位時間当たりの被燃焼物中の水分蒸発量を算出する。
   （Ａ８）算出された前記炭素量，水素量および水分量を用い、燃焼処理により発生した被燃焼物中の炭素と水素の反応発熱量および水分の潜熱量に基づき被燃焼物の算出発熱量を算出し、前記被燃焼物の供給量から燃焼処理された被燃焼物単位供給量当りの算出発熱量Ａを算出する。
2. 炭素および水素を主成分とする被燃焼物を燃焼炉によって燃焼処理するプロセスにおいて、以下の手順に基づき、該被燃焼物の発熱量を測定する方法。
   （Ｂ１）所定量の被燃焼物が供給された燃焼炉からの排ガス流量を測定する。
   （Ｂ２）排ガス中の酸素および水分の成分濃度を測定する。
   （Ｂ３）測定された酸素，水分の成分濃度［Ｏ_２］，［Ｈ_２Ｏ］から、下式１を基に排ガス中の二酸化炭素濃度［ＣＯ_２］を算出する。
   ［ＣＯ_２］＝Ｒｏ×（１００−［Ｈ_２Ｏ］）／１００−［Ｏ_２］ …式１
   ここで、［ ］内は百分率表示濃度を示し、Ｒｏは大気中の酸素濃度から灰分に取り込まれる酸素成分量を減じて設定された係数を示す。
   （Ｂ４）測定された酸素濃度［Ｏ_２］と水分濃度［Ｈ_２Ｏ］および算出された二酸化炭素濃度［ＣＯ_２］から、排ガス中の窒素濃度［Ｎ_２］を算出する。
   （Ｂ５）算出された窒素濃度［Ｎ_２］を基に大気中の窒素濃度Ａｎに対する換算係数を算出し、該換算係数を乗じた前記酸素，二酸化炭素および水分の換算成分濃度Ｇｏ，ＧｄおよびＧｗを算出する。
   （Ｂ６）換算された二酸化炭素の成分濃度Ｇｄを基に、前記排ガス流量を用いて、単位時間当たりの被燃焼物中の炭素量Ｅｃを算出する。
   （Ｂ７）大気中の酸素濃度Ａｏから、換算された酸素の成分濃度Ｇｏおよび二酸化炭素の成分濃度Ｇｄを減算し、前記排ガス流量を用いて、単位時間当たりの燃焼処理において消費された被燃焼物中の水素量Ｅｈを算出するとともに、算出された該水素量から燃焼処理によって発生した水分量Ｃｗを算出する。
   （Ｂ８）換算された水分の成分濃度Ｇｗおよび算出された前記水分量Ｃｗを基に、前記排ガス流量を用いて、単位時間当たりの被燃焼物中の水分蒸発量を算出する。
   （Ｂ９）算出された前記炭素量，水素量および水分量を用い、燃焼処理により発生した被燃焼物中の炭素と水素の反応発熱量および水分の潜熱量に基づき被燃焼物の算出発熱量を算出し、前記被燃焼物の供給量から燃焼処理された被燃焼物単位供給量当りの算出発熱量Ｂを算出する。
3. 以下の手順に基づき、混入空気量および被燃焼物中の酸素量を算出することを特徴とする請求項１または２記載の被燃焼物の発熱量を測定する方法。
   （Ｃ１）下式２に基づき、燃焼炉に供給される燃焼空気以外の混入空気量を算出する。
   （混入空気量）＝（排ガス流量×［Ｎ_２］−燃焼空気供給量×Ａｎ）／Ａｎ ……式２
   （Ｃ２）下式３に基づき、被燃焼物中の酸素量を算出する。
   （被燃焼物中の酸素量）＝（排ガス流量×［Ｏ_２］）−（燃焼空気供給量×Ａｎ−排ガス流量×［ＣＯ_２］−水分量Ｃｗ）−（混入空気量×Ａｎ） ……式３
4. 請求項１〜３のいずれかの発熱量を基にボイラ蒸発量を算出し、該ボイラ蒸発量を基に燃焼炉に投入される被燃焼物および燃焼空気の供給量を制御し、燃焼炉の燃焼制御を行うことを特徴とする燃焼炉の燃焼制御方法。
5. 請求項４記載の燃焼炉の燃焼制御方法を適用した燃焼制御装置であって、少なくとも、燃焼炉からの排ガス流量を測定する手段，被燃焼物の供給量測定部，燃焼空気の供給量測定部，および排ガス中の酸素および水分、または酸素，水分および二酸化炭素濃度の成分濃度測定部を有し、前記算出された算出発熱量Ａまたは算出発熱量Ｂを用いて、燃焼炉に投入される被燃焼物および燃焼空気の供給量を制御することを特徴とする燃焼制御装置。

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