JP6608237B2 - ガス冷却方法及びガス冷却装置 - Google Patents

Description

本開示は、ガス冷却方法及びガス冷却装置に関する。

廃棄物溶融炉においては、ダストを含む排ガスが発生するので、排ガスを集塵機に通した上で排出させることが行われる。高温な排ガスを冷却することなく集塵機に通すと、集塵機が損傷するおそれがあるので、排ガスを冷却装置により冷却した上で集塵機に通すことが行われている。例えば特許文献１には、内部に水噴霧ノズルを有する冷却塔と、水噴霧ノズルからの噴霧量を制御する流量調節弁とを備え、冷却塔を通過した排ガスの温度によって流量調節弁を制御する冷却装置が開示されている。

特開平８−６１６５３号公報

廃棄物溶融炉においては、廃棄物の種類、廃棄物の堆積状態及び廃棄物の量等の様々な要因によって、排ガスの流出量が大きく変化する。上述した冷却装置を廃棄物溶融炉に適用する場合、廃棄物溶融炉からの排ガスの流出量が変化するのに応じて、排ガスと共に冷却塔内に流入する熱量も変化するので、これに応じて冷却塔内への冷却水の噴霧量を調節する必要がある。しかしながら、冷却水の流量調節弁は、冷却塔の下流側における排ガスの温度に応じて制御されるので、冷却塔の下流側における排ガスの温度変化に対して、冷却水の噴霧量の調節に遅れが生じる。このため、廃棄物溶融炉からの排ガスの流出量が急増した場合には、冷却水の噴霧量の調節が間に合わず、冷却塔の下流側における排ガスの高温化を十分に抑制できないおそれがある。

よって、本開示は、廃棄物溶融炉からの排ガスをより確実に冷却できる方法及び装置を提供することを目的とする。

本開示に係るガス冷却方法は、廃棄物溶融炉から排出される排ガスの流路に設けられた冷却塔において冷却水の噴霧により排ガスを冷却する方法であって、（ａ）冷却塔において冷却された排ガスの温度を目標温度に近付けるように冷却水の噴霧量を調節すること、（ｂ）廃棄物溶融炉の炉頂部内の圧力の上昇に応じて冷却水の噴霧量を増やすこと、を含む。

本開示に係るガス冷却方法によれば、廃棄物溶融炉の炉頂部内の圧力（以下、「炉頂圧力」という）が安定している場合には、冷却塔において冷却された排ガスの温度を目標温度に近付けるように冷却水の噴霧量が調節される。これにより、冷却塔の下流側における排ガスの温度に応じて冷却水の噴霧量が適正化されるので、廃棄物溶融炉からの排ガスを安定して冷却できる。炉頂圧力が上昇する場合には、これに応じて冷却水の噴霧量が増やされる。炉頂圧力は、廃棄物溶融炉からの排ガスの流出量に相関する傾向があるので、炉頂圧力の上昇に応じて冷却水の噴霧量を増やすことにより、排ガスの流出量の増加に応じて冷却水の噴霧量を増やすことができる。これにより、排ガスの流出量の増加に応じて冷却塔の下流側における排ガス温度が上昇する前に冷却水の噴霧量を増やすことができる。このため、廃棄物溶融炉からの排ガスの流出量が急増した場合であっても、冷却塔の下流側における排ガスの高温化を十分に抑制できる。従って、廃棄物溶融炉からの排ガスをより確実に冷却できる。

上記（ｂ）では、炉頂部内の圧力上昇に相関する圧力評価値が閾値を超えた場合に冷却水の噴霧量を一時的に増やしてもよい。冷却水の噴霧量が過多となると、排ガス中のダストが湿って冷却塔内に堆積し、冷却装置の持続的な運転が困難となる可能性がある。これに対し、炉頂圧力の上昇に応じて冷却水の噴霧量を増やすことを圧力評価値が閾値を超えた場合に限定的に実行することで、冷却水の噴霧量が過多となることを抑制できる。従って、廃棄物溶融炉からの排ガスをより確実に冷却できる。

上記（ｂ）では、圧力評価値が大きくなるのに応じて、冷却水の噴霧量の増加量を大きくしてもよい。上述したように、炉頂圧力は、廃棄物溶融炉からの排ガスの流出量に相関する傾向がある。このため、圧力評価値が大きくなるのに応じて冷却水の噴霧量の増加量を大きくすることで、排ガスと共に冷却塔に流入する熱量が大きくなるのに応じて冷却水の噴霧量の増加量を大きくすることができる。従って、廃棄物溶融炉からの排ガスをより確実に冷却できる。

上記（ｂ）では、廃棄物溶融炉からの排ガスの流出量が増えるのに応じて閾値を高くしてもよい。廃棄物溶融炉からの排ガスの流出量が多い状態においては、冷却塔に流入する熱量が大きいので、冷却水の噴霧量も大きい（以下、これを「第一状態」という。）。一方、廃棄物溶融炉からの排ガスの流出量が少ない状態においては、冷却塔に流入する熱量が小さいので、冷却水の噴霧量も小さい（以下、これを「第二状態」という。）。すなわち、第一状態においては、第二状態に比べて冷却塔内に多くの冷却水が存在する。このため、第一状態において排ガスの流出量が増える場合、第二状態において排ガスの流出量が増える場合に比べて、冷却塔の下流側における排ガスの温度が上昇し難い傾向がある。これに対し、廃棄物溶融炉からの排ガスの流出量が増えるのに応じて上記閾値を高くすると、第一状態においては、第二状態に比べて上記（ｂ）の開始条件が狭くなる。これにより、第一状態においては、冷却水の噴霧量が過多になることが抑制される。第二状態においては、冷却水の噴霧量が過少になることが抑制される。従って、廃棄物溶融炉からの排ガスをより確実に冷却できる。

上記（ｂ）では、炉頂部内の圧力及び廃棄物溶融炉の炉内差圧の少なくとも一方に基づいて圧力評価値を算出してもよい。この場合、炉頂圧力を的確に評価できる。

上記（ａ）では、目標温度に比べ排ガスの温度が低くなるのに応じて、排ガスの温度の変化に応じた冷却水の噴霧量の変化を小さくしてもよい。冷却水の噴霧量の増加により、上記（ｂ）の実行後においては排ガスの温度が大きく低下し、目標温度に対してマイナス側に大きくかい離する場合がある（以下、これを「第三状態」という。）。上記（ｂ）の実行により第三状態が生じると、その後の上記（ａ）において、冷却水の噴霧量が大幅に削減される。上記（ａ）において冷却水の噴霧量を大きく変化させてしまうと、排ガスの温度が目標温度に対してプラス側及びマイナス側に行き過ぎることを繰り返す状態（以下、「ハンチング」という。）が生じ易くなる。これに対し、目標温度に比べ排ガスの温度が低くなるのに応じて、排ガスの温度の変化に応じた冷却水の噴霧量の変化を小さくすると、第三状態が生じた後の上記（ａ）において、冷却水の噴霧量の変化幅が縮小される。このため、上記ハンチングの発生が抑制される。従って、廃棄物溶融炉からの排ガスをより確実に冷却できる。

上記（ａ）及び上記（ｂ）では、冷却水の供給管路に設けられたバルブの開度により冷却水の噴霧量を調節し、排ガスの温度が低くなるのに応じてバルブの開度の上限値を低くしてもよい。この場合も、上記ハンチングの発生がより確実に抑制される。従って、廃棄物溶融炉からの排ガスをより確実に冷却できる。

上記（ｂ）の実行中には上記（ａ）を中断してもよい。このように構成すると制御内容を簡素化することができる。

本開示に係るガス冷却装置は、廃棄物溶融炉から排出される排ガスの流路に設けられ、冷却水の噴霧により排ガスを冷却するための冷却塔と、冷却塔において冷却された排ガスの温度を目標温度に近付けるように冷却水の噴霧量を調節するように制御すること、廃棄物溶融炉の炉頂部内の圧力の上昇に応じて冷却水の噴霧量を増やすように制御すること、を実行するように構成されたコントローラと、を備える。

本開示によれば、排ガスの熱量が一時的に急増した場合であっても排ガスを冷却できる。

廃棄物溶融設備の概略構成を示す模式図である。 コントローラのハードウェア構成図である。 ガス冷却方法の実行手順を示すフローチャートである。 排ガスの温度とバルブ開度の上限値との関係を示すグラフである。 排ガスの温度と比例ゲインとの関係を示すグラフである。 燃焼ガスの供給量と第一閾値Ｈとの関係を示すグラフである。 圧力評価値ΔＰＶと冷却水の噴霧量の増加量ΔＭＶとの関係を示すグラフである。 実施例１の結果を示すグラフである。 比較例１の結果を示すグラフである。

以下、実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

［廃棄物溶融設備］
まず、図１を参照して、本実施形態に係る廃棄物溶融設備１の概要を説明する。廃棄物溶融設備１は、一般廃棄物や産業廃棄物等（以下、単に「廃棄物」という。）にガス化溶融処理を施すための設備である。例えば廃棄物溶融設備１は、廃棄物溶融炉２と、燃焼室３と、ガス冷却装置４と、集塵機５と、誘引通風機６と、煙突７とを備えている。

廃棄物溶融炉２は、還元雰囲気下で廃棄物中の可燃物を熱分解してガス化し、灰分や不燃物を溶融する。廃棄物溶融炉２は、炉本体２０と、装入口２０ａと、ガス排出口２０ｂと、出湯口２０ｃと、少なくとも一つの羽口２１と、圧力センサＢ１，Ｂ２とを備えている。

炉本体２０は、鉛直方向に延びた形状を呈し、廃棄物Ｗの収容空間をなす。炉本体２０の側壁は、例えば円筒状であり、その下部には、下方に向かうにつれて内径が小さくなるテーパ部２０ｄが形成されている。炉本体２０の大きさは、廃棄物溶融炉２の処理能力に応じて適宜設定可能である。

装入口２０ａは、廃棄物溶融炉２の上部に形成されている。ガス排出口２０ｂは、廃棄物溶融炉２の上部において装入口２０ａの周囲に形成されている。出湯口２０ｃは、炉本体２０の底部に形成されている。

少なくとも一つの羽口２１は、炉本体２０の下部に設けられている。羽口２１は、酸素含有ガスの供給源（不図示）に接続される。廃棄物溶融炉２は、少なくとも一つの羽口２１として、複数の上段羽口２２及び複数の下段羽口２３を有してもよい。上段羽口２２及び下段羽口２３は上下に並んでいる。複数の上段羽口２２は炉本体２０内を取り囲むように配置されており、複数の下段羽口２３も炉本体２０内を取り囲むように配置されている。

圧力センサＢ１は、廃棄物溶融炉２の炉頂部内に設けられている。炉頂部とは、廃棄物Ｗが炉本体２０内に最大限度まで装入された状態において、廃棄物Ｗよりも上側に位置する部分を意味する。一例として、圧力センサＢ１は、炉本体２０の上部において、装入口２０ａの周囲に設けられている。

圧力センサＢ２は、廃棄物溶融炉２内において、廃棄物Ｗが堆積する部分に設けられている。一例として、圧力センサＢ２は、炉本体２０の側壁の下側に設けられている。圧力センサＢ２は、炉本体２０の側壁において、下段羽口２３と上段羽口２２との間に設けられていてもよい。

このように構成された廃棄物溶融炉２は、次のように動作する。まず、廃棄物溶融炉２の底部には、赤熱した炭素系可燃物質（例えばコークス）の層（コークスベッドＣ）が形成される。この状態で、廃棄物溶融炉２の装入口２０ａは、廃棄物及び炭素系可燃物質等の混合物を炉本体２０内に受け入れる。装入口２０ａから炉本体２０内に装入された廃棄物及び炭素系可燃物資は、コークスベッドＣの上に堆積する。この状態で、羽口２１には酸素含有ガスが吹き込まれる。例えば下段羽口２３には、酸素濃度を高めた空気（酸素富化空気）が吹き込まれ、上段羽口２２には空気が吹き込まれる。

下段羽口２３に吹き込まれた酸素含有ガスにより、炉本体２０の底部においてコークスベッドが維持され、コークスベッドにおいて発生した高温のガスが炉本体２０内を上昇する。上段羽口２２に吹き込まれた酸素含有ガスにより、廃棄物及び炭素系可燃物質が部分的に燃焼し、これにより発生したガスも炉本体２０内を上昇する。以下、炉内を上昇する高温のガスを総称して「炉内ガス」という。

炉本体２０内の廃棄物は、炉内ガスの上昇流に対向しながら下降する。この過程において、炉内ガスと廃棄物との間で熱交換が行われ、廃棄物の乾燥及び廃棄物の熱分解が促進される。熱分解により、廃棄物の可燃性分はガス化され、炉内ガスと共に炉本体２０内を上昇し、ガス排出口２０ｂから排出される。以下、ガス排出口２０ｂから排出されるガスを「排ガス」という。

熱分解においてガス化されなかった残留成分は、炉本体２０内を更に下降する。この残留成分は、熱分解残渣（炭化物）、灰分及び不燃物等を含む。熱分解残渣（炭化物）は、炉本体２０のテーパ部２０ｄに沿って炉本体２０の底部側に集まり、コークスベッドの上に炭化物粒子層（所謂チャー層）を形成する。灰分及び不燃物は、コークスベッドにおいて溶融され、炉本体２０の底部に溜まる。炉本体２０の底部に溜まった溶融物は、出湯口２０ｃから間欠的に取り出され、スラグ及びメタル等として回収される。

燃焼室３は、廃棄物溶融炉２のガス排出口２０ｂから排出された排ガスを燃焼させる。燃焼室３は、燃焼室本体３０と、排ガス受入口３０ａと、排ガス送出口３０ｂと、少なくとも一つの燃焼ガス受入口３１とを有する。

燃焼室本体３０は、鉛直方向に延びた形状を呈し、排ガスの収容空間をなす。燃焼室本体３０内には、排ガス中の可燃性分を燃焼させるためのバーナ（不図示）が設けられている。

排ガス受入口３０ａは、燃焼室本体３０の側壁の下部に設けられており、ダクトＤ１を介して廃棄物溶融炉２のガス排出口２０ｂに接続されている。排ガス送出口３０ｂは、燃焼室本体３０の上部に設けられている。

少なくとも一つの燃焼ガス受入口３１は、排ガス受入口３０ａ及び排ガス送出口３０ｂの間において、燃焼室本体３０の側壁に設けられている。燃焼ガス受入口３１は、酸素含有ガスの供給源Ａに接続される。酸素含有ガス（以下、「燃焼ガス」という。）は例えば空気であり、供給源Ａは例えば送風機である。燃焼室３は、少なくとも一つの燃焼ガス受入口３１として、一次燃焼ガス受入口３１ａ及び二次燃焼ガス受入口３１ｂを有してもよい。二次燃焼ガス受入口３１ｂは、一次燃焼ガス受入口３１ａよりも上方に設けられる。

燃焼室３は、供給源Ａから燃焼ガス受入口３１に供給される燃焼ガスの流量を検出する少なくとも一つの流量センサＦを有してもよい。例えば燃焼室３は、少なくとも一つの流量センサＦとして、流量センサＦ１，Ｆ２を有してもよい。流量センサＦ１は、供給源Ａから一次燃焼ガス受入口３１ａに供給される燃焼ガスの流量を検出する。流量センサＦ２は、供給源Ａから二次燃焼ガス受入口３１ｂに供給される燃焼ガスの流量を検出する。

このように構成された燃焼室３は、次のように動作する。排ガス受入口３０ａは、廃棄物溶融炉２のガス排出口２０ｂから排出された排ガスを燃焼室本体３０内に受け入れる。一次燃焼ガス受入口３１ａ及び二次燃焼ガス受入口３１ｂは、それぞれ燃焼ガスを受け入れる。なお、一次燃焼ガス受入口３１ａ及び二次燃焼ガス受入口３１ｂに供給される燃焼ガスの量は、ガス排出口２０ｂから排出される排ガスの量に応じて調節される。具体的に、一次燃焼ガス受入口３１ａ及び二次燃焼ガス受入口３１ｂに供給される燃焼ガスの量は、ガス排出口２０ｂから排出される排ガスの量が増えるのに応じて増やされる。

排ガス受入口３０ａから燃焼室本体３０内に進入した排ガスは、一次燃焼ガス受入口３１ａから燃焼室本体３０内に進入した燃焼ガスと混ざり、バーナによって燃焼される。その後、排ガスは燃焼室本体３０内を上昇し、二次燃焼ガス受入口３１ｂから燃焼室本体３０内に進入した燃焼ガスと更に混ざる。これにより、排ガス内に残留している可燃性分が更に燃焼される。燃焼後の排ガスは、排ガス送出口３０ｂから排出される。

ガス冷却装置４は、燃焼室３の排ガス送出口３０ｂから排出された排ガスを冷却する。ガス冷却装置４の詳細については後述する。集塵機５は、ガス冷却装置４により冷却された排ガス内のダストを除去する。集塵機５の具体例としては、濾布によりダストを吸着する濾過式の集塵機が挙げられる。誘引通風機６は、集塵機５を通過した排ガスを下流側に圧送する。誘引通風機６により下流側に圧送された排ガスは、脱硝触媒が充填された脱硝塔（不図示）等を経て煙突７から排出される。

［ガス冷却装置］
続いて、ガス冷却装置４について詳細に説明する。ガス冷却装置４は、少なくとも一つの冷却塔４０と、少なくとも一つの温度センサＴと、コントローラ８０とを有する。

（冷却塔）
冷却塔４０は、廃棄物溶融炉２から排出される排ガスの流路に設けられ、冷却水の噴霧により排ガスを冷却する。冷却塔４０は、ボイラ等の熱交換器を介さずに廃棄物溶融炉２に接続されていてもよいし、ボイラ等の熱交換器を介して廃棄物溶融炉２に接続されていてもよい。以下では、冷却塔４０が熱交換器を介さずに廃棄物溶融炉２に接続されている場合を説明する。ガス冷却装置４は、一つの冷却塔４０を有してもよいし、二つ以上の冷却塔４０を有してもよい。例えば、ガス冷却装置４は、少なくとも一つの冷却塔４０として、第一冷却塔４１及び第二冷却塔４２を有する。

第一冷却塔４１は、塔本体４３と、排ガス受入口４３ａと、排ガス送出口４３ｂと、噴霧装置４５とを有する。塔本体４３は、鉛直方向に延びた形状を呈し、排ガスの収容空間をなす。排ガス受入口４３ａは、塔本体４３の上部に設けられており、ダクトＤ２を介して燃焼室３の排ガス送出口３０ｂに接続されている。排ガス送出口４３ｂは、塔本体４３の側壁の下部に設けられている。

噴霧装置４５は、塔本体４３内の上部に冷却水を噴霧する。冷却水は、気化により排ガスを冷却可能であればどのような液体であってもよい。冷却水の具体例としては、水が挙げられる。生活排水又はプラント排水等を冷却水として用いてもよい。

例えば噴霧装置４５は、少なくとも一つの噴霧ノズルＮ１と、ポンプＰ１と、バルブＶ１とを有する。少なくとも一つの噴霧ノズルＮ１は、塔本体４３内の上部に設けられており、送液管Ｌ１を介して冷却水の供給源Ｓに接続されている。ポンプＰ１及びバルブＶ１は、送液管Ｌ１に設けられている。ポンプＰ１は、供給源Ｓから噴霧ノズルＮ１に冷却水を圧送する。ポンプＰ１は、制御信号の入力に応じて、冷却水を圧送する圧力を調節してもよい。バルブＶ１は、制御信号の入力に応じて、送液管Ｌ１内の流路の開度を調節する。噴霧ノズルＮ１は、供給源Ｓから供給された冷却水をミスト状にして噴出する。

第一冷却塔４１の排ガス受入口４３ａは、燃焼室３の排ガス送出口３０ｂから送出された排ガスを塔本体４３内に受け入れる。排ガスは、塔本体４３内を下方に流れて排ガス送出口４３ｂから送出される。塔本体４３内を通過する過程で、排ガスは噴霧ノズルＮ１から噴出した冷却水に触れて冷却される。

第二冷却塔４２は、第一冷却塔４１と同様に、塔本体４６と、排ガス受入口４６ａと、排ガス送出口４６ｂと、噴霧装置４７とを有する。排ガス受入口４６ａは、塔本体４６の上部に設けられており、ダクトＤ３を介して第一冷却塔４１の排ガス送出口４３ｂに接続されている。排ガス送出口４６ｂは、塔本体４６の側壁の下部に設けられており、ダクトＤ４を介して集塵機５に接続されている。

噴霧装置４７は、噴霧装置４５と同様に、少なくとも一つの噴霧ノズルＮ２と、ポンプＰ２と、バルブＶ２とを有する。少なくとも一つの噴霧ノズルＮ２は、塔本体４６内の上部に設けられており、送液管Ｌ２を介して冷却水の供給源Ｓに接続されている。ポンプＰ２及びバルブＶ２は、送液管Ｌ２に設けられている。

第二冷却塔４２の排ガス受入口４６ａは、第一冷却塔４１の排ガス送出口４３ｂから送出された排ガスを塔本体４６内に受け入れる。排ガスは、塔本体４６内を下方に流れて排ガス送出口４６ｂから送出される。塔本体４６内を通過する過程で、排ガスは噴霧ノズルＮ２から噴出した冷却水に触れて更に冷却される。なお、第二冷却塔４２には第一冷却塔４１において冷却された排ガスが流入するので、塔本体４６の耐熱性は塔本体４３の耐熱性に比べ低くてもよい。

（温度センサ）
温度センサＴは、冷却塔４０において冷却された排ガスの温度を検出する。ガス冷却装置４は、一つの温度センサＴを有してもよいし、二つ以上の温度センサＴを有してもよい。例えば、ガス冷却装置４は、少なくとも一つの温度センサＴとして、温度センサＴ１，Ｔ２を有する。温度センサＴ１は、例えばダクトＤ３に設けられており、第一冷却塔４１から排出された排ガスの温度を検出する。温度センサＴ２は、例えばダクトＤ４に設けられており、第二冷却塔４２から排出された排ガスの温度を検出する。

（コントローラ）
コントローラ８０は、冷却塔４０において冷却された排ガスの温度を目標温度に近付けるように冷却水の噴霧量を調節するように制御すること、廃棄物溶融炉２の炉頂部内の圧力の上昇に応じて冷却水の噴霧量を増やすように制御すること、を実行するように構成されている。

ガス冷却装置４が複数の冷却塔４０を有する場合、コントローラ８０は各冷却塔４０における冷却水の噴霧量を制御する。例えばコントローラ８０は、第一冷却塔４１の噴霧装置４５による冷却水の噴霧量と、第二冷却塔４２の噴霧装置４７による冷却水の噴霧量とを制御する。

第一冷却塔４１から排出される排ガスの目標温度と、第二冷却塔４２から排出される排ガスの目標温度とは、個別に設定可能である。例えば、第一冷却塔４１の目標温度は２５０〜３００℃であり、第二冷却塔４２の目標温度は１５０〜２００℃である。

以下、コントローラ８０の具体的な構成例を説明する。コントローラ８０は、機能モジュールとして、温度データ取得部８１と、圧力データ取得部８２と、圧力評価値算出部８３と、増加量算出部８４と、バルブ制御部８５と、制御切り替え部８６とを有する。

温度データ取得部８１は、冷却塔４０において冷却された排ガスの温度データとして、温度センサＴ１，Ｔ２による検出値を取得する。

圧力データ取得部８２は、廃棄物溶融炉２内の圧力データとして、圧力センサＢ１，Ｂ２による検出値を取得する。

圧力評価値算出部８３は、廃棄物溶融炉２の炉頂部内の圧力上昇に相関する圧力評価値を算出する。圧力評価値算出部８３は、廃棄物溶融炉２の炉頂部内の圧力及び炉内差圧の少なくとも一方に基づいて、圧力評価値を算出してもよい。炉内差圧とは、炉内ガスが廃棄物を通過する際の圧力損失によって、上下に並ぶ二点間に生じる差圧である。例えば圧力評価値算出部８３は、圧力センサＢ１による検出値を炉頂部内の圧力とし、圧力センサＢ１，Ｂ２による検出値の差分を炉内差圧とし、これらを用いて圧力評価値を算出してもよい。

増加量算出部８４は、バルブＶ１，Ｖ２の開度の増加量を算出する。増加量算出部８４は、上記圧力評価値が大きくなるのに応じて、バルブＶ１，Ｖ２の開度の増加量を大きく設定してもよい。

バルブ制御部８５は、温度データ取得部８１により取得された検出値を目標温度に近付けるようにバルブＶ１，Ｖ２の開度を調節すること（以下、「制御ａ」という。）を実行する。

制御切り替え部８６は、廃棄物溶融炉２の炉頂部内の圧力の上昇に応じてバルブ制御部８５による制御内容を切り替える。例えば、制御切り替え部８６は、廃棄物溶融炉２の炉頂部内の圧力の上昇に応じてバルブＶ１，Ｖ２の開度を増やすこと（以下、「制御ｂ」という。）を実行するようにバルブ制御部８５による制御内容を切り替える。この際に、バルブ制御部８５は、増加量算出部８４により算出された増加量にてバルブＶ１，Ｖ２の開度を増やしてもよい。制御切り替え部８６は、圧力評価値算出部８３により算出された圧力評価値が閾値（以下、「第一閾値」という。）を超えた場合に、制御ｂを一時的に実行するようにバルブ制御部８５の制御内容を切り替えてもよい。バルブ制御部８５は、制御ｂを実行する際に制御ａを中断してもよい。

コントローラ８０は、上限値設定部８７及び制御ゲイン設定部８８を更に有してもよい。上限値設定部８７は、冷却塔４０において冷却された排ガスの温度が低くなるのに応じてバルブＶ１，Ｖ２の開度の上限値を低くする。例えば上限値設定部８７は、温度データ取得部８１により取得された温度データが低くなるのに応じてバルブＶ１，Ｖ２の開度の上限値を低くする。

制御ゲイン設定部８８は、冷却塔４０において冷却された排ガスの温度が目標温度に比べ低くなるのに応じて、当該排ガスの温度の変化に応じた冷却水の噴霧量の変化を小さくする。例えば制御ゲイン設定部８８は、温度データ取得部８１により取得された検出値が目標温度に比べ低くなるのに応じて、バルブ制御部８５による制御ａの比例ゲインを小さくする。

コントローラ８０は、燃焼ガスデータ取得部８９及び閾値算出部９０を更に有してもよい。燃焼ガスデータ取得部８９は、流量センサＦ１，Ｆ２による検出値を取得する。

閾値算出部９０は、上記第一閾値を設定する。閾値算出部９０は、廃棄物溶融炉２からの排ガスの流出量が増えるのに応じて第一閾値を高くしてもよい。上述したように、一次燃焼ガス受入口３１ａ及び二次燃焼ガス受入口３１ｂに供給される燃焼ガスの量は、ガス排出口２０ｂから排出される排ガスの量に応じて調節される。このため、流量センサＦ１，Ｆ２による検出値は、廃棄物溶融炉２からの排ガスの流出量に相関する。そこで、閾値算出部９０は、燃焼ガスデータ取得部８９により取得された流量センサＦ１，Ｆ２による検出値が大きくなるのに応じて第一閾値を高くしてもよい。

図２に示すように、コントローラ８０は、一つ又は複数のプロセッサ９３と、メモリ９４と、ストレージ９５（記憶媒体）と、入出力ポート９６と、入力部９７とを有する回路１００により構成される。入出力ポート９６は、圧力センサＢ１，Ｂ２、温度センサＴ１，Ｔ２及び流量センサＦ１，Ｆ２から検出値を取得し、バルブＶ１，Ｖ２及びポンプＰ１，Ｐ２に制御信号を出力する。入力部９７は入出力ポート９６に接続され、オペレータによる入力を受け付ける。入力部９７は、例えば、操作スイッチ、キーボード、マウス又はタッチパネル等により構成される。入力部９７は、例えば、ネットワーク回線を介して入出力ポート９６に接続されていてもよい。

ストレージ９５は、ガス冷却装置４にガス冷却方法を実行させるためのプログラムを記録している。ストレージ９５は、コンピュータ読み取り可能であればどのようなものであってもよい。具体例として、ハードディスク、不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク及び光ディスク等が挙げられる。メモリ９４は、ストレージ９５からロードしたプログラム及びプロセッサ９３の演算結果等を一時的に記憶する。プロセッサ９３は、メモリ９４と協働してプログラムを実行することで、上述した各機能モジュールを構成する。

なお、コントローラ８０のハードウェア構成は、必ずしもプログラムにより各機能モジュールを構成するものに限られない。例えばコントローラ８０の各機能モジュールは、専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により構成されていてもよい。

［ガス冷却方法］
続いて、ガス冷却方法の一例として、ガス冷却装置４により実行されるガス冷却手順を説明する。

図３に示されるように、コントローラ８０は、まずステップＳ０１を実行する。ステップＳ０１では、温度データ取得部８１が、第一冷却塔４１において冷却された排ガスの温度として温度センサＴ１による検出値を取得し、第二冷却塔４２において冷却された排ガスの温度として温度センサＴ２による検出値を取得する。

次に、コントローラ８０はステップＳ０２を実行する。ステップＳ０２では、上限値設定部８７が、バルブＶ１，Ｖ２の開度の上限値を設定する。例えば、上限値設定部８７は、温度センサＴ１による検出値（第一冷却塔４１において冷却された排ガスの温度）が低くなるのに応じてバルブＶ１の開度の上限値を低くするし、温度センサＴ２による検出値（第二冷却塔４２において冷却された排ガスの温度）が低くなるのに応じてバルブＶ２の開度の上限値を低くする。バルブＶ１，Ｖ２の開度の上限値は、予備実験、シミュレーション、又はこれらの組み合わせにより設定可能である。

図４は、バルブＶ１，Ｖ２の開度の上限値の設定例を示すグラフである。図４の横軸は冷却塔４０において冷却された排ガスの温度を示し、縦軸はバルブＶ１，Ｖ２の開度の上限値を示す。図４に示すように、上限値設定部８７は、上記排ガスの温度に応じてバルブＶ１，Ｖ２の開度の上限値を階段状に変化させてもよい。

次に、コントローラ８０はステップＳ０３を実行する。ステップＳ０３では、制御ゲイン設定部８８が上記制御ａの比例ゲインを設定する。例えば制御ゲイン設定部８８は、温度データ取得部８１により取得された検出値が目標温度に比べ低くなるのに応じて、バルブ制御部８５による制御ａの比例ゲインを小さくする。排ガスの温度に応じた比例ゲインの値は、予備実験、シミュレーション、又はこれらの組み合わせにより設定可能である。

図５は、上記比例ゲインの設定例を示すグラフである。図５の横軸は冷却塔４０において冷却された排ガスの温度を示し、縦軸は比例ゲインを示す。図５の例において、上記排ガスの温度がＴθ２以上である場合には比例ゲインがＫ２に設定される。上記排ガスの温度がＴθ２に比べ低いＴθ１以下である場合には比例ゲインがＫ１に設定される。温度Ｔθ２は目標温度ＲＥＦよりも低く、比例ゲインＫ１は比例ゲインＫ２に比べ低い。上記排ガスの温度が温度Ｔθ２及び温度Ｔθ１の間の値である場合、比例ゲインＫは以下の式で設定される。
Ｋ＝（Ｋ２−Ｋ１）／（Ｔθ２−Ｔθ１）×（Ｔ−Ｔθ１）＋Ｋ１

次に、コントローラ８０はステップＳ０４を実行する。ステップＳ０４では、バルブ制御部８５が、温度センサＴ１，Ｔ２による検出値を目標温度に近付けるように、バルブＶ１，Ｖ２の開度を調整する。例えばバルブ制御部８５は、ステップＳ０３において設定された比例ゲインを用いたＰＩＤ制御により、バルブＶ１，Ｖ２の開度を調整する。この際、バルブ制御部８５は、バルブＶ１，Ｖ２の開度を、ステップＳ０３において設定された上限値以下とする。

次に、コントローラ８０はステップＳ０５を実行する。ステップＳ０５では、圧力データ取得部８２が、廃棄物溶融炉２内の圧力データとして、圧力センサＢ１，Ｂ２による検出値を取得する。

次に、コントローラ８０はステップＳ０６を実行する。ステップＳ０６では、燃焼ガスデータ取得部８９が、廃棄物溶融炉２からの排ガスの流出量に相関するデータとして、流量センサＦ１，Ｆ２による検出値を取得する。

次に、コントローラ８０はステップＳ０７を実行する。ステップＳ０７では、圧力評価値算出部８３が圧力評価値を算出する。一例として、圧力評価値算出部８３は、廃棄物溶融炉２の炉頂部内の圧力及び炉内差圧に基づいて、圧力評価値を算出する。具体的に、圧力評価値算出部８３は、次式により圧力評価値ΔＰＶを算出する。
ΔＰＶ＝｜今回のＰ１−前回のＰ１｜＋｜（今回のＰ１−今回のＰ２）−（前回のＰ１−前回のＰ２）｜
Ｐ１：圧力センサＢ１による検出値
Ｐ２：圧力センサＢ２による検出値

次に、コントローラ８０はステップＳ０８を実行する。ステップＳ０８では、閾値算出部９０が第一閾値を算出する。閾値算出部９０は、廃棄物溶融炉２からの排ガスの流出量が増えるのに応じて第一閾値を高くしてもよい。例えば閾値算出部９０は、流量センサＦ１，Ｆ２による検出値の合計値が大きくなるのに応じて第一閾値を高くする。排ガスの流出量に応じた第一閾値の値は、予備実験、シミュレーション、又はこれらの組み合わせにより設定可能である。

図６は、第一閾値Ｈの設定例を示すグラフである。図６の横軸は、流量センサＦ１，Ｆ２の合計値（燃焼ガスの供給量）を示し、縦軸は第一閾値Ｈを示す。図６に示されるように、閾値算出部９０は、燃焼ガスの供給量に応じて第一閾値Ｈを階段状に変化させてもよい。閾値算出部９０は、第一冷却塔４１用の第一閾値Ｈと、第二冷却塔４２用の第一閾値Ｈとを個別に設定してもよい。例えば閾値算出部９０は、第一冷却塔４１用の第一閾値Ｈを第二冷却塔４２用の第一閾値Ｈに比べ大きくしてもよい。

次に、コントローラ８０はステップＳ０９を実行する。ステップＳ０９では、圧力評価値ΔＰＶが閾値以下であるか否かを制御切り替え部８６が確認する。圧力評価値ΔＰＶが閾値以下であると判定した場合、コントローラ８０は、オペレータによる停止指令の入力の有無を確認する（ステップＳ１３）。停止指令の入力が無い場合、コントローラ８０は処理をステップＳ０１に戻す。これにより、温度センサＴ１，Ｔ２による検出値を目標温度に近付けるようにバルブＶ１，Ｖ２の開度を調節すること（上記制御ａ）が継続的に実行される。

ステップＳ０９において圧力評価値ΔＰＶが閾値を超えていると判定した場合、コントローラ８０は、ステップＳ１３の実行前にステップＳ１０〜Ｓ１２を実行する。

ステップＳ１０では、増加量算出部８４が、バルブＶ１，Ｖ２の開度の増加量ΔＭＶを算出する。増加量算出部８４は、圧力評価値ΔＰＶが大きくなるのに応じて、増加量ΔＭＶを大きく設定してもよい。増加量算出部８４は、第一冷却塔４１用の増加量ΔＭＶと、第二冷却塔４２用の増加量ΔＭＶとを個別に設定してもよい。例えば閾値算出部９０は、第一冷却塔４１用の増加量ΔＭＶを第二冷却塔４２用の増加量ΔＭＶに比べ大きくしてもよい。圧力評価値ΔＰＶに応じた排ガスの流出量に応じた増加量ΔＭＶの値は、予備実験、シミュレーション、又はこれらの組み合わせにより設定可能である。

図７は、増加量ΔＭＶの設定例を示すグラフである。図７の横軸は圧力評価値ΔＰＶを示し、縦軸は増加量ΔＭＶを示す。図７に示されるように、圧力評価値ΔＰＶに応じて増加量ΔＭＶを階段状に変化させてもよい。

ステップＳ１１，Ｓ１２では、制御切り替え部８６が、バルブ制御部８５による制御内容を切り替える。例えば制御切り替え部８６は、ステップＳ１０において算出された増加量ΔＭＶにてバルブＶ１，Ｖ２の開度を増やすことを一時的に実行するようにバルブ制御部８５の制御内容を切り替える。具体的に、制御切り替え部８６は、バルブＶ１，Ｖ２の開度を、直前の開度に増加量ΔＭＶを加算した開度とするようにバルブ制御部８５の制御内容を切り替え（ステップＳ１１）、その状態で所定時間の経過を待機する（ステップＳ１２）。所定時間は、実機試験又はシミュレーション等により予め設定される。

［本実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態に係るガス冷却方法は、廃棄物溶融炉２から排出される排ガスの流路に設けられた冷却塔４０において冷却水の噴霧により排ガスを冷却する方法であって、（ａ）冷却塔４０において冷却された排ガスの温度を目標温度に近付けるように冷却水の噴霧量を調節すること、（ｂ）廃棄物溶融炉２の炉頂部内の圧力の上昇に応じて冷却水の噴霧量を増やすこと、を含む。

本実施形態に係るガス冷却方法によれば、廃棄物溶融炉２の炉頂圧力が安定している場合には、冷却塔４０において冷却された排ガスの温度を目標温度に近付けるように冷却水の噴霧量が調節される。これにより、冷却塔４０の下流側における排ガスの温度に応じて冷却水の噴霧量が適正化されるので、廃棄物溶融炉２からの排ガスを安定して冷却できる。炉頂圧力が上昇する場合には、これに応じて冷却水の噴霧量が増やされる。炉頂圧力は、廃棄物溶融炉２からの排ガスの流出量に相関する傾向があるので、炉頂圧力の上昇に応じて冷却水の噴霧量を増やすことにより、排ガスの流出量の増加に応じて冷却水の噴霧量を増やすことができる。これにより、排ガスの流出量の増加に応じて冷却塔４０の下流側における排ガス温度が上昇する前に冷却水の噴霧量を増やすことができる。このため、廃棄物溶融炉２からの排ガスの流出量が急増した場合であっても、冷却塔４０の下流側における排ガスの高温化を十分に抑制できる。従って、廃棄物溶融炉２からの排ガスをより確実に冷却できる。

上記（ｂ）では、炉頂部内の圧力上昇に相関する圧力評価値が閾値を超えた場合に冷却水の噴霧量を一時的に増やしてもよい。冷却水の噴霧量が過多となると、排ガス中のダストが湿って冷却塔４０内に堆積し、ガス冷却装置４の持続的な運転が困難となる可能性がある。これに対し、炉頂圧力の上昇に応じて冷却水の噴霧量を増やすことを圧力評価値が閾値を超えた場合に限定的に実行することで、冷却水の噴霧量が過多となることを抑制できる。従って、廃棄物溶融炉２からの排ガスをより確実に冷却できる。

上記（ｂ）では、圧力評価値が大きくなるのに応じて、冷却水の噴霧量の増加量を大きくしてもよい。上述したように、炉頂圧力は、廃棄物溶融炉２からの排ガスの流出量に相関する傾向がある。このため、圧力評価値が大きくなるのに応じて冷却水の噴霧量の増加量を大きくすることで、排ガスと共に冷却塔４０に流入する熱量が大きくなるのに応じて冷却水の噴霧量の増加量を大きくすることができる。従って、廃棄物溶融炉２からの排ガスをより確実に冷却できる。

上記（ｂ）では、廃棄物溶融炉２からの排ガスの流出量が増えるのに応じて閾値を高くしてもよい。廃棄物溶融炉２からの排ガスの流出量が多い状態においては、冷却塔４０に流入する熱量が大きいので、冷却水の噴霧量も大きい（第一状態）。一方、廃棄物溶融炉２からの排ガスの流出量が少ない状態においては、冷却塔４０に流入する熱量が小さいので、冷却水の噴霧量も小さい（第二状態）。すなわち、第一状態においては、第二状態に比べて冷却塔４０内に多くの冷却水が存在する。このため、第一状態において排ガスの流出量が増える場合、第二状態において排ガスの流出量が増える場合に比べて、冷却塔４０の下流側における排ガスの温度が上昇し難い傾向がある。これに対し、廃棄物溶融炉２からの排ガスの流出量が増えるのに応じて上記閾値を高くすると、第一状態においては、第二状態に比べて上記（ｂ）の開始条件が狭くなる。これにより、第一状態においては、冷却水の噴霧量が過多になることが抑制される。第二状態においては、冷却水の噴霧量が過少になることが抑制される。従って、廃棄物溶融炉２からの排ガスをより確実に冷却できる。

上記（ｂ）では、炉頂部内の圧力及び廃棄物溶融炉２の炉内差圧の少なくとも一方に基づいて圧力評価値を算出してもよい。この場合、炉頂圧力を的確に評価できる。

上記（ａ）では、目標温度に比べ排ガスの温度が低くなるのに応じて、排ガスの温度の変化に応じた冷却水の噴霧量の変化を小さくしてもよい。冷却水の噴霧量の増加により、上記（ｂ）の実行後においては排ガスの温度が大きく低下し、目標温度に対してマイナス側に大きくかい離する場合がある（第三状態）。上記（ｂ）の実行により第三状態が生じると、その後の上記（ａ）において、冷却水の噴霧量が大幅に削減される。上記（ａ）において冷却水の噴霧量を大きく変化させてしまうと、排ガスの温度が目標温度に対してプラス側及びマイナス側に行き過ぎることを繰り返す状態（ハンチング）が生じ易くなる。これに対し、目標温度に比べ排ガスの温度が低くなるのに応じて、排ガスの温度の変化に応じた冷却水の噴霧量の変化を小さくすると、第三状態が生じた後の上記（ａ）において、冷却水の噴霧量の変化幅が縮小される。このため、上記ハンチングの発生が抑制される。従って、廃棄物溶融炉２からの排ガスをより確実に冷却できる。

上記（ａ）及び上記（ｂ）では、冷却水の送液管Ｌ１，Ｌ２（供給管路）に設けられたバルブＶ１，Ｖ２の開度により冷却水の噴霧量を調節し、排ガスの温度が低くなるのに応じてバルブＶ１，Ｖ２の開度の上限値を低くしてもよい。この場合も、上記ハンチングの発生がより確実に抑制される。従って、廃棄物溶融炉２からの排ガスをより確実に冷却できる。

上記（ｂ）の実行中には上記（ａ）を中断してもよい。このように構成すると制御内容を簡素化することができる。なお、上記（ｂ）の実行中には、上記（ａ）を継続してもよい。

冷却塔４０は、熱交換器を介さずに廃棄物溶融炉２に接続されていてもよい。この場合、廃棄物溶融炉からの排ガスの流出量が急増する場合に、これに伴う熱量の増加が熱交換器において吸収・緩和されることがない。このため、排ガスの高温化を十分に抑制するには、冷却塔４０における冷却をより確実に遂行することが重要となる。従って、冷却塔の下流側における排ガスの高温化を十分に抑制できるという上記作用が更に有益である。

以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、ガス冷却装置４は、冷却水の供給管に設けられたポンプの圧力（冷却水を圧送する圧力）を調節することにより、冷却塔内に噴霧される冷却水の噴霧量を調節してもよい。

また、廃棄物溶融炉２の炉内圧力を測定するための圧力センサの数は、二つに限定されない。例えば、圧力センサＢ２に代えて、廃棄物溶融炉２の上部、中部、下部にそれぞれ圧力センサが配置されていてもよい。

［実施例１］
廃棄物溶融設備１を用い、上述したガス冷却手順にて排ガスの冷却を実行し、バルブＶ１，Ｖ２の開度及び温度センサＴ１，Ｔ２の検出値を記録した。

［比較例１］
廃棄物溶融設備１を用い、上記ステップＳ１０〜Ｓ１２を省略したガス冷却手順にて排ガスの冷却を実行し、バルブＶ１，Ｖ２の開度及び温度センサＴ１，Ｔ２の検出値を記録した。

［実施例及び比較例の比較結果］
図８は、実施例１におけるバルブＶ１，Ｖ２の開度及び温度センサＴ１，Ｔ２の検出値の記録結果を示すグラフである。図９は、比較例１におけるバルブＶ１，Ｖ２の開度及び温度センサＴ１，Ｔ２の検出値の記録結果を示すグラフである。各グラフの横軸は経過時間であり、バルブＶ１，Ｖ２の開度及び温度センサＴ１，Ｔ２の検出値の大きさの相対値である。図中の時刻ｔ０は、圧力評価値ΔＰＶが第一閾値Ｈを超えた時刻である。時刻ｔ１は、時刻ｔ０から１０秒後である。折れ線Ｗｓ１はバルブＶ１の開度であり、折れ線Ｗｓ２はバルブＶ２の開度である。折れ線Ｔｓ１は温度センサＴ１の検出値であり、折れ線Ｔｓ２は温度センサＴ２の検出値である。

図８及び図９に示されるように、実施例１によれば、比較例１に比べ、時刻ｔ０の経過後速やかにバルブＶ１，Ｖ２の開度が上昇している。例えば図８では、バルブＶ１，Ｖ２の開度は、時刻ｔ０の直後に上昇し始め、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの経過時間の半分以下の経過時間で上限値に到達している。これに対し、図９では、バルブＶ２の開度は図８に比べて緩やかに上昇し、時刻ｔ１以降も上昇を続けている。また、バルブＶ１については大きな開度上昇は確認されなかった。このため、実施例１によれば、比較例１に比べ、温度センサＴ１，Ｔ２の検出値が低く抑えられている。例えば図８では、温度センサＴ２の検出値が基準値Ｔｘを上回ることはないが、図９では、温度センサＴ２の検出値が基準値Ｔｘを上回っている。以上の結果から、上記の実施形態によれば廃棄物溶融炉２からの排ガスをより確実に冷却できることが確認できた。

２…廃棄物溶融炉、４…ガス冷却装置、４１…第一冷却塔（冷却塔）、４２…第二冷却塔（冷却塔）、８０…コントローラ。

Claims (7)

1. 廃棄物溶融炉から排出される排ガスの流路に設けられた冷却塔において冷却水の噴霧により前記排ガスを冷却する方法であって、
   （ａ）前記冷却塔において冷却された排ガスの温度を目標温度に近付けるように前記冷却水の噴霧量を調節すること、
   （ｂ）前記廃棄物溶融炉の炉頂部内の圧力の上昇に応じて前記冷却水の噴霧量を増やすこと、を含み、
   前記（ｂ）では、前記炉頂部内の圧力上昇に相関する圧力評価値を、前記炉頂部内の圧力の変化の大きさ及び前記廃棄物溶融炉の炉内差圧の変化の大きさに基づいて算出し、前記圧力評価値が閾値を超えた場合に前記冷却水の噴霧量を一時的に増やし、前記廃棄物溶融炉からの前記排ガスの流出量が増えるのに応じて前記閾値を高くする、ガス冷却方法。
2. 前記（ｂ）では、前記圧力評価値が大きくなるのに応じて、前記冷却水の噴霧量の増加量を大きくする、請求項１記載のガス冷却方法。
3. 前記（ａ）では、前記目標温度に比べ前記排ガスの温度が低くなるのに応じて、前記排ガスの温度の変化に応じた前記冷却水の噴霧量の変化を小さくする、請求項１又は２記載のガス冷却方法。
4. 前記（ａ）及び前記（ｂ）では、前記冷却水の供給管路に設けられたバルブの開度により前記冷却水の噴霧量を調節し、前記排ガスの温度が低くなるのに応じて前記バルブの開度の上限値を低くする、請求項１〜３のいずれか一項記載のガス冷却方法。
5. 前記（ｂ）の実行中には前記（ａ）を中断する、請求項１〜４のいずれか一項記載のガス冷却方法。
6. 廃棄物溶融炉から排出される排ガスの流路に設けられ、冷却水の噴霧により前記排ガスを冷却するための冷却塔と、
   前記冷却塔において冷却された前記排ガスの温度を目標温度に近付けるように前記冷却水の噴霧量を調節するように制御すること、前記廃棄物溶融炉の炉頂部内の圧力の上昇に応じて前記冷却水の噴霧量を増やすように制御すること、を実行するように構成されたコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、前記炉頂部内の圧力上昇に相関する圧力評価値を、前記炉頂部内の圧力の変化の大きさ及び前記廃棄物溶融炉の炉内差圧の変化の大きさに基づいて算出し、前記圧力評価値が閾値を超えた場合に前記冷却水の噴霧量を一時的に増やし、前記廃棄物溶融炉からの前記排ガスの流出量が増えるのに応じて前記閾値を高くする、ガス冷却装置。
7. 前記冷却塔は、熱交換器を介さずに廃棄物溶融炉に接続されている、請求項６記載のガス冷却装置。

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