JP6696790B2

JP6696790B2 - ストーカ式焼却炉

Info

Publication number: JP6696790B2
Application number: JP2016026332A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　拓朗; 拓朗佐藤; 純一江本; 博光橋本; 恭司西野
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2036-02-15
Also published as: JP2017145981A

Description

本発明は、ストーカ式焼却炉に関する。

ごみ焼却炉では、加熱された空気が火格子部に供給される。例えば、特許文献１の焼却炉では、燃焼空気配管を分割し、分割された配管毎に温度調節が可能な機構が設けられる。そして、火格子に埋め込まれている温度計値に基づき、各火格子下の燃焼空気温度を制御することにより、燃焼の不均一が抑制される。

特開２００４−８５０９３号公報

ところで、乾燥火格子においてごみを適切に乾燥させることでも、燃焼状態をある程度一定に保つことが可能である。この場合、乾燥火格子に供給する空気の温度を、適宜、燃焼火格子よりも高くすることが求められる。特許文献１の焼却炉においても、乾燥火格子に供給する空気の温度を燃焼火格子よりも高くすることは可能であるが、当該焼却炉では、分割された配管毎に空気予熱器が設けられるため、焼却炉の製造コストが増大してしまう。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、乾燥火格子においてごみを適切に乾燥させるとともに、焼却炉の製造コストを削減することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、ストーカ式焼却炉であって、所定の搬送経路に沿ってごみを搬送する火格子部を有し、前記火格子部が、前記ごみの乾燥が行われる乾燥火格子と、前記搬送経路において前記乾燥火格子の下流側に隣接するとともに、前記ごみの燃焼が行われる燃焼火格子とを有する燃焼室と、前記乾燥火格子上にごみを供給するごみ供給部と、前記乾燥火格子および前記燃焼火格子において、ごみに対して空気を供給することにより、前記燃焼室内にて前記ごみを燃焼させる空気供給部とを備え、前記空気供給部が、空気を加熱して、加熱空気を排出する空気予熱器と、前記加熱空気を前記乾燥火格子および前記燃焼火格子に導く加熱空気供給管と、前記加熱空気供給管における所定の混合位置において、前記加熱空気よりも低い温度の空気を前記加熱空気に混合する補助空気供給管と、前記加熱空気供給管において前記空気予熱器と前記混合位置との間の位置と前記乾燥火格子とを接続するとともに、流量調整部が設けられたバイパス管とを備え、前記流量調整部により前記バイパス管を流れる前記加熱空気の流量が調整されることにより、前記乾燥火格子に供給する空気の温度が調整される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のストーカ式焼却炉であって、前記火格子部上のごみの熱画像を撮像する熱画像撮像部をさらに備え、前記熱画像から求められる前記火格子部上の前記ごみの着火点の位置に基づいて、前記流量調整部が制御される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のストーカ式焼却炉であって、前記ごみ供給部が、ごみを貯留するホッパを有し、前記ホッパ内の前記ごみを前記乾燥火格子上に供給し、前記ホッパ内に投入されるごみの重量および前記ホッパ内のごみの体積を測定することにより取得されるごみの見かけ比重、または、前記ごみの重量、前記燃焼室から排出される排ガスの流量、並びに、前記排ガス中に含まれる水蒸気の濃度および炭酸ガスの濃度を測定することにより取得されるごみの低位発熱量に基づいて、前記流量調整部が制御される。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のストーカ式焼却炉であって、前記乾燥火格子上のごみの表面に向けて電波を発信し、前記電波の前記表面からの反射波を受信することにより、前記乾燥火格子上の前記ごみの高さを検出するごみ高さ検出部をさらに備え、前記乾燥火格子上の前記ごみの高さに基づいて、前記流量調整部が制御される。

本発明によれば、乾燥火格子においてごみを適切に乾燥させるとともに、空気予熱器の個数を少なくして焼却炉の製造コストを削減することができる。

焼却炉の構成を示す図である。二次空気供給部の構成を示す図である。ＥＧＲガス供給部の構成を示す図である。ごみ高さ検出部の構成を示す図である。基本制御ユニットの機能構成を示す図である。補正制御ユニットの一部の機能構成を示す図である。補正制御ユニットの他の機能構成を示す図である。補正制御ユニットの他の機能構成を示す図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る焼却炉１の構成を示す図である。後述するように、図１の焼却炉１は、複数の火格子（ストーカ）により廃棄物であるごみを搬送しつつ燃焼させるストーカ式の焼却炉である。

焼却炉１は、燃焼室２と、空気供給部３と、ごみ供給部４と、排出経路５と、ＥＧＲガス供給部６（後述の図３参照）と、制御システム８とを備える。制御システム８は、焼却炉１の全体制御を担う。燃焼室２では、ごみの燃焼と、ごみから発生した炭素と水素を主成分とした燃焼生成ガスの燃焼とが行われる。燃焼室２から排出される排ガス（燃焼ガス）は、排出経路５にて所定の排ガス処理が施され、大気へと導かれる。

ごみ供給部４は、ホッパ４１と、給じん装置４２とを備える。ホッパ４１は、ごみを貯留する。ホッパ４１内には、クレーン４３１により、ごみピットからごみが投入される。クレーン４３１には、重量計４３２が設けられており、ホッパ４１内に投入されるごみの重量が取得される。また、走査可能なレーザ距離計、または、ステレオカメラである体積測定部４３３により、ホッパ４１内のごみの体積が測定される。実際には、クレーン４３１によりホッパ４１内にごみが投入される毎に、ホッパ４１内のごみの体積の変化量が算出され、投入されたごみの体積が取得される。制御システム８では、ホッパ４１内に投入されたごみの単位時間毎の重量の和および体積の和が求められる。以下の説明では、各単位時間内にホッパ４１内に投入されるごみを「ごみ群」と呼び、ごみ群の重量および体積を、「ごみ群重量」および「ごみ群体積」と呼ぶ。

給じん装置４２は、プッシャーやスクリュー等の駆動機構４２１による押出動作により、ホッパ４１内のごみを燃焼室２内の後述の火格子部２１上に供給する。駆動機構４２１を制御することにより、給じん装置４２から火格子部２１上へのごみの供給速度（例えば、所定時間当たりの押出動作の回数であり、以下、「給じん装置速度」という。）が調整可能である。

燃焼室２は、火格子部２１と、排出部２２とを有する。火格子部２１は、給じん装置４２と排出部２２との間に位置し、両者の間にて連続的に配列される複数の火格子を備える。複数の火格子において１つ置きに配置される可動火格子の往復運動により、火格子部２１上のごみが排出部２２に向かって移動する。このように、火格子部２１の複数の火格子が、給じん装置４２から排出部２２へと向かう搬送経路に沿ってごみを搬送する。後述するように、空気供給部３により搬送経路の各位置においてごみに対して空気が供給され、燃焼室２内にてごみが燃焼する。燃焼後のごみ（主として灰）は排出部２２にて燃焼室２外に排出される。なお、火格子部２１における複数の火格子の形状、配列、動作等については様々なものが採用可能である。

火格子部２１上の搬送経路は、ごみの移動方向において３個の部分に区分される。搬送経路における給じん装置４２側の部分２３には、給じん装置４２によりごみが供給され、当該部分２３において主としてごみの乾燥が行われる。搬送経路における中央の部分２４では、主としてごみの燃焼が行われ、排出部２２側の部分２５では、主としてごみの後燃焼が行われる。以下の説明では、搬送経路における３個の部分２３，２４，２５を、それぞれ乾燥火格子２３、燃焼火格子２４および後燃焼火格子２５と呼ぶ。搬送経路において、燃焼火格子２４は乾燥火格子２３の下流側に隣接し、後燃焼火格子２５は燃焼火格子２４の下流側に隣接する。乾燥火格子２３、燃焼火格子２４および後燃焼火格子２５のそれぞれは、複数の火格子の集合である。

図１の焼却炉１では、燃焼火格子２４が、第１燃焼火格子２４１と、第２燃焼火格子２４２とにさらに区分される。また、後燃焼火格子２５が、第１後燃焼火格子２５１と、第２後燃焼火格子２５２とにさらに区分される。乾燥火格子２３、第１燃焼火格子２４１、第２燃焼火格子２４２および後燃焼火格子２５のそれぞれに対して、可動火格子を駆動する駆動機構２６が設けられる。乾燥火格子２３、第１燃焼火格子２４１、第２燃焼火格子２４２および後燃焼火格子２５では、ごみの搬送速度が個別に調整可能である。以下の説明では、乾燥火格子２３、燃焼火格子２４および後燃焼火格子２５におけるごみの搬送速度を「乾燥火格子速度」、「燃焼火格子速度」および「後燃焼火格子速度」という。

空気供給部３は、一次空気供給部３１と、二次空気供給部３２（後述の図２参照）とを備える。一次空気供給部３１は、空気予熱器３１１と、加熱空気供給管３１２と、補助空気供給管３１３と、バイパス管３１４（一部を破線にて示す。）とを備える。空気予熱器３１１は、外部からファン（図示省略）を介して供給される燃焼用の空気を加熱し、加熱空気を排出する。加熱空気供給管３１２の一端は、空気予熱器３１１に接続される。加熱空気供給管３１２の他端は、５個の分岐管３１５に分岐しており、５個の分岐管３１５は、乾燥火格子２３、第１燃焼火格子２４１、第２燃焼火格子２４２、第１後燃焼火格子２５１および第２後燃焼火格子２５２にそれぞれ接続される。加熱空気供給管３１２により、空気予熱器３１１からの加熱空気が、乾燥火格子２３、第１燃焼火格子２４１、第２燃焼火格子２４２、第１後燃焼火格子２５１および第２後燃焼火格子２５２に導かれる。

補助空気供給管３１３の一端は、加熱空気供給管３１２に接続される。補助空気供給管３１３の他端には、未加熱の空気が供給される。これにより、加熱空気供給管３１２において補助空気供給管３１３が接続される位置３１６を混合位置として、加熱空気よりも低い温度の空気が当該加熱空気に混合される。加熱空気供給管３１２内にて、混合位置３１６と分岐管３１５との間には温度計３３１が設けられる。温度計３３１の出力値が所定の目標温度となるように、空気予熱器３１１から排出される加熱空気の流量（すなわち、空気予熱器３１１に供給される空気の流量）、および、補助空気供給管３１３を流れる未加熱の空気の流量が調整される。

バイパス管３１４の一端は、加熱空気供給管３１２において空気予熱器３１１と混合位置３１６との間の位置（以下、単に「接続位置」という。）に接続される。バイパス管３１４の他端は、乾燥火格子２３に対する分岐管３１５に接続される。バイパス管３１４は、当該接続位置と乾燥火格子２３とを実質的に接続する。当該接続位置では、未加熱の空気が混合されていない加熱空気が流れており、当該加熱空気がバイパス管３１４に供給される。また、バイパス管３１４には、ダンパを含むバイパス流量調整部３３２が設けられる。空気供給部３では、バイパス流量調整部３３２により、乾燥火格子２３に供給する空気を、燃焼火格子２４および後燃焼火格子２５に供給する空気の温度よりも高い温度に調整可能である。実際には、乾燥火格子２３に対する分岐管３１５内には、温度計３３３が設けられる。温度計３３３の出力値に基づく制御システム８の制御により、バイパス管３１４を流れる加熱空気の流量が調整され、乾燥火格子２３に供給する空気の温度（以下、「乾燥火格子空気温度」という。）が調整される。

また、各分岐管３１５には、ダンパ３３４および流量計３３５が設けられる。制御システム８が、流量計３３５の出力値に基づいてダンパ３３４を制御することにより、各分岐管３１５を流れる空気の流量、すなわち、乾燥火格子２３、第１燃焼火格子２４１、第２燃焼火格子２４２、第１後燃焼火格子２５１および第２後燃焼火格子２５２のそれぞれに供給する空気の流量が調整される。なお、乾燥火格子２３に接続される分岐管３１５では、圧力差および適正なダクティングにより、バイパス管３１４から流れる加熱空気は逆流しない。もちろん、分岐管３１５において逆止弁が設けられてもよい。以下の説明では、一次空気供給部３１から火格子部２１に供給される空気を「一次空気」と呼ぶ。また、乾燥火格子２３、燃焼火格子２４および後燃焼火格子２５にそれぞれ供給する一次空気の流量を「乾燥火格子空気流量」、「燃焼火格子空気流量」および「後燃焼火格子空気流量」と呼び、これらの総流量を「一次空気流量」と呼ぶ。燃焼火格子空気流量は、第１燃焼火格子２４１および第２燃焼火格子２４２において個別に設定されてよく、後燃焼火格子空気流量も、第１後燃焼火格子２５１および第２後燃焼火格子２５２において個別に設定されてよい。

図２は、二次空気供給部３２の構成を示す図である。二次空気供給部３２は、空気予熱器３２１と、加熱空気供給管３２２と、補助空気供給管３２３、ファン３２４とを備える。空気予熱器３２１は、ファン３２４を介して供給される燃焼用の空気を加熱し、加熱空気を排出する。加熱空気供給管３２２の一端は、空気予熱器３２１に接続される。加熱空気供給管３２２の他端は、２つの分岐管３２５に分岐しており、２つの分岐管３２５は、前壁側二次空気ノズル３２６および後壁側二次空気ノズル３２７にそれぞれ接続される。加熱空気供給管３２２により、空気予熱器３２１からの加熱空気が、前壁側二次空気ノズル３２６および後壁側二次空気ノズル３２７に導かれる。燃焼室２における前壁側二次空気ノズル３２６および後壁側二次空気ノズル３２７の配置については後述する。

補助空気供給管３２３の一端は、加熱空気供給管３２２に接続される。補助空気供給管３２３の他端は、ファン３２４と空気予熱器３２１との間の配管に接続される。補助空気供給管３２３により、加熱空気供給管３２２を流れる加熱空気に、未加熱の空気が混合される。加熱空気供給管３２２において、補助空気供給管３２３が接続される位置と分岐管３２５との間には温度計３４１が設けられる。温度計３４１の出力値が所定の目標温度となるように、空気予熱器３２１から排出される加熱空気の流量（すなわち、空気予熱器３２１に供給される空気の流量）、および、補助空気供給管３２３を流れる未加熱の空気の流量が調整される。

また、各分岐管３２５には、ダンパ３４２および流量計３４３が設けられる。制御システム８が、流量計３４３の出力値に基づいてダンパ３４２を制御することにより、各分岐管３２５を流れる空気の流量、すなわち、前壁側二次空気ノズル３２６および後壁側二次空気ノズル３２７から噴出される空気の流量が個別に調整可能である。以下の説明では、二次空気供給部３２から前壁側二次空気ノズル３２６および後壁側二次空気ノズル３２７に供給される空気を「二次空気」と呼び、二次空気の総流量を「二次空気流量」と呼ぶ。

図３は、ＥＧＲガス供給部６の構成を示す図である。ＥＧＲガス供給部６は、ＥＧＲガス供給管６１と、ファン６２とを備える。ＥＧＲガス供給管６１の一端には、燃焼室２から排出される排ガスを含むガス（すなわち、排ガス再循環（Exhaust Gas Recirculation）ガスであり、以下、「ＥＧＲガス」という。）がファン６２を介して供給される。ＥＧＲガスは、例えば、排出経路５に設けられるバグフィルタ（図示省略）を通過した排ガスと空気とが混合されたものである。ＥＧＲガスは、当該排ガスのみを含むガスであってもよい。すなわち、ＥＧＲガスは、少なくとも排ガスを含む。

ＥＧＲガス供給管６１の他端は、２つの分岐管６３に分岐しており、２つの分岐管６３は、２つのガスノズル、すなわち、前壁側ＥＧＲガスノズル６４および後壁側ＥＧＲガスノズル６５にそれぞれ接続される。各分岐管６３には、ダンパ６６および流量計６７が設けられる。制御システム８が、流量計６７の出力値に基づいてダンパ６６を制御することにより、各分岐管６３を流れるＥＧＲガスの流量、すなわち、前壁側ＥＧＲガスノズル６４および後壁側ＥＧＲガスノズル６５から燃焼室２内に噴出（供給）されるＥＧＲガスの流量が個別に調整可能である。以下の説明では、前壁側ＥＧＲガスノズル６４および後壁側ＥＧＲガスノズル６５から噴出されるＥＧＲガスの流量を「前壁側ＥＧＲガス流量」および「後壁側ＥＧＲガス流量」と呼び、これらの総流量を「ＥＧＲガス流量」と呼ぶ。

図１に示す燃焼室２では、乾燥火格子２３の上方をおよそ覆う前壁部２０１と、後燃焼火格子２５の上方をおよそ覆う後壁部２０２とが設けられる。前壁側二次空気ノズル３２６および前壁側ＥＧＲガスノズル６４は、前壁部２０１において個別に設けられる。図１では、前壁側二次空気ノズル３２６および前壁側ＥＧＲガスノズル６４を、１つの矢印Ａ１により示している。後壁側二次空気ノズル３２７および後壁側ＥＧＲガスノズル６５は、後壁部２０２において個別に設けられる。図１では、後壁側二次空気ノズル３２７および後壁側ＥＧＲガスノズル６５を、１つの矢印Ａ２により示している。

燃焼室２において、排出経路５へと向かうガスに対して、前壁側二次空気ノズル３２６および後壁側二次空気ノズル３２７から二次空気が供給（噴出）される。これにより、燃焼室２内で発生した未燃ガスが燃焼する。また、前壁側ＥＧＲガスノズル６４から乾燥火格子２３上のごみ近傍に向けてＥＧＲガスが噴出され、後壁側ＥＧＲガスノズル６５により、搬送経路において乾燥火格子２３から下流側に離れた位置の上方から、燃焼室２内にＥＧＲガスが噴出される。燃焼室２内にＥＧＲガスを供給することにより、燃焼温度が低下する。これにより、サーマルＮＯｘ（窒素酸化物）の発生が抑制され、ＮＯｘ濃度の低減等が実現される。

燃焼室２の上部には、排ガスを熱源とするボイラ７１１が設けられる。ボイラ７１１からの蒸気は、排ガスを利用する過熱器７１２によりさらに加熱され、過熱蒸気が生成される。過熱器７１２から排出される過熱蒸気の流量（以下、「ボイラ発生蒸気量」という。）は、流量計７１３により測定される。過熱蒸気は、例えば発電等に利用される。

燃焼室２内には、複数の温度計７２１，７２２、ごみ層厚取得部７３、ごみ高さ検出部７４および熱画像撮像部７５がさらに設けられる。複数の温度計７２１，７２２は、例えば、熱電対温度計である。一の温度計７２１は、燃焼室２において排出経路５との接続部近傍、すなわち、燃焼室２の出口近傍に位置する。温度計７２１により取得される温度を、以下、「燃焼室出口温度」という。他の一の温度計７２２は、燃焼室２において後燃焼火格子２５の上方に位置する。温度計７２２により取得される温度を、以下、「後燃焼火格子上部温度」という。燃焼室２内には、他の温度計が設けられてもよい。

ごみ層厚取得部７３は、２つの圧力計を有する。一方の圧力計は、燃焼室２内における燃焼火格子２４の上方の圧力を取得し、他方の圧力計は、燃焼火格子２４の下側（分岐管３１５側）の圧力を取得する。当該２つの圧力計により取得される２つの圧力の差圧は、燃焼火格子２４上に存在するごみの量（厚さ）に依存する。ごみ層厚取得部７３では、上記差圧、および、燃焼火格子２４に対する一次空気の供給量等に基づいて、燃焼火格子２４上のごみの層の厚さ（厚さの推定値であり、以下、「算出ごみ層厚」という。）が取得される。

熱画像撮像部７５は、例えば後壁部２０２に取り付けられ、火格子部２１上のごみの熱画像を撮像する。熱画像撮像部７５は、赤外線カメラであり、例えば、波長３．９マイクロメートル（μｍ）において最大感度を有する。熱画像撮像部７５には、冷却機構が設けられ、焼却炉１の稼働中において火格子部２１上のごみの熱画像（以下、「ＩＲ熱画像」という。）が安定して取得される。ＩＲ熱画像は、所定の処理により輝炎の影響が除去された熱画像であり、燃焼室２内のごみの燃焼状態（具体的には、表面温度）が正確に把握可能である。後述するように、ＩＲ熱画像は、火格子部２１上におけるごみの燃焼位置の検出に利用される。焼却炉１では、複数の熱画像撮像部７５が設けられてもよい。

図４は、ごみ高さ検出部７４の構成を示す図である。図４では、ごみ高さ検出部７４を拡大して示している。ごみ高さ検出部７４は、前壁部２０１に設けられ、測定部７４１と、環状ノズル７４２とを備える。測定部７４１は、乾燥火格子２３上のごみ９よりも上方に配置され、発信器と、受信器とを含む。発信器のアンテナおよび受信器のアンテナは、共通の測定面７４３に設けられる。発信器および受信器は、アンテナを共有してもよい。測定部７４１では、乾燥火格子２３上のごみ９の表面に向けてマイクロ波帯の電波が測定面７４３から発信され、当該電波のごみ９の表面からの反射波が測定面７４３において受信される。これにより、乾燥火格子２３上のごみ９の高さ（以下、「乾燥火格子ごみ高さ」という。）が検出される。特に、測定部７４１は、乾燥火格子２３上のごみ９の上部を斜めにレベル検出することで、乾燥火格子２３上に安定的にごみ９が供給されていることを判定できるようにすることが好ましい。なお、ごみ高さ検出部７４では、ミリ波帯の電波等が利用されてもよい。

環状ノズル７４２は、測定部７４１の周囲を囲む環状であり、環状噴出口を有する。環状噴出口は、パージ用ガスを常時噴出する。環状噴出口の各部位から噴出されるパージ用ガスは、測定面７４３の近傍における焦点において、環状噴出口の他の部位から噴出されるパージ用ガスと衝突する。これにより、測定面７４３が、パージ用ガスの流れにより囲まれる空間内に配置される。パージ用ガスは、好ましくは、排ガスを含むＥＧＲガスである。ごみ高さ検出部７４では、パージ用ガスにより測定面７４３が汚れることが防止され、乾燥火格子ごみ高さが安定して精度よく検出される。環状ノズル７４２は防熱ユニットの一部も兼ねており、防熱ユニットにより熱による測定部７４１の損傷が抑制される。

図１に示すように、排出経路５には、酸素濃度計５１と、濃度測定ユニット５２と、流量計５３とが設けられる。酸素濃度計５１は、排出経路５における燃焼室２近傍に設けられる。酸素濃度計５１は、レーザ光を利用して酸素濃度（以下、「燃焼室出口酸素濃度」という。）を測定する。濃度測定ユニット５２および流量計５３は、バグフィルタ（図示省略）の下流側、すなわち、バグフィルタと煙突との間に設けられる。濃度測定ユニット５２では、排ガス中に含まれる水蒸気の濃度および炭酸ガスの濃度（以下、「排ガス水分濃度」および「排ガスＣＯ_２濃度」という。）が測定される。流量計５３では、排ガスの流量が測定される。

図５は、制御システム８に含まれる基本制御ユニット８１の機能構成を示す図である。基本制御ユニット８１は、蒸気量制御部８１１と、焼却量演算部８１２と、焼却量制御部８１３と、燃焼室温度制御部８１４と、酸素濃度制御部８１５と、熱灼減量制御部８１６と、燃焼位置制御部８１７と、ごみ層厚制御部８１８とを備える。図５では、基本制御ユニット８１の各制御部に入力される値の種類、および、当該制御部が指令（出力）する値の種類（操作パラメータ）も示している。基本制御ユニット８１の各制御部では、入力される値に基づいて、各操作パラメータの指令値が常時調整される。以下に説明する制御システム８の動作は一例であり、適宜変更されてよい。基本制御ユニット８１に含まれる複数の制御部において、操作パラメータが重複する場合には、当該複数の制御部に対してそれぞれ定められた重み（操作パラメータ毎に相違してもよい。）を考慮して、当該操作パラメータの実際の指令値が決定される。

蒸気量制御部８１１では、ボイラ発生蒸気量を後述の目標蒸気量に近似させる操作が行われる。例えば、ボイラ発生蒸気量が目標蒸気量よりも大きい場合に、ごみ送り基準速度の指令値が現在の値から低減される。ここで、ごみ送り基準速度の指令値は、給じん装置速度の指令値、乾燥火格子速度の指令値、燃焼火格子速度の指令値、および、後燃焼火格子速度の指令値の算出における基準となるものである。ごみ送り基準速度の指令値を低減する場合、給じん装置速度の指令値、乾燥火格子速度の指令値、燃焼火格子速度の指令値、および、後燃焼火格子速度の指令値が小さくなる。ボイラ発生蒸気量が目標蒸気量よりも小さく、ごみ送り基準速度の指令値を増大する場合、給じん装置速度の指令値、乾燥火格子速度の指令値、燃焼火格子速度の指令値、および、後燃焼火格子速度の指令値が大きくなる。

また、ボイラ発生蒸気量が目標蒸気量よりも大きい場合、一次空気流量の指令値が現在の値から低減され、二次空気流量の指令値が現在の値から増大される。一次空気流量の指令値は、乾燥火格子空気流量の指令値、燃焼火格子空気流量の指令値、および、後燃焼火格子空気流量の指令値の算出における基準となるものである。一次空気流量の指令値の増減により、乾燥火格子空気流量の指令値、燃焼火格子空気流量の指令値、および、後燃焼火格子空気流量の指令値も同様に増減する。二次空気流量の指令値は、二次空気供給部３２から前壁側二次空気ノズル３２６および後壁側二次空気ノズル３２７に供給される空気の総流量の指令値である。

一次空気流量および二次空気流量の総量は、基準空気量として定められ、一次空気流量の指令値および二次空気流量の指令値の変更は、基準空気量に対する各流量の割合の変更である（以下同様）。ボイラ発生蒸気量が目標蒸気量よりも小さい場合には、一次空気流量の指令値が、現在の値から増大され、二次空気流量の指令値が現在の値から低減される。

焼却量演算部８１２では、単位時間当たりにごみ供給部４から乾燥火格子２３上に供給されるごみの重量が、実焼却量として求められる。実焼却量は、例えば、体積測定部４３３の測定値に基づいて単位時間当たりに火格子部２１上に供給されるごみの体積を求め、当該体積に後述の見かけ比重を掛けることにより求められる。焼却量制御部８１３は、後述の焼却量一定制御において能動化される構成であり、詳細については後述する。

燃焼室温度制御部８１４では、燃焼室出口温度が予め設定された設定出口温度よりも大きい場合に、（燃焼室出口温度が設定出口温度に近似するように）ＥＧＲガス流量の指令値が現在の値から増大され、燃焼室出口温度が設定出口温度よりも小さい場合に、ＥＧＲガス流量の指令値が現在の値から低減される。酸素濃度制御部８１５では、燃焼室出口酸素濃度が予め設定された設定出口濃度よりも大きい場合に、二次空気流量の指令値が現在の値から低減され、一次空気流量の指令値が現在の値から増大される。燃焼室出口酸素濃度が設定出口濃度よりも小さい場合に、二次空気流量の指令値が現在の値から増大され、一次空気流量の指令値が現在の値から低減される。

熱灼減量制御部８１６では、後燃焼火格子上部温度が予め設定された設定上部温度よりも大きい場合に、後燃焼火格子空気流量の指令値が現在の値から増大され、後燃焼火格子速度の指令値が現在の値から低減される。後燃焼火格子上部温度が設定上部温度よりも小さい場合に、後燃焼火格子空気流量の指令値が現在の値から低減され、後燃焼火格子速度の指令値が現在の値から増大される。燃焼位置制御部８１７では、後燃焼火格子上部温度が設定上部温度よりも大きい場合に、乾燥火格子速度の指令値、燃焼火格子速度の指令値、および、後燃焼火格子速度の指令値のそれぞれが現在の値から低減される。後燃焼火格子上部温度が設定上部温度よりも小さい場合に、乾燥火格子速度の指令値、燃焼火格子速度の指令値、および、後燃焼火格子速度の指令値のそれぞれが現在の値から増大される。

ごみ層厚制御部８１８では、算出ごみ層厚が、目標ごみ層厚よりも大きい場合に、給じん装置速度の指令値、乾燥火格子速度の指令値、および、燃焼火格子速度の指令値のそれぞれが現在の値から低減される。目標ごみ層厚は、後述の目標焼却量等に応じて決定される。算出ごみ層厚が目標ごみ層厚よりも小さい場合に、給じん装置速度の指令値、乾燥火格子速度の指令値、および、燃焼火格子速度の指令値のそれぞれが現在の値から増大される。このように、算出ごみ層厚に基づいて、火格子部２１によるごみの搬送速度が制御される。

図６は、制御システム８に含まれる補正制御ユニット８２の一部の機能構成を示す図である。補正制御ユニット８２は、基本制御ユニット８１の上記制御動作に付加して、制御（補正制御）を行うものである。補正制御ユニット８２は、ごみ質演算部８２１と、ごみ質補正制御部８２２とを備える。ごみ質演算部８２１では、ごみ群重量およびごみ群体積に基づいて、各ごみ群の見かけ比重（ここでは、水に対する比重）が求められる。後述するように、ごみ群の見かけ比重は、各種基準値等の算出に利用される。焼却炉１では、ごみ群重量を取得する重量計４３２、ごみ群体積を取得する体積測定部４３３、および、ごみ質演算部８２１等により、ごみの見かけ比重を取得する見かけ比重取得部が実現される。

また、ごみ質演算部８２１では、ごみの低位発熱量が算出される。ここで、低位発熱量の算出について述べる。低位発熱量の算出では、例えば、特公昭６１−１６８８９号公報に記載の手法が利用される。ここでは、単位時間当たりの排ガスの流量をＧ、単位時間当たりに火格子部２１上に供給されるごみの重量をＱとして、ごみ１ｋｇ（キログラム）当たりの排ガス量が、（Ｇ／Ｑ）で与えられるものとする。排ガス中に含まれる炭酸ガスの濃度をＣ（ＣＯ_２）［％］とすると、ごみ１ｋｇ当たりの炭酸ガス量Ｖ（ＣＯ_２）は、数１にて表される。

（数１）
Ｖ（ＣＯ_２）＝（Ｃ（ＣＯ_２）／１００）×（Ｇ／Ｑ）

また、排ガス中に含まれる水蒸気の濃度をＣ（Ｈ_２Ｏ）［％］とすると、ごみ１ｋｇ当たりの水蒸気量Ｖ（Ｈ_２Ｏ）は、数２にて表される。

（数２）
Ｖ（Ｈ_２Ｏ）＝（Ｃ（Ｈ_２Ｏ）／１００）×（Ｇ／Ｑ）

ごみ中の可燃分の元素組成における炭素の比率をＲ_Ｃとし、ごみの可燃分の重量パーセント濃度をＢとすると、ごみ１ｋｇ当たりの炭酸ガス量Ｖ（ＣＯ_２）は、数３にて表される。

（数３）
Ｖ（ＣＯ_２）＝（Ｒ_Ｃ／１００）×（Ｂ／１００）×（２２．４／１２）
＝１．８７×１０^−４×Ｒ_ＣＢ

一方、ごみ中の可燃分の元素組成における水素の比率をＲ_Ｈとすると、ごみ中の可燃分における水素に起因する水蒸気量Ｖ'（Ｈ_２Ｏ）は、数４にて表される。

（数４）
Ｖ'（Ｈ_２Ｏ）＝（Ｒ_Ｈ／１００）×（Ｂ／１００）×（２２．４／２．０１６）
＝１．１１１×１０^−３×Ｒ_ＨＢ

また、ごみ中の水分の重量パーセント濃度をＷとすると、当該水分に起因する水蒸気量Ｖ''（Ｈ_２Ｏ）は、数５にて表される。

（数５）
Ｖ''（Ｈ_２Ｏ）＝（Ｗ／１００）×（２２．４／１８）
＝１．２４４×１０^−２×Ｗ

したがって、ごみ１ｋｇ当たりの水蒸気量Ｖ（Ｈ_２Ｏ）は、数６にて表される。

（数６）
Ｖ（Ｈ_２Ｏ）＝１．１１１×１０^−３×Ｒ_ＨＢ＋１．２４４×１０^−２×Ｗ

数３からごみの可燃分の重量パーセント濃度Ｂは、数７にて表される。

（数７）
Ｂ＝５．３５×１０^３×Ｖ（ＣＯ_２）／Ｒ_Ｃ

また、数６および数７からごみ中の水分の重量パーセント濃度Ｗは、数８にて表される。

（数８）
Ｗ＝８０．４×Ｖ（Ｈ_２Ｏ）−４７８×（Ｒ_Ｈ／Ｒ_Ｃ）×Ｖ（ＣＯ_２）

ごみ１ｋｇ当たりの低位発熱量Ｈｕは、数９にて表される。

（数９）
Ｈｕ＝５０×Ｂ−６×Ｗ

したがって、ある時刻における単位時間当たりの排ガスの流量Ｇ、排ガス水分濃度Ｃ（Ｈ_２Ｏ）、および、排ガスＣＯ_２濃度Ｃ（ＣＯ_２）、並びに、単位時間当たりに火格子部２１上に供給されるごみの重量Ｑ（既述の実焼却量）を用いることにより、数１、数２、数７、数８および数９から低位発熱量Ｈｕが算出（推定）される。なお、ごみ中の可燃分の元素組成における炭素の比率Ｒ_Ｃおよび水素の比率Ｒ_Ｈは、事前の分析等により取得した値が用いられる。焼却炉１では、ごみの重量を取得する重量計４３２、排ガスの流量を取得する流量計５３、排ガス中に含まれる水蒸気の濃度および炭酸ガスの濃度を取得する濃度測定ユニット５２、並びに、ごみ質演算部８２１等により、ごみの低位発熱量を取得する低位発熱量取得部が実現される。

ごみ質演算部８２１では、各時刻において直近の所定期間内に取得される低位発熱量の平均値、および、当該低位発熱量に対応するごみ群の見かけ比重の平均値が、当該時刻において利用すべき低位発熱量および見かけ比重（以下、それぞれ「対象低位発熱量」および「対象見かけ比重」という。）として取得される。対象見かけ比重は、直近の所定期間内に取得される見かけ比重の平均値であってもよい。また、取得される見かけ比重および低位発熱量は、給じん装置速度に応じた時間差を考慮することにより当該低位発熱量に対応するごみ群を一致させることが好ましい。このように、低位発熱量および見かけ比重の移動平均値を求めることにより、ごみの質の中・長期的な変動（季節、収集日、天候による変動等）を把握して、後述の補正制御を精度よく行うことが可能となる。また、低位発熱量または見かけ比重が異常な値となる場合でも、対象低位発熱量および対象見かけ比重（並びに、これらの値を用いて算出される各種基準値等）の急激な変動を抑制することができる。なお、ごみの質の中・長期的な変動を把握するという観点では、各時刻における対象低位発熱量および対象見かけ比重が、当該時刻において実際に処理されるごみよりも少し前に処理されているごみに基づく値であることは問題とはならない。

ごみ質補正制御部８２２では、例えば、予めユーザにより設定された設定蒸気量にてボイラ発生蒸気量を一定とする制御（蒸気量一定制御）を行う場合には、設定蒸気量、対象低位発熱量および対象見かけ比重を用いて、現在の制御において利用すべきごみ送り基準速度の基準値、一次空気流量の基準値、および、二次空気流量の基準値が算出されて更新される。なお、蒸気量一定制御では、設定蒸気量が目標蒸気量となる。

各種基準値等の算出の一例では、設定蒸気量に所定の換算係数を掛けることにより総熱量が求められ、総熱量を対象低位発熱量で割ることにより、目標焼却量が求められる。また、目標焼却量を対象見かけ比重で割り、さらに所定の換算係数で割ることにより、ごみ送り基準速度の基準値が求められる。新たな（更新後の）ごみ送り基準速度の基準値が、直前の（更新前の）当該基準値から増減する場合、ごみ送り基準速度の指令値も同様に増減する。

また、対象低位発熱量を所定の関数に入力することにより得られる値を、上記総熱量に掛けることにより、基準空気量が求められる。そして、対象低位発熱量を他の２つの関数に入力することにより得られる２つの値を基準空気量にそれぞれ掛けることにより、一次空気流量の基準値および二次空気流量の基準値が求められる。当該２つの値は、基準空気量における一次空気流量および二次空気流量の割合を示す。更新後の一次空気流量の基準値が、更新前の当該基準値から増減する場合、一次空気流量の指令値も同様に増減する（二次空気流量において同様）。基準空気量が一定とされ、一次空気流量および二次空気流量の割合のみが、対象低位発熱量および対象見かけ比重に基づいて変更されてもよい。各種基準値等は、対象低位発熱量および対象見かけ比重が用いられるのであるならば、様々な演算にて求められてよい。

現在の対象低位発熱量が直前の対象低位発熱量よりも大きい、または、現在の対象見かけ比重が直前の対象見かけ比重よりも小さいときに、ごみ送り基準速度の基準値の更新により、給じん装置速度の指令値、乾燥火格子速度の指令値、燃焼火格子速度の指令値、後燃焼火格子速度の指令値は（現在の値よりも）低くなる。また、一次空気流量の基準値および二次空気流量の基準値の更新により、一次空気流量の指令値は低くなり、二次空気流量の指令値は高くなる。対象低位発熱量または対象見かけ比重が上記とは逆方向に変動する場合、各操作パラメータの指令値は上記とは逆方向に変動する（以下同様）。

ごみ質補正制御部８２２では、さらに、乾燥火格子空気流量の指令値、燃焼火格子空気流量の指令値、乾燥火格子空気温度の指令値、前壁側ＥＧＲガス流量の指令値、後壁側ＥＧＲガス流量の指令値、および、目標ごみ層厚も変更される。現在の対象低位発熱量が直前の対象低位発熱量よりも大きい、または、現在の対象見かけ比重が直前の対象見かけ比重よりも小さいときに、乾燥火格子空気流量の指令値、前壁側ＥＧＲガス流量の指令値、および、目標ごみ層厚が低減され、燃焼火格子空気流量の指令値、乾燥火格子空気温度の指令値、および、後壁側ＥＧＲガス流量の指令値が増大される。

乾燥火格子空気流量の指令値、および、燃焼火格子空気流量の指令値の変更は、一次空気流量の指令値に対する各流量の割合の変更である（後燃焼火格子空気流量の指令値の変更において同様）。前壁側ＥＧＲガス流量の指令値、および、後壁側ＥＧＲガス流量の指令値の変更も、ＥＧＲガス流量の指令値に対する各流量の割合の変更である。現在の対象低位発熱量が直前の対象低位発熱量よりも大きく（小さく）、かつ、現在の対象見かけ比重が直前の対象見かけ比重よりも大きい（小さい）場合には、対象低位発熱量および対象見かけ比重に対してそれぞれ定められた重み（操作パラメータ毎に相違してもよい。）を考慮して、各操作パラメータに対する指令値が決定される。

ごみ質補正制御部８２２では、予めユーザにより設定された設定焼却量にて実焼却量を一定とする制御（焼却量一定制御）が行われてもよい。この場合、図５の焼却量制御部８１３が能動化される。そして、直近の設定期間において実焼却量を積算した値と、設定焼却量を積算した値とが比較される。実焼却量の積算値が設定焼却量の積算値よりも小さい場合には、実焼却量が増大するように、また、実焼却量の積算値が設定焼却量の積算値よりも大きい場合には、実焼却量が低減するように、蒸気量制御部８１１における目標蒸気量が変更される。目標蒸気量を低減することにより、ごみ送り基準速度の指令値が現在の値から低減され、目標蒸気量を増大することにより、ごみ送り基準速度の指令値が現在の値から増大される。また、当該目標蒸気量、対象低位発熱量および対象見かけ比重を用いて、ごみ送り基準速度の基準値、一次空気流量の基準値、および、二次空気流量の基準値が算出される。現在の対象低位発熱量が直前の対象低位発熱量から変動する、または、現在の対象見かけ比重が直前の対象見かけ比重から変動する場合における、各操作パラメータの指令値の変動は図６と同様である。

以上のように、焼却炉１では、対象見かけ比重および対象低位発熱量に基づいて、ごみ送り基準速度の基準値および一次空気流量の基準値が求められる。そして、これらの基準値に基づいて、火格子部２１によるごみの搬送速度、および、火格子部２１上のごみに対する空気供給部３による空気の供給流量が制御される。このように、対象見かけ比重および対象低位発熱量の双方に基づいて制御を行うことにより、中・長期的に変動するごみの質に合わせて好ましい燃焼状態をより確実に維持することができる。その結果、安定した低空気比燃焼を実現して、排ガス中のＮＯｘ、ＣＯ（一酸化炭素）、ダイオキシン類の発生を低減することができる。また、発電の高効率化、排ガス処理に係る薬剤の少量化、燃焼室２内の異常温度上昇の抑制によるボイラ７１１の延命化、焼却炉１のライフサイクルコスト（ＬＣＣ）のミニマム化等を実現することができる。

また、対象見かけ比重および対象低位発熱量に基づいて、空気供給部３により乾燥火格子２３に供給される空気の温度（乾燥火格子空気温度）が制御される。これにより、変動するごみの質に合わせて乾燥火格子２３上のごみを適切に乾燥させることができ、好ましい燃焼状態をより確実に維持することができる。

図１の一次空気供給部３１では、空気予熱器３１１からの加熱空気が、加熱空気供給管３１２を介して乾燥火格子２３および燃焼火格子２４に導かれ、加熱空気供給管３１２の混合位置３１６において、加熱空気よりも低い温度の空気が加熱空気に混合される。また、加熱空気供給管３１２において空気予熱器３１１と混合位置３１６との間の位置がバイパス管３１４により乾燥火格子２３に接続される。そして、対象見かけ比重および対象低位発熱量に基づいてバイパス流量調整部３３２を制御することにより、乾燥火格子空気温度が調整される。このような構造により、空気供給部３では、乾燥火格子２３においてごみを適切に乾燥させるとともに、（各分岐管３１５に空気予熱器３２１を設ける場合に比べて）空気予熱器３２１の個数を少なくして焼却炉１の製造コストを削減することができる。

ところで、乾燥火格子空気流量を過度に大きくするとホッパ４１内のごみに着火（逆火）する可能性があるため、乾燥火格子空気流量の増大には一定の限界がある。これに対し、焼却炉１では、対象見かけ比重および対象低位発熱量に基づいて、前壁側ＥＧＲガスノズル６４および後壁側ＥＧＲガスノズル６５からのＥＧＲガスの流量も制御される。また、ＥＧＲガスにおいて、高温の燃焼ガスの引き込み量を調整することにより乾燥火格子２３上のごみに対する輻射熱を増減して、当該ごみの乾燥具合が制御される。これにより、逆火の発生を抑制しつつ、乾燥火格子２３上のごみを適切に乾燥させることができる。また、燃焼室２内に供給される空気の量が過度に増大することも防止される。なお、ＥＧＲガス供給部６では、３以上のＥＧＲガスノズルを介して燃焼室２内にＥＧＲガスが供給されてもよい。

図７は、補正制御ユニット８２の他の機能構成を示す図である。補正制御ユニット８２は、着火点位置演算部８２３と、着火点制御部８２４と、燃切点位置演算部８２５と、燃切点制御部８２６とを備える。着火点位置演算部８２３では、ＩＲ熱画像に基づいて、ごみの着火点の位置が求められる。着火点制御部８２４では、着火点の位置に基づくフィードバック制御が行われる。例えば、着火点の位置が、予め設定された設定着火点位置よりも上流側、すなわち給じん装置４２側である場合に、後壁側ＥＧＲガス流量の指令値が増大され、乾燥火格子空気温度の指令値、前壁側ＥＧＲガス流量の指令値、および、乾燥火格子空気流量の指令値が低減される。乾燥火格子空気温度の指令値、前壁側ＥＧＲガス流量の指令値、および、乾燥火格子空気流量の指令値の低減により、乾燥火格子２３におけるごみの乾燥が抑制され、着火点の位置が下流側に移動する。また、着火点の位置が、設定着火点位置よりも下流側、すなわち排出部２２側である場合に、後壁側ＥＧＲガス流量の指令値が低減され、乾燥火格子空気温度の指令値、前壁側ＥＧＲガス流量の指令値、および、乾燥火格子空気流量の指令値が増大される。これにより、乾燥火格子２３におけるごみの乾燥が促進され、着火点の位置が上流側に移動する。

また、燃切点位置演算部８２５では、ＩＲ熱画像に基づいて、ごみの燃切点の位置が求められる。燃切点制御部８２６では、燃切点の位置に基づくフィードバック制御が行われる。例えば、燃切点の位置が、予め設定された設定燃切点位置よりも上流側である場合に、給じん装置速度の指令値、乾燥火格子速度の指令値、燃焼火格子速度の指令値、および、後燃焼火格子速度の指令値が増大され（すなわち、ごみ送り基準速度の指令値が増大され）、後燃焼火格子空気流量の指令値が低減される。後燃焼火格子空気流量の指令値の低減により、後燃焼火格子２５におけるごみの燃焼が抑制され、燃切点の位置が下流側に移動する。また、燃切点の位置が、設定燃切点位置よりも下流側である場合に、給じん装置速度の指令値、乾燥火格子速度の指令値、燃焼火格子速度の指令値、および、後燃焼火格子速度の指令値が低減され、後燃焼火格子空気流量の指令値が増大される。後燃焼火格子空気流量の指令値の増大により、後燃焼火格子２５におけるごみの燃焼が促進され、燃切点の位置が上流側に移動する。また、着火点制御部８２４と同様に、燃切点の位置に基づいて前壁側ＥＧＲガス流量および後壁側ＥＧＲガス流量も制御される。

ここで、図７の補正制御ユニット８２を省略した比較例の焼却炉を想定する。既述のように、図５の基本制御ユニット８１では、燃焼位置制御部８１７により後燃焼火格子上部温度に基づいて燃焼位置が制御される。しかしながら、後燃焼火格子上部温度を参照するのみでは、燃焼位置を安定して制御することが困難である。具体的には、ごみの質が変動した場合に、燃焼制御に遅れが生じ、特にごみの着火点の位置が不安定となる。その結果、比較例の焼却炉では、ボイラ発生蒸気量の変動、燃焼位置が下流側に移動することによる未燃物の増加等が生じる場合がある。

これに対し、図７の補正制御ユニット８２を含む焼却炉１では、ＩＲ熱画像から火格子部２１上のごみの着火点の位置が迅速に取得され、ごみの着火点の位置に基づいて、空気供給部３のバイパス流量調整部３３２が制御される（すなわち、乾燥火格子空気温度が制御される）。これにより、ごみの着火点の位置を一定に保つ制御を、安定して、かつ、精度よく行うことができる。また、火格子部２１上のごみの着火点の位置に基づいて、前壁側ＥＧＲガス流量、後壁側ＥＧＲガス流量、および、乾燥火格子空気流量も制御することにより、ごみの着火点の位置を一定に保つ制御をより精度よく行うことができる。さらに、ＩＲ熱画像から取得される火格子部２１上のごみの燃切点の位置に基づいて、給じん装置速度、乾燥火格子速度、燃焼火格子速度、後燃焼火格子速度、前壁側ＥＧＲガス流量、後壁側ＥＧＲガス流量、および、後燃焼火格子空気流量を制御することにより、ごみの燃切点の位置を一定に保つ制御を精度よく行うことができる。

このように、ごみの着火点および燃切点の位置を一定に保つことにより、ボイラ発生蒸気量の安定化、未燃物の低減、低空気比燃焼における排ガス中のＮＯｘおよびＣＯの発生量の低減、燃焼室２内の温度の安定化等を実現することができる。実際には、着火点制御部８２４および燃切点制御部８２６の動作により、燃焼位置制御部８１７による後燃焼火格子上部温度に基づく燃焼位置の制御も安定させることが可能となる。

焼却炉１では、ごみの着火点および燃切点のそれぞれの移動速度および方向、または、移動加速度および方向に応じて、各操作パラメータの指令値が変更されてもよい。また、ごみの着火点の位置に基づいて、火格子部２１によるごみの搬送速度が制御されてもよい。以上のように、焼却炉１では、ＩＲ熱画像から求められるごみの着火点または燃切点の位置に基づいて、空気供給部３による空気の供給流量（上記の例では、乾燥火格子空気流量または後燃焼火格子空気流量）、または、火格子部２１によるごみの搬送速度が制御される。

図８は、補正制御ユニット８２の他の機能構成を示す図である。補正制御ユニット８２は、目標ごみ高さ補正部８２７と、ごみ高さ制御部８２８とを備える。既述のように、図６のごみ質補正制御部８２２により、対象低位発熱量および対象見かけ比重に基づいて目標ごみ層厚が変更（更新）される。更新後の目標ごみ層厚は目標ごみ高さ補正部８２７に入力され、更新前の値よりも大きくなる場合に、乾燥火格子２３上のごみの高さ（すなわち、乾燥火格子ごみ高さ）の目標値である目標ごみ高さが現在の値よりも増大される。更新後の目標ごみ層厚が更新前の値よりも小さくなる場合に、目標ごみ高さが現在の値よりも低減される。

ごみ高さ制御部８２８では、ごみ高さ検出部７４により検出される乾燥火格子ごみ高さが目標ごみ高さよりも大きい場合に、乾燥火格子ごみ高さが目標ごみ高さに近似するように、給じん装置速度の指令値、乾燥火格子速度の指令値、および、燃焼火格子速度の指令値が（現在の値よりも）低減される。同様に、乾燥火格子ごみ高さが目標ごみ高さよりも小さい場合に、給じん装置速度の指令値、乾燥火格子速度の指令値、および、燃焼火格子速度の指令値が増大される。典型的には、給じん装置速度の指令値、乾燥火格子速度の指令値、および、燃焼火格子速度の指令値の比は一定であるが、給じん装置４２の特性によっては、当該比が変更されてもよい。例えば、乾燥火格子ごみ高さが目標ごみ高さよりも小さい場合に、給じん装置速度の指令値の増加率が他の指令値よりも高くされてよい。

焼却炉１では、燃焼室２内において、ごみ高さ検出部７４が乾燥火格子２３上のごみよりも上方に設けられることにより（図４参照）、クリンカーの付着等の影響を受けることなく、乾燥火格子２３上のごみの高さを精度よく、かつ、安定して検出することができる。また、ごみ高さ検出部７４では、電波の発信および反射波の受信を行う測定面７４３の周囲から、環状ノズル７４２によりパージ用ガスが噴出される。これにより、測定面７４３がばいじんにより汚れることを防止することができ、乾燥火格子２３上のごみの高さをより精度よく検出することが可能となる。パージ用ガスがＥＧＲガスであることにより、燃焼室２内に空気が過度に供給されることが防止され、低空気比燃焼をより確実に実現することができる。なお、焼却炉１の設計によっては、パージ用ガスが、窒素ガスであってもよく、また、空気を含んでもよい。

また、乾燥火格子ごみ高さに基づいて、ごみ供給部４によるごみの供給速度（給じん装置速度）が制御される。したがって、ごみ質やホッパ４１内でのごみの圧密度の変動等により、仮に、ごみ供給部４によるごみの供給量の過不足が一時的に生じても、給じん装置速度（および乾燥火格子速度）を迅速に変更して、火格子部２１、特に、第１燃焼火格子２４１におけるごみの過不足による燃焼状態の急激な変動等を抑制することができる。その結果、燃焼位置、燃焼量、燃焼室２内の温度等、燃焼状態の安定化を図ることができ、ボイラ発生蒸気量の安定化、発電の高効率化、低空気比燃焼における排ガス中のＮＯｘおよびＣＯの発生量の低減、排ガス処理に係る薬剤の少量化、焼却炉１のライフサイクルコスト（ＬＣＣ）のミニマム化等を実現することができる。

さらに、目標ごみ層厚に基づいて目標ごみ高さが変更される。既述のように、対象低位発熱量および対象見かけ比重に基づいて目標ごみ層厚が変更されるため、実質的に、対象低位発熱量および対象見かけ比重に基づいて目標ごみ高さが変更される。そして、乾燥火格子ごみ高さおよび目標ごみ高さに基づいて、ごみ供給部４によるごみの供給速度が制御される。その結果、目標ごみ層厚が変更された場合に、算出ごみ層厚を短時間にて目標ごみ層厚に近似させることができる。焼却炉１では、乾燥火格子ごみ高さに基づいてバイパス流量調整部３３２（乾燥火格子空気温度）が制御されてもよい。この場合も、燃焼室２内における燃焼状態の安定化を図ることが可能となる。

上記焼却炉１では様々な変形が可能である。

対象低位発熱量または対象見かけ比重の一方のみに基づいて、バイパス流量調整部３３２が制御されてもよい。この場合も、乾燥火格子２３上のごみをある程度適切に乾燥させることができる。

ごみ質演算部８２１では、所定期間内に取得される低位発熱量の加重平均値や、中央値等の代表値が、対象低位発熱量として求められてもよい（見かけ比重において同様）。また、焼却炉１の運用等によっては、移動平均値等を求めることなく、各時刻の見かけ比重および低位発熱量がそのまま利用されてもよい。

焼却炉１にて処理されるごみの質等によっては、ごみ高さ検出部７４が燃焼室２内の側面に設けられてもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１焼却炉
２燃焼室
３空気供給部
４ごみ供給部
９ごみ
２１火格子部
２３乾燥火格子
２４燃焼火格子
４１ホッパ
７４ごみ高さ検出部
７５熱画像撮像部
３１１空気予熱器
３１２加熱空気供給管
３１３補助空気供給管
３１４バイパス管
３１６混合位置
３３２バイパス流量調整部

Claims

ストーカ式焼却炉であって、
所定の搬送経路に沿ってごみを搬送する火格子部を有し、前記火格子部が、前記ごみの乾燥が行われる乾燥火格子と、前記搬送経路において前記乾燥火格子の下流側に隣接するとともに、前記ごみの燃焼が行われる燃焼火格子とを有する燃焼室と、
前記乾燥火格子上にごみを供給するごみ供給部と、
前記乾燥火格子および前記燃焼火格子において、ごみに対して空気を供給することにより、前記燃焼室内にて前記ごみを燃焼させる空気供給部と、
を備え、
前記空気供給部が、
空気を加熱して、加熱空気を排出する空気予熱器と、
前記加熱空気を前記乾燥火格子および前記燃焼火格子に導く加熱空気供給管と、
前記加熱空気供給管における所定の混合位置において、前記加熱空気よりも低い温度の空気を前記加熱空気に混合する補助空気供給管と、
前記加熱空気供給管において前記空気予熱器と前記混合位置との間の位置と前記乾燥火格子とを接続するとともに、流量調整部が設けられたバイパス管と、
を備え、
前記流量調整部により前記バイパス管を流れる前記加熱空気の流量が調整されることにより、前記乾燥火格子に供給する空気の温度が調整されることを特徴とするストーカ式焼却炉。
請求項１に記載のストーカ式焼却炉であって、
前記火格子部上のごみの熱画像を撮像する熱画像撮像部をさらに備え、
前記熱画像から求められる前記火格子部上の前記ごみの着火点の位置に基づいて、前記流量調整部が制御されることを特徴とするストーカ式焼却炉。
請求項１または２に記載のストーカ式焼却炉であって、
前記ごみ供給部が、ごみを貯留するホッパを有し、前記ホッパ内の前記ごみを前記乾燥火格子上に供給し、
前記ホッパ内に投入されるごみの重量および前記ホッパ内のごみの体積を測定することにより取得されるごみの見かけ比重、または、前記ごみの重量、前記燃焼室から排出される排ガスの流量、並びに、前記排ガス中に含まれる水蒸気の濃度および炭酸ガスの濃度を測定することにより取得されるごみの低位発熱量に基づいて、前記流量調整部が制御されることを特徴とするストーカ式焼却炉。
請求項１ないし３のいずれかに記載のストーカ式焼却炉であって、
前記乾燥火格子上のごみの表面に向けて電波を発信し、前記電波の前記表面からの反射波を受信することにより、前記乾燥火格子上の前記ごみの高さを検出するごみ高さ検出部をさらに備え、
前記乾燥火格子上の前記ごみの高さに基づいて、前記流量調整部が制御されることを特徴とするストーカ式焼却炉。