JP6748697B2

JP6748697B2 - 燃焼制御方法

Info

Publication number: JP6748697B2
Application number: JP2018237219A
Authority: JP
Inventors: 倹吾増田
Original assignee: Plantec Inc
Current assignee: Plantec Inc
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-09-02
Anticipated expiration: 2038-12-19
Also published as: JP2020098081A

Description

本発明は、竪型ごみ焼却炉の燃焼制御方法に関する。

「竪型ごみ焼却炉」は、炉内に廃棄物を投入し、投入された廃棄物が形成する堆積層の下部より燃焼用空気を供給しながら廃棄物を燃焼させ、炉底部から焼却灰を順次排出することにより廃棄物を焼却処理する焼却方式を採用した焼却炉である。

従来の竪型ごみ焼却炉は、燃焼用空気（一次燃焼用空気）の量を理論空気量の０．８〜１．３倍程度とすることによって、廃棄物の堆積層が上から順に、「調質層」、「燃焼層」、「灰層」を形成するように燃焼状態を制御しながら燃焼させ、炉内下部に堆積された廃棄物の燃焼によって発生した可燃ガス（ガス状の可燃性物質）を炉内上部で再燃焼する仕組みとなされたものが一般的である。

最近では、燃焼用空気の供給量を理論空気量の０．２〜０．８倍とし、前記調質層と前記燃焼層との間に実質的に無酸素状態の高温化で廃棄物の乾燥及び熱分解が促進される「炭化層」を形成する燃焼用空気の供給方法も提案されている（例えば、下記特許文献１参照。）。

特許第４５９３６８８号公報

前記特許文献１に記載の燃焼用空気の供給方法では、堆積層の厚さに応じて燃焼用空気の供給量を変化させることによって、燃焼用空気の供給量を理論空気量の０．２〜０．８倍に維持する。しかしながら、燃焼用空気の供給量を変化させると、堆積層の下部から上部に向かう燃焼用空気の流れに偏りが生じたり、局部的な吹き抜けが生じたりして、燃焼状態が不安定になる場合があった。

本発明は前記技術的課題に鑑みて開発されたものであり、竪型ごみ焼却炉の安定した燃焼状態を継続し得る新規な燃焼制御方法を提供することを目的とする。

前記技術的課題を解決するための本発明の燃焼制御方法は、炉内に廃棄物を投入し、投入された廃棄物が形成する堆積層の下部より燃焼用空気を供給しながら廃棄物を燃焼させ、炉底部から焼却灰を順次排出することにより廃棄物を焼却処理する竪型ごみ焼却炉における燃焼制御方法であって、燃焼用空気の供給量を一定範囲内で維持したうえで、燃焼用空気の酸素濃度を変えることによって、廃棄物の燃焼状態を制御することを特徴とする（以下、「本発明制御方法」と称する。）。

前記本発明制御方法においては、廃棄物の燃焼によって生じた排ガスの流量又は温度に応じて燃焼用空気の酸素濃度を変えることが好ましい態様となる。

前記本発明制御方法においては、前記竪型ごみ焼却炉に付帯された廃熱ボイラのボイラ水蒸発量に応じて燃焼用空気の酸素濃度を変えることが好ましい態様となる。

前記本発明制御方法においては、排ガスを再循環して燃焼用空気に混合することによって燃焼用空気の酸素濃度を変えることが好ましい態様となる。

本発明によれば、竪型ごみ焼却炉の安定した燃焼状態を継続することができる。

図１は、本発明制御方法を実行するための竪型ごみ焼却炉を備えた焼却プラントの一実施形態を模式的に示す概略図である。図２は、本発明制御方法を実行するための制御装置の一例を示すブロック図である。図３は、前記制御装置の制御手順を示すフローチャートである。図４は、本発明制御方法を実行するための制御装置の他の例を示すブロック図である。図５は、前記制御装置の制御手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

＜竪型ごみ焼却炉１＞
前記本発明制御方法は、図１に示すような竪型ごみ焼却炉１における燃焼制御方法である。前記竪型ごみ焼却炉１は、炉１１内に廃棄物Ｗを投入し、投入された廃棄物Ｗが形成する堆積層Ｗ１の下部より燃焼用空気を供給しながら廃棄物Ｗを燃焼させ、炉１１の底部から焼却灰を順次排出することにより廃棄物Ｗを焼却処理する燃焼方式を採用した焼却炉である。

‐燃焼用空気供給ライン（ＡＬ）‐
本実施形態においては、燃焼用空気（一次燃焼用空気）につき、図中実線で示す燃焼用空気供給ライン（ＡＬ）を通じて供給している。前記燃焼用空気供給ライン（ＡＬ）は、一端が空気押し込み用ファン（ＦＡ）に連結され、他端が前記竪型ごみ焼却炉１の炉１１の下部に至るように配された配管であり、管路の途中に燃焼用空気の供給量を決定する燃焼用空気バルブ（ＶＡ）が設けられている。又、前記燃焼用空気供給ライン（ＡＬ）の上流には、前記空気押し込み用ファン（ＦＡ）の駆動によって生じる燃焼用空気の流量（一次流量）を測定するための第一流量計（Ａ１）が備えられており、又、前記燃焼用空気供給ライン（ＡＬ）の下流には、前記竪型ごみ焼却炉１に導入される直前の燃焼用空気の流量（二次流量）を測定するための第二流量計（Ａ２）が備えられている。

‐排ガスライン（ＧＬ）‐
本実施形態では、前記廃棄物Ｗの燃焼に伴い発生する可燃ガスにつき、まず、主燃焼室１１１において燃やし、次いで、整流装置１３を通過したガスを再燃焼室１１２において完全燃焼している。燃焼処理によって生じた排ガスは、炉出口１２を通過し、図中一点鎖線で示す排ガスライン（ＧＬ）に沿って輸送される。本実施形態では、前記炉出口１２を通過した排ガスにつき、廃熱ボイラ２、エコノマイザ３、バグフィルタ４を順に通過させ、煙突Ｃを通じて大気に排出している。ここで、前記廃熱ボイラ２は、排ガスの熱エネルギーを回収し蒸気を発生させる役割を担う。又、前記エコノマイザ３は、排ガスの余熱を利用してボイラ給水を予熱する役割等を担う。更に、前記バグフィルタ４は、排気ガスに含まれる粉塵などを除去する役割を担う。なお、前記排ガスの流れは、前記バグフィルタ４と前記煙突Ｃとの間に設けられたガス誘引ファン（ＦＧ）によって形成されている。本実施形態においては、前記炉出口１２を通過する排ガスの温度を測定するためのガス温度計１４が前記炉出口１２に備えられており、又、前記炉出口１２を通過した排ガスの流量を測定するためのガス流量計１５が前記排ガスライン（ＧＬ）に備えられている。

‐蒸気ライン（ＳＬ）‐
前述のごとく、本実施形態に係る竪型ごみ焼却炉１には、廃熱ボイラ２が付帯されており、ボイラ水の蒸発に伴って生じる蒸気は、図中点線で示す蒸気ライン（ＳＬ）を通じて輸送される。本実施形態においては、前記蒸気ライン（ＳＬ）において、ボイラ水の蒸発量を測定するための蒸気流量計２１が備えられている。

‐排ガス再循環ライン（ＲＬ）‐
図中二点鎖線で示す排ガス再循環ライン（ＲＬ）は、前記排ガスライン（ＧＬ）を通過する排ガスの一部を再循環し、前記燃焼用空気供給ライン（ＡＬ）に合流させる役割を担う。本実施形態において前記排ガス再循環ライン（ＲＬ）は、一端が前記排ガスライン（ＧＬ）におけるガス誘引ファン（ＦＧ）と煙突Ｃとの間に連結され、他端が前記燃焼用空気供給ライン（ＡＬ）における第一流量計（Ａ１）と第二流量計（Ａ２）との間に連結された配管である。前記排ガス再循環ライン（ＲＧ）には、排ガス再循環用ファン（ＦＲ）が設けられており、この排ガス再循環用ファン（ＦＲ）の駆動によって、前記排ガス再循環ライン（ＲＧ）を通じて輸送される排ガスの流れが形成される。又、前記排ガス再循環用ファン（ＦＲ）の上流には、排ガスの再循環量を決定する再循環バルブ（ＶＲ）が設けられている。

＜本発明制御方法＞
以下、前記構成を有する竪型ごみ焼却炉１を用いて本発明制御方法の実行を説明する。
前記構成を有する竪型ごみ焼却炉１は、排ガスを再循環して燃焼用空気に混合することによって燃焼用空気の酸素濃度を変えることができる。又、燃焼用空気の供給量は、前記燃焼用空気供給ライン（ＡＬ）に備えられた第一流量計（Ａ１）や第二流量計（Ａ２）によって測定することができ、測定された燃焼用空気の供給量に応じて燃焼用空気バルブ（ＶＡ）や再循環バルブ（ＶＲ）の開度を調節することによって、燃焼用空気の供給量を一定範囲内に維持することができる。

従って、前記竪型ごみ焼却炉１によれば、燃焼用空気の供給量を一定範囲内で維持したうえで、燃焼用空気の酸素濃度を変えることによって、廃棄物Ｗの燃焼状態を制御する本発明制御方法を実行することができる。

なお、前記本発明制御方法の実行は、人的作業によって行っても良いが、前記ガス温度計１４によって測定された排ガスの温度や、前記ガス流量計１５によって測定された排ガスの流量、或いはボイラ水の蒸発量等の燃焼によって生じたファクターに応じて、自動的に燃焼条件が決定される自動制御によって行うことが好ましい。この自動制御は、例えば、図２に示すような、排ガスの予定温度、及び排ガスの予定流量（以下、「予定値」と称する。）を記憶する記憶手段５１と、前記ガス温度計１４によって測定された排ガスの温度や、前記ガス流量計１５によって測定された排ガスの流量（以下、「実測値」と称する。）を予定値と比較し、最適な燃焼用空気の酸素濃度を導き出す演算手段５２と、導き出された酸素濃度に応じて前記燃焼用空気バルブ（ＶＡ）と前記再循環バルブ（ＶＲ）の開度を命令する制御手段５３と、を具備する制御装置５にて行うことができる。

図３のフローチャートに示すように、前記制御装置５は、竪型ごみ焼却炉１の稼働開始（Ｓ１）から一定時間経過した後（Ｓ２）、ガス温度計１４（又はガス流量計１５）にて排ガスの温度（又は流量）を測定する（Ｓ３）。なお、説明の便宜上、竪型ごみ焼却炉１の稼働開始（Ｓ１）に応じて、前記空気押し込み用ファン（ＦＡ）、前記ガス誘引ファン（ＦＧ）、及び前記排ガス再循環用ファン（ＦＲ）は駆動を開始するものとする。

前記演算手段５２は、前記記憶手段５１に記憶された予定値と実測値とを比較し、最適な燃焼用空気の酸素濃度を導き出す（Ｓ４）。より具体的には、排ガスの温度（流量）が予定値より低ければ高い酸素濃度を決定し、高ければ低い酸素濃度を決定する。

前記制御手段５３は、決定された酸素濃度に基づき、前記燃焼用空気バルブ（ＶＡ）と前記再循環バルブ（ＶＲ）の開度を命令する（Ｓ５）。より具体的には、決定された酸素濃度が現在の燃焼用空気の酸素濃度より高ければ、前記燃焼用空気バルブ（ＶＡ）の開度を上げ、その分、前記再循環バルブ（ＶＲ）の開度を下げる。逆に、決定された酸素濃度が現在の燃焼用空気の酸素濃度より低ければ、前記燃焼用空気バルブ（ＶＡ）の開度を下げ、その分、前記再循環バルブ（ＶＲ）の開度を上げる。これにより、燃焼用空気の供給量が一定範囲内に維持される。

その後、一定時間経過すれば（Ｓ２）、排ガス温度（流量）の測定（Ｓ３）以下の制御手順が繰り返される。

このように、燃焼用空気の供給量を一定範囲内で維持したうえで、燃焼用空気の酸素濃度を変えることによって、廃棄物の燃焼状態を制御する本発明制御方法によれば、堆積層の下部から上部に向かう燃焼用空気の流れにつき、燃焼用空気供給量の変化に伴う偏りが生じず、局部的な吹き抜けが生じないため、燃焼状態が安定的に維持される。

又、燃焼用空気の全てを再循環した排ガスに置き換えることができるため、焼却炉の運転状態に異常が生じた際に、酸素濃度が１０％以下の排ガスにて炉内を速やかに消火することもできる。

なお、本実施形態においては、排ガスを再循環して燃焼用空気に混合することによって燃焼用空気の酸素濃度を変えているが、酸素濃度の変更手段は排ガスの再循環によるものに限られない。例えば、空気に窒素や二酸化炭素或いは外部の排ガスを混合することによって燃焼用空気の酸素濃度を変化させても良い。燃焼用空気の酸素濃度は、１５〜２１％の範囲内で変更することが好ましい。

又、本実施形態においては、廃棄物Ｗの燃焼によって生じた排ガスの温度又は流量に応じて燃焼用空気の酸素濃度を決定しているが、酸素濃度を決定するためのファクターは、排ガスの温度又は流量に限られない。

例えば、図４に示すブロック図は、廃熱ボイラ２のボイラ水蒸発量に応じて燃焼用空気の酸素濃度を決定する制御装置５である。この制御装置５は、ボイラ水の予定蒸発量を記憶する記憶手段５１と、前記蒸気流量計２１によって測定されたボイラ水の蒸発量を予定蒸発量と比較し、最適な燃焼用空気の酸素濃度を導き出す演算手段５２と、導き出された酸素濃度に応じて前記燃焼用空気バルブ（ＶＡ）と前記再循環バルブ（ＶＲ）の開度を命令する制御手段５３と、を具備する。

なお、前記制御装置５は、更に、前記記憶手段５１に燃焼用空気の予定供給量が記憶されており、前記演算手段５２が、第一流量計（Ａ１）や第二流量計（Ａ２）によって測定された燃焼用空気の供給量と予定供給量とを比較し、その差に応じて、前記制御手段５３が前記燃焼用空気バルブ（ＶＡ）と前記再循環バルブ（ＶＲ）の開度の変更命令をする仕組みとなされている。

図５のフローチャートに示すように、前記制御装置５は、竪型ごみ焼却炉１の稼働開始（Ｓ１）から一定時間経過した後（Ｓ２）、蒸気流量計２１にてボイラ水の蒸発量を測定する（Ｓ９）。

前記演算手段５２は、前記記憶手段５１に記憶された予定蒸発量と測定された蒸発量とを比較し、最適な燃焼用空気の酸素濃度を導き出す（Ｓ４）。より具体的には、ボイラ水の蒸発量が予定より低ければ高い酸素濃度を決定し、高ければ低い酸素濃度を決定する。

前記制御手段５３は、決定された酸素濃度に基づき、前記燃焼用空気バルブ（ＶＡ）と前記再循環バルブ（ＶＲ）の開度を命令する（Ｓ５）。

更に前記制御装置５は、第一流量計（Ａ１）や第二流量計（Ａ２）によって燃焼用空気の供給量を測定し（Ｓ６）、前記演算手段５２が、測定された燃焼用空気の供給量と予定供給量とを比較する（Ｓ７）。

測定された燃焼用空気の供給量が予定供給量の範囲内に無い場合、前記制御手段５３は、前記燃焼用空気バルブ（ＶＡ）と前記再循環バルブ（ＶＲ）の開度の変更を命令する（Ｓ８）。より具体的には、測定された燃焼用空気の供給量が予定値を超える場合には、前記燃焼用空気バルブ（ＶＡ）又は前記再循環バルブ（ＶＲ）のいずれか一方、又は両方の開度を下げ、測定された燃焼用空気の供給量が予定値未満の場合には、前記燃焼用空気バルブ（ＶＡ）又は前記再循環バルブ（ＶＲ）のいずれか一方、又は両方の開度を上げる。

その後、一定時間経過すれば（Ｓ２）、ボイラ水蒸発量の測定（Ｓ９）以下の制御手順が繰り返される。

このように、決定された酸素濃度に基づき、前記燃焼用空気バルブ（ＶＡ）と前記再循環バルブ（ＶＲ）の開度を命令した後（Ｓ５）、測定された燃焼用空気の供給量に応じて、前記燃焼用空気バルブ（ＶＡ）と前記再循環バルブ（ＶＲ）の開度の変更を命令する（Ｓ８）本発明制御方法によれば、燃焼用空気の供給量が確実に一定範囲となり、より一層燃焼状態を安定化することができる。

ところで、本実施形態においては、説明の便宜上、それぞれ「排ガス温度」、「排ガス流量」、「ボイラ水の蒸発量」の単一測定項目を燃焼条件再決定のファクターとしているが、測定項目を複数組み合わせて燃焼用空気の酸素濃度を決定しても良い。

なお、本発明は、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。

本発明は、竪型ごみ焼却炉の燃焼状態を安定させる制御手段として好適に用いられる。

１竪型ごみ焼却炉
１１炉
１２炉出口
１３整流装置
１４ガス温度計
１５ガス流量計
２廃熱ボイラ
２１蒸気流量計
３エコノマイザ
４バグフィルタ
５制御装置
５１記憶手段
５２演算手段
５３制御手段
ＡＬ燃焼用空気供給ライン
ＧＬ排ガスライン
ＳＬ蒸気ライン
ＲＬ排ガス再循環ライン
Ｗ廃棄物
Ｗ１堆積層

Claims

炉内に廃棄物を投入し、投入された廃棄物が形成する堆積層の下部より燃焼用空気を供給しながら廃棄物を燃焼させ、炉底部から焼却灰を順次排出することにより廃棄物を焼却処理する竪型ごみ焼却炉における燃焼制御方法であって、
燃焼用空気の供給量を一定範囲内で維持したうえで、
廃棄物の燃焼によって生じた排ガスの流量又は温度に応じて燃焼用空気の酸素濃度を変えることによって、
廃棄物の堆積層が上から順に、
調質層、燃焼層、灰層、
又は、
調質層、炭化層、燃焼層、灰層、
を形成するように燃焼状態を制御することを特徴とする燃焼制御方法。
請求項１に記載の燃焼制御方法において、
前記竪型ごみ焼却炉に付帯された廃熱ボイラのボイラ水蒸発量に応じて燃焼用空気の酸素濃度を変える燃焼制御方法。
請求項１又は２に記載の燃焼制御方法において、
排ガスを再循環して燃焼用空気に混合することによって燃焼用空気の酸素濃度を変える燃焼制御方法。