JP6797083B2

JP6797083B2 - 一次燃焼用気体の供給制御方法、蒸発量安定化方法、発電量安定化方法、及び火格子式廃棄物焼却炉

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Publication number: JP6797083B2
Application number: JP2017125053A
Authority: JP
Inventors: 加藤　敦士; 敦士加藤; 達之下川
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2037-06-27
Also published as: JP2019007699A

Description

本発明は、火格子により廃棄物を搬送しながら焼却する火格子式廃棄物焼却炉の燃焼を安定化させるための制御方法に関する。

火格子式廃棄物焼却炉では、炉内での燃焼を安定化させて発生熱量を安定化させることは、安定的な廃棄物燃焼の維持等のために重要である。特許文献１及び２は、焼却炉での燃焼を安定化させるための技術を開示する。

特許文献１のごみ焼却炉は、燃焼空気供給量計と、冷却空気供給量計と、Ｏ₂濃度計と、燃焼制御手段と、を備える。燃焼制御手段は、燃焼空気供給量計及び冷却空気供給量計の測定結果に基づいて、ごみ焼却炉に供給される空気量を取得する。燃焼制御手段は、Ｏ₂濃度計の測定結果に基づいて、排ガス中のＯ₂濃度を取得する。燃焼制御手段は、これらの測定値からごみ焼却炉での発生熱量を周期的に演算し、発生熱量が一定となるように、乾燥火格子駆動装置を制御して乾燥火格子の速度を変更するとともに、燃焼空気ダンパを制御して火格子下から供給される燃焼空気（一次燃焼用気体）の供給量を変更する。

特許文献２のごみ焼却炉は、乾燥過程で発生した可燃性ガス（熱分解ガス）と、後燃焼過程で発生した燃焼排ガスと、が合流するガス混合部のガス温度に基づいて、火格子下より吹き込む一次燃焼用空気（一次燃焼用気体）の供給量と、二次燃焼室へ吹き込む二次燃焼用空気の供給量と、を制御する。

特開平１０−６８５１４号公報特開２００２−１４７７２９号公報

しかし、特許文献１では、一次燃焼用気体の供給量制御としては、火格子下から供給される一次燃焼用気体の供給量しか制御できない。従って、例えば火格子下から供給する一次燃焼用気体の供給量を減少させた場合、熱分解ガスの発生を抑制することができるが、炉内に供給される一次燃焼用の酸素が低減してしまい、火炎燃焼も同時に抑制される。反対に、火格子下から供給する一次燃焼用気体の供給量を増加させた場合、熱分解ガスの発生を促進させることができるが、炉内に供給される一次燃焼用の酸素も増加するため、火炎燃焼も同時に促進され易くなる。このように、特許文献１の構成では、熱分解ガスの抑制／促進と、火炎燃焼の抑制／促進と、を独立して制御することができず、十分に燃焼を安定化させることができなかった。

また、特許文献２においても、一次燃焼用気体の供給量制御としては火格子下から吹き込む一次燃焼用気体の供給量しか制御できないため、特許文献１と同様の課題が存在する。なお、二次燃焼用気体は、一次燃焼には殆ど又は全く寄与しない。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、燃焼状態を略一定にすることで燃焼を安定化させるための一次燃焼用気体の供給制御方法を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の第１の観点によれば、以下の一次燃焼用気体の供給制御方法が提供される。即ち、この一次燃焼用気体の供給制御方法は、搬送部と、風箱と、補助供給経路と、ボイラと、を備える火格子式廃棄物焼却炉に対して行われる。前記搬送部は、複数段に区分された火格子から構成されており、廃棄物が載せられた状態で間欠的に動作することで当該廃棄物を炉出口に向けて搬送する。前記風箱は、複数段の前記火格子の下方にそれぞれ設けられており、当該火格子を経由して炉内に供給するための一次燃焼用気体が供給される。前記補助供給経路は、前記火格子を経由させずに、炉内の当該火格子上にある火炎の外側ではなく当該火炎の内側に一次燃焼用気体を供給する。前記ボイラは、前記炉内で発生した熱を回収する。この一次燃焼用気体の供給制御方法では、焼却炉内ガス温度、焼却炉出口ガス温度、焼却炉排出ＣＯガス濃度、焼却炉排出ＮＯｘガス濃度、排ガスからの熱量回収に伴うボイラ蒸発量、水噴霧冷却用水量のうち少なくとも何れかである炉内検出データに基づいて、少なくとも１つの構成段の前記火格子について、前記火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らす又は増やすとともに、それに伴って、前記補助供給経路を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を増やす又は減らす処理を行う。

本発明の第２の観点によれば、以下の構成の火格子式廃棄物焼却炉が提供される。即ち、この火格子式廃棄物焼却炉は、搬送部と、風箱と、補助供給経路と、ボイラと、制御装置と、を備える。前記搬送部は、複数段に区分された前記火格子から構成されており、廃棄物が載せられた状態で間欠的に動作することで当該廃棄物を炉出口に向けて搬送する。前記風箱は、複数段の前記火格子の下方にそれぞれ設けられており、当該火格子を経由して炉内に供給するための一次燃焼用気体が供給される。前記補助供給経路は、前記火格子を経由させずに、炉内の当該火格子上にある火炎の外側ではなく当該火炎の内側に一次燃焼用気体を供給する。前記ボイラは、前記炉内で発生した熱を回収する。前記制御装置は、焼却炉内ガス温度、焼却炉出口ガス温度、焼却炉排出ＣＯガス濃度、焼却炉排出ＮＯｘガス濃度、排ガスからの熱量回収に伴うボイラ蒸発量、水噴霧冷却用水量のうち少なくとも何れかである炉内検出データに基づいて、少なくとも１つの構成段の前記火格子について、前記火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らす又は増やすとともに、それに伴って、前記補助供給経路を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を増やす又は減らす処理を行う。

これにより、火格子を経由して供給する一次燃焼用気体の供給量と、火格子を経由せずに供給する一次燃焼用気体の供給量と、を炉内検出データに基づいて調整することができる。火格子を経由して供給する一次燃焼用気体は、熱分解ガス化及び火炎燃焼に寄与する。一方で、火格子を経由せずに供給する一次燃焼用気体は、主に火炎燃焼に寄与する。従って、上記のように２通りの経路で供給される一次燃焼用気体の供給量を個別に算出して調整する制御を行うことで、熱分解ガス化及び火炎燃焼の双方に適した環境を実現できる。従って、炉内の燃焼を安定させることができる。

本発明によれば、燃焼状態を略一定にすることで燃焼を安定化させることが可能な一次燃焼用気体の供給制御方法及び火格子式廃棄物焼却炉を提供できる。

本発明の一実施形態の火格子式廃棄物焼却炉を含む廃棄物焼却設備の概略構成図。火格子式廃棄物焼却炉の機能ブロック図。従来例１における火格子上の状態を示す概念図。従来例２における火格子上の状態を示す概念図。本実施形態における火格子上の状態を示す概念図。

＜廃棄物焼却設備の全体構成＞初めに、図１を参照して、本実施形態の焼却炉１０を含む廃棄物焼却設備１００について説明する。図１は、本発明の一実施形態の焼却炉１０を含む廃棄物焼却設備１００の概略構成図である。なお、以下の説明では、単に上流、下流と記載したときは、廃棄物、燃焼ガス、排ガス、一次空気、二次空気、循環排ガス等が流れる方向の上流及び下流を意味するものとする。

図１に示すように、廃棄物焼却設備１００は、焼却炉１０と、ボイラ３０と、蒸気タービン発電設備３５と、を備える。焼却炉１０は、供給された廃棄物を焼却する。なお、焼却炉１０の詳細な構成は後述する。

ボイラ３０は、廃棄物の燃焼によって発生した熱を利用して蒸気を生成する。ボイラ３０は、流路壁に設けられた多数の水管３１及び過熱器管３２で、炉内で発生した高温の燃焼ガスと水との熱交換を行うことにより蒸気（過熱蒸気）を生成する。水管３１及び過熱器管３２で生成された蒸気は、蒸気タービン発電設備３５へ供給される。

蒸気タービン発電設備３５は、図略のタービン及び発電装置を含んで構成されている。タービンは、水管３１及び過熱器管３２から供給された蒸気によって回転駆動される。発電装置は、タービンの回転駆動力を用いて発電を行う。

ここで、安定した発電を行うには、ボイラ３０での蒸気（過熱蒸気）の生成量を安定化させることが必要である。ボイラ３０での蒸気（過熱蒸気）の生成量を安定化させるためには、ボイラ３０への入熱を安定させる必要がある。つまり、発電量を一定に保つには、焼却炉１０からボイラ３０へ供給される燃焼ガスの保有熱量を安定させて、ボイラ３０への入熱を安定に保つ必要がある。

＜焼却炉１０の構成＞焼却炉１０は、廃棄物を炉内に供給するための給じん装置４０を備える。給じん装置４０は、廃棄物投入ホッパ４１と、給じん装置本体４２と、を備える。廃棄物投入ホッパ４１は、炉外から廃棄物が投入される部分である。給じん装置本体４２は、廃棄物投入ホッパ４１の底部分に位置し、水平方向に移動可能に構成されている。給じん装置本体４２は、廃棄物投入ホッパ４１に投入された廃棄物を下流側に供給する。この給じん装置本体４２の移動速度、単位時間あたりの移動回数、移動量（ストローク）、及びストローク端の位置（移動範囲）は、図２に示す制御装置９０によって制御されている。なお、給じん装置は水平方向に対し多少の角度をもって移動する型式でもよい。

給じん装置４０によって炉内に供給された廃棄物は、搬送部２０によって、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３の順に供給されていく。搬送部２０は、乾燥部１１に設けられた乾燥火格子２１と、燃焼部１２に設けられた燃焼火格子２２と、後燃焼部１３に設けられた後燃焼火格子２３と、で構成されている。従って、搬送部２０は複数段の火格子から構成されている。それぞれの火格子は、各部の底面に設けられており、廃棄物が載置される。火格子は、廃棄物搬送方向に並べて配置された可動火格子と固定火格子とから構成されており、可動火格子が間欠的に前進及び後進を行うことで、廃棄物を下流側へ搬送するとともに、廃棄物を攪拌することができる。なお、火格子の動作は、制御装置９０によって制御されている。また、火格子には、気体が通過可能な大きさの隙間が形成されている。

乾燥部１１は、焼却炉１０に供給された廃棄物を乾燥させる部分である。乾燥部１１の廃棄物は、乾燥火格子２１の下から供給される一次空気及び隣接する燃焼部１２における燃焼の輻射熱によって乾燥する。その際、熱分解によって乾燥部１１の廃棄物から熱分解ガスが発生する。また、乾燥部１１の廃棄物は、乾燥火格子２１によって燃焼部１２に向かって搬送される。

燃焼部１２は、乾燥部１１で乾燥した廃棄物を主に燃焼させる部分である。燃焼部１２では、廃棄物が主に火炎燃焼を起こし火炎が発生する。燃焼部１２における廃棄物及び燃焼により発生した灰及び燃焼しきれなかった未燃物は、燃焼火格子２２によって後燃焼部１３に向かって搬送される。また、燃焼部１２で発生した燃焼ガス及び火炎は、絞り部１７を通過して後燃焼部１３に向かって流れる。なお、燃焼火格子２２は、乾燥火格子２１と同じ高さに設けられているが、乾燥火格子２１よりも低い位置に設けられていてもよい。

後燃焼部１３は、燃焼部１２で燃焼しきれなかった廃棄物（未燃物）を燃焼させる部分である。後燃焼部１３では、燃焼ガスの輻射熱と一次空気によって、燃焼部１２で燃焼しきれなかった未燃物の燃焼が促進される。その結果、未燃物の殆どが灰となって、未燃物は減少する。なお、後燃焼部１３で発生した灰は、後燃焼部１３の底面に設けられた後燃焼火格子２３によってシュート２４に向かって搬送される。シュート２４に搬送された灰は、廃棄物焼却設備１００の外部に排出される。なお、本実施形態の後燃焼火格子２３は、燃焼火格子２２よりも低い位置に設けられているが、燃焼火格子２２と同じ高さに設けられていてもよい。

上述したように、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３では、生じる反応が異なるため、それぞれの壁面等は、生じる反応に応じた構成となっている。例えば、燃焼部１２では火炎燃焼が生じるため、乾燥部１１よりも耐火レベルが高い構造が採用されている。

再燃焼部１４は、燃焼ガスに含まれる未燃ガスを燃焼させる部分である。再燃焼部１４は、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３から上方に向かって延び、その途中に二次空気が供給される。これにより、燃焼ガスは二次空気と混合及び撹拌され、燃焼ガスに含まれる未燃ガスが再燃焼部１４で燃焼される。なお、燃焼部１２及び後燃焼部１３で生じる燃焼を一次燃焼と称し、再燃焼部１４で生じる燃焼（つまり、一次燃焼で残存した未燃ガスの燃焼）を二次燃焼と称する。

気体供給装置５０は、炉内に気体を供給する装置である。本実施形態の気体供給装置５０は、一次空気供給部５１と、二次空気供給部５２と、排ガス供給部５３と、を有している。それぞれの供給部は、気体を誘引又は送出するための送風機によって構成されている。

本明細書では、一次燃焼のために供給する気体を一次燃焼用気体と称する。一次燃焼用気体としては、一次空気、循環排ガス、それらの混合ガスが含まれる。一次空気とは、外部から取り込んだ空気であって、燃焼等に用いられていない（即ち、循環排ガスを除く）気体である。従って、一次空気には、外部から取り込んだ空気を加熱等した気体も含まれる。同様に、本明細書では、二次燃焼のために供給する気体を二次燃焼用気体と称する。二次燃焼用気体としては、二次空気、循環排ガス、それらの混合ガスが含まれる。二次空気の定義は一次空気と同様である。

一次空気供給部５１は、一次空気供給経路７１を介して炉内に一次空気を供給する。一次空気供給経路７１は、第１供給経路７１ａと、第２供給経路７１ｂと、第３供給経路７１ｃと、補助供給経路７１ｄと、に分岐されている。なお、一次空気供給経路７１にヒータを設け、各部に供給する一次空気の温度を調整できるようにしてもよい。

第１供給経路７１ａは、乾燥火格子２１の下方に設けられた乾燥段風箱２５に一次空気を供給するための経路である。第１供給経路７１ａには第１ダンパ８１が設けられており、乾燥段風箱２５に供給する一次空気の供給量を調整することができる。また、第１ダンパ８１は制御装置９０によって制御されている。

第２供給経路７１ｂは、燃焼火格子２２の下方に設けられた燃焼段風箱２６に一次空気を供給するための経路である。第２供給経路７１ｂには第２ダンパ８２が設けられており、燃焼段風箱２６に供給する一次空気の供給量を調整することができる。また、第２ダンパ８２は制御装置９０によって制御されている。

第３供給経路７１ｃは、後燃焼火格子２３の下方に設けられた後燃焼段風箱２７に一次空気を供給するための経路である。第３供給経路７１ｃには第３ダンパ８３が設けられており、後燃焼段風箱２７に供給する一次空気の供給量を調整することができる。また、第３ダンパ８３は制御装置９０によって制御されている。

補助供給経路７１ｄは、燃焼火格子２２を経由せずに燃焼部１２に一次空気を供給するための経路である。当然であるが、補助供給経路７１ｄは、燃焼段風箱２６を経由しておらず、他の火格子及び風箱（乾燥火格子２１、後燃焼火格子２３、乾燥段風箱２５、及び後燃焼段風箱２７）も経由していない。補助供給経路７１ｄには第４ダンパ８４が設けられており、補助供給経路７１ｄによって供給される一次空気の供給量を調整することができる。また、第４ダンパ８４は制御装置９０によって制御されている。第４ダンパ８４は、第２供給経路７１ｂによって供給される一次空気を、補助供給経路７１ｄによって供給される一次空気で補うように制御される。例えば、第２供給経路７１ｂによって供給される一次空気の供給量が減るように（増えるように）第２ダンパ８２が制御された場合、補助供給経路７１ｄによって供給される一次空気の供給量が増えるように（減るように）第４ダンパ８４が制御される。補助供給経路７１ｄは、例えば炉内の両側面（紙面手前側及び紙面奥側の面）等から燃焼部１２に一次空気を供給するための経路である。本実施形態では、補助供給経路７１ｄは燃焼火格子２２よりも下流側に一次空気を供給しているが、燃焼火格子２２よりも上流側に一次空気を供給する構成でもよいし、搬送方向において燃焼火格子２２と重なる箇所（例えば燃焼火格子２２が位置している部分の側壁）に一次空気を供給する構成でもよい。このように補助供給経路７１ｄの経路は特に限定されないが、燃焼部１２での一次燃焼に寄与するように（即ち、火炎を目指すように、火炎の近傍に向けて）空気が供給される必要がある。

なお、本実施形態では、補助供給経路７１ｄは、燃焼部１２に供給される一次空気（一次燃焼用気体）を補う構成であるが、これに加えて又は代えて、乾燥部１１に供給される一次空気（一次燃焼用気体）を補う補助供給経路が形成されていてもよいし、後燃焼部１３に供給される一次空気（一次燃焼用気体）を補う補助供給経路が形成されていてもよい。

二次空気供給部５２は、二次空気供給経路７２を介して、焼却炉１０の空気ガス保有空間１６にその上部（天井部）から二次空気を供給するとともに、絞り部１７によって燃焼ガスが方向を転換する部分（絞り部１７の近傍）に二次空気を供給する。また、二次空気供給部５２は、制御装置９０によって制御される図略のダンパが設けられており、各部への二次空気の供給量を調整することができる。

排ガス供給部５３は、循環排ガス供給経路７３を介して、廃棄物焼却設備１００から排出された排ガスを炉内に供給する（再循環させる）。廃棄物焼却設備１００から排出された排ガスはろ過式の集じん器６０で浄化され、その一部が排ガス供給部５３によって燃焼部１２の両側面（紙面手前側及び紙面奥側の面）から焼却炉１０へ供給される。なお、排ガスが供給される位置は、特に限定されない。例えば、排ガスは焼却炉１０の上方（天井部）から供給されてもよく、一方の側面のみから供給されていてもよい。排ガスを焼却炉１０に供給することで、焼却炉１０内の酸素濃度が低下し、燃焼温度の局所的な過上昇を抑えることができる。その結果、ＮＯｘの発生を抑えることができる。

焼却炉１０には、図１及び図２に示すように、燃焼状態等を把握するための複数のセンサが設けられている。具体的には、焼却炉内ガス温度センサ９１と、焼却炉出口ガス温度センサ９２と、ＣＯガス濃度センサ９３と、ＮＯｘガス濃度センサ９４と、が設けられている。

焼却炉内ガス温度センサ９１は、焼却炉１０内（例えば空気ガス保有空間１６よりも下流かつ後燃焼部１３よりも上流）に配置されており、焼却炉内ガス温度を検出して制御装置９０へ出力する。焼却炉出口ガス温度センサ９２は、焼却炉１０出口近傍（例えば再燃焼部１４よりも下流かつボイラ３０よりも上流）に配置されており、焼却炉出口ガス温度を検出して制御装置９０へ出力する。ＣＯガス濃度センサ９３は、集じん器６０の下流に配置されており、排ガスに含まれるＣＯガス濃度（焼却炉排出ＣＯガス濃度）を検出して制御装置９０へ出力する。ＮＯｘガス濃度センサ９４は、集じん器６０の下流に配置されており、排ガスに含まれるＮＯｘガス濃度（焼却炉排出ＮＯｘガス濃度）を検出して制御装置９０へ出力する。

制御装置９０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等によって構成されており、種々の演算を行うとともに、廃棄物焼却設備１００全体を制御する。以下、制御装置９０が行う制御のうち、自動燃焼制御と、一次燃焼用気体割合調整制御と、について説明する。

＜自動燃焼制御＞制御装置９０には、上述した複数のセンサから焼却炉１０の燃焼に関するデータ（炉内検出データ）が供給されている。また、ボイラ３０からは、ボイラ蒸発量（熱量回収に伴いボイラ３０で生成された蒸気の量、蒸気タービン発電設備３５に供給された蒸気の量）が制御装置９０へ出力される。

焼却炉内ガス温度センサ９１が検出する焼却炉内ガス温度、及び、焼却炉出口ガス温度センサ９２が検出する焼却炉出口ガス温度からは、炉内で生じている燃焼の程度を推測することができる（高温になるほど燃焼が活発）。また、ＣＯガス濃度センサ９３が検出する焼却炉排出ＣＯガス濃度からは、炉内で燃焼しきれなかった未燃ガスの濃度（未燃ガスがどれだけ生じているか）を把握することができる。ＮＯｘガス濃度センサ９４が検出する焼却炉排出ＮＯｘガス濃度からは、炉内で発生したＮＯｘガスの濃度（ひいては目標のＮＯｘガス濃度との差）を把握できる。また、ボイラ蒸発量からは、炉内で発生した熱量を推測することができる。なお、廃熱回収用のボイラに加えて水噴霧により冷却を行う構成の焼却炉においては、ボイラ蒸発量に加えて水噴霧冷却用水量に基づいて、炉内で発生した熱量をより正確に推測することができる。

自動燃焼制御とは、上記の炉内検出データを総合的に判断し、炉内の燃焼状態を長期間にわたって安定的に維持させるための制御である。具体的には、制御装置９０は、図２に示すように、第１ダンパ８１〜第３ダンパ８３を調整することで、各部に供給される気体の供給量を調整する。また、図２には示していないが、制御装置９０は、二次空気供給経路７２及び循環排ガス供給経路７３に設けられる図略のダンパの調整も行う。更に、制御装置９０は、乾燥火格子２１、燃焼火格子２２、及び後燃焼火格子２３の動作を調整する。各火格子の動作とは、例えば、前進させる際の速度、前進後に後進を開始するまでの待機時間、後進させる際の速度、及び一連の動作の時間間隔等である。また、本明細書では説明を簡単にするために「火格子を制御する」と記載しているが、実際には制御装置９０は各火格子の駆動部を制御する。以上のように様々な炉内検出データに基づいて、上記の様々な装置を制御することで、炉内の燃焼状態を長期間にわたって安定的に維持させることができる。焼却炉１０で生じる燃焼は、焼却炉１０の形状や構造、投入される廃棄物によって大きく異なる。また、自動燃焼制御で目標とする値についても、焼却炉１０の耐久性、要求される処理量、排ガスに関する法規制等により大きく異なる。従って、制御装置９０は、それらを総合的に判断して自動燃焼制御を行う。

＜一次燃焼用気体割合調整制御＞一次燃焼用気体割合調整制御とは、火格子を経由して供給する一次燃焼用気体の供給量と、火格子を経由せずに供給する一次燃焼用気体の供給量と、の割合を調整する制御である。本実施形態では、第２ダンパ８２と第４ダンパ８４を調整することで、燃焼火格子２２を経由して（第２供給経路７１ｂを経由して）燃焼部１２に供給する一次空気の供給量と、燃焼火格子２２を経由せずに（補助供給経路７１ｄを経由して）燃焼部１２に供給する一次空気の供給量と、を調整する制御である。一次燃焼用気体割合調整制御を行うことにより、焼却炉１０で生じる燃焼状態の変化に応じて、燃焼状態を略一定にすることででき、それにより燃焼を安定化させることができる。

初めに、従来例の方法で燃焼状態が変動し、燃焼が安定化できないことについて図３及び図４を参照して説明する。図３は、従来例１における火格子上の状態を示す概念図である。図４は、従来例２における火格子上の状態を示す概念図である。

火格子下から（火格子を介して）供給される一次燃焼用気体は、火格子を通過した後に火格子上部の廃棄物層の中の隙間を通過する。一次燃焼用気体が廃棄物を通過することで、通過した隙間の周囲の廃棄物が加熱されるとともに、空気中の酸素と接触反応する。これにより、一次燃焼用気体が接触した廃棄物を部分的に熱分解ガス化させ、炭化水素や一酸化炭素等の未燃焼状態のガス成分を高濃度に含む熱分解ガスが廃棄物の表面から上方に排出される。なお、この熱分解ガスには、空気中の未反応成分も含まれている。その後、この熱分解ガスは、炉内にある酸素を含む一次燃焼用気体からの酸素分子の拡散混合によって、激しい酸化反応を起こし、火炎燃焼が生じる。

焼却炉１０では、投入される廃棄物の性質の変化、火格子の動作、及び気体の供給量の変化等によって、燃焼状態が変化する。例えば、熱分解ガスが発生し易い廃棄物が投入される場合、酸素が十分に存在する等の条件下では、火炎燃焼が活発になり易い。また、火格子の動作時は一次燃焼用気体と廃棄物との接触が促進されるため、熱分解ガスが発生し易くなり、酸素が十分に存在する等の条件下では、火炎燃焼が活発になり易い。以下では、これらの状況の変化によって、過剰な火炎燃焼（過剰燃焼）が発生する場合について考える。

過剰燃焼の発生に対して特段の対策を行わない場合、当然であるが、図３に示すように、過剰燃焼が発生する。過剰燃焼が発生することで、炉内で発生する熱量が不均一になる。その結果、焼却炉１０に接続されるボイラ３０の蒸発量が不均一になるとともに、ボイラ３０に接続される蒸気タービン発電設備３５の発電量も不均一となる。また、過剰燃焼の発生により、壁部等が熱損する可能性がある。

次に、図４に示すように、過剰燃焼の発生を検出又は予測して、火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らす制御を行う場合を考える。火格子下から供給される一次燃焼用気体を減らすことで、一次燃焼用気体と廃棄物との接触が減るため、発生する熱分解ガスを過剰燃焼の発生前と同程度に抑えることができる。しかし、火格子下からの一次燃焼用気体の供給量を減少させただけであるために、過剰燃焼の発生前と同程度の熱分解ガスが形成する火炎燃焼部分で、酸素不足を引き起こし火炎燃焼の程度がその分低下してしまうこととなる。このように火炎燃焼の程度が低いものを不足燃焼と称する（過剰燃焼の反対の状態）。つまり、火格子下から供給する一次燃焼用気体の供給量を減らすだけでは、過剰燃焼を抑制可能であるが、不足燃焼が発生する可能性がある。

以上を考慮し、本実施形態では、図５に示すように、以下の制御が行われる。即ち、制御装置９０は、上述した炉内検出データ（具体的には、焼却炉内ガス温度、焼却炉出口ガス温度、焼却炉排出ＣＯガス濃度、焼却炉排出ＮＯｘガス濃度、ボイラ蒸発量、及び水噴霧冷却用水量の少なくとも１つ）に基づいて、過剰燃焼の発生を検出又は予測する。上述のように、上記の炉内検出データを用いることで炉内で生じている燃焼状態を推測できるので、燃焼の程度を推測できる。例えば、燃焼の程度が高い場合は過剰燃焼が発生したと検出し、燃焼の程度があまり高くはないが徐々に高くなっている場合は将来的に過剰燃焼が発生すると予測する。制御装置９０は、過剰燃焼の発生を検出又は予測した場合、火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らすとともに、補助供給経路７１ｄを介して（火格子を介さずに火格子上から）供給する一次燃焼用気体の供給量を増やす第１供給量調整制御を行う。第１供給量調整制御を概念的に説明すると、火格子を介して供給するはずであった、減らした分の一次燃焼用気体を、当該火格子を経由せずに当該火格子上に供給する。図４を用いて説明したように、火格子を介して供給する一次燃焼用気体を減らすことで、過剰燃焼の発生前と同程度に熱分解ガスの発生を抑制することができる。本実施形態では、更に、減らした分の一次燃焼用気体を火格子上から供給するため、過剰燃焼の発生前と同程度である熱分解ガスの火炎形成部での酸素不足を引き起こさずに火炎燃焼の程度を維持し続けることができるので、燃焼状態を維持することができ、燃焼を安定化することができる。

このように、第１供給量調整制御において、火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量、補助供給経路７１ｄを介して供給する一次燃焼用気体の供給量、及びそれらの供給量の変化タイミングは、上述した炉内検出データに基づいて決定される。即ち、過剰燃焼といっても燃焼の程度は異なるため、例えば、過剰燃焼の中でも燃焼の程度が高い場合は、補助供給経路７１ｄを介して供給する一次燃焼用気体の供給量が多くなる可能性がある。

なお、本実施形態では、通常燃焼時は補助供給経路７１ｄを介して供給される一次燃焼用気体の供給量がゼロであることを想定しているが、この供給量はゼロでなくてもよい。また、火格子を介して供給する一次燃焼用気体の減少量（増加量）と、補助供給経路７１ｄを介して供給する一次燃焼用気体の増加量（減少量）とはある程度近似している（又は一致している）ことが好ましいが、異なっていても良い。仮に、一方の減少量と他方の増加量を近似又は同じにする場合、火格子を介して供給する割合を決定することで、それぞれの具体的な供給量が決定できる。また、火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量の変化タイミングと、補助供給経路７１ｄを介して供給する一次燃焼用気体の供給量の変化タイミングとは、ある程度近似している（又は一致している）ことが好ましいが、異なっていても良い。

その後も、制御装置９０は、炉内検出データに基づいて燃焼の程度を検出しており、過剰燃焼の発生が抑制されたと判断した場合、火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を増やすとともに、補助供給経路７１ｄを介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らす第２供給量調整制御を行う。このように、一次燃焼用気体割合調整制御は、炉内検出データに基づいて、第１供給量調整制御と、第２供給量調整制御と、を行うことにより、熱分解ガスの発生量及び燃焼火炎の程度を同じにすることができるので、燃焼を安定化することができる。

また、一次燃焼用気体割合調整制御と、自動燃焼制御と、を独立して制御することは可能であるが、本実施形態では、これらの制御は協調・結合して行われる。具体的には自動燃焼制御が一次燃焼用気体割合調整制御を管理・支配することで、一次燃焼用気体割合調整制御を自動燃焼制御に統合している。そのため、一次燃焼用気体割合調整制御が単独で算出した値が用いられることはなく、自動燃焼制御側で用いられる上記の炉内検出データや自動燃焼制御で算出される制御データ（各ダンパの状態や火格子の速度等を指示するためのデータ）等に基づいて、第１供給量調整制御及び第２供給量調整制御で変化させる供給量が調整される。従って、炉内の燃焼状態に応じて、火格子を介して供給する一次燃焼用気体の減少量（増加量）、及び、火格子を介さずに供給する一次燃焼用気体の増加量（減少量）が増減することとなる。

以上に説明したように、本実施形態の一次燃焼用気体の供給制御方法は、搬送部２０と、風箱（乾燥段風箱２５から後燃焼段風箱２７）と、補助供給経路７１ｄと、を備える焼却炉１０に対して行われる。搬送部２０は、複数段に区分された火格子から構成されており、廃棄物が載せられた状態で間欠的に動作することで当該廃棄物を炉出口に向けて搬送する。風箱は、複数段の火格子の下方にそれぞれ設けられており、当該火格子を経由して炉内に供給するための一次燃焼用気体が供給される。補助供給経路７１ｄは、火格子を経由させずに炉内に一次燃焼用気体を供給する。この一次燃焼用気体の供給制御方法では、焼却炉内ガス温度、焼却炉出口ガス温度、焼却炉排出ＣＯガス濃度、焼却炉排出ＮＯｘガス濃度、排ガスからの熱量回収に伴うボイラ蒸発量、水噴霧冷却用水量のうち少なくとも何れかである炉内検出データに基づいて、少なくとも１つの構成段の火格子について、火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らす又は増やすとともに、それに伴って、補助供給経路を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を増やす又は減らす処理を行う。

これにより、火格子を経由して供給する一次燃焼用気体の供給量と、火格子を経由せずに供給する一次燃焼用気体の供給量と、を炉内検出データに基づいて調整することができる。火格子を経由して供給する一次燃焼用気体は、熱分解ガス化及び火炎燃焼に寄与する。一方で、火格子を経由せずに供給する一次燃焼用気体は、主に火炎燃焼に寄与する。従って、上記のように２通りの経路で供給される一次燃焼用気体の供給量を個別に算出して調整する制御を行うことで、熱分解ガス化及び火炎燃焼の双方に適した環境を実現できる。従って、焼却炉１０の燃焼を安定させることができる。

焼却炉１０の燃焼を安定化させることで、焼却炉１０に接続されるボイラ３０の蒸発量を安定化させることができる。更に、ボイラ３０の蒸発量を安定化させることで、当該ボイラ３０に接続される蒸気タービン発電設備３５の発電量を安定化させることができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記実施形態では、焼却炉内ガス温度、焼却炉出口ガス温度、焼却炉排出ＣＯガス濃度、焼却炉排出ＮＯｘガス濃度、及びボイラ蒸発量に基づいて、自動燃焼制御及び一次燃焼用気体供給制御を行う構成であるが、これらの炉内検出データの一部（少なくとも１つ）を用いて、これらの制御を行ってもよい。また、ボイラ蒸発量に代えて、水噴霧冷却用水量を用いてこれらの制御を行ってもよい。

上記実施形態では、第２供給経路７１ｂと補助供給経路７１ｄとは、同じ経路から分岐している（同じ一次空気供給部５１によって供給されている）。これに代えて、第２供給経路７１ｂと補助供給経路７１ｄとがそれぞれ別の経路に接続されている（それぞれ別の一次空気供給部によって供給されている）構成であってもよい。

上記実施形態では、搬送部２０は、乾燥火格子２１、燃焼火格子２２、及び後燃焼火格子２３の３段構成の火格子で構成されている。これに代えて、搬送部２０は、構成段が３段以外の火格子で構成されていてもよい。例えば、乾燥火格子２１が省略され、搬送部２０が、燃焼火格子２２及び後燃焼火格子２３で構成されていてもよい。

１０焼却炉（火格子式廃棄物焼却炉）
１１乾燥部
１２燃焼部
１３後燃焼部
２１乾燥火格子
２２燃焼火格子
２３後燃焼火格子
２５乾燥段風箱
２６燃焼段風箱
２７後燃焼段風箱
７１一次空気供給経路
７１ａ第１供給経路
７１ｂ第２供給経路
７１ｃ第３供給経路
７１ｄ補助供給経路
９０制御装置

Claims

複数段に区分された火格子から構成されており、廃棄物が載せられた状態で間欠的に動作することで当該廃棄物を炉出口に向けて搬送する搬送部と、
複数段の前記火格子の下方にそれぞれ設けられており、当該火格子を経由して炉内に供給するための一次燃焼用気体が供給される風箱と、
前記火格子を経由させずに、炉内の当該火格子上にある火炎の外側ではなく当該火炎の内側に一次燃焼用気体を供給する補助供給経路と、
を備えるとともに、炉内で発生した熱を回収するボイラに接続される火格子式廃棄物焼却炉の一次燃焼用気体の供給制御方法において、
焼却炉内ガス温度、焼却炉出口ガス温度、焼却炉排出ＣＯガス濃度、焼却炉排出ＮＯｘガス濃度、排ガスからの熱量回収に伴うボイラ蒸発量、水噴霧冷却用水量のうち少なくとも何れかである炉内検出データに基づいて、少なくとも１つの構成段の前記火格子について、前記火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らす又は増やすとともに、それに伴って、前記補助供給経路を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を増やす又は減らす処理を行うことを特徴とする一次燃焼用気体の供給制御方法。
請求項１に記載の一次燃焼用気体の供給制御方法を用いて火格子式廃棄物焼却炉を制御することで、当該火格子式廃棄物焼却炉に接続される前記ボイラの蒸発量を安定化させる蒸発量安定化方法。
請求項２に記載の蒸発量安定化方法を用いて前記ボイラの蒸発量を安定化させることで、当該ボイラに接続される蒸気タービン発電設備の発電量を安定化させる発電量安定化方法。
火格子により廃棄物を搬送しながら焼却する火格子式廃棄物焼却炉において、
複数段に区分された前記火格子から構成されており、廃棄物が載せられた状態で間欠的に動作することで当該廃棄物を炉出口に向けて搬送する搬送部と、
複数段の前記火格子の下方にそれぞれ設けられており、当該火格子を経由して炉内に供給するための一次燃焼用気体が供給される風箱と、
前記火格子を経由させずに、炉内の当該火格子上にある火炎の外側ではなく当該火炎の内側に一次燃焼用気体を供給する補助供給経路と、
制御装置と、
を備えるとともに炉内で発生した熱を回収するボイラに接続されており、
前記制御装置は、焼却炉内ガス温度、焼却炉出口ガス温度、焼却炉排出ＣＯガス濃度、焼却炉排出ＮＯｘガス濃度、排ガスからの熱量回収に伴うボイラ蒸発量、水噴霧冷却用水量のうち少なくとも何れかである炉内検出データに基づいて、少なくとも１つの構成段の前記火格子について、前記火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らす又は増やすとともに、それに伴って、前記補助供給経路を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を増やす又は減らす処理を行うことを特徴とする火格子式廃棄物焼却炉。