JP7156166B2 - 廃棄物焼却炉及び廃棄物焼却炉の給塵装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、都市ごみ等の廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉及び廃棄物焼却炉の給塵装置の制御方法に関する。

廃棄物焼却炉には、廃棄物が投入されるホッパ、廃棄物を燃焼させる炉が設けられる。ホッパの底部には、ホッパに投入された廃棄物を炉に押し出す給塵装置が設けられる。炉の底部には、廃棄物に燃焼用空気を供給すると共に、廃棄物を搬送する火格子が設けられる。給塵装置によって押し出された廃棄物は、炉の火格子上に供給される。

廃棄物を継続的に安定燃焼させるためには、炉に廃棄物を定量供給することが重要である。すなわち、一定発熱量の廃棄物を一定速度で火格子上に供給するのが理想である。廃棄物の定量供給性を向上させるために、特許文献１には、給塵装置を上下２段の給塵機から構成し、炉内の廃棄物の燃焼状況に基づいて上給塵機と下給塵機を制御する廃棄物焼却炉に関する技術が開示されている。

特開２０００－２８１２１号公報

ところで、ホッパに投入される廃棄物の種類は様々であるため、その性状は変動する。例えば、ホッパには水分を多く含んだ廃棄物（発熱量が低い）が投入されるときも、水分が少ない廃棄物が投入されるときもある。水分を多く含んだ廃棄物は、ホッパ内で圧密され、強固に固着する場合がある。この場合、廃棄物を給塵装置によって押し出しても火格子上に落下せず、受床上に堆積していき（棚吊り）、あるタイミングで一度に大量の廃棄物が火格子上に落下する（どか落ち）といった現象が発生しやすくなる。

この棚吊り現象やどか落ち現象は、特許文献１に開示された技術のように、炉内の廃棄物の燃焼状況に基づいて上給塵機と下給塵機を制御するだけでは対応することができない。なぜならば、特許文献１に開示された技術では、棚吊り現象やどか落ち現象が発生した後の炉内の燃焼状況を基に上給塵機と下給塵機を制御しているため、時々刻々と変化する状況に時間的遅れが生じてしまい、制御が後手となるからである。このため、廃棄物の定量供給性を担保することが困難になるという課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、廃棄物の定量供給性を向上させることができる廃棄物焼却炉及び廃棄物焼却炉の給塵装置の制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、ホッパに投入された廃棄物を押し出して火格子上に供給する給塵装置と、前記給塵装置を制御する制御装置と、を備える廃棄物焼却炉において、前記給塵装置は、受床上に上下に配置される上給塵機と下給塵機を有し、前記制御装置は、水分センサが検出する前記ホッパ内の廃棄物の水分、圧力センサが検出する前記上給塵機及び／又は前記下給塵機の油圧シリンダの油圧、並びに熱画像撮像装置が撮像した前記受床上の廃棄物の熱画像に基づいて取得した前記受床上の廃棄物の性状のうち、少なくとも一つに基づいて、前記上給塵機と前記下給塵機を制御し、前記制御装置は、前記上給塵機と前記下給塵機を通常運転モードから前記上給塵機と前記下給塵機の少なくとも一方のストローク幅を小さくし、かつ単位時間当たりの往復回数を多くするほぐし運転モードに切り替え可能である廃棄物焼却炉である。

本発明の他の態様は、ホッパに投入された廃棄物を押し出して火格子上に供給する廃棄物焼却炉の給塵装置の制御方法において、前記給塵装置は、受床上に上下に配置される上給塵機と下給塵機を有し、水分センサが検出する前記ホッパ内の廃棄物の水分、圧力センサが検出する前記上給塵機及び／又は前記下給塵機の油圧シリンダの油圧、並びに熱画像撮像装置が撮像した前記受床上の廃棄物の熱画像に基づいて取得した前記受床上の廃棄物の性状のうち、少なくとも一つに基づいて、前記上給塵機と前記下給塵機を制御し、前記制御装置は、前記上給塵機と前記下給塵機を通常運転モードから前記上給塵機と前記下給塵機の少なくとも一方のストローク幅を小さくし、かつ単位時間当たりの往復回数を多くするほぐし運転モードに切り替え可能である廃棄物焼却炉の給塵装置の制御方法である。

本発明の廃棄物焼却炉によれば、ホッパ内の廃棄物の水分、上給塵機及び／又は下給塵機の油圧シリンダの油圧、熱画像撮像装置が撮像した受床上の廃棄物の熱画像に基づいて取得した受床上の廃棄物の性状のうち、少なくとも一つに基づいて、上給塵機と下給塵機を制御するので、廃棄物の棚吊り現象やどか落ち現象が発生するのを未然に防止することができる。したがって、廃棄物の定量供給性を向上させることができる。また、上給塵機と下給塵機を通常運転モードから上給塵機と下給塵機の少なくとも一方のストローク幅を小さくし、かつ単位時間当たりの往復回数を多くするほぐし運転モードに切り替え可能であるので、固着した廃棄物をほぐすことができる。

本発明の一実施形態の廃棄物焼却炉の縦断面図（制御装置の機能ブロック図を含む）である。 図２（ａ）は通常運転モードにおける上給塵機と下給塵機の前進端位置、後退端位置、ストローク幅を示す図であり、図２（ｂ）はほぐし運転モードにおける上給塵機と下給塵機の前進端位置、後退端位置、ストローク幅を示す図である。 廃棄物の性状を判定する処理の流れを示すフローチャートである。 熱画像を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態の廃棄物焼却炉を詳細に説明する。ただし、本発明の廃棄物焼却炉は種々の形態で具体化することができ、明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。

図１は、本発明の一実施形態の廃棄物焼却炉１の縦断面図を示す。本実施形態の廃棄物焼却炉１は、内部に主燃焼室３と二次燃焼室４が形成される炉本体２と、廃棄物Ｗが投入されるホッパ５と、ホッパ５の底部に設けられ、廃棄物Ｗを炉本体２へ供給する給塵装置６と、炉本体２内での廃棄物Ｗの燃焼により生ずる排ガスを排出する排気部９と、廃棄物Ｗの燃焼後の灰分を排出する灰分排出部１０と、を有する。

主燃焼室３の底部には、火格子１１が設けられる。火格子１１は、可動火格子と、固定火格子と、を備える。火格子１１上の廃棄物Ｗは、可動火格子の往復運動により前方へ送られながら、乾燥、燃焼、後燃焼させられる。

火格子１１は、上流側から順番に乾燥火格子１１ａ、燃焼火格子１１ｂ、後燃焼火格子１１ｃに分類される。乾燥火格子１１ａでは、主に廃棄物Ｗの乾燥と着火が行われる。燃焼火格子１１ｂでは、主に廃棄物Ｗの熱分解と熱分解により発生した可燃性ガスと固定炭素分（チャー）の燃焼が行われる。後燃焼火格子１１ｃでは、燃焼段で燃え残った固定炭素分（チャー）を燃焼させ、廃棄物Ｗを完全燃焼させる。後燃焼火格子１１ｃ上の灰分は、灰分排出部１０から排出される。

乾燥火格子１１ａ、燃焼火格子１１ｂ、及び後燃焼火格子１１ｃそれぞれの風箱１２ａ，１２ｂ，１２ｃには、送気管１３により一次燃焼用空気が送入される。送気管１３には、ダンパ１４を介して圧送ブロワ１５が接続される。一次燃焼用空気は、火格子１１を経由して炉本体２に供給される。一次燃焼用空気の量は、ダンパ１４によって調整される。

主燃焼室３の燃焼ガス下流側には、二次燃焼室４が設けられる。二次燃焼室４では、未燃ガスが二次燃焼させられる。二次燃焼後の排ガスは、排気部９から排出される。二次燃焼室４には、図示しない廃熱ボイラが設けられる。二次燃焼後の排ガスは、廃熱ボイラによって熱回収される。廃熱ボイラで回収された熱によって発生する蒸気は、発電機による発電のために用いられる。

受床２３上には、給塵装置６が設けられる。給塵装置６は、受床２３上に上下に配置される上給塵機７と下給塵機８を備える。下給塵機８は、受床２３上を進退可能に設けられる下プッシャ８ａと、下プッシャ８ａを進退させる油圧シリンダ８ｂと、を備える。上給塵機７は、下プッシャ８ａ上を進退可能に設けられる上プッシャ７ａと、上プッシャ７ａを進退させる油圧シリンダ７ｂと、を備える。

上給塵機７及び下給塵機８それぞれの油圧シリンダ７ｂ，８ｂには、図示しない油圧ポンプから切替え弁を介して油圧が供給される。制御装置２１によって切替え弁を制御することで、上給塵機７と下給塵機８が制御される。上給塵機７と下給塵機８は、制御装置２１によって独立して制御され、これらは、一体的に動作するのではなく、独立して動作する。

上給塵機７と下給塵機８の前進端位置、移動速度、ストローク幅、後進端位置は、上給塵機７と下給塵機８それぞれで独立して設定される。この実施形態では、図２（ａ）に示すように、上給塵機７（上プッシャ７ａ）の炉長方向寸法は、下給塵機８のそれよりも短い。上給塵機７の前進端位置及び後退端位置は、下給塵機８のそれよりも後方にある。上給塵機７のストローク幅Ｌ１は、下給塵機８のストローク幅Ｌ２よりも大きい。上給塵機７の稼働速度は、下給塵機８のそれよりも遅い。これにより、落差壁１６上の落ち口近くの廃棄物Ｗがほぐれて、廃棄物Ｗの落下がスムーズになり、廃棄物Ｗの定量供給性が向上する。また、上給塵機７の前進端位置を下給塵機８のそれよりも後方に設定することで、下給塵機８（下プッシャ８ａ）上の廃棄物Ｗを上給塵機７によって下給塵機８の前方に押し出すことができる。

図１に示すように、上給塵機７と下給塵機８の油圧シリンダ７ｂ，８ｂには、圧力センサ１７，１８が取り付けられる。圧力センサ１７，１８は、油圧シリンダ７ｂ，８ｂの油圧を検出し、油圧の情報を制御装置２１に送る。圧力センサ１７，１８によって油圧シリンダ７ｂ，８ｂの油圧を検出することで、上給塵機７と下給塵機８の前方の廃棄物Ｗの固着具合を知ることができる。

ホッパ５の壁には、水分センサ１９が設けられる。水分センサ１９は、ホッパ５内の廃棄物Ｗの水分を検出し、検出した廃棄物Ｗの水分の情報を制御装置２１に送る。水分センサ１９には、種々の方式を採用することができ、例えば透過型マイクロ波強度方式、接触型静電容量方式、透過型静電容量方式、赤外線強度方式を採用することができる。また、水分を多く含んだ廃棄物Ｗは、ホッパ５内で固着しやすい。そこで、水分センサ１９によってホッパ５内の廃棄物Ｗの水分を検出することで、ホッパ５内の廃棄物Ｗの固着具合を知ることができる。

ホッパ５に投入された廃棄物Ｗの上方には、レベル計２０が設けられる。レベル計２０は、廃棄物Ｗの高さを検出し、検出した廃棄物Ｗの高さの情報を制御装置２１に送る。また、水分センサ１９の位置（水分測定位置）の廃棄物Ｗが給塵装置６に到達するまでにはタイムラグがある。そこで、制御装置２１は、廃棄物Ｗの高さに基づいて、廃棄物Ｗの降下速度を算出し、廃棄物Ｗが水分測定位置から給塵装置６に到達するまでのタイムラグを算出する。

炉本体２の灰分排出部１０側の側壁には、熱画像撮像装置としての赤外線カメラ２２が設けられる。赤外線カメラ２２は、受床２３上に堆積する廃棄物Ｗの熱画像を撮像する。赤外線カメラ２２は、特定波長の赤外線を検出することにより、熱画像を取得する。

制御装置２１は、図１の制御装置２１の機能ブロック図に示すように、画像処理部３１と、性状判定部３２と、制御部３３と、を備える。

画像処理部３１は、赤外線カメラ２２から一定時間毎に入力される熱画像に対して、平滑化処理等の画像処理を施す。

性状判定部３２は、画像処理部３１によって画像処理が施された熱画像に基づいて、受床２３上の廃棄物Ｗの性状を判定する。性状は、例えば受床２３上の廃棄物Ｗの層厚、受床２３上の廃棄物Ｗの落差壁１６からの突出量、受床２３上の廃棄物Ｗの水分、受床２３上の廃棄物Ｗの種類（プラスチックが多い廃棄物Ｗ、紙ごみが多い廃棄物Ｗ）等である。受床２３上の廃棄物Ｗの性状を取得することで、受床２３上の廃棄物Ｗの固着具合を知ることができる。性状判定部３２は、学習部３２ｂの機械学習によって構築される識別部３２ａを備えてもよい。

図３は、廃棄物Ｗの性状を取得する処理の流れを示すフローチャートである。まず、赤外線カメラ２２により受床２３上の廃棄物Ｗの熱画像が取得される。熱画像は、画像処理部３１を介して性状判定部３２に入力される（Ｓ１）。図４は、熱画像を模式的に示す。性状判定部３２は、受床２３上の廃棄物Ｗの熱画像から特徴量（例えば熱画像の各画素の輝度値）を取得する（Ｓ２）。次いで、性状判定部３２は、特徴量に基づいて、廃棄物Ｗの性状、例えば受床２３上の廃棄物Ｗの層厚、落差壁１６からの廃棄物Ｗの突出量、廃棄物Ｗの水分、廃棄物Ｗの種類等を判定する（Ｓ３）。

図１に示すように、制御部３３は、水分センサ１９からの入力、圧力センサ１７，１８からの入力、及び性状判定部３２からの入力の少なくとも一つに基づいて、上給塵機７と下給塵機８を制御する。すなわち、制御部３３は、水分センサ１９からの入力、圧力センサ１７，１８からの入力、又は性状判定部３２からの入力のいずれか一つに基づいて、上給塵機７と下給塵機８を制御してもよいし、水分センサ１９からの入力、圧力センサ１７，１８からの入力、及び性状判定部３２からの入力の二つに基づいて、上給塵機７と下給塵機８を制御してもよいし、水分センサ１９からの入力、圧力センサ１７，１８からの入力、及び性状判定部３２からの入力の三つに基づいて、上給塵機７と下給塵機８を制御してもよい。

具体的には、制御部３３は、水分センサ１９が検出したホッパ５内の廃棄物Ｗの水分が変動するとき（例えばホッパ５内の水分が所定のしきい値よりも高いとき）、上給塵機７と下給塵機８の操作パラメータの指令値を変化させる。上記のように、廃棄物Ｗが水分測定位置から給塵装置６に到達するまでタイムラグが存在する。制御部３３は、このタイムラグを考慮して、上給塵機７と下給塵機８の指定値を変化させる。

同様に、制御部３３は、圧力センサ１７，１８が検出した油圧シリンダ７ｂ，８ｂの油圧が変動するとき（例えば油圧シリンダ７ｂ，８ｂの油圧が所定のしきい値よりも高いとき）、上給塵機７と下給塵機８の操作パラメータの指令値を変化させる。また、制御部３３は、赤外線カメラ２２が撮像した熱画像に基づいて取得した受床２３上の廃棄物Ｗの性状が変動するとき（例えば廃棄物Ｗの層厚が所定のしきい値よりも高いとき）、上給塵機７と下給塵機８の操作パラメータの指令値を変化させる。

実際には、制御装置２１には、他の入力に基づいて上給塵機７と下給塵機８の操作パラメータの指令値を調整する他の制御部も含まれる。また、制御部３３は、火格子１１上の廃棄物Ｗの層厚等の入力に基づいて、火格子１１の操作パラメータ（可動火格子の速度等）とダンパ１４の操作パラメータ（ダンパ１４の開度等）の指令値を調整する。

制御装置２１の機能ブロックは、集積回路（ＩＣチップ等）に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現されてもよいし、ソフトウェアによって実現されてもよい。後者の場合、制御装置２１は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムを実行するコンピュータを備える。

制御部３３が上給塵機７と下給塵機８の指令値を変化させると、上給塵機７と下給塵機８の動作モードが図２（ａ）に示す通常運転モードから図２（ｂ）に示すほぐし運転モードに切り替わる。ほぐし運転モードでは、下給塵機８を上給塵機７よりも前に出し、下給塵機８の動きを細かくする。すなわち、下給塵機８のストローク幅をＬ２からＬ３に小さくし、かつ単位時間当たりの往復回数を多くする。下給塵機８の前進端位置、下給塵機８の速度は、通常運転モードと同一である。上給塵機７は通常運転モードと同じ動きにする。これにより、固着した廃棄物Ｗをほぐすことができる。

なお、上記とは逆に、ほぐし運転モードにおいて、上給塵機７のストローク幅を小さくし、かつ単位時間当たりの往復回数を多くしてもよい。また、上給塵機７と下給塵機８の両方のストローク幅を小さくし、かつ単位時間当たりの往復回数を多くしてもよい。

以上に本実施形態の廃棄物焼却炉の構成を説明した。本発明の廃棄物焼却炉は上記の実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に具現化できる。

例えば、上記実施形態では、受床２３上に上下に２段の給塵機を配置した例を説明したが、受床２３上に上下に３段以上の給塵機を配置してもよい。また、上給塵機７と下給塵機８を受床２３の幅方向に２列以上配置してもよい。

１…廃棄物焼却炉
５…ホッパ
６…給塵装置
７…上給塵機
７ｂ，８ｂ…油圧シリンダ
８…下給塵機
１１…火格子
１７，１８…圧力センサ
１９…水分センサ
２１…制御装置
２２…赤外線カメラ（熱画像撮像装置）
２３…受床
Ｗ…廃棄物

Claims (4)

1. ホッパに投入された廃棄物を押し出して火格子上に供給する給塵装置と、前記給塵装置を制御する制御装置と、を備える廃棄物焼却炉において、
   前記給塵装置は、受床上に上下に配置される上給塵機と下給塵機を有し、
   前記制御装置は、水分センサが検出する前記ホッパ内の廃棄物の水分、圧力センサが検出する前記上給塵機及び／又は前記下給塵機の油圧シリンダの油圧、並びに熱画像撮像装置が撮像した前記受床上の廃棄物の熱画像に基づいて取得した前記受床上の廃棄物の性状のうち、少なくとも一つに基づいて、前記上給塵機と前記下給塵機を制御し、
   前記制御装置は、前記上給塵機と前記下給塵機を通常運転モードから前記上給塵機と前記下給塵機の少なくとも一方のストローク幅を小さくし、かつ単位時間当たりの往復回数を多くするほぐし運転モードに切り替え可能である廃棄物焼却炉。
2. 前記上給塵機のストロークの前進端位置が、前記下給塵機のストロークの前進端位置よりも後方にあることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物焼却炉。
3. 前記上給塵機のストロークの後退端位置が、前記下給塵機のストロークの後退端位置よりも後方にあり、
   前記上給塵機のストローク幅が、前記下給塵機のストローク幅よりも長いことを特徴とする請求項２に記載の廃棄物焼却炉。
4. ホッパに投入された廃棄物を押し出して火格子上に供給する廃棄物焼却炉の給塵装置の制御方法において、
   前記給塵装置は、受床上に上下に配置される上給塵機と下給塵機を有し、
   水分センサが検出する前記ホッパ内の廃棄物の水分、圧力センサが検出する前記上給塵機及び／又は前記下給塵機の油圧シリンダの油圧、並びに熱画像撮像装置が撮像した前記受床上の廃棄物の熱画像に基づいて取得した前記受床上の廃棄物の性状のうち、少なくとも一つに基づいて、前記上給塵機と前記下給塵機を制御し、
   前記制御装置は、前記上給塵機と前記下給塵機を通常運転モードから前記上給塵機と前記下給塵機の少なくとも一方のストローク幅を小さくし、かつ単位時間当たりの往復回数を多くするほぐし運転モードに切り替え可能である廃棄物焼却炉の給塵装置の制御方法。

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