JP7307294B1 - 回転式ごみ焼却炉システム - Google Patents
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Abstract
Description
そして、前記制御装置は、前記測定した温度の移動平均値に第一閾値を加算した値より前記測定した温度の瞬時値が大きい場合、前記回転式ストーカ炉を現在の回転速度より遅く回転する制御を実施する。
図1は、実施形態に係る回転式ごみ焼却炉システム1(以下、「焼却炉システム1」という)の構成を示す図である。
焼却炉システム1は、乾燥段と燃焼段とを回転式ストーカ炉2で形成し、後燃焼段を順送式ストーカ炉3で形成し、廃棄物を焼却する回転式ごみ焼却炉4と、順送式ストーカ炉3の上流の温度を測定する温度測定装置5と、回転式ストーカ炉2を回転させる回転装置6と、温度測定装置5の測定した温度に基づいて、回転装置6の回転速度を制御する制御装置7とを、少なくとも備える。
廃棄物(ごみ)は、例えば、産業廃棄物であってよい。熱量の高い廃棄物(例えば、プラスチック)や、熱量の低い廃棄物(例えば、汚泥)が、異なるタイミングで連続的に投入される場合であっても、後述のように、焼却炉システム1は、適切に燃焼制御することができる。
ごみクレーン9は、ごみピット8に貯留された廃棄物の一部を、所定量だけ、バケットなどで運搬し、ごみホッパ10に投入する装置である。
ごみホッパ10は、一般的に、口径の大きい入口と口径の小さい出口を備えた漏斗状の形状をしており、ごみクレーン9が運搬した廃棄物は、当該入口に投入される。
ごみ投入装置11は、ごみホッパ10の出口と回転式ストーカ炉2の入口とを接続するシュートと、当該シュート内を滑り落ちる廃棄物の流れを塞き止める開閉可能な扉11aとを備える装置である。後述するように、扉11aの開閉は、制御装置7により制御される。
回転式ストーカ炉2の出口の下方に順送式ストーカ炉3が配置され、回転式ストーカ炉2と順送式ストーカ炉3とは段差を経て連続的に接続される。順送式ストーカ炉3は、複数の固定火格子と複数の移動火格子とを備えるストーカ炉である。移動火格子が廃棄物の搬送方向の前後に周期的に駆動されることで、これら火格子上の廃棄物は、搬送方向に向かって移動される。順送式ストーカ炉3には、火格子の下方から、空気供給装置12により燃焼用の空気が供給される。
温度測定装置5は、順送式ストーカ炉3の上流の温度、すなわち、上記段差直下の順送式ストーカ炉3の周辺の温度を測定する装置であり、例えば、赤外線温度測定装置である。
なお、入口温度測定装置13の測定値と温度測定装置5の測定値は、無線または有線の通信ネットワーク14により、連続的または定期的に制御装置7に送信される。また、後述するが、これらの測定結果に基づき、制御装置7は、無線または有線の通信ネットワーク14を介して、回転装置6の回転数、空気供給装置12の空気供給量、ごみ投入装置11の扉11aの開閉頻度を制御する。
水封コンベヤ15は、その内部に貯留する水中に灰シュートの出口が配置される構成であるため、水封とともに、焼却残渣が貯留された水で冷却される。当該冷却された焼却残渣は、水封コンベヤ15から排出されて、灰保管施設等に搬送される。
再燃焼室16の下流には廃熱ボイラ18が設置される。廃熱ボイラ18は、再燃焼室16を通過した排ガスを熱源として熱交換により蒸気を生成する。廃熱ボイラ18によって生成された蒸気は、蒸気タービン19の回転に利用され、当該回転によって発電機20が発電する。当該発電された電気は、廃棄物処理プラント内の各施設や各装置の電力として利用したり、電力会社へ売電することができる。
減温塔21の下流にはバグフィルタ22が配置される。減温塔21とバグフィルタ22の間の排ガス流路で消石灰や活性炭等が噴霧された後、排ガスはバグフィルタ22で除塵される。
バグフィルタ22によって煤塵が取り除かれた排ガスは、誘引送風機23によって煙突24に送り込まれ、煙突24から大気に放散される。
なお、廃熱ボイラ18、減温塔21、およびバグフィルタ22の下方に堆積した煤塵(飛灰)は排出されて、灰保管施設等に搬送される。
では、図2および図3を用いて、制御装置7による焼却炉システム1の制御について説明する。制御装置7は、以下に説明する制御のみならず、焼却炉システム1が備える種々の装置の制御を行なうが、ここでは本発明に関連する装置の制御に特化して説明する。
なお、先述のように、制御装置7は、有線または無線の通信ネットワーク14を介して、ごみ投入装置11、回転装置6、空気供給装置12、入口温度測定装置13および温度測定装置5と接続される。
この理由を、図2を用いて説明し、その後、より複雑な制御について、図3及び図4を用いて説明する。
温度測定装置5(赤外線温度測定装置)が測定した温度の測定値(瞬時値)は連続的に所定のタイミング(例えば、1秒間隔)で通信ネットワーク14を介して制御装置7に送信され、制御装置は受信した当該測定値を用いて当該受信した時点の温度の移動平均値(例えば、60分間の上記測定値(所定時間範囲の時系列データ)の移動平均値)を演算する。
廃棄物(ごみ)が産業廃棄物の場合、回転式ストーカ炉2に、例えば、ある時期には熱量の高いごみが継続的に投入され、また、ある時期には熱量の低いごみが継続的に投入される場合がある。また、同時期であっても、熱量の高いごみと熱量の低いごみとが頻繁に入れ替わって投入される場合もありうる。しかし、ここでは、単純モデル化して説明するため、図2においては、まず熱量の低いごみが継続して回転式ストーカ炉2に投入されて焼却され、その後、熱量の高いごみが継続して回転式ストーカ炉2に投入されて焼却される例を示す。
したがって、回転式ストーカ炉2に投入されるごみの熱量の高低を把握していない状態で、順送式ストーカ炉3の上流の温度のみを回転式ストーカ炉2の制御の基準としても、熱量の高いごみと熱量の低いごみとが入れ替わって投入される焼却炉システム1では、回転式ストーカ炉2におけるごみの燃焼状態を、熱量の高低によらずいずれのごみにおいても適切に制御することが難しい。
具体的には、制御装置7は、上記所定のタイミングで受信した温度測定装置5の測定値(瞬時値)と、当該受信した時点の温度の移動平均値(制御装置7が当該受信した時点の測定値(瞬時値)を用いて演算した移動平均値であり、例えば、当該測定値(瞬時値)を含んでこれより前に受信した複数の測定値との60分間の平均値)とを比較し、以下のように回転装置6を制御して、回転式ストーカ炉2の回転速度を変更する。なお、以下に述べる所定温度T1(第一閾値)は、ここでは一例として100℃として説明するが、焼却炉システム1の仕様や焼却する廃棄物の種類に応じて、適宜変更可能である。
そこで、制御装置7は、回転装置6を制御して、回転式ストーカ炉2の回転速度を現時点の回転速度より遅くする。これにより、回転式ストーカ炉2の内部でごみが主に燃焼している位置(主燃焼部位)を回転式ストーカ炉2内の上流側にずらし、回転式ストーカ炉2内におけるごみの燃焼時間を長くする。
この制御により、回転式ストーカ炉2で燃焼中のごみであって且つ上記落下したごみと熱量が同程度と考えられるごみを、適切に燃焼させることができる。
なお、説明の簡便のため、以下では、「(測定値)-(移動平均値)」の温度差を、「後燃焼段温度差」と定義して、図3の説明時に使用する。
いずれの時点においても、焼却炉システム1では、制御装置7が回転装置6を制御して、回転式ストーカ炉2の回転速度をその時点の回転速度より遅くするので、回転式ストーカ炉2のごみを適切に燃焼させることができる。
具体的には、制御装置7は、入口温度TEと上述の後燃焼段温度差の少なくとも2つの情報に基づき、ごみ投入装置11を制御してごみ供給量を調整し、回転装置6を制御して回転式ストーカ炉2の回転速度を調整し、空気供給装置12を制御して回転式ストーカ炉2へ供給する空気量を調整する。
なお、図3に記載の「EGRガス吹込量」については、後述の変形例(第1変形例、第2変形例、第3変形例)の説明にて使用する項目であるので、図1の焼却炉システム1の説明の時点では、説明しない。
本来、8つのパターンがあり得るが、ここでは、回転式ストーカ炉2の耐熱温度などの仕様を考慮し、回転式ストーカ炉2が故障せずに安定稼働できる温度内で制御する。そのため、後述のパターン1における制御装置7の制御により、入口温度TEが、後述のHHを超えることはない。従って、入口温度TEがHH<TEの場合を、図3の表に含めていない。このため、8つのパターンではなく、7つのパターンとなっている。
図4では、縦軸が入口温度TEであり、横軸は回転速度または空気量である。図4は、後述の第1A式と第1B式が線形式となり、また、第2A式と第2B式が線形式となることを示し、さらにこれらの解の範囲を示す図である。
ここでは、入口温度TEに関し、HH=1000℃、H=800℃、L=400℃、LL=300℃とする。回転式ストーカ炉2の回転速度に関し、図3の「通常」の回転速度Rn=0.25rpm、図3の「減少」の回転速度Rd=0.1rpm、図3にはないが「増加」の回転速度Ri=0.5rpmとする。回転式ストーカ炉2に供給する空気量に関し、図3の「通常」の空気量Vn=10000ノルマル立米/h、図3の「減少」の空気量Vd=5000ノルマル立米/h、図3の「増加」の空気量Vi=15000ノルマル立米/hとする。また、Rα=0.1rpm、Rβ=0.05rpm、Vα=3000ノルマル立米/h、Vβ=1000ノルマル立米/h、として話を進める。
RA=((TE-C1A)×((Ri-Rα)-(Rd+Rα)))/(HH-H)
・・・(第1A式)
RB=((TE-C1B)×((Ri-Rβ)-(Rd+Rβ)))/(LL-L)
・・・(第1B式)
VA=((TE-C2A)×((Vi-Vα)-(Vd+Vα)))/(HH-H)
・・・(第2A式)
VB=((TE-C2B)×((Vi-Vβ)-(Vd+Vβ)))/(L-LL)
・・・(第2B式)
これらの式において、C1A、C2A、C1BおよびC2Bは、任意に設定される定数である。ここでは、上記のように、Rα=0.1rpm、Rβ=0.05rpm、Vα=3000ノルマル立米/h、Vβ=1000ノルマル立米/hと設定しているので、C1A =600、C2A=400、C1B=250、C2B=255となる。
従って、第1A式、第1B式、第2A式、第2B式の各々は、以下に示すような一次関数の式、すなわち線形式で表される。
RA=0.001×(TE-600) ・・・(第1A式、第1線形式)
VA=20×(TE-400) ・・・(第2A式、第2線形式)
RB=0.003×(TE-250) ・・・(第1B式、第3線形式)
VB=80×(TE-225) ・・・(第2B式、第4線形式)
なお、ここでは、ごみ供給量は、一定量(400kg)のごみを投入する時間間隔の長短で上記「通常」や「減少」を制御装置7が調整するが、投入するごみの量を変化可能なごみ投入装置を採用して当該調整を行ってもよい。
<図3のパターン1について>
パターン1では、制御装置7が受信した入口温度TEが、H(例えば800℃)<TE≦HH(例えば1000℃)であり、制御装置7が演算した後燃焼段温度差が第一閾値T1以上の値であるので、乾燥段および燃焼段である回転式ストーカ炉2に熱量の高いごみが多量に供給され、後燃焼段である順送式ストーカ炉3の上流に燃焼中のごみが落下したものと推測される。
そこで、制御装置7は、回転装置6を制御して、回転式ストーカ炉2の回転速度を「減少」にすべく、現時点の回転速度からRd(例えば、0.1rpm)に減少させる。これにより、回転式ストーカ炉2の内部でごみが主に燃焼している位置(主燃焼部位)は、回転式ストーカ炉2内の上流側にずれることになる。
また、制御装置7は、回転式ストーカ炉2へのごみ供給量を「減少」させるべく、ごみ投入装置11を制御して、12分経過毎に400kgのごみを1回(1回/12分)、回転式ストーカ炉2へ供給する。
また、熱量の高いごみは空気量が少なくとも燃えるので、NOxやダイオキシンの低減ために、制御装置7は、空気供給装置12を制御して、回転式ストーカ炉2へ供給する空気量を「減少」にすべく、現時点の空気量からVd(例えば5000ノルマル立米/h)に減少させる。
パターン2では、制御装置7が受信した入口温度TEが、H(例えば800℃)<TE≦HH(例えば1000℃)であり、制御装置7が演算した後燃焼段温度差が第一閾値T1未満の値であるので、熱量の高いごみが多量に供給される一方、回転式ストーカ炉2内の上流に主燃焼部位があるものと推測される。
そこで、制御装置7は、第1A式を演算し、回転装置6を制御して、回転式ストーカ炉2の回転速度を、RAに変更する。例えば、現在の入口温度TEが850℃の場合、第1A式により回転速度RAは、0.25rpmとなる。すなわち、図4に第1A式を右肩上がりの直線で示すように、入口温度TEに一対一で対応する回転速度RAに変更する。
また、制御装置7は、第2A式を演算し、空気供給装置12を制御して、回転式ストーカ炉2へ供給する空気量を、VAに変更する。例えば、現在の入口温度TEが850℃の場合、第2A式により空気量は、9000ノルマル立米/hとなる。すなわち、図4に第2A式を右肩上がりの直線で示すように、入口温度TEに一対一で対応する空気量VAに変更する。
さらに、制御装置7は、回転式ストーカ炉2へのごみ供給量を「減少」させるべく、ごみ投入装置11を制御して、12分経過毎に400kgのごみを1回(1回/12分)、回転式ストーカ炉2へ供給する。
パターン3では、制御装置7が受信した入口温度TEが、L(例えば400℃)<TE≦H(例えば800℃)であり、制御装置7が演算した後燃焼段温度差が第一閾値T1以上の値であるので、後燃焼段である順送式ストーカ炉3の上流に燃焼中のごみが落下したものと推測される。
そこで、制御装置7は、回転装置6を制御して、回転式ストーカ炉2の回転速度を「減少」にすべく、現時点の回転速度からRd(例えば、0.1rpm)に減少させる。これにより、回転式ストーカ炉2の内部でごみが主に燃焼している位置(主燃焼部位)は、回転式ストーカ炉2内の上流側にずれることになる。
ここで、L(例えば400℃)<TE≦H(例えば800℃)は、回転式ストーカ炉2の設計で予定された所期の燃焼状態を、本来、示すはずの温度域である。
そこで、制御装置7は、回転式ストーカ炉2へのごみ供給量を「通常」にすべく、ごみ投入装置11を制御して、6分経過毎に400kgのごみを1回(1回/6分)、回転式ストーカ炉2へ供給する。
また、制御装置7は、空気供給装置12を制御して、回転式ストーカ炉2へ供給する空気量を「通常」のVn(例えば10000ノルマル立米/h)に調整する。
パターン4では、制御装置7が受信した入口温度TEが、L(例えば400℃)<TE≦H(例えば800℃)であり、制御装置7が演算した後燃焼段温度差が第一閾値T1未満の値であるので、上記所期の燃焼状態、すなわち、回転式ストーカ炉2でごみの適切な燃焼が良好に行われている状態であると推測される。
そこで、制御装置7は、回転装置6を制御して、回転式ストーカ炉2の回転速度を「通常」のRn(例えば0.25rpm)に調整する。
また、制御装置7は、ごみ投入装置11を制御して、回転式ストーカ炉2へのごみ供給量を「通常」にすべく、6分経過毎に400kgのごみを1回(1回/6分)、回転式ストーカ炉2へ供給する。
さらに、制御装置7は、空気供給装置12を制御して、回転式ストーカ炉2へ供給する空気量を「通常」のVn(例えば10000ノルマル立米/h)に調整する。
パターン5では、制御装置7が受信した入口温度TEが、LL(例えば300℃)<TE≦L(例えば400℃)であり、制御装置7が演算した後燃焼段温度差が第一閾値T1以上の値であるので、回転式ストーカ炉2に熱量の低いごみが多量に供給される一方、順送式ストーカ炉3の上流に燃焼中のごみが落下したものと推測される。
そこで、制御装置7は、回転装置6を制御して、回転式ストーカ炉2の回転速度を「減少」にすべく、現時点の回転速度からRd(例えば、0.1rpm)に減少させる。これにより、回転式ストーカ炉2の主燃焼部位は、回転式ストーカ炉2内の上流側にずれることになる。
また、熱量の低いごみは燃えずらいため、制御装置7は、空気供給装置12を制御して「増加」にすべく、回転式ストーカ炉2へ供給する空気量をVi(例えば15000ノルマル立米/h)に増加する。これにより、熱量の低いごみの燃焼を促進する。
さらに、制御装置7は、回転式ストーカ炉2へのごみ供給量を「減少」させるべく、ごみ投入装置11を制御して、12分経過毎に400kgのごみを1回(1回/12分)、回転式ストーカ炉2へ供給する。
パターン6では、制御装置7が受信した入口温度TEが、LL(例えば300℃)<TE≦L(例えば400℃)であり、制御装置7が演算した後燃焼段温度差が第一閾値T1未満の値であるので、熱量の低いごみが多量に供給される、または、ごみ投入装置11のシュート詰まりなどのごみ供給不備があり、回転式ストーカ炉2内のごみが適切に燃焼できていないものと推測される。
そこで、制御装置7は、第1B式を演算し、回転装置6を制御して、回転式ストーカ炉2の回転速度を、RBに変更する。例えば、現在の入口温度TEが350℃の場合、第1B式により回転速度RBは、0.3rpmとなる。すなわち、図4に第1B式を右肩上がりの直線で示すように、入口温度TEに一対一で対応する回転速度RBに変更する。
また、制御装置7は、第2B式を演算し、空気供給装置12を制御して、回転式ストーカ炉2へ供給する空気量を、VBに変更する。例えば、現在の入口温度TEが350℃の場合、第2B式により空気量は、10000ノルマル立米/hとなる。すなわち、図4に第2B式を右肩上がりの直線で示すように、入口温度TEに一対一で対応する空気量VBに変更する。
さらに、制御装置7は、ごみ供給不備か否かを確認するため、ごみ供給量が「通常」または「減少」のいずれであっても直ちに、具体的には、6分経過毎に1回または12分経過毎に1回のごみ供給のインターバルを待たずに、直ちにごみ投入装置11を制御して、400kgのごみを1回、回転式ストーカ炉2へ供給する。これにより、入口温度TEが上昇しなかった場合、制御装置7はごみ供給不備と判断し、例えば、焼却炉システム1の中央制御室に設置したアラームを鳴らしたり、モニター画面にその旨の表示をする制御を実施することで作業員に異常を知らせ、作業員にごみ詰まり等の不備を解消させる。一方、入口温度TEが上昇すれば、ごみ供給不備ではなく、熱量の低いごみが回転式ストーカ炉2で燃焼しているものと推察される。そこで、入口温度TEの上昇により、制御装置7がごみ供給不備がないと判断した場合、制御装置7は、回転式ストーカ炉2へのごみ供給量を「減少」させるべく、ごみ投入装置11を制御して、12分経過毎に400kgのごみを1回(1回/12分)、回転式ストーカ炉2へ供給する。
パターン7では、制御装置7が受信した入口温度TEが、TE≦LL(例えば300℃)であり、回転式ストーカ炉2内でごみが燃焼しておらず、火が消えている可能性があるものと推測される。
このため、制御装置7は、例えば、焼却炉システム1の中央制御室に設置したアラームを鳴らしたり、モニター画面にその旨の表示をする制御を実施することで、作業員に異常を知らせ、作業員に回転式ストーカ炉2内のごみの燃焼状況を確認させる。
作業員が確認したところ、回転式ストーカ炉2内のごみに炎が確認できない、または、炎が微弱という場合には、回転式ストーカ炉2に設置したバーナーでごみに着火、または、運搬可能なバーナーを用いて作業員が自ら着火するなどして、回転式ストーカ炉2内のごみに着火する。そして、当該着火後、制御装置7は、回転装置6を制御して、回転式ストーカ炉2の回転速度を「通常」のRn(例えば0.25rpm)に調整する。また、制御装置7は、回転式ストーカ炉2へのごみ供給量を「通常」にすべく、ごみ投入装置11を制御して、6分経過毎に400kgのごみを1回(1回/6分)、回転式ストーカ炉2へ供給する。さらに、制御装置7は、空気供給装置12を制御して、回転式ストーカ炉2へ供給する空気量を「通常」のVn(例えば10000ノルマル立米/h)に調整する。
作業員が確認したところ、回転式ストーカ炉2内のごみに、微弱よりも大きい程度の炎が確認できる場合には、制御装置7は、「通常」の動作で炎を大きくすべく、回転式ストーカ炉2の制御を行う。すなわち、制御装置7は、回転装置6を制御して、回転式ストーカ炉2の回転速度を「通常」のRn(例えば0.25rpm)に調整する。また、制御装置7は、回転式ストーカ炉2へのごみ供給量を「通常」にすべく、ごみ投入装置11を制御して、6分経過毎に400kgのごみを1回(1回/6分)、回転式ストーカ炉2へ供給する。さらに、制御装置7は、空気供給装置12を制御して、回転式ストーカ炉2へ供給する空気量を「通常」のVn(例えば10000ノルマル立米/h)に調整する。
では、次に、先述の焼却システム1の変形例を、第1変形例、第2変形例、および第3変形例の順に、説明する。これら変形例の説明においては、実施形態の焼却システム1と同一の構成については、同一番号を付して、その構成の説明を省略する。
図5は、図1に示した焼却炉システム1の第1変形例である回転式ごみ焼却炉システム1a(以下、「焼却炉システム1a」という)の構成を示す図である。
焼却炉システム1aは、焼却炉システム1が備える各種装置に加え、EGR誘引送風機25をさらに備えている。焼却炉システム1aの他の装置構成は、焼却炉システム1と同様である。
なお、EGRは、Exhaust Gas Recirculation の略であり、排ガス再循環と言われる。焼却炉システム1aは、排ガス再循環の構成であるため、回転式ストーカ炉2の内部の酸素量を減少させることができ、結果として、ごみの燃焼により発生する排ガス中のNOxやダイオキシンを低減することができる。
制御装置7は、有線または無線の通信ネットワーク14を介して、EGR誘引送風機25を制御し、回転式ストーカ炉2への排ガスの供給量(EGRガス吹込量)を調整する。
制御装置7は、空気供給装置12が回転式ストーカ炉2へ供給する空気量と、EGRガス吹込量との総和が常に一定となるように、相補的に空気供給装置12とEGR誘引送風機25を制御するので、図3の各パターンごとのEGRガス吹込量は、図3の表に示す通りとなる。
図3のパターン2では、空気量が第2A式の解「VA」となるので、EGRガス吹込量は、上記総和からVAを減じた量になる。言い換えれば、EGRガス吹込量は、空気量であるVAに応じて増加する場合もあれば、減少する場合もある。
図3のパターン3、パターン4、及び、パターン7では、空気量が「通常」であるので、EGRガス吹込量は、上記総和から空気量の「通常」の量、すなわちVn(例えば10000ノルマル立米/h)を減じた量になる。言い換えれば、EGRガス吹込量は、焼却炉システム1aの仕様により予め設定した「通常」の量になる。
図3のパターン5では、空気量が「増加」するので、EGRガス吹込量は、上記総和から空気量の「増加」の量、すなわちVi(例えば15000ノルマル立米/h)を減じた量になる。言い換えれば、EGRガス吹込量は減少する。
パターン6では、空気量が第2B式の解「VB」となるので、EGRガス吹込量は、上記総和からVBを減じた量になる。言い換えれば、EGRガス吹込量は、空気量であるVBに応じて増加する場合もあれば、減少する場合もある。
図6は、図1に示した焼却炉システム1の第2変形例である回転式ごみ焼却炉システム1b(以下、「焼却炉システム1b」という)の構成を示す図である。
焼却炉システム1bは、図5に示した第1変形例の焼却炉システム1aに加えて、回転式ストーカ炉2の外面の温度を測定する外面温度測定装置26を備える。焼却炉システム1bの他の装置構成は、焼却炉システム1aと同様である。
外面温度測定装置26が測定する上記長さ方向の範囲は、回転式ストーカ炉2の全長分が望ましいが、回転式ストーカ炉2の内部で移動しうる主燃焼部位による高温箇所を含む範囲であれば、一部であってもよい。
回転式ストーカ炉2の内部の温度は、回転式ストーカ炉2の大きさや肉厚などの仕様に応じて、数十分から約1時間程度をかけて回転式ストーカ炉2の外面まで熱伝導により伝達する。そのため、外面温度測定装置27の測定値は、精密な正確性は求められず、単におおよその温度の傾向を示す指標として、制御装置7による回転式ストーカ炉2の制御に使用する。
これにより、制御装置7は、入口温度TEの変化の傾向を事前にとらえ、入口温度TEが実際に図3のパターン2またはパターン6のいずれか一方の入口温度へ変化する前に、回転式ストーカ炉2に対してパターン2またはパターン6に準じた制御を事前に速やかに開始することができる。
言い換えれば、図3のパターン2またはパターン6において、制御装置7が解消しようとする回転式ストーカ炉2のごみの燃焼状態が発現または深刻化する前に、その予兆を捉え、すなわち予見して、制御装置7は、回転式ストーカ炉2の燃焼状態を改善すべく制御することができる。よって、焼却炉システム1bは、焼却炉システム1と焼却炉システム1aに比べ、より優れたごみの燃焼制御を行うことができる。
図3のパターン4では、制御装置7が受信した入口温度TEが、L(例えば400℃)<TE≦H(例えば800℃)であり、制御装置7が演算した後燃焼段温度差が第一閾値T1未満の値であるので、所期の燃焼状態、すなわち、回転式ストーカ炉2でごみの適切な燃焼が良好に行われている状態であると推測される。
ここで、T2≦TAの場合、すなわち、平均値TAが第二閾値T2(例えば、700℃)以上の場合、すでに長時間、熱量の高いごみが供給され続けている可能性が高い。そのため、制御装置7は、入口温度TEが図3のパターン2の状態となる前に、早めにパターン2に対応する制御を行なう。具体的には、入口温度TEを「TE+(H-T2)」に入れ替え、言い換えれば入口温度TEに下駄を履かせた値を、入口温度TEとして、第1A式と第2A式にそれぞれ代入して、回転式ストーカ炉2の制御を行なう。
RA=0.001×((TE+100)-600)
=0.001×(TE-500)
となる。これは、図4において、上記第1線形式を、入口温度TEが増加する方向に平行移動した式に相当する。
また、上述の第2A式は、
VA=20×((TE+100)-400)
=20×((TE-300)
となる。これは、図4において、上記第2線形式を、入口温度TEが増加する方向に平行移動した式に相当する。
従って、L(例えば400℃)<TE≦H(例えば800℃)、且つ、後燃焼段温度差が第一閾値T1未満の値、且つ、T2(例えば700℃)≦TAの場合、制御装置7は、図3のパターン4の制御ではなく、上記代入した式に基づき、回転装置6を制御して、回転式ストーカ炉2の回転速度をRAに変更し、空気供給装置12を制御して、回転式ストーカ炉2へ供給する空気量をVAに変更する。
例えば、Lが400℃、T3が500℃の場合は、上述の第1B式は、
RB=0.003×((TE+100)-250)
=0.003×(TE-150)
となる。これは、図4において、上記第3線形式を、入口温度TEが減少する方向に平行移動した式に相当する。
また、上述の第2B式は、
VB=80×((TE+100)-225)
=80×((TE-125)
となる。これは、図4において、上記第4線形式を、入口温度TEが減少する方向に平行移動した式に相当する。
従って、L(例えば400℃)<TE≦H(例えば800℃)、且つ、後燃焼段温度差が第一閾値T1未満の値、且つ、TA≦T3(例えば500℃)の場合、制御装置7は、図3のパターン4の制御ではなく、上記代入した式に基づき、回転装置6を制御して、回転式ストーカ炉2の回転速度をRBに変更し、空気供給装置12を制御して、回転式ストーカ炉2へ供給する空気量をVBに変更する。
図7は、図1に示した焼却炉システム1の第3変形例である回転式ごみ焼却炉システム1c(以下、「焼却炉システム1c」という)の構成を示す図である。
焼却炉システム1cは、図5に示した第1変形例の焼却炉システム1aに加えて、回転式ストーカ炉2の入口側に、回転式ストーカ炉2の長さ方向の燃焼状態を撮影する火焔透過型カメラ27を備える。焼却炉システム1cの他の装置構成は、焼却炉システム1aと同様である。
火焔透過型カメラ27は、炎を透過してごみの燃焼状態を撮影できるカメラであり、回転式ストーカ炉2の内部を入口側から出口側に向かって撮影する。そして、火焔透過型カメラ27は、撮影した映像を、所定のタイミングで有線または無線の通信ネットワーク14を介して、制御装置7へ送信する。
制御装置7が、人工知能(AI(Artificial Intelligence))を備える場合、図3の制御を行った後に、火焔透過型カメラ27から受信した映像の情報に基づいて、より適切な燃焼状態となるよう、これら制御を自動で補正することができる。また、制御装置7が中央制御室に設置されたモニターに当該受信した映像を映し出し、制御装置7による図3の制御が行われた後に、より適切な燃焼状態となるよう、作業員が当該映像に基づき手作業で当該制御を補正することもできる。
よって、焼却炉システム1cは、焼却炉システム1と焼却炉システム1aに比べ、より優れたごみの燃焼制御を行うことができる。
なお、第2変形例である図6の焼却炉システム1bに、火焔透過型カメラ27を設置し、第3変形例である図7の焼却炉システム1cと同様の制御を行ってもよい。
2 回転式ストーカ炉
3 順送式ストーカ炉
4 回転式ごみ焼却炉
5 温度測定装置(赤外線温度測定装置)
6 回転装置
7 制御装置
8 ごみピット
9 ごみクレーン
10 ごみホッパ
11 ごみ投入装置
11a 扉
12 空気供給装置
13 入口温度測定装置
14 通信ネットワーク
15 水封コンベヤ
16 再燃焼室
17 バーナー
18 廃熱ボイラ
19 蒸気タービン
20 発電機
21 減温塔
22 バグフィルタ
23 誘引送風機
24 煙突
25 EGR誘引送風機
26 外面温度測定装置
27 火焔透過型カメラ
Claims (6)
- 乾燥段と燃焼段とを回転式ストーカ炉で形成し、後燃焼段を順送式ストーカ炉で形成し、廃棄物を焼却する回転式ごみ焼却炉と、
前記順送式ストーカ炉の上流の温度を測定する温度測定装置と、
前記回転式ストーカ炉を回転させる回転装置と、
前記温度測定装置の測定した温度に基づいて、前記回転装置の回転速度を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記測定した温度の移動平均値に第一閾値を加算した値より前記測定した温度の瞬時値が大きい場合、前記回転式ストーカ炉を現在の回転速度より遅く回転する制御を実施する回転式ごみ焼却炉システム。 - 前記廃棄物を前記回転式ストーカ炉の入口に投入する投入装置と、
前記入口の近傍の温度である入口温度を測定する入口温度測定装置と、
前記回転式ストーカ炉に空気を供給する空気供給装置と
をさらに有し、
前記制御装置は、
前記入口温度が所期の燃焼状態を示す温度域より大きく、且つ、前記瞬時値が前記加算した値より大きい場合、前記投入装置が投入する廃棄物の量を現在の投入量より減少させ、且つ、前記空気供給装置が供給する空気の量を現在の供給量より減少させ、
前記入口温度が前記所期の燃焼状態を示す温度域より小さく、且つ、前記瞬時値が前記加算した値より大きい場合、前記廃棄物の量を前記現在の投入量より減少させ、且つ、前記空気の量を前記現在の供給量より増加させる制御を実施する請求項1に記載の回転式ごみ焼却炉システム。 - 前記制御装置は、
前記入口温度が前記所期の燃焼状態を示す温度域より大きく、且つ、前記瞬時値が前記加算した値より小さい場合、前記投入装置が投入する廃棄物の量を現在の投入量より減少させ、前記回転速度は、前記入口温度が上昇するほど前記回転速度が増加する第一線形式に基づいて設定し、前記空気の量は、前記入口温度が上昇するほど前記空気の量が増加する第二線形式に基づいて供給し、
前記入口温度が前記所期の燃焼状態を示す温度域より小さく、且つ、前記瞬時値が前記加算した値より小さい場合、前記投入装置が投入する廃棄物の量を現在の投入量より減少させ、前記回転速度は、前記入口温度が上昇するほど前記回転速度が増加する第三線形式に基づいて設定し、前記空気の量は、前記入口温度が上昇するほど前記空気の量が増加する第四線形式に基づいて供給する制御を実施する請求項2に記載の回転式ごみ焼却炉システム。 - 前記回転式ストーカ炉の外面温度を測定する外面温度測定装置をさらに有し、
前記制御装置は、
前記入口温度が前記所期の燃焼状態を示す温度域内であり、且つ、前記瞬時値が前記加算した値より小さい場合であって、前記外面温度測定装置が測定した前記外面温度の平均値が第二閾値より大きい場合、前記回転速度は、前記入口温度が増加する方向に前記第一線形式を平行移動して算出した値に設定し、前記空気の量は、前記入口温度が増加する方向に前記第二線形式を平行移動して算出した値を供給し、
前記入口温度が前記所期の燃焼状態を示す温度域内であり、且つ、前記瞬時値が前記加算した値より小さい場合であって、前記外面温度測定装置が測定した前記外面温度の平均値が第三閾値より小さい場合、前記回転速度は、前記入口温度が減少する方向に前記第三線形式を平行移動して算出した値に設定し、前記空気の量は、前記入口温度が減少する方向に前記第四線形式を平行移動して算出した値を供給する制御を実施する請求項3に記載の回転式ごみ焼却炉システム。 - 前記回転式ストーカ炉及び前記順送式ストーカ炉で発生した排ガスを除塵するバグフィルタと、
前記バグフィルタで除塵された排ガスの一部を前記回転式ストーカ炉に供給する誘引送風機とをさらに有し、
前記制御装置は、前記空気の量と前記排ガスの一部の総量が一定量となるよう前記誘引送風機を制御する請求項2乃至請求項4のいずれか一項に記載の回転式ごみ焼却炉システム。 - 前記回転式ストーカ炉内部の燃焼状態を撮影し、前記撮影した情報を前記制御装置へ送信する火焔透過型カメラをさらに有し、
前記制御装置が前記制御を実施した後、前記回転速度、前記投入量、または、前記空気の量が、前記情報に基づき、前記制御装置または作業員により修正される請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の回転式ごみ焼却炉システム。
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