JPH0424409A - 焼却炉の燃焼制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、都市ごみ、下水汚泥、産業廃棄物等の焼却炉
において、その燃焼を制御するための方法および装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

従来、焼却炉において、燃焼用空気量の調節により燃焼
状態を制御する方法としては、燃焼物の投入量と燃焼空
気量とを比率設定器を用いて自動制御を行うものが一般
に知られている。

さらに近年は、焼却炉における煙道排ガス中の残留酸素
を分析し、この酸素量に基づいて燃焼空気量をフィード
バック制御する方法も知られるに至っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記焼却炉に投入される都市ごみ、下水汚泥、産業廃棄
物等には、様々な可燃成分および不燃成分が含有されて
いるため、投入される燃焼物の単位重量当たりあるいは
単位体積当たりの発熱量は一定でない。従って、燃焼物
の投入量に基づいて燃焼用空気量を調節する方法では、
投入される燃焼物の発熱量が予想以上に大きい場合に空
気不足が生じ、−酸化炭素や黒煙（未燃カーボン）等の
未燃分を発生する不都合が生じる。

一方、煙道排ガス中の酸素を分析することにより燃焼を
制御する方法では、排ガスが炉内から煙道まで流れてい
く時間、分析系への排ガスサンプリング時間、分析計自
体の分析時間等を総計すると数分となり、応答性に難が
ある。従って、この方法は発熱量の変動が小さい場合に
は有効であるが、発熱量の変動が大きい場合にはその変
動に追従できない不都合がある。また、発泡スチロール
やプラスチック、紙等、可燃物によって一酸化炭素また
は黒煙の発生する酸素濃度が異なるので、この酸素濃度
に対応する燃焼用空気の補充量を一定値に定めるのは困
難であり、実際には余裕をみて必要空気量よりも多めの
空気量を設定しなければならない。

本発明は、このような事情に鑑み、焼却炉内の燃焼状態
を的確に制御することができる方法および装置を提供す
ることを目的とする。

Ｃ課題を解決するための手段〕 本発明者等は、焼却炉の燃焼状態を詳細に解析、検討し
た結果、−酸化炭素や黒煙が発生するのは、燃焼用空気
が一定であるにも拘らず急激に燃焼物の投入量が増加し
たり、発熱量の高いものが投入されたりする場合である
ことを突き止めるとともに、その場合には焼却炉内で急
激に火炎が大きくなり、火炎からの輻射熱が高くなるこ
とを見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、焼却炉内の火炎から発生する輻射
熱を検出し、この検出した輻射熱の変動に基づいて、焼
却炉内へ供給する燃焼用空気の量を調節するものである
。

また本発明は、上記方法を実施するための装置として、
焼却炉内の火炎から発生する輻射熱を検出する検出手段
と、焼却炉内へ供給される燃焼用空気の供給量を調節す
る調節手段と、上記検出手段により検出される輻射熱の
変動に基づいて上記燃焼用空気の量を設定する設定手段
とを備えたものである。

Ｃ作　用〕 上記方法および装置によれば、火炎からの輻射熱を検出
することにより、焼却炉内の燃焼状態が直接監視され、
その検出に基づいて燃焼用空気の供給量が即座に調節さ
れる。

〔実施例〕

第１図は、本発明方法が実施される焼却炉の全体構成を
示したものである。ここでは、例として流動層式都市ご
み焼却炉を示している。

この焼却炉は、都市ごみを破砕する給しん機１０と、ウ
オーミングアツプ用または助燃用としてのバーナ１２と
を備え、両者は燃焼室１４内に連通されている。

この燃焼室１４の底部には、砂層の流動床１６が設けら
れており、この流動床１６に、上記給しん機１０から燃
焼物が供給される。この流動床１６の底部には多数の分
散ノズル１８が配設され、この分散ノズル１８から流動
燃焼空気が噴出することにより、砂が流動する。この砂
は、大きな熱容量をもっており、都市ごみの安定燃焼に
寄与する。

燃焼室１４の下方には、焼却残渣排出機２０が設置され
、この焼却残渣排出機２０の作動により、焼却残渣２２
が流動床１６の炉底中心部から抜き出される。この焼却
残渣２２は振動ふるい２４にかけられ、その中に含まれ
る流動砂のみが燃焼室内に戻される。

また、燃焼室１４の側部には、ＮＯｘ低減のための二次
空気を室内へ供給するための二次燃焼空気孔２５が配設
されている。

燃焼室１４の上方には、その内部の燃焼状態を監視する
ための光学検出器（検出手段）２６が配設されている。

この光学検出器２６は、燃焼室１４内における火炎から
の輻射熱の変動を測定するものであり、具体的には、安
価なものとして、火炎からの輻射熱のみを測定する輻射
計等が好ましい。なお、燃焼室１４内で発生する対流熱
は常時路一定とみなせるので、この対流熱と上記輻射熱
の双方を測定する熱流計等を使用しても、輻射熱の変動
を検出することが可能である。また、高価であるが、工
業用カラーテレビジョンや画像処理システム等を用いて
も上記検出を行うことが可能である。

この光学検出器２６の円錐視角θは重要なファクタであ
り、流動床１６の大部分をカバーすることが理想的であ
る。具体的には、光学検出器２６を炉天井等に設置する
のが好ましい。また、急激な大量燃焼のみを検知したい
場合には、上記光学検出器２６を炉側壁に配し、流動床
１６上部の燃焼室１４を視野に入れるようにしても良い
。

一方、燃焼室上方の煙道管２８には、燃焼排ガスに完全
燃焼用空気を供給するための燃焼空気供給システム３０
が設けられている。この燃焼空気供給システム３０は、
上記煙道管２８の周囲に配されたドーナツ状の空気環状
管３２と、この空気環状管３２に完全燃焼用空気を供給
する供給管３４とを備え、上記空気環状管３２は、半径
方向に延びる多数の枝管３６によって煙道管２８内に連
通されている。また、上記供給管３４の途中には、完全
燃焼用空気の供給量を調節するための流量調整弁（調節
手段）３８が配設されている。従って、この流量調整弁
３８が開かれることにより、供給管３４を通じて空気環
状管３２内に燃焼用空気が供給され、さらに枝管３６を
通じて諸方向から煙道管２８内に完全燃焼用空気が導入
される。

なお、この燃焼空気供給システム３０としては、完全燃
焼用空気を燃焼ガスに対して迅速に均一混合するように
、この空気を高速で半径方向に噴射し、あるいは旋回を
加えて噴射するものが好ましい。

前記光学検出器２６の検出信号は、マイクロコンピュー
タ等からなる燃焼制御装置（設定手段）４０に入力され
る。この燃焼制御装置４０は、上記光学検出器２６の検
出結果である輻射熱の変動に応じて完全燃焼用空気の供
給流量を設定し、この設定流量だけ完全燃焼用空気が供
給されるように、上記流量調整弁３８に信号を出力して
その開閉制御を行う。

この実施例では、現在時刻で検出された輻射熱Ｂと、そ
れよりも一定時間前の時刻で検出された輻射熱Ａとの比
Ｂ／Ａによって輻射熱の変動を評価し、これに基づく設
定を行う。より具体的には、上記比Ｂ／Ａが１．２未満
の場合には、輻射熱の変動が許容範囲にあるとして完全
燃焼用空気の供給を行わず、上記比Ｂ／Ａが１．２以上
の場合には、輻射熱の急激な変動があったとして、その
値に見合った空気流量を設定する。

このような燃焼方法および装置によれば、光学検出器２
６によって燃焼室１４内の燃焼状態を直接監視している
ので、同燃焼室１４内において発熱量が急激に増大して
も、これを光学検出器２６が即座に検出し、その出力を
受ける燃焼制御装置４０が流量調整弁３６に制御信号を
出力して、燃焼空気供給システム３０を通じて燃焼排ガ
ス中に完全燃焼用空気を供給することにより、この燃焼
排ガス中に含まれる未燃成分が完全燃焼し、黒煙等の発
生が未然に防がれる。具体的に、上記光学検出器２６の
応答時間は約１５ｍ５ｅｃでほぼリアルタイムに等しい
ので、実際の燃焼状態の変化に即した燃焼制御を実行す
ることができる。

第２図は、従来のように煙道排ガスの酸素濃度に基づい
て燃焼用空気量を制御した場合の、輻射吐出力および排
ガス中の一酸化炭素濃度の時間的変化をそれぞれ実線５
１および一点鎖線５２で示したものである。なお、この
グラフで輻射吐出力（ｍＶ）から実際の輻射量（ｋｃａ
ｌ／　ｒｒｌ　・ｈ　）　ヘの換算は８８．６３６　（
（ｋｃａｌ／ｍ’　−ｈ　）　／ｍＶ）であり、光学検
出器２６の視野角度θは１１，２°である。また、−酸
化炭素濃度の検出については、燃焼室１４内および煙道
管２８内の対流時間、ガスのサンプリング時間、−酸化
炭素濃度計の分析時間等を総計すると約２分の応答時間
を要するので、その分だけ補正して同期したものをグラ
フ中に一点鎖線５２で示している。

このグラフから分かるように、従来の制御方法では、炉
内発熱量の急激な増加に追従できず、酸化炭素の急増を
防ぐことは困難である。さらに、このグラフでは、現在
の輻射量Ｂと一定時間前の輻射量Ａとの比Ｂ／Ａが２以
上と大きくなった時点で一酸化炭素濃度が４００〜５０
０ｐｐｍ以上まで急増することが示されており、これは
、輻射量の変動と一酸化炭素の発生量との間に著しい相
関関係があることを物語っている。

これに対し、第３図は、本実施例方法を実施した場合の
輻射吐出力および一酸化炭素濃度の時間豹変化を各々実
線５１および一点鎖線５２で示したものである。このグ
ラフに示されるように、本実施例方法によれば、輻射量
が急激に増大した時点で即座に完全燃焼用空気を送り込
むことにより、−酸化炭素濃度を常時低レベル（園側で
は１１００ｐｐ以下）に抑えることができ、発生黒煙は
皆無となる。また、−酸化炭素濃度の低下に伴ってダイ
オキシン等の発生も抑制することができ、低公害の燃焼
を実現することができる。

なお、本発明はこのような実施例に限定されるものでな
く、例として次のような態様をとることも可能である。

（１）　　本発明では、燃焼用空気を供給するための手
段を問わず、また、その供給箇所についても適宜設定す
ればよい。前記実施例の焼却炉の場合には、二次燃焼空
気孔２５から完全燃焼用空気を導入するようにしてもよ
い。

（２）　　本発明方法については、自動制御でなく、輻
射量の変動に応じてマニュアル操作で燃焼用空気の供給
量を調節するようにしてもよい。

（３）　　本発明方法および装置は、他の従来方法およ
び装置と組合わせることにより、さらに優れた効果を発
揮することも可能である。すなわち、本発明は、前記の
ように、主として発熱量の急激な変化に応じて燃焼空気
量の調節を行うものであるが、比較的長い時間に亘る緩
やかな発熱量の変動に対する制御は他の従来方法等で補
うようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、焼却炉内の火炎から発生する輻
射熱を検出することにより、焼却炉内の燃焼状態を直接
監視し、その変動に基づいて燃焼用空気の供給量を調節
するものであるので、上記燃焼状態の変化に対応して燃
焼用空気の供給量の調節を迅速かつ適切に行うことがで
き、これによって−酸化炭素や黒煙等の発生を抑制する
ことにより、低公害で無駄のない燃焼を実現することが
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における焼却炉の断面図、第
２図は従来方法を実施した場合の一酸化炭素濃度および
輻射計出力の時間的変化を示すグラフ、第３図は本発明
方法を実施した場合の一酸化炭素濃度および輻射計出力
の時間的変化を示すグラフである。 １４・・・燃焼室、２６・・・光学検出器（検出手段）
、３０・・・燃焼空気供給システム、３８・・・流量調
整弁（調節手段）、４０・・・燃焼制御装置（設定手段
）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、焼却炉内の火炎から発生する輻射熱を検出し、この
   検出した輻射熱の変動に基づいて、焼却炉内へ供給する
   燃焼用空気の量を調節することを特徴とする焼却炉の燃
   焼制御方法。 ２、焼却炉内の火炎から発生する輻射熱を検出する検出
   手段と、焼却炉内へ供給される燃焼用空気の供給量を調
   節する調節手段と、上記検出手段により検出される輻射
   熱の変動に基づいて上記燃焼用空気の量を設定する設定
   手段とを備えたことを特徴とする焼却炉の燃焼制御装置
   。