JPH08233241A - ゴミ焼却炉におけるゴミの性状検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゴミが焼却処理帯に投入される以前、また
は、投入後の極めて早期に、ゴミの含水量等の性状を正
確に検出することができるゴミ焼却炉におけるゴミの性
状検出方法を提供する。 【解決手段】 押し込み投入口２ａからゴミを炉内に押
し込む押し込み投入機構５と、前記押し込み投入口２ａ
の下方に位置し、前記押し込み投入口２ａから落下供給
されたゴミを搬送しながら焼却処理するストーカ式の焼
却処理帯６と、前記焼却処理帯６の下流側から前記押し
込み投入口２ａを臨む位置に放射温度計測器１とを備
え、前記押し込み投入口２ａから前記焼却処理帯６への
落下により生じるゴミの断面部分の表面温度を前記放射
温度計測器１により検出し、前記放射温度計測器１によ
り検出された表面温度の時間変化に基づいてゴミの性状
を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゴミ焼却炉におけ
るゴミの性状検出方法に関し、例えば、押し込み投入口
からゴミを炉内に押し込む押し込み投入機構と、前記押
し込み投入口の下方に位置し、前記押し込み投入口から
落下供給されたゴミを搬送しながら焼却処理するストー
カ式の焼却処理帯と、前記焼却処理帯の下流側から前記
押し込み投入口を臨む位置に放射温度計測器とを備えて
あるゴミ焼却炉におけるゴミの性状検出方法、又は、前
記押し込み投入口から落下した直後の乾燥過程にあるゴ
ミを臨む位置に放射温度計測器を備えたゴミ焼却炉のゴ
ミの性状検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の焼却炉は、生ゴミ等の水分を含
んだゴミを極力乾燥させた状態で燃焼させるべく、先ず
焼却処理帯の上流側（乾燥帯）でゴミを乾燥させ、次に
焼却処理帯の中央部（燃焼帯）で燃焼させ、最後に焼却
処理帯の下流側（後燃焼帯）で灰化する焼却処理帯を設
けてあるが、焼却処理帯上のゴミの乾燥度合いが焼却効
率に重大な影響を及ぼすために、ゴミの乾燥度合いによ
り炉内へのゴミの投入速度、焼却処理帯におけるゴミの
搬送速度、燃焼用空気の供給量等を調節する必要があ
る。従来、高温の焼却処理帯上にあるゴミの含水量等の
性状そのものを検出することが困難であったために、前
記焼却処理帯におけるゴミの燃焼温度を検出して、燃焼
温度が低ければ含水量が多く燃焼温度が高ければ含水量
が少ないといったように間接的にゴミの含水量等の性状
を推定していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の燃焼温
度等を検出するものでは、現在燃焼中のゴミの含水量等
の性状を、その後に搬送されるゴミの含水量等が大きく
変化しないとの前提のもとに推定するものであったた
め、ゴミ質が急変した場合には、乾燥帯や燃焼帯におけ
るゴミの搬送速度や、燃焼用空気の供給量を適切に調節
できず焼却効率が低下することがあった。本発明の目的
は、ゴミが焼却処理帯に投入される以前、または、投入
後の極めて早期に、ゴミの含水量等の性状を正確に検出
することができるゴミ焼却炉におけるゴミの性状検出方
法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明によるゴミ焼却炉におけるゴミの性状検出方法の
第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１に記
載した通り、前記押し込み投入口から前記焼却処理帯へ
の落下により生じるゴミの断面部分の表面温度を前記放
射温度計測器により検出し、前記放射温度計測器により
検出された表面温度の時間変化に基づいてゴミの性状を
推定する点にある。第二の特徴構成は、特許請求の範囲
の欄の請求項２に記載した通り、放射温度計測器によ
り、焼却処理帯の上流側のゴミ表面温度を計測し、前記
放射温度計測器により計測されたゴミ表面温度に基づい
てゴミの性状を推定する点にある。第三の特徴構成は、
特許請求の範囲の欄の請求項３に記載した通り、放射温
度計測器により、焼却処理帯の上流側のゴミ表面温度
を、ゴミの搬送方向に沿って少なくとも二点計測し、上
流側計測点と下流側計測点の距離Ｌ、前記焼却処理帯に
よるゴミの搬送速度Ｖ、上流側計測点での計測温度Ｔ
１、下流側計測点での温度Ｔ２であるとき、 （Ｔ１−Ｔ２）／（Ｌ／Ｖ） でゴミの温度勾配を求め、その温度勾配に基づいてゴミ
の性状を推定する点にある。第四の特徴構成は、特許請
求の範囲の欄の請求項４に記載した通り、上述の第三の
特徴構成に加えて、前記放射温度計測器による計測温度
がゴミの着火温度以上であり、求められた温度勾配が所
定値以下である場合には、その計測温度に基づいてゴミ
の性状を推定する点にある。

【０００５】以下に第一の特徴構成による作用を説明す
る。押し込み投入機構によりゴミが炉内に押し込まれ、
押し込み投入口から突出したゴミは、自重により焼却処
理帯に落下するが、この時に生じるゴミの断面部分から
放射される赤外線エネルギーを放射温度計測器により検
出することにより、初期のゴミ表面温度が求まる。該断
面部分を継続して計測すると、焼却処理帯の燃焼火炎等
からの放射エネルギーや対流熱によりゴミ表面温度は徐
々に上昇することになるが、このときの表面温度の時間
変化を計測すればゴミ質の良否が推定できるのである。
例えば、水分の多いゴミは水分の少ないゴミに比べて単
位時間当たりの温度上昇率が小さいといった具合であ
る。以下に第二から第四の特徴構成による作用を説明す
る。図７に示すように、ヒータにより内壁が約８００℃
に加熱された実験炉に含水率の異なる複数種類の模擬ゴ
ミ（おが屑、プラスチック、水を組成とする）を投入
し、模擬ゴミの温度を熱電対により計測するゴミ燃焼実
験によれば、図８に示すように、ゴミの温度上昇特性
は、温度変動の激しい初期の急激な温度上昇域Ｒ１と、
その後の温度変動の少ない緩やかな温度上昇域Ｒ２の二
領域を有することが判明した。ここに、温度計測に熱電
対を用いた例を示したが、非接触型の温度検出素子であ
れば熱電対でなくとも同様である。そして、含水率の大
なるゴミほど初期の急激な温度上昇域Ｒ１の温度勾配が
緩やかで、且つ、その後の緩やかな温度上昇域Ｒ２に移
行する温度及びその後の温度が低いという結果が得られ
た。そこで、焼却処理帯のゴミの搬送速度が一定の場
合、又は、ほぼ一定とみなせる場合には、乾燥中のゴミ
に与えられる放射エネルギー量を一定とみなして、一点
計測して、その値の大小によりゴミの性状を推定するも
のである。一方、実炉では、焼却処理帯でのゴミの搬送
速度が燃焼状態に応じて可変に調節されるために、焼却
処理帯の上流側で乾燥中のゴミに与えられる放射エネル
ギー量が変動する為、より正確に計測するには二点計測
が望ましい。そこで、放射温度計測器により、焼却処理
帯の上流側で乾燥過程にあるゴミ表面温度をゴミの搬送
方向に沿って少なくとも二点計測すれば、上流側計測点
と下流側計測点の距離Ｌ、前記焼却処理帯によるゴミの
搬送速度Ｖ、上流側計測点での計測温度Ｔ１、下流側計
測点での温度Ｔ２としたとき、Ｌ／Ｖにより上流側計測
点から下流側計測点へのゴミの搬送時間が求まり、初期
の急激な温度上昇域Ｒ１における単位時間当たりのゴミ
の温度上昇率、つまり温度勾配が（Ｔ１−Ｔ２）／（Ｌ
／Ｖ）により求まるので、その温度勾配に基づいてゴミ
の性状が推定されるのである。例えば、予備実験等で含
水率の異なるゴミに対する基準温度勾配を求めておき、
その値と比較することにより現実のゴミの性状が推定で
きるのである。その際、前記放射温度計測器による計測
温度がゴミの着火温度以上であり、求められた温度勾配
が所定値以下である場合には、温度変動の少ない緩やか
な温度上昇域Ｒ２に移行したと判断して、その計測温度
つまりいずれか一方の計測温度又は平均温度に基づいて
ゴミの性状がより正確に推定されるのである。例えば、
予備実験等で含水率の異なるゴミに対する緩やかな温度
上昇域Ｒ２での基準温度を求めておき、その値と比較す
ることにより現実のゴミの性状が推定できるのである。

【発明の効果】本発明の第一の特徴構成によれば、ゴミ
が炉内に投入される以前に、ゴミの性状の良否が正確に
検出できるゴミ焼却炉におけるゴミの性状検出方法を提
供することができるので、これにより、炉内へのゴミの
投入速度、焼却処理帯におけるゴミの搬送速度や、燃焼
用空気の供給量を適切に調節して焼却炉の燃焼効率を向
上することができるようになった。第二及び第三の特徴
構成によれば、上述の効果に加えて、ゴミが可変速に搬
送されている場合であっても、焼却処理帯の上流側での
ゴミの性状を正確に推定できるようになった。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るゴミ焼却炉
におけるゴミの性状検出方法の第一の実施形態を説明す
る。ゴミ焼却炉は、図３に示すように、被焼却物である
ゴミを収容するホッパ３と、ゴミを焼却する燃焼室２
と、焼却済みの灰を集める灰ピット４等を設けて構成し
てある。前記ホッパ３の下部には、投入口２ａから段差
部ｄ１を介して炉内にゴミを落下投入する押し込み投入
機構としてのプッシャ機構５を備えてあり、前記燃焼室
２には、前記投入口２ａから投入されたゴミを搬送しな
がら乾燥させる乾燥帯６と、前記乾燥帯６で乾燥された
ゴミを搬送しながら燃焼させる燃焼帯７と、前記燃焼帯
７で燃焼されたゴミを灰化する後燃焼帯８とからなる焼
却処理帯を段差部ｄ２，ｄ３を介して連設してなるスト
ーカ機構、即ち、斜め上下姿勢に配置された火格子Ｇを
油圧シリンダＣ１，Ｃ２，Ｃ３で斜め上下方向に摺動さ
せてゴミを攪拌しながら前記灰ピット４へ搬送する機構
を設けて構成してある。前記ストーカ機構の下部に各処
理帯毎に風箱１２を設けて、送風機１３により乾燥・燃
焼用の空気を供給路１４を介して供給するよう構成して
あり、各風箱１２には空気供給量を調節するダンパＤを
設けてある。前記後燃焼帯８で灰化したゴミは灰押し出
し装置１０に落下し、灰出しコンベア１１により前記灰
ピット４に搬送集積される。前記燃焼室２で発生した燃
焼ガスは、前記乾燥帯６から燃焼帯７の上方空間に形成
された煙道１５に導かれ、前記煙道１５の下流に設けた
廃熱ボイラ１６を通過した後、電気集塵機等からなる排
ガス処理設備１７によりばいじんや有害ガスが除去され
て排気される。前記廃熱ボイラ１６によって熱交換され
生成された蒸気が発電機１８のタービンに供給され、取
り出された電力が当該焼却炉の施設稼働用の電力として
利用される。

【０００７】前記燃焼室２には、前記燃焼帯７の下流側
から前記投入口２ａを臨む位置、即ち、前記後燃焼帯８
の後部側壁に、ゴミの状態をモニタするための放射温度
計測器１としての赤外線カメラを設けるとともに、前記
燃焼帯７の温度を検出する炉出口温度検出手段２１とし
ての熱電対、燃焼空気量を検出する手段（図示せず）等
を設けてあり、前記各種のセンサ検出値を入力し、入力
データに基づき前記燃焼室２の燃焼状態を評価し、前記
プッシャ５によるゴミの投入速度、前記ストーカ機構に
よるゴミの搬送速度、前記ダンパＤの開度等の調節を行
い適正な燃焼状態に調節維持するコンピュータ利用の燃
焼制御装置２０を設けてある。前記燃焼制御装置２０
は、前記放射温度計測器１による計測データに基づいて
前記燃焼室２に投入されたゴミの性状を検出する演算部
２０ａを設けてある。前記演算部２０ａは、前記放射温
度計測器１により検出される前記投入口２ａから前記乾
燥帯６への落下により生じるゴミの断面部分の表面温度
を求め、その表面温度の時間変化に基づいてゴミの性状
を推定する。

【０００８】以下、前記演算部２０ａにおけるゴミの性
状検出方法について説明する。前記放射温度計測器１
は、図４に示すような黒体輻射エネルギーに相当する炉
内からの輻射エネルギーを検出して温度を求めるもの
で、図５に示すように、前記燃焼帯７上で発生する火炎
中のＣＯ，ＣＯ₂ ，ＮＯｘ，ＳＯｘ、さらには、Ｈ₂ Ｏ
による赤外線エネルギー吸収帯域を回避すべく、赤外線
カメラに波長が約３．９（３．６〜４）μｍのフィルタ
を取り付けてあり、以て、前記燃焼帯７での燃焼火炎を
透過して前記投入口２ａ付近からの輻射エネルギーを計
測可能なように構成してある。前記演算部２０ａは、図
１に示すように、前記放射温度計測器１により得られた
画像データに基づいて前記投入口２ａにおけるゴミ温度
を求め、その温度変化の状態からゴミの性状を推定す
る。詳述すると、前記プッシャ機構５により前記投入口
２ａから投入されたゴミは炉内に突出するが、やがてゴ
ミの自重により突出部の先端が段差部ｄ１から前記乾燥
帯６に落下する。このときのゴミの突出部の断面温度
は、図２に示すように、燃焼室２への投入直後のために
それほど高温ではないが、前記燃焼帯７における燃焼火
炎等からの輻射熱等により徐々に加熱されて約９００℃
まで上昇する。ゴミの突出部が落下した後、次に落下す
るまでの間の断面部分の温度は、水分が多く含まれた質
の悪いゴミであればそれほど上昇しないが、水分があま
り含まれない質の良いゴミであればかなり高温に上昇す
る。従って、ゴミの突出部の断面部分の温度勾配を検出
すれば、その値から勾配が大であればゴミの含水量が少
なく燃え易いゴミであり、勾配が小であればゴミの含水
量が多く燃え難いゴミであることが推定できるのであ
る。具体的なゴミの性状の推定のための演算処理につい
て説明する。先ず、図１に示すように、前記放射温度計
測器１により得られたＸＹの二次元画像データ（各画素
における輝度情報が温度に関連する情報を示す）を前記
演算部２０ａに備えたメモリ（図示せず）に格納し、検
査面として段差部ｄ１の上方で前記投入口２ａに含まれ
る領域（図中、ΔＸ、ΔＹの幅で特定される領域）を抽
出する。抽出された領域内の所定時間毎の温度平均値を
演算して、ゴミが落下してから次に落下する迄の平均温
度勾配を演算導出する。この平均温度勾配は焼却炉内の
火炎の変動に起因する輻射エネルギーの変化によって変
動する為、ゴミの性状を判別する為に以下の補正を行
う。プッシャ近傍の炉壁面をあらかじめ補正の為の基準
面として設定し、その平均温度から火炎の輻射エネルギ
ーを推定し、ゴミの平均温度勾配を補正するのである。
具体的には基準面である炉壁平均温度があらかじめ設定
した標準温度より高いときは、火炎からの輻射エネルギ
ーが強いためにゴミ平均温度勾配も通常より高くなるの
で、炉壁の標準温度から炉壁平均温度の差に応じてゴミ
平均温度勾配を減少させる補正を行う。炉壁平均温度が
標準温度よりも低い場合は逆の補正を行う。以上の補正
手段によって、ゴミの平均温度勾配から現在炉内に投入
されつつあるゴミの性状を精度よく判定することが可能
となる。

【０００９】以上により炉内に投入されたゴミの性状を
予め把握できるので、そのようなゴミの性状の変化を時
系列的に把握することにより、前記ストーカ機構による
ゴミの送り速度や、前記ダンパＤの開度調節による燃焼
空気の供給量等が予め最適値に調節でき、燃焼効率を向
上させることができるのである。例えば、含水量の多い
ゴミが多量に供給されていると判断すると、発生熱量を
一定に保つべく、乾燥帯６でのゴミの搬送速度を低下さ
せて乾燥を促進する一方、燃焼帯７での空気供給量を増
加させて燃焼を促進したり、含水量の少ないゴミが少量
供給されていると判断すると、同じく発生熱量を一定に
保つべく、乾燥帯６でのゴミの搬送速度を上昇させて燃
焼帯７へのゴミ搬送量を増すといった具合である。

【００１０】以下に、別実施形態を説明する。上述の実
施形態では、放射温度計測器１を、波長３．９μｍのフ
ィルタを備えた赤外線カメラで、前記後燃焼帯８の後部
側壁に設けて構成するものを説明したが、波長３．９μ
ｍのフィルタでなくとも計測対象物と放射温度計測器１
との間に介在するガスによる赤外線エネルギー吸収帯域
を回避できる波長であれば任意である。また、実際には
燃焼火炎は純粋な不輝炎ではなく輝炎も含まれ、それに
よる某かのノイズ成分も混入するため、燃焼火炎よりも
上流側から前記投入口２ａを臨む位置、例えば、乾燥帯
６の天井壁等に前記赤外線カメラを設けることにより検
出精度を向上させるよう構成してもよい。

【００１１】さらに上述の実施形態に代えて、図６に示
すように、放射温度計測器１としての２台のスポット型
赤外線センサ１ａ，１ｂを、前記乾燥帯６の天井壁に形
成した計測孔ｈ１，ｈ２から炉内に臨むように設けて、
前記乾燥帯６上のゴミ表面温度をゴミの搬送方向に沿っ
て数十ｍｍ〜数百ｍｍのスポット径で少なくとも二点計
測するように構成し、ゴミの温度勾配又は温度からゴミ
の性状を推定してもよい。つまり、上述した作用で詳述
したように、上流側計測点Ｍ１と下流側計測点Ｍ２の距
離をＬ、前記乾燥帯６におけるゴミの搬送速度をＶ、上
流側計測点Ｍ１での計測温度をＴ１、下流側計測点Ｍ２
での温度をＴ２としたとき、式（Ｔ１−Ｔ２）／（Ｌ／
Ｖ）により初期の急激な温度上昇域Ｒ１でのゴミの温度
勾配を求め、その温度勾配に基づいてゴミの性状を推定
してもよい。ここに、温度勾配データは、急激な温度上
昇域Ｒ１では変動が激しいことを考慮してゴミの搬送速
度が等しい条件で数分間の平均温度を採用するものであ
ってもよい。その際、前記放射温度計測器１による計測
温度がゴミの着火温度以上であり、求められた温度勾配
が所定値以下である場合（具体的には予備実験により求
められる値であり、特に限定するものではないが、少な
くとも想定される最悪のゴミ質である場合の急激な温度
上昇域Ｒ１における温度勾配よりも小さいことが条件と
なる）には、温度変動が少なく急激な温度上昇域Ｒ１よ
りも正確に推定できる緩やかな温度上昇域Ｒ２に移行し
たと判断して、その計測温度つまりいずれか一方の計測
温度又は双方の平均温度に基づいてゴミの性状を推定し
てもよい。具体的には、上流側計測点Ｍ１と下流側計測
点Ｍ２の距離Ｌ、予備実験等で含水率の異なるゴミに対
する急激な温度上昇域Ｒ１での基準温度勾配や、緩やか
な温度上昇域Ｒ２での基準温度を半導体メモリ等を用い
た記憶手段２０ｂに格納しておき、先の実施形態で説明
した前記演算部２０ａに前記乾燥帯６におけるゴミの搬
送速度Ｖを入力して上述の温度勾配演算等を行い、前記
記憶手段２０ｂの記憶データと比較してゴミの性状を推
定するのである。尚、特許請求の範囲の項に図面との対
照を便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明
は添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】要部の説明図

【図２】要部の説明図

【図３】焼却炉の概略構成図

【図４】黒体輻射エネルギーの波長特性図

【図５】大気の透過率の特性図

【図６】別実施形態を示す焼却炉の概略構成図

【図７】実験炉の構成図

【図８】実験結果を示すゴミ温度上昇特性図

【符号の説明】

１ 放射温度計測器 ２ａ 投入口 ６ 乾燥帯

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 押し込み投入口（２ａ）からゴミを炉内
   に押し込む押し込み投入機構（５）と、前記押し込み投
   入口（２ａ）の下方に位置し、前記押し込み投入口（２
   ａ）から落下供給されたゴミを搬送しながら焼却処理す
   るストーカ式の焼却処理帯（６）と、前記焼却処理帯
   （６）の下流側から前記押し込み投入口（２ａ）を臨む
   位置に放射温度計測器（１）とを備えてあるゴミ焼却炉
   におけるゴミの性状検出方法であって、 前記押し込み投入口（２ａ）から前記焼却処理帯（６）
   への落下により生じるゴミの断面部分の表面温度を前記
   放射温度計測器（１）により検出し、前記放射温度計測
   器（１）により検出された表面温度の時間変化に基づい
   てゴミの性状を推定するゴミ焼却炉におけるゴミの性状
   検出方法。
2. 【請求項２】 放射温度計測器（１）により、焼却処理
   帯（６）の上流側のゴミ表面温度を計測し、前記放射温
   度計測器（１）により計測されたゴミ表面温度に基づい
   てゴミの性状を推定するゴミ焼却炉におけるゴミの性状
   検出方法。
3. 【請求項３】 放射温度計測器（１）により、焼却処理
   帯（６）の上流側のゴミ表面温度を、ゴミの搬送方向に
   沿って少なくとも二点計測し、上流側計測点（Ｍ１）と
   下流側計測点（Ｍ２）の距離Ｌ、前記焼却処理帯（６）
   によるゴミの搬送速度Ｖ、上流側計測点（Ｍ１）での計
   測温度Ｔ１、下流側計測点（Ｍ２）での温度Ｔ２である
   とき、 （Ｔ１−Ｔ２）／（Ｌ／Ｖ） でゴミの温度勾配を求め、その温度勾配に基づいてゴミ
   の性状を推定するゴミ焼却炉におけるゴミの性状検出方
   法。
4. 【請求項４】 前記放射温度計測器（１）による計測温
   度がゴミの着火温度以上であり、求められた温度勾配が
   所定値以下である場合には、その計測温度に基づいてゴ
   ミの性状を推定する請求項３記載のゴミ焼却炉における
   ゴミの性状検出方法。