JPH10274411A

JPH10274411A - ごみ焼却炉の集塵装置の温度制御方法

Info

Publication number: JPH10274411A
Application number: JP9239289A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Fujii; 聡藤井; Manabu Kuroda; 学黒田; Yuichi Nogami; 祐一野上
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1997-01-30
Filing date: 1997-09-04
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】集塵装置入口の排ガス温度を常に適正範囲に
保つことが可能なごみ焼却炉における集塵装置の温度制
御方法を提供する。【解決手段】ボイラを有する焼却炉の排ガスを排ガス
冷却装置および集塵装置で順次処理するごみ焼却炉の集
塵装置の温度制御方法において、集塵装置入口の排ガス
温度１３を計測するとともに、焼却炉１の排ガス温度１
６もしくは排ガス流量１９又はボイラ４の蒸気発生量１
７を計測し、これらの計測結果に基づいて排ガス冷却装
置２の水噴霧量１２を操作し、集塵装置入口の排ガス温
度を制御することを特徴とするごみ焼却炉の集塵装置の
温度制御方法。さらに、集塵装置入口の排ガス温度８に
よるフィードバック制御とともに、焼却炉１の排ガス温
度１６もしくは排ガス流量１９又はボイラ４の蒸気発生
量１７によるフィードフォワード制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ごみ焼却炉の集塵
装置の温度制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ用のごみ焼却炉は、社会生活に
おいて排出される様々な廃棄物を処理するという重要な
役割を担っている。近年、廃棄物であるごみの焼却処理
によって発生する排ガス中のダイオキシン類を低減する
ことが、重要な課題となっている。そのため、ダイオキ
シン類の発生と相関が高いと言われているＣＯ濃度を低
減する燃焼運転として、下記のような各要素を管理する
運転がよいとされている。炉出口で８００℃以上の排ガス温度を維持する。高温状態で排ガスの長い滞留時間を確保する。煙道において排ガスが十分撹拌される。

【０００３】また、排ガスの集塵装置は、排ガス中の灰
等のダストを取り除くことを目的として運転され、集塵
装置の入口排ガス温度は２５０℃前後に維持されてい
る。しかし、集塵装置の入口排ガス温度を１６０〜２０
０℃程度で運転すれば、排ガス中のダイオキシン類が集
塵装置で除去できることから、このように低い温度とな
るように集塵装置を運転することが行われている。

【０００４】図４は、従来技術におけるごみ焼却炉の集
塵装置の温度制御方法を示したブロック図である。図
中、２は排ガス冷却設備、９は集塵装置入口温度制御手
段、１０はフィードバック制御手段、１２は水噴霧量設
定信号、１３は集塵装置入口排ガス温度設定値信号、１
４は集塵装置入口排ガス温度信号をそれぞれ示す。この
技術では、図４に示すように、集塵装置入口の排ガス温
度１４を測定し、その温度が一定値となるようなフィー
ドバック制御が、フィードバック制御手段１０により施
されている。

【０００５】ごみ焼却炉の集塵装置の温度制御方法とし
ては、いくつかの方法が提案されている。例えば、特開
平５−６６００９号公報には、ごみ焼却炉等の排ガスの
減温方法（冷却方法）が提案されている。その内容は、
水又は消石灰スラリを噴霧して排ガスを減温（冷却）す
るガス減温塔において、その出口（集塵装置入口）で排
ガスの温度と流量を測定し、排ガス温度の測定値により
水等の噴霧量を調整して、排ガスの温度を制御するとい
うものである。

【０００６】また、特開平６−１２９２１２号公報に
は、排ガスをガス急冷装置内で大量の冷却水を噴霧し、
急冷後の大量に水蒸気を含む排ガスから熱エネルギを回
収する方法が提案されている。この方法は、排ガス温度
を急冷することで、ダイオキシン等の生成反応の温度域
を瞬間的に通過させて、ダイオキシン等の生成を防止し
ている。また、排ガスからの熱エネルギの回収は、熱電
素子により電気エネルギの形で回収している。

【０００７】その他、特開平７−２４６３１２号公報に
は、冷却塔に電解アルカリ水を供給して、排ガスの温度
を低下させる方法が提案されている。この方法は、電解
装置で水を電気分解して得られた電解アルカリ水を用い
て、排ガス中の塩酸塔の有害物を中和することにより、
消石灰等のアルカリ剤の使用量が低減できるという方法
である。

【０００８】ごみ焼却炉のガス冷却装置の水噴霧制御装
置の一例として、特開平３−７５４０７号公報には、排
ガス温度が所定温度となるように排ガス温度のフィード
バック制御と焼却炉内の燃焼状態検出によるフィードフ
ォワード制御を組み合わせたガス冷却装置の噴霧水制御
装置が提案されている。その内容は、排ガス温度のフィ
ードバック制御に加えて、焼却炉の燃焼状態検出手段と
して、炉内の明るさ、炉内酸素濃度、工業用テレビカメ
ラの画像処理による焼却物の落下状態、焼却物の重量、
排ガス流量、炉内圧力のいづれか１つもしくは複数を組
み合わせてフィードフォワード制御することで排ガス温
度を一定に保ち、湿灰トラブル、燃焼への悪影響を防止
している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ごみ焼却炉の燃焼排ガ
ス中には、ダイオキシン類以外にＳＯｘ、ＨＣｌｘ等の
有害成分が含まれている。集塵装置をこれまでよりも低
い１６０〜２００℃程度で運転していると、これらの有
害成分が原因で、集塵装置や配管等の設備を腐食させる
可能性が高くなる。これは、排ガス温度を低い状態で運
転しているため、例えば、排ガス中の水分が設備に結露
し、ＳＯｘの一部が化学反応を起こして生成した硫酸や
ＨＣｌが結露した水に溶け込むためである。

【００１０】通常、排ガス冷却装置の水噴霧量は、集塵
装置入口の排ガス温度を一定に保つように操作されてい
る。しかし、ごみの燃焼変化に応じて、排ガス冷却装置
の入口温度は変動し、この変動が集塵装置入口の排ガス
温度を一定に制御するための外乱となる。このため、集
塵装置入口の排ガス温度を測定してその温度自体を制御
するフィードバック制御では、排ガス温度を十分に制御
することが困難である。

【００１１】その結果、フィードバック制御を行ってい
る場合、炉内の燃焼変動によっては、集塵装置入口の排
ガス温度が設定温度よりも低くなる可能性がある。排ガ
ス温度が低い状態が続くと、燃焼状態の変動によっては
排ガス温度が露点温度を下回る可能性があり、排ガス中
の水分が結露して前述のように設備の腐食を促進させる
可能性がある。特開平５−６６００９号公報記載の方法
でも、排ガスの温度と流量を測定しているのはガス減温
塔の出口（集塵装置入口）であり、フィードバック制御
である。従って、このような問題を避けることはできな
い。

【００１２】また、特開平６−１２９２１２号公報記載
の方法では、排ガス温度等の測定については特に記載さ
れていない。また、特開平７−２４６３１２号公報記載
の方法でも、排ガス温度等の測定については記載されて
おらず、さらに冷却塔で排ガス温度をどの程度の温度に
低下させるのかについても記載されていない。

【００１３】特開平３−７５４０７号公報記載の噴霧水
量制御装置では、フィードフォワード要素の具体的な構
成が記載されていない。また炉内の燃焼状態を検出する
手段として、炉内酸素濃度、排ガス流量を集塵装置前の
排ガスで検出すると、排ガス中のダストの影響で安定に
検出できない。

【００１４】本発明は、上述の問題点を解決し、集塵装
置入口の排ガス温度を常に適正範囲に保つことが可能な
ごみ焼却炉における集塵装置の温度制御方法を提供す
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ボイ
ラを有する焼却炉の排ガスを排ガス冷却装置および集塵
装置で順次処理するごみ焼却炉の集塵装置の温度制御方
法において、集塵装置入口の排ガス温度を計測するとと
もに、焼却炉の排ガス温度もしくは排ガス流量又はボイ
ラの蒸気発生量を計測し、これらの計測結果に基づいて
排ガス冷却装置の水噴霧量を操作し、集塵装置入口の排
ガス温度を制御することを特徴とするごみ焼却炉の集塵
装置の温度制御方法である。

【００１６】この発明では、焼却炉の排ガス温度もしく
は排ガス流量又は蒸気発生量を測定している。これらの
量は、燃焼変動を反映している量であり、その信号を制
御系に組み込んでいる。焼却炉の排ガス温度の測定位置
としては、排ガス冷却装置の上流側にあるボイラ出口、
あるいは炉出口のいずれかとするのが便利である。

【００１７】このように、燃焼変動を反映している量を
事前に制御系に組み込むことで、排ガス冷却装置の水噴
霧量を早めに操作できる。従って、燃焼変動があっても
集塵装置入口の排ガス温度の変動を、少なく抑えること
が可能となる。その結果、排ガス温度の低下による設備
の腐食を防ぐことが実現できる。またこれにより、集塵
装置入口の排ガス温度を低温で運転することができるの
で、集塵装置にてダイオキシン類を捕捉することが容易
となり、大気中への放出を防止できる。

【００１８】請求項２の発明は、集塵装置入口の排ガス
温度によるフィードバック制御とともに、焼却炉の排ガ
ス温度もしくは排ガス流量又はボイラの蒸気発生量によ
るフィードフォワード制御により、排ガス冷却装置の水
噴霧量を操作することを特徴とする請求項１記載のごみ
焼却炉の集塵装置の温度制御方法である。

【００１９】この発明では、燃焼変動を反映している量
を事前に制御系に組み込む方法として、焼却炉の排ガス
温度、排ガス流量、ボイラの蒸気発生量によるフィード
フォワード制御を用いている。

【００２０】焼却炉の排ガス温度は、排ガス冷却装置に
入ってくるのは焼却炉から出た排ガスであることから、
この測定値によるフィードフォワード制御を排ガス冷却
装置の操作に用いることは有効である。この焼却炉の排
ガス温度を用いて水噴霧量を操作することにより、排ガ
ス冷却装置の出側の排ガス温度、即ち集塵装置入口の排
ガス温度を的確に制御することが可能となる。

【００２１】ボイラの蒸気発生量は、排ガス温度と直接
関係ないように見えるが、ごみ焼却炉の燃焼量（発熱
量）とは密接な関係がある。このことは、ボイラの蒸気
発生量が、焼却炉の排ガスが持つ熱量とも密接な関係が
あることを示す。排ガスが持つ熱量は、排ガス冷却装置
で除去すべき熱量を決定するので、水噴霧量も決まって
くる。従って、ボイラの蒸気発生量により水噴霧量を操
作することにより、集塵装置入口の排ガス温度を的確に
制御することが可能となる。

【００２２】また、排ガス温度と排ガス流量を併用しこ
れらの積の形として用いれば、ごみ焼却炉の燃焼量（発
熱量）の変化を捉えることができる。排ガスが持つ熱量
は、排ガス冷却装置で除去すべき熱量を決定するので、
水噴霧量も決まってくる。従って、排ガス温度と排ガス
流量を用いることにより、集塵装置入口の排ガス温度を
的確に制御することが可能となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、発明の実施の形態の１例
を示す模式図である。図中、１はごみ焼却炉、２は排ガ
ス冷却設備、３は集塵装置、４はボイラ、５は蒸気流量
計、６は炉出口温度計、７はボイラ出口温度計、８は集
塵装置入口温度計、９は集塵装置入口温度制御手段、１
２は水噴霧量設定信号、１４は集塵装置入口排ガス温度
信号、１５はボイラ出口の排ガス温度信号、１６は炉出
口の排ガス温度信号、１７は蒸気発生量信号、１９は排
ガス流量信号、２０は排ガス流量計をそれぞれ示す。

【００２４】ごみ焼却炉１から排出された高温の排ガス
は、ボイラ４にて熱交換された後に、排ガス冷却設備２
に導かれ排ガス冷却設備内での水噴霧によって冷却され
る。排ガス冷却設備で冷却された排ガスは、集塵装置３
において灰やダスト等が除去される。また、集塵装置入
口の排ガス温度が低いため、排ガス中のダイオキシン類
も除去される。

【００２５】集塵装置入口温度制御手段９は、集塵装置
入口温度計８からの信号を周期的に計測し、集塵装置入
口温度が一定になるように制御し、ボイラ出口温度計
７、炉出口温度計６、もしくは排ガス流量計２０、又は
蒸気流量計５のいずれかの信号を周期的に計測し、この
温度もしくは温度と排ガス流量の積もしくは蒸気流量信
号が大きくなったときに水噴霧量が多くなるように、排
ガス冷却装置２の水噴霧量を操作する。集塵装置入口温
度制御手段９には、例えば、コンピュータが使用されて
いる。

【００２６】図２は、発明の制御手段の実施の形態の１
例を示すブロック図である。図中、１０はフィードバッ
ク制御手段、１１はフィードフォワード制御手段、１３
は集塵装置入口排ガス温度設定値信号を示し、その他の
符号は図１に同じである。

【００２７】ここでは、集塵装置入口温度制御手段９に
おいて、集塵装置入口排ガス温度信号１４とボイラ出口
の排ガス温度信号１５を基にして、排ガス冷却装置２の
水噴霧量信号１２を決定する制御方法について説明す
る。

【００２８】図２に示すように、集塵装置入口温度制御
手段９は、集塵装置入口排ガス温度信号１４と予め設定
された集塵装置入口排ガス温度設定信号１３との偏差に
基づくフィードバック制御手段１０と、ボイラ出口の排
ガス温度信号１５に基づいたフィードフォワード制御手
段１１から構成される。集塵装置入口温度制御手段９か
らは、水噴霧量設定信号１２が排ガス冷却設備２に送ら
れる。

【００２９】フィードバック制御手段１０は、集塵装置
入口排ガス温度設定値信号１３と集塵装置入口排ガス温
度信号１４の偏差を入力とするＰＩＤ制御系を（１）式
のように構成する。ｕ_fb＝(100/PB)（１＋1/Ｔiｓ＋Ｔdｓ）（Ｔ_set−Ｔ_bf）（１）

【００３０】ただし、ｕ_fbはフィードバック制御の出力
値、Ｔ_setは集塵装置入口排ガス温度設定値、Ｔ_bfは集
塵装置入口排ガス温度を示す。PBは比例ゲイン、Ｔiは
積分時間、Ｔdは微分時間を表す制御パラメータ、ｓは
ラプラス演算子である。

【００３１】一方、フィードフォワード制御手段１１
は、ボイラ出口の排ガス温度信号１５を入力とする制御
系を構成し、（２）式で表される演算処理を行う。ｕ_ff1 ＝｛Ｋ_f1／（Ｔ_f1ｓ＋１）｝Ｔ₁ （２）

【００３２】ただし、ｕ_ff1はフィードフォワード制御
の出力値、Ｔ₁はボイラ出口の排ガス温度、Ｔ_f1、Ｋ_f1
は調整パラメータである。また、分母の（Ｔ_f1ｓ＋１）
はボイラ出口の排ガス温度Ｔ₁のノイズを除去する１次
遅れフィルタである。

【００３３】排ガス冷却装置２の水噴霧量信号１２をｕ
とすると、これはフィードバックとフィードフォワード
制御の出力値の和であり、（３）式のようになる。ｕ＝ｕ_fb＋ｕ_ff1 （３）

【００３４】また、フィードフォワード制御手段１１と
して、ボイラ出口の代わりに炉出口の排ガス温度信号１
６を入力とする制御系を構成した場合は、（４）式で表
される演算処理を行う。ｕ_ff2＝｛Ｋ_f2／（Ｔ_f2ｓ＋１）｝Ｔ₂ （４）

【００３５】ただし、ｕ_ff2はフィードフォワード制御
の出力値、Ｔ₂は炉出口の排ガス温度、Ｔ_f2、Ｋ_f2は調
整パラメータである。また、分母の（Ｔ_f2ｓ＋１）は炉
出口の排ガス温度Ｔ₂のノイズを除去する１次遅れフィ
ルタである。

【００３６】排ガス冷却装置２の水噴霧量信号１２をｕ
とすると、これはフィードバックとフィードフォワード
制御の出力値の和であり、（５）式のようになる。ｕ＝ｕ_fb＋ｕ_ff2 （５）

【００３７】その他、フィードフォワード制御手段１１
として、排ガス温度信号の代わりに蒸気発生量信号１７
を入力とする制御系を構成した場合は、（６）式で表さ
れる演算処理を行う。ｕ_ff3＝｛Ｋ_f3／（Ｔ_f3ｓ＋１）｝Ｆ（６）

【００３８】ただし、ｕ_ff3はフィードフォワード制御
の出力値、Ｆは蒸気発生量、Ｔ_f3、Ｋ_f ₃は調整パラメー
タである。また、分母の（Ｔ_f3ｓ＋１）は蒸気発生量Ｆ
のノイズを除去する１次遅れフィルタである。

【００３９】排ガス冷却装置２の水噴霧量信号１２をｕ
とすると、これはフィードバックとフィードフォワード
制御の出力値の和であり、（７）式のようになる。ｕ＝ｕ_fb＋ｕ_ff3 （７）

【００４０】また、フィードフォワード制御手段１１と
して、ボイラ出口の排ガス温度信号15と排ガス流量計の
信号１９を入力とする制御系を構成した場合は、（８）
式で表される演算処理を行う。ｕ_ff4＝｛Ｋ_f4／（Ｔ_f4ｓ＋１）｝Ｔ₁*Ｖ（８）

【００４１】ただし、ｕ_ff4はフィードフォワード制御
の出力値、Ｔ₁はボイラ出口の排ガス温度、Ｖは排ガス
流量、Ｔ_f4、Ｋ_f4は調整パラメータである。また、分母
の（Ｔ _f4ｓ＋１）はボイラ出口の排ガス温度と排ガス流
量の積のノイズを除去する１次遅れフィルタである。

【００４２】排ガス冷却装置２の水噴霧量信号１２をｕ
とすると、これはフィードバックとフィードフォワード
制御の出力値の和であり、（９）式のようになる。ｕ＝ｕ_fb＋ｕ_ff4 （９）

【００４３】以上の実施の形態では、ボイラ出口の排ガ
ス温度信号１５、炉出口の排ガス温度信号１６、蒸気発
生量信号１７、排ガス流量信号１９を入力とするそれぞ
れの制御系について説明したが、これらの信号１５〜１
９を適宜組み合わせて用いてもよいことは言うまでもな
い。その場合、式（３）、（５）、（７）、（９）にお
いて、変数ｕ_ff1、ｕ_ff2、ｕ_ff3、ｕ_ff4等をそれぞれの
和、あるいは重み係数付きの和で置き換えればよい。

【００４４】

【実施例】図１および図２に示した集塵装置入口温度制
御手段９により、集塵装置がバグフィルタにおけるバグ
フィルタ入口排ガス温度とボイラ出口の排ガス温度を基
にして、排ガス冷却装置の水噴霧量を制御した場合の集
塵装置入口温度を調べた。

【００４５】図３は本発明の実施例と従来例のバグフィ
ルタ入口排ガス温度の計測結果を示した図である。図３
（ａ）は本発明の実施例、同（ｂ）は従来例における計
測結果をそれぞれ示している。図３（ｂ）に示されるよ
うに、従来例では、バグフィルタ入口排ガス温度の振れ
幅は５０℃程度であった。しかし、図３（ａ）の本発明
の実施例では、バグフィルタ入口排ガス温度の振れ幅を
２０℃以内に抑えることができた。

【００４６】このように、バグフィルタ入口排ガス温度
の振れ幅を３０℃以上縮めることにより、設定温度の自
由度も３０℃以上広がる。また、排ガス温度の上下限に
対して、それぞれ１５℃以上の余裕ができるので、安定
した操業が可能となる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、排ガス冷却装置の水噴
霧量を制御するために、集塵装置入口の排ガス温度とと
もに、焼却炉の排ガス温度もしくは排ガス流量又はボイ
ラの蒸気発生量を用いることにより、集塵装置入口の排
ガス温度を低温で一定に保ち、設備の腐食を抑制し、排
ガス中のダイオキシン類等の有害成分発生の抑制を可能
とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態の１例を示す模式図である。

【図２】発明の制御手段の実施の形態の１例を示すブロ
ック図である。

【図３】本発明の実施例および従来の制御手法によるバ
グフィルタ入口排ガス温度の変動を示した図である。（ａ）本発明の実施例（ｂ）従来例

【図４】従来技術におけるごみ焼却炉の集塵装置の温度
制御方法を示したブロック図である。

【符号の説明】

１ごみ焼却炉２排ガス冷却設備３集塵装置４ボイラ５蒸気流量計６炉出口温度計７ボイラ出口温度計８集塵装置入口温度計９集塵装置入口温度制御手段１０フィードバック制御手段１１フィードフォワード制御手段１２水噴霧量設定信号１３集塵装置入口排ガス温度設定値信号１４集塵装置入口排ガス温度信号１５ボイラ出口の排ガス温度信号１６炉出口の排ガス温度信号１７蒸気発生量信号１９排ガス流量信号２０排ガス流量計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボイラを有する焼却炉の排ガスを排ガス
冷却装置および集塵装置で順次処理するごみ焼却炉の集
塵装置の温度制御方法において、集塵装置入口の排ガス
温度を計測するとともに、焼却炉の排ガス温度もしくは
排ガス流量又はボイラの蒸気発生量を計測し、これらの
計測結果に基づいて排ガス冷却装置の水噴霧量を操作
し、集塵装置入口の排ガス温度を制御することを特徴と
するごみ焼却炉の集塵装置の温度制御方法。
【請求項２】集塵装置入口の排ガス温度によるフィー
ドバック制御とともに、焼却炉の排ガス温度もしくは排
ガス流量又はボイラの蒸気発生量によるフィードフォワ
ード制御により、排ガス冷却装置の水噴霧量を操作する
ことを特徴とする請求項１記載のごみ焼却炉の集塵装置
の温度制御方法。