JPH1068514A - ごみ焼却炉の燃焼制御方法 - Google Patents

ごみ焼却炉の燃焼制御方法

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JPH1068514A
JPH1068514A JP30455796A JP30455796A JPH1068514A JP H1068514 A JPH1068514 A JP H1068514A JP 30455796 A JP30455796 A JP 30455796A JP 30455796 A JP30455796 A JP 30455796A JP H1068514 A JPH1068514 A JP H1068514A
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JP
Japan
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refuse
combustion
per unit
combustion air
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JP30455796A
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Satoshi Fujii
聡 藤井
Yuichi Nogami
祐一 野上
Manabu Kuroda
学 黒田
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/50Control or safety arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2207/00Control
    • F23G2207/10Arrangement of sensing devices
    • F23G2207/103Arrangement of sensing devices for oxygen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2207/00Control
    • F23G2207/20Waste supply
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2900/00Special features of, or arrangements for incinerators
    • F23G2900/55Controlling; Monitoring or measuring
    • F23G2900/55009Controlling stoker grate speed or vibrations for waste movement

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ごみの燃焼による発生熱量を一定にし、安定
した蒸気発生量を維持する。 【解決手段】 炉に供給される空気量を燃焼空気流量計
5b及び冷却空気流量計10bで測定し、又、O2 濃度
計14で排ガス中のO2 濃度を測定し、これらの測定値
から燃焼制御手段15で燃焼しているごみの発生熱量を
周期的に演算し、発生熱量が一定になるように、乾燥火
格子駆動装置3d及び燃焼空気ダンパ5aを制御する。 【効果】 燃焼中のごみの発熱量が把握され即時的に制
御が行われるので、ごみ質が短時間で変動しても蒸気発
生量が一定に維持される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,火格子式ごみ焼却
炉のごみの燃焼制御方法に関連し、特に一定の蒸気発生
量を得るために、燃焼空気量及び乾燥火格子速度を制御
する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】都市ごみ焼却炉は,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。近年では,廃棄物であるごみの焼却処理によ
って発生する膨大な熱エネルギ回収への関心が高まり,
ボイラ発電設備のついたものが増加している。
【0003】このようなごみ焼却炉においては,蒸気を
安定して供給するために,炉出口温度を一定化させる自
動燃焼制御が行われている。その制御手段としては、燃
焼空気量や過剰昇温を防ぐ冷却空気量を制御し、或いは
乾燥火格子速度を調整して炉内へのごみの送り込み量を
制御する方法等がある。
【0004】焼却炉では数10分の間隔で、焼却炉のホ
ッパにごみが投入されるが、一般には、このごみ投入時
に過去の蒸気発生量、燃焼空気量及びごみの投入量実績
を見て、必要な蒸気発生量に見合う目標焼却量が修正計
算される。そして、実績焼却量で蒸気発生量が目標量よ
り少なければ乾燥火格子速度を増速してごみの送り込み
量を増やし、目標量より多ければ乾燥火格子速度を減速
し、これに合わせて燃焼空気量を調節して目標量に近づ
くように制御している。
【0005】しかし、燃料となるごみの質は刻々と変わ
り燃焼状態が変動するので、上記の乾燥火格子速度と燃
焼空気量をごみ投入毎に制御する方法では、長時間例え
ば一日の平均蒸気発生量を調整することはできるが、こ
の間の変動量を無くし蒸気発生量を常に一定に維持する
ことは困難であった。
【0006】従来、この問題に対し、常時測定される測
定値から炉内に存在するごみの量を計算し、この計算値
に基づいて乾燥火格子速度又は燃焼空気量を制御する方
法が提案されている。
【0007】例えば,特公平2−39686号公報に
は,炉内に入る総空気量と低位発熱量(単位重量当たり
の発熱量)とから理論燃焼空気量を推定し、理論燃焼空
気量とごみ焼却炉の排ガス流量とO2 濃度の測定値とか
ら燃焼するごみ重量を求め、このごみ重量に基づいて燃
焼空気量又は乾燥火格子速度を制御する方法が記載され
ている。この場合、低位発熱量は炉体からボイラまでを
一つの系として、30分程度の一定時間の熱収支から計
算される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記の制御方法では、
燃焼するごみ重量を計算しこの推定値に基づいて燃焼空
気量又は乾燥火格子速度を制御するが、計算の根拠とな
る低位発熱量は30分程度の一定時間を経ないと修正さ
れず、その間固定されている。即ち、ごみ質の短期的変
動は考慮されていない。
【0009】しかしながら,ごみの性状や成分即ちごみ
質は絶えず変化しているため,この間にも発生する熱量
は変動し、蒸気発生量の変動につながるという問題があ
った。
【0010】この発明は上記の問題を解決するために行
われたもので、ごみ質の変動に対応し、炉内で燃焼して
いるごみの発熱量を高い頻度で推定し、燃焼空気量及び
乾燥火格子速度を周期的に制御することによって、安定
した蒸気発生量を得る方法を提供しようとするものであ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的を達成する手段
は、次に記載する発明である。第一の発明は、ごみ焼却
炉に供給される空気量と排ガスO2 濃度を測定し、これ
らの測定値を用いて燃焼しているごみの単位時間当たり
の発熱量を推定し,この発熱量の推定値と目標値との差
に基づいて燃焼空気量及び乾燥火格子速度の補正値を算
出し、各々の補正値により燃焼空気量及び乾燥火格子速
度を周期的に制御するごみ焼却炉の燃焼制御方法であ
る。
【0012】ごみ焼却炉に供給される空気には燃焼空気
と冷却空気(以下、供給空気と称す)がある。供給空気
の一部は燃焼に消費されるが、その量即ち消費空気量は
ごみの燃焼状態によって変化する。消費空気量が大きけ
れば燃焼しているごみの発熱量が多い。消費空気量は、
排ガス中の残存O2 量を変化させるので、排ガスO2
度と単位時間当たりの供給空気量とから燃焼しているご
みの単位時間当たりの発熱量を推定することができる。
【0013】この推定を高頻度で行えば、変化するごみ
の発熱量を絶えず把握することが可能であり、この推定
値に基づいて燃焼状態を左右する燃焼空気量と乾燥火格
子速度を制御すれば、ごみ質の変化と燃焼しているごみ
重量に対応して単位時間当たりの発熱量をコントロール
することができる。
【0014】空気量や排ガスO2 濃度は連続的に測定さ
れているので、数秒程度の間隔で測定値を採取し、これ
らの平均値を用いてその時燃焼しているごみの発熱量を
推定するとよい。燃焼しているごみの単位時間当たりの
発熱量が推定されると、この推定値と目標値との差が無
くなるように、燃焼状態を左右するごみの送り込み量即
ち乾燥火格子速度と燃焼空気量とを制御する。これによ
って、常に、目標値に沿った燃焼熱が発生し、一定の蒸
気発生量が得られる。
【0015】第二の発明は、ごみ焼却炉に供給される空
気量と、排ガスO2 濃度と、ごみ焼却炉に投入されるご
み重量を測定し、これらの測定値を用いて炉内で燃焼し
ているごみの単位重量当たりの発熱量を推定し、この発
熱量の推定値と目標値との差に基づいて燃焼空気量及び
乾燥火格子速度の補正値を算出し、各々の補正値により
燃焼空気量及び乾燥火格子速度を周期的に制御すること
を特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御方法である。
【0016】燃焼しているごみの単位時間当たりの発熱
量は、そのごみの重量と単位重量当たりの発熱量との積
である。そして、単位重量当たりの発熱量はごみ質の変
化を直接反映する。特に、最近では、ホッパに投入され
たごみは乾燥火格子によって一定量が炉内に送り込まれ
るように工夫されている焼却炉が多い。このような焼却
炉では、ごみ質の変動が燃焼熱の発生に直接影響する。
ごみの単位重量当たりの発熱量の変動を推定してごみ質
の短時間の変動を捉えて制御することにより、燃焼空気
量とともに乾燥火格子速度を微調整することができ、一
層蒸気発生量が安定する。
【0017】
【発明の実施の形態】ごみ焼却炉と制御系の概要を図1
に示す。1は焼却炉であり,ホッパ2,乾燥火格子3
a,燃焼火格子3b,後燃焼火格子3c,灰落下口4を
有する。ホッパ2から投入されたごみは燃焼空気によっ
て乾燥又は燃焼される。燃焼空気は、燃焼空気ファン5
により供給され、燃焼空気ダンパ5aによって総量が調
整され、更に乾燥火格子下燃焼空気ダンパ5c、燃焼火
格子前部下燃焼空気ダンパ5d、燃焼火格子後部下燃焼
空気ダンパ5eにより部位別に調整されて各火格子下か
ら吹き上げる。そして、乾燥火格子3aではごみが主と
して乾燥され,燃焼火格子3bではごみが主として燃焼
し,後燃焼火格子3cではごみが完全に燃焼し尽くされ
灰となる。この灰は灰落下口4から落下して炉外へ排出
される。各火格子には櫛刃がありその移動によってごみ
を順次送って行く。その移動速度を火格子速度と称す
る。移動は各々火格子駆動装置よって行われるが、特に
乾燥火格子3aはホッパ2からごみを炉内に供給するの
で、その速度は炉内に供給されるごみ重量を決定する。
乾燥火格子速度は乾燥火格子駆動装置3dによって与え
られる。
【0018】一方,燃焼によって生じた排ガスは炉出口
6から煙突7に導かれて炉外へ排出される。排ガスが放
出される炉出口6には熱交換器8aを備えた蒸気発生用
のボイラ8bが設置されている。又、炉内の温度が過度
に上昇しないように冷却空気吹き込み口9から冷却空気
が吹き込まれる。冷却空気は冷却空気ファン10によっ
て供給され、冷却空気ダンパ10aによってその風量が
調節される。11は蒸気発生量を測る蒸気流量計であ
り、12は炉出口温度計である。
【0019】15は燃焼制御手段であり,13のごみ荷
重計の信号,14のO2 濃度計の信号,5bの燃焼空気
流量計の信号および10bの冷却空気流量計の信号を受
けて、燃焼中のごみの発熱量を算出し、その結果を判断
し補正値を演算する。補正値に従い燃焼空気及び乾燥火
格子速度の各々の基準値が補正され、燃焼空気ダンパ5
a及び乾燥火格子駆動装置に出力される。燃焼制御手段
には,例えば,コンピュータが使用されている。
【0020】先ず、単位時間当たりの発熱量に基づいて
制御する場合について、信号の入力から出力までのフロ
ーを図2に示す。図中点線で囲った範囲が、燃焼制御手
段15で行われる発熱量の算出と補正演算までのフロー
である。
【0021】O2 濃度計,燃焼空気流量計、及び冷却空
気流量計の測定信号を採取し、これらの測定値を平滑化
する。採取する間隔は1秒〜30秒程度が適当である。
そして計算されたこれらの測定値を用いて燃焼中のごみ
の発生熱量を算出する。算出は次のように行う。
【0022】排ガス中のO2 量は、供給空気のうち燃焼
に関与しなかった空気に含まれる残存O2 量である。こ
の残存O2 量を燃焼炉から排出される総ガス量即ち排ガ
ス量で除したものが排ガスO2 濃度である。したがっ
て、供給された燃焼空気量をFDF[Nm3/h]、冷却空気量
をCDF[Nm3/h]、消費空気量をVa[Nm3/h]、ごみが燃
焼した後の燃焼後ガス量即ち酸化生成ガス量と消費空気
量からO2 を除いた分量をVg[Nm3/h]とすると、排ガ
スO2 濃度[O2][%]は、大気のO2 濃度を21%とし
て、次の(1)式で表せる。即ち、分子は燃焼に関与し
なかった空気中のO2 量であり、分母は排ガス量であ
る。
【0023】
【数1】
【0024】発熱とごみのガス化はごみの酸化により発
生するから、消費空気量は発熱量と比例関係にあり、酸
化生成ガス量も又燃焼中のごみの発熱量と比例関係にあ
る。そして、酸化生成ガス量は燃焼後ガス量Vgから0.
79Vaを差し引いたものである。したがって、各々の比
例定数をk1、k2として、これらの量と単位時間当たりの
発熱量Q[kcal/h] との関係は(2)式及び(3)式で表
される。但し、k1、k2は比例定数である。
【0025】
【数2】
【0026】
【数3】
【0027】以上(1)式〜(3)式から,Vg、Vaを消
去してQ について整理すると、(4)式が得られる。
【0028】
【数4】
【0029】この式を用いて、単位時間当たりの発熱量
Q を供給空気量FDFとCDF及び排ガスO2 濃度[O2]とから
推定する。
【0030】ごみの発生熱量が得られると,これに基づ
いて燃焼空気量及び乾燥火格子速度の補正値を計算す
る。例えば、単位時間当たりの発熱量が目標値よりも多
い場合には、その程度に応じた負の燃焼空気量補正値又
は乾燥火格子速度補正値をきめる。一例として、PID
制御系を用いる場合を示す。
【0031】燃焼空気量の補正値をΔA1 、乾燥火格子
速度の補正値をΔA2 で表すと、これらの補正値は
(5)式及び(6)式を用いて求められる。
【0032】
【数5】
【0033】
【数6】
【0034】ここで、各々、m1、m2は比例ゲイン、T
i1 、Ti2 は積分時間、Td1 、Td2 は微分時間を表し、
sはラプラス演算子、Q0は単位時間当たりの発熱量の目
標値である。
【0035】燃焼空気量又は乾燥火格子速度の補正はこ
れらの基準値に各々施す。基準値は、一般にはごみ投入
毎に決定されるが、これに限らず適宜定めた基準値であ
ってもよい。
【0036】補正を施された値が最終的な設定値で、燃
焼空気量設定値は燃焼空気量ダンパに出力され、乾燥火
格子速度設定値は乾燥火格子駆動装置に出力される。燃
焼空気量ダンパ及び乾燥火格子駆動装置はそれぞれの設
定値に従って燃焼空気量及び乾燥火格子速度を制御す
る。
【0037】供給空気量と排ガスO2 濃度とは常に測定
されており、上記の演算及び制御を数十秒〜数分の周期
で行うと、ごみの性状が短時間で変わり燃焼状態が変化
し始めても、直ちに修正される。このため、単位時間当
たりに発生する熱量が一定に保たれ、常に一定の蒸気発
生量を得ることができる。
【0038】次に、ごみの単位重量当たりの発熱量に基
づいて制御する場合について説明する。この場合は、供
給空気量と排ガスO2 濃度に加えてごみの供給量の測定
値から燃焼中のごみの単位重量当たりの発熱量を推定
し、これに基づいて乾燥火格子速度及び燃焼空気量を制
御する。測定値の入力から出力までのフローを図3に示
す。図中点線で囲った範囲が、燃焼制御手段15で行わ
れる発熱量の推定と補正演算までのフローである。
【0039】ごみ荷重計の測定信号はホッパへのごみ投
入時に採取し、O2 濃度計、燃焼空気流量計及び冷却空
気流量計の測定信号は、単位時間当たりの発熱量を推定
する場合と同様に、測定値を採取し各々平滑化する。そ
して計算されたこれらの測定値を用いて燃焼中のごみの
単位重量当たりの発熱量を算出する。算出は次のように
行う。
【0040】燃焼空気量をFDF冷却空気量をCDF、消費空
気量Va及び燃焼後ガス量とVgと排ガスO2 濃度[O2]との
関係は、時間当たり発熱量を推定する場合と同じで、
(1)式で表せる。
【0041】
【数7】
【0042】又、消費空気量Vaは、燃焼中のごみの単位
重量当たりの発熱量及びごみの供給量と比例関係にある
から、(8)式で記述される。但し、k3、k4は定数、Hu
は単位重量当たりの発熱量[kcal/kg] 、Grはごみの供給
量[t/h] である。
【0043】
【数8】
【0044】更に、燃焼後ガス量Vgも同様に燃焼中のご
みの単位重量当たりの発熱量及びごみの供給量と比例関
係にあるから、k5、k6を定数として、(9)式で記述さ
れる。
【0045】
【数9】
【0046】以上(1)式、(8)式及び(9)式か
ら,Va、Vgを消去し、Huについて整理すると、(10)
式が得られる。
【0047】
【数10】
【0048】この式を用いて、単位重量当たりの発熱量
Huを供給空気量FDFとCDF及び排ガスO2 濃度[O2]とから
推定する。
【0049】ごみの単位重量当たりの発熱量が得られる
と,これに基づいて燃焼空気量及び乾燥火格子速度の補
正値を計算する。前述した単位時間当たりの発熱量に基
づく場合と同様に、PID制御系を用いると、燃焼空気
量の補正値をΔA3 、乾燥火格子速度の補 値をΔA4
で表し、これらの補正値は(11)式及び(12)式で
求められる。
【0050】
【数11】
【0051】
【数12】
【0052】ここで、各々、m3,m4は比例ゲイン、T
i3 、Ti4 は積分時間、Td3 、Td4 は微分時間を表し、
sはラプラス演算子、Hu0 は単位重量当たりの発熱量の
目標値である。
【0053】これらの補正値で基準値を補正し設定値を
出力し、燃焼空気量及び乾燥火格子速度を制御する。
【0054】
【実施例】
実施例1 排ガスO2 濃度、燃焼空気量及び冷却空気量の測定値を
2秒間隔で採取し、各15個の測定値を平滑化して30
秒の周期でごみの単位時間当たりの発熱量を求め、燃焼
空気量及び乾燥火格子速度を制御した。(2)式に用い
た定数k1 は、0.0012[Nm3/kcal]、(3)式に用
いた定数k2 は0.0015[Nm3/kcal]である。(4)
式で得られた単位時間当たりの発熱量を図4に示す。
【0055】ごみの発熱量は、数時間にわたる長周期の
変動に分オーダーの短周期の変動が伴われていることが
判る。
【0056】実施例2 ホッパに投入されたごみ重量に加え、排ガスO2 濃度、
燃焼空気量及び冷却空気量の測定値を、実施例1と同
様、2秒間隔で採取し、各15個の測定値を平滑化して
30秒の周期でごみの単位重量当たりの発熱量を求め、
燃焼空気量及び乾燥火格子速度を制御した。(8)式に
用いた定数k3 は、7.45×10-4[Nm3/kcal]、k4
は1.086[Nm3/kg]であり、(9)式に用いた定数k5
は6.77×10-4[Nm3/kcal]、k6 は2.12[Nm3/k
g]である。
【0057】(10)式で得られた単位重量当たりの発
熱量を図5に実線で示す。なお、比較のために、従来例
として、炉体からボイラまでを一つの系として、30分
程度の一定時間の熱収支から計算した単位重量当たりの
発熱量を点線で示す。
【0058】発明の実施例2で得られた単位重量当たり
の発熱量は、単位時間当たりの発熱量と同様に、数時間
にわたる長周期の変動に分オーダの短周期の変動が伴わ
れているが、従来例の単位重量当たりの発熱量では、短
周期の変動は無視され長周期の変動しか把握されていな
い。
【0059】実施例1、実施例2及び従来例の制御を行
ったときの蒸気発生量を図6に示す。この発明では、蒸
気発生量は20t/h 〜21t/h の範囲内に維持されてい
たが、従来例では単位重量当たりの発熱量の変動に即応
した制御ができず、18t/h〜23.5t/h の範囲にわ
たって変動した。
【0060】炉内のごみ重量は、乾燥火格子速度や火格
子速度によって変動しないように制御できるが、ごみ質
即ち単位重量当たりの発熱量を制御することができな
い。従来例では、この変動する単位重量当たりの発熱量
を30分間程度は一定とみなしてごみ重量を計算し、こ
のごみ重量に基づいて制御を行うので、刻々と変化する
ごみ質の変動を制御に反映することができない。これに
対してこの発明ではごみ質の変動に合わせた制御が行わ
れるので、蒸気発生量は一層安定する。
【0061】
【発明の効果】以上のようにこの発明では、ごみ焼却炉
の排ガスO2 濃度と供給空気量とから、燃焼しているご
みの発熱量を推定し、この推定値に基づいて燃焼状態を
左右す送り込むごみ重量と燃焼空気量をこまめに制御す
る。このため、人為的にコントロールできないごみ質に
起因する発熱量の制御が行われるので、ごみ質が変動し
ても一定の蒸気発生量が得られる。よって、ごみの燃焼
エネルギを効率よく発電に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明の実施の形態を説明するためのごみ焼却炉
と制御系の概念図である。
【図2】発明の燃焼制御手段のフロー図である。
【図3】発明の別の燃焼制御手段のフロー図である。
【図4】単位時間当たりの発熱量を示すグラフである。
【図5】単位重量当たりの発熱量を示すグラフである。
【図6】蒸気発生量の変動を示すグラフである。
【符号の説明】
1 焼却炉 2 ホッパ 3a 乾燥火格子 3b 燃焼火格子 3c 後燃焼火格子 3d 乾燥火格子駆動装置 5 燃焼空気ファン 5a 燃焼空気ダンパ 5b 燃焼空気流量計 9 冷却空気吹き込み口 10 冷却空気ファン 10a 冷却空気ダンパ 10b 冷却空気流量計 11 蒸気流量計 13 ごみ荷重計 14 O2 濃度計 15 燃焼制御手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F23G 5/50 ZAB F23G 5/50 ZABR

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ごみ焼却炉に供給される空気量と排ガス
    2 濃度を測定し、これらの測定値を用いて炉内で燃焼
    しているごみの単位時間当たりの発熱量を推定し,この
    発熱量の推定値と目標値との差に基づいて燃焼空気量及
    び乾燥火格子速度の補正値を算出し、各々の補正値によ
    り燃焼空気量及び乾燥火格子速度を周期的に制御するこ
    とを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御方法。
  2. 【請求項2】 ごみ焼却炉に供給される空気量と、排ガ
    スO2 濃度と、ごみ焼却炉に投入されるごみ重量を測定
    し、これらの測定値を用いて炉内で燃焼しているごみの
    単位重量当たりの発熱量を推定し、この発熱量の推定値
    と目標値との差に基づいて燃焼空気量及び乾燥火格子速
    度の補正値を算出し、各々の補正値により燃焼空気量及
    び乾燥火格子速度を周期的に制御することを特徴とする
    ごみ焼却炉の燃焼制御方法。
JP30455796A 1996-06-21 1996-11-15 ごみ焼却炉の燃焼制御方法 Pending JPH1068514A (ja)

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JP30455796A JPH1068514A (ja) 1996-06-21 1996-11-15 ごみ焼却炉の燃焼制御方法

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