JPS602564B2 - 多段式焼却炉の燃焼制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、たとえば下水および民尿処理場内で発生する
脱水汚泥の焼却に多用される竪形の多段式焼却炉におけ
る燃焼制御方法に関するものである。

近年、下水および房尿処理場から発生する脱水汚泥の廃
棄場所の確保が困難になってきている。

そのため、脱水汚泥を減量化するために焼却処理するこ
とが多くなってきている。しかし多段式焼却炉において
、焼却する汚泥の性状が一定せず、加えて焼却量の変動
によって適正な運転の困難な場合が多い。たとえば複数
の処理場の脱水汚泥を搬入して焼却処理する場合や、将
来の焼却量の増大を見越して多段式焼却炉を建設した場
合や「休則こ脱水機を停止しかつ貯留した汚泥で低負荷
運転を継続したい場合などにおいては、処理される汚泥
の性状や焼却量は変化せざるを得ない。このような変化
に対して、従来では、特定の焼却段において予め設定さ
れた燃焼温度を保ちながら燃焼が行なわれるように、炉
内に供給する燃料または熱風量を調節している。したが
って、このような方法では焼却運転中に例えば焼却物の
水分含有率が増加したり、発熱量が低下した場合、燃料
または熱風量を増加させて炉上部の乾燥帯での乾燥を早
め、燃焼帯を所定の焼却段に保つ。しかし含水率が低く
発熱量の高い焼却物の場合や、焼却量の少ない場合のよ
うに、熱風をあまり必要としない場合においては、焼却
物が比較的上段の焼却段で焼却されるにもかかわらず、
焼却炉への燃料または熱風の供給が特定焼却段の温度を
設定値に保つように制御されるため、必要以上の燃料ま
たは熱風が供給され、燃料が無駄に消費される欠点があ
る。本発明は、焼却物の性状や焼却量の変化に対しても
適正な燃焼または冷却空気量を供給して、熱効率を向上
させる多段式焼却炉の燃焼制御方法およびその装置を提
供することを目的とする。

本発明は、複数の各焼却段に温度検出器を備え、そのう
ち最高温度を判別し、その最高温度の値を、炉内の燃焼
帯に送入する熱風量および２次空気の量を制御する調節
計に与えて、最高温度の値を一定に保つようにし、多段
炉の下部からは１次空気を吸引するようにしたことを特
徴とする多段焼却炉の燃焼制御方法である。第１図は、
本発明の−実施例の全体の系統図である。

竪形の多段式焼却炉１では、上から第１段目および第２
段目の焼却段２，３は乾燥帯４を構成し、第３、４、５
段目の焼却段５，６，７は燃焼帯８を構成し、上から第
６、７段目の燃焼段９，１０は冷却帯１１を構成する。
汚泥投入口１２から供給された脱水汚泥は、センタシャ
フト１３を介して藤駆動装置１４によって回転される掻
き寄せ装置１５によって、順次下段に移送される。炉１
に投入された脱水汚泥は、下段へ移行する間に、乾燥帯
４で乾燥し、燃焼帯８で燃焼し、冷却帯１１で灰の冷却
が行なわれ、冷却された灰は取出口１６から排出される
。排ガスは、炉亀の最上部に形成された排気口１７から
管路１８および制御弁１９を経て「ファン２０五こよっ
て誘引され、さらに湿式排ガス洗浄装置２１から煙突２
２に導かれる。センタシヤフト１３および掻き寄せ装置
１５は「藤冷ファン２３から供給される空気によって冷
却される。この冷却後の熱風は、湿式排ガス洗浄装置２
１からの排ガスと混合されて、白煙の発生が防止され、
煙突２２から同様にして排出される。炉１の下部には大
気より吸引される冷却または燃焼用空気（以下、１次空
気と言う）の取り入れ口２４が形成される。

この１次空気取り入れ口２４には、流量設定のためのダ
ンパ２５が設けられる。炉１の第１段目の焼却段２には
、排気口１７付近における圧力を検出するための圧力検
出器２６が設けられる。調節計２７は、この排気口１７
における圧力がたとえば一２土Ｑ仰り○の負圧に保たれ
るように制御弁１９の開度を制御する。ただし、０＜Ｑ
＜２である。たとえば前記圧力検出器２６による検出圧
力が高くなると、制御弁１９の関度が大きくされる。フ
ァン２０は、湿式排ガス洗浄装置２１による圧力損失に
起因して、排気ロー７付近の炉頂圧が大気圧よりも高く
なることを防ぐものである。このようにして炉項圧を大
気圧よりもわずかに低い負圧に保つことによってＬ炉内
への空気の漏れ込みをできるだけ少なくすることができ
る。燃焼帯８における焼却段５，６，７には、個別的に
温度検出器２９，３０，３１が設けられる。

温度検出器２９，３０，３１からの出力は、判別手段３
２に入力される。この判別手段３２は、複数の焼却段５
，６，７のうち、最高温度を有する焼却段を判別し、そ
の判別された燃焼段たとえば６の温度検出器３０の出力
を重油などの補助燃料量の制御弁３５、燃焼用空気量の
制御弁３７および冷却用２次空気量の制御弁３８を操作
する調節計３９の入力とする。すなわち、温度検出器２
９，３０，３１によって検出された温度のうち、最高温
度の値をＴＨとすると、判別回路３２によってこの値Ｔ
Ｈを調節計３９に与える。調節計３９は、この最高温度
の値ＴＨと、予め定めた基準温度Ｔ○（この値はたとえ
ば８０ぴ０）との偏差を演算し、この偏差に基づいて制
御弁３５，３７，３８の関度を制御する。第２図および
第３図に調節計出力パ−セントと、熱風送入量と、冷却
用空気の２次空気量との関係を示す。

図から判るように、調節計３９の出力が５０％を境にし
て零〜５０％の範囲では、熱風送入量が最小値に維持さ
れ、２次空気量は最小値から１００％と調節される。ま
た、出力が５０〜１００％の範囲では、前記とは逆であ
り、２次空気量が最小値に維持され、熱風送入量は、最
４・値から１００％に調節される。たてえぱ、最高温度
の値ＴＨが基準温度ＴＯよりも充分高く、たとえば９０
０午○程度であるとき、調節計３９の出力は、第２図お
よび第３図において、熱風送入量を減少させ、一方、２
次空気量を増大させる方向、すなわち５０％未満に調節
され、基準温度ＴＯになるように、制御される。

前記偏差が大きくなるにつれて、５０％から零％へ移る
。これとは逆に、前述の最高温度の値ＴＨが基準温度Ｔ
Ｏよりも充分下まわっていて、たとえば６００００程度
であるとき、熱風送入量を増加させる必要があるので、
調節計３９の出力は、５０％以上に調節される。前記偏
差が大きくなるにつれて５０％から１００％へ移る。こ
のようにして、３つの焼却段５，６および７のうち、最
高温度の値ＴＨとなっている焼却段５，６または７の前
記値ＴＨが、基準温度ＴＯに保たれるように、調節計３
９は、制御弁３５，３７，３８の関度を制御する。

もっと詳しく述べると、燃焼帯８における最下段である
焼却段７には、熱風炉３３から熱風が送入される。

熱風炉３３には、ポンプ３４から制御弁３５を介して重
油などの補助燃料が供給される。この補助燃料のための
燃焼用空気は、ファン４０から制御弁３７を介して熱風
炉３３に導入される。ファン４０からはまた、制御弁３
８を介して焼却段７に２次空気である冷却空気が送入さ
れる。調節計３９は、判別手段３２からの出力に応答し
て、制御弁３５，３７の関度を同時に調節するとともに
、制御弁３８の開度をも調節する。第２図は、調節計３
９の出力と熱風炉３３から炉１内への熱風の送入書との
関係を示すグラフであり、第３図は、調節計３９の出力
と炉１内へ供給される２次空気である冷却空気の送入量
との関係を示すグラフである。これらは相互に関連する
設定条件の一例であり、調節計３９の出力５０％の点を
安定目燃焼却の限界点とするように選定している。安定
目燃焼却範囲である調節計３９の出力が５０％未満の範
囲においては、炉１への熱風の送入が最小となり、出力
が低くなるにしたがって２次空気の送入量を増加する。
また助燃焼却範囲である調節計３９の出力が５０％以上
の範囲においては「炉１への２次空気の送入が最小とな
り、出力の増加にしたがって熱風の送入量を増加する。
焼却物の含水率が低い場合や、発熱量が高い場合のよう
に、熱風を殆んど必要とせず、いわゆる自ら燃える自燃
運転が可能な状態においては、最高温度を有する焼却段
は焼却段？から焼却段６または６へと上昇し、かつ燃焼
温度が上昇する傾向となるため、調節計３９の出力は５
０％未満となり、制御弁３５，３７が絞り込まれ、熱風
量は最小となる。一方、制御弁３８の開度が大きくされ
て、２次空気の送入量が増大する。逆に、焼却物の含水
率が高い場合や、発熱量の低い場合のように、熱風を多
く必要とするいわゆる助燃運転が必要な状態においては
、最高温度を有する焼却段は焼却段５から焼却段６また
は７へと下降し、かつ燃焼温度が低下する傾向となるた
め、調節計の出力は５０％以上となり、制御弁３５，３
７の開度が大きくされていき、熱風量が増大する。

一方、制御弁３８の開度が絞り込まれ、２次空気の送入
量は最小となる。また焼却物の含水率や発熱量の汚泥性
状の変化はなく「汚泥の焼却量が変化した場合も、最高
温度を有する焼却段５，６または７の上下の移動と、燃
焼温度の変化が起こるが、制御動作は同様であり、調節
計３９の出力は最高温度を有する焼却段の燃焼温度によ
って決まり、最高温度を有する焼却段５，６または７の
位置は汚泥の乾燥に必要な蒸発水量負荷で決まる。

ここでダンパ２５の開度は、焼却段７が最高温度を有す
るときの燃焼状態に「最適な値」に予め設定されている
。

ここで言うダンパ２５の開度の「最適値」と言うのは、
汚泥投入口１２から投入される汚泥の組成と投入量とに
よって予め計算上求められた理論空気量を目やすとし、
しかも燃焼管の最下段７の温度検出器３１による検出温
度が最高となる状態の得られる空気量がダンパ２５から
流入することができる関度を言う。ダンパ２５は、この
最適値の開度に保たれたままとされ、汚泥の組成が変化
したり、最高温度の焼却段が焼却段５または６に変化し
たりしても、ダンパ２５の開度は、前記最適値のままで
ある。なお、このとき前記最適値のままであるダンパ２
５を流れる１次空気の流量は、最高温度の焼却段５，６
または７が変化してドラフト効果が変化することに起因
して、変化することになる。焼却段５または６が最適温
度を有する場合には、焼却段７が最高温度を有る場合に
比べて、炉１内の平均ガス密度が高い。

ここで、炉内平均ガス密度とは、各段排ガス密度に各炉
床高さを乗じたものを合計した値を全炉高で除した値で
定義され、炉内平均ガス密度に全炉高を乗じた値に炉頂
圧力を加えた値が炉底圧力となる。一方、ガス密度は、
ガス温度（絶対温度）に反比例するため、燃焼段が上段
へ移行し、冷却段が増えるほど、炉内温度が低下し、炉
内平均ガス密度が増大し、炉底圧力が増大する結果とな
る。したがって焼却段１０‘こおける圧力が上昇し、冷
却または燃焼用空気取り入れ口２４からの吸引空気量が
減少する。このような低負荷運転時には、乾燥段が減少
するため、焼却段５または６が最高温度を有し、冷却段
が増大する。一方、センターシャフト１３および炉壁か
らの放熱量は、炉内温度に比例するため燃焼段の上昇に
よる冷却段の増大は、放熱量を減少させる結果になる。
また、冷却または燃焼用空気量が上述のごとく減少する
。過剰な空気は、炉の熱収支の観点から見れば「一種の
冷却材であり、これを燃焼温度まで高めるには、余分の
燃料が必要であり、さらには排ガス量の増大による設備
費および維持管理の増大など、大きな不利益をもたらす
。

本発明によれば、燃焼温度を制御すべき段を固定せず、
燃焼段の上下移動を効果的に利用して熱風量を調整して
いる。そのため、従来方式、すなわち焼却段７を燃焼温
度を制御すべき段として固定し、燃焼空気を長下段から
のみ一定量で押込み送風する従来技術の方法と比較して
、本発明では過剰空気が低減され、総合空気比が低減さ
れ、排ガス量の低減をもたらすことになる。したがって
熱収支が改善され、熱風炉３３から炉１への熱風の熱風
送入量を最小限にすることができる。焼却物の含水率が
低い場合や発熱量が高い場合には、熱風を必要とせず、
自燃運転が可能である。自燃運転を継続する場合には、
熱風炉のバーナを消火するため燃焼帯へ直接供給される
２次空気によって燃焼温度は制御される。このとき、熱
風炉３３からの熱風の発生を停止するために制御弁３５
，３７を閉止するので、急激な熱バランスの変化に対応
できる状態となることが必要である。本発明にしたがえ
ば、自燃運転が可能な場合には、調節計３９の出力は５
０％未満で、熱風炉３３からの熱風量は最小となり、２
次空気量が調節計３９の出力の減少に伴って増大する。
したがって円滑な自燃運転への移行と、その自燃運転の
継続が可能になる。なお、本発明は上述の実施例に限定
されるものではなく、適宜に構成を変更することができ
、燃焼温度の判別手段３２による逐次追跡制御機能と、
炉内平均ガス密度の変化を利用した１次空気量の制御機
能を有する構成であれば、本発明に含まれることを付言
する。

また熱風炉３３を設ける代り‘こ、炉１にバーナを装着
してもよいことは勿論である。第４図に本発明の実験結
果を示す。

縦軸に温度が、機軸に時刻が２独特間制で示されている
。自燃運転を行なうために１７時においては熱風炉３３
から炉１への熱風の送入を停止すると、焼却段２，３，
５，６，７，９，１０の温度は曲線１２，ｉ３，１５，
１６，１７，１９？ １１０のごとくそれぞれ変化する
。こうして、低負荷運転時における自燃運転が熱風炉３
３からの熱風の発生を停止させるだけで、円滑に移行す
る。第４図示の実験結果では、第４段目の焼却段６が最
高温度を有して燃焼が制御されている。．またこの実施
例によれば、従釆から困難であった低負荷運転が可能と
なり、焼却スケジュールの調整が計画的に行なうことが
でき、炉内温度の昇降頻度を少なくでき、効率良い運転
ができる。「以上のように本発明によれば、多段式焼却
炉の下部に大気からの１次空気取入口を設け、上部に排
気口を設け、この排気口付近が予め定めた負圧となるよ
うに排ガス流量を制御するようにしたの■で、負荷が小
さくなって燃焼帯の最高温度を有する焼却段が上昇する
と、冷却段がふえ、すなわち炉内の平均ガス密度が増大
し、炉頂圧力が増大するので、ドラフト効果が減少して
ゆき、１次空気収入口からの１次空気量が減少する。

これによって炉内に冷却材となる過剰な１次空気が送入
されることはなく、熱風量を低減することが可能になる
。従来では、多段式焼却炉の灰冷却帯からのみ必要理論
空気量の２〜４倍量の一定空気を送入しているので、負
荷が下ったときにおける熱収支が悪化する。本発明はこ
のような先行技術の問題を解決する。また本発明では、
複数の焼却段における最高温度が上ったとき、燃焼帯に
送入する２次空気量を増加しかつ熱風量を減少し、これ
とは逆に最高温度が下ったとき２次空気量を減少しかつ
熱風量を増加するようにしたものであって、換言すると
「最高温度が下ったにも拘らず２次空気量を依然として
一定流量で供給し続けるものではない。

このため過剰な２次空気が冷却材として働くことが防が
れ、熱収支を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体の系統図、第２図およ
び第３図は調節計３９の動作を説明するためのグラフ、
第４図は本発明の実験結果を示すグラフである。 １……多段式焼却炉、２，３，５，６，７，９，ＩＱ・
・…・焼却段、４……乾燥帯、８……焼却帯ｔ ｌ】…
…冷却帯〜 １７・…・・排気口、１９，３５ｉ，３７
，３８・・・・・〇缶９御弁、２４・・・・・・１次空
気取り入れ口「 ２６・・…・圧力検出器、２７，３９
……調節計、２９，３０，３１・・・・・・温度検出器
、３２…・・・判別手段、３３…・・・熱風炉。 第１図 第２図 第３図 図 寸 球

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 下部に大気からの１次空気取入れ口を有する多段式
   焼却炉の上部に形成された排気口付近の圧力が予め定め
   た負圧となるように排ガス流量を制御し、燃焼帯に複数
   の焼却段を備え、その燃焼帯に２次空気および熱風を送
   入することができる構成とし、前記各焼却段にそれぞれ
   設けられた温度検出器からの出力によって最高温度を判
   別し、この最高温度が上ったとき２次空気量を増加し、
   かつ熱風量を減少し、最高温度が下ったとき２次空気量
   を減少し、かつ熱風量を増加して前記最高温度が一定に
   なるように制御することを特徴とする多段式焼却炉の燃
   焼制御方法。