JPS6026932B2 - 多段焼却炉の燃焼制御法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は下水汚泥等の可燃物を多段焼却炉を用いて焼却
処理するに際し少ない燃料使用量で効率的に焼却処理す
る多段焼却炉の燃焼自動制御法に関するものである。

汚泥の焼却処理の主要な目的は、脱水ケーキ中の可燃物
や水分を除去して減量化すること（即ち、灰化すること
）と無害化することにあるが、近年、埋め立て用地の確
保が困難であること、から最悪の場合でも焼却灰中に末
燃物を残さないように灰化するとともに、省ヱネルギー
の面からより少ない燃料により焼却処理することを要求
されている。

一般に下水汚泥等の可燃物の焼却処理に際しては供給さ
れる脱水ケーキのケーキ量、ケーキ水分、ケーキ形状、
ケーキ中の可燃物量、可燃物の発熱量、可燃物の炉内燃
焼帯における滞留時間、等はかなり変動する。

そして、これらの各要因が少しずつ変動しても全体の燃
焼条件としてはかなりの変動となり、燃焼条件の良い時
、すなわち、ケーキ量およびケーキ水分が少なく可燃物
含有量が多い時と、その逆の燃焼条件の悪い時とでは、
焼却に必要な熱量は少なくとも１．２〜１．３音変動す
る。

ところが、従来の燃焼制御法は、汚泥性状の変動に合わ
せて灰化したか否かを見極めながら燃焼制御するもので
はなく、焼却灰中に未燃分が残らないようにある燃焼帯
の温度を予め予備実験等により設定し、その燃焼帯の温
度を温度検知器で検出してその検出温度を設定温度に一
致するように制御することにより燃焼制御する方法であ
る。

従って、燃焼条件が良い時には燃焼帯の上部で燃焼が完
了してしまっているのに、燃焼帯の下部に不必要な燃料
を供給することとなり、反対に燃焼条件が悪い時には燃
焼帯のみでは燃焼が完了せず冷却帯にまで燃焼が遅れる
こととなり、このような場合には焼却灰中に未燃物が残
留することとなる。従って、従来の燃焼制御方法では、
最悪の場合でも焼却灰中に未燃物を残さないように焼却
処理ができるよう、前記各要因が変動しても完全焼却で
きるよう定常状態である時の最適燃焼温度よりもたとえ
ば、５０〜１００ｑｏ程度高い設定温度を設定（たとえ
ば、７５０〜８００ｑｏ）しているため、各要因の定常
状態での最適燃焼に必要な燃料量よりも燃料量が１０〜
１５％多く必要となり、省エネルギー、省資源の面より
好ましいものではなかった。

また、前記のような多段焼却炉の焼却処理方法において
、乾燥帯より排出された高温排ガスと燃鱗帯に循環導入
するとともに、炉内温度に応じて循環排ガス流量を制御
して炉内温度を一定温度に維持する多段焼却炉の燃焼制
御法も知られている。この燃焼制御法は前記の制御法に
比べれば、高温排ガスを循環使用している点でエネルギ
ーをより有効に利用しているものであるが、しかしなが
ら前述の場合と同様に設定温度が最適燃焼温度より高目
に設定されているものであるので、焼却にともなう燃料
使用量がまだまだ多いものであり、省資源、省エネルギ
ーの面では不十分な燃焼制御法である。本発明の燃焼制
御方法は従来のこのような欠点を解消するためになされ
たものであり、少ない燃料使用量で効率的に焼却処理す
る方法であり、多段焼却炉の燃焼帯の温度を検知する第
１の温度検知器と、この第１の温度検知器に接続した温
度設定調節計と、この温度設定調節計に制御される燃料
制御弁により供給燃料の制御をされるバーナとをもった
温度制御系と、循環ガス制御弁と循環ガス量設定調節計
とを少くとももった排ガス循環系とを具備する多段焼却
炉であって、前記多段焼却炉の燃焼帯の温度を検出し、
これを温度設定調節計の設定温度と比較し、該検知温度
が設定温度に一致するように前記バーナえの供給燃料量
を増減して炉内温度を一定温度に自動制御する多段焼却
炉の燃焼制御方法において、前記第１の温度検知器とは
異なる第２の温度検知器を燃焼帯の下方部の特定段に少
くとも１個又は複数個設置し、該第２の温度検知器によ
り検知された特定段の燃焼帯下部温度又はその比較演算
値と、燃焼帯の最下段において、燃焼が完結するよう予
め設定された基準温度とを比較し、その温度差の差に応
じた循環ガス量設定補正信号により前記循環ガス量設定
調節計の設定流量を一定時間毎に変更する多段焼却炉の
燃焼制御方法である。

本発明の他の目的とする所は、多段焼却炉の燃焼帯の温
度を検知する第１の温度検知器と、この第１の温度検知
器に接続した温度設定調節計と、この温度設定調節計に
制御される燃料制御弁により供給燃料の制御をされるバ
ーナとをもった温度制御系と循環ガス制御弁と循環ガス
量設定調節計とを少くとももった排ガス循環系とを具備
する多段焼却炉であって、前記多段焼却炉の燃焼帯の温
度を検出し、これを温度設定調節計の設定温度と比較し
、該検知温度が設定温度に一致するよう前記バーナえの
供給燃料量を増減して炉内温度を一定温度に自動制御す
る多段焼却炉の燃焼制御方法において、前記第１の温度
検知器とは異なる第２の温度検知器を燃焼帯の下方部の
特定段に少くとも２個設置し、該２個の第２の温度検知
器により検知された燃焼帯下部の温度差と、燃焼帯の最
下段において、燃焼が完結するように予め設定された基
準温度差とを比較し、その温度差に応じた循環ガス量設
定補正信号により前記循環ガス量設定調節計の設定流量
を一定時間毎に変更する多段焼却炉の燃焼制御方法であ
る。

すなわち本発明は燃焼の良否が乾燥の良否を左右すると
いう関係にもとづいて、循環ガス流量を変更することに
より乾燥度を調節し燃焼を燃焼帯の最下段において常に
一定量燃焼させるとともに燃焼を完結させる燃料使用量
の少ない燃焼制御法である。

本発明の更に詳しい構成を一具体例に示す第１図に基づ
いて説明すれば、多段焼却炉１の頂部には可燃物投入口
２が又底部には灰分排出口３がそれぞれ設けられ、さら
に炉頂の排ガス排出口４より排出される排ガスの一部は
排ガス循環ファン５、循環ガス制御弁６および循環ガス
流量計７および管８ａ，１０ａ等を通って多段焼却炉１
の下部の冷却帯８および／又は燃焼帯１０‘こ循環導入
されるようになっている。

そして多段焼却炉１内の乾燥帯９に続く燃焼帯１０の好
ましくは複数段に、熱風発生炉１１で発生された熱風が
管１１ａ，１１ｂを通り導入されるようになっている。
この熱風発生炉１１は燃料ポンプ１２によって送られる
燃料が、燃料制御弁１３および燃料流量計１４を通って
バーナ１５で燃焼され高温の熱風が発生するものである
。このような、装置において、焼却灰中に未燃分が残ら
ないように予じめ設定した設定温度、たとえば７５０ｑ
ｏが温度設定調節計１７に設定指示され温度検知器１６
での検出温度が設定温度に近付くように、燃料量が燃料
制御弁１３により制御されて、自動的に炉内の温度が制
御される。

一方、第２の温度検知器１８ａにより検知された温度（
たとえば、５２０００）と第２の温度検知器１８ｂによ
り検知された温度（たとえば、４８０℃）との間の温度
差（この場合には、４０午○）を検知する温度差検知器
１９よりの信号が比較設定器２０に導入される。

そして、比較設定器２０には定常状態時の、燃焼帯の技
下段において燃焼が完結するように予め設定された基準
温度差が設定記憶されている。

そして、１８ａと１８ｂとの温度差（この場合は４０℃
）と基準温度差（たとえば５び０）とが比較設定器２０
で比較演算される。この比較設定器２０よりの信号は循
環ガス量設定調節計２１の循環ガス流量設定値を変更し
これにより循環ガス制御弁６を制御して循環ガス流量を
変更する方法である。

従って循環ガス量は該循環ガス量設定調節計２１によっ
て調節された所定量が冷却帯８又は／および燃隣帯１０
に導入される。上記の例でいえば、第２の温度検知器１
８ａ，１８ｂにより検知された温度差（４０℃）は基準
温度差（５び０）よりも小さい。

このような場合には、燃焼帯の比較的上段側で燃焼が完
結していることを示すこととなる。そして、比較設定器
２０よりの設定補正信号２２が一定時間たとえば１０〜
６０分毎、好ましくは３０分毎に、循環ガス量設定調節
計２１に導入され、循環ガス流量計７のフィードバック
信号に左右されることなく、優先して循環ガス流量設定
調節計２１の循環ガス流量設定値を減少させ、これによ
り循環ガス制御弁６を制御して循環ガス流量を減少させ
る。このようにすると循環ガス量の減少にともなって炉
内温度が高目となるので燃焼帯の温度設定調節計１７の
設定温度より幾分高目の温度（たとえば７１び０）が温
度検知器１ ６により検出される。

このようにすると炉内温度設定調節計１７によって燃料
制御弁１３が少し閉じられるので燃料量がいまられ熱風
発生炉１１より発生全熱量が減少される。従って熱風発
生炉１１より燃焼ガス発生量の減少と前記循環ガス量の
減少により焼却炉内の貫流ガス総量は減少する。このよ
うになると乾燥帯９での可燃物の乾燥度が低下し、燃焼
帯１０での燃焼が燃焼帯の前半のみで完結することなく
、燃焼帯後半の各段でも適正燃焼するようになる。また
、たとえば基準温度差５０ｑ Ｃに対して第２の温度検
知器１８ａ，１８ｂで検知された温度差が６０午０であ
るような場合には燃焼帯の最下段で基準以上の燃焼が行
なわれていることを意味するので、このような場合には
、循環ガス流量設定調節計２１の循環ガス流量設定値を
増加して、これにより循環ガス制御弁６を制御して循環
ガス流量を増加させる。このようになると循環ガス量の
増加にともなって炉内温度が幾分低下するので燃焼帯の
温度検知器１６には温度設定調節計１７の設定温度より
低温の温度が検知される。このようになると温度設定調
節計１７によって燃料制御弁１３を開くように働くので
燃料量が多くなり熱風発生炉１１よりの発生全熱量およ
び燃焼ガス発生量が増大する。従って循環ガス量の増加
とそれにともなう燃焼ガス発生量の増加により、焼却炉
内の貫流ガス総量は増加する。このようになると風のあ
る日には洗濯物がよく乾くのと同じ原理によって投入可
燃物の乾燥度が向上し、燃焼帯１０における燃焼は促進
され燃焼帯１０の前半でも薄正燃嫌をするようになるの
である。次に、第２の温度検知器１８が１個の場合につ
いて説明すると、燃焼帯上方部に設けられた第１の温度
検知器１６とは異なる１個の第２の温度検知器１８ａの
みが燃焼帯１０の投下段すなわち第１図の場合は９段目
に設けられている。

そして、１個の第２の温度検知器１８ａにより検知され
た温度が例えば、５３０℃である場合には、比較設定器
２川こおいて比較設定器２０に予め設定記憶されている
定常状態時の燃焼帯の技下段において燃焼が完結すると
きの該燃焼帯の温度（たとえば５５０ｑｏ）と比較演算
がなされ、この比較設定器２０よりの信号が循環ガス流
量設定調節計２１の循環ガス流量設定値を変更して、こ
れにより循環ガス制御弁６を制御して循環ガス流量を変
更する方法である。

上記の例でいえば、第２の温度検知器１８ａにより検知
された温度（５３び０）は基準温度（５５０℃）より低
いので燃焼が早く進み気味であると判断し、循環ガス流
量設定調節計２１の循環ガス流量設定値を減少させて、
これにより循環ガス制御弁６を制御して循環ガス流量を
減少させる。

この結果、前述したように、検知温度が上昇し燃料量が
いまられる。さらに、第２の温度検知器１８が１つの他
の場合について説明すると、前記と同機に設定調節計１
７の設定温度を７５０ｑｏとし、温度検知器１８ａの基
準温度を５５０℃とした時、温度検知器１ ８ａの検知
温度が６００ｑｏであったとする。このような場合には
温度検知器１８ａの検知温度（６０ぴ０）が基準温度（
５５０ｑ○）よりも高いことを示す第２の信号から燃焼
が若干遅れ気味であると判断し、循環ガス流量設定調節
計２１の循環ガス流量設定値を増加して、これにより循
環ガス制御弁６を制御して循環ガス流量を増加させる。

この結果前述したように、検知温度が下降し燃料量が増
加する。次に、第２の温度検知器１８が１段または複数
段の円周方向、上下方向や深さ方向に離れて２個以上あ
って、それらの温度から適宜選択するか、それらの温度
から演算することによって得られた代表温度に応じて設
定温度を変更する場合について説明すると、例えば温度
検知器１６とは異なる複数個の第２の温度検知器１８ａ
，，１８ａ２，１８ａ３，１８ａ４を燃焼帯下部に、例
えば円周方向に設け、前記と同様に温度検知器１６の最
初の設定温度を７５０『Ｃとし、第２温度検知器１ ８
ａ，，１ ８ａ２，１８ａ３，１８ａ４の基準温度を例
えば５５０ｑｏとし、第２の温度検知器１８ａ，，１８
ａ２，１８ａ３，１ ８ａ４により検知された温度が５
３０ｑｏ、５３５ｑｏ、５２５ｑＣ、５３０ｏｏである
場合にはこれらの温度から演算した平均温度５３び○を
第２の温度検知器により得られた代表温度とし、この温
度と比較設定器２川こ設定されている基準温度５５００
０とが比較演算され、基準温度５５０００に対して検出
温度５３０００がこのように低い場合には、燃焼帯の比
較的上段の方で燃焼が進行していることを現わすことと
なるので、設定温度をさげる設定温度補正信号２２を比
較設定器２０より温度設定調節計１７にに送ることとな
る。

この場合も、比較設定器２０より設定温度を変更する設
定温度補正信号２２は、１０〜６び分毎、好ましくは３
０分毎に１回温度設定調節計１ ７に導入され、設定温
度を変更することとなる。

反対に、基準温度に対して第２の温度検知器の検出温度
が高い場合には、燃焼が遅れ気味であり、灰分中に未燃
分が残る危険性があるので前記のとおり設定温度を多少
高くする方向に変更するものである。

なお、上記具体例においては第２の温度検知器１８ａ，
，１８ａ２，１８ａ３，１８ａ４を周囲方向に４個設け
たが、例えば９段と上下、方向に設けても、深さ方向（
炉壁から中心へ向かう方向）に設けてもよいのであり、
炉内各段の雰囲気が均一な場合には、第２の温度検知器
の数は少なくとも１個あればよい場合もあるのである。

さらに、上記具体例においては、第２の温度検知器１８
ａ，，１８ａ２，１８ａ３，１８ａ４により得た４つの
温度から演算して得た平均値を代表温度としたが、ある
演算式中に上記温度を入力して代表温度を求めてもよい
し、ハィセレクターにより燃焼帯に下部の最高温度を選
択して代表温度としたり、ローセレクターにより燃焼帯
下部の最低温度を選択して代表温度としたりしてもよい
のである。要するに第２の温度検知器により検知された
燃焼帯下部温度から得られた代表温度と基準温度とを比
較し、その温度差に応じて循環ガスの設定流量を変更す
るのが後者の方法であるがこの場合、第２の温度検知器
により検知されたただ１個の燃焼帯下部温度を代表温度
とするよりも、複数個の燃焼帯下部温度から選択したり
演算したりして得られた温度を代表温度とする方が、汚
泥性状、処理量や燃焼条件により炉内雰囲気が変動する
汚泥の多段焼却炉においては、一般により厳密な燃焼制
御が出来、省エネルギーが達成出来るのである。

多段焼却炉の主部から供給された汚泥が各段で櫛歯状羽
根によりかき寄せられながら次第に下方へ落下し乾燥、
燃焼して下部から排出される燃焼灰と、下部から供給さ
れる空気や循環排ガスとのバランスによ・つて決定され
る汚泥の燃焼速度によって設定温度を変更するものであ
るので、汚泥性状によっては第一発明の方法では充分に
燃焼制御することが出来ない汚泥に対してもより厳密な
燃焼制御をすることが出来、より以上の省エネルギーを
図ることが出釆るのである。

このように、本発明の燃焼制御法によれば、燃焼帯の最
下段付近で燃焼が完結したか否かを第２の信号によりチ
ェックし、この設定補正信号２２によって循環ガス量設
定調節計２１の循環ガス流量設定値を変更し、循環ガス
流量を変更し、それにより燃焼量の制御を行なうので、
従来のような汚泥性状の変動に対処するため、安全率を
高くとって、設定温度をかなり高めに常時設定して直〈
必要がなく、かつ供給汚泥の性状変更に対応して適切な
燃料量の制御が行なわれるから過剰の燃料を供Ｖ給して
焼却処理する必要はなくなり、省エネルギー、省資源の
面より極めて好ましいものであって、その省エネルギー
効果は、汚泥性状、処理童等により異なるが、本発明法
により下水汚泥を処理した場合には約１０〜１５％の燃
料を節減することができる。

上記具体例においては、第２の温度検知器１８を２個設
け、一方の温度検知器１８ａを燃焼帯１０の投下段に他
方の温度検知器１８ｂを冷却帯８にそれぞれ設定したが
必ずしも燃焼帯１０の最下段に冷却帯８の設置しなくて
も燃焼帯１０下部の特定段のみに１個設けても勿論よい
ものである。

然しながら基準温度又は基準温度差が燃焼帯１０の最下
段で燃焼が行われ、かつその段で燃焼が完結するよう予
め設定されたものであるので第２の温度検知器１８は燃
焼帯１０の最下段に設けるのが最も効率的な焼却処理の
ために有効である。従って、多段焼却炉１の頂部の可燃
物投入口２より投入された下水汚泥等の可燃物が炉内の
乾燥帯９で乾燥され温度設定調節計１７によって予め設
定をされて所定温度に保持されている燃焼帯１０に至っ
て可燃物が焼却される。そして本発明において最も大切
なことは比較設定器２０１こ予め設定しておく基準温度
、若しくは基準温度差を予め予備実験によって求めるこ
とであり、それは可燃物の性状が変化しても常に可燃物
の一定量すなわち少なくとも５〜２０％が燃焼帯１０の
最下段において燃焼し、かつその段で燃焼が完結する温
度又は温度差でなければならない。

ただしこの値は予備実験によって比較的簡単に求めるこ
とができるものである。また第２の温度検知器１８を２
個設け、その内少なくとも一方を冷却帯８に設置する場
合においては、冷却帯８の温度はほぼ一定温度に冷却保
持されていることが大切である。

なお循環ガス流量の変更疹正は１び分間〜１時間以内の
一定時間毎、例えば３０分に１回の割で変更することが
よい。この間隔が余り短いと常に燃焼状態が変動してい
るので余り好ましくない。本発明は以上述べた通り、多
段焼却炉内に温度制御用の燃焼帯の温度検知器１６とは
異なる第２の温度検知器を燃焼帯の下方部の特定段に少
なくとも１個以上設け、その第２の温度検知器によつて
検知された温度又は温度差と予め設定された燃焼帯の最
下段において常に可燃物の一定量が燃焼しかつその段で
可燃物の燃焼が完了することに対応する基準温度又は基
準温度差との差を求め、その差に応じて循環ガス流量を
一定時間毎に修正変更して常に最低の燃料使用量で最も
経済的な焼却処理ができる燃焼制御方法である。

従って、可燃物の性状が変動しても、それに応じた効率
的な焼却処理ができるものであり、特に焼却処理に必要
な燃料量を最少限に調節維持できる方法であって既存の
多段焼却炉への応用も簡単にできるものであり、下水汚
泥等の焼却処理のために多段焼却炉の燃焼制御法として
極めて有用な方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃焼制御方法を用いた焼却装置の一具
体例を示す説明図である。 １・…・・多段焼却炉、２・・・・・・可燃物投入口、
３・・・・・・灰分排出口、４・・・・・・排ガス排出
口、５・・・・・・排ガス循環ファン、６・・・・・・
循環ガス制御弁、７……循環ガス流量計、８・・…・冷
却帯、９・・…・乾燥帯、１０…・・・燃焼帯、１１・
・・・・・熱風発生炉、１２・・…・燃料ポンプ、１３
・・・・・・燃料制御弁、１４・・・・・・燃料流量計
、１５・・…・バーナ、１６・・・・・・温度検知器、
１７・…・・温度設定調節計、１８，１８ａ，１８ｂ・
・・・・・第２の温度検知器、１９・・・・・・温度差
検知器、２０…・・・比較設定器、２１・・・・・・循
環ガス量設定調節計、２２・・・・・・循環ガス量設定
補正信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多段焼却炉の燃焼帯の温度を検知する第１の温度検
   知器と、この第１の温度検知器に接続した温度設定調節
   計と、この温度設定調節計に制御される燃料制御弁によ
   り供給燃料の制御をされるバーナとをもつた温度制御系
   と、循環ガス制御弁と循環ガス量設定調節計とを少なく
   とももつた排ガス循環系とを具備する多段焼却炉であつ
   て、前記多段焼却炉の燃焼帯の温度を検出し、これを温
   度設定調節計の設定温度と比較し、該検知温度が設定温
   度に一致するよう前記バーナへの供給燃料量を増減して
   炉内温度を一定温度に自動制御する多段焼却炉の燃焼制
   御方法において、前記第１の温度検知器とは異なる第２
   の温度検知器を燃焼帯の下方部の特定段に１個又は複数
   個設置し、該第２の温度検知器により検知された燃焼帯
   下部温度から得られた代表温度と、燃焼帯の最下段にお
   いて燃焼が完結するよう予め設定された基準温度とを比
   較し、その温度差に応じた循環ガス量設定補正信号によ
   り前記循環ガス量設定調節計の設定流量を一定時間毎に
   変更することを特徴とする多段焼却炉の燃焼制御方法。 ２ 第２の温度検知器は燃焼帯の最下段の温度を検知す
   る特許請求の範囲第１項に記載の多段焼却炉の燃焼制御
   方法。３ 多段焼却炉の燃焼帯の温度を検知する第１の
   温度検知器と、この第１の温度検知器に接続した温度設
   定調節計と、この温度設定調節計に制御される燃料制御
   弁により供給燃料の制御をされるバーナとをもつた温度
   制御系と、循環ガス制御弁と循環ガス量設定調節計とを
   少なくとももつた排ガス循環系とを具備する多段焼却炉
   であつて、前記多段焼却炉の燃焼帯の温度を検出し、こ
   れを温度設定調節計の設定温度と比較し、該検知温度が
   設定温度に一致するように前記バーナへの供給燃料量を
   増減して炉内温度を一定温度に自動制御する多段焼却炉
   の燃焼制御方法において、前記第１の温度検知器とは異
   なる第２の温度検知器を燃焼帯の下方部の特定段に少な
   くとも２個設置し、該２個の第２の温度検知器により検
   知された燃焼帯下部の温度差と、燃焼帯の最下段におい
   て燃焼が完結するよう比較設定器に予め設定された基準
   温度差とを比較し、その温度差の差に応じた循環ガス量
   設定補正信号により前記循環ガス量設定調節計の設定流
   量を一定時間毎に変更することを特徴とする多段焼却炉
   の燃焼制御方法。 ４ 一対の第２の温度検知器の一方を燃焼帯最下段に設
   置し他方を冷却帯に設置して、第２の温度検知器間で両
   段の温度差を検知する特許請求の範囲第３項記載の多段
   焼却炉の燃焼制御方法。