JPS6038610B2

JPS6038610B2 - 焼却炉の自動制御方法

Info

Publication number: JPS6038610B2
Application number: JP5381881A
Authority: JP
Inventors: 充幸西原
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1981-04-09
Filing date: 1981-04-09
Publication date: 1985-09-02
Also published as: JPS5782609A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、都市廃棄物の焼却炉を操業する際に、常時適
正な燃焼状態を維持し且つＮ○×の発生を極力防止し得
るように改善された自動制御方法に関するものである。

尚本明細書において使用する用語の幾つかについては、
夫々次に述べる意義を有するものとする。「最適な燃焼
状態」とは、所定量のごみを、所定の空気過剰率下で、
７００〜９５０００の条件下に燃焼させた場合に、燃焼
帯では炎が連続して維持されると共に後燃焼帯に至って
鎮火している様な状態が、時間的に連続している状態を
意味する。

「適正な燃焼状態」とは、上記の最適燃焼状態が一時的
にくずれることはあっても、又該最適燃焼状態を維持す
る為の温度条件や空気量条件に一時的な変動があっても
、速やかに回復されて元の状態に戻る様な燃焼状態を意
味する。「不適正な燃焼状態」とは、上記最適燃焼状態
のくずれや条件の変動が回復されずに継続している状態
を意味する。

都市廃棄物の焼却では、投入される被燃焼物の組成及び
カロリーの変動が著しく、その燃焼管理は、管理者が常
時或は定期的に燃焼状態を観察しながら、長年の経験を
基にして燃焼用空気量、炉内雰囲気冷却用空気量、被燃
焼物の投入量や送り速度或は肋燃材量等をその都度適宜
に調整する方法が採用されている。

しかし都市廃棄物自体のカロリーは低いもので５００Ｋ
筋１／ｋｇ、高いものでは２０００舷１／ｋ９にも達す
ることがあり、４倍程度のカロリーの変動がみられるこ
ともいまいまあり、たとえ焼却炉の操業に精通した者で
あっても、これらカロリーの大幅変動に応じて最適の措
置を施こすことは極めて困難である。また通常の焼却炉
では多少不適切な措置を施こしても外観上の燃焼状態に
顕著な変動はみられず、熟練者といえども不適正な燃焼
状態を見過ごすことも多い。その結果灰の中の多量の未
燃焼物が混入して臭気公害を招いたり、或は排ガス公害
を招くことが指摘されている。一方焼却炉を設計する際
には、被燃焼物の大幅なカロリー変動に対処するため、
通風設備は高カロリー時の最大容量に設定し、燃焼設備
は低カロリー時の最大能力に設定しており、操業時には
一定の余裕率を見越した条件を設定し、通風量を若千過
剰気味にまた燃焼温度を若干高いために設定して操業す
るのが適例である。

ところが余裕率を見越した条件を設定すると被燃焼物を
完全燃焼させる立場からすれば極めて好都合であるが、
最近特に問題にされているＮ○×発生防止の立場からす
ると極めて不都合である。

即ちＮ○ｘは空気過剰係数が高くなるに従って増大し、
また燃焼温度が高くなるに従って増大するから、Ｎ○×
低減の目的を達成しつつ適正な燃焼状態を維持するため
には、被燃焼物の組成やカロリーに応じた最善の燃焼条
件を設定する必要がある。しかし、従釆の焼却炉操業時
における燃焼条件の設定は、先に述べた如く炉管理者の
経験と勘に頼っているのが通例であるから、大幅なカロ
リーの変動がある都市廃棄物焼却炉において、常時最適
の燃焼状態を維持することは実際上不可能である。

その結果、焼却炉管理者に相当の肉体的、精神的負担を
課しているにも拘らず、適正な燃焼状態を維持しつつＮ
○×等の公害を解消することは困難なこととされていた
。本発明者等は前述のような事情に着目し、焼却炉内の
燃焼状態を、被燃物の投入量や送り速度、燃焼用空気量
及び炉内雰囲気冷却用空気量、助燃材量等の燃焼要素、
及び排ガスの温度、水分量、炭素量等の分析値を基にし
て自動的且つ正確に把握し、その結果に基づいて随時最
適燃焼状態が得られるよう操業条件を自動制御すること
ができれば、前記難点が解消され同時に省力化が達成で
きるという着想を得た。

本発明はこのような着想に基づき、これを実操業に適用
可能にすべく鋭意研究の結果なされたものであって、そ
の構成とは、１：焼却炉操業時における燃焼要素のう
ち、■ 被燃焼物投入量、助燃材量及び排ガス炭酸ガス
量から被燃焼物の可燃炭素量を、■ 被燃焼物投入量、
排ガス水分量、燃焼用空気量及び炉内雰囲気冷却用空気
量から被燃焼物の水分量を、＠排ガス量、排ガス温度
、数燃材量、燃焼用空気量及び炉内雰囲気冷却用空気量
から被燃焼物の発生熱量を、■ 前記■で求めた可燃炭
素量から可燃水素量を、夫々算出し、Ｄ：前記１で算出
された分析値から被燃物の質を推定し、ｍ：予め設定さ
れた、被燃焼物の質に応じた最善の炉操業条件則ち燃焼
用空気量、被燃焼物送り速度、炉内雰囲気冷却用空気量
及び助燃材量と、実操業の条件を比較演算し、Ｗ：前記
ｍの比較演算結果に応じて、燃焼用空気量、被燃焼物送
り速度、炉内雰囲気冷却用空気量及び助燃村量を最適値
となる如く制御する、ところに要旨が存在する。

以下実施例たる図面に基づいて本発明の構成及び作用効
果を説明するが、本発明は下記に限定される訳でなく、
前・後記の趣旨に徴して適宜に変更して実施することは
何れも本発明の技術的範囲に含まれる。

第１図は本発明の自動制御方法を例示するフローシート
で、被燃焼物たる都市廃棄物を一定量づつ周期的に或は
連続的に焼却炉に投入し、連続的に焼却していく。

ここで第１のインプットとして被燃焼物の投入量を測定
しておき（或は予め設定しておき）、次のインプットと
して炉操業時における助燃村量、燃焼用空気量、炉内雰
囲気冷却用空気量及び被燃物の送り速度を夫々測定し（
或は予め設定しておく）、更に煙道付様部近傍における
排ガス量、排ガス温度、排ガス中の水分量及び炭酸ガス
量を自動的に測定する。これらの設定値は直ちに自動演
算計器にインプットされ、被燃焼物中の可燃炭素量、水
分量、可燃水素量及び発生熱量の算出が行なわれる。即
ち＠被燃焼物投入量、助燃材量及び排ガス中の炭酸ガス
量から、被燃焼物中の可燃炭素量を算出する。可燃炭素
量は被燃焼物中の可燃物の主成分となるものでその質と
密接な関係があり、可燃炭素量の多いものは良質、少な
いものは悪質、と判断して差支えない。尚排ガス中の炭
酸ガス発生源は、実質的に被燃焼物中の可燃炭素と助燃
材中の炭素のみであるから、単位時間内に発生する排ガ
ス中の炭酸ガス量から炉内に供給される炭素量を求め、
この値から助燃材として供給される炭素量を差し引仇よ
、単位時間内に供給される被燃焼物中の可燃炭素量をほ
ぼ正確に知ることができる。尚空気中に含まれる炭酸ガ
ス量は０．０３％程度であり、排ガス中の炭酸ガス量に
比べ１／１００胡屋度であるから上記計算式においては
これを無視することができる。

又被燃焼物や助燃材中の可燃炭素は、一部禾燃のままで
灰の中に残ったり排ガス中に未燃カーボンとして排出さ
れることがある。しかし本発明で可燃炭素と言うのは燃
焼に寄与した炭素の量という意味であり、上記算式中に
は未燃炭素を組込む必要がない。被燃焼物である木材、
紙、厨芥中における可燃水素及び可燃炭素の比率は、構
成炭化水素の種類によって微妙な違いはあるものの通常
は平均化されており、馨麓藁雲雲；。

‐１３〜Ｑ１４であることが分っている。

従って可燃炭素量が分かれば上言己関係に基づいて可燃
水素量を求めることができる。即ち可燃炭素量の測定は
、被燃焼物の質に影響を及ぼす可燃水素量を把握するう
えでも不可欠の要件となる。

また■被燃焼物投入量、排ガス水分量、燃焼用空気量及
び炉内雰囲気冷却用空気量から、被燃焼物中の水分量を
算出する。

水分は比熱及び蒸発潜熱が極めて大きく被燃焼物の質に
重大な影響を及‘ますもので、被燃焼物中の水分率は次
式によって求めることができる。Ａ＝にＸＤ）−責（Ｅ
・十Ｅ２）Ｘ・ｏ。

Ａ：被燃焼物中の水分率Ｂ：単位時間当りの被燃焼物投入量Ｃ：排ガス中の水分率Ｄ：単位時間当りの排ガス発生量Ｅ，：単位時間内に送給される燃焼用空気中の水分量Ｅ
２：単位時間内に送給される炉内雰囲気冷却用空気中の
水分量Ｋ：焼却炉の構造によって決まる定数こうして水分率が求まれば被燃物総量から水分量を求め
る。

尚燃焼用空気は通常焼却炉の火格子下部から供給され、
炉内雰囲気冷却用空気は火格子上部の燃焼室の適所に供
給される。

更に＠域ガス量排ガス温度、勤燃材量、燃焼用空気及び
炉内雰囲気冷却用空気からの被燃焼物の発生熱量を算出
する。

即ち被燃焼物の発生熱量は、（排ガス量×排ガス温度×
排ガスの比熱）から助燃村の発生量を差し引き、その代
りに燃焼用空気及び炉内雰囲気冷却用空気の昇温に要す
る熱量〔｛燃焼用空気量×（排ガス温度−燃焼用空気吹
込み温度）×燃焼用空気の比熱｝十｛炉内雰囲気冷却用
空気量×（排ガス温度−炉内雰囲気冷却用空気吹込み温
度）×炉内雰囲気冷却用空気の比熱｝〕を加えることに
よって求めることができる。尚ここで言う被燃焼物の発
生熱量とは炉出口の排ガス保有熱量として測定され得る
熱量のことを意味し、総発生熱量ではない。

従って炉材（炉壁等の構成材料）へ吸収される熱量、灰
と共に外部へ放出される熱量、水分の昇縞及び蒸発の為
に消費される熱量等についてはここに含まれておらず、
かかる意味において上記関係式は近似式と言うことがで
きる。そして上記の＠可燃炭素量、■水分量、◎発生熱
量及び■可燃水素量を元にして、炉内に投入される被燃
焼物の燃焼し易さの程度を表わすところの被燃焼物の質
が算出される。

即ち被燃焼物の質は、水分量が多い程悪質、可燃炭素量
及び可燃水素量が多くまた発生熱量が大きい程良質であ
ることを意味しているので、これらの値が燃焼性に及ぼ
す影響を加味して各値に夫々一定の係数を乗じ、それら
を加算することによって被燃焼物の総合的な質をほぼ正
確に割り出すことができる。そして被燃焼物の現状送り
量や空気の現状送り量が、上記の様にして求められる被
燃焼物の質に合致して良く対応しているか否かを判断し
ながら、以下に詳述する如く操炉条件の制御を行なう。
その結果、総合的な判断によって適正な燃焼状態の維持
に努めることができる。尚被燃焼物の質の推定（算出）
部分には操炉条件記憶・選別装置が内蔵されており「該
記憶・選定装置には、通常起こり得る質の変動範囲で、
被燃焼物の質に応じた最適の操炉条件設定値（即ち燃焼
用空気量、被燃焼物の送り速度、炉内雰囲気冷却用空気
量及び助燃材量）が多数記憶されている。

そしてこの設定値の中から、上記の様にして算出された
時点における被燃焼物の質に応じた最適の操炉条件設定
値を選別して抽出し、抽出された該最適榛炉条件設定値
のみが比較演算部へ送られる。他方比較演算部には、実
操業の操炉条件（燃焼用空気量、被燃焼物の送り速度、
炉内雰囲気冷却用空気量及び肋燃材量）の値が順次イン
プットされており、この部分で実操業条件と適正操炉条
件設定値の比較演算が行なわれる。

そして比較演算と同時に実操業条件は適正操炉条件に合
致するよう加・減調整すべく制御部が作動し、焼却炉内
が最適の燃焼状態になる如く条件設定が行なわれる。こ
のときの適正擬炉条件の設定は、次表に基づいて行なわ
れる。即ちたとえば被燃焼物の発熱量が大きいときは、
燃焼用空気量及び炉内雰囲気冷却用空気量を増加し、被
燃焼物の送り速度を加速すると共に肋燃村量を減少する
ことによって、最適の燃焼状態を確保し、同様に可燃炭
素量、可燃水素量及び水分量の大・小に応じて燃焼用空
気量等の要素をコントロールすることにより、被燃焼物
の質に応じた最適の燃焼状態を確保する。

この間の被燃焼物の推定、適正操炉条件設定値の選択「
比較演算及び操炉条件制御は、コンピューターシステム
等によって極めて短時間のうちに行なわれるから、最終
制御部で行なわれる操炉条件は、そのとき炉内に存在す
る被燃焼物に最適の操炉条件とほぼ一致する。

しかも被燃焼物の質の変動に応じてその都度最適の条件
が即座に演算・指示されるから、常時最適の燃焼状態を
維持できる。かくして被燃焼物の質に応じて燃焼用空気
量、炉内雰囲気冷却用空気量「被燃焼物の送り速度及び
肋燃村量が適宜に調整されるから、空気過剰係数を可及
的に低下できると共に過熱燃焼状態を極力抑えることが
でき、適正な燃焼状態を維持しつつＮ○×の発生を可及
的に抑制することができる。

ところで操炉条件として設定すべき燃焼用空気量、被燃
焼物の送り速度ト炉内雰囲気冷却用空気量及び助燃材量
は、すべてが絶対的な最適値という訳ではなく、相互に
関連して増減変更し得る。

たとえば、被燃焼物の送り速度が遅い（或は速い）場合
は、燃焼用空気量、炉内雰囲気冷却用空気量及び助燃材
量を相対的に少なく（或は多く）すべきであり〜また
燃焼用空気量が多い（或は少ない）場合は、被燃焼物の
送り速度を速く（或は遅く）すべきである。従って本発
明を実施する際、比較演算部を介して被燃焼物の質に応
じた最適の操炉条件の制御を行なう場合、燃焼用空気量
、被燃焼物送り速度、炉内雰囲気冷却用空気量及び助燃
材量の制御要素のすべてを調整してもよく、或はこれら
制御要素の一部要素のみを調整して適正な操炉条件を得
ることも可能である。

ところで前記では、適正な燃焼状態の維持とＮ○ｋ発生
防止の両面から操炉条件を制御する方法について説明し
てきたが、Ｎ○×発生防止を主に考えると燃焼時の空気
過剰係数が最も重要となる。

従ってこの場合は空気過剰係数を支配する燃焼用空気量
の制御のみで目的を達成することができるから、比較演
算部で適正な燃焼用空気量と実操業の燃焼用空気量を比
較演算して空気過剰係数を算出し、空気過剰係数が最小
限となるように燃焼用空気量を制御することによって、
Ｎ○×の発生を可及的に防止することができる。本発明
は概略以上のように構成されており、その効果を要約す
れば下記の通りである。

■ 被燃焼物の質を実操業の条件及び分析値から逆算し
て推定し・その質に応じた最適操炉条件設定値と実操業
条件とを比較演算しつつ操炉条件を設定する方法である
から、被燃焼物の質に応じて常時最適の燃焼状態を維持
できる。

従つて不完全燃焼が防止されるほか、Ｎ○×の発生を可
及的に防止でき、残灰による臭気公害及び排ガス公害を
未然に防止できる。■ 操炉条件の制御はすべて自動的
に行なわれるから、省力化が達成される。

■ 空気過剰係数が最小限に制御され且つ過熱燃焼状態
が防止されるから、焼却炉の寿命を延長できる。

■ 助燃村量も常時必要最小限に制御されるから維持費
も軽減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御方法を例示するフローシートであ
る。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

１ I：焼却炉操業時における燃焼要素のうち、（ａ）
被燃焼物投入量、助燃材量及び排ガス炭酸ガス量から被
燃焼物の可燃炭素量を、（ｂ）被燃焼物投入量、排ガス
水分量、燃焼用空気量及び炉内雰囲気冷却用空気量から
被燃焼物の水分量を、（ｃ）排ガス量、排ガス温度、助
燃材量、燃焼用空気量及び炉内雰囲気冷却用空気量から
被燃焼物の発生熱量を、（ｄ）前記（ａ）で求めた可燃
炭素量から可燃水素量を、夫々算出し、II：前記Iで算
出された分析値から被燃物の質を推定し、III：予め設
定された、被燃焼物の質に応じた最善の炉操業条件即ち
燃焼用空気量、被燃焼物送り速度、炉内雰囲気冷却用空
気量及び助燃材量と、実操業の条件を比較演算し、IV：
前記IIIの比較演算結果に応じて、燃焼用空気量、被燃
焼物送り速度、炉内雰囲気冷却用空気量及び助燃材量を
最適値となる如く制御する、ことを特徴とする焼却炉の
自動制御方法。