WO1999018394A1

WO1999018394A1 - Procede de regulation de la combustion dans un incinerateur de dechets

Info

Publication number: WO1999018394A1
Application number: PCT/JP1997/003519
Authority: WO
Inventors: Satoshi Fujii; Manabu Kuroda; Yuichi Nogami
Original assignee: Nkk Corporation
Priority date: 1997-10-02
Filing date: 1997-10-02
Publication date: 1999-04-15
Also published as: KR20000065241A; DK0943864T3; DE69724273T2; EP1267122A1; DK1267122T3; EP0943864A1; EP0943864B1; DE69724273D1; EP1267122B1; DE69727717T2; DE69727717D1; EP0943864A4

Description

明細書ごみ焼却炉の燃焼制御方法技術分野

本発明は、ごみの燃焼熱を蒸気発電に利用するごみ焼却炉において、ごみの供給量、燃焼空気の量や温度を調整することにより、燃焼状態を安定化し一定の蒸気発生量を得るための燃焼制御方法に関する。発明の背景

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つて発生する膨大な熱エネルギの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。そして、このような焼却炉ではごみの燃焼を安定させ、ボイラ水の蒸発を一定に保つことが要求される。

集められたごみは、成分、性状等の偏りを減ずるためにごみピット内で撹拌された後、ごみ焼却炉に送られる。ごみ焼却炉では、ごみはクレーンによって数十分の間隔で間欠的にホツバに投入され、このとき荷重計によって重量が測定され、レベル計によってホッパ内のごみの高さが測定される。そして、ホッパの下には乾燥火格子があり、乾燥火格子によって連続的に炉内に送り込まれる。乾燥火格子はごみを送り込む機能とごみを乾燥する機能とを併せ持つもので、次に続く燃焼火格子へ乾燥したごみを供給する。

一定の蒸発量を保っためには、燃焼するごみ量を一定に制御する必要があり、一般に、過去の蒸気発生量の実績と燃焼空気 ·冷却空気量およびごみの投入実績から、必要な蒸発量に見合う焼却量を計算し、ごみ投入毎に、目標焼却量を設定している。そして，目標焼却量よりごみの供給実績が少なければ乾燥火格子速度を増速し、目標焼却量より多ければ乾燥火格子速度を減速して目標焼却量に近づくように乾燥火格子のごみ送り速度を調節する。従来、ごみの供給量が目標焼却量となるように定量供給する方法としては、例えば以下のような先行技術がある。

( 1 ) 特開昭 6 3— 1 1 3 2 1 5号公報には、ごみを炉内に供給する乾燥火格子の裏側にごみ重量計測装置を設け、この重量変化を捉え設定値との差をなくすように補正することによりごみの供給量を調整することが記載されている。

( 2 ) 特公平 2— 2 7 5 6 8号公報には、ホヅパから乾燥火格子上にごみが落ちる手前にごみ受台と計量装置を設け、ごみ受台のごみ重量を計量してごみ供給量を調整することが記載されている。

しかしながら、ごみはごみピット内で撹拌された後に焼却炉のホッパに投入されるとは言え、個々には重量や大きさは一定していない。このため，ホッパへごみが投入されるときに、投入されたごみの落下の勢いで乾燥火格子上のごみを燃焼火格子上に突発的に押し出すことがある。この場合、一時的にごみの供給量が過大となり、しかも乾燥不十分のごみが燃焼火格子上へ送られるために燃焼状態を悪化させることになる。

即ち、上記の先行技術においては、ごみの重量を測定しながら一定重量のごみが送り込まれるように乾燥火格子の送り速度を調整しているので、ごみが安定的に投入されている場合には有効である。しかし、上記のように短時間にごみが過大に押し出された場合には、これに対処する手段が施されていないので、蒸気発生量はその影響を受け大きく変動するという問題点があった。また、ごみの性状は千差万別であり、燃えやすいごみに引き続いて燃えにくいごみが供給されることやその逆のこともある。このような場合には、ごみ投入毎に定めた目標焼却量を達成するだけでは、蒸気発生量は一定しない。一定した蒸気発生量を維持するためには、刻々と変化するごみの性状に対応した制御が必要になる。この問題に対し、蒸気発生量を測定し蒸気発生量が目標量より多いときは、燃焼空気量を減らし、蒸気発生量が目標量より少ないときは燃焼空気量を増やして燃焼を制御する方法（以下、蒸気発生量測定法と称す）がある。又、燃焼状態を安定化するために、排ガス中 0 ₂ 濃度を測定し燃焼空気量を制御する方法（以下、排ガス中 0 ₂ 濃度測定法と称す）も提案されている。例えば、特開平 6— 3 3 1 1 2 3号公報には、ごみ焼却炉に供給した空気量、排ガス中 0 ₂ 濃度及び排ガス流量を測定し、この測定値から空気過剰率を演算し、これと標準空気過剰率を比較して両者が一致するように燃焼空気量を制御する方法が記載されている。

しかしなら、蒸気発生量測定法或いは排ガス中 0 ₂濃度測定法では、必ずしも燃焼が安定せず、蒸気発生量を一定に保つことが困難な状態となることがあった。例えば、水分が多い悪質なごみが供給されたとき、燃焼するごみ量が少ないため、蒸気発生量は減少し、同時に酸素が消費されないので排ガス中 0 ₂濃度は高くなる。

このとき、蒸気発生量測定法では燃焼空気量を増やして燃焼を活発化しょうとする。しかし、燃焼空気量を増やしてもごみが乾燥するまでは燃焼に寄与せず、燃焼空気が炉内を冷却し、無駄な空気を吹き込み却って燃焼状態を悪化させてしまう。又、このとき、排ガス中 0 ₂濃度測定法では、標準空気過剰率まで燃焼空気量を減らすことになる。このため、ごみの乾燥が遅れ、やはり燃焼状態を改善することにはならない。このように、上記の先行技術では、ごみ性状の変化に対応して燃焼状態を正常化することができず、蒸気発生量を一定に保つことが困難であるという問題点があった。発明の開示

本発明は、ごみの燃焼熱を蒸気発電に利用するごみ焼却炉において、燃焼状態を安定化し一定の蒸気発生量を得ることを可能にしたごみ焼却炉の燃焼制御方法を提供すること目的とする。

( 1 ) 本発明の一つの態様に係るごみ焼却炉の燃焼制御方法は、ごみ投入クレーンに付帯するごみ荷重計及びごみ焼却炉ホッパ内のごみの表面高さを計測するごみレベル計の測定値から、投入されたごみ重量及び投入前後のレベル変化分を求め、前回までに求められた過去複数回のこれらの量との比較結果から，ごみを炉の内部へ送り込む乾燥火格子速度を制御する。投入されるごみの重量はクレーンに付帯する重量計によって測定され、ごみの容量は、投入前後のレベル変化分即ち投入される直前の表面高さと直後の表面高さの差と、ホッパ断面積から求められる。通常はごみの容積は重量とほぼ比例関係にあるので、ごみ重量とレベル変化分とは一定の関係にある。しかし、ホツバへのごみ投入時に、その落下の勢いで乾燥火格子上のごみを燃焼火格子上に押し出すことがあり、このとき、投入と同時に投入直前に測定された表面高さが下がる。

このため、ごみが押し出された場合には、投入直後の表面高さがその分だけ低く測定され、レベル変化分が小さくなる。そこで、前回までの過去数回分のごみ投入時に得られたごみ重量とレベル変化分と今回のごみ重量とレベル変化分とを比較することによって、ごみの押し出しがあつたかどうかを判断することができる。この判断に基づいて乾燥火格子速度を制御すると、突発的なごみの押し出しに対処して、燃焼火格子上へのごみの過大供給を防ぎ供給量を一定にすることができる。

( 2 ) 本発明の他の態様に係るごみ焼却炉の燃焼制御方法は、上記の（ 1 ) の燃焼制御方法において、前記ごみ重量と前記レベル変化分から、ごみ投入時に筒状のホツバの高さ方向のごみの嵩密度を算出し、算出された嵩密度と前回までに算出された過去複数回の平均嵩密度の差を求め、この差が設定した基準値パラメータより大きいときに、乾燥火格子速度を減速又は一時停止する。

上記（ 1 ) の燃焼制御方法における、重量及びレベル変化分を過去の平均値と比較する方法の一態様である。筒状のホッパでは、投入されたごみ重量をレベル変化分で除すと、投入されたごみの見かけの嵩密度が算出される。算出された嵩密度と前回までの過去数回分の嵩密度の平均値とを比較する。押し出しがあった場合には、レベル変化分は小さいので、算出された嵩密度は平均値より大きくなる。

算出された嵩密度と過去の平均値との差が基準値パラメータより大きいときに、ごみの押し出しがあつたと判断し、火格子速度を減速又は一時停止する。押し出しによる突発的過大供給量が大きいほど、嵩密度の平均値との差は大きくなるので、差の大きさから乾燥火格子速度の補正量や停止時間を求めることができる。

( 3 ) 本発明の他の態様に係るごみ焼却炉の燃焼制御方法は、上記の（ 1 ) の燃焼制御方法において、前記ごみ重量と前記平均嵩密度の比から算出される推定レベル差と、前記レベル変化分との差が、基準値パラメ一夕よりも大きいときに、乾燥火格子速度を減速又は一時停止する。

上記の（ 1 ) の燃焼制御方法における、重量及びレベル変化分を過去の平均値と比較する方法の別の態様である。投入されたごみ重量と過去の平均嵩密度の比を求めこれをホツバの断面積で除すと、その時の投入ごみ重量に対して通常時に推定される投入前後のレベル差が算出される。実際に測定された投入前後のレベル変化分が推定されるレベル差より基準値パラメ一夕以上に小さければ、ごみの押し出しがあつたと判断し、火格子速度を減速又は一時停止する。差の大きさから乾燥火格子速度の補正量や停止時間を求めることができる。したがって、本発明においては、投入時に落下するごみの勢いで乾燥火格子上のごみが燃焼火格子に突発的に押し出され、ごみの供給量が一時過大となつた場合でも、これをごみ投入直前及び直後のレベル差から検出し、乾燥火格子速度を減速或いは停止して、これに対処する。このため、燃焼火格子上のごみ量が直ぐに平均化し燃焼を安定させ、安定した蒸気発生量を維持することが出来る。このように、ごみの燃焼熱エネルギを有効に回収するこの発明の効果は大きい。

( 4 ) 本発明の他の態様に係るごみ焼却炉の燃焼制御方法は、ごみ焼却炉における蒸気発生量及び排ガス中 0 2濃度を測定し、蒸気発生量を目標蒸気発生量に一致させるために必要な燃焼空気目標量を演算し、排ガス中 0 ₂ 濃度の測定値が予め定められた上限値に最初に達したときの燃焼空気目標量を燃焼空気一時設定量として記憶し、そして、排ガス中 0 ₂濃度の測定値が上限値以下のときは前記燃焼空気目標量と一致するように燃焼空気量を制御し、排ガス中 0 ₂ 濃度の測定値が上限値を超えているときはその時の燃焼空気目標量と前記燃焼空気一時設定量のうち少ない方の量と一致するように燃焼空気量を制御する。通常、燃焼空気はごみ投入時に定められた標準量にしたがって吹き込まれている。この標準量は、ごみの完全燃焼を期すため燃焼に必要な理論 0 ₂量を基準とした空気量よりも多く、その約 1 . 5倍の量である。このときは、排ガス中 0 ₂濃度の測定値は、その上限値以下である。

したがって、比較的燃え易いごみが供給されたときは消費される 0 ₂ 量が増え、排ガス中 0 ₂濃度は低下するが、このときは燃焼は活発に行われ燃焼状態は良好である。このとき、蒸気発生量が目標量を超えていれば燃焼空気量を減らして燃焼速度を小さくし、もし、蒸気発生量が目標量に達していなければ燃焼空気量を増やして燃焼速度を大きくしてやれば蒸気発生量は目標量に近づく。したがって、蒸気発生量の測定結果に基づいて蒸気発生量が目標量に一致するように燃焼空気目標量を P I D法等により演算し、燃焼空気量を短い周期で制御すれば、蒸気発生量は常に目標量を維持することができる。

しかし、排ガス中 0 ₂ 濃度の測定値が上限値を超えた場合は通常の場合とは異なる。この場合は、燃焼空気量が適正であっても発火点に達しているごみ量が少なくなつているので、消費される 0 ₂ 量は少なく排ガス中 0 ₂ 濃度が上限濃度を超えて高くなり、同時に燃焼状態が悪いので蒸気発生量も目標量より少ない。このとき、蒸気発生量の測定結果に基づいて蒸気発生量が目標量に一致するように燃焼空気量を制御しょうとすると、演算される燃焼空気目標量はどんどん大きくなり燃焼空気量はどんどん増える。しかし、前述したように、燃焼空気量を増やしてもごみを冷却し発火点に達しないごみを増やすだけである。又、反対に燃焼空気量を減らしてもごみの乾燥を遅らせるだけである。

この場合の適正な燃焼空気量が燃焼空気一時設定量である。燃焼空気一時設定量は排ガス中 0 ₂濃度の測定値が上限値に達したときの燃焼空気目標量で、燃焼に充分な空気量であり、この場合この量を超える分は無駄な空気となる境界を示す量である。この燃焼空気一時設定量に燃焼空気量を一致させるように制御することによって、性状の悪いごみを冷却することなく乾燥し速やかに正常な状態に回復させることができる。

このため、燃焼空気を無駄に吹き込みごみを更に冷却することや、燃焼空気量を減らしてごみの乾燥を遅らせることが避けられ、蒸気発生量が早く目標量に近づく。このように、ごみの性状が異常に変化してもこれを効率よく燃焼させて燃焼状態を安定化し、一定量の蒸気を発生させることができる。

( 5 ) 本発明の他の態様に係るごみ焼却炉の燃焼制御方法は、上記の（4 ) の燃焼制御方法において、前記排ガス中 0 ₂濃度の測定値が上限値以下のときは、ごみの低位発熱量が大きければ燃焼空気温度を下げるように、そしてごみの低位発熱量が小さければ燃焼空気温度を高めるように制御し、前記排ガス中 0 濃度の測定値が上限値を超えているときは、この上限値と測定値の差に応じて燃焼空気温度を上昇させるように制御する。

低位発熱量は、投入されたごみ量とボイラで回収された熱量、排気された熱量及び炉体から放散された熱量等の収支から算出される単位重量当たりのごみの発熱量である。したがって、ホッパへのごみ投入毎に算出されるが、求められた低位発熱量は前回の或いは前回までに投入されたごみの平均的な発熱量であり、その日或いはここ数時間に焼却しているごみの水分の多寡を知る目安となる。

通常即ち排ガス中 0 ₂濃度の測定値が上限値以下のときは、低位発熱量が大きければ水分が少ないので燃焼空気温度は低くてよい。反対に、低位発熱量が小さいければ水分が多いので燃焼空気温度を高くしてごみの乾燥を強化することによって、燃焼状態を安定化することができる。

しかし、排ガス中 0 ₂濃度の測定値が上限値を超えたときは、異常なごみが炉内に供給されたときで、この場合は平均的な低位発熱量を基準にして燃焼空気の適正温度を判断することはできない。このときは、異常に水分の多いごみが炉内に供給されているので、燃焼空気量をその時の燃焼空気目標量又は燃焼空気一時設定量と一致するように制御するとともに、 0 ₂濃度の上限値と測定値の差に応じて燃焼空気温度を上昇させるように制御する。即ち、無駄のない範囲で燃焼空気量を増やし且つ 0 ₂濃度が高い程燃焼空気温度を高くする。 (6) 本発明の他の態様に係るごみ焼却炉の燃焼制御方法は、上記の（4) 又は（5) の燃焼制御方法において、前記排ガス中 0₂ 濃度の測定値から空気過剰率を求め、前記排ガス中 0₂ 濃度の測定値に替えて空気過剰率を用いて燃焼空気量を制御する。

燃焼炉の操業では、一般に空気過剰率を燃焼空気量調整の一つの指標としているので、空気過剰率を用いて燃焼空気量を制御するのが実際的である。この場合、空気過剰率は、空気中の 0₂ 濃度と消費された 0₂ 濃度の比として求められている。即ち、空気過剰率えは、排ガス中 0₂ 濃度を〔0₂ 〕として次の (2 1) 式で表される。

え =0. 2 1/ {0. 2 1— 0₂ } - (2 1) 排ガス中 0₂ 濃度と空気過剰率とは一対一に対応するので、空気過剰率の上限値を排ガス中 0₂ 濃度の上限濃度に対応して定めると、上記（4) 又は（5) の燃焼空気量の制御において、排ガス中 0₂ 濃度に替えて空気過剰率を用いて、燃焼空気量を同じように制御することができる。

図面の簡単な説明

図 1は本発明の一実施例に係るごみ焼却炉の燃焼制御方法が適用された、ごみ焼却炉とその制御系の概念図である。

図 2は図 1の乾燥火格子速度制御手段における、ごみ投入ごみの線密度による乾燥火格子速度制御の処理過程を示すプロック図である。

図 3は図 2の投入ごみの線密度による乾燥火格子速度の制御の結果の内、測定時間とごみの線密度の関係を示す図である。

図 4は図 2の投入ごみの線密度による乾燥火格子速度の制御の結果の内、蒸発量の変動を示す図である。

図 5は従来のごみ定量供給方法による結果の内、測定時間とごみの線密度の関係を示す図である。

図 6は従来のごみ定量供給方法による結果の内、蒸発量の変動を示す図である。

図 7は本発明の他の実施例に係るごみ焼却炉の燃焼制御方法が適用された、投入ごみのレベル変化分による乾燥火格子速度制御の処理過程を示すプロック図である。

図 8は図 7の投入ごみのレベル変化分による乾燥火格子速度の制御の結果の内、測定時間とごみの線密度の関係を示す図である。

図 9は図 7投入ごみのレベル変化分による乾燥火格子速度の制御の結果の内、蒸発量の変動を示す図である。

図 1 0は本発明の他の実施例に係るごみ焼却炉の燃焼制御方法が適用された、ごみ焼却炉とその制御系の概念図である。

図 1 1は図 1 0の制御系において燃焼空気量設定値を決めるための処理過程を示すフローチャートである。

図 1 2は図 1 0の実施例を説明するための燃焼空気温度の設定値と低位発熱量の関係を示すグラフである。

図 1 3は図 1 0の実施例により制御した場合の結果の内、排ガス中の 0 2濃度の特性を示すグラフである。

図 1 4は図 1 0の実施例により制御した場合の結果の内、燃焼空気量の特性を示すグラフである。

図 1 5は図 1 0の実施例により制御した場合の結果の内、蒸気発生量の特性を示すグラフである。

図 1 6は従来の蒸気発生量測定法により制御した場合の結果の内、排ガス中の 0 2濃度の特性を示すグラフである。

図 1 7は従来の蒸気発生量測定法により制御した場合の結果の内、燃焼空気量の特性を示すグラフである。

図 1 8は従来の蒸気発生量測定法により制御した場合の結果の内、蒸気発生量の特性を示すグラフである。

図 1 9は従来の排ガス中 0 ₂ 濃度測定法により制御した場合の結果の内、排ガス中の 0 ₂濃度の特性を示すグラフである。図 2 0は従来の排ガス中 0 ₂ 濃度測定法により制御した場合の結果の内、燃焼空気量の特性を示すグラフである。

図 2 1は従来の排ガス中 0 ₂ 濃度測定法により制御した場合の結果の内、蒸気発生量の特性を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態実施例 1 .

図 1は本発明の一実施例に係るごみ焼却炉の燃焼制御方法が適用された、ごみ焼却炉とその制御系の概念図である。同図において、 1は炉であり、 2はホツバ、 3 aは乾燥火格子、 3 bは燃焼火格子、 3 cは後燃焼火格子、 4は灰落下口である。これら火格子の下からは、燃焼空気ブロワ 5により供給された燃焼空気が吹き上げている。ホッパ 2から投入されたごみは、燃焼空気により乾燥火格子 3 aで乾燥され、燃焼火格子 3 bで燃焼され，後燃焼火格子 3 cでは完全に燃焼され灰となる。この灰は灰落下口 4から落下して炉外へ排出される。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には熱交換器 8 aを備えた蒸気発生用のボイラ 8 bが設置されている。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から冷ファン 1 0から送られる冷却空気が吹き込まれる。 1 1は蒸気発生量を測る流量計である。

1 4は乾燥火格子速度制御手段であり、ごみ荷重計 1 3の信号とごみレベル計 1 2の信号を入力とし、乾燥火格子の駆動装置 3 dに速度信号を出力する。乾燥火格子速度制御手段 1 4には、例えばコンピュータが使用されており、測定信号からごみ重量やレベル変化分を求めたり、過去の平均値を算出したりするとともに、以下に述べる制御量の演算を行い、乾燥火格子の速度信号を出力する。

先ず、投入ごみの嵩密度と過去の平均嵩密度を比較する場合について、図 2 を用いて制御量の演算を説明する。演算は、ホッパの断面積が一定の場合の例により、嵩密度を線密度に変えて説明する。図 2において、 2 1は投入されたごみの線密度を計算するブロックである。ごみの線密度 Oは，ごみ投入ごとにその重量 Wと、投入直前のごみのレベル L ,と直後のレベル L ₂の差即ちレベル変化分から（ 1 ) 式で算出される。

=W/ ( L ₂ - L i) … （ 1 )

2 2はごみの線密度の過去の平均値を算出するプロックであり、ここではごみの線密度の平均値を，前回の投入時に得られたごみの線密度から過去 n 回分までのごみの線密度までを（ 2 ) 式で平値値化して求める。

p m= ( 1 + 2 + ··· β η ) / n … （ 2 ) pの添字は過去の投入回を示し、 1は前回の投入時のごみの線密度を表し、 nは n回前の投入時のごみの線密度を表す。

プロック 2 3では今回の投入で得られたごみの線密度 pと過去の線密度の平均値 omを比較し、過大供給が行われたか否かを判断する。（ P— ) が設定した基準値パラメ一夕よりも大きい場合は、過大供給があつたと判断し、次の計算ブロック 2 4に進み演算を継続する。（ p— ) が設定した基準値パラメ一夕よりも小さい場合には、過大供給は行われなかったと判断し、ブロック 2 6に進み通常の燃焼制御から決まる乾燥火格子速度の設定値を出力する。ブロック 24は、過大供給量 W' を計算するブロックである。過大供給量 W は、（ 3 ) 式により計算する。

W， =W— (L₂- L ι) β η - ( 3 ) ブロック 2 5では、過大供給量 W，と乾燥火格子速度補正パラメ一夕に基づいて、（ 4 ) 式により、補正量即ち乾燥火格子の減速量の割合 Vを演算する。 v = 5 (W， /W) … （4) 但し、 5は乾燥火格子速度補正パラメ一夕である。そして、補正量は過大供給率に比例した量である。

プロック 2 6ではプロック 2 5の補正量に基づき補正された乾燥火格子速度の設定値 Vs を（ 5 ) 式により演算する。

Vs 二 Vs，（ 1一 V ) … （ 5 ) j

- 12 - 但し、 V s ' はごみ投入時に設定された目標蒸発量から決められた乾燥火格子速度である。このようにして得られた乾燥火格子速度の設定値 V s を、乾燥火格子駆動装置に出力する。

上の例では過大供給量に応じて乾燥火格子速度を減速するが、プロック 2 5 で、乾燥火格子速度補正量を演算する代わりに、（ 6 ) 式を用いて、乾燥火格子の停止時間を演算し、乾燥火格子を一時停止してもよい。

t ァ i ( W， /W_m) … ( 6 ) 但し、 γ i は停止時間パラメータであり、 W _m は過去の投入ごみ重量の平均値である。停止時間は過大供給率に比例する。この場合、乾燥火格子速度設定値は、一旦零となり停止時間 t ! を経過した後 V s ' が設定される。

又、ブロック 2 3で行う過大供給の判断に際しては、ごみの線密度 pと過去の線密度の平均値 /O tnの差（/O— /O rn ) が基準値パラメ一夕より大きいか否かによって、その有無を判断したが、これらの比（ P / P m ) の大きさにしたがつて判断してもよい。この場合、基準値パラメ一夕の値は異なる。更に、基準値パラメ一夕は、設備、ごみの質等によっても異なるので、同タイプの設備であっても、地域や季節等も考慮して定める。図 1に示したごみ焼却炉を用いて、投入されたごみの線密度と過去 5回の投入時の線密度の平均値を比較することによって乾燥火格子速度の補正を行い、ボイラ水の蒸発量変化を調べた。乾燥火格子速度制御手段 1 4での演算は次のように行った。

ごみ投入直前及び直後のレベル測定から得られた投入ごみの線密度と過去の線密度の平均値との差を基準値パラメ一夕と比較して乾燥火格子速度を補正した。先ず、過大供給を判断するための基準値パラメ一夕ひを二値定めた。ひ i

= 0 . 1 5、及びひ ₂ = 0 . 2 5の二値で、今回のごみの線密度と平均線密度との差がひ 1 より大きくひ ₂ 以下のときは並の過大供給と判断し、ひ ₂より大きいときは極度な過大供給と判断した。そして、線密度の差が、ひ！より大きくひ ₂ より小さいときは前述した（ 4 ) 式で乾燥火格子速度の設定値を求めて補正を行ったが、ひ 2 より大きい極度な過大供給のときは、乾燥火格子を停止しその停止時間を計算するようにした。

図 3及び図 4を用いて具体的に説明する。図 3においてごみ投入毎に得られた線密度を〇印で示す。測定開始後 1時間近くで投入されたごみの線密度（矢印で示す）は、大きくなつており 1. 2 t /mであった。 n = 5で求めていた平均値は 0. 85 t /mで、線密度の差は 0. 3 5 t /mであり、基準値パラメータ 0. 2 5 t/mを超え、極度の過大供給と判断された。

このため、停止時間を計算することになつた。停止時間の計算についての考え方は次のようである。

必要な蒸気発生量に見合う目標焼却量が R ( t/h) であるとき、過大供給量 W' を供給するのに要する時間 t ' は（ 7) 式で表される。

t， =W， /R … ( 7 ) したがって、時間 t ' だけ乾燥火格子を停止してもよいことになる。しかし、実際にはこれだけの時間停止するとその反動が現れ燃焼火格子上のごみ量に不足を来すので、停止時間パラメ一夕ァを用い、（ 8 ) 式により乾燥火格子停止時間 tを求めた。ァは 1以下の正の定数である。

ァ t， … （ 8 ) 具体的には次のように計算を行った。ごみ投入時のレベル変化分（L₂ — L ！ ) が 1. 57mであったことから、ごみの過大供給量は 0. 55 tと推定された。目標焼却量 Rは 6 t/hであったので、 t，は 0. 09 1 7時間即ち 3 30秒となった。停止時間パラメ一夕ァとして、 0. 8を用いて乾燥火格子停止時間 tを求め、 2 64秒を得た。

このようにして乾燥火格子が制御された時の蒸気発生量を図 4に示す。図 3 と図 4の時間軸は一致しおり、何れも測定開始後の時間である。前述のように、図 3の矢印のところでごみの線密度が高くなつているが、蒸発量は、図 4に見られるように、その影響を受けずに目標蒸発量 2 Ot/h に対して士 2 t/h の範囲で追従し、安定した運転が実現された。

比較のために行った従来例の結果を図 5及び図 6に示す。従来の燃焼制御方法では、図 5の矢印のところでごみの線密度が大きく、炉内にごみが過剰に供給されたために、図 6に見られるように、その影響を受て燃焼帯の温度が下がり、蒸発量が一時的に目標蒸発量 2 2t/h に対し 4t/h も落ち込み、その後過剰のごみが燃焼し逆に過剰の蒸気が発生した。実施例 2.

次に、投入ごみ重量と過去の平均線密度の比と、レベル変化分との差を比較する場合の制御量の演算を図 7を用いて説明する。図 7は図 1の乾燥火格子速度制御手段における、投入ごみのレベル変化分による乾燥火格子速度制御の処理過程を示すプロック図である。図 Ίにおいて、プロヅク 2 1での投入ごみの線密度計算及びプロック 2 2での過去の平均線密度計算までは、先に説明した投入ごみの線密度と過去の平均値を比較する場合と同様である。

ブロック 2 7では、レベル差の推定値を計算する。この推定値 L_s は、投入ごみ重量と、プロック 2 2で計算された過去 n回の線密度の平均値の比が ( 9 ) 式により求められる。

L _s =W/ /O _m … ( 9 ) 投入ごみのレベル変化分 L_k は、ブロック 2 8で（ 1 0 ) 式により計算される。

L_k = L 2 - L 1 - ( 1 0) ブロック 2 9では、プロック 2 7で計算された投入ごみのレベル差の推定値 Lsとプロック 2 8で測定されたレベルから計算されたレベル変化分（以下、計測値と称す） L K との差厶 Lを（ 1 1 ) 式により求める。

先に述べた投入ごみの線密度と過去の線密度の平均値との差（P— /O m ) で比較する場合には、ごみ重量とレベル変化分の両方が過去の平均値と比較されるが、推定値と計測値の差 Δ Lを用いる比較では、レベル変化分のみが過去の平均値と比較される。前者では、ごみの体積密度が平均値と隔たっている場合にその偏差も含んで比較されるが、後者ではその偏差は相殺されているので、押し出し量のみをより正確に把握した比較が行われる。

プロヅク 30では、レベル差の推定値と計測値の差 Δ Lと基準値パラメ一夕 △ L_Pとを比較する。厶 Lが AL_Pより大きいとき押し出しがあつたと判断し、プロヅク 3 1に進む。一方、 △ Lが Δ L_P 以下のときは押し出しがなく正常に投入が行われたと判断し、ブロック 33に進み、通常の燃焼制御から決まる乾燥火格子速度の設定値を出力する。

ブロック 3 1は、（ 9 ) 式で得られた Δ Lに基づいて、ごみの過大供給の割合を計算する。過大供給の割合 V' は、（ 1 2 ) 式により計算される。

V， = S△ L - ( 1 2) そして、ブロック 32で、乾燥火格子速度補正パラメ一夕 £を用いて、過大供給の割合 V' に比例する乾燥火格子速度の補正量 £ Vが求められ、更に、ブロック 33で（ 1 1 ) 式によって乾燥火格子の設定値 Vs が計算される。

Vs= Vs，（ 1— £ V，） - ( 1 3) このようにして得られた乾燥火格子速度 Vs が、乾燥火格子速度制御手段から乾燥火格子速度駆動装置に出力される。

上の例では過大供給量に応じて乾燥火格子速度を減速するが、プロック 32 で、乾燥火格子速度補正量を計算する代わりに、（ 1 4) 式を用いて、乾燥火格子の停止時間 t ₂ を演算し、乾燥火格子を一時停止してもよい。

t 2 =ァ (Δ L/Ls) … ( 14) 但し、ァ ₂は停止時間パラメ一夕である。停止時間 t ₂は、先に説明した投入ごみの線密度と過去の平均値を比較する場合と同様に過大供給率に比例する。この場合、乾燥火格子速度設定値は一旦零となり、停止時間 t ₂を経過した後 Vs ' が設定されるのも先の説明と同様である。

なお、このレベル差の推定値と計測値を比較する場合も、両者の差を用いて比較する他に、先に説明したように両者の比 L_s/L_kを用いて基準値パラメ一夕と比較することもできる。図 1に示したごみ焼却炉を用いて、投入されたごみの線密度と過去 5回の投入時の線密度の平均値を比較することによって乾燥火格子速度の補正を行い、ボイラ水の蒸発量変化を調べた。乾燥火格子速度制御手段 14での演算は次のように行った。

レベル差の推定値 L_S とごみ投入時のレベル変化分の計測値 LK との差を基準値パラメ一夕 AL_P と比較し、燥火格子速度の制御を行った。

先ず、上述の実施例 1における例と同様に、過大供給を判断するための基準値パラメ一夕を二値定めた。 AL_{P l}= 0. 5m、及び AL_P2= 1. 5 mの二値で、が A L_{P 1}より大きく A L_P2以下のときは並の過大供給と判断し、 _P2より大きいときは極度な過大供給と判断した。そして、並の過大供給のときは（ 1 3 ) 式で乾燥火格子速度の設定値を求めて補正を行うが、極度な過大供給のときは、乾燥火格子を停止しその停止時間を（ 14) 式により計算するようにした。

以下、具体例について図 8及び図 9を用いて説明する。図 8においてレベル差の推定値 LS を秦印で、測定値を〇印で示す。測定開始後 1時間を経た頃 (図中に矢印で示す）推定値 LS は 2. 2 mで、計測値 L_K は 1. 2 mであつた。その差は l mで、 △ L_P1より大きく△ L_P2より小さいので、並の過大供給と判断され、乾燥火格子速度の減速量を計算した。

過大供給の割合 V，を（ 1 2 ) 式から計算すると、 V，は 0. 45であった _c 乾燥火格子速度補正パラメ一夕どには 0. 8を用い、（ 1 3 ) 式から乾燥火格子速度設定値は、ごみ投入時に決められた速度 Vs' の 0. 64倍とする結果が得られた。

このようにして乾燥火格子が制御された時の蒸気発生量を図 9に示す。図 8 と図 9の時間軸は一致しおり、何れも測定開始後の時間である。前述のように、図 8の矢印のところで、レベル変化分の測定値 L_K が小さく推定値 L S との差が大きく、ごみの押し出しが検知された。しかし、蒸発量は図 9に見られるように、その影響を受けずに目標蒸発量 2 Ot/h に対して ± 2t/h よりも充分に狭い範囲で追従し、安定した運転が実現された。実施例 3.

図 1 0は本発明の他の実施例に係るごみ焼却炉の燃焼制御方法が適用された、ごみ焼却炉とその制御系の概念図である。図 1 0において、 1は焼却炉であり、ホッパ 2、乾燥火格子 3 a, 燃焼火格子 3 b、後燃焼火格子 3 c, 灰落下口 4 を有する。燃焼空気ブロワ 5からは加熱器 1 5に燃焼空気が送られ、燃焼空気ダンバ 5 aを通して各火格子下から吹き上げられる。ごみは、主として乾燥火格子 3 aで下から吹き上げられる燃焼空気で乾燥され、、燃焼火格子 3 bで燃焼し、後燃焼火格子 3 cでは燃え尽きて灰となる。

一方、燃焼によって生じた排ガスは炉出口 6から煙突 7に導かれて炉外に排出される。排出の際に 0₂濃度計 1 7により 0₂濃度が測定される。なお、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、冷却空気ファン 1 0から送られる冷却空気が吹き込まれる。

排ガスが放出される炉出口 6には熱交換器 8 aを備えたボイラ 8 bが設置されている。蒸気発生量は流量計 1 1によって測定される。

1 8は本発明に深く係わる燃焼制御手段であり、流量計 1 1及び 0₂濃度計 1 7からの信号を入力として燃焼空気量設定値を算出し、燃焼空気ダンバ 5 a に信号を出力し、又、低位発熱量演算器 1 6からの信号を入力として燃焼空気温度を算出し加熱器 1 5に温度信号を出力する。燃焼制御手段 1 8には、例えば、コンピュータが使用されている。

燃焼制御手段 1 8での制御値の算出は決められた周期で行われるが、その手順は次のようである。

まず、排ガス中 0₂濃度の測定値を用いて燃焼空気量を制御する方法について説明するが、前述したように、排ガス中 0₂ 濃度と空気過剰率との間には

( 2 1 ) 式の関係があり互いに置き換えることができるので、空気過剰率を用いた例で説明する。排ガス中 0₂濃度の測定値から（ 2 2 ) 式により空気過剰率え（k) を計算する。但し、添字の（k) は今回の測定値であることを示す。

Λ <k) = 0. 2 1/ {0. 2 1 - [0₂] _(k)} - ( 2 2) そして、数回前から今回までの計算値を次の（ 23 ) 式により平滑化し空気過剰率平滑化値え _{m (k})を演算する。

人 m (k) = \Λ Ck) +Λ (k - 1 ) + ··'+Λ (k - n+ 1 ) } / Π ··· ( 2 3ノ一方、蒸気発生量の測定値 Vと目標蒸気発生量 V。とを P I Dコントローラに入力し、ここで両者を比較し、（ 24) 式により蒸気発生量に基づく燃焼空気目標量 F , を演算する。

F i = (100/PB) [1+{ 1 /(Ti S)} +T_d S] (V。- V) … （ 24) 但し、 P Bは比例ゲイン、 Ti は積分ゲイン、 T_d は微分ゲインを表し調整パラメ一夕であり、 Sはラプラス演算子を表す。 F! は、ごみの状態が通常であれば目標蒸気発生量 V0 が得られる害の燃焼空気量である。

次に、上記（ 23) 式で求められたえ _{m (k})から判断し、最終的に燃焼空気量設定値 Fを決める。この燃焼空気量設定値 Fを決定する処理過程を図 1 1に示す。

まず空気過剰率平滑化値人 _{m (k} を予め定められた空気過剰率上限値え _s と比較する。空気過剰率上限値え s は 1. 5〜 2程度の範囲で定めるのが適切である。そして、人 _{m (k)}がえ _s 以下の場合は、燃焼空気量設定値 Fをと決める。え _{m (k})がえ sを超えているときは、 F iと一時記憶されていた燃焼空気一時設定量 F ( f l a g= 0) とを比較し、 F , が F (f l a g= 0) より小さければ燃焼空気量設定値 Fをと決め、 F > が F (f 1 a g= 0) より大きければ燃焼空気量設定値 Fを F ( f 1 a g= 0 ) と決める。燃焼空気一時設定量 F (f 1 a g= 0) は、空気過剰率平滑化値え _m が初めて上限値に達した時の燃焼空気目標量である。

但し、この段階で、前回の空気過剰率平滑化値え m tk Uが； Is 以下であったかどうかも調べ、以下であったならば今回の燃焼空気目標量を燃焼空気一時設定量 F ( f 1 a g= 1 ) として一時記憶する。この演算によって、空気過剰率平滑化値が、連続して空気過剰率上限値を超えている場合は燃焼空気一時設定量が変わらないが、一旦空気過剰率上限値以下となり再び空気過剰率上限値を超えた場合には燃焼空気一時設定量は更新される。そして、次の演算では F ( f 1 a g= 1 ) が！¹ (f l a g= 0 ) と入れ替わって使用される。これによつて、そのときのごみの性状の異常度合いに応じた燃焼空気一時設定量が定められる。

次に、燃焼空気量とともに燃焼空気温度を同時に制御する場合を説明する。空気過剰率平滑化値んが上限値え s 以下の場合は、（ 2 5 ) 式に基づいた燃焼空気温度の設定値 T_{F SET}が燃焼制御手段 1 6から加熱器 1 2に送られ、燃焼空気温度が設定値 T FSETとなるように燃焼空気温度が制御される。排ガス中の 0₂ 濃度の測定値が上限値以下の場合も同じである。

T FSET= T F ( H U ) - ( 2 5 ) 燃焼空気温度の設定値 T_FSETは低位発熱量 Huの関数 T_F (Hu) であり、例えば図 1 2に示すような関数である。低位発熱量（Hu) が小さいときは燃焼空気温度 T_F は高く設定され、低位発熱量（Hu) が大きいときは燃焼空気温度 TF は低く設定される。

空気過剰率平滑化値えが上限値え sを超えているときは、（ 2 6 ) 式に基づいた燃焼空気温度の設定値 T _{F SET}が燃焼制御手段 1 6から加熱器 1 2に送られ、燃焼空気温度が設定値 T FSETとなるように燃焼空気温度が制御される。排ガス中 0₂濃度の測定値〔0₂ 〕（_k)が上限値〔0₂ 〕 s を超えているときは、

( 2 7 ) 式に基づいて燃焼空気温度の設定値 T FSETを求める。

T FSET= T F (H u) + KTFI ( A m (_k) - A s} ··· ( 2 6 )

T FSET= T F (H U) + KTF2 ( [ 0₂] _(K) - [ 0₂] s} … ( 2 7 ) ここで、 K_{TF 1} 、 KTF2 は比例ゲインの制御パラメ一夕である。又、（ 2 7 ) 式は、（ 2 6 ) 式の空気過剰率平滑化値えとその上限値え _s を排ガス中〇 ₂濃度の測定値〔0₂〕 _(k, とその上限値〔0₂〕 _s に各々置き換えたものである。

図 1 0に示した装置を用いてごみ焼却を行い、排ガス中 0₂濃度と燃焼空気量及び蒸気発生量を調べた。目標蒸気発生量は 2 0 t/h、排ガス中 0₂濃度の上限は 9 %であった。測定は連続して行われていたが、 3 0秒の周期で測定値を採取して図 1 1の処理過程にしたがって燃焼空気量設定値の計算を行い、燃焼空気量を制御した。調査は、蒸気発生量測定法と排ガス中 02 濃度測定法についても行い、その結果を比較した。

本実施例の実施結果を図 1 3〜図 1 5に、蒸気発生量測定法の結果を図 1 6 〜図 1 8に、 0 ₂ 濃度測定法の結果を図 1 9〜図 2 1に各々示す。囪 1 3、図 1 6及び図 1 9においては排ガス中 0 ₂ 濃度、図 1 4、図 1 7及び図 2 0においては燃焼空気量、図 1 5、図 1 8及び図 2 1は蒸気発生量の変化を示している。

本実施例においては、排ガス中 0 ₂ 濃度が一時上昇するとともに蒸気発生量が低下した P時点で、燃焼空気量は燃焼空気一時設定量に一致するように制御された。このため、低下した蒸気発生量は間もなく回復した。

一方、蒸気発生量測定法では、 P時点で燃焼空気量を増やしたのでごみは冷却され蒸気発生量は低下を続け、非常に回復が遅れた。又、 0 ₂ 濃度測定法では、 P時点で燃焼空気量を減らしたのでごみの乾燥が遅れ、蒸気発生量の低下は蒸気発生量測定法ほどは進まなかったが、回復には同程度の時間を要した。

Claims

請求の範囲

1 . ごみ投入クレーンに付帯するごみ荷重計及びごみ焼却炉ホッパ内のごみの表面高さを計測するごみレベル計の測定値から、投入されたごみ重量及び投入前後のレベル変化分を求め、前回までに求められた過去複数回のこれらの量との比較結果から、ごみを炉の内部へ送り込む乾燥火格子速度を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 . 前記ごみ重量と前記レベル変化分から、ごみ投入時に投入されたごみの嵩密度を算出し，算出された嵩密度と前回までに算出された過去複数回の平均嵩密度の差を求め、この差が設定した基準値パラメ一夕より大きいときに、乾燥火格子速度を減速又は一時停止する請求項 1記載のごみ焼却炉の燃焼制御方法。

3 . 前記ごみ重量と前記平均嵩密度の比から算出される推定レベル差と、前記レベル変化分との差が、基準値パラメ一夕よりも大きいときに、乾燥火格子速度を減速又は一時停止する請求項 1記載のごみ焼却炉の燃焼制御方法。

4 . ごみ焼却炉における蒸気発生量及び排ガス中 0 ₂濃度を測定し、蒸気発生量を目標蒸気発生量に一致させるために必要な燃焼空気目標量を演算し、排ガス中 0 ₂濃度の測定値が予め定められた上限値に最初に達したときの燃焼空気目標量を燃焼空気一時設定量として記憶し、そして、排ガス中 0 ₂濃度の測定値が上限値以下のときは前記燃焼空気目標量と一致するように燃焼空気量を制御し、排ガス中 0 ₂濃度の測定値が上限値を超えているときはその時の燃焼空気目標量と前記燃焼空気一時設定量のうち少ない方の量と一致するように燃焼空気量を制御することを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御方法。

5 . 前記排ガス中 0 ₂濃度の測定値が上限値以下のときは、ごみの低位発熱量が大きければ燃焼空気温度を下げるように、そしてごみの低位発熱量が小さければ燃焼空気温度を高めるように制御し、前記排ガス中 0 2 濃度の測定値が上限値を超えているときは、この上限値と測定値の差に応じて燃焼空気温度を上昇させるように制御する請求項 4記載のごみ焼却炉の燃焼制御方法。

6 . 前記排ガス中 0 ₂濃度の測定値から空気過剰率を求め、前記排ガス中 0 ₂濃度の測定値に替えて空気過剰率を用いて燃焼空気量を制御する請求項 4又は 5 載のごみ焼却炉の燃焼制御方法。