JPH0122539B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、流動式焼却炉において、その空塔速
度を自動的に最適に保ち、常に効率の良い安定し
た燃焼状態が得られるように改善された新しい燃
焼制御方法の提供に関する。

（従来の技術） 既知のように、近年益々増加の一途をたどる下
水汚泥を始めとして、各種産業分野から発生する
汚泥の処理方法として、流動床焼却炉による焼却
処理がクローズアツプされている。この流動床焼
却炉は、砂粒体の流動特性を燃焼技術に応用した
効率的プロセス機能を有するものである。その基
礎原理は、第５図に示す如く、次のとおりであ
る。

多孔整流板５０を備えた容器内５１の砂粒子充
填床５２へ整流板５０を通じて空気を圧送すると
空気が床内を通過する速度（以下、空塔速度と云
う）は、床内圧力損失との間の第１図の関係を有
する。一般に流入空気量が少ない状態では、充填
床５２は見掛上静止の状態にある（第５図）。
しかし空気量がより増大し、圧力損失が砂粒子全
体重量とほぼつり合う砂の流動化開始速度U_nf以
上になると、砂粒子は液体の沸とう現象のように
流動運動を開始する（第５図）。そしてこの流
動運動の速度限界内では圧力損失はほとんど一定
となり適正な流動運動が維持される（第５図）。
空塔速度をさらに増大させると砂粒子の多くは気
流に伴なわれて容器５１外へ排出されはじめ、適
正な流動運動が崩壊する（第５図）。

以上のように充填床５２が静止時の高さの1.2
〜1.6倍程度に膨張した第５図の状態を一般に
流動床と称し、この特性機能を燃焼技術に応用し
たのが流動床焼却炉である。

実際の焼却炉では、この流動床を所定の温度に
維持しながら被焼却物である下水汚泥を連続的に
焼却することになる。

前記焼却炉においては、所定空気量は、燃焼の
ために必要な量と、流動化に必要な量とから決定
される。また、流動床温度は、補助燃料として使
用する重油の着火点以上でかつ、焼却灰の焼結開
始温度以下に設定される。

前記焼却炉で実際に被燃焼物を燃焼した場合、
最も効率よく、即ち被焼却物を補助燃料および粉
粒子とが接触し合い、被焼却物の反応の機会が最
大となると思われる最適空塔速度U_OPtなるものが
残存することが、実験その他から確認されてい
る。

これは、被焼却物（１例として例えば汚泥）供
給量と、補助燃料である重油消費量との関係を示
した添付第２図で明らかなように、その最適空塔
速度U_OPtは約1.0ｍ／sec程度であることが判る。

即ち第２図は汚泥供給量一定条件下における流
動化空気量と重油消費量の関係グラフ図であつ
て、縦軸は汚泥当り重油量、横軸は流動化空気量
であり、横軸における上段数値は流動化空気量、
下段の括弧内数値は空塔速度を示している。

尚、空塔速度は、流動化空気量にほぼ比例する
が、炉内温度、炉内圧力によつて異なる。即ち、
空塔速度は、流動化空気量（入口量）、炉内温度、
炉内圧力の関数として次式で計算される。

Ｕ＝Ｖ×Ｔ／273×（圧力補正）／Ａ Ｕ：空塔速度（ｍ／sec） Ｖ：供給空気量（Ｎm³／sec） Ｔ：温度（℃） Ａ：炉内断面積（m²） これらの点から言えることは、定常運転時（被
焼却物燃焼時）において、最も重要なポイント
は、その流動床が常に適正な流動状態（最適空塔
速度）を維持していること、更には汚泥等の被燃
焼物における部分的な性状変化等により、一時的
な不完全燃焼が起ることを防ぐことの２点であ
る。これら２点は、流動化空気量を最適にコント
ロールすることで得られる。

以上に説明したような流動床式焼却炉における
今日までその知見を背景とし、現在この種焼却炉
で行なわれている運転並び制御について述べる。

第３図はその１例を示したものであつて、同図
において１は炉、２は流動床、３はオリフイスプ
レート、４は空気供給路であつて、流動ブロワ５
およびFIC調節計６によつて制御される制御弁７
を備えて、図示のように流動床２に流動空気を送
るのである。８は重油（補助燃料）供給路であつ
てTIC調節計９によつて制御される制御弁１０を
備えて、炉内に重油を噴霧式に供給する。１１は
炉内廃ガスの吸込ブロワであつて、PIC調節計１
２によつて制御される制御弁１３を具備してい
る。

このような流動床式焼却炉１において、炉の昇
温に関しては、各種の手段が採用されているが、
定常運転に入る前に所定の炉温まで昇温し、その
後は常に一定温度を維持するように運転すればよ
い。一般にはその昇温時には図示省略してあるが
昇温用バーナを使用する。定常運転時には被焼却
物が自然性のものでない場合、補助燃料（重油）
のみを噴霧式に供給するのである。このさい実際
には重油供給路８としては、炉１を一周するよう
に重油供給口があり、一斉に炉１内へ噴霧供給さ
れると共に、炉温としては燃焼の主舞台である流
動床２部の温度を採用し、TIC調節計９により制
御弁１０を制御してその重油供給量を制御してい
るのである。また流動空気量は流動ブロワ５にお
ける制御弁７を調整することにより制御している
のである。即ち、あらかじめ設定された必要流動
空気量、即ち最適空塔速度を得るのに必要な空気
量を、FIC調節計６に設定して制御しているので
ある。更に炉内圧を一定負圧に保つために、炉内
廃ガスを吸込ブロワ１１で吸引し、このブロワ１
１入口の制御弁１３をPIC調節計１２で制御する
ことになる。

（発明が解決しようとする課題） 上記のような従来の制御運転手段においては、
次のような問題点を生じる。

即ち第１には、流動床式焼却炉１の起動に当
り、上述した定常運転時に必要な流動空気量を当
初より流しながら、昇温用バーナを使つて運転員
の操作によつて昇温を行なうのであるが、バーナ
を停止し、補助燃料（重油）吹き込みのみの燃焼
を開始する時には、一時的な降温や不完全燃焼が
起り易く、流動空気量調整等の運転操作に当つて
細心の注意が必要とされる難しさがある。

第２には起動時から定常運転時での流動空気量
で運転するため、起動の初期段階では空塔速度が
粉粒体の流動化開始速度U_nfに達せず、流動層内
の熱伝達が悪く、炉内の昇温効率が悪い。

第３には、定常運転時においては、例えば汚泥
等の部分的性状変化その他によつて、炉内の状態
が不断に変動していて、その結果空塔速度も変化
し易く、不完全燃焼が生じやすく、従来のような
炉内圧、炉内温、流動空気量を独立して制御して
いては、最適空塔速度を維持することはきわめて
困難となり、常に安定した燃焼状態が得ることが
不可能である等の点である。

このためこれらの問題点を解決し、流動床式焼
却炉において最も重要な空塔速度を常に最適に保
ち、効率の良い安定した燃焼状態を得ることが強
く要請される処である。

（課題を解決するための手段） 本発明はこのような要求を満足させるためにな
されたものであつて、その特徴とする処は、炉内
に供給される流動化空気量Ｖを、炉内の空塔速度
と排ガス中の残存O₂濃度とから制御する燃焼制
御方法であつて、燃焼工程中、前記Ｖ＝V_nf（但
しV_nfは被焼却物および流動媒体を流動させるに
必要な最小流動化空気量）にて流動化を開始する
とともに、前記空塔速度と排ガス中の残存O₂濃
度を検出しつつ、該残存O₂濃度がＡ％未満（但
しＡは炉内を完全燃焼状態に保つための空気比に
よつて予め定まる排ガス中の残存O₂濃度）の時
はＶ＝V₁、およびＡ％以上の時はＶ＝V_OPt（但し
V_OPtは予め設定される最適空塔速度を保つための
流動化空気量であり、V_OPt＜V₁）とする点にあ
り、更にその特徴とする処は前記方法において、
流動化空飢量のV_OPtおよびV₁への変換を段階的
に行なうようした点にある。

（実施例） 以下本発明方法の実施例について詳述すると、
流動床式焼却炉が、常に効率の良い安定した燃焼
状態を得るためには、炉内温を昇温パターンに
従つて自動昇温し、定常運転時に必要な温度
（800℃前後）に達すれば、その後はその温度に保
持すべく重油供給量を定制御すること、炉内圧
を常に規定圧に保持するように制御弁１３を定値
制御すること、空塔速度を最適に保持すること
の、３項目に亘る制御が必要である。本発明方法
は上記３項目の内、炉温、炉内圧の定値制御はい
うまでもなく行なうのであるが、特にその特徴は
空塔速度の制御に関する内容であり、空塔速度の
制御を流動化空気流量の調節によつて行なう点
は、従来と同様であるが、本発明はその流動化空
気量の流量設定手段に特異な内容を持つものであ
る。第４図に本発明方法における流動化空気量の
設定手段をフローチヤート図として示している。

但し同図において、Ｕは空塔速度、U_nfは初期
空塔速度（最小流動化空気量が流れている時の空
塔速度）、Ｖは流動化空気設定量、V_nfは初期流
動化空気量（最小流動化空気量）、O₂は排ガス中
の残存O₂濃度、U_OPtは最適空塔速度、V₁は最適
空塔速度を維持するための空気量の計算値であ
る。

上記フローチヤート図で明らかなように、本発
明による制御方法の処理手順は以下の通りにな
る。（以下、記号(イ)〜(リ)は、第４図のフローチヤ
ートに対応する。） (イ)即ち流動化空気量として、流動媒体の質量粒
径から自動的に決定される流動化開始のための最
小流動化空気量V_nfによつて、流動制御を開始す
るのである。従つて起動開始時から、流動床内の
熱伝達が良く、昇温時間を短縮させることが可能
である。

(ロ)次に炉は予め設定された昇温速度によつて自
動的に昇温される。(ハ)流動床温の上昇につれて流
動化空気量設定値は同一でも空塔速度は上昇する
ので、炉温、炉内圧等から常にその時点での空塔
速度Ｕを自動的に計算し、(ニ)流動化開始速度V_nf
に達したかどうかをチエツクすると共に、(ホ)昇温
中の不完全燃焼を防ぐ為に排ガス中の残存O₂濃
度もチエツクしているのである。(ヘ)この昇温中に
空塔速度Ｕが最適空塔速度V_nfに達すれば、これ
を維持するように流動化空気量Ｖを制御するので
ある。

(ト)次いで炉が定常運転に入れば、排ガス中の残
存O₂濃度を常にチエツクしつつ、その最適空塔
速度を保持するように流動化空気量Ｖを制御する
のである。(チ)すなわち残存O₂濃度としては、信
頼性を高めるため、規定時間内の平均濃度として
は、信頼性を高めるため、規定時間内の平均濃度
を採用し、この濃度がもし基準値以下であつた時
には、直ちに流動化空気量を増加するのである。
(リ)そして残存O₂濃度が基準値以上に回復すれば、
再び最適空塔速度を保持するように、流動化空気
量を制御してやるのである。

(イ)また前記フローチヤート図によつて更に明ら
かなように、本発明では炉の起動時から最小流動
化空気量V_nf（空塔速度U_nfを維持するための空気
量）で運転するため、流動床が常に流動層域内に
あり、炉内の熱伝達は常時効率的に行なわれるの
である。(ヘ)また昇温中は流動床温の上昇につれ、
流動化空気量設定値は同一でも、炉内の空塔速度
は増加してゆき、逐には最適空塔速度を越えてし
まうことになる。そこで本発明では、その後は流
動化空気量の設定を、最適空塔速度を維持するに
足りるだけに自動調節するのである。

(ト)(チ)(リ)また定常運転時（焼却運転時）に、何等
かの外乱により、一時的に炉内温や炉内圧が変動
しても、常に最適空塔速度を保持するように流動
制御するのである。すなわち、炉内温度、炉内圧
が変わると空塔速度が変わる。絶えず流動空気
量、炉内温度、炉内圧から空塔速度を計算し、最
適空塔速度に維持する。

このさい本発明において排ガス中の残存O₂濃
度をチエツクするのは、炉の運転中に、排ガス中
の残存O₂濃度が炉内を完全燃焼状態に保つため
の過剰空気比によつて予め定まる濃度を割ると、
不完全燃焼を起していると考えられるからであ
る。

即ち流動床式焼却炉では、他の炉と相違し、燃
焼空気量（流動化空気量）が理論空気量の1.1〜
1.3倍で済むのであり、今この過剰空気比を例え
ば1.1とした時の残存O₂濃度を計算すると５％と
なる。従つて残存O₂濃度が５％以上ならば、炉
内は完全燃焼状態にあると考えられ、反対に５％
以下ならば不完全燃焼を起していると考えられ
る。(チ)従つて５％以下を示した場合には、速かに
流動化空気量を増加してやるのである。そしてこ
の状態の運転を規定時間継続して後、(リ)残存O₂
濃度が５％以上に回復すれば、通常運転に復帰さ
せるのである。(チ)この流動化空気の変化即ち残存
O₂濃度がＡ％（例えば前記５％）以下の時に流
動化空気量をV₁とし、(リ)Ａ％以上の時はV_OPtと
することで、V_OPt→V₁への増量は約10％以上の
風量増加であり、これは経験上、この範囲内で一
時的な不完全燃焼を解消できるからであり、また
このさい流動化空気量を急激に増加させると、炉
内の流動状態に悪影響を与えるおそれも考えられ
るので、このような場合にはその増量は徐々に増
加させるようにプログラムすることが適当であ
る。

（発明の効果） 本発明は以上の通りであつて、炉内に供給され
る流動化空気量Ｖを制御するものであり、炉の運
転起動時には、最小流動化空気量V_nfで起動し、
運転中は常時排ガス中の残存O₂濃度をチエツク
し、その残存O₂濃度が炉内を完全燃焼状報に保
つための過剰空気比によつて予め定まる残存O₂
濃度以上の時には、最適空塔速度を保つための流
動化空気量V_OPtとし、また残存O₂濃度が炉内を完
全燃焼状態に保つための過剰空気比によつて予め
定まる残存O₂濃度以下の時には流動化空気量V₁
（V_OPt＜V₁）とする制御内容によつて、以下のよ
うな効果が期待できる。即ち本発明では常時排ガ
ス中の残存O₂濃度をチエツクし、流動床が不完
全燃焼状態にならないようにすることにより、産
業廃棄物焼却炉として最低限厳守すべき条件を満
足させることができるのである。即ち不完全燃焼
を起生すると、大気汚染の問題や、焼却灰投棄条
件として、法律上規制されている灼熱減量の点で
も問題がある。即ち一定量の被焼却物を一定温度
条件下で一定時間燃焼した時に、被焼却物の重量
がどれだけ減量されるかというのが灼熱減量であ
り、法律では15％以下と限定されており、この目
的を達成するためには、被焼却物を完全燃焼する
ことが必要である。

従来この残存O₂濃度をチエツクして、被焼却
物の供給量を制御する手段は存在するが、この手
段では、残存O₂濃度が下がつてきた時には、既
に炉内には不完全燃焼の原因となつている被焼却
物が入つており、この不完全燃焼が回復するまで
に比較的時間を要する。また被焼却物（例えば汚
泥等）の供給量制御は、ハードウエア上の制約か
ら困難であり、効果的な制御が得られない等の欠
点がある。これに対し本発明手段では、不完全燃
焼解消のために流動化空気量を増加させるため、
事態に対して即応性においてはるかに優れ、供給
量制御手段における欠点は全く生じないのであ
る。

また本発明方法では、起動時には、流動床の熱
伝達を充分に行ない得る最小流動化空気量V_nfで
運転するため、炉の昇温時間を短縮できると共
に、補助燃料（重油）の消費量も節減できるので
あり、定常運転時には、外乱により炉内の状態が
一時的に変動しても、常に最適空塔速度を保持し
て、その効率の良い燃焼状態を維持できるのであ
り、流動床式焼却炉における燃焼制御手段として
優れたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は空塔速度と圧力損失との関係グラフ
図、第２図は供給量一定条件下における流動化空
気量と重油消費量の関係グラフ図、第３図は流動
床式焼却炉の説明図、第４図は本発明方法実施例
を示すフローチヤート図、第５図は流動床の説明
図である。 １……炉、２……流動床、３……オリフイスプ
レート、４……流動化空気供給炉、５……流動ブ
ロワ、８……重量供給路、１１……吸込ブロワ、
７，１０，１３……制御弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉内に供給される流動化空気量Ｖを、炉内の
   空塔速度と排ガス中の残存O₂濃度とから制御す
   る燃焼制御方法であつて、燃焼工程中、前記Ｖ＝
   V_nf（但しV_nfは被焼却物および流動媒体を流動さ
   せるに必要な最小流動化空気量）にて流動化を開
   始するとともに、前記空塔速度と排ガス中の残存
   O₂濃度を検出しつつ、該残存O₂濃度がＡ％未満
   （但しＡは炉内を完全燃焼状態に保つための空気
   比によつて予め定まる排ガス中の残存O₂濃度）
   の時はＶ＝V₁、およびＡ％以上の時はＶ＝V_OPt
   （但しV_OPtは予め設定される最適空塔速度を保つ
   ための流動化空気量であり、V_OPt＜V₁）となす
   ことを特徴とする流動床式焼却炉の燃焼制御方
   法。 ２ 流動化空気量ＶのV_OPtおよびV₁への変換を
   段階的に行なう特許請求の範囲第１項記載の流動
   床式焼却炉における燃焼制御方法。