JPH02504302A - 回転式焼却炉の自動燃焼制御 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、廃棄物の回転式焼却炉に関し、より詳細には、回転式焼却炉に供給さ れる燃焼用ガスの自動制御に関する。

陸上における既存の廃棄物投棄用地がその収容限度に近づいているが、新たな投 棄用地の確保は益々困難になっており、他方、特に一般廃棄物中の有毒化学物質 の量は益々多くなっている。このため、固形廃棄物の適切な投棄が益々重大な問 題となワている。

投棄を要する固形物の量を減らすために可燃性固形廃棄物の焼却がずっと前から 行われている。しかしながら、既存の焼却法では、不完全燃焼の起こることが多 く、また、−酸化炭素及び不完全燃焼の炭化水素を含有する排ガスが発生するこ とが多い。

一般固形廃棄物の焼却に用いられている装置の一形式として水冷回転式焼却炉が ある。水冷回転式焼却炉の例がハリス（Ｈａｒｒｉｓ）氏等に付与された米国特 許第３，８８２．６５１号に記載されている。

本発明の目的は、燃焼すべき廃棄物の燃焼特性の如何にかかわらず回転式焼却炉 内での燃焼を効果的且つ能率的に達成することにある。

この目的は、固形廃棄物の燃焼に利用される回転式焼却炉への燃焼用ガスの供給 量を制御する本発明の方法によって達成される。

本発明の方法は、排ガス中の特定の成分ガスの相対量を検出し、回転式焼却炉に 供給される燃焼用ガスを制御して前記特定の成分ガスの相対量を所定範囲内に保 つことを特徴とする。好ましくは、廃棄物をその燃焼特性に関係なく効果的且つ 能率的に燃焼させるため、排ガス中の酸素が排ガスの特定の成分ガスとして用い られる。また、回転式焼却炉に供給される燃焼用ガスを火炎特性センサの信号に 応じて制御すれば、火炎特性を所定の基準通りに維持できる、火炎特性を、温度 を検出すべきか火炎を検出すべきかに応じてそれぞれ赤外線又は紫外線を検出す る光電池によって検出されるような火炎の温度又は存在に関連させるのが良い、 火炎特性の検出は、ガス透過性側壁を備えた燃焼筒の下に位置した複数のウィン ドボックスを有する回転式焼却炉に適用できる。この場合、好ましくは複数の火 炎特性センサが用いられ、廃棄物をその燃焼特性とは関係なく効果的且つ能率的 に燃焼させるためこれらセンサはそれぞれ対応関係にあるウィンドボックスの上 方の領域内の火炎特性を検出する。

上記目的及び、後で明らかになる他の目的並びに利点は、本開示内容の一部を形 成する添付の図面を参照して以下に詳細に説明すると共に請求の範囲に記載され る構成及び作用の細部にある。

なお、添付の図面中、同一の参照番号は同一の構成要素を示している。

第１Ａ図は、本発明による燃焼制御装置が組み込まれた回転式焼却炉の横断両立 面図である。

第１Ｂ図は、第１Ａ図に示す回転式焼却炉の平面図である。

第２図は、従来型回転式焼却炉における酸素の含有率と時間との関係を表すグラ フである。

第３Ａ図は、第１Ａ図に示す回転式焼却炉の横断面端面図である。

第３Ｂ図は、第３Ａ図の構造体の部分拡大図である。

第１Ａ図に横断両立面図の状態で概略的に示すように、水冷回転式焼却炉８が、 主構成要素として、全体的に円筒形の側壁３６を備えた燃焼１１１０を有し、側 壁３６は、燃焼筒１０をその長さ方向軸線の周りに回転させることができるよう ローラ１２上に載置された環状の支持バンド１３に取付けられている。燃焼筒１ ０は、燃焼させるべき材料、例えば、湿分及び燃焼熱が変化する一般固形廃棄物 １４を受は入れる全体が開口した投入端１６を存する。燃焼筒１０の別の端であ る出口端１８が煙道１９内に位置している。排ガス２０及び固形燃焼生成物であ る灰は百日端１８を通って燃焼筒１０から出る。燃焼筒１０は、燃焼筒】０の全 体的に円筒形の側壁３６を形成するようガス透過性相互接続部２５により接合さ れた冷却管２４によって冷却される。−殻間形廃棄物は性質が変化するので、燃 焼筒１０内に投入されこの中を通過する廃棄物１４の送り速度を一定に保つこと は困難であり、かくして燃焼筒１０内の火炎２６の位置及び強さは経時的に変化 する。

その結果、排ガス２０の構成は酸素含有率に関し第２図に示すように時間の経過 により大幅に変化する。かかる変化が生じていると、廃棄物１４の燃焼状態が不 均一であるらしいことが分かる。

第１Ａ図、第１Ｂ図及び第３Ａ図に示されているような典型的な回転式焼却炉８ は全体的に円筒形の水冷式燃焼筒１０を有し、この燃焼筒１０は、長さ方向に延 びる冷却管２４と隣合う冷却管２４間に位置したガス透過性相互接続部２５、例 えば有孔ウェブ２５とで形成した全体的に円筒形の側壁３６を有する。燃焼筒１ ０は、水平から僅かに傾いた状態で投入ｇ＠１６から出口端１８に向かって下方 に延びる回転中心軸線を有している。かくして、冷却管２４及び有孔ウェブ２５ も投入端１６から僅かに傾斜し、冷却管２４はついには煙道１９内部で曲げられ 、有孔ウェブは通常ここで終端する。冷却管２４は燃焼筒１０の出口端１８及び 投入端１６にそれぞれ隣接して位置した第１の端部及び第２の端部を有する。

有孔ウェブ２５は好ましくは、燃焼筒１０内の廃棄物の燃焼を持続させるため燃 焼用ガス、例えば空気を燃焼筒１０の内部に供給する開口３７（第３Ｂ図）を有 する棒鋼で形成される。有孔ウェブ２５は投入端１６から冷却管２４の全体的に 真っ直ぐな軸方向部分に沿って煙道２８内に位置したアングル部分２４ａまで延 びている０通常、アングル部分２４ａにはウェブ２５が無いが、このアングル部 分２４ａでは、冷却管２４が幾分収斂する関係をなして燃焼筒１０の出口端１８ まで延びており、したがって、排ガスやフライアフシェのような固形粒子を含む 排出物２０及び灰や燃えかすのような固形燃焼生成物２２は燃焼筒ｌＯから一層 容易に逃げ出ることができる。

燃焼筒ｌＯは、全体的に円筒形の列の状態に配列された冷却管２４の外周部に適 切に連結されると共にローラ１２上に載置された全体的に環状のバンド１３によ り包囲されている。燃焼筒１０を回転させるには、ローラ１２を駆動させるか、 或いは、鎖伝動装置を用いるか、又は燃焼筒１０に固着されていてビニオンによ り駆動される別個の輪歯車（図示せず）を用いて燃焼筒ｌＯを直接駆動するのが 良い。

燃焼筒１０を冷却するには、冷却剤を冷却管２４中に循環させる。その結果得ら れる高エネルギの冷却剤はリングへラダ２７及び供給管３０を介して燃焼１１１ ０から排出される。供給管３０により排出された高エネルギ冷却剤はポンプ２８ によりて回転継手３１を通って熱交換設備又は熱交換器２９へ循環するが、この 熱交換器２９は低エネルギの冷却剤をポンプ２８、回転継手３１及び供給管３０ を介してリングヘッダ２７に戻す、供給管３０は好ましくは、回転継手３１への 連結用の二重の管、即ち同軸の管３２を有する。リングへラダ２７は熱交換器２ ９から受は取った低エネルギの冷却剤を第１の組をなす冷却管２４に分配するが 、この第１組の冷却管２４は冷却剤を、燃焼筒１０の投入端１６に位置したＵ字 管３４のような戻し手段まで燃焼筒１０の長さ方向に搬送する。Ｕ字管３４は、 第１組の冷却管２４を第２組の冷却管２４に接続するが、この第２組の冷却管に より冷却剤はリングヘッダ２７に戻されて熱交換器２９へ送り出される。熱交換 器２９は、当該技術分野で知られているように、ボイラー、凝縮器及び蒸気駆動 式発電システムへの接続手段等（全て図示せず）を有する。

第１Ａ図、第１Ｂ図及び第３Ａ図に示すように、燃焼用空気が、燃焼筒１０の下 側にその回転中心軸線とほぼ垂直な関係をなして配設されたウィンドボックス４ ８，５０，５２．５４によっテ供給される。ウィンドボックスは送風＄１３５か ら空気ダクト３８及び制御ダクト４０，４２．４４．４６．４７．４９を経て燃 焼用空気を加圧下で受は入れる。第３Ａ図に示すように横断面が犬の後脚のよう な「＜」の字形のストリップ状シール５６が燃焼筒１０の外面に沿って長さ方向 に延びており、これらシール５６により圧力が維持される。ストリップ状シール ５６はそれぞれ、少なくとも一つのウィンドボックスの軸方向長さに亙り連続し た状態でウィンドボックスの縁５７に当接する圧力シールを形成し、ウィンドボ ックス４Ｂ、５０，５２．５４を出た燃焼用空気が燃焼筒１０に流入するように している。

廃棄物１４の燃焼により生じた排ガス２０は第３Ａ図に示すエンクロージャ６１ によって封じ込められているが、図面を単純にするため第１Ａ図では省略されて いる。エンクロージャ６１は適当な表面が支持体６３により支持されている。煙 道１９を大気圧よりも僅かに低い圧力に保つため、誘引通風機（図示せず）が回 転式焼却炉８から見て下流側で煙道１９に結合されている。かくして、本質的に は、排ガス２０は全て、煙道１９を経て燃焼筒１０から出る。

第３Ａ図に示すように、燃焼用空気が例えば制御ダクト４６゜４４を介してウィ ンドボックス５０．５４にそれぞれ供給される。

なお、第３Ａ図には示していないが第１Ａ図及び第１Ｂ図には図示しである空気 ダクト３日により空気が制御ダクト４６．４４に供給される。燃焼！１０は出口 端１８から見て時計回りに低速、例えば１　／　６　ｒ　ｐ　ｍで回転する。そ の結果、廃棄物１４が片一方の側に寄るため、廃棄物により覆われない状態の開 口３７が幾つか生じる（第３Ａ図）、これら覆われていない状態の開口３７を介 して、オーバーファイヤ・ウィンドボックス４８，５０．５２は「オーバーファ イヤ」用空気を制御ダク）４２．４６．４９から廃棄物１４の上面に供給するこ とができる。同時に、制御ダク）４０．４４．４７からのｒアンダーファイヤ」 用空気はアンダーファイヤ・ウィンドボックス、例えば、燃焼筒１０の中間に位 置したウィンドボックス５４によって、側壁３６と接触状態にある廃棄物１４の 部分に供給される０通常、廃棄物１４は大きくて形の不揃いな物体で構成されて いるので、アンダーファイヤ用空気は、少なくとも燃焼筒１０の投入端１６近傍 では廃棄物１４に侵入できる８通常、燃焼筒１０内で燃焼を開始するには油又は 天然ガスのような補助燃料を用いるが、かかる補助燃料は燃焼筒１０の投入端１ ６を通って供給し、着火期間後、燃焼が始まると遮断するのが良い。

ウィンドボックス内の圧力は、ダンパ６０の動作により、水柱約２インチ、即ち 、通常は大気圧よりも僅かに低い燃焼筒１０内の圧力よりも１／１０（０，’ｌ ）ρｓｉ以下だけ僅かに高い圧力状態に保たれる。従来型回転式焼却炉では、ダ ンパ６０は手動調節されるが、設定状態を変えることはめったに無い、しかしな がら、第２図に示すように、一般に、燃焼筒１０内では比較的急激な燃焼状態の 変化が生じる。その結果、従来型回転式焼却炉では、燃焼筒１０の燃焼領域に供 給される酸素量は通常、所望の量よりも多いか少ないかのどちらかである。

本発明によれば、第３Ａ図を参照して説明すると、ダンパ６゜は制御ユニット６ ２により制御され、この制御ユニットを用いると、廃棄物１４の均一で完全な燃 焼が得られ、かくして従来方式で実施されているような手動Ｔｌ４ｗ１の欠点が 解消される０本発明の第１の実施例では、煙道１９内に設けられたセンサ６４が 排ガスセンサ信号を発生し、この信号が制御ユニット６２に送られる。

この排ガスセンサ信号は、所定の動作特性の度合い、例えば、排ガス中の酸素、 −酸化炭素又は未燃焼の炭化水素の含有率を指示している。制御ユニット６２は 排ガスセンサ信号に応答してダンパ６０を作動することにより燃焼用空気の供給 量に所望の変化を与える。かくして、排ガスセンサ信号により、例えば酸素含有 率が所望の所定範囲を下回っていることが分かると、制御ユニット６２はダンパ ６０をｉＡ節して燃焼ｗＩｏ内への燃焼用空気の流量を増加させるが、排ガス中 に過剰量の酸素が存在していることが分かると燃焼用空気の供給量を減少させる ことができる。

さらに、第１Ｂ図に示すように、送風機３５は流量可変型のものであるのが良く 、この場合、ダンパ６０に供給される燃焼用空気の総流量を送風８１３５の出力 を変化させてｍｓするのが良い。

また、燃焼筒１０に供給される燃焼用空気の総量の増減に代わる手段として、排 ガスセンサ信号に応じて燃焼用空気の分布を変えても良い、たとえば、ウィンド ボックス５０．５４に供給される燃焼用空気の流量を加減しても良い、その理由 は、通常、燃焼は燃焼筒１０の中間のこれら２つのウィンドボックスの上方で顕 著に起こるからである。

また、燃焼用空気供給量の初期調節に対する排ガスセンサ信号の応答の度合いを モニターしておけば、燃焼用空気の分布及び総供給量に対し後で行うｔＪ４節を 初期ＩＪ４節とは異なる度合いで実施できる。たとえば、低含有率の酸素に対す る初期応答ではウィンドボックス５０．５４への供給流量を増大させるようにし 、もし徘ガス中の酸素があまり増加しないことが検出されると、制御ダクト４７ ．４９を調節してオーバーファイヤ・ウィンドボックス５２及びこれに隣接した アンダーフッイヤ・ウィンドボックスへの燃焼用空気の流量を増加させるのが良 い。

センサ６４は好ましくは排ガス２０中に存在する酸素の含有率を検出するが、こ れはウェスアンダハウス・エレクトリ７り・コーポレーションの燃焼制御部門に より製造されたモデル６６３０酸素濃度計であるのが良い、第３Ａ図に示すよう に、制御ユニット６２は好ましくは、例えばインテル（ＩＮ置）８　Ｂ／４０の ようなマイクロプロセッサ６７と、例えば１３００シリーズ・コントローラ（こ れも、ウェスアンダハウス・エレクトリック・コーポレーションの燃焼制御部門 によって製造されたものである）のようなコントローラ６８とを有する。マイク ロプロセッサ６７は、排ガス２０中の酸素含有率を指示する排ガスセンサ信号に 応答して、燃焼用空気としてウィンドボックス４Ｂ、５０，５２．５４に供給さ れる空気の量を調節する出力信号を発生するよう当業者によってプログラミング される。マイクロプロセッサ６７からの出力信号はコントローラ６８に送られ、 これにより変換されてダンパ６０の機械的ｔＪ４Ｗｉが得られる。さらに、図面 には示していないが、マイクロプロセッサ６７を用いて燃焼用空気の組成をｔＡ 節しても良く−かかる組成調節は、例えば、酸素を追加して、酸素が非常に欠乏 している状態の燃焼域に供給される燃焼用空気の酸素含有率を高めることにより 行われる。好ましくは、制御ユニット６２は燃焼用空気の供給量を調節して排ガ ス中の酸素量を率が５〜８容量％の範囲内に維持されるようにする。

本発明の第２の実施例では、火炎特性センサ７１〜７９（第１Ｂ図）が、火炎特 性センサ信号をデータ・バス８０を介してマイクロプロセッサ６７に送る。火炎 特性センサ７１〜７９は好ましくは、特定範囲の電磁線に反応する光電池である 。光電池は赤外線に反応してウィンドボックスのうちの一つの上方の領域の温度 を検出できる。赤外線光電池の一例として、イリノイ州ナイルズ所在のアーコン （ＩＲＣＯＮ）社製のモードラインー４　（Ｍｏｄｌｉｎｅ−４）が挙げられる 。変形例として、ミネソタ州ミネアポリス所在のハニーウェル（Ｈｏｎｅｙｂ＋ ｅｌ　Ｉ）社製のシリーズ−Ｃ７０１２フレーム・セーフガード（Ｓｅｒｉｅｓ 　Ｃ７０１２Ｆｒａｍｅ　Ｓａｆｅｇｕａｒｄ）を用いて対応関係にある９ＭＭ 内の火炎の存在を検出しても良い、何れの場合でも、通常は、各ウィンドボック スに対応して少なくとも一つの光を池が設けられる。しかしながら、ウィンドボ ックスのなかには、対応の光電池を設けなくても良いものがある。たとえば、投 入端１６に近い位置に在るウィンドボックスは主として乾燥域なので対応の光電 池を備えなくても良い。

光電池により得られる情報を用いると、燃焼筒１０内における燃焼状態の一層正 確な制御が得られる。紫外線センサを火炎の存在の検出に用いると、紫外線セン サのうちの一つからの火炎特性センサ信号が対応の領域中の火炎が消えているこ とを指示していれば、対応の領域への燃焼用空気の供給量を増加する必要のある ことが分かる。他方、赤外線センサを用いると、燃焼用空気の流量をどの程度増 減すべきかの判定に利用できる量的情報が得られる。

第３の実施例では、燃焼状態の非常に正確な制御を得るため、火炎特性センサ７ １〜７９の配設場所のそれぞれにおいて、全部で３つの形式のセンサ、即ち、酸 素センサ６４並びに対をなす赤外線光電池及び紫外線光電池が用いられる。＃素 センサ６４は総合燃焼効率を表す排ガスセンサ信号を発生し、赤外線センサ及び 紫外線センサによりそれぞれ、対応関係にあるウィンドボックスについて火炎特 性センサ信号として火炎の温度及び存在の見通しが得られる。かくして、燃焼用 空気の総供給量を排ガスセンサ信号に応じて調節でき、燃焼空気の分布を火炎特 性センサ信号に応じて制御できる。

開口３７のサイズ及び光電池７１〜７９により得られる感度と集光の度合いに応 じて、透明な窓（第３Ｂ図）を燃焼筒１０の側壁３６に形成し、有効ウェブ２５ の開口３７を通過する量よりも多い量の光が光電池７１〜７９に周期的に到達で きるようにするのが良い、１／６ｒｐｍという代表的な回転速度では、燃焼筒ｌ Ｏの３つの区分のそれぞれに６つの窓８２を設けると、各光電池から毎分一つの 割合で火炎時性センサ信号が得られる。万全を期して窓８２を更に設けても良い 。

第１Ａ図、第１Ｂ図、第３Ａ図及び第３Ｂ図に示す実施例では、第３Ａ図の３つ の光電池、例えば７４．７５．７６は、第３Ａ図の対応した一対のアンダーファ イヤ・ウィンドボックスとオーバーファイヤ・ウィンドボックス、例えば、ウィ ンドボックス５０゜５４に対して配設されているが、対応のウィンドボックスの 火炎特性の検出に必要な光電池はたった一つに過ぎない、さらに、光電池の及ぶ 領域の広さ及び燃焼筒１０、即ち、対応の燃焼域の軸線に沿う光電池の位置によ っては、各ウィンドボックスにつき光電池を設ける必要は無く、燃焼域中の両方 のウィンドボックスに光電池を一つ設けるだけで充分である０図示の実施例に光 電池を更に設けると万全となり、光電池が故障しても回転式焼却炉の連続作動が 可能になる。

本発明の多くの特徴及び利点は上記詳細な説明から明らかであり、かくして、請 求の範囲は、本発明の真の精神及び技術的範囲に属する開示の装置及び方法のか かる特徴及び利点を全て含む。

さらに、当業者であれば、多くの改造及び設計変更が容易に行えるので本発明は 図示説明した構成及び作用そのものに限定されることはない、したがって、適当 である限り全ての改造例及び設計変更例は本発明の精神及び範囲に属すると言え る。

く ８　　　　　　　　１０．５　　　　　　　　１３　　　　　　　　１５．５　 　　　　　　１８ＦＩＧ、　　２゜ 補正書の写しく翻訳力提出書（特許法第１８４条の７第１功平成１年８月２５日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．回転式焼却炉（８）が、その下方に位置していて、着火期間中を除き補助燃 料を用いないで一般廃棄物（１４）を燃焼させるため燃焼用ガスを回転式焼却炉 の複数の軸方向部分に供給する複数のウインドボックス（４８，５０，５２）を 有しており、かかる回転式焼却炉に供給される燃焼用ガスを制御する方法であっ て、一般廃棄物（１４）の燃焼により生じる排ガス（２０）中の特定の成分ガス の相対量を検出し、回転式焼却炉（８）への燃焼用ガスの流量を制御して排ガス （２０）中の前記特定の成分ガスの量を所定限度内に維持し、それにより、その 特定の時点において燃焼状態にある一般廃棄物（１４）の燃焼特性の如何にかか わらず一般廃棄物（１４）を効率的且つ能率的に燃焼させることを特徴とする方 法。 ２．排ガス中（２０）の特定の成分ガスは酵素であり、酵素を５〜８容量％の範 囲内に保つことを特徴とする請求項第１項記載の方法。 ３．回転式焼却炉（８）の各軸方向部分内の所定の火炎特性を検出し、関連のあ る各ウインドボックス（４８，５０，５２）への燃焼用ガス（２０）を制御して 回転式焼却炉（８）の各軸方向部分内の前記所定の火炎特性を維持し、それによ り燃焼状態にある一般廃棄物（１４）の燃焼特性の如何にかかわらず一般廃棄物 （１４）を効率的且つ能率的に燃焼し易くすることを特徴とする請求項第１項記 載の方法。