JPH10169947A - 廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼炉の炉内温度を安定させることにより未
燃ＣＯの発生をなくすことができる廃棄物溶融炉生成ガ
ス燃焼炉の燃焼制御方法を提供する。 【解決手段】 廃棄物溶融炉１０に吹き込まれる送風空
気流量（ｂ）と、送風酸素流量（ａ）と、廃棄物溶融炉
１０から発生する生成ガスの成分の分析値に基づいて、
理論燃焼空気流量を演算して、燃焼炉１６に供給する燃
焼空気流量を制御する。さらに燃焼排ガスの酸素割合を
計測し、目標設定値との偏差に応じて燃焼空気流量を補
正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、混合収集ごみ、分
別収集ごみ、粗大ごみなどの都市ごみ及び下水スラッ
ジ、ゴム、タイヤ、貝殻等の廃棄物、又は、廃油、スラ
ッジ、金属屑などの産業廃棄物を、高温で溶融処理する
廃棄物溶融炉から発生するガスを燃焼させる燃焼炉の燃
焼制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、廃熱ボイラ付きの廃棄物溶融処理
設備として、図４に示す形態のものがあり、以下、その
構成を簡単に説明する。図示するように、上部開口から
投入された都市ごみや産業廃棄物を溶融処理する廃棄物
溶融炉５０の下部には、空気供給配管５１と酸素供給配
管５２とが接続されている。一方、廃棄物溶融炉５０の
上部に設けた生成ガス出口５３は、中途に可燃性ダスト
（チャー）除去用のサイクロン５４を取付けたダクト５
５を介して燃焼炉５６の生成ガス入口５７に接続されて
いる。また、燃焼炉５６の排ガス出口５８は廃熱ボイラ
５９に接続されており、廃熱ボイラ５９は集塵機６０と
誘引送風機６１を介して煙突６２に接続されている。か
かる構成によって、都市ごみや産業廃棄物を溶融処理し
て得た排ガスの保有する熱を利用して、熱交換によっ
て、廃熱ボイラ５９で蒸気を発生することができ、都市
ごみや産業廃棄物を熱資源として有効に活用することが
できる。

【０００３】ところで、図４及び図５に示すように、廃
棄物溶融炉５０において発生する発生ガスの総発熱量
は、排ガス中に含まれる可燃性ダスト（チャー）の量の
変動に起因して大きく変動するため、そのままでは、燃
焼炉５６における燃焼量も大きく変化し、廃熱ボイラ５
９によって蒸気を安定的に生成することができない。

【０００４】そこで、従来においても、図５に示すよう
に、燃焼炉５６内に、燃焼空気送風機６３を作動して、
一次空気配管６４、二次空気配管６５、三次空気配管６
６ａ等を通して燃焼空気を供給すると共に、二次空気配
管６５に流量制御弁６６を取付け、この流量制御弁６６
を、燃焼炉５６の炉内温度を検出する熱電対からなる温
度検出器６７、６７ａの出力に基づいて開閉制御し、燃
焼炉５６内の燃焼温度制御を行うようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した廃棄
物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法は、未だ、以下
の解決すべき課題を有していた。即ち、熱電対からなる
温度検出器６７、６７ａによる燃焼制御では、熱電対の
特性より、燃焼炉５６の炉内温度の上昇をリアルタイム
で検出することができないため、図６及び図７に示すよ
うに、発生ガスカロリーの変動に対して燃焼温度制御が
追随できず、燃焼炉５６の炉内温度が大きく変動し、そ
の結果、炉内温度が高温になるとダストが溶融して炉内
壁にクリンカーを生成し、また、炉内温度が低温になる
と燃焼性が悪化し未燃ＣＯを発生していた。なお、図６
において実線はガス単味発熱量を、破線は発生ガス総発
熱量を示す。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みなされた
ものであり、燃焼炉の炉内温度を安定させることにより
未燃ＣＯの発生をなくすことができる廃棄物溶融炉生成
ガス燃焼炉の燃焼制御方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法は、
廃棄物溶融炉から発生する生成ガスを燃焼する燃焼炉の
燃焼制御方法であって、前記廃棄物溶融炉に吹き込まれ
る送風空気流量と、送風酸素流量と、前記廃棄物溶融炉
から発生する前記生成ガスの成分の分析値に基づいて、
理論燃焼空気流量を演算して、該理論燃焼空気流量に基
づいて前記燃焼炉に供給する燃焼空気流量を制御する。
請求項２記載の廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御
方法は、請求項１記載の廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の
燃焼制御方法において、前記燃焼炉の出口からの排ガス
中の酸素量を分析し、該酸素量が設定酸素量となるよう
に前記燃焼空気流量を補正するようにしている。請求項
３記載の廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法
は、請求項１又は２記載の廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉
の燃焼制御方法において、該燃焼炉の出口からの排ガス
を循環して前記燃焼炉内に吹き込み、該燃焼炉の出口温
度を制御するようにしている。

【０００８】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。まず、図１を参照して、本発明の一
実施の形態に係る廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制
御方法を好適に用いることができる廃棄物溶融処理設備
Ａの構成について説明する。

【０００９】図示するように、廃棄物溶融炉１０の上部
には都市ごみや産業廃棄物が投入される投入部１１が設
けられると共に、その下部には、廃棄物溶融炉１０内に
空気と酸素とを供給するための空気供給配管１２と酸素
供給配管１３とが接続されている。廃棄物溶融炉１０の
上部には生成ガス出口１４が設けられており、この生成
ガス出口１４は、ダクト１５を介して、燃焼炉１６の生
成ガス入口１７に連通連結されている。また、ダクト１
５の中途には、生成ガス中の可燃性ダスト（チャー）を
除去するためのサイクロン１８が取付けられており、サ
イクロン１８の底部はダストホッパー１９及びスクリュ
フィーダ２０を介して燃焼炉１６の生成ガス入口１７の
近傍をなすダクト１５の下流側端に連通連結されてい
る。燃焼炉１６の下部には１次、２次燃焼空気入口２１
ａ、２１ｂが設けられており、この１次、２次燃焼空気
入口２１ａ、２１ｂには、それぞれ、１次、２次燃焼空
気供給配管２２ａ、２２ｂの下流側端が連通連結されて
いる。また、１次、２次燃焼空気供給配管２２ａ、２２
ｂの上流側をなす燃焼空気供給本管２２の中途には燃焼
空気送風機２３が取付けられている。

【００１０】燃焼炉１６の排ガス出口２４はダクト２５
を介して廃熱ボイラ２６に連通連結されている。一方、
廃熱ボイラ２６は、集塵機２７と誘引送風機２８を中途
に取付けたダクト２９を介して煙突３０に連通連結され
ている。また、ダクト２９の下流側から排ガス一部還流
ダクト３１が分岐されており、その下流側端は燃焼炉１
６に連通連結されている。排ガス一部還流ダクト３１の
中途には一部還流送風機３２が取付けられている。

【００１１】次に、上記した構成を有する廃棄物溶融処
理設備Ａにおいて、廃棄物溶融炉１０で生成された生成
ガスの燃焼炉１６における燃焼を制御するために用いる
各種検出器及び制御装置等について説明する。図１に示
すように、空気供給配管１２と酸素供給配管１３には、
それぞれ、送風空気流量検出器３３と送風酸素流量検出
器３４とが取付けられており、廃棄物溶融炉１０内に供
給される送風空気流量と送風酸素流量とをそれぞれ検出
することができる。廃棄物溶融炉１０の生成ガス出口１
４には生成ガス成分検出器３５が取付けられており、廃
棄物溶融炉１０における都市ごみや産業廃棄物の溶融に
よって発生した生成ガスの成分、特に、ＣＯやＣＯ₂ を
検出することができる。

【００１２】燃焼炉１６の１次、２次燃焼空気入口２１
ａ、２１ｂに連通連結される１次、２次燃焼空気供給配
管２２ａ、２２ｂの中途には、それぞれ、１次、２次燃
焼空気流量調節弁３６ａ、３６ｂが取付けられており、
燃焼炉１６の炉内環境に応じて燃焼炉１６に供給される
燃焼空気の流量をそれぞれ別個に調節することができ
る。燃焼炉１６の排ガス出口２４の近傍をなすダクト２
５の部分には排ガス中酸素検出器３７が取付けられてお
り、燃焼炉１６の排ガス出口２４から流出する排ガス中
の酸素量を検出することができる。上記した検出器のう
ち、送風空気流量検出器３３、送風酸素流量検出器３４
及び生成ガス成分検出器３５は燃焼空気流量演算回路３
８に接続されており、一方、排ガス中酸素検出器３７は
酸素補正制御回路３９に接続されている。また、燃焼空
気流量演算回路３８と酸素補正制御回路３９同士も接続
されている。また、酸素補正制御回路３９には１次、２
次燃焼空気流量調節弁３６ａ、３６ｂが接続されてい
る。さらに、本実施の形態では、排ガス一部還流ダクト
３１の中途には流量調節弁４０が取付けられており、一
方、燃焼炉１６の排ガス出口２４には排ガス温度検出器
４１が取付けられている。そして、流量調節弁４０と排
ガス温度検出器４１とは温度制御回路４２に接続されて
いる。

【００１３】次に、上記した構成を有する廃棄物溶融処
理設備Ａを用いた廃棄物溶融処理方法について説明す
る。廃棄物溶融炉１０の上部に設けられた装入装置から
廃棄物溶融炉１０内に投入された都市ごみ、産業廃棄
物、コークス及び石灰石は、空気供給配管１２と酸素供
給配管１３を通して、廃棄物溶融炉１０の下部に設けら
れた羽口１０ａより廃棄物溶融炉１０内に吹き込まれる
空気及び酸素と反応し、不燃物は溶解して図示しない出
滓口より炉外へ、可燃物は熱分解されてガス化し、生成
ガスを発生することになる。

【００１４】この生成ガスは、廃棄物溶融炉１０の上部
からダクト１５を経てサイクロン１８で可燃性ダスト
（チャー）を一部除塵回収した後、生成ガス入口１７よ
り、燃焼炉１６内に流入し、燃焼空気供給本管２２を通
して燃焼炉１６内に流入されてきた燃焼空気と反応して
燃焼する。サイクロン１８で捕集した可燃性ダスト（チ
ャー）はダストホッパー１９及びスクリュフィーダ２０
を通して燃焼炉１６内に切り出され、燃焼空気と反応し
て燃焼する。燃焼炉１６内には、さらに、後述する排ガ
スの一部が排ガス一部還流ダクト３１を通して還流され
る。燃焼炉１６から排出された排ガスは廃熱ボイラ２６
に送られて熱交換され、ここで発生した蒸気は、図示し
ない余熱利用設備によりエネルギ変換され所定の用途に
利用されることになる。また、廃熱ボイラ２６を通過し
冷やされた排ガスは、集塵機２７と、誘引送風機２８及
び煙突３０を通して大気中に放出されることになる。

【００１５】本実施の形態は、上記した廃棄物溶融処理
設備Ａによる廃棄物溶融処理方法において、燃焼炉１６
内における燃焼温度を安定させるため、燃焼空気流量制
御の検出端を温度検出器ではなく、廃棄物溶融炉１０に
吹き込まれる送風空気流量及び送風酸素流量と、廃棄物
溶融炉１０から発生する生成ガスの成分の分析値に基づ
いて、理論燃焼空気流量を演算し、この理論燃焼空気流
量に基づいて、燃焼炉１６に供給する燃焼空気流量を制
御するようにしたことを特徴とする。

【００１６】以下、図２に示す理論１次燃焼空気流量演
算及び理論全燃焼空気流量演算の基本ブロック図、及
び、図３に示す燃焼空気流量制御のフローチャートに基
づいて、この廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方
法について説明する。先ず、図２を参照して、理論１次
燃焼空気流量及び理論全燃焼空気流量の演算方法につい
て説明する。図２に示すように、送風空気流量検出器３
３で検出した送風空気流量（ｂ）と、送風酸素流量検出
器３４で検出した送風酸素流量（ａ）と、生成ガス成分
検出器３５で検出した生成ガス中の主要成分であるＣＯ
割合（ｃ）とＣＯ₂ 割合（ｄ）に基づいて、燃焼空気流
量演算回路３８によって生成ガス量（ｅ）を演算する。
即ち、生成ガス量（ｅ）の演算は、廃棄物溶融炉１０の
入口・出口のＮ₂ バランスより以下の式で求められる。

【００１７】

【数１】

【００１８】なお、上記した式において、生成ガス中の
Ｎ₂ 割合は、ＣＯ₂ 及びＣＯを除く大半の成分がＮ₂ で
あることにより、1 − (ｃ＋ｄ) で求められる。この生
成ガス量（ｅ）に基づき、生成ガス中の主要可燃ガス成
分であるＣＯガスの量を演算し、さらに少量の副次的可
燃物である水素ガスの量を想定割合に基づいて演算す
る。さらに、サイクロン１８によって捕集されずに生成
ガスに随伴されて供給される可燃ダスト量を生成ガス量
（ｅ）に対する想定割合に基づいて演算する。これらの
可燃成分の量に基づき理論１次燃焼空気流量（ｆ）を演
算する。また、サイクロン１８によって捕集したダスト
ホッパー１９内の可燃性ダスト（チャー）を燃料として
燃焼炉１６内に切り出す場合は、チャー切出量（ｇ）に
基づいてチャー燃焼空気流量（ｈ）を演算する。このチ
ャー燃焼空気流量（ｈ）を理論１次燃焼空気流量（ｆ）
に加えることによって理論全燃焼空気流量（ｉ）を演算
する。

【００１９】次に、図３に示す燃焼空気流量制御のフロ
ーチャートを参照して、燃焼空気流量制御について説明
する。理論１次燃焼空気流量（ｆ）の演算が完了すると
（ステップ１００）、１次空気比Ｋ１（例えば、１）を
理論１次燃焼空気流量（ｆ）に掛けて（ステップ１０
１）、１次空気流量制御指令を出す（ステップ１０
２）。この指令に基づいて、１次燃焼空気流量調節弁３
６ａの弁開度制御がなされ（ステップ１０３）、燃焼炉
１６へ１次燃焼空気供給配管２２ａを通して供給される
１次燃焼空気流量が調節される。また、サイクロン１８
によって捕集したダストホッパー１９内の可燃性ダスト
（チャー）を燃料として燃焼炉１６内に切り出す場合は
（ステップ１０４）、換算係数Ｋをチャー切出量（ｇ）
に掛けてチャー燃焼空気流量（ｈ）を演算すると共に加
え（ステップ１０５、１０６）、その後、１次燃焼空気
流量調節弁３６ａの弁開度制御がなされ（ステップ１０
３）、燃焼炉１６へ１次燃焼空気供給配管２２ａを通し
て供給される１次燃焼空気流量が調節される。

【００２０】一方、理論全燃焼空気流量（ｉ）の演算が
完了すると（ステップ１０７）、全空気比Ｋ２（例え
ば、２）を理論全燃焼空気流量（ｉ）に掛けて得た燃焼
空気流量（ステップ１０８）から理論１次燃焼空気流量
（ｆ）に１次空気比Ｋ１を掛けた燃焼空気流量を引いた
後（ステップ１０９）、２次空気流量制御指令を出す
（ステップ１１０）。この指令に基づいて、２次燃焼空
気流量調節弁３６ｂの弁開度制御がなされ（ステップ１
１１）、燃焼炉１６へ２次燃焼空気供給配管２２ｂを通
して供給される２次燃焼空気流量が調節される。さら
に、本実施の形態では、必要に応じて、排ガス中酸素検
出器３７によって燃焼炉１６から排出される排ガス中の
酸素濃度を検出し、この酸素濃度が適正濃度（通常、１
０％）より過剰に高い場合（例えば、１５％）又は過剰
に低い場合（例えば、３％）は制御指令を出し（ステッ
プ１１２）、適正濃度になるように補正した後（ステッ
プ１１３）、２次空気流量制御指令を出し（ステップ１
１０）、この指令に基づいて、２次燃焼空気流量調節弁
３６ｂの弁開度制御がなされ（ステップ１１１）、燃焼
炉１６へ２次燃焼空気供給配管２２ｂを通して供給され
る２次燃焼空気流量を調節できるようにしている。

【００２１】このように、本実施の形態では、燃焼空気
流量制御の検出端を温度検出器ではなく、廃棄物溶融炉
１０に吹き込まれる送風空気流量及び送風酸素流量と、
廃棄物溶融炉１０から発生する生成ガスの成分の分析値
に基づいて、理論燃焼空気流量を演算し、この理論燃焼
空気流量に基づいて、燃焼炉１６に供給する燃焼空気流
量を制御するようにしたので、燃焼炉１６内における燃
焼温度を安定させることができ、未燃ＣＯの発生を防止
することができる。燃焼炉１６の炉内温度の安定化によ
り、耐火物に与える熱衝撃が緩和でき、耐火物の寿命延
長を図ることができる。また、本実施の形態では、必要
に応じて、排ガス中酸素検出器３７によって燃焼炉１６
から排出される排ガス中の酸素濃度を検出して、この酸
素濃度が設定濃度になるように理論燃焼空気流量を補正
した後、燃焼炉１６に供給するようにしているので、生
成ガス中の連続測定が困難な可燃性ダスト（チャー）や
タールによる燃焼空気流量の過不足を補正することがで
き、燃焼制御の精度を高めることができる。

【００２２】さらに、本実施の形態では、図１に示すよ
うに、燃焼炉１６からの排ガスの温度を排ガス温度検出
器４１によって検出し、この検出値に基づいて、流量調
節弁４０の弁開度を調節して排ガスの一部を燃焼炉１６
内に供給させ、燃焼炉１６内の燃焼温度のさらなる安定
化を図っている。これにより、燃焼温度を８５０℃〜９
００℃の間で高温に維持でき、ダイオキシン等の有害物
質の発生防止に有効となる。また、ボイラー入口ガス温
度が安定するので、ボイラーの安定運転にも有効であ
る。さらに、煙突３０から大気中への放出ガス量が低減
されることによって、煙突３０から排出される有害物質
の量を低減できる。

【００２３】

【発明の効果】請求項１〜３記載の廃棄物溶融炉生成ガ
ス燃焼炉の燃焼制御方法においては、廃棄物溶融炉に吹
き込まれる送風空気流量と、送風酸素流量と、廃棄物溶
融炉から発生する生成ガスの成分の分析値に基づいて、
理論燃焼空気流量を演算して、燃焼炉に供給する燃焼空
気流量を制御するようにしている。従って、燃焼炉内に
おける燃焼温度を安定させることができ、未燃ＣＯの発
生を防止することができる。また、燃焼炉の炉内温度の
安定化により、耐火物に与える熱衝撃が緩和でき、耐火
物の寿命延長を図ることができる。

【００２４】特に、請求項２記載の廃棄物溶融炉生成ガ
ス燃焼炉の燃焼制御方法においては、燃焼炉の出口から
の排ガス中の酸素量を分析し、酸素量が設定酸素量とな
るように燃焼空気流量を補正するようにしている。従っ
て、廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御の精度をさ
らに高めることができ、燃焼炉の炉内温度をさらに安定
化することができ、未燃ＣＯの発生をより確実に防止す
ることができる。さらに、請求項３記載の廃棄物溶融炉
生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法においては、燃焼炉の出
口からの排ガスを循環して燃焼炉内に吹き込み、燃焼炉
の出口温度等を制御することで燃焼炉内温度を高温で安
定化でき、ダイオキシン等の有害物質の発生を防止でき
る。また、煙突等から大気中への放出ガス量を低減で
き、煙突からの有害物質の排出量を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る廃棄物溶融炉生成
ガス燃焼炉の燃焼制御方法を適用可能な廃棄物溶融処理
設備の概念的構成説明図である。

【図２】同方法の燃焼空気流量演算ブロック図である。

【図３】同方法の燃焼空気流量制御のフローチャートで
ある。

【図４】従来の廃棄物溶融処理設備の概念的構成説明図
である。

【図５】同燃焼制御説明図である。

【図６】同廃棄物溶融炉で発生する生成ガスの発熱量の
変動を示すグラフである。

【図７】同燃焼炉の炉内温度の変動を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

Ａ 廃棄物溶融処理設備 １０ 廃棄物溶
融炉 １０ａ 羽口 １１ 投入部 １２ 空気供給配管 １３ 酸素供給
配管 １４ 生成ガス出口 １５ ダクト １６ 燃焼炉 １７ 生成ガス
入口 １８ サイクロン １９ ダストホ
ッパー ２０ スクリュフィーダ ２１ａ １次燃
焼空気入口 ２１ｂ ２次燃焼空気入口 ２２ 燃焼空気
供給本管 ２２ａ １次燃焼空気供給配管 ２２ｂ ２次燃
焼空気供給配管 ２３ 燃焼空気送風機 ２４ 排ガス出
口 ２５ ダクト ２６ 廃熱ボイ
ラ ２７ 集塵機 ２８ 誘引送風
機 ２９ ダクト ３０ 煙突 ３１ 排ガス一部還流ダクト ３２ 一部還流
送風機 ３３ 送風空気流量検出器 ３４ 送風酸素
流量検出器 ３５ 生成ガス成分検出器 ３６ａ １次燃
焼空気流量調節弁 ３６ｂ ２次燃焼空気流量調節弁 ３７ 排ガス中
酸素検出器 ３８ 燃焼空気流量演算回路 ３９ 酸素補正
制御回路 ４０ 流量調節弁 ４１ 排ガス温
度検出器 ４２ 温度制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸高 光正 福岡県北九州市戸畑区大字中原46番地59 日鐵プラント設計株式会社内 (72)発明者 山内 俊次 福岡県北九州市戸畑区大字中原46番地59 日鐵プラント設計株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物溶融炉から発生する生成ガスを燃
   焼する燃焼炉の燃焼制御方法であって、前記廃棄物溶融
   炉に吹き込まれる送風空気流量と、送風酸素流量と、前
   記廃棄物溶融炉から発生する前記生成ガスの成分の分析
   値に基づいて、理論燃焼空気流量を演算し、該理論燃焼
   空気流量に基づいて前記燃焼炉に供給する燃焼空気流量
   を制御する廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方
   法。
2. 【請求項２】 前記燃焼炉の出口からの排ガス中の酸素
   量を分析し、該酸素量が設定酸素量となるように前記燃
   焼空気流量を補正するようにしたことを特徴とする請求
   項１記載の廃棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方
   法。
3. 【請求項３】 前記燃焼炉の出口からの排ガスを循環し
   て該燃焼炉内に吹き込み、該燃焼炉の出口温度を制御す
   るようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の廃
   棄物溶融炉生成ガス燃焼炉の燃焼制御方法。