JPS6116889B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、ごみ焼却炉の自動燃焼制御方法に
関する。 ごみ焼却炉の運転は、専ら運転操作員の勘と経
験に頼つていた。ごみの性状を目視し、発熱量や
水分量を推察し、又炉内の燃焼状況を観察しなが
ら、操作員が様々のパラメーターを操作してい
る。 燃焼ストーカ、乾燥ストーカへ送給する空気の
温度、空気の量も最適な値に設定しなければなら
ない。 その他のパラメータも適当に決める必要があ
る。 ごみ焼却炉は、その他の燃焼炉と異なり、被燃
物の物性の変動が著しい。例えば、可燃物の割
合、水分量等は時間的に甚しく変化する。対象が
雑多なごみであるからである。 従つて、空気温度、空気量その他の運転のパラ
メーターは頻繁に変更させる必要がある。従来
は、操作員の勘によつて、これらの調節がなされ
ていた。 しかし、勘による運転は必ずしも最適であると
は限らない。 また、ごみ焼却炉の自動運転化は時代の趨勢で
もある。 本発明は、乾燥用、燃焼用の空気温度と乾燥空
気量を自動制御する方法にかかる。 自動制御を可能にするには、必要な空気量、最
適の空気温度を、適当物理量に関連付けなければ
ならない。観測容易な物理量から、計算できるも
のでなければならない。 数多くの実験と試行の末、ごみ中の水分量Ｗ
と、ごみ単位重量当りの発熱量Huとが重要な因
子であることが分つた。 ごみ中の水分量（wt％）が多いと、乾燥、燃
焼用空気の量は増大させなければならない。また
乾燥空気温度も高くなくてはならない。 水分量と最適空気温度との関係は、実験的に定
める事ができる。一例を第３図に示す。ww（wt
％）に対し、最適空気温度Ｔは右上りの曲線で表
わされる。 空気温度Ｔをパラメータとすれば、水分量Ｗに
対し、必要乾燥空気量Ｚは実験的に定める事がで
きる。その例は第５図に示される。Ｗ（wt％）
に対し、Ｚは右上りの線図で表わされる。 また、空気温度が高い程、必要乾燥空気量Ｚは
少なくて済む。 水分量Ｗは重要なパラメータである。しかし、
空気温度の最適値を決定するには、Ｗにかえてご
み単位重量当りの発熱量Huを用いる事もでき
る。 第４図は単位重量当りの発熱量（kcal／Kg）
と、最適空気温度Ｔとの関係を示す線図である。
Huに対し、Ｔは右下りの曲線になる。 第３図〜第５図の線図の具体的な数値は、焼却
炉ごとに異なる。実際、固有の線図を焼却炉ごと
に決定しなければならない。 これら、水分量Ｗ、発熱量Huと、空気温度
Ｔ、空気量Ｚとの関係は予めコンピユータに記憶
させると良い。 さて、ごみ中の水分量Ｗと、単位重量当りの発
熱量Huとは如何にして決定するのか？これが問
題である。 煙道を通つて排出されるガスの、流量Ｇ（Ｎ
m³／Ｈ）炭酸ガス量CO₂（％）、水蒸気量H₂O
（％）の３つのパラメータは測定容易である。 ごみ燃焼量Ｑ１（Kg／Ｈ）の内、可焼分をＢ
（wt％）とし、可燃分の成分比が分つていれば、
これら４つのパラメータから、ごみ中の水分量Ｗ
と、発熱量Huを計算できる。 注意しなければならない。 ごみ燃焼量Ｑ１は、廃ガス中の３つのパラメー
ターＧ，CO₂，H₂Oの原因となるごみの燃焼量で
ある。ストーカ上でＱ１の量のごみが燃え、それ
が煙道へ入つて、流量Ｇ、炭酸ガス量CO₂、水蒸
気量H₂Oをそれぞれ観測するのである。 しかし、ストーカ上での単位時間の燃焼量を測
定する事は不可能であろう。 そこで、燃焼量Ｑ１のかわりに、ホツパへのご
み投入量の積算値Ｑを用いる。供給クレーンの掴
み量は計量装置で測定していると、積算値も現に
計算するようになつている装置が多い。ごみ処理
量を知る必要があるからである。投入積算値Ｑを
求めるため新しい機器を必要としない。 実際の燃焼量Ｑ１と投入積算値Ｑには時間的に
ずれがある。ごみがホツパに投入されてから、燃
焼するまで可成りの時間経過するからである。 この時間遅れτがもしも一定であれば、Ｑの値
から、Ｑ１を決定できるだろう。しかし、そうで
はない。時間遅れも様々である。もしも時間遅れ
（ｒ）が正規分布或はその他の確定した分布をす
るならば、投入量Ｑと一定のグリーン函数の積を
積分して燃焼量Ｑ１を確率的に求め得るだろう。 しかし、この実験例では、燃焼量Ｑ１のかわり
に、ごみ投入積算量Ｑを用いる。 さて、投入積算量Ｑ（Kg／Ｈ）、廃ガス流量Ｇ
（Ｎm³／Ｈ）炭酸ガス量CO₂（％）、水蒸気量H₂O
（％）の４つの変数から、ごみ中の可燃分Ｂ（wt
％）、水分量Ｗ（wt％）及び単位重量あたり発熱
量Hu（kcal／Kg）を計算する。 (1) ごみKg当りの燃焼廃ガス量Ｇλは、 Ｇλ＝Ｇ／Ｑ （Ｎm³／Kg） で与えられる。 (2) ごみKg当りの炭酸ガス量Ｖ（CO₂）は、 Ｖ（CO₂）＝ＣＯ_２／１００×Ｇλ（Ｎm³／Kg） である。 (3) ごみKg当りの水蒸気量Ｖ（H₂O）は、 Ｖ（H₂O）＝Ｈ_２Ｏ／１００×Ｇλ（Ｎm³／Kg） で決定される。 (4) ごみの可燃分Ｂ（wt％）、ごみ中の水分量Ｗ
（wt％）は以下のように計算する。 ごみ中の可燃分ベースの元素組成を 炭 素………Ｃ 水 素………ｈ 酸 素………Ｏ 窒 素………ｎ 硫 黄………ｓ 塩 素………ｃ／１００％ とする。具体的な値は、ごみ質によつてきまるか
ら、個々の焼却炉については、夫々特定できる。 炭素の原子量は１２であるから、ごみ１Kg中の
炭素ガス量Ｖ（CO₂）は、 Ｖ（CO₂）＝Ｃ／１００×Ｂ／１００×２２．４／
１２ ＝1.87×10^-4cB（Ｎm³／Kg） 一方水蒸気量Ｖ（H₂O）は、２つの源泉を有す
る。ひとつは、ごみ中可燃分Ｂの中の水素によ
る。今ひとつはごみ中の水分量Ｗ（wt％）であ
る。 前者は、水素の原子量を１，008とし ｈ／１００×Ｂ／１００×２２．４／２．０１６＝
1.111×CO^-3hB で与えられる。 後者は、水の分子量を18として、 Ｗ／１００×２２．４／１８＝1.244×10^-2W である。 従つて、Ｖ（H₂O）は、 Ｖ（H₂O）＝1.111×10^-3hB＋1.244×10^-2W となる。 両式から、可燃分Ｂ、水分量Ｗを求めうる。す
なわち Ｂ＝5.35×10³×Ｖ（CO₂）／Ｃ（wt％） である。又、 Ｗ＝80.4V（H₂O）−478（ｈ／ｃ）Ｖ（CO₂） となる。 (5) 可燃分Ｂ、水分量Ｗより、ごみ１Kgあたりの
低位発熱量Huは、式 Hu＝50B−6W（kcal／Kg） によつて計算できる。 さて、このような計算で、水分量Ｗと、ごみ１
Kgあたり発熱量を求めたので、前記のように、空
気温度、空気量を決定できる。 空気量の増減は、乾燥空気送入ダクト、燃焼空
気送入ダクトのダンパー開度を制御することによ
り行う。 空気温度は、空気予熱器を通過させる割合を増
減して行う。 以下、実施例を示す図面によつて説明する。第
１図はごみ焼却設備の概略系統図である。ごみ貯
溜ピツト１に貯められたごみは、ごみ供給クレー
ン２で、ホツパ３へ投入される。 投入量はクレーン２に備えたごみ掴み量検出器
１８によつて測定する。掴み量は、一定期間毎に
積算し、ごみ投入積算量Ｑを得る。 ごみはホツパ３より、ごみ供給フイーダ４を通
り、乾燥ストーカ５、燃焼ストーカ６に至る。 乾燥ストーカ５の下方より、乾燥空気送入ダク
ト１６が続いており乾燥用空気を送入する。ごみ
は、ここで乾燥してゆく。 燃焼ストーカ６の下方には、燃焼空気送入ダク
ト１７があり、燃焼用空気を送給する。 未燃物、灰等は後燃焼ストーカ７を経て、シユ
ートへ落下する。 燃焼廃ガスは、煙道へ昇つて、ボイラ８で冷却
される。ボイラ８から水蒸気は、蒸気管９を通
り、外部へ取り出され、発電その他に供される。 １９は蒸発量検出器である。蒸発量が増大する
と、乾燥および燃焼用空気量調節ダンパー２９を
絞つてゆく。 燃焼強度は蒸発量に、ほぼ比例し、これに応じ
て空気送給を減少させる。蒸発量を安定させる事
ができる。 特開昭50−138668号に、この制御方法が明らか
にされている。本発明は、かかる制御方法に要旨
があるのではない。 廃ガス電気集塵器１０を通り、誘引通風機１１
で賦勢され、煙突１２から排除される。 煙道通過の際、ガス流量、炭酸ガス量、水分等
を測定する。 燃焼排ガス量検出器２０は例えばタービン式流
量計等を用いる。これによつてガス流量Ｑ（Ｎ
m³／Ｈ）を知る。 ２１は水分検出器で、排ガス中の水分量H₂O
（％）を検出する。 ２２は炭酸ガス分析計検出器で、排ガス中の炭
酸ガス量CO₂（％）を検出する。 一方、乾燥、燃焼用空気は、押込通風機１３で
賦勢され、２流に分かれて進む。一方では、空気
予熱器１４を通り、ここで予熱される。他方はバ
イパス路１５で、予熱さずに通る。 空気予熱器通過空気量調節ダンパー２４及び空
気予熱器バイパス空気量調節ダンパー２５は、こ
れらの混合比を適当に変化させる。つまり、空気
温度を変える事ができる。 ２３は乾燥および燃焼用空気温度検出器であ
る。空気温度Ｔを測定する。 空気量Ｚは乾燥および燃焼用空気量検出器３０
により測定され、流量指示器３０′に示される。 乾燥ストーカ５、燃焼ストーカ６へは、乾燥空
気送入ダクト１６及び燃焼空気送入ダクト１７に
分かれて送給される。ダンパー２６，２７は、送
給量を加減することができる。 さて、測定値と調節量との関連を第２図により
詳細に示す。 第２図は演算系統図である。 ごみ掴み量検出器１８の測定値は一定時間ごと
に積算され、ごみ投入積算値Ｑを与える。 燃焼排ガス量検出器２０により排ガス流量Ｇが
えられるので、演算器３１で、単位重量当りのガ
ス量Ｇλを計算する。 水分計検出器２１で測定した水蒸気量H₂OにＧ
λを掛けて、Ｖ（H₂O）を得る。演算器３２は乗
算に対応する。 演算器３４では、炭酸ガス分析計検出器２２か
らの信号CO₂にＧλを掛け、Ｖ（CO₂）を得る。
ごみ単位重量あたりの、炭酸ガス発生量である。 演算器３５では可燃分Ｂを計算する。これは、
前述のように、Ｖ（CO₂）から計算できる。 演算器３３は、ごみ中の水分量Ｗを計算する。
前出の式に従い、Ｖ（CO₂）とＶ（H₂O）とから
算出する。 こうして、水分量Ｗ（wt％）と可燃分Ｂ（wt
％）とが分つたことになる。 演算器４１は、ＷとＢとから、ごみ１Kgあたり
の低位発熱量Huを計算する。これも前述の式に
よる。 さて、好ましい空気温度Ｔの決定はＷ又はHu
のいずれか一方を採用してなされる。 低位発熱量Huによる時は、第４図の右下りの
曲線を用いてＴを決定する。 水分量Ｗによれば、第３図の右上りの曲線に従
つて、温度Ｔを決める。 最適温度Ｔが設定されると、空気温度調節計３
７へ伝達される。これは空気予熱器通過空気量調
節ダンパー２４と、空気予熱器バイパス空気量調
節ダンパー２５との開度を制御し、混合空気温度
を変化させる。 乾燥および燃焼用空気温度検出器２３は、実際
の空気温度ｔを測り、空気温度調節計３７へフイ
ードバツクさせる。ダンパー２４，２５が徐々に
動き、実際温度ｔが最適温度Ｔに早やかに収束す
る。 他方、望ましい乾燥空気送給量Ｚは、演算器３
８によつて、水分量Ｗから決定される。第５図に
示すように、この時、最適温度Ｔをパラメータと
して用いている。 設定空気量Ｚは、乾燥空気量調節計３９に与え
られる。乾燥空気量調節計３９は乾燥用空気量調
節ダンパー２６と燃焼用空気量調節ダンパー２７
とを変位させる。 制御の対象は、乾燥用空気量であるが、ダンパ
ー２６、ダンパー２７の双方を動かし、分配率を
変える必要もある。 ２８は乾燥用空気量検出器である。実際の乾燥
用空気量Ｚを測り、乾燥空気量調節計３９へフイ
ードバツクする。そして、ダンパー２６，２７を
適当に動かし、実際乾燥空気量Ｚを、設定乾燥空
気量Ｚに収束させる。 こうして、燃焼用、乾燥用空気温度は最適値に
維持され、乾燥用空気量も最適量に制御される。 演算器３１〜３６，３８，４１は、実際にはコ
ンピユータを用いるとよい。 燃焼用空気量は、本発明では問題になつていな
い。しかし、これが決定されないという訳ではな
い。 前述のように、燃焼用空気量はボイラの蒸気発
生量によつて決定する。これを蒸発量安定制御と
呼ぶが、前記公報により公知である。 蒸発量検出器１９の出力を、蒸発量調節計４０
の入力信号とする。調節計の予め設定された設定
値と入力信号を比較する。偏差が生じた時は、偏
差に応じて、空気量制御ダンパー２９に制御信号
を与える。空気量を加減し、その結果蒸発量を一
定値に保持するようにする。 結局、燃焼用空気量も規定される訳である。今
いちどまとめてみると、本発明に於て (1) 被検出量は 燃焼排ガス量 Ｇ 排ガス中の水分量 H₂O 排ガス中の炭酸ガス量 CO₂ 焼却量 Ｑ１ である。焼却量はホツパへの投入積算量をそのま
ま用いるか、或は遅延グリーン函数を掛けて積分
したものを用いる。 (2) 被演算量は ごみ中の水分量 Ｗ ごみ中の可燃分 Ｂ 低位発熱量 Hu である。 (3) 必要な関係曲線は 水分量Ｗ―空気温度Ｔ 水分量Ｗ―乾燥空気量Ｚ 低位発熱量―空気温度Ｔ である。 (4) 被制御量は 乾燥用および燃焼用空気温度Ｔ 乾燥空気量Ｚ である。 効果を述べる。 従来、ごみの性状によつて、ごみの乾燥過程、
燃焼過程がストーカ上で、その流れ方向に前後す
る事が多かつた。良好な乾燥、燃焼パターンが、
このために崩れてしまう。これを復旧するには、
相当複雑な手動操作による熟練者の運転操作を必
要とした。 本発明によれば、乾燥、燃焼用空気温度及び乾
燥空気量を自動的に最適値に制御できる。具体的
には、乾燥過程の完了位置をほぼ一定の位置に保
持することができる。このため、着火以後の燃焼
を良好なパターンに維持することが可能になる。 運転者の技量の相違等による運転効率の低下を
解消できる。また省力化に資するところ大であ
る。 このように甚だ有力な発明である。 時間遅れについて補説する。 計算の基礎となる４つのパラメータの内、ひと
つは時間的に異なつている。また制御対象も時間
遅れが附随する。 すなわち、ガス流量Ｇ、炭酸ガス量CO₂、水蒸
気量H₂Oは、既に燃焼完了した排ガスについての
測定値である。 ところが、焼却量はそうではない。ここではク
レーンで投入された値を用いている。バケツトの
掴み量の積算値Ｑである。ホツパに投入されてか
ら、燃焼し、廃ガスになるまで可成りの時間遅れ
がある。 また制御対象は、ストーカへの送給空気であ
る。空気の温度、量の変化は、乾燥作用に主に効
果が顕われる。これは、ホツパ投入時と、廃ガス
時との中間時に該当する。 しかし、ごみの炉内での滞留時間は長く、滞留
量も多い。従つて、ごみの性状を平均的に取扱う
ことができる。 このため、上記のような制御が可能となるので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はごみ焼却設備の概略系統図、第２図は
本発明の実施例を示す演算系統図、第３図は水分
量と最適温度との関係を示す線図、第４図は単位
重量あたりのごみ発熱量と最適温度の関係を示す
線図、第５図は水分量と空気量との関係を示す線
図である。 １はごみ貯溜ピツト、２はごみ供給クレーン、
３はごみ投入ホツパー、４はごみ供給フイーダ
ー、５は乾燥ストーカ、６は燃焼ストーカ、７は
後燃焼ストーカ、８はボイラ、９は蒸気管、１０
は電気集塵器、１１は誘引通風機、１２は煙突、
１３は押込通風機、１４は空気予熱器、１５は空
気予熱器バイパスダクト、１６は乾燥空気送入ダ
クト、１７は燃焼空気送入ダクト、１８はごみ掴
み量検出器、１９は蒸発量検出器、２０は燃焼拝
ガス量検出器、２１は水分計検出器、２２は炭酸
ガス分析計検出器、２３は乾燥および燃焼用空気
温度検出器、２４は空気予熱器通過空気量調節ダ
ンパー、２５は空気予熱器バイパス空気量調節ダ
ンパー、２６は乾燥用空気量調節ダンパー、２７
は燃焼用空気量調節ダンパー、２８は乾燥用空気
量検出器、２９は乾燥および燃焼用空気量調節ダ
ンパー、３０は乾燥および燃焼用空気量検出器、
３１〜３６は演算器、３７は空気温度調節計、３
８は演算器、３９は乾燥空気量調節計、４０は蒸
発量調節計、４１は演算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 乾燥ストーカと燃焼ストーカを持ち、夫々の
   ストーカに乾燥用および乾燥燃焼用空気を送入す
   る送入ダクトを備えたごみ焼却炉において、燃焼
   排ガス量、排ガス中の水分量と炭酸ガス量及び焼
   却量を検出して、ごみの可燃分及びごみの水分量
   を演算器により、演算し、更に可燃分と水分量よ
   りごみの低位発熱量を演算器により算出して、ご
   みがストーカ上で良好なパターンで乾燥、燃焼す
   るように決定した水分量或は低位発熱量と、乾燥
   空気量は空気温度との関係曲線に従い、乾燥用燃
   焼用空気温度を自動制御すること、および乾燥用
   空気量かもしくは乾燥用空気量と燃焼用空気量の
   分配度合のどちらかを自動制御することの、両者
   かあるいは少なくとも一つの自動制御をすること
   を特徴としたごみ焼却炉の自動燃焼制御方法。