説明

廃棄物溶融処理設備における燃焼室の燃焼制御方法

【課題】現時点における燃焼空気量を考慮することにより、急増する可燃性ダストを燃焼室内で完全燃焼させることが可能な、廃棄物溶融処理設備における燃焼室の燃焼制御方法を提供する。
【解決手段】廃棄物溶融炉10から排出される可燃性ガス及び可燃性ダストを燃焼させる燃焼室13の燃焼制御方法において、燃焼室13に供給する燃焼空気量の制御出力OPの補正が必要かどうかの判定値Hを燃焼空気量の現在値PVに基づいて算出し、廃棄物溶融炉10の炉頂圧力及び炉内差圧の変化量ΔPVが判定値H以上である際、変化量ΔPVに応じて算出した制御出力補正量ΔOPを燃焼空気量の制御出力OPに加算して燃焼室13に吹き込む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物等を溶融処理する廃棄物溶融処理設備において、廃棄物溶融炉から排出される可燃性ガス及び可燃性ダストを燃焼させる燃焼室の燃焼制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
廃棄物溶融炉から排出される可燃性ガス及び可燃性ダストの量は一定しておらず時々刻々変化する。このため、状態量の変化に応じて燃焼室に吹き込む燃焼空気量を制御する必要がある。そこで、燃焼室の排ガス出口に酸素濃度計を設置し、排ガス出口における酸素濃度が一定となるように燃焼空気調節弁の開度を調節する酸素濃度制御が従来より実施されている。しかし、廃棄物溶融炉の炉況により可燃性ダストの発生量が急増することがあり、従来の酸素濃度制御では、可燃性ダストの急増に対処することができないことがある。
【0003】
このような可燃性ダストの急増にも対処できる燃焼室の燃焼制御方法として、特許文献1では、燃焼室内の温度を光によって検出する放射温度計を燃焼室に設置し、この放射温度計の出力の変化率に応じて燃焼室に吹き込む燃焼空気量を変化させる方法が開示されている。しかし、放射温度計の出力は、あくまで燃焼室の温度変化を捉えたものであるため、燃焼室の温度に変化が生じてからの対応とならざるを得ず、可燃性ダストの急増に対する追従性は十分とはいえない。即ち、燃焼室における可燃性ダストの滞留時間は通常数秒という短時間であるため、可燃性ダストが急増した際に、可燃性ダストの燃焼によって燃焼室の温度が上昇してから燃焼空気量を増加させても、急増した可燃性ダストを完全燃焼させることが困難な場合がある。
【0004】
そこで、本発明者等は、可燃性ダストの急増が廃棄物溶融炉の炉況変化に起因するものであることに着目し、廃棄物溶融炉の炉頂圧力及び炉内差圧の変化率に応じて燃焼室に吹き込む燃焼空気量を変化させる方法を提案した(特許文献2参照)。具体的には、廃棄物溶融炉に設置した炉頂圧力センサ及び炉内差圧センサからの出力の変化率に応じて燃焼室に吹き込む燃焼空気量の変化量を演算し、現在の燃焼空気量にこの変化量を加算したものを燃焼室に吹き込むべき燃焼空気量とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2005−147472号公報
【特許文献2】特開2010−133660号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献2に記載された燃焼制御方法(以下、「炉内圧変化に基づく補正制御」と呼ぶことがある。)は、可燃性ダストが急増する際に実行され、平時は、従来の酸素濃度制御によって燃焼空気量の制御が行われる。しかしながら、炉内圧変化に基づく補正制御に切り替える時点における燃焼空気量が少ない場合、廃棄物溶融炉の炉頂圧力及び炉内差圧の変化率に応じた燃焼空気量の増加分だけでは、急増する可燃性ダストを完全燃焼させるために必要な燃焼空気量に満たない場合があることが判明した。逆に、炉内圧変化に基づく補正制御に切り替える時点における燃焼空気量が多い場合、燃焼空気量の上記増加分が、急増する可燃性ダストを完全燃焼させるために必要な燃焼空気量に対して過剰となる場合がある。
【0007】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、現時点における燃焼空気量を考慮することにより、急増する可燃性ダストを燃焼室内で完全燃焼させることが可能な、廃棄物溶融処理設備における燃焼室の燃焼制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、本発明は、廃棄物溶融炉から排出される可燃性ガス及び可燃性ダストを燃焼させる燃焼室の燃焼制御方法において、
前記燃焼室に供給する燃焼空気量の制御出力OPの補正が必要かどうかの判定値Hを燃焼空気量の現在値PVに基づいて算出し、前記廃棄物溶融炉の炉頂圧力及び炉内差圧の変化量ΔPVが前記判定値H以上である際、前記変化量ΔPVに応じて算出した制御出力補正量ΔOPを前記燃焼空気量の制御出力OPに加算して前記燃焼室に吹き込むことを特徴としている。
【0009】
本発明では、燃焼室に供給する燃焼空気量の補正が必要かどうかの判定値を固定値とせず、現時点における燃焼空気量に応じた値としている。これにより、現時点における燃焼空気量が燃焼室の燃焼制御に反映され、急増する可燃性ダストに対して、酸素余剰量を考慮した適切な燃焼空気量が燃焼室に供給される。その結果、燃焼空気量不足による不完全燃焼を防止すると共に、燃焼空気量過多による燃焼温度の低下や後段プロセスにおける負荷増を抑制することができる。
【0010】
前記燃焼空気量の制御出力OPは、前記燃焼室のメインバーナに供給される1次燃焼空気量の制御出力OP1と前記燃焼室に直接供給される2次燃焼空気量の制御出力OP2とから構成される。そこで、本発明に係る廃棄物溶融処理設備における燃焼室の燃焼制御方法では、前記1次燃焼空気量の制御出力OP1と前記2次燃焼空気量の制御出力OP2を、制御出力補正量ΔOPを用いて(1)式、(2)式によって補正することを好適とする。
OP1(t+Δt)=OP1(t)+ΔOP×k1 (1)
OP2(t+Δt)=OP2(t)+ΔOP×k2 (2)
ここで、
t:時刻、Δt:時間増分、k1、k2:係数
【0011】
燃焼室内の燃焼温度は均一ではなく、最適な燃焼温度分布が存在する。例えば、燃焼室の上部にメインバーナを有するトップバーナ式燃焼室の場合、メインバーナ部が最も燃焼温度が高く、燃焼室中部、排ガス出口部、燃焼室下部と下方に向かうにつれて燃焼温度が低くなる燃焼温度分布が望ましい。これは、燃焼室の上部に比べて下部のほうが燃焼温度が高いと、「ごみ処理に係るダイオキシン類発生防止等ガイドライン」に規定されている燃焼温度850℃以上(900℃以上の維持が望ましい。)且つ滞留時間2秒以上という条件を満足できないおそれがあるからである。
【0012】
本発明では、(1)、(2)式を用いて1次燃焼空気量と2次燃焼空気量の比率を調節することにより、バーナ位置等の燃焼室の構造上の制約(例えば、トップバーナ式燃焼室では、燃焼室の上部から下部へのガス流となり、短い滞留時間しかとれないというような構造上の制約)下において、燃焼室内の燃焼温度分布を最適な状態に近づけることができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る廃棄物溶融処理設備における燃焼室の燃焼制御方法では、燃焼室に供給する燃焼空気量の補正が必要かどうかの判定値を、現時点における燃焼空気量に応じて設定するので、現時点における燃焼空気量が燃焼室の燃焼制御に反映され、急増する可燃性ダストを燃焼室内で完全燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の一実施の形態に係る廃棄物溶融処理設備における燃焼室の燃焼制御方法の制御系統、並びに廃棄物溶融処理設備のプロセスフローを示した模式図である。
【図2】同廃棄物溶融処理設備における燃焼室の燃焼制御方法の制御フロー図である。
【図3】燃焼空気量と判定指標との関係を示すグラフである。
【図4】燃焼空気量の補正判定を説明するための模式図であり、(A)は燃焼空気量が十分な場合、(B)は燃焼空気量が少ない場合を示している。
【発明を実施するための形態】
【0015】
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付き説明し、本発明の理解に供する。
【0016】
本発明の一実施の形態に係る燃焼室の燃焼制御方法が適用される廃棄物溶融処理設備のプロセスフローを図1に示す。本実施の形態では、廃棄物溶融炉10としてシャフト式のガス化溶融炉を想定している。廃棄物溶融炉10では、廃棄物と共に副資材(コークス及び石灰石)が炉上部から投入され、乾燥、熱分解、燃焼、及び溶融の過程を経て生成したスラグが炉底から排出される。一方、炉内で生成した可燃分は、可燃性ダスト及び熱分解ガス(CO、H、CH、CO等)を含む可燃性ガスとして廃棄物溶融炉10上部に設けられた配管10aから排出される。
【0017】
廃棄物溶融炉10から排出された可燃性ダスト及び可燃性ガスは、配管10aを介して除塵器11に導入され、可燃性ダストが除塵器11で捕集される。捕集された可燃性ダストは、送風羽口(図示省略)から廃棄物溶融炉10内に吹き込まれる。一方、除塵器11に捕集されなかった可燃性ダスト及び可燃性ガスは、配管11aを介して燃焼室13へ導入される。
【0018】
配管11aの燃焼室13近傍にはメインバーナ(図示省略)が設置されており、メインバーナには、1次燃焼空気配管28を介して燃焼空気送風機30から1次燃焼空気が供給されている。また、燃焼室13内には、2次燃焼空気配管29を介して2次燃焼空気が燃焼空気送風機30から供給されている。配管11aから燃焼室13の上部へ導入された可燃性ダスト及び可燃性ガスは、燃焼室13の下部に設けられた排ガス出口13aに到達するまでに完全燃焼される。
【0019】
燃焼室13から排出された排ガスは、ボイラ15で熱回収された後、ダイオキシン類の再合成抑制等のため、排ガス温度調節器16で150〜170℃に急冷される。排ガス温度調節器16を通過した排ガスは、濾過式集塵器17で除塵された後、誘引通風機18を経て煙突19から大気中に放出される。なお、ボイラ15による熱回収によって発生した蒸気は、蒸気タービン発電機その他の熱源として利用される。
【0020】
図1には、廃棄物溶融処理設備のプロセスフローと共に、燃焼室13の燃焼制御に関係する制御系統を示している。本発明の一実施の形態に係る廃棄物溶融処理設備における燃焼室の燃焼制御方法は、後述する燃焼制御アルゴリズムが組み込まれた制御装置20により実行される。
廃棄物溶融炉10には、炉内圧力を測定するための圧力センサ21、22が設置されている。圧力センサ21は炉頂部に、圧力センサ22は朝顔部(シャフト部と炉底部の間)に設置され、それぞれ制御装置20に接続されている。
【0021】
また、1次燃焼空気配管28には、1次燃焼空気の流量を測定する1次燃焼空気流量計24及び1次燃焼空気の流量調整を行う1次燃焼空気調節弁26が、2次燃焼空気配管29には、2次燃焼空気の流量を測定する2次燃焼空気流量計25及び2次燃焼空気の流量調整を行う2次燃焼空気調節弁27が設置され、それぞれ制御装置20に接続されている。
さらにまた、燃焼室13の排ガス出口13aには、排ガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度計23が設置され、制御装置20に接続されている。
【0022】
図2を用いて、制御装置20で実施される燃焼制御アルゴリズムについて説明する。
(ST1)廃棄物溶融炉10の炉頂部に設置された圧力センサ21の出力値を炉頂圧力PT、廃棄物溶融炉10の炉頂部に設置された圧力センサ21の出力値と朝顔部に設置された圧力センサ22の出力値の差を炉内差圧PDとする。そして、炉頂圧力PT及び炉内差圧PDの変化量ΔPVを算出する。炉頂圧力PT及び炉内差圧PDの変化量ΔPVとしては、例えば(3)式を用いて算出することができる。
ΔPV=|PT(t)−PT(t−Δt)|
+|PD(t)−PD(t−Δt)| (3)
ここで、t:時刻、Δt:時間増分、||:絶対値記号
【0023】
(ST2)一方、1次燃焼空気流量計24の現在値である1次燃焼空気量現在値PV1と、2次燃焼空気量計25の現在値である2次燃焼空気量現在値PV2を、例えば図3に示すような、炉頂圧力PT及び炉内差圧PDの変化量ΔPVと燃焼空気量の現在値PV(1次燃焼空気量現在値PV1、2次燃焼空気量現在値PV2)との関係に基づいて作成したグラフを用いて、それぞれ判定指標PV1’とPV2’に変換し、PV1’とPV2’の和を、燃焼空気量の制御出力OPの補正が必要かどうかの判定値Hとする。図3より明らかなように、燃焼空気量の現在値PVが増大するにつれて判定値Hも増大する。
なお、前記ΔPVとPVの関係グラフは、可燃性ダストを燃焼室内で完全燃焼させる試験等により決定される。
【0024】
(ST3)炉頂圧力PT及び炉内差圧PDの変化量ΔPVが判定値H以上であるかどうかチェックが行われる。上述したように、判定値Hは燃焼空気量の現在値PVに依存し、燃焼空気量の現在値PVが大きいほど判定値Hは大きくなる。従って、現時点における燃焼空気量の現在値PVが大きい場合、図4(A)に示すように、判定値Hが大きくなるため、ΔPV≧Hとなりにくい。逆に、現時点における燃焼空気量の現在値PVが小さい場合、図4(B)に示すように、判定値Hが小さいため、ΔPV≧Hとなりやすい。即ち、現時点における燃焼空気量の現在値PVが小さいほど、炉内圧変化に基づく補正制御が実行されやすくなる。
【0025】
(ST4)ΔPV≧Hである場合、制御出力補正量ΔOPをΔPVに基づいて算出する。制御出力補正量ΔOPとしては、例えば(4)式を用いて算出することができる。
ΔOP=a×ΔPV/(1次燃焼空気量現在値PV1(t)+2次燃焼空気量現在値PV2(t))+b (4)
なお、a及びbは定数であり、試験等により決定される。
【0026】
(ST5)制御出力補正量ΔOPが算定されると、(5)、(6)式を用いて1次燃焼空気量の制御出力OP1と2次燃焼空気量の制御出力OP2を更新し、1次燃焼空気調節弁26及び2次燃焼空気調節弁27の開度を調節する。
OP1(t+Δt)=OP1(t)+ΔOP×k1 (5)
OP2(t+Δt)=OP2(t)+ΔOP×k2 (6)
ここで、t:時刻、Δt:時間増分、k1、k2:係数
なお、k1、k2は試験等により決定される。k1、k2は定数としても良いし、例えば制御弁の開度に応じた変数としても良い。
【0027】
(ST6)一方、ΔPV<Hである場合、酸素濃度制御が実施され、1次燃焼空気調節弁26及び2次燃焼空気調節弁27の開度が調節される。
【0028】
以上、本発明の一実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記実施の形態では、燃焼室の燃焼制御を行うための専用の制御装置を使用したが、燃焼室の燃焼制御を行うプログラムがインストールされたパーソナルコンピュータを使用しても良い。また、上記実施の形態では、トップバーナ式の燃焼室としているが、ボトムバーナ式の燃焼室でも良い。
【符号の説明】
【0029】
10:廃棄物溶融炉、10a:配管、11:除塵器、11a:配管、13:燃焼室、13a:排ガス出口、15:ボイラ、16:排ガス温度調節器、17:濾過式集塵器、18:誘引通風機、19:煙突、20:制御装置、21、22:圧力センサ、23:酸素濃度計、24:1次燃焼空気流量計、25:2次燃焼空気流量計、26:1次燃焼空気調節弁、27:2次燃焼空気調節弁、28:1次燃焼空気配管、29:2次燃焼空気配管、30:燃焼空気送風機

【特許請求の範囲】
【請求項1】
廃棄物溶融炉から排出される可燃性ガス及び可燃性ダストを燃焼させる燃焼室の燃焼制御方法において、
前記燃焼室に供給する燃焼空気量の制御出力OPの補正が必要かどうかの判定値Hを燃焼空気量の現在値PVに基づいて算出し、前記廃棄物溶融炉の炉頂圧力及び炉内差圧の変化量ΔPVが前記判定値H以上である際、前記変化量ΔPVに応じて算出した制御出力補正量ΔOPを前記燃焼空気量の制御出力OPに加算して前記燃焼室に吹き込むことを特徴とする廃棄物溶融処理設備における燃焼室の燃焼制御方法。
【請求項2】
請求項1記載の廃棄物溶融処理設備における燃焼室の燃焼制御方法において、前記燃焼空気量の制御出力OPは、前記燃焼室のメインバーナに供給される1次燃焼空気量の制御出力OP1と前記燃焼室に直接供給される2次燃焼空気量の制御出力OP2とからなり、前記1次燃焼空気量の制御出力OP1と前記2次燃焼空気量の制御出力OP2は前記制御出力補正量ΔOPを用いて(1)式、(2)式によって補正されることを特徴とする廃棄物溶融処理設備における燃焼室の燃焼制御方法。
OP1(t+Δt)=OP1(t)+ΔOP×k1 (1)
OP2(t+Δt)=OP2(t)+ΔOP×k2 (2)
ここで、
t:時刻、Δt:時間増分、k1、k2:係数

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−96654(P2013−96654A)
【公開日】平成25年5月20日(2013.5.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−240429(P2011−240429)
【出願日】平成23年11月1日(2011.11.1)
【出願人】(306022513)新日鉄住金エンジニアリング株式会社 (897)
【Fターム(参考)】