廃棄物焼却炉の燃焼排ガスの温度測定方法

【課題】排ガス流路の大きさなどに関係なく、燃焼排ガスの測定の信頼性を向上させること。
【解決手段】廃棄物焼却炉の燃焼排ガスの温度を放射温度計により測定する燃焼排ガスの温度測定方法であって、放射温度計は、燃焼排ガスの流路内の測定部位までの距離に応じて視野径が定められるものとする。ここで、測定部位は、複数の測定点を直線上に配置してなる温度測定用の機材を流路内に挿入し、この測定された結果に基づいて定められる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物焼却炉の燃焼排ガスの温度測定方法に係り、特に、都市ごみや産業廃棄物などの加熱処理で発生する熱分解ガスや熱分解カーボンを燃焼することにより生じる高温の燃焼排ガスの温度を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみや産業廃棄物などの処理法として、例えば、廃棄物を熱分解反応器で熱分解し、生成された熱分解ガスと熱分解残渣の一部を燃焼溶融炉に導いて燃焼処理する方法が知られている。ここで、燃焼溶融炉から排出される燃焼排ガスの流路内には、高温空気加熱器が配置されており、その伝熱管内を流れる低温の被加熱空気を高温の燃焼排ガス（例えば、１０００〜１１００℃）と熱交換することにより、熱回収することが行われている。この回収された熱エネルギーは、例えば、熱分解の熱源として利用される。
【０００３】
ところで、この高温空気加熱器を構成する耐火性の伝熱管には、腐食性の成分とダストを含む高温の燃焼排ガスが吹き付けるため、これによる伝熱管の損傷を防ぐため、燃焼排ガスの温度を測定し、排ガス温度を所定の範囲に管理することが行われている。従来、燃焼排ガスの温度は、高温空気加熱器の上流側の排ガス流路の壁面に設置される熱電対を用いて測定されていた。
【０００４】
しかし、燃焼排ガス中のダストが熱電対の保護管の表面に堆積することにより、真の燃焼排ガスの温度よりも低い温度が検出されるという問題があった。ここで、ダストとは、熱分解カーボン中に含まれる無機物からなる灰分であって、溶融スラグに吸収されずに残ったものである。
【０００５】
このような問題を解決するため、例えば、放射温度計により外部の覗き窓を介して燃焼排ガスの特定波長域の放射エネルギーを計測する温度の測定方法が開示されている（特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特許第２８００８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、放射温度計を用いて燃焼排ガスの温度を測定する場合、燃焼排ガス中のダストが発する放射エネルギーを放射温度計により測定し、この測定された放射エネルギーを温度に変換して得られるダストの温度に基づいて、ダストの温度とほぼ等しい燃焼排ガスの温度が検出される。
【０００８】
しかしながら、例えば、排ガス流路の大きさが比較的小さく、放射温度計とその対向する流路の内壁面までの距離（流路幅）が短いときは、ダストの発する放射エネルギーよりも、その背景の壁面から発せられる放射エネルギーの比率の方が大きくなることがある。この場合、内壁面の温度は、通常、燃焼排ガスの温度よりも低いことから、放射温度計により検出される燃焼排ガスの温度は、真の燃焼排ガスの温度よりも低い温度、つまり内壁面の温度に近い値となって検出されるおそれがある。
【０００９】
本発明は、このような放射温度計を用いて測定することによる問題点に鑑みてなされたものであり、排ガス流路の大きさなどに関係なく、燃焼排ガスの温度測定の信頼性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、放射温度計が有する機種固有の視野径に着目することにより、所望の測定部位における視野径に基づいて放射温度計の機種を選定し、測定装置の最適化を図ることにより、測定の信頼性を向上させることを目的としている。ここで、視野径とは、放射温度計の測定距離に対する検出可能なスポット径（測定径）をいい、任意の測定距離における直径を表している。
【００１１】
次に、本発明の原理について図面を用いて説明する。
【００１２】
図１に示すように、放射温度計１は、燃焼排ガスの流路壁面５ａに形成される覗き窓の外側に配置されている。この放射温度計１の空間中の検出可能な視野３を横から見ると、測定距離に応じて所定の角度の広がりをもっており、放射温度計１側から見ると、多々の径をもつ円の重なりとして捉えることができる。
【００１３】
ここで、放射温度計１と対向する流路壁面５ｂの視野径を全視野７とした場合、例えば、地点Ａでは、全視野７に対する視野径９の面積比が小さいため、背景の温度に平均化されてしまい、地点Ａの燃焼排ガスの真の温度が得られにくい傾向がある。これに対し、地点Ｂでは、全視野７に対する視野径１１の面積比が比較的大きいため、平均化されても地点Ｂの燃焼排ガスの真の温度に近い値を得ることができる。
【００１４】
そこで、本発明は、上記の課題を解決するため、廃棄物焼却炉の燃焼排ガスの温度を放射温度計により測定する燃焼排ガスの温度測定方法であって、放射温度計は、燃焼排ガスの流路内の測定部位までの距離に応じて視野径が定められることを特徴としている。
【００１５】
例えば、放射温度計の測定部位を燃焼排ガスの流路断面の中央付近として設定した場合（通常、最高温度の領域となる）、その測定部位までの距離に応じた視野径を基準として放射温度計を選定するようにする。すなわち、全視野に対する視野径の面積比ができるだけ大きな機種を選定することにより、放射温度計と対向する背景の流路壁面の温度の影響を少なくすることができ、燃焼排ガス温度の測定の信頼性を向上させることができる。ここで、全視野に対する視野径の面積比は、予め所定の値として定めておくこともできる。
【００１６】
このように、所望の測定部位の視野径に基づいて放射温度計の機種を適宜選定することにより、排ガス流路の大きさなどに関係なく、燃焼排ガスの温度を高い精度で検知することができる。ここで、放射温度計としては、二色式放射温度計を用いることにより、燃焼排ガスの温度を精度よく、かつ簡易的に求めることができる。
【００１７】
また測定部位は、複数の測定点を直線上に配置してなる温度測定用の機材を流路内に挿入し、この測定された結果に基づいて定めるようにしてもよい。すなわち、燃焼排ガスに偏流などが生じる排ガス流路においては、燃焼排ガスの温度分布を予測できない場合もあることから、このような温度測定用の機材を用いて、流路断面の温度を予め測定しておくことにより、例えば、最高温度を示す測定部位について効率よく測定することができる。これにより、燃焼排ガスの測定の信頼性を一層向上させることができる。
【００１８】
ここで、温度測定用の機材の測定点には、熱電対が配置されていてもよい。これによれば、機材の構成が簡単になり、高い精度の測定を実現できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、排ガス流路の大きさなどに関係なく、燃焼排ガスの温度測定の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図５は、高温空気加熱器が設置される燃焼溶融炉の構造を示す断面図である。
【００２１】
燃焼溶融炉２１は、Ｕ字形の形状を有し、上流側は燃焼溶融部２２となり、高温空気加熱器２３はその下流側に配設されている。燃焼溶融部２２の頂部には、図示しない加熱処理炉から発生した熱分解ガス（熱分解カーボンを含む。以下同じ。）２４が流入する供給ライン２５が設置されており、熱分解ガス２４中の燃焼成分は、図示しない燃焼用空気の導入により高温（例えば、１３００℃）で燃焼・溶融されて、溶融スラグ２７とともに高温の燃焼排ガス２８を生成する。溶融スラグ２７は、スラグ排出口３１を流下して外部に排出されて冷却固化される一方、燃焼排ガス２８は、下流の高温空気加熱器２３に向かって流れる。
【００２２】
高温空気加熱器２３は、燃焼排ガス２８の流れ方向と直交するように耐火性の伝熱管２９が複数並列に配置されている。
【００２３】
燃焼排ガス２８は、塩素などを含む腐食性の高温ガス（例えば、１０００〜１１００℃）であり、伝熱管２９内を流れる被加熱空気と熱交換される。この熱交換により加熱された被加熱空気は、例えば、熱分解ガス２４を生成する熱分解反応器に戻されて、熱分解の熱源として利用される。
【００２４】
このように、高温空気加熱器２３を構成する伝熱管２９には、腐食性の高温の燃焼排ガス２８が吹き付けることから、伝熱管２９の損傷や腐食による減肉を防ぐため、例えば、Ａ−Ａ位置において燃焼排ガス２８の温度を測定し、所定温度を超えないように管理されている。
【００２５】
本実施の形態では、燃焼排ガス２８の温度を二色式温度計により検知するようにしている。この二色式放射温度計（以下、適宜、放射温度計と略す。）は、異なる二つの測定波長における赤外線放射エネルギーの比に基づいて測定対象の温度を求めるものであり、ここでは、燃焼排ガス２８中に含まれるダストが発する放射エネルギーを測定することにより、ダストの温度を検知している。そして、ダストの温度は、燃焼排ガス２８の温度とほぼ同じとみなすことができるため、燃焼排ガス２８の温度を検出することができる。
【００２６】
このようにして検出された燃焼排ガス２８の温度に基づいて、例えば、後流側を流れる低温の燃焼排ガスの一部を上流側の所定位置に導いて、高温空気加熱器２３を流れる燃焼排ガス２８の温度が制御されている。
【００２７】
次に、図５のＡ−Ａ位置において燃焼排ガスの温度を測定する手順について説明する。
【００２８】
図２に示すように、周囲を炉壁３３で形成された排ガス流路の一側壁には、覗き窓３５を介して、放射温度計３７が取り付けられており、その周囲には、温度測定用の機材３９を挿入するためのノズル４１が複数設けられている。
【００２９】
図３は、温度測定の機材２３の一例を示す構成図である。この機材３９は、金属管４３の長手方向に、複数の熱電対４５を等間隔に配置して構成される。熱電対４５は、金属管４３に形成された小孔から外部に露出するように配置されており、小孔と熱電対の隙間は気密に形成されている。また、金属管４３は、適宜断熱材などで被覆し、或いは、管内に冷却用空気を通流させるなど、周知の方法により熱的影響を少なくするようにしてもよい。
【００３０】
機材３９はノズル４１の栓を外した状態で、燃焼排ガス２８の流れ方向と直交するように排ガス流路内に差し込まれる。機材３９の先端は、放射温度計３７と対向する炉壁３３の近傍まで達するようになっている。
【００３１】
燃焼排ガス２８の温度を測定する際は、まず、ノズル４１を介して機材３９を排ガス流路内に挿入し、熱電対４５により燃焼排ガス２８の温度を測定する。ここで、排ガス流路内に挿入される機材３９は、単数であってもよいし、複数であってもよい。
【００３２】
排ガス流路内に機材３９が挿入されて、排ガス流路の断面方向の温度分布が測定されると、例えば、測定部位となる最高温度を示す領域が特定される。そして、放射温度計３７の設置位置から測定部位までの測定距離が定まると、その測定距離に応じた放射温度計の視野径に基づいて、最適な放射温度計が選定される。
【００３３】
放射温度計３７の選定においては、放射温度計３７と対向する炉壁３３の視野径を全視野とした場合、その全視野に対する測定部位の視野径の面積比ができるだけ大きな機種を選定するようにする。
【００３４】
図４は、このようにして選定された放射温度計を用いたときの燃焼排ガスの温度の検出領域を説明する模式図である。図に示すように、例えば、排ガス流路の流路幅ａが比較的狭い箇所に放射温度計３７が設置された場合、その放射温度計３７の有する視野径によっては、例えば、温度の検出領域が５１となり、放射温度計３７と対向する炉壁３３の内面の温度の影響を受けて、燃焼排ガスの最高温度よりも低い温度が検出されることがある。
【００３５】
これに対し、本実施の形態により選定された放射温度計、つまり、所定の測定部位における視野径がより大きい、或いは、所定値以上の放射温度計を用いることにより、検出領域を５３まで拡げることができる。
【００３６】
これにより、測定部位が検出領域５３に含まれることになり、放射温度計３７と対向する炉壁３３の温度の影響を少なくし、燃焼排ガス温度の最高温度を検出することができるため、測定の信頼性を向上させることができる。
【００３７】
また、本実施の形態では、排ガス流路の温度を予め測定用の機材３９で測定することにより、測定部位を定めておき、その測定部位の視野径に基づいて放射温度計３７が選定されると、測定用の機材３９は排ガス流路から抜き出し、放射温度計３７のみによる温度測定となるが、この方法に限らず、例えば、必要に応じて、機材３９を排ガス流路内に再び挿入し、放射温度計３９による測定とともに熱電対による測定を同時に行うことにより放射温度計３９の測定結果を検証するようにしてもよい。
【００３８】
また、本実施の形態では、放射温度計３７を排ガス流路の一側壁のみに設置する例を説明したが、この構成に限らず、例えば、排ガス流路に対向させて複数の放射温度計３７を設置するようにしてもよいし、併せて、炉壁近傍に熱電対を対向させて配置するようにしてもよい。これによれば、温度測定の信頼性を一層向上させることができる。
【実施例】
【００３９】
本発明の燃焼排ガスの温度測定方法を検証するために、２種類の二色式放射温度計を用いて燃焼排ガスの温度測定結果について比較を行った。なお、燃焼排ガスの温度の測定位置は、図５のＡ−Ａ位置とした。
【００４０】
二色式放射温度計には、測定距離に応じた視野径の大きさ（広角度）が互いに異なるインパック社製のＩＳＱ−５型／ＭＢ１４を用いた。いずれの二色式放射温度計も、Ａ−Ａ位置に設けられた覗き窓を介して排ガス流路内の燃焼排ガスの温度が測定できるように設置した。また、二色式放射温度計による温度測定と同時に、図３の温度測定用の機材を排ガス流路内に挿入して、流路断面の各位置の温度を比較測定した。
【００４１】
図６は、本実施例の二色式放射温度計における測定距離と視野径との関係を表した図である。横軸は、放射温度計から炉壁までの測定距離（ｍｍ）を表し、縦軸は、上下の線の差を視野径（ｍｍ）として表している。なお、図の中央に記載した数字は、炉壁面位置の視野径（全視野）の面積に対する各測定距離の視野径の面積の比率を表し、上段は放射温度計Ａ、下段は放射温度計Ｂをそれぞれ表している。
【００４２】
この図より、測定距離１２００（ｍｍ）未満では、放射温度計Ｂの方が放射温度計Ａよりも視野径が大きくなっているのに対し、測定距離１２００（ｍｍ）を超えると、その大小関係が逆転していることが分かる。
【００４３】
図７は、放射温度計Ａによる測定と同時に、機材による測定を連続して行ったときの燃焼排ガスの温度（℃）の測定結果を比較して表したものである。なお、機材による測定結果は、各熱電対の測定位置を炉壁より５００ｍｍの間隔で配置して測定したものである。
【００４４】
この図より、放射温度計Ａによる燃焼排ガスの温度の測定値は、機材による熱電対の測定結果と比較して、検出温度が低くなっていることから、炉壁の温度の影響を受けていることが分かる。
【００４５】
一方、図８は、放射温度計Ｂによる測定と同時に機材による測定を連続して行ったときの燃焼排ガスの温度の測定結果を比較して表したものである。この図より、放射温度計Ｂによる燃焼排ガスの測定値は、熱電対による測定値の最高温度とほぼ一致していることから、炉壁の温度の影響をほとんど受けていないことが分かる。
【００４６】
以上の結果から、例えば、流路断面の最高温度を示す測定距離８００〜１２００（ｍｍ）付近の位置を測定部位とし、その位置の視野径の面積比が大きい方の放射温度計Ｂを用いることにより、検出領域を放射温度計の手前側まで拡げて炉壁の温度の影響を最小限に抑えるとともに、燃焼排ガスの最高温度を精度よく測定することができる。これにより、燃焼排ガス温度の測定の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明における放射温度計の測定原理を説明するための図である。
【図２】本発明における燃焼排ガスの温度測定方法を実施するための構成を説明する排ガス流路の断面図である。
【図３】本発明における燃焼排ガスの温度測定方法を実施するための温度測定用の機材の斜視図である。
【図４】本発明における燃焼排ガスの検出領域を説明するための模式図である。
【図５】本発明の燃焼排ガスの温度測定方法が適用される燃焼溶融炉の構造を示す断面図である。
【図６】二色式放射温度計における測定距離と視野径との関係を表した図である。
【図７】本発明の実施例において放射温度計Ａによる測定と機材による測定を同時に行ったときの燃焼排ガスの温度（℃）の測定結果を表したグラフである。
【図８】本発明の実施例において放射温度計Ｂによる測定と機材による測定を同時に行ったときの燃焼排ガスの温度（℃）の測定結果を表したグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１，３７放射温度計
３視野
５流路壁面
７全視野
９，１１視野径
２３高温空気加熱器
２８燃焼排ガス
２９伝熱管
３３炉壁
３９機材
４１ノズル
４５熱電対

【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物焼却炉の燃焼排ガスの温度を放射温度計により測定する燃焼排ガスの温度測定方法であって、
前記放射温度計は、前記燃焼排ガスの流路内の測定部位までの距離に応じて視野径が定められることを特徴とする廃棄物焼却炉の燃焼排ガスの温度測定方法。
【請求項２】
前記測定部位は、複数の測定点を直線上に配置してなる温度測定用の機材を前記流路内に挿入し、この測定された結果に基づいて定められることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物焼却炉の燃焼排ガスの温度測定方法。
【請求項３】
前記測定点には、熱電対が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の廃棄物焼却炉の燃焼排ガスの温度測定方法。
【請求項４】
前記放射温度計は、二色式放射温度計であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の廃棄物焼却炉の燃焼排ガスの温度測定方法。

【図１】