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技術 流動床炉の燃焼量検出装置及び燃焼制御装置

出願人 株式会社荏原製作所
発明者 内藤剛行黒田芳喜吉田裕
出願日 1988年4月30日 (31年10ヶ月経過) 出願番号 1993-200058
公開日 1994年2月18日 (26年1ヶ月経過) 公開番号 1994-042726
状態 拒絶査定
技術分野 廃棄物の焼却(2)
主要キーワード 遠心ブロワ 燃焼対象物 エアチャンバー 塩化アンモン 圧力検出センサ 流動床炉内 ガス化速度 流動空気
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この項目の情報は公開日時点(1994年2月18日)のものです。
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図面 (6)

目的

流動床焼却炉内の燃焼状態リアルタイムで正確に検出できる流動床焼却炉の燃焼状態検出装置を提供すること。

構成

流動床下部から送り込む空気により流動媒体流動させ、炉1内に投入される焼却物Aを燃焼させる流動床焼却炉の炉1内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置であって、炉内の明るさを検出する明るさ検出センサ14−1を設け、該明るさ検出センサ14−1の出力から炉内の燃焼状態を検出することを特徴とする。

概要

背景

概要

流動床焼却炉内の燃焼状態リアルタイムで正確に検出できる流動床焼却炉の燃焼状態検出装置を提供すること。

流動床下部から送り込む空気により流動媒体流動させ、炉1内に投入される焼却物Aを燃焼させる流動床焼却炉の炉1内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置であって、炉内の明るさを検出する明るさ検出センサ14−1を設け、該明るさ検出センサ14−1の出力から炉内の燃焼状態を検出することを特徴とする。

目的

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、流動床炉内の燃焼状態を瞬時に正確に検出できる流動床炉の燃焼量検出装置及び燃焼制御装置を提供することを目的とする。

効果

実績

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請求項1

流動床下部から送り込む空気により流動媒体流動させ、炉内に投入される焼却物燃焼させる流動床炉の炉内の燃焼量を検出する燃焼量検出装置であって、炉内の明るさを検出する明るさ検出手段を設け、該明るさ検出手段の出力から炉内の焼却物の燃焼量を検出することを特徴とする流動床炉の燃焼量検出装置。

請求項2

前記明るさ検出手段は炉の横断面全面が見渡せる位置に設けたことを特徴とする請求項1に記載の流動床炉の燃焼量検出装置。

請求項3

前記明るさ検出手段は流動媒体や炉壁等による明るさに影響されない位置に設けたことを特徴とする請求項1に記載の流動床炉の燃焼量検出装置。

請求項4

前記明るさ検出手段炉は頂又は炉頂近傍に設けたことを特徴とする請求項1に記載の流動床炉の燃焼量検出装置。

請求項5

前記明るさ検出手段を二次空気吹き込み位置より上方に設けたことを特徴とする請求項1に記載の流動床炉の燃焼量検出装置。

請求項6

流動床下部から送り込む空気により流動媒体を流動させ、炉内に投入される焼却物を燃焼させる流動床炉の炉内の燃焼量を検出する燃焼量検出装置であって、炉内の明さを検出する明るさ検出手段及び排ガス酸素濃度炉内圧力、炉内に投入される焼却物の性状や形状や嵩及び量を検出する検出手段を設け、該明るさ検出手段及び排ガス中酸素濃度、炉内圧力、炉内に投入される焼却物の性状や形状や嵩及び量を検出する検出手段のうちいずれか大きい方で炉内の燃焼量を検出することを特徴とする流動床炉の燃焼量検出装置。

請求項7

前記請求項1乃至6に記載のいずれか1つに記載の燃焼量検出装置の出力を流動床炉の燃焼制御装置制御信号として用いることを特徴とする流動床炉の燃焼制御装置。

技術分野

0001

本発明は、砂等の流動媒体炉床下部から送り込む空気により流動させながら焼却物焼却する流動床炉において、炉内に投入される焼却物の燃焼状態を検出する流動床炉の燃焼量検出装置及び燃焼制御装置に関するものである。

0002

従来、流動床焼却炉都市ゴミの焼却等に使用されており、都市ゴミをこの流動床焼却炉で燃焼する場合はゴミを連続的に流動床焼却炉に投入するが、都市ゴミはその性質上互いに絡まり、大きな塊となった状態で瞬間的に大量に投入される場合が度々ある。流動床焼却炉は焼却炉として燃焼速度の極めて速い炉であり、非常に良く燃えるという利点があるが、これが逆に欠点となる場合がある。即ち、燃焼性能が良いため流動床燃焼物を投入すると早いものは僅か数秒で燃えてしまう。そのため、焼却物を炉内に供給するフィーダ定量性が悪いと、焼却物の投入量のバラツキはそのまま燃焼ガス中酸素濃度のバラツキにつながるという問題がある。

0003

流動床焼却炉の形式にもよるが、燃焼排ガス中の酸素濃度が約5%近辺以下となると一酸化炭素とか、メタンエチレンプロピレンアセチレンベンゼンといった炭化水素等が燃焼しきれずに排出されることになる。また、塩化アンモン水酸化アンモンといった物質も生成されるので煙突より白煙が出ることになる。

発明が解決しようとする課題

0004

上記のように流動床焼却炉の燃焼速度が極めて速いという利点が逆に欠点となるという問題に対処し、上記問題が発生しない燃焼制御を行なうには、流動床焼却炉内の燃焼量(単位時間当たりの焼却物の燃焼量)を瞬時に検出し、その燃焼状態に合った、例えば一次空気量二次空気量供給制御を行なう必要がある。しかしながら、従来、流動床焼却炉内の燃焼状態を瞬時に正確に検出する手段がなく、特に都市ゴミ等を焼却する流動床焼却炉において、燃焼ガス中の酸素濃度のバラツキが無く、煙突から白煙が出ないようにする燃焼制御を的確に行なうことが困難であった。

0005

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、流動床炉内の燃焼状態を瞬時に正確に検出できる流動床炉の燃焼量検出装置及び燃焼制御装置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

0006

上記課題を解決するため本発明は、流動床下部から送り込む空気により流動媒体を流動させ、炉内に投入される焼却物を燃焼させる流動床炉の炉内の燃焼量を検出する燃焼量検出装置であって、炉内の明るさを検出する明るさ検出手段を設け、該明るさ検出手段の出力から炉内の焼却物の燃焼量を検出することを特徴とする。

0007

また、前記明るさ検出手段は炉の横断面全面が見渡せる位置に設けたことを特徴とする。

0008

また、前記明るさ検出手段は流動媒体や炉壁等による明るさに影響されない位置に設けたことを特徴とする。

0009

また、前記明るさ検出手段炉は頂又は炉頂近傍に設けたことを特徴とする。

0010

また、前記明るさ検出手段を二次空気吹き込み位置より上方に設けたことを特徴とする。

0011

また、流動床下部から送り込む空気により流動媒体を流動させ、炉内に投入される焼却物を燃焼させる流動床炉の炉内の燃焼量を検出する燃焼量検出装置であって、炉内の明るさを検出する明るさ検出手段及び排ガス中酸素濃度、炉内圧力、炉内に投入される焼却物の性状や形状や嵩及び量を検出する検出手段を設け、該明るさ検出手段及び排ガス中酸素濃度、炉内圧力、炉内に投入される焼却物の性状や形状や嵩及び量を検出する検出手段のうちいずれか大きい方で炉内の燃焼量を検出することを特徴とする。

0012

また、上記いずれか1つに記載の燃焼量検出装置の出力を流動床炉の燃焼制御装置の制御信号として用いることを特徴とする。

0013

本発明は上記構成を採用することにより、流動床に焼却物が投入され、該焼却物が流動床でガス化され、該ガスが燃焼すると火炎が発生する。この火炎輝度は燃焼量に応じて瞬時に変化するから該火炎輝度を明るさ検出手段で検出することにより、流動床焼却炉内の燃焼量を瞬時に正確に測定することができる。

0014

また、炉内の明るさを検出する明るさ検出手段の他に炉内の圧力を検出する圧力検出手段を設け、明るさ検出手段及び圧力検出手段の出力のうちいずれか大きい方で炉内の燃焼量を検出することにより、炉内圧は燃焼量に応じて燃焼量が大きいと高く、小さいと低くなるから、例えば炉内に煙が発生し暗くなり、明るさ検出手段が正確な燃焼量を検出できない場合でも、圧力検出器がそれを補う作用を奏することになる。

0015

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。流動床焼却炉においては、燃焼対象物の燃焼量を直接測定することは極めて困難である。この燃焼量(単位時間当たりの燃焼量)は炉内の明るさ、排ガス中の酸素濃度、炉内圧力に密接に関係する。図1の(A),(B),(C)は流動床焼却炉における燃焼量を代表する炉内の明るさL、排ガス中の酸素濃度E、炉内圧力Pの関係を示す図である。図中横軸は時間t(1目盛は5秒)を示す。図示するように流動床焼却炉においては、燃焼量の変動に応じて炉内の明るさL、排ガス中の酸素濃度E及び炉内圧力Pが変化する。特に炉内の明るさLは忠実に瞬時に燃焼量に反映する。そこで本願発明は、明るさ検出センサを設けこの炉内の明るさLを検出して、その出力より流動床焼却炉内の燃焼量を推測することにより燃焼量を瞬時に検出できる燃焼量検出装置である。また、明るさ検出センサの他に炉内の圧力を検出する圧力検出センサを設け、該圧力検出センサの出力で明るさ検出センサの補完を行なわせる。これによりより精度良く燃焼量を検出できる。

0016

図2は本発明の燃焼量検出装置を取り付けた燃焼制御を行なう流動床焼却炉の概略構成を示す図である。図において、1は炉であり、該炉1の内部には砂等の流動媒体が流動する流動床2が形成されている。流動床2の下部にはエアチャンバー6が設けられており、配管5を通して流動用ブロワ(図示せず)より流動空気を該エアチャンバー6を介して炉1内に送り込むことにより、流動媒体を流動させている。このブロワは例えば遠心ブロワであり、運転中は望ましくは風量が一定になるように制御されている。

0017

14−1は炉1内の炉頂又は炉頂近傍に取り付けられた明るさを検出する明るさ検出センサである。該明るさ検出センサ14−1の取り付け位置はこの炉頂又は炉頂近傍に限定されるものではなく、流動媒体や炉壁等による明るさに影響されないで、供給フィーダ12から炉1内に投入される焼却物Aの燃焼による炉1内の明るさを検出できるように、二次空気送入配管18や流動床2の上部空間に空気を吹き込むための空気ノズル8より充分上方で且つ炉1の横断面全面が見渡せる位置に取り付ける。

0018

13は炉1内の明るさを検出する明るさ検出センサの測定値をもとに制御弁7の開度を調節する調節器である。11は都市ゴミ等の焼却物を投入する焼却物投入ホッパーであり、該焼却物投入ホッパー11の下部には焼却物を炉1内に供給するための供給フィーダ12が設けられている。また、図1において、EGは排ガス出口部から排出される排ガスを示し、ASは灰出口部から排出される灰を示す。

0019

上記構成の流動床焼却炉において、供給フィーダ12から炉1内に投入される焼却物Aは流動床2上で熱分解されガス化され燃焼し、火炎を発する。この火炎により炉1内が明るくなるから、この明るさを検出することにより、炉1内の燃焼量、即ち燃焼量を検出することが可能となる。しかも燃焼と火炎の発生は略同時であるから、明るさ検出センサ14−1で炉1内の明るさを検出することは、炉1内の燃焼量を瞬時に検出できることになる。

0020

上記流動床焼却炉の燃焼制御は、炉1内の焼却物の燃焼量を上記供給フィーダ12から投入される焼却物Aの量にかかわりなく、所定量に維持する制御を行なっている。以下、その動作を説明する。供給フィーダ12から投入される焼却物Aが通常より大きい場合、該焼却物Aの燃焼量(単位時間当り)が大きくなるから、炉1内が通常より明るくなり、明るさ検出センサ14−1の出力が大きくなる。炉1内の明るさが大きくなると調節器13は制御弁7を開放し、エアチャンバー6から吹き込む空気量の一部をバイパスし配管16を通して、空気ノズル8から流動床2の上部空間に吹き込む。

0021

これにより、エアチャンバー6から流動床2に送り込まれる空気量が減少するから、流動床2の流動媒体の流動が緩慢となり、流動媒体から焼却物Aへの伝熱量が減り焼却物Aのガス化速度が遅くなる。即ち燃焼速度が遅くなる。この時、エアーチャンバー6からの空気量を減らすことで、流動床2の酸素量は減少し、その分未燃ガスが増えるが、空気ノズル8から吹き込む空気量を増大させることで、フリーボード部9等の流動床2の上部空間でのこの未燃ガスは燃焼することになる。

0022

流動床焼却炉においては、燃焼量と炉内圧力は図1の(C)に示すように、密接な関係がある。即ち、燃焼量が増大すれば炉内圧が高くなり、燃焼量が減少すれば炉内圧が低くなる。図3は燃焼物の燃焼量を炉1内の圧力を検出して燃焼制御を行なう流動床焼却炉の概略構成を示す図である。図3において、図2と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。図示するように、流動床2の上部に炉1内の圧力を検出する圧力検出センサ14−2を設け、該圧力検出センサ14−2の出力を調節器13に入力している。

0023

上記流動床焼却炉において、炉1内に投入された焼却物Aの量が多い場合は、焼却物Aの燃焼量(単位時間当り)が多くなるから、排ガスの発生量が増大して、炉1の内圧図1(C)からも分かるように高くなり、圧力検出センサ14−2の出力も大きくなる。この炉1の内圧が大きくなると調節器13は制御弁7を開放して、空気ノズル8から流動床2の上部空間に吹き込む空気量を増大させる。これによる作用は上記図2の場合と同一であるから説明は省略する。

0024

上記図2図3に示す流動床焼却炉の例では炉1の焼却物の燃焼量を明るさ検出センサ14−1、圧力検出センサ14−2で検出し、制御する例であるが、それ以外に図4に示すように、明るさ検出センサ14−1の出力値PVO1を符号aを付した演算器YO1により、例えば明るさの信号に対して係数k(0〜2.0)を乗ずることにより明るさに比例した出力信号yO1で制御弁7の開度調整を行なう方法もある。

0025

この場合都市ゴミ等の焼却物が炉内に連続的に供給されている場合は問題はないが、都市ゴミの性質上絡みつきによる所謂「ドカ落ち」により大量のゴミが投入され、急激な燃焼による煙等が発生し、燃焼が盛んになったにもかかわらず炉内が暗くなったりし、明るさ検出センサ14−1から燃焼が不活発であるという誤った信号を出力し、制御弁7の開度調整に不調を来すことがある。

0026

上記問題を解決するため、燃焼が盛んになった際、炉内圧力が上昇する傾向にあるので、図5に示すように明るさ検出センサ14−1と圧力検出センサ14−2を組み合わせ、符号bを付した演算器YO2により炉内圧力に対応する圧力検出センサ14−2の出力値PVO2がある設定値以上になったら、いままで最小開度であった制御弁7の開度を一定開度まで開放するような出力信号yO2を出力する。ここで炉内圧力は通常制御されているので、直ちに低下し設定値以下となる。圧力検出センサ14−2の出力信号値PVO2が低下し、ある設定値以下が所定時間継続したならば、制御弁への最小開度の出力信号値yO2を出力する。出力信号値yO1とyO2は符号cを付した演算器YO3により比較され、大きな値の信号値を出力信号値yO3として出力し、制御弁7は出力信号yO3により開度調整される。このような制御を行なうことにより、煙等が発生し、炉1内が暗くなった場合でも制御弁7が一定開度に開放され有効に働くので、望ましい燃焼制御が可能となる。

0027

なお、上記実施例では明るさ検出センサ14−1の出力で炉1内の燃焼量を検出し、エアチャンバー6から流動床2に送り込む空気量を制御弁7を介して制御する例を示したが、本発明の燃焼量検出装置は、炉1内の明るさを検出し、燃焼量を瞬時に検出できるから、該燃焼量検出装置は上記燃焼制御に限定されるものではなく、流動床焼却炉の炉1内の燃焼量を瞬時に検出したデータを必要とする制御には有効に利用できることは当然である。

0028

また、明るさ検出センサ14−1は1個に限定されるものではなく、炉1内の適当な箇所に複数個設け、その中から何らかの基準、例えば最も大きい出力のものを1つ選択するようにすることにより、より精度のよい燃焼量を検出することが可能となる。

0029

また、上記実施例では炉内の明るさを検出する明るさ検出手段の他に炉内の圧力を検出する炉内圧力検出手段を用いる例を示したが、明るさ検出手段以外の燃焼量検出する手段としてはこれに限定されるものではなく、排ガス中の酸素濃度を検出する排ガス中酸素濃度検出手段、炉内に投入される焼却物の性状や形状や嵩及び量を検出する検出手段を設け、これら明るさ検出手段及び排ガス中酸素濃度、炉内に投入される焼却物の性状や形状や嵩及び量を検出する検出手段のうちいずれか大きい方で炉内の燃焼量を検出するようにしても良いことは当然である。

発明の効果

0030

以上説明したように、本発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
(1)流動床に焼却物が投入され、該焼却物が流動床でガス化され、該ガスが燃焼して発生する火炎による炉内の明るさを検出するので、炉内の燃焼量、即ち燃焼量を瞬時に正確に測定することができる。

0031

(2)炉内の明るさを検出する明るさ検出手段の他に炉内の圧力を検出する圧力検出手段を設け、明るさ検出手段及び圧力検出手段の出力のうちいずれか大きい方で炉内の燃焼量を検出することにより、例えば炉内に煙が発生し暗くなり、明るさ検出手段が正確な燃焼量を検出できない場合でも、圧力検出手段はそれを補う作用を奏する。

図面の簡単な説明

0032

図1流動床焼却炉における炉内の明るさL、排ガス中の酸素濃度E、炉内圧力Pの関係を示す図である。
図2本発明の燃焼量検出装置を取り付けて燃焼制御を行なう流動床焼却炉の概略構成を示す図である。
図3燃焼物の燃焼量を炉内の圧力を検出して燃焼制御を行う流動床焼却炉の概略構成を示す図である。
図4本発明の燃焼量検出装置の構成例を示す図である。
図5本発明の燃焼量検出装置の構成例を示す図である。

--

0033

1 炉
2流動床
5配管
6エアチャンバー
7制御弁
8空気ノズル
9フリーボード
11焼却物投入ホッパー
12供給フィーダ
13調節器
14−1 明るさ検出センサ
14−2圧力検出センサ
16 配管
18二次空気送入配管

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