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技術 焼却炉の制御方法およびこの制御方法を使用した焼却炉

出願人 日立造船株式会社
発明者 藤吉誠三浦祥正福島龍太郎岡田裕介
出願日 1999年3月31日 (21年10ヶ月経過) 出願番号 1999-090366
公開日 2000年10月13日 (20年4ヶ月経過) 公開番号 2000-283444
状態 特許登録済
技術分野 廃棄物の焼却(2)
主要キーワード 接触レベル 下流地点 制限幅 のこぎり波形 各供給ノズル コンベヤスケール 送出し装置 cos関数
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図面 (8)

課題

本発明は、ごみ性状(ごみ質)に見合った空気量を供給することにより、大気中への有害物質の排出を抑制できる焼却炉制御方法を提供することを目的とする。

解決手段

ごみの比重水分含有率に基づいてごみの性状を求め、このごみの性状により、焼却炉1で必要な空気量を演算し、この空気量から2次燃焼空気基準量制限幅を演算し、ノズル47Bから焼却炉1へ供給する2次燃焼空気の量を前記制限幅の範囲で変化させ、ノズル47Aから焼却炉1へ供給する2次燃焼空気の量を、総空気量が2次燃焼空気の前記基準量となるように変化させる。この方法によると、ごみ質に見合った空気量を供給することで制御を安定化でき、さらに2次空気の変動により乱流を発生させ燃焼ガス攪拌することにより、不完全燃焼を防ぐことができ、大気中への有害物質の排出を抑制できる。

概要

背景

一般に、ごみ焼却炉の一形式である流動床式ごみ焼却炉にごみを供給するには、通常、スクリュー式フィーダなどのごみ供給装置が用いられている。このようなフィーダを用いてごみを供給する際、上記ごみ焼却炉内でのごみの燃焼を安定させるため、ごみの供給量を一定にする必要があり、ごみ供給時に、ごみの量が急激に増加する「ごみの大量落下(どか落ち)」が発生しないように、ベルトコンベヤにより供給されたごみを受けてその搬送速度を変化させて燃焼装置へ供給するなどの手段を取っている。しかし、このようにごみの供給量を一定としても、ごみ質{ごみの性状紙類繊維類、木・竹類プラスチック類ゴム皮革類、厨芥類、ガラス類陶器石類金属類など)}が常に変化するために、炉床酸素濃度が大幅に変動し、その結果、ごみ焼却炉内でのごみの燃焼が不安定になって、燃焼排ガス中未燃分が多量に残り、大気中に有害物質を排出する恐れがあった。

そこで、燃焼排ガス中の一酸化炭素(CO)と酸素(O2 )の濃度を計測し、また排ガス量を計測し、これらの計測値フィードバックして燃焼制御を行っている。またフィードバック時間の遅れ補正するためにモデルによるフィードフォワード制御が行われることもある。

概要

本発明は、ごみの性状(ごみ質)に見合った空気量を供給することにより、大気中への有害物質の排出を抑制できる焼却炉制御方法を提供することを目的とする。

ごみの比重水分含有率に基づいてごみの性状を求め、このごみの性状により、焼却炉1で必要な空気量を演算し、この空気量から2次燃焼空気基準量制限幅を演算し、ノズル47Bから焼却炉1へ供給する2次燃焼空気の量を前記制限幅の範囲で変化させ、ノズル47Aから焼却炉1へ供給する2次燃焼空気の量を、総空気量が2次燃焼空気の前記基準量となるように変化させる。この方法によると、ごみ質に見合った空気量を供給することで制御を安定化でき、さらに2次空気の変動により乱流を発生させ燃焼ガス攪拌することにより、不完全燃焼を防ぐことができ、大気中への有害物質の排出を抑制できる。

目的

また不完全燃焼を防止するには、炉内での燃焼ガスの混合が有効な手段であり、このため炉長を長くしたり、フリーボード部に突起を設けるような機構上の改造手段が用いられているが、このような手段ではごみの性状に対応できず、またコスト高になる問題があった。そこで本発明は、ごみの性状に見合った空気量を供給することにより、大気中に有害物質を排出することを抑えることができる焼却炉の制御方法およびこの制御方法を使用した焼却炉を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

廃棄物を燃焼する燃焼装置と、この燃焼装置へ前記廃棄物を供給する供給装置を備えた焼却炉制御方法であって、前記供給装置より燃焼装置へ送り出される廃棄物の比重および水分含有率計測し、前記計測された廃棄物の比重および水分含有率に基づいて上記廃棄物の性状を求め、この求めた廃棄物の性状により、前記燃焼装置で必要な空気量を演算し、この空気量から2次燃焼空気基準量制限幅を演算し、2次燃焼空気を分けて前記燃焼装置へ供給し、燃焼装置へ供給する少なくとも1つの2次燃焼空気の量を、前記制限幅の範囲で変化させ、燃焼装置へ供給する残りの2次燃焼空気の量を、総空気量が前記2次燃焼空気の基準量となるように変化させることを特徴とする焼却炉の制御方法。

請求項2

燃焼装置へ供給される1次燃焼空気の量と2次燃焼空気の量を一定に維持することを特徴とする請求項1記載の焼却炉の制御方法。

請求項3

燃焼装置内の炎の輝度および圧力を計測し、これら計測された炎の輝度および圧力により、燃焼装置へ供給する1次燃焼空気の量と2次燃焼空気の量を補正することを特徴とする請求項2記載の焼却炉の制御方法。

請求項4

少なくとも1つの2次燃焼空気の量の変化を、予め設定された関数に基づいて行うことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の焼却炉の制御方法。

請求項5

廃棄物を燃焼する燃焼装置と、この燃焼装置へ前記廃棄物を供給する供給装置を備えた焼却炉であって、前記供給装置に、前記供給装置より前記燃焼装置へ送り出される廃棄物の重量を計測する重量計測手段と、前記廃棄物のレベルを計測するレベル計測手段と、前記廃棄物中に含まれる水分含有率を計測する水分計測手段とを設け、前記燃焼装置に、この燃焼装置へ2次燃焼空気を供給する複数のノズルを設け、前記重量計測手段で計測された廃棄物の重量と前記レベル計測手段で計測された廃棄物のレベルにより廃棄物の比重を求め、この比重と前記水分計測手段で計測された水分含有率に基づいて前記廃棄物の性状を求め、この求めた廃棄物の性状により、前記燃焼装置で必要な空気量を演算し、この空気量から2次燃焼空気の基準量と制限幅を演算し、少なくとも1つの前記ノズルから燃焼装置へ供給する2次燃焼空気の量を前記制限幅の範囲で変化させ、残りのノズルから燃焼装置へ供給する2次燃焼空気の量を総空気量が前記基準量となるように変化させる制御手段を設けたことを特徴とする焼却炉。

請求項6

制御手段は、燃焼装置へ供給される1次燃焼空気の量と2次燃焼空気の量を一定に維持することを特徴とする請求項5記載の焼却炉。

請求項7

燃焼装置内の炎の輝度を検出する輝度検出手段と、燃焼装置内の圧力を検出する圧力検出手段を備え、制御手段は、これら輝度検出手段により検出される炎の輝度と、圧力検出手段により検出される炉内圧力により、燃焼装置へ供給する1次燃焼空気の量と2次燃焼空気の量を補正することを特徴とする請求項6記載の焼却炉。

請求項8

制御手段は、1つのノズルから燃焼装置へ供給する2次燃焼空気の量の変化を、予め設定された関数に基づいて行うことを特徴とする請求項5〜請求項7のいずれかに記載の焼却炉。

技術分野

0001

本発明は、焼却炉制御方法、特にその燃焼装置へ供給する2次燃焼空気量の制御方法に関するものである。

背景技術

0002

一般に、ごみ焼却炉の一形式である流動床式ごみ焼却炉にごみを供給するには、通常、スクリュー式フィーダなどのごみ供給装置が用いられている。このようなフィーダを用いてごみを供給する際、上記ごみ焼却炉内でのごみの燃焼を安定させるため、ごみの供給量を一定にする必要があり、ごみ供給時に、ごみの量が急激に増加する「ごみの大量落下(どか落ち)」が発生しないように、ベルトコンベヤにより供給されたごみを受けてその搬送速度を変化させて燃焼装置へ供給するなどの手段を取っている。しかし、このようにごみの供給量を一定としても、ごみ質{ごみの性状紙類繊維類、木・竹類プラスチック類ゴム皮革類、厨芥類、ガラス類陶器石類金属類など)}が常に変化するために、炉床酸素濃度が大幅に変動し、その結果、ごみ焼却炉内でのごみの燃焼が不安定になって、燃焼排ガス中未燃分が多量に残り、大気中に有害物質を排出する恐れがあった。

0003

そこで、燃焼排ガス中の一酸化炭素(CO)と酸素(O2 )の濃度を計測し、また排ガス量を計測し、これらの計測値フィードバックして燃焼制御を行っている。またフィードバック時間の遅れ補正するためにモデルによるフィードフォワード制御が行われることもある。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上記フィードバック制御、あるいフィードフォワード制御により燃焼制御を行っても、制御応答を含めた遅れ時間により、燃焼状態急変時の制御に反映できず、制御することで、かえって燃焼が不安定になる場合もあり、制御上の外乱要因となっていた。

0005

また不完全燃焼を防止するには、炉内での燃焼ガスの混合が有効な手段であり、このため炉長を長くしたり、フリーボード部に突起を設けるような機構上の改造手段が用いられているが、このような手段ではごみの性状に対応できず、またコスト高になる問題があった。そこで本発明は、ごみの性状に見合った空気量を供給することにより、大気中に有害物質を排出することを抑えることができる焼却炉の制御方法およびこの制御方法を使用した焼却炉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

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、廃棄物を燃焼する燃焼装置と、この燃焼装置へ前記廃棄物を供給する供給装置を備えた焼却炉の制御方法であって、前記供給装置より燃焼装置へ送り出される廃棄物の比重および水分含有率を計測し、前記計測された廃棄物の比重および水分含有率に基づいて上記廃棄物の性状を求め、この求めた廃棄物の性状により、前記燃焼装置で必要な空気量を演算し、この空気量から2次燃焼空気の基準量制限幅を演算し、2次燃焼空気を分けて前記燃焼装置へ供給し、燃焼装置へ供給する少なくとも1つの2次燃焼空気の量を、前記制限幅の範囲で変化させ、燃焼装置へ供給する残りの2次燃焼空気の量を、総空気量が前記2次燃焼空気の基準量となるように変化させることを特徴とするものである。

0007

ここで、たとえば燃焼装置として流動床式ごみ焼却炉が用いられ、供給装置としてスクリュー式フィーダが用いられる。上記方法によると、廃棄物の性状が、廃棄物の比重と水分含有率に基づいて求められ、この求められた廃棄物の性状により、上記燃焼装置で必要な空気量が演算され、この空気量から燃焼装置へ供給する2次燃焼空気の基準量と制限幅が演算され、また2次燃焼空気は分けて燃焼装置へ供給され、このとき燃焼装置へ供給する少なくとも1つの2次燃焼空気の量は、制限幅の範囲で変化され、燃焼装置へ供給する残りの2次燃焼空気の量は、総空気量が基準量となるように変化される。この2次燃焼空気の基準量(総空気量)により燃焼装置内で廃棄物はその性状にあわせて燃焼され、さらに2次燃焼空気の変化により、炉内の燃焼ガスは攪拌され、よって、不完全燃焼が防止され、大気中に有害物質を排出することが抑えられる。

0008

また請求項2に記載の発明は、上記請求項1記載の発明であって、燃焼装置へ供給される1次燃焼空気の量と2次燃焼空気の量を一定に維持することを特徴とするものである。上記方法によると、燃焼装置へ供給される1次燃焼空気の量と2次燃焼空気の量を一定に維持され、燃焼装置内で廃棄物はその性状にあわせて燃焼される。

0009

また請求項3に記載の発明は、上記請求項2に記載の発明であって、燃焼装置内の炎の輝度および圧力を計測し、これら計測された炎の輝度および圧力により、燃焼装置へ供給する1次燃焼空気の量と2次燃焼空気の量を補正することを特徴とするものである。上記方法によると、輝度検出手段により検出される炉内の炎の輝度、すなわち炉内の燃焼温度と、圧力検出手段により検出される炉内圧力、すなわち燃焼具合(廃棄物の燃えが良いと酸素が減少して炉内圧力が下がる)により、燃焼装置へ供給する1次燃焼空気の量と2次燃焼空気の量が補正され、より炉内の状態に応じた空気が供給され、よって不完全燃焼が防止され、大気中に有害物質を排出することが抑えられる。

0010

また請求項4に記載の発明は、上記請求項1〜請求項3のいずれかに記載の発明であって、少なくとも1つの2次燃焼空気の量の変化を、予め設定された関数に基づいて行うことを特徴とするものである。上記方法によると、予め設定された関数に基づく規則的な2次燃焼空気量の増減により炉内に複雑な空気流が形成され、炉内の燃焼ガスは攪拌され、よって、不完全燃焼がより防止され、大気中に有害物質を排出することが抑えられる。

0011

さらに請求項5に記載の発明は、廃棄物を燃焼する燃焼装置と、この燃焼装置へ前記廃棄物を供給する供給装置を備えた焼却炉であって、前記供給装置に、前記供給装置より前記燃焼装置へ送り出される廃棄物の重量を計測する重量計測手段と、前記廃棄物のレベルを計測するレベル計測手段と、前記廃棄物中に含まれる水分含有率を計測する水分計測手段とを設け、前記燃焼装置に、この燃焼装置へ2次燃焼空気を供給する複数のノズルを設け、前記重量計測手段で計測された廃棄物の重量と前記レベル計測手段で計測された廃棄物のレベルにより廃棄物の比重を求め、この比重と前記水分計測手段で計測された水分含有率に基づいて前記廃棄物の性状を求め、この求めた廃棄物の性状により、前記燃焼装置で必要な空気量を演算し、この空気量から2次燃焼空気の基準量と制限幅を演算し、少なくとも1つの前記ノズルから燃焼装置へ供給する2次燃焼空気の量を前記制限幅の範囲で変化させ、残りのノズルから燃焼装置へ供給する2次燃焼空気の量を総空気量が前記基準量となるように変化させる制御手段を設けたことを特徴とするものである。

0012

ここで、たとえば燃焼装置として流動床式ごみ焼却炉が用いられ、供給装置としてスクリュー式フィーダが用いられる。上記構成によると、廃棄物の性状が、廃棄物の重量とレベルと水分含有率に基づいて求められ、この求められた廃棄物の性状により、上記燃焼装置で必要な空気量が演算され、この空気量から燃焼装置へ供給する2次燃焼空気の基準量と制限幅が演算され、2次燃焼空気は分けて各ノズルから燃焼装置へ供給され、このとき少なくとも1つのノズルから燃焼装置へ供給する2次燃焼空気の量は制限幅の範囲で変化され、残りのノズルから燃焼装置へ供給する2次燃焼空気の量は総空気量が前記基準量となるように変化される。この2次燃焼空気の基準量(総空気量)により燃焼装置内で廃棄物はその性状にあわせて燃焼され、さらに2次燃焼空気の変化により、炉内の燃焼ガスは攪拌され、よって、不完全燃焼が防止され、大気中に有害物質を排出することが抑えられる。

0013

また請求項6に記載の発明は、上記請求項5記載の発明であって、制御手段は、燃焼装置へ供給される1次燃焼空気の量と2次燃焼空気の量を一定に維持することを特徴とするものである。上記構成によると、燃焼装置へ供給される1次燃焼空気の量と2次燃焼空気の量は一定に維持され、燃焼装置内で廃棄物はその性状にあわせて燃焼される。

0014

また請求項7に記載の発明は、上記請求項6に記載の発明であって、燃焼装置内の炎の輝度を検出する輝度検出手段と、燃焼装置内の圧力を検出する圧力検出手段を備え、制御手段は、これら輝度検出手段により検出される炎の輝度と、圧力検出手段により検出される炉内圧力により、燃焼装置へ供給する1次燃焼空気の量と2次燃焼空気の量を補正することを特徴とするものである。

0015

上記方法によると、輝度検出手段により検出される炉内の炎の輝度、すなわち炉内の燃焼温度と、圧力検出手段により検出される炉内圧力、すなわち燃焼具合(廃棄物の燃えが良いと酸素が減少して炉内圧力が下がる)により、燃焼装置へ供給する1次燃焼空気の量と2次燃焼空気の量が補正され、より炉内の状態に応じた空気が供給され、よって不完全燃焼が防止され、大気中に有害物質を排出することが抑えられる。

0016

また請求項8に記載の発明は、上記請求項5〜請求項7のいずれかに記載の発明であって、制御手段は、1つのノズルから燃焼装置へ供給する2次燃焼空気の量の変化を、予め設定された関数に基づいて行うことを特徴とするものである。上記方法によると、予め設定された関数に基づく規則的な2次燃焼空気量の増減により炉内に複雑な空気流が形成され、炉内の燃焼ガスは攪拌され、よって、不完全燃焼がより防止され、大気中に有害物質を排出することが抑えられる。

発明を実施するための最良の形態

0017

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図2は本発明の実施の形態における焼却炉の制御方法を実現したごみ焼却炉の燃焼装置へごみを供給する供給装置の構成図、図3は供給装置の要部構成図、図4はごみを燃焼する燃焼装置の構成図である。

0018

図2および図4に示すように、1は流動床式ごみ焼却炉(燃焼装置の一例、詳細は後述する)であり、ごみ焼却炉1のごみ投入口3に、ごみ2を供給する供給装置4が設けられている。[供給装置]上記供給装置4は、図2に示すように、ごみ2を一時貯留するごみホッパ5と、このごみホッパ5に貯留されたごみ2を押し出すプッシャ式の給じん機6と、この給じん機6から押し出されたごみ2を破砕する2軸破砕機7と、この2軸破砕機7で破砕されたごみ2を送り出す送出し装置8と、この送出し装置8と上記ごみ焼却炉1との間に接続された供給通路9とで構成されている。

0019

上記給じん機6には、ごみ2を押し出す出退自在なプッシャ11と、このプッシャ11を出退させるシリンダ装置12とが備えられている。上記送出し装置8は、2軸破砕機7で破砕されたごみ2を一時貯留するホッパ部14と、上記ごみ2をホッパ部14から供給通路9へ送り出す2軸のスクリュー式フィーダ15とで構成されている。また、上記スクリュー式フィーダ15は、一対の平行に並設された回転軸16と、両回転軸16を中心にして回転するねじ状羽根17と、両回転軸16を回転駆動させる回転駆動装置18(モータなど)とを備えている。

0020

上記供給通路9は、スクリュー式フィーダ15のごみ出口部19から下方へ垂下する上部供給通路20と、ごみ焼却炉1のごみ投入口3へ連通する下部シューター21と、上部供給通路20の下端と下部シューター21の上端との間に水平に形成された中間部供給通路22とで構成されている。上記上部供給通路20の上端部には、スクリュー式フィーダ15のごみ出口部19から送り出されたごみ2を解砕する(ほぐす)解砕機34が設けられている。この解砕機34は、上部供給通路20の上端部内に下向きに垂設された回転軸35と、この回転軸35を中心にして回転するねじ状羽根36と、回転軸35を回転駆動させる回転駆動装置37とで構成されている。

0021

また上記中間部供給通路22内には、図3に示すように、スクリュー式フィーダ15から送り出されたごみ2中に含まれる水分含有率を計測する赤外線水分計24(水分計測手段の一例)と、コンベヤスケール26(重量計測手段の一例)と、レベル検出装置27(レベル計測手段の一例)が設けられている。なお、上記赤外線水分計24は中間部供給通路22の天井部31に取付けられている。

0022

上記コンベヤスケール26は、スクリュー式フィーダ15から送り出されたごみ2を上部供給通路20から受け取って下部シューター21へ搬出するとともに、搬送されるごみ2の重量を計測するものであり、上記中間部供給通路22内に設置されている。また、上記コンベヤスケール26は、前後一対プーリー38,39と、これら両プーリー38,39間に巻回された搬送用ベルト30と、前後いずれかのプーリー38を回転駆動させる回転駆動装置40(モータ等)と、搬送用ベルト30上に積載されたごみ2の重量を検出するロードセル(図示せず)などを有している。

0023

また上記レベル検出装置27は、図3に示すように、上記コンベヤスケール26の搬送用ベルト30上に積載されたごみ2の高さHを検出するものであり、超音波式光センサ式(レーザ光式を含む)等の非接触レベル計であり、中間部供給通路22の天井部31に取付けられている。すなわち、上記レベル検出装置27によって中間部供給通路22の天井部31からごみ2の上端までの距離Dが計測され、中間部供給通路22の底部から上記天井部31までの全高をHa(一定値)、中間部供給通路22の底部からコンベヤスケール26の搬送用ベルト30までの高さをHb(一定値)とすると、以下の式に基づいてごみ2の高さHを検出することができる。

0024

H=Ha−D−Hb
これによると、上記搬送用ベルト30の幅は常に一定で既知の値であるため、上記レベル検出装置27でごみ2の高さHを検出することによって、搬送用ベルト30上に積載されたごみ2の搬送経路kに直交するおおよその断面積が求められ、このごみ2の断面積と既知のコンベヤスケール26によるごみ2の搬送速度とを乗算することによって、コンベヤスケール26で搬送されるごみ2の体積が算出される。また、ごみ2の重量はコンベヤスケール26で計測されるため、計測されたごみ2の重量を算出されたごみ2の体積で除算することによって、ごみ2の比重(かさ比重)が求められる。

0025

また上記供給装置4には、上記コンベヤスケール26とレベル検出装置27とによって計測されたごみ2のかさ比重に応じて上記コンベヤスケール26の回転駆動装置40を制御してごみ2の搬送速度を増減させる制御部33が備えられている。上記供給装置4の作用を説明する。

0026

ごみホッパ5内で一時貯留されたごみ2は、プッシャ11の出退によって給じん機6から押し出されて2軸破砕機7で破砕され、送出し装置8のホッパ部14内へ投入される。そして、スクリュー式フィーダ15の回転駆動装置18によって回転軸16が回転駆動し、ねじ状羽根17が回転軸16を中心に回転し、これにより、ごみ2は、ホッパ部14からスクリュー式フィーダ15の内部を通って、ごみ出口部19から上部供給通路20へ送り出される。

0027

この際、解砕機34の回転駆動装置37によって回転軸35が回転駆動し、ねじ状羽根36が回転軸35を中心に回転してごみ2を塊らないように解砕する(ほぐす)。上記解砕機34でほぐされたごみ2は、上部供給通路20内を落下して、コンベヤスケール26の搬送用ベルト30で一旦受け取れられ、搬送される。

0028

この際、ごみ2の重量はコンベヤスケール26で計測され、さらに、ごみ2の高さHがレベル検出装置27で検出され、検出されたごみ2の高さHと既知の搬送速度とに基づいて、コンベヤスケール26で搬送されるごみ2の体積が算出される。このようにして計測されたごみ2の重量を体積で除算することによって、ごみ2のかさ比重が求められる。制御部33により、このごみ2のかさ比重が一定となるように、コンベヤスケール26の回転駆動装置40が制御され、ごみ2の搬送速度が増減され、ごみ2はコンベヤスケール26の下流端まで搬送される。

0029

その後、コンベヤスケール26の下流端まで搬送されたごみ2は、順次下部シューター21へ搬出され、下部シューター21内を滑り落ちてごみ投入口からごみ焼却炉1へ供給される。このように、供給装置1より、常にかさ比重が一定のごみ2が焼却炉1へ供給される。
[ごみ焼却炉(燃焼装置)]図4に示すように、上記流動床式ごみ焼却炉1の内部には、けい砂等の耐熱性粉粒体流動媒体Sとして充填されており、高圧空気により流動化された流動媒体Sの中でごみ2の乾燥および燃焼を行うものである。この流動床式ごみ焼却炉1の内部は、下部が流動層部41に形成され、上部が二次燃焼室42に形成されている。

0030

また、上記流動層部41に1次燃焼空気44を供給する1次燃焼空気供給ノズル45が設けられ、二次燃焼室42に2次燃焼空気46を供給する2台の2次燃焼空気供給ノズル47A,47Bが設けられており、上記各供給ノズル45,47A,47Bへ空気を送風する送風機48が設けられ、この送風機48に接続され、1次燃焼空気供給ノズル45へ供給する1次燃焼空気44を調整する1次燃焼空気流量調整バルブ49と、2次燃焼空気供給ノズル47A,47Bへ供給する2次燃焼空気46を調整するメイン2次燃焼空気流量調整バルブ50が設けられている。

0031

また2次燃焼空気46を供給する配管51は、2次燃焼空気供給ノズル47Aへ2次燃焼空気46Aを導く分岐管52Aと、2次燃焼空気供給ノズル47Bへ2次燃焼空気46Bを導く分岐管52Bに分岐されており、分岐管52Bに2次燃焼空気46Bを調整する補助2次燃焼空気流量調整バルブ53が設けられている。

0032

また1次燃焼空気44を供給する配管56に、1次燃焼空気44の流量を計測する1次空気流量計54が設けられ、上記配管51に、2次燃焼空気46の流量を計測する2次空気流量計55が設けられている。また流動層部41の炉壁には、光ファイバー光導波路光導波管の一例)57が、流動層部41の炎に対向してその先端が開口するように取り付けられており、この光ファイバー57にはCCDなどの受光素子(輝度検出手段の一例)58が接続され、炎の輝度を検出している。また流動層部41の炉壁に、炉内圧力を検出する圧力検出器(圧力検出手段の一例)59が設けられている。炉内圧力は、ごみ2の燃えが良いと酸素が減少することにより下がる。

0033

本発明の要部である、1次燃焼空気44と2次燃焼空気46を制御する制御構成図を図1に示す。1次燃焼空気44と2次燃焼空気46(46A,46B)のコントローラ(制御手段の一例)61には、コンベヤスケール26で計測されたごみ2の重量と、レベル検出装置27で計測されたごみ2の高さHと、赤外線水分計24で計測されたごみ2の水分含有率と、1次空気流量計54で計測された1次燃焼空気量(流量)と、2次空気流量計55で計測された2次燃焼空気量(流量)と、受光素子58で計測された炎の輝度と、圧力検出器59で計測された炉内の圧力と、が入力され、コントローラ61は、これらデータに基づいて、1次燃焼空気流量調整バルブ49と、メイン2次燃焼空気流量調整バルブ50と、補助2次燃焼空気流量調整バルブ53へ開度信号制御信号)を出力する。

0034

また上記コントローラ61は、ファジィ推論部62と、補正部63と、演算部64と、2次燃焼空気制御部65と、減算部66と、1次燃焼空気流量調整バルブ49のバルブ駆動部67と,減算部68と、メイン2次燃焼空気流量調整バルブ50のバルブ駆動部69と、補助2次燃焼空気流量調整バルブ53のバルブ駆動部70から構成されている。

0035

上記ファジィ推論部62は、レベル検出装置27で計測されたごみ2の高さHと既知の搬送速度とに基づいて、コンベヤスケール26で搬送されるごみ2の体積を算出し、コンベヤスケール26で計測されたごみ2の重量を、この算出した体積で除算することによって、ごみ2の比重を求め、このごみ2の比重と赤外線水分計24で計測されたごみ2の水分含有率により、図5に示すメンバシップ関数ファジィルールしたがうファジィ推論により、ごみ性状に相当するHu推定値を求める。ファジィルールでは、ごみ2の水分が多く、比重が大きいとき、燃えにくいことからHu推定値を小さくし、水分が少なく、比重が大きいとき、燃えやすいことからHu推定値を大きくしている。

0036

また上記補正部63は、受光素子58で計測された炎の輝度と圧力検出器59で計測された炉内の圧力により、図6に示すメンバシップ関数とファジィルールにしたがうファジィ推論により、空気量の補正係数を求める。ファジィルールでは、輝度が明るく(良く燃えている)、圧力が低い(良く燃えている)とき、空気量の補正係数を大きくしている。

0037

また上記演算部64は、ファジィ推論部62より入力したHu推定値により炉内に必要な総空気量を演算し、この求めた総空気量に補正部63より入力した補正係数を乗算することにより、補正する。そして、総空気量より所定の1次燃焼空気の基準値を減算して2次燃焼空気の基準値を求め、この2次燃焼空気の基準値よりその数十%に相当する制限幅を求める。そして、所定の1次燃焼空気の基準値と、2次燃焼空気の基準値および制限幅を出力する。

0038

2次燃焼空気制御部65は、演算部64より2次燃焼空気の制限幅を入力すると、制限幅の範囲内で2次燃焼空気供給ノズル47Bより二次燃焼室42に供給する2次燃焼空気46Bを変動させて、補助2次燃焼空気流量調整バルブ53の2次燃焼空気量の制御信号を形成し、出力する。前記変動量は下記のいずれかにより求める。またこの変動量を出力する。
1.制限幅を波高値とする、sin関数とcos関数の組み合わせ
2.制限幅を上下限値とする乱数
3.制限幅を上下限値とするカオス信号(たとえば、路地スティック関数)
4.制限幅を上下限値とする、のこぎり波形あるいはランプ関数
5.制限幅を上下限値とする、ステップ関数
6.ファジィモデリング手法で作成した非線形モデル
また上記減算部66は、演算部64から入力した1次燃焼空気の基準値より、1次空気流量計54で計測された実1次燃焼空気量を減算して、1次燃焼空気量の偏差信号を形成し、出力する。

0039

また上記減算部68は、演算部64から入力した2次燃焼空気の基準値より、2次空気流量計55で計測された実2次燃焼空気量を減算して、2次燃焼空気量の偏差信号を形成し、出力する。バルブ駆動67,69はいずれも、減算部66,68より入力した空気量の偏差信号によりバルブ開度を調整し、Hu推定値が推定されたごみ2が、計測地点(コンベヤスケール26の下流端)から燃焼地点(流動層部41;ごみ2が実際に燃焼され燃焼ガスが発生する地点)までごみ2が移動する時間遅らせて、このバルブ開度信号を1次燃焼空気流量調整バルブ49とメイン2次燃焼空気流量調整バルブ50へ出力する。

0040

またバルブ駆動70は、2次燃焼空気制御部65より入力した制御信号の空気量をバルブの開度に変換し、Hu推定値が推定されたごみ2が、計測地点(コンベヤスケール26の下流端)から燃焼地点(流動層部41;ごみ2が実際に燃焼され燃焼ガスが発生する地点)までごみ2が移動する時間遅らせて、このバルブ開度信号を補助2次燃焼空気流量調整バルブ53へ出力する。

0041

上記燃焼装置1の作用を説明する。流動床式ごみ焼却炉1内に供給されたごみ2は、1次燃焼空気が供給される流動層部41で1次燃焼され、残りは熱分解ガス化され、二次燃焼室42において供給される2次燃焼空気と混合されて、完全燃焼される。このとき、焼却炉1内に供給されたごみの性状が、予めごみ2の比重(重量とレベル)と水分含有率に基づいて求められ、この求められたごみ2の性状により、燃焼装置で必要な空気量が演算され、この空気量から燃焼装置へ供給する2次燃焼空気の基準量と制限幅が演算され、計測地点と燃焼地点間をごみ2が移動する時間を遅らせて、2次燃焼空気は、2台の2次燃焼空気供給ノズル47A,47Bより焼却炉1内へ供給される。このとき、2次燃焼空気供給ノズル47Bから供給される2次燃焼空気の量は制限幅の範囲で変化され、2次燃焼空気供給ノズル47Aから供給される2次燃焼空気の量は、総空気量が2次燃焼空気基準量となるように変化される。焼却炉1内へ供給される2次燃焼空気の総空気量は、メイン2次燃焼空気流量調整バルブ50で調整されることにより、基準量に一定に維持され、また補助2次燃焼空気流量調整バルブ53の制御により、2台の2次燃焼空気供給ノズル47A,47Bよりそれぞれ供給される2次燃焼空気46A,46Bは、互いに補完するように制限幅の範囲で変化する。

0042

この2次燃焼空気の基準量(総空気量)により焼却炉1内でごみ2はその性状にあわせて燃焼され、さらに2台の2次燃焼空気供給ノズル47A,47Bよりそれぞれ供給される2次燃焼空気の変化により、炉内の燃焼ガスは攪拌され、よって、不完全燃焼が防止され、大気中に有害物質を排出することが抑えられる。また焼却炉1内へ供給される1次燃焼空気の量と2次燃焼空気の量(総空気量)は一定に維持され、焼却炉1内でごみ2はその性状にあわせて燃焼される。

0043

さらに炉1内の炎の輝度、すなわち炉内燃焼温度と、炉内圧力、すなわち燃焼具合(廃棄物の燃えが良いと酸素が減少して炉内圧力が下がる)により、燃焼装置へ供給する1次燃焼空気の量と2次燃焼空気の量が補正され、より炉内の状態に応じた空気が供給され、よって不完全燃焼が防止され、大気中に有害物質を排出することが抑えられる。

0044

このように、焼却炉1内へ供給されるごみ2の性状を常に求めて、炉内に必要な総空気量を求め、計測地点と燃焼地点間をごみ2が移動する時間を遅らせて、1次燃焼空気、2次燃焼空気として焼却炉1内へ供給することにより、常にごみ2をその性状にあわせて燃焼することができ、ごみ質の急変による不完全燃焼を防ぐことができ、さらに2次燃焼空気を変動させて乱流を発生させることにより、炉内の燃焼ガスを攪拌でき、したがって、不完全燃焼をより防止でき、大気中に有害物質を排出することを抑えることができる。

0045

なお、本実施の形態では、焼却炉1を流動床式ごみ焼却炉としているが、熱分解ガス化溶融炉を備えた次世代ごみ焼却炉など、計測地点(コンベヤスケール26の下流端)から燃焼地点(流動層部41;ごみ2が実際に燃焼され燃焼ガスが発生する地点)までごみ2が移動する時間が推定できる焼却炉であればよい。また、上記実施の形態では、2次燃焼空気を供給するノズルを2台としているが、さらに多くのノズルを設けることができる。このとき、少なくとも1台のノズルから焼却炉1内へ供給される2次燃焼空気を変化させ、他のノズルから供給される2次燃焼空気の量を、焼却炉1内へ供給される2次燃焼空気の総空気量が基準量となるように変化させる。ノズルの数が増加するほど複雑な乱流が発生しやすくなり、炉内の燃焼ガスをさらに攪拌でき、不完全燃焼をより防止でき、大気中への有害物質の排出を抑えることができる。

0046

2次燃焼空気を供給するノズルを増設した例を図7に示す。図7では、二次燃焼室42に第3の2次燃焼空気供給ノズル47Cを増設し、この2次燃焼空気供給ノズル47Cに対して2次燃焼空気46Cを供給している。この2次燃焼空気46Cは、分岐管52Bの補助2次燃焼空気流量調整バルブ53の下流地点からさらに分岐し、この分岐管52Cに第2の補助2次燃焼空気流量調整バルブ53Cを設け、補助2次燃焼空気流量調整バルブ53と同様にこの第2の補助2次燃焼空気流量調整バルブ53Cを調整し所定の範囲で変動されている。このように、2次燃焼空気46Bを分岐して、2次燃焼空気供給ノズル47Cから焼却炉1内へ供給される2次燃焼空気46Cを所定の範囲で変化させることにより、3つのノズル47A,47B,47Cから焼却炉1内へ供給される3つの2次燃焼空気46A,46B,47Cが全て変化することから、複雑な乱流を発生でき、炉内の燃焼ガスをさらに攪拌することができる。

0047

また、上記実施の形態では、レベル検出装置27として、超音波式や光センサ式(レーザ光式を含む)等の非接触レベル計を用いているが、ごみ2に接触して上下方向へ揺動自在な検出用板体フラッパなど)を用いてもよい。この場合、ごみ2の高さHが上昇すると、上記検出用板体の角度が減少し、ごみ2の高さHが下降すると、上記検出用板体の角度が増加することによって、ごみ2の高さHが求められる。

発明の効果

0048

以上のように本発明によれば、廃棄物の性状が、廃棄物の比重と水分含有率に基づいて求められ、この求められた廃棄物の性状により、上記燃焼装置で必要な空気量が演算され、この空気量から燃焼装置へ供給する2次燃焼空気の基準量と制限幅が演算され、2次燃焼空気は分けて燃焼装置へ供給され、このとき燃焼装置へ供給する少なくとも1つの2次燃焼空気の量は、制限幅の範囲で変化され、燃焼装置へ供給する残りの2次燃焼空気の量は、総空気量が基準量となるように変化されることにより、この2次燃焼空気の基準量により燃焼装置内で廃棄物をその性状にあわせて燃焼でき、さらに2次燃焼空気の変化により、炉内の燃焼ガスを攪拌でき、よって、不完全燃焼を防止でき、大気中に有害物質を排出することを抑えることができる。

図面の簡単な説明

0049

図1本発明の実施の形態における焼却炉の制御方法を実現したごみ焼却炉の制御構成図である。
図2同ごみ焼却炉の燃焼装置へごみを供給する供給装置の構成図である。
図3同ごみ焼却炉の燃焼装置へごみを供給する供給装置の要部構成図である。
図4同ごみ焼却炉の燃焼装置の構成図である。
図5同ごみ焼却炉のコントローラのファジィ推論部のメンバシップ関数とファジィルールの図である。
図6同ごみ焼却炉のコントローラの補正部のメンバシップ関数とファジィルールの図である。
図7本発明の他の実施の形態における焼却炉の燃焼装置の要部配管構成図である。

--

0050

1流動床式ごみ焼却炉(燃焼装置)
2ごみ(廃棄物)
4供給装置
8送出し装置
9供給通路
15スクリュー式フィーダ
24赤外線水分計(水分計測手段)
26コンベヤスケール(重量計測手段)
27レベル検出装置(レベル計測手段)
33 制御部
47A,47B,47C 2次燃焼空気供給ノズル
49 1次燃焼空気流量調整バルブ
50メイン2次燃焼空気流量調整バルブ
53,53C補助2次燃焼空気流量調整バルブ
54 1次空気流量計
55 2次空気流量計
58受光素子(炎の輝度計測手段)
59圧力検出器(炉内圧力計測手段)
61コントローラ(制御手段)
H ごみの高さ

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