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技術 ガス分析装置およびそれを用いる燃焼制御装置

出願人 株式会社タクマ
発明者 麻生知宣鮫島良二
出願日 2000年11月2日 (21年3ヶ月経過) 出願番号 2000-335769
公開日 2002年5月17日 (19年9ヶ月経過) 公開番号 2002-139409
状態 特許登録済
技術分野 サンプリング、試料調製 燃焼システム 廃棄物の焼却、燃料生成物の除去 廃棄物の焼却(2) 廃棄物のガス化・溶融
主要キーワード 圧縮流体源 水冷プローブ ダスト除去後 数時間おき 各供給量 排ガス状態 多孔質管 開閉制御信号
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この項目の情報は公開日時点(2002年5月17日)のものです。
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図面 (4)

課題

焼却炉等の出口排ガスを連続的にサンプリングし、高精度の燃焼制御を実現する。

解決手段

サンプリング管3,4の先端部に耐熱性を有する多孔質管5,6を設け、この多孔質管5,6より導入された排ガスを分析計11にて分析する。一定のインターバルで、第1の排ガス電磁弁12の閉操作による一方の多孔質管5におけるダストの払い落とし操作と、第2の排ガス電磁弁13の閉操作による他方の多孔質管6におけるダストの払い落とし操作とを交互に行うことにより、連続的なガス分析ダスト除去操作を行うことができる。

概要

背景

従来、例えばごみ焼却炉にて発生する排ガス分析を行うガス分析装置として、煙突から排出される排ガス中のO2、NOX、SOX、HCl、CO等の濃度を監視することを目的とし、集塵器出口側においてダスト除去後の排ガスをサンプリングするようにしたものが知られている。

しかし、このように集塵器出口側でサンプリングした場合には、焼却炉内もしくは焼却炉出口におけるデータから数十秒遅れのデータしか得られず、また水噴霧アルカリ薬剤吹き込み時の空気が混入されていて、炉内とは排ガス濃度が異なることから、この排ガス分析データを燃焼炉における燃焼制御のために使用するのには不十分であるという問題点があった。

このような問題点に対処するために、排ガスをサンプリングするためのサンプリングプローブ炉壁に取り付けてその炉壁周辺部のガスを分析するようにしたものや、周囲が水冷ジャケットで覆われてなる水冷プローブを炉内の高温部に挿入してその高温部のガスを分析するようにしたもの等が提案されている。

これらいずれの場合も、従来のガス分析装置においては図3に示されるような構造が採用されている。すなわち、先端に孔部50aを有する鋼製サンプリング管50のその先端部を炉壁51から炉内へ突出させ、前記孔部50aから導入される排ガスをヒーター52付きの円筒濾紙53に導き、この円筒濾紙53にて排ガス中のダスト捕集した後、このダスト捕集後の排ガスをドレンビン54を経由して分析計55に導くように構成されている。ここで、前記ヒーター52は、排ガス中に含まれている水分が円筒濾紙53の表面に付着しないように設けられている。なお、図3において符号56にて示されるのは、円筒濾紙53を保持するためのガラス製のホルダである。

概要

焼却炉等の出口の排ガスを連続的にサンプリングし、高精度の燃焼制御を実現する。

サンプリング管3,4の先端部に耐熱性を有する多孔質管5,6を設け、この多孔質管5,6より導入された排ガスを分析計11にて分析する。一定のインターバルで、第1の排ガス電磁弁12の閉操作による一方の多孔質管5におけるダストの払い落とし操作と、第2の排ガス電磁弁13の閉操作による他方の多孔質管6におけるダストの払い落とし操作とを交互に行うことにより、連続的なガス分析ダスト除去操作を行うことができる。

目的

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、焼却炉等の出口の排ガスを連続的にサンプリングすることのできるガス分析装置を提供し、併せてそのガス分析装置を用いて高精度の燃焼制御を実現することのできる燃焼制御装置を提供することを目的とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
4件
牽制数
0件

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請求項1

焼却炉等において発生するダスト含有排ガスサンプリング管にて捕集して分析するガス分析装置であって、前記サンプリング管の炉内側端部が耐熱性を有する多孔質フィルタにて形成されていることを特徴とするガス分析装置。

請求項2

前記ダスト含有排ガスの温度が150℃〜1200℃の範囲にある請求項1に記載のガス分析装置。

請求項3

前記多孔質フィルタがセラミック製もしくはステンレス製である請求項1または2に記載のガス分析装置。

請求項4

前記多孔質フィルタの表面に付着したダストを圧縮流体の吹き込みによって定期的に払い落とす圧縮流体吹き込み手段が設けられる請求項1〜3のいずれかに記載のガス分析装置。

請求項5

前記請求項1〜4のいずれかに記載のガス分析装置にて計測された分析データを用いて前記焼却炉等の燃焼を制御する燃焼制御装置であって、前記分析データに基づいて炉内に供給される一次燃焼空気量二次燃焼空気量、天然ガス量、再循環ガス量のうちのいずれかの供給量を制御するガス供給量制御手段を備えることを特徴とする燃焼制御装置。

技術分野

0001

本発明は、焼却炉もしくは溶融炉等にて発生するダスト含有排ガスサンプリング管にて捕集して分析するガス分析装置およびそのガス分析装置を用いる燃焼制御装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、例えばごみ焼却炉にて発生する排ガスの分析を行うガス分析装置として、煙突から排出される排ガス中のO2、NOX、SOX、HCl、CO等の濃度を監視することを目的とし、集塵器出口側においてダスト除去後の排ガスをサンプリングするようにしたものが知られている。

0003

しかし、このように集塵器出口側でサンプリングした場合には、焼却炉内もしくは焼却炉出口におけるデータから数十秒遅れのデータしか得られず、また水噴霧アルカリ薬剤吹き込み時の空気が混入されていて、炉内とは排ガス濃度が異なることから、この排ガス分析データを燃焼炉における燃焼制御のために使用するのには不十分であるという問題点があった。

0004

このような問題点に対処するために、排ガスをサンプリングするためのサンプリングプローブ炉壁に取り付けてその炉壁周辺部のガスを分析するようにしたものや、周囲が水冷ジャケットで覆われてなる水冷プローブを炉内の高温部に挿入してその高温部のガスを分析するようにしたもの等が提案されている。

0005

これらいずれの場合も、従来のガス分析装置においては図3に示されるような構造が採用されている。すなわち、先端に孔部50aを有する鋼製のサンプリング管50のその先端部を炉壁51から炉内へ突出させ、前記孔部50aから導入される排ガスをヒーター52付きの円筒濾紙53に導き、この円筒濾紙53にて排ガス中のダストを捕集した後、このダスト捕集後の排ガスをドレンビン54を経由して分析計55に導くように構成されている。ここで、前記ヒーター52は、排ガス中に含まれている水分が円筒濾紙53の表面に付着しないように設けられている。なお、図3において符号56にて示されるのは、円筒濾紙53を保持するためのガラス製のホルダである。

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、炉壁周辺部のガスをサンプリングするものでは、炉内の平均的なガスをサンプリングしていないために、この吸引ガスの分析データを焼却炉の燃焼制御に用いた場合には精度の高い制御が行えないという問題点がある。また、高温部に水冷プローブを挿入するものでは、特に小型炉の場合に水冷プローブの影響により可燃ガス燃焼阻害する恐れがある。また、いずれの場合においても、図3に示されるように円筒濾紙53でダスト除去を行う方式であるために、この円筒濾紙53が短時間で目詰まりを起こしてサンプリング不能になる。このため、定期的に(例えば数十分〜数時間おきに)その円筒濾紙53を交換する必要があり、排ガスの連続分析を行う上では実用的であるとは言えない。

0007

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、焼却炉等の出口の排ガスを連続的にサンプリングすることのできるガス分析装置を提供し、併せてそのガス分析装置を用いて高精度の燃焼制御を実現することのできる燃焼制御装置を提供することを目的とするものである。

0008

前記目的を達成するために、第1発明によるガス分析装置は、焼却炉等において発生するダスト含有排ガスをサンプリング管にて捕集して分析するガス分析装置であって、前記サンプリング管の炉内側端部が耐熱性を有する多孔質フィルタにて形成されていることを特徴とするものである。

0009

本発明によれば、サンプリング管の炉内側端部が耐熱性を有する多孔質フィルタにて形成されているので、炉内の高温部にサンプリング管を挿入することができて、サンプリング管を損傷させずにその高温部の排ガスを導入してガス分析に供することができ、これによってガス分析を高精度に行うことができる。また、多孔質フィルタが用いられているので、このフィルタにダストが付着したときにも、圧縮流体による逆洗によってそのダストを瞬時に払い落とすことができ、排ガスの連続分析が可能であるだけでなく、円筒濾紙を用いる場合のような定期的な交換作業が不要となる。

0010

第2発明は、前記第1発明において、ダスト含有排ガスの温度を150℃〜1200℃の範囲にしたものである。このように耐熱性の多孔質フィルタを用いることで、冷却ジャケットを用いなくても高温のガス分析が可能である。

0011

また、第3発明は、前記第1発明または第2発明において、前記多孔質フィルタを、セラミック製もしくはステンレス製としたものである。

0012

さらに、第4発明は、前記第1発明〜第3発明のいずれかにおいて、前記多孔質フィルタの表面に付着したダストを圧縮流体の吹き込みによって定期的に払い落とす圧縮流体吹き込み手段を設けたものである。こうすることで、多孔質フィルタの目詰まりを確実に防止することができる。また、サンプリング管を2基並列して用い、一方のサンプリング管の逆洗中に他方のサンプリング管を使用するようにすれば、排ガスの連続分析とダストの連続的な払い落としとが確実に行えることになる。

0013

次に、第5発明による燃焼制御装置は、前記第1発明〜第4発明のいずれかのガス分析装置にて計測された分析データを用いて前記焼却炉等の燃焼を制御する燃焼制御装置であって、前記分析データに基づいて炉内に供給される一次燃焼空気量二次燃焼空気量、天然ガス量、再循環ガス量のうちのいずれかの供給量を制御するガス供給量制御手段を備えることを特徴とするものである。

0014

本発明によれば、焼却炉等の炉内高温部のガス分析データを用いてその炉内に供給される一次燃焼空気量、二次燃焼空気量、天然ガス量、再循環ガス量のうちのいずれかの供給量が制御されるので、一次燃焼におけるO2やNOX濃度を測定し、そのデータにより天然ガス量、再循環ガス量を制御することによるNOXの還元や、不完全燃焼に伴って発生するCO等の濃度を測定し、そのデータにより二次燃焼空気量を制御することにより、二次燃焼によるCO等の酸化を効果的に行って、完全燃焼を実現することができ、有害汚染物質の焼却炉外への排出抑制に寄与することができる。

発明を実施するための最良の形態

0015

次に、本発明によるガス分析装置およびそれを用いる燃焼制御装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

0016

図1には、本発明の一実施形態に係るガス分析装置の構成図が示されている。

0017

本実施形態のガス分析装置1は、焼却炉の炉壁2に、第1のサンプリング管(プローブ)3を備えるユニットと、第2のサンプリング管4を備えるユニットとが並列的に配置されて構成されている。各サンプリング管3,4は、先端部に、セラミック(例:コージェライト)よりなる多孔質管(多孔質フィルタ)5,6をそれぞれ有し、この多孔質管5,6の部分が炉内へ突出されるように配置されている。ここで、多孔質管5,6は耐熱温度が1300℃程度である。なお、排ガス温度は400℃〜1200℃である。

0018

前記各サンプリング管3,4の基端部にはそれぞれ抽出管7,8が接続され、各抽出管7,8は1本の合流抽出管9に合流されてその合流抽出管9を介してドレンビン10に接続されるようになっている。そして、ドレンビン10には分析計11が接続されている。また、前記各抽出管7,8には、前記合流抽出管9との合流部のやや手前位置に第1の排ガス電磁弁12および第2の排ガス電磁弁13がそれぞれ設けられている。

0019

さらに、前記各抽出管7,8は、各排ガス電磁弁12,13の配設位置の手前にて第1の圧縮流体導入管14および第2の圧縮流体導入管15にそれぞれ分岐されており、各圧縮流体導入管14,15は圧縮流体源16に接続されている。また、これら各圧縮流体導入管14,15の途中には第1の圧縮流体電磁弁17および第2の圧縮流体電磁弁18がそれぞれ介挿されている。なお、本実施形態における圧縮流体導入管14,15、圧縮流体源16、圧縮流体電磁弁17,18等が、本発明における圧縮流体吹き込み手段に相当する。

0020

このような構成において、通常の排ガス分析時には、各排ガス電磁弁12,13を開状態にするとともに、各圧縮流体電磁弁17,18を閉状態にし、両方のサンプリング管3,4における各多孔質管5,6より排ガスのサンプリングを行う。このとき、排ガス中に含まれているダストは多孔質管5,6にて捕集されるので、このダスト捕集済の排ガスが各抽出管7,8、合流抽出管9およびドレンビン10を経由して分析計11に導かれる。こうして、排ガス中のCO濃度、NOX濃度等がその分析計11にて分析される。

0021

そして、一定時間後に第1の排ガス電磁弁12を閉操作し、次いで第1の圧縮流体電磁弁17を開操作する。これにより、圧縮流体源16より圧縮流体導入管14および抽出管7を通って多孔質管5に圧縮流体(空気もしくは窒素)が瞬間的に吹き込まれ、この多孔質管5に付着したダストが払い落とされる。このダスト払い出し後には、第1の圧縮流体電磁弁17が閉操作されるとともに、第1の排ガス電磁弁12が開操作される。

0022

さらに一定時間が経過すると、今度は、第2の排ガス電磁弁13を閉操作し、次いで第2の圧縮流体電磁弁18を開操作する。これにより、圧縮流体源16より圧縮流体導入管15および抽出管8を通って多孔質管6に圧縮流体が瞬間的に吹き込まれ、この多孔質管6に付着したダストが払い落とされる。このダスト払い出し後には、第2の圧縮流体電磁弁18が閉操作されるとともに、第2の排ガス電磁弁13が開操作される。このようにして、各多孔質管5,6のダストの払い出しを交互に行うことで、排ガスの連続分析が可能であり、またダストの連続払い出しが可能である。

0023

図2には、本実施形態によるガス分析装置1を焼却炉の燃焼制御装置に適用した場合のシステム図が示されている。

0024

図2に示される焼却炉20においては、被燃焼物としてのごみ21が投入されるホッパ22と、このホッパ22から投入されたごみ21を燃焼させるストーカ23と、このストーカ23の上方に設けられ炉壁24によって区画形成される燃焼室25と、前記ストーカ23を通して燃焼室25内に一次燃焼空気を供給する一次燃焼空気供給装置26と、燃焼後の焼却灰を取り出す灰排出口27とが設けられている。

0025

また、前記燃焼室25内は、ストーカ23の上方の一次燃焼ゾーン25aと、この一次燃焼ゾーン25aの上方のリバーニングゾーン25bと、このリバーニングゾーン25bの上方の二次燃焼ゾーン25cに分けられ、リバーニングゾーン25bの下部の炉壁24には天然ガスおよび再循環ガスを供給する天然ガス/再循環ガス供給管28が接続され、二次燃焼ゾーン25cの下部の炉壁24には二次燃焼空気を供給する二次燃焼空気供給管29が接続されている。また、天然ガス/再循環ガス供給管28に再循環ガス供給管34および天然ガス供給管35がそれぞれ接続されている。ここで、二次燃焼空気供給管29、再循環ガス供給管34および天然ガス供給管35には、供給量制御用のダンパー30,36,31がそれぞれ介挿されている。

0026

本実施形態においては、前記多孔質管5,6が二次燃焼ゾーン25cの上部に配され、分析計11にて分析された排ガス中のCO濃度等のデータがコントローラガス供給制御手段)32に入力されるようになっている。こうして、コントローラ32は、分析計11からの入力データに基づき、最適の二次空気供給量演算により求め、ダンパー30に開閉制御信号を出力してそのダンパー30の開度を制御する。また、前記多孔質管5,6がリバーニングゾーン25bに配され、分析計11と同様の構成の分析計37にて分析された排ガス中のO2濃度、NOX濃度等のデータがコントローラ(ガス供給制御手段)38に入力されるようになっている。こうして、コントローラ38は、分析計37からの入力データに基づき、最適の天然ガス供給量を演算により求め、ダンパー31に開閉制御信号を出力してそのダンパー31の開度を制御する。

0027

このようにして、燃焼室25下部の一次燃焼ゾーン25aにおける燃焼ガスは混合されることにより温度分布が均一となり、また比較的低酸素雰囲気を保っており、ここに天然ガス供給管35から天然ガスが供給されることによって、リバーニングゾーン25bでは完全な還元性雰囲気が形成される。また、一次燃焼によって燃焼ガス中に生成される炭化水素ガスCOガスなどが、二次燃焼ゾーン25cにおいて二次燃焼空気によって完全燃焼される。

0028

本実施形態によれば、炉内の排ガス状態リアルタイムで分析することができ、この分析データに基づいて二次空気、天然ガスおよび再循環ガスの各供給量を制御することができるので、極めて高精度の制御を実現することができる。

0029

本実施形態においては、炉内に供給される再循環ガス量、天然ガス量および二次空気量を制御するものについて説明したが、その他、一次燃焼空気量を制御することもできる。また、これら一次燃焼空気量、二次燃焼空気量、天然ガス量、再循環ガス量のうちのいずれかの供給量を制御するようにしても良い。

0030

本実施形態において、二次燃焼ゾーン25cの上部に設けた多孔質管5,6については、図2破線にて示されるように、二次燃焼ゾーン25cに連なる排ガス通路33の途中に設けるようにしても良い。

0031

本実施形態においては、排ガス電磁弁12,13および圧縮流体電磁弁17,18をそれぞれ別個の電磁弁としたものを説明したが、これら排ガス電磁弁12,13および圧縮流体電磁弁17,18はそれぞれ三方切替弁にしても良い。

0032

本実施形態においては、多孔質管をセラミック製のものとして説明したが、ステンレス製のものであっても良い。

図面の簡単な説明

0033

図1図1は、本発明の一実施形態に係るガス分析装置の構成図である。
図2図2は、本実施形態によるガス分析装置を焼却炉の燃焼制御装置に適用した場合のシステム図である。
図3図3は、従来のガス分析装置の構成図である。

--

0034

1ガス分析装置
2炉壁
3,4サンプリング管
5,6多孔質管
7,8抽出管
9合流抽出管
10 ドレンビン
11,37分析計
12,13排ガス電磁弁
14,15圧縮流体導入管
16圧縮流体源
17,18 圧縮流体電磁弁
20焼却炉
23ストーカ
25燃焼室
26一次燃焼空気供給装置
28天然ガス/再循環ガス供給管
29二次燃焼空気供給管
30,31,36ダンパー
32,38コントローラ
33排ガス通路
34 再循環ガス供給管
35 天然ガス供給管

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