JP3843382B2 - ごみ焼却炉の燃焼制御方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却炉の燃焼制御方法及び燃焼制御装置に係り、特に都市ごみのように焼却物の発熱量が一定でない場合に安定した燃焼状態を維持するように配慮したごみ焼却炉の燃焼制御方法及び燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、都市ごみなどを焼却する場合、給塵装置により一定量供給制御をしても、ごみの形状や発熱量のばらつきが大きいため、その燃焼の速さが変動し、燃焼を安定的に維持するのが困難であった。特に連続一定量供給が要求される流動床式焼却炉では、瞬時的過負荷やごみ供給量不足により適正な燃焼空気量のバランスが崩れやすく、ＣＯの発生やＮＯｘ値の上昇が起きやすかった。ごみ質は、社会や経済情勢、季節、収集方法により、大きく異なる。例えば夏場には、すいかに代表されるように果物のごみが多くなり、水分量が増えて発熱量が低下する。また、収集車の収集区域やごみ処理場のごみピットからごみをつかみ給塵機へ供給するクレーンの１回ごとのごみの供給単位により水分量、発熱量が大きく異なるためである。
【０００３】
したがって、給塵量を一定に制御しても、焼却炉の燃焼状態が激しく変化し、一酸化炭素等の未燃ガス発生の原因となっていた。
【０００４】
従来の技術では、燃焼状態の変化を抑えるために焼却炉の燃焼状態を瞬時に判断し、燃焼空気の供給量や給塵量の制御を行ってきた。尚、この種の装置として関連するものには、例えば特開平１−３１４８０９号公報、特開平３−１４８５１２号公報に記載されたものがある。
【０００５】
また、ごみの供給量の変動を抑えるため、ごみの破砕前処理を行って供給の安定化を図ったり、焼却炉燃焼上のＣＯ抑制技術として焼却炉内の燃焼火炎輝度の変化や、燃焼ガスドラフト、炉内の瞬時温度変化を捉え、燃焼空気量や給塵量の制御を行ってきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、上記公報記載の従来技術では、ごみが焼却炉に投入されてからの燃焼状態の判断であり、後追い制御となるため、制御の時間遅れが避けられず、燃焼を完全に制御しきれず、炉内で発生する瞬時的なＣＯ発生ピークは十分に抑制しきれなかった。特に、給塵装置内等でのごみ圧密で起こる一時的なごみ供給不足では、後追いで燃焼空気を絞っても、炉内温度が低下しＣＯ発生のピークが生ずることが多くあった。
【０００７】
また、焼却炉に投入されるごみ質は随時変化し、特に投入量が一時的に急激に増えた場合、運転員の経験や勘による調整に頼り、従来、制御では考慮されていなかった。そのため、運転員の経験や勘による調整は場合によりかえって燃焼状態を悪化させる原因となることもあった。給塵量を投入シュート部で検出するセンサとしてマイクロウェーブ式のセンサ等、非接触の検出装置でごみの有無を確認することが試みられているが、ごみの大きさや瞬時的な変動は誤差やシュート内面の雰囲気による作動不良などで判定が難しいため、ＣＯを抑制する燃焼制御には十分なものではなかった。
【０００８】
また、ごみを十分に破砕前処理を行えば、一定給塵量制御は可能であるが、破砕機等の動力費、メンテナンス等の維持管理費が嵩むことから、近年はごみを破砕せずに焼却処理する無破砕給塵方式に移行している。
【０００９】
本発明の目的は、焼却炉の燃焼状態を、運転員の経験や勘に頼ることなく安定に維持し、有害ガスや未燃ガスの発生を抑制し、発熱量の変動を少なくすることにある。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、給塵量を検出するセンサとして、投入シュートに設けられ該投入シュートを通過するごみの大きさに応じて揺動するフラップダンパを設け、該フラップダンパの揺動角度を連続的に検出するとともに、揺動角度が連続して下限開度以下である時間が予め設定された時間を超えていないかどうかを検出することによって、給塵量の変化を検出する。検出された給塵量の変化に基づいて、燃焼空気比、空気量、炉内ドラフト、及び給塵装置の移送スクリュー回転数、圧密防止用逆送スクリュー位置を制御する。検出された投入ごみ量が予め設定された量をしたまわったとき、前記圧密防止用逆送スクリューを軸方向に投入シュート方向に移動させて投入ごみ量を増加させる。
【００１１】
上記の目的はまた、水分量を検出する非接触型水分量センサを給塵装置のホッパ部側壁面に複数個設置し、ごみ質、発熱量と相関性の高い水分量から、焼却炉に投入される直前のごみのごみ質、発熱量を判定し、判定されたごみ質に基づいて給塵量と燃焼空気供給量を先行制御することによっても達成される。水分量を確実に検知するためにセンサの設置位置は移送スクリューの圧密された環境下とする。このような環境では、例えば袋などに内包されていた水分が、圧密により袋が破れて外部に放出され、実際に近い水分量の測定が可能になる。ごみ質、発熱量は基本的に水分量が多いほど低質、低位であり、それらに適した給塵量と燃焼空気供給量になるよう先行制御する。さらに従来技術である燃焼状態に応じた燃焼制御を組み合わせることにより、安定した燃焼状態を常に維持可能となる。本発明では、ごみ質と発熱量が比例関係にあることから、表現上、ごみ質をごみ質と発熱量を意味する言葉として使用する。
【００１２】
検出されるごみ量の変化に基づいて、燃焼空気比、空気量、炉内ドラフト、及び給塵装置の移送スクリュー回転数、圧密防止用逆送スクリュー位置を制御することにより、瞬時的に生ずる給塵量変動によるＣＯの発生を抑制する運転が可能になる。フラップダンパの形状をくし刃形としておけば、通常、給塵装置で粗破砕されて供給ドラム上に送られてくるごみは、フラップダンパのくし刃の間から焼却炉へ投入されるため、フラップダンパの揺動角度は少ない。給塵装置でも粗破砕されにくいふとんやタイヤ等の圧縮性のあるごみは、給塵機から原形のまま供給ドラムに送り出されることもあり、このときはダンパの開度、つまり揺動角度が大きく変化する。このときの角度変化をフラップダンパの回転軸に取り付けた差動トランス式ポジション発信機などの出力変換器の出力信号として取り出し、給塵量の変動値の制御信号として焼却炉の燃焼空気量制御、給塵量制御、炉内ドラフト制御の先行値とする。従来焼却炉に設けた輝度センサ、ドラフトセンサ、瞬時温度センサ等から得られる信号がごみ燃焼後に得られる情報であり、それらの信号を用いた燃焼制御はごみ燃焼後の後追い制御であったのに対し、フラップダンパの角度変化から取り出される前記出力信号は、焼却炉に投入する直前のごみの量の変動の情報であり、給塵量変動の先行値であるので、これを用いて炉内で発生するＣＯ値のピークを抑制することができる。また、給塵装置内でごみの圧密等によりごみ詰りが生じ、ごみが焼却炉の送りこまれない場合も、フラップダンパが動作しない時間をタイマでカウントし、炉内Ｏ₂制御信号にフィードバックすることにより、焼却炉内においてごみ過少時に起こる炉温低下に起因するＣＯの発生を抑制できる。
【００１３】
また、ごみ質、発熱量とごみに含まれる水分量の相関性が高いことから、給塵装置のホッパ部に非接触型水分量センサを設け、焼却炉に投入される直前のごみに含まれる水分量を検知する。あらかじめ、水分量の基準範囲を決めておき、水分量がこの基準範囲内であれば基準ごみ、基準範囲を超えていれば低質ごみ、基準範囲を下回っていれば高質ごみと判断する。ごみが圧密された環境では、例えば袋などに内包されていた水分が、圧密により袋が破れて外部に放出され、実際に近い水分量の測定が可能になる。
【００１４】
投入するごみの大きさ、量をフラップダンパに取り付けられたフラップセンサにより開度を検知し、非接触型水分量センサにより水分量を測定し、その値に基づき演算したごみのごみ質に応じて１次空気調整ダンパ、２次空気調整ダンパ、３次空気分配ダンパを制御し、燃焼用空気を制御する。投入する直前のごみの性状を検知して燃焼用空気を先行して制御することができるため、ＣＯの発生を抑制する安定した燃焼が得られる。
【００１５】
例えばフラップダンパの開度が設定値より「大」と検知した場合、緩慢燃焼を行うため、給塵装置の回転数を落し、一次空気を絞るとともに二次空気は空塔部にて未燃分を燃焼させるため増やす。３次空気については、非接触型水分量センサにより水分量を測定し、演算して求めたごみ質にて制御を行う。高位の場合は空気量を増やし、従来の炉内の輝度に応じた制御を行い、低位の場合は空気量を減らし制御を行う。
【００１６】
また、フラップダンパ開度が設定値の範囲内の場合、給塵装置は一次、二次空気とも炉内の輝度に応じて制御し、三次空気は、ごみ質に応じ、高位の場合は空気量を増やし、低位の場合は絞る。基準の場合の空気量は、予め設定された負荷対応の要求量とする。
【００１７】
フラップダンパの開度を「小」と検知した場合、流動層内での燃焼が主であるため、ごみ質に関係なく、流動化空気量を確保するよう一次空気を設定するとともに、二次、三次空気は絞るようにし、給塵装置の回転数を増やすようにする。
【００１８】
投入直後の制御は上記の通りであるが、空塔部の二個所で複数に設置した輝度センサにより、一次、二次、三次空気のダンパ制御を行うとともに、給塵装置の回転数の増減を計る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施例を図１を参照して説明する。図示の都市ごみ焼却設備は、前記第１の実施例の場合と同様、ごみを給送する給塵装置１００と、この給塵装置１００によって給送されたごみを焼却する焼却炉８と、この焼却炉８に付属する付属設備と、給塵装置１及び付属設備を制御する制御装置とを含んで構成されている。
【００２０】
給塵装置１００は、ごみが投入されるホッパ１と、ホッパ１の底部にほぼ水平に配置されてごみを移送する移送スクリュー２と、この移送スクリューを駆動する給塵装置駆動装置２Ａと、移送スクリュー２の上方に移送スクリュー２とほぼ平行に配置され移送スクリュー２と逆方向にごみを移送する圧密防止逆送スクリュー（以下、単に逆送スクリューという）３と、この逆送スクリュー３を駆動する逆送スクリュー駆動装置３Ａと、逆送スクリュー３を軸方向に進退させる逆送スクリュー移動用シリンダ３Ｂと、このシリンダの伸縮を駆動するシリンダ駆動装置３Ｃと、ホッパ１底部の前記移送スクリュー２の下流端と焼却炉８を接続する投入シュート３７と、この投入シュート３７上端部かつ移送スクリュー２の下流端下方となる位置に配置された供給ドラム４と、同じく投入シュート３７内に供給ドラム４と対向する位置に配置されたフラップダンパ２１と、を含んで構成されている。
【００２１】
フラップダンパ２１は、供給ドラム４とともに投入シュート３７の入り口に位置し、供給ドラム４の水平方向回転軸と平行に配置された回転軸２１Ａを中心として揺動可能にしてあり、供給ドラムとフラップダンパ２１の間を通過するごみの大きさが所定の大きさより大きいときに、そのごみの大きさに応じた角度だけ揺動するようになっている。また、フラップダンパ２１は、図３に示す様に、ダンパ軸受２１Ｂでほぼ水平に支持された回転軸２１Ａに、くしば形のダンパアーム２１Ｃが固着されて構成されている。フラップダンパ２１の回転軸２１Ａには、図２，３に示すように、リンケージ２１Ｄを介して差動トランス式ポジション発信機３８が取り付けられ、差動トランス式ポジション発信機３８の出力は、角度指示調節記録計３９に入力されるようになっている。差動トランス式ポジション発信機３８と角度指示調節記録計３９でフラップセンサ５が構成されている。
【００２２】
焼却炉８は、底部に流動化空気取り入れ口１１を設けた流動床式焼却炉で、炉内上部に炉内圧力を計測出力する炉内圧力計９が、炉内空塔部には燃焼火炎の輝度を検出出力する輝度センサ１３が、燃焼ガス出口（煙道）４０には酸素濃度を検出出力する酸素濃度計１０が、それぞれ装着されている。
【００２３】
付属設備には、焼却炉８に、流動化空気（一次空気）及び二次空気を供給する流動化・二次空気送風系と、三次空気を供給する三次空気送風系が含まれている。流動化・二次空気送風系は、流動化・二次空気用送風機１６と、その空気取り入れ口に接続され調整ダンパ２３を介装した空気取り入れ配管３４と、流動化・二次空気用送風機１６の吐出側に接続され、下流端を前記流動化空気取り入れ口１１に接続させた流動化・二次空気用送風機吐出配管２４と、この流動化・二次空気用送風機吐出配管２４に介装された一・二次空気流量計３２と、一・二次空気流量計３２の下流側の流動化・二次空気用送風機吐出配管２４に介装された流動化空気調整ダンパ２２と、一・二次空気流量計３２と流動化空気調整ダンパ２２の間の流動化・二次空気用送風機吐出配管２４に分岐して接続され下流端を焼却炉８に接続した二次空気供給配管２５と、この二次空気供給配管２５に介装された二次空気調整ダンパ２６と、二次空気調整ダンパ２６の下流側の二次空気供給配管２５に介装された二次空気流量計２７と、を含んで構成されている。
【００２４】
三次空気送風系は、三次空気用送風機１７と、その空気取り入れ口に接続され調整ダンパ２８を介装した空気取り入れ配管３５と、三次空気用送風機１７の吐出側に接続され、下流端を焼却炉８に接続させた三次空気用送風機吐出配管２９と、この三次空気用送風機吐出配管２９に介装された三次空気流量計３３と、三次空気流量計３３の下流側の三次空気用送風機吐出配管２９に介装された三次空気調整ダンパ３０と、三次空気流量計３３と三次空気調整ダンパ３０の間の三次空気用送風機吐出配管２９に分岐して接続され下流端を焼却炉８に接続した三次空気供給配管３６と、この三次空気供給配管３６に介装された三次空気調整ダンパ３１と、を含んで構成されている。
【００２５】
また、制御装置は、前記移送スクリュー２、逆送スクリュー３と供給ドラム４の回転数及び移動用シリンダ３Ｂの位置を制御する回転数制御部７と、フラップダンパ２１の揺動角度を検出出力するフラップセンサ５と、該フラップセンサ５、前記輝度センサ１３、前記炉内圧力計９、前記酸素濃度計１０、前記空気流量計２７，３２，３３，各調整ダンパ２２，２３，２６，２８，３０，３１、及び前記回転数制御部７に接続され、各調整ダンパ２２，２３，２６，２８，３０，３１及び前記回転数制御部７を制御する自動燃焼制御装置１８と、を含んで構成されている。
【００２６】
上記構成の装置の動作をつぎに説明する。ごみはクレーンなどの揚重運搬手段によりホッパ１に投入され、移送スクリュー２により、破砕分散化されながらホッパ１底部を投入シュート３７入り口に向かって送られる。移送スクリュー２により送られてきたごみは、圧密防止用逆送スクリュー３によっても同時に破砕分散化され、供給ドラム４により投入シュート３７を経て焼却炉８に投入される。このとき、供給ドラム４により投入シュート３７に投入されるごみは、投入シュート３７の入り口部に供給ドラム４と対向する位置に設けられたフラップダンパ２１と供給ドラム４の間を通過し、フラップダンパ２１は通過するごみの大きさに応じてその開度を変化させる。
【００２７】
フラップダンパ２１の開度は、前記フラップセンサ５により、ＤＣ４〜２０ｍＡ等の電気信号に変換されて焼却炉の自動燃焼制御装置１８や、給塵装置１００の回転数制御部７に伝達され、各制御の先行制御の入力値となる。フラップダンパ２１の開度には、急激な燃焼変化を生ずる大きなごみが投入された場合や、給塵装置からごみが供給されずに炉温が低下する場合など、ＣＯ制御に対し先行制御を必要とする場合に適確に先行制御が機能するように、予め制御の基準となる開度（基準開度）が設定されている。
【００２８】
フラップダンパ開度が基準開度を超える大きなごみが投入された場合は、自動燃焼制御装置１８は、流動化空気調整ダンパ２２で一次空気量（流動化空気量）を急速に絞り込み、流動状態を緩慢な燃焼とし、過大に投入されたごみをゆるやかに燃焼させる。不足する空気量を補うために、一次空気量（流動化空気量）を絞り込むと同時に二次空気調整ダンパ２６が開かれる。併せて調整ダンパ２８、三次空気調整ダンパ３０，３１が開かれて三次空気用送風機１７で適正な空気量を送りこむように制御する。輝度センサ１３、炉出口酸素濃度計１０、炉内圧力計９により、燃焼状態がモニタされ、これら各センサの出力が燃焼状態をより適正な燃焼状態にするために使用される。一方、回転数制御部７は移送スクリュー２の回転数を急速に低下させ、輝度センサ１３、炉出口酸素濃度計１０、炉内圧力計９から出力される炉内燃焼状況が正常であるのを確認したのち、正常回転に復帰させる。
【００２９】
ごみ供給不足時は、角度指示調節記録計３９がフラップダンパ２１の閉時間を連続的にカウントしており、設定時間を超えても下限開度を超える開度信号がない場合、ごみ供給不足と判定し、自動燃焼制御装置１８、回転数制御部７にごみ不足信号を出力する。ごみ不足信号を受けた自動燃焼制御装置１８は、調整ダンパ２８により三次空気用送風機１７の吐出空気量を急速に絞り込むとともに、二次空気調整ダンパ２６の開度も下げ、ごみ供給不足による炉温低下、ＣＯの発生を抑制する。また、ごみ不足信号を受けた回転数制御部７は、移送スクリュー２の回転数を急速に増加させるとともに、焼却炉へのごみ投入を早めるために、シリンダ駆動装置３Ｃにより逆送スクリュー移動用シリンダ３Ｂを動作させ、逆送スクリュー３をホッパ１から投入シュート側に引き抜くように移動させ、急速に不足していた給塵量を回復させる。フラップセンサ５により出力される給塵量（開度）が正常（所定の範囲）になったら、逆送スクリュー３を正規の位置に復帰させる。
【００３０】
給塵装置から焼却炉に投入されるごみの形状にばらつきがあり、移送スクリュー２内で排出しにくいごみが一時的に圧密状態になることからごみの供給量には変動が避けられず、これらの供給量変動が燃焼変動の起因となっているが、本実施例によれば、投入シュート３７に供給されるごみの大きさに対応して変化するフラップダンパ開度に応じて空気量調整ダンパの開度制御などの制御動作を行わせるので、給塵量と燃焼空気量を実際の燃焼に先行して制御できる。特に、ごみ供給不足の場合は、輝度センサなどを用いた後追い制御では、炉内でごみなしの判定が遅れるため、炉温低下を起こし、ＣＯが発生する。本実施例によれば、フラップセンサで確実にごみ供給不足を検出し、すばやく燃焼空気を絞り、炉温低下を防止し、かつ給塵量の急速な回復が可能となる、
上記第１の実施例では、予め設定された時間の間、フラップダンパの開度が下限開度を超えない場合ごみ供給不足と判定したが、角度指示調節記録計３９で予め設定された時間の間フラップダンパの開度を累計し、累計値が予め設定された値を超えないとき、ごみ供給不足と判定するようにすることもできる。
【００３１】
焼却炉の燃焼に使用される空気は、流動化空気・二次空気用送風機１６及び三次空気用送風機１７で送りこまれる流動化空気，二次空気及び三次空気であり、燃焼状態の判断に基づく制御には、主として輝度センサ１３及び酸素濃度計１０の出力が用いられる。
【００３２】
以下、本発明の第２の実施例を図面を参照して説明する。図４は本発明を適用した都市ごみ焼却設備の断面図で、図示のごみ焼却設備は、ごみを給送する給塵装置１００と、この給塵装置１００によって給送されたごみを焼却する焼却炉８と、この焼却炉８に付属する付属設備と、給塵装置１００及び付属設備を制御する制御装置とを含んで構成されている。
【００３３】
給塵装置１００は、ごみが投入されるホッパ１と、ホッパ１の底部にほぼ水平に配置されてごみを移送する移送スクリュー２と、移送スクリュー２の上方に移送スクリュー２とほぼ平行に配置され移送スクリュー２と逆方向にごみを移送する逆送スクリュー３と、ホッパ１の移送スクリュー２と逆送スクリュー３の間の移送スクリュー２の軸線に平行する壁面に装着された複数個の非接触型水分量センサ６と、ホッパ１底部の前記移送スクリュー２の下流端と焼却炉８を接続する投入シュート３７と、この投入シュート３７内の移送スクリュー２の下流端下方に配置された供給ドラム４と、同じく投入シュート３７内に供給ドラム４と対向する位置に配置されたフラップダンパ２１と、ホッパ１の移送スクリュー２の上方の壁面に装着された圧密防止装置１９と、を含んで構成されている。フラップダンパ２１は、水平方向に配置された回転軸を中心として揺動可能にしてあり、供給ドラムとフラップダンパ２１の間を通過するごみの大きさが所定の大きさより大きいときに、そのごみの大きさに応じた角度だけ揺動するようになっている。非接触型水分量センサ６としては、赤外線タイプのセンサを用いた。
【００３４】
焼却炉８は、底部に流動化空気取り入れ口１１を設けた流動床式焼却炉で、炉内上部に炉内圧力を計測出力する炉内圧力計９が、炉内空塔部上下には燃焼火炎の輝度を検出出力する輝度センサ１３Ａ，１３Ｂが、燃焼ガス出口には酸素濃度を検出出力する酸素濃度計１０が、それぞれ装着されている。
【００３５】
付属設備には、焼却炉８に、流動化空気（一次空気）及び二次空気を供給する流動化・二次空気送風系と、三次空気を供給する三次空気送風系が含まれている。流動化・二次空気送風系は、流動化・二次空気用送風機１６と、その空気取り入れ口に接続され調整ダンパ２３を介装した空気取り入れ配管３４と、流動化・二次空気用送風機１６の吐出側に接続され、下流端を前記流動化空気取り入れ口１１に接続させた流動化・二次空気用送風機吐出配管２４と、この流動化・二次空気用送風機吐出配管２４に介装された一・二次空気流量計３２と、一・二次空気流量計３２の下流側の流動化・二次空気用送風機吐出配管２４に介装された流動化空気調整ダンパ２２と、一・二次空気流量計３２と流動化空気調整ダンパ２２の間の流動化・二次空気用送風機吐出配管２４に分岐して接続され下流端を焼却炉８に接続した二次空気供給配管２５と、この二次空気供給配管２５に介装された二次空気調整ダンパ２６と、二次空気調整ダンパ２６の下流側の二次空気供給配管２５に介装された二次空気流量計２７と、を含んで構成されている。
【００３６】
三次空気送風系は、三次空気用送風機１７と、その空気取り入れ口に接続され調整ダンパ２８を介装した空気取り入れ配管３５と、三次空気用送風機１７の吐出側に接続され、下流端を焼却炉８に接続させた三次空気用送風機吐出配管２９と、この三次空気用送風機吐出配管２９に介装された三次空気流量計３３と、三次空気流量計３３の下流側の三次空気用送風機吐出配管２９に介装された三次空気調整ダンパ３０と、三次空気流量計３３と三次空気調整ダンパ３０の間の三次空気用送風機吐出配管２９に分岐して接続され下流端を焼却炉８に接続した三次空気供給配管３６と、この三次空気供給配管３６に介装された三次空気調整ダンパ３１と、を含んで構成されている。
【００３７】
また、制御装置は、前記移送スクリュー２と供給ドラム４の回転数を制御する回転数制御部７と、フラップダンパ２１の揺動角度を検出出力するフラップセンサ５と、該フラップセンサ５、前記輝度センサ１３Ａ，１３Ｂ、前記炉内圧力計９、前記酸素濃度計１０、前記空気流量計２７，３２，３３，各調整ダンパ２２，２３，２６，２８，３０，３１、及び前記回転数制御部７に接続され、各調整ダンパ２２，２３，２６，２８，３０，３１及び前記回転数制御部７を制御する自動燃焼制御装置１８と、を含んで構成されている。
【００３８】
焼却炉の燃焼に使用される空気は、流動化空気・二次空気用送風機１６及び三次空気用送風機１７で送りこまれる流動化空気，二次空気及び三次空気であり、燃焼状態の判断に基づく制御には、主として輝度センサ１３Ａ，１３Ｂ及び酸素濃度計１０の出力が用いられる。
【００３９】
図５に、非接触型水分量センサ６の設置位置の詳細を、図６に制御例を示す。非接触型水分量センサ６は、移送スクリュー２と逆送スクリュー３の間のホッパー１の壁面両側の、移送用スクリュー２の出口付近の圧密個所に、各２か所装着されている。この位置は、ホッパ１の底部で常にごみがある部分であり、常時ごみの水分量を検知できる、何秒か後に焼却炉に投入されることが確実なごみの水分量を検知できる、投入前のごみの水分量を検知できるから制御の時間的余裕を確保できる、などの利点がある。
【００４０】
上記構成の装置の動作を以下に説明する。ごみは、クレーン等により、給塵装置１００のホッパ１に上方から投入される。投入されたごみは、移送スクリュー２に駆動されてホッパ底部で横方向に移動し、回転軸をほぼ水平にして回転している供給ドラム４上に落下する。供給ドラム４上に落下したごみは、投入シュート３７を経て焼却炉８内に送りこまれる。焼却炉８内に送りこまれたごみは、炉内底部に堆積するが、流動化空気取り入れ口１１から供給される流動化空気により流動化され、この流動化空気及び焼却炉の流動層部より上方に送りこまれる二次空気、三次空気により燃焼する。
【００４１】
ホッパ１の底部、移送スクリュー２のすぐ上の高さのホッパ内壁面に非接触型水分量センサ６が設置されており、移送スクリュー２で移送されるごみ、すなわち焼却炉に投入される直前のごみの水分量が検知され、自動燃焼制御装置１８に出力される。自動燃焼制御装置１８には、図７のグラフに示されている水分量とごみ質の関係が関数として記憶格納されており、非接触型水分量センサ６から入力される水分量に基づいてごみ質が判定される。また、供給ドラム４上に落下したごみは、供給ドラム４とフラップダンパ２１の間を通過して投入シュート３７に導かれるが、供給ドラム４とフラップダンパ２１の間を通過する際に、ごみのかたまりの大きさが所定の大きさより大きいと、フラップダンパ２１に触れて該フラップダンパ２１をごみのかたまりの大きさに応じた角度に揺動させる。この揺動の角度はフラップセンサ５により検出され、ごみ大きさ信号として自動燃焼制御装置１８に出力される。
【００４２】
自動燃焼制御装置１８は、入力された水分量信号から判定したごみ質と、入力されたごみ大きさ信号とに基づいて以下の制御を行う。
【００４３】
（１）フラップセンサ５が設定値を超えた大きなごみを検知した場合
検知した直後は、給塵装置の回転数を落し、流動化・二次空気用送風機１６の吐出風量を増やし、調整ダンパ２２を５〜１０秒の間にステップで閉じて緩慢燃焼を促進させる。その過程で発生した未燃分を燃焼させるため、二次空気調整ダンパ２６を開くとともに、三次空気をごみ質に応じて次のように制御する。
【００４４】
▲１▼ごみ質が基準値より高位の場合、プラスチックや塩化ビニール等の混入率が高いので揮発分が多く、炉内にごみを投入してもすぐにガス化するため、三次空気の量を増やして燃焼の促進を図る。
【００４５】
▲２▼ごみ質が基準値の場合、従来の運転方法である燃焼火炎の輝度に応じた三次空気量の制御をする。
【００４６】
▲３▼ごみ質が基準値より低位の場合、ごみの水分が多くて比重が大きく、層内での燃焼率が高いので、三次空気の量を絞るように制御する。
【００４７】
その後、空塔部の上段、下段に設けた輝度センサ１３Ａ，１３Ｂにおいて、上段の輝度センサ１３Ａの出力が設定値を超えた（火炎を検知した）時点で流動化・二次空気用送風機１６の吐出風量を負荷に対応した風量に戻すとともに、調整ダンパ２２を徐々に開いて一次空気の風量を負荷に対応した風量とし、輝度センサ１３Ａ，１３Ｂの出力に応じた制御とする。
【００４８】
（２）ごみ大きさ信号の値が設定値の範囲内の場合
流動化空気の量、二次空気の量は輝度センサ１３Ａ，１３Ｂの出力に応じて制御され、三次空気の量は、次のように制御される。
【００４９】
▲１▼ごみ質が基準値より高位の場合、前述の通り揮発分が多くすぐ揮発するため、三次空気の量を増やし、空塔部で燃焼させる。
【００５０】
▲２▼ごみ質が基準値の場合、三次空気の量は輝度センサ１３Ａ，１３Ｂの出力に応じて制御される。
【００５１】
▲３▼ごみ質が基準値より低位の場合、燃焼速度が遅いため、層内での燃焼率が高く未燃分の発生量が少ないので、三次空気の量を絞り、燃焼状態によっては調整ダンパ３０，３１の開度を０とし、三次空気を使用しない。
【００５２】
この場合も、輝度センサ１３Ａの出力が設定値を超えた（火炎を検知した）時点で輝度センサ１３Ａ，１３Ｂの出力に応じた制御とする。
【００５３】
（３）ごみ大きさ信号の値が設定値を下廻った場合
ごみ質に関係なく、流動化空気を確保するよう調整ダンパ２２を制御するとともに、空塔部の冷却を避けるため、二次空気の調整ダンパ２６、三次空気の調整ダンパ３０，３１を閉じる。
【００５４】
この場合も、輝度センサ１３Ａの出力が設定値を超えた（火炎を検知した）時点で輝度センサ１３Ａ，１３Ｂの出力に応じた制御とする。
【００５５】
以上述べた制御のフローを図８に示す。なお、上の説明の中のごみ質の基準値は、必ずしもある特定の数値ではなく、ある範囲を示すものとしてもよい。
【００５６】
自動燃焼制御装置１８には、あらかじめ、図７に示す水分量とごみ質の関係を示す関数が格納されており、ごみ質の基準値（基準範囲）に対応する水分量が設定される。水分量がこの基準範囲内であればごみ質が基準値、水分量が基準範囲を超えていればごみ質が低位、水分量が基準範囲を下回っていればごみ質が高位と判断する。
【００５７】
このような制御により、これまで困難であった、ごみの質と量に適した燃焼を実現するような先行制御が可能となった。更に、これまでの燃焼状態に応じた制御を組み合わせることにより、より安定した燃焼状態を維持することが可能となり、ごみ焼却時の未燃ガスの発生量が低減される。
【００５８】
上記実施例では、水分量を基準範囲と対比して、ごみ質を、基準ごみ、高位ごみ、低位ごみ、の３種に区分し、この区分に対応した制御が行われるが、水分量の基準値を３点あるいは４点以上に設定し、ごみ質の区分を４種あるいは５種以上にしてそれぞれの区分に対応する給塵量、燃焼空気量に制御するようにしてもよい。なお、輝度センサ及び酸素濃度計の出力に基づく制御については、例えば特願平 − 号に述べられた例があり、説明は省略した。
【００５９】
ごみ焼却炉の場合、燃焼ガスの廃熱を地域暖房や発電に利用することが多く、上記実施例によれば、特に発電設備が付設されている場合に効果的な発熱量一定制御を実現できるという効果がある。
【００６０】
上記実施例は、非接触型水分量センサで直接ごみの水分量を検知し、水分量と相関性の高いごみ質を判断して制御に利用するものであるが、焼却炉に投入する前のごみを焼却炉の予熱により加熱し、その時の水分の蒸発量を検知することにより同様に制御することもできる。
【００６１】
なお、上記第２の実施例の説明中でとくに述べなかった部分は、前記第１の実施例と同様な構成部分であり、図面には第１の実施例の場合と同様な符号を付して説明は省略した。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、ごみ投入量の変動をごみが焼却炉に投入される直前に把握し、燃焼制御の先行制御値として燃焼制御を行うことができるので、給塵量、発熱量の変動が大きい都市ごみ等のごみ焼却処理時に発生するＣＯを抑制して焼却炉を運転することが可能となり、炉の安全運転、ＣＯ，ＮＯｘ等有害ガスが低減される。また、都市ごみ等の被焼却物の質や形状が個々に異なる場合でも、従来の設備に非接触型水分量センサを付加するだけで容易に急激な燃焼変化や未燃ガス発生を抑制することができ、更に、余熱利用設備に対して、特に発電設備が付設されている場合効果的な発熱量一定制御を実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の部分の詳細を示す断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線矢視断面の詳細を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示すブロック図である。
【図５】図４の部分の詳細を示す断面図である。
【図６】本発明の制御の流れを示す概念図である。
【図７】ごみ質とそのごみの水分量の関連を示す概念図である。
【図８】ごみの大きさと水分量を検知して制御を行う本発明の実施例を示す手順図である。
【符号の説明】
１ ホッパ
２ 移送スクリュー
２Ａ 給塵装置駆動装置
３ 逆送スクリュー
３Ａ 逆送スクリュー駆動装置
３Ｂ 逆送スクリュー移動用シリンダ
３Ｃ シリンダ駆動装置
４ 供給ドラム
５ フラップセンサ
６ 非接触型水分量センサ
７ 回転数制御部
８ 焼却炉
９ 炉内圧力計
１０ 酸素濃度計
１１ 流動化空気取り入れ口
１２ 二次空気取り入れ口
１３，１３Ａ，１３Ｂ 輝度センサ
１４ 三次空気取り入れ口
１５ 三次空気取り入れ口
１６ 流動化・二次空気用送風機
１７ 三次空気用送風機
１８ 自動燃焼制御装置
１９ 圧密防止装置
２１ フラップダンパ
２１Ａ ダンパの回転軸
２１Ｂ ダンパ軸受
２１Ｃ ダンパアーム
２１Ｄ リンケージ
２２ 流動化空気調整ダンパ
２３ 調整ダンパ
２４ 流動化・二次空気用送風機吐出配管
２５ 二次空気供給配管
２６ 二次空気調整ダンパ
２７ 二次空気流量計
２８ 調整ダンパ
２９ 三次空気用送風機吐出配管
３０ 三次空気調整ダンパ
３１ 三次空気調整ダンパ
３２ 一・二次空気流量計
３３ 三次空気流量計
３４ 空気取り入れ配管
３５ 空気取り入れ配管
３６ 三次空気供給配管
３７ 投入シュート
３８ 差動トランス式ポジション発信機
３９ 角度指示調節記録計
４０ 燃焼ガス出口（煙道）
１００ 給塵装置

Claims (7)

1. ごみを給塵装置により投入シュートを経て焼却炉内に投入し、該投入されたごみを焼却炉に供給された燃焼用空気で焼却するごみ焼却設備の燃焼制御方法において、投入シュートに投入されるごみ量の増減を通過するごみの大きさに応じて揺動するフラップダンパの揺動角度で検出するとともに、揺動角度が連続して下限開度以下である時間が予め設定された時間を超えていないかどうかを検出し、この検出結果に応じて前記焼却炉へのごみの投入量制御及び燃焼制御を行うことと、ごみの投入量制御の手順として、投入シュート入口に設けられる圧密防止用逆送スクリューを軸方向に移動可能としておき、検出された投入ごみ量が予め設定された量をしたまわったとき、前記圧密防止用逆送スクリューを軸方向に投入シュート方向に移動させて投入ごみ量を増加させる手順を有することを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御方法。
2. 給塵装置のホッパ部に投入されたごみの水分量を水分量センサで検知し、この変化に応じて前記焼却炉におけるごみの燃焼を制御することを特徴とする請求項 1に記載のごみ焼却炉の燃焼制御方法。
3. 検知されたごみの水分量に応じて、燃焼空気量、ごみ投入量の基準値を変化させることを特徴とする請求項２に記載のごみ焼却炉の燃焼制御方法。
4. ごみを給塵装置により投入シュートを経て焼却炉内に投入し、該投入されたごみを焼却炉に供給された燃焼用空気で焼却するごみ焼却設備の燃焼制御装置において、前記投入シュートに設けられ該投入シュートを通過するごみの大きさに応じて揺動するフラップダンパと、該フラップダンパの揺動角度を検出して電気信号に変換するとともに、揺動角度が連続して下限開度以下である時間が予め設定された時間を超えていないかどうかを検出して電気信号に変換する変換手段と、該変換手段の出力である電気信号を入力として前記給塵装置及び燃焼空気量を制御する制御手段と、を含んでなり、前記フラップダンパのダンパ面が、ダンパの回転軸にくし刃状に固着されたダンパアームで構成されていることを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御装置。
5. 給塵装置が投入シュート入口に設けられ軸方向に移動可能な圧密防止用逆送スクリューを含んで構成され、該圧密防止用逆送スクリューは検出された投入ごみ量が予め設定された量をしたまわったとき、軸方向に投入シュート方向に移動されるものであることを特徴とする請求項４に記載のごみ焼却炉の燃焼制御装置。
6. 前記ホッパの底部側壁面に設置されて焼却炉に供給されるごみの水分量を検知出力する非接触型水分量センサと、この変化に応じて前記焼却炉におけるごみの焼却を制御する自動制御装置とを含んでなることを特徴とする請求項４又は５に記載のごみ焼却炉の燃焼制御装置。
7. ホッパ底部に、ごみを送り出す移送スクリューと該移送スクリューと軸線を平行させた逆送スクリューが設けられており、前記非接触型水分量センサが、移送スクリューと逆送スクリューの間のホッパ底部側壁面に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のごみ焼却炉の燃焼制御装置。

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