JP6797082B2

JP6797082B2 - 一次燃焼用気体の供給制御方法、蒸発量安定化方法、発電量安定化方法、及び火格子式廃棄物焼却炉

Info

Publication number: JP6797082B2
Application number: JP2017125052A
Authority: JP
Inventors: 加藤　敦士; 敦士加藤; 達之下川
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2037-06-27
Also published as: JP2019007698A

Description

本発明は、火格子により廃棄物を搬送しながら焼却する火格子式廃棄物焼却炉の燃焼を安定化させるための制御方法に関する。

火格子式廃棄物焼却炉では、炉内での燃焼を安定化させて発生熱量を安定化させることは、安定的な廃棄物燃焼の維持等のために重要である。これに関し、特許文献１のごみ焼却炉は、ストーカ部（火格子）に供給する空気の供給量を調整するためのダンパを備え、ストーカ部の作動開始時にこのダンパを絞り作動させて供給する空気量（一次燃焼用気体の供給量）を減少させる制御方法を開示する。ストーカ部の作動時には急激な燃焼が生じ易いため、供給する空気量を減少させることで、急激な燃焼を抑えることができる。

特開平７−１９４４５号公報

しかし、特許文献１では火格子下から供給する空気量を減少させただけであるために、熱分解ガスが反応する火炎燃焼部分で、酸素不足を引き起こし火炎燃焼の程度がその分低下してしまうこととなり、火格子の動作時に、火格子が静止している状態での燃焼状態を維持することができず、燃焼状態を安定化させることはできない。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、火格子の動作の有無に関係なく燃焼状態を略一定にすることで燃焼を安定化させることが可能な一次燃焼用気体の供給制御方法を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の第１の観点によれば、以下の一次燃焼用気体の供給制御方法が提供される。即ち、この一次燃焼用気体の供給制御方法は、搬送部と、風箱と、補助供給経路と、を備える火格子式廃棄物焼却炉に対して行われる。前記搬送部は、複数段に区分された火格子から構成されており、廃棄物が載せられた状態で間欠的に動作することで当該廃棄物を炉出口に向けて搬送する。前記風箱は、複数段の前記火格子の下方にそれぞれ設けられており、当該火格子を経由して炉内に供給するための一次燃焼用気体が供給される。前記補助供給経路は、前記火格子を経由させずに、炉内の当該火格子上にある火炎の外側ではなく当該火炎の内側に一次燃焼用気体を供給する。この一次燃焼用気体の供給制御方法では、少なくとも１つの構成段の前記火格子について、前記火格子の動作に応じて、前記火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らす又は増やすとともに、前記補助供給経路を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を増やす又は減らす制御を行う。

本発明の第２の観点によれば、以下の構成の火格子式廃棄物焼却炉が提供される。即ち、この火格子式廃棄物焼却炉は、搬送部と、風箱と、補助供給経路と、制御装置と、を備える。前記搬送部は、複数段に区分された前記火格子から構成されており、廃棄物が載せられた状態で間欠的に動作することで当該廃棄物を炉出口に向けて搬送する。前記風箱は、複数段の前記火格子の下方にそれぞれ設けられており、当該火格子を経由して炉内に供給するための一次燃焼用気体が供給される。前記補助供給経路は、前記火格子を経由させずに、炉内の当該火格子上にある火炎の外側ではなく当該火炎の内側に一次燃焼用気体を供給する。前記制御装置は、少なくとも１つの構成段の前記火格子について、前記火格子の動作に応じて、前記火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らす又は増やすとともに、前記補助供給経路を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を増やす又は減らす制御を行う。

これにより、例えば、火格子の動作の開始に応じて、火格子を経由して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らすことで熱分解ガスの発生量を火格子の非動作時と同程度にするとともに、火格子を経由せずに供給する一次燃焼用気体の供給量を増やすことで火炎燃焼反応（熱分解ガスの反応）に必要な酸素が供給されるので酸素不足を防止できる。従って、火格子の動作中においても、非動作時と同程度の燃焼が行われるため、燃焼を安定化させることができる。

本発明によれば、火格子の動作の有無に関係なく燃焼状態を略一定にすることで燃焼を安定化させることが可能な一次燃焼用気体の供給制御方法を提供できる。

本発明の一実施形態の焼却炉を含む廃棄物焼却設備の概略構成図。焼却炉の機能ブロック図。従来例１における火格子動作前後の火格子上の状態を示す概念図。従来例２における火格子動作前後の火格子上の状態を示す概念図。本実施形態における火格子動作前後の火格子上の状態を示す概念図。一次燃焼用気体の供給に関するタイミングチャート。

＜廃棄物焼却設備の全体構成＞初めに、図１を参照して、本実施形態の焼却炉１０を含む廃棄物焼却設備１００について説明する。図１は、本発明の一実施形態の焼却炉１０を含む廃棄物焼却設備１００の概略構成図である。なお、以下の説明では、単に上流、下流と記載したときは、廃棄物、燃焼ガス、排ガス、一次空気、二次空気、循環排ガス等が流れる方向の上流及び下流を意味するものとする。

図１に示すように、廃棄物焼却設備１００は、焼却炉１０と、ボイラ３０と、蒸気タービン発電設備３５と、を備える。焼却炉１０は、供給された廃棄物を焼却する。なお、焼却炉１０の詳細な構成は後述する。

ボイラ３０は、廃棄物の燃焼によって発生した熱を利用して蒸気を生成する。ボイラ３０は、流路壁に設けられた多数の水管３１及び過熱器管３２で、炉内で発生した高温の燃焼ガスと水との熱交換を行うことにより蒸気（過熱蒸気）を生成する。水管３１及び過熱器管３２で生成された蒸気は、蒸気タービン発電設備３５へ供給される。

蒸気タービン発電設備３５は、図略のタービン及び発電装置を含んで構成されている。タービンは、水管３１及び過熱器管３２から供給された蒸気によって回転駆動される。発電装置は、タービンの回転駆動力を用いて発電を行う。

ここで、安定した発電を行うには、ボイラ３０での蒸気（過熱蒸気）の生成量を安定化させることが必要である。ボイラ３０での蒸気（過熱蒸気）の生成量を安定化させるためには、ボイラ３０への入熱を安定させる必要がある。つまり、発電量を一定に保つには、焼却炉１０からボイラ３０へ供給される燃焼ガスの保有熱量を安定させて、ボイラ３０への入熱を安定に保つ必要がある。

＜焼却炉１０の構成＞焼却炉１０は、廃棄物を炉内に供給するための給じん装置４０を備える。給じん装置４０は、廃棄物投入ホッパ４１と、給じん装置本体４２と、を備える。廃棄物投入ホッパ４１は、炉外から廃棄物が投入される部分である。給じん装置本体４２は、廃棄物投入ホッパ４１の底部分に位置し、水平方向に移動可能に構成されている。給じん装置本体４２は、廃棄物投入ホッパ４１に投入された廃棄物を下流側に供給する。この給じん装置本体４２の移動速度、単位時間あたりの移動回数、移動量（ストローク）、及びストローク端の位置（移動範囲）は、図２に示す制御装置９０によって制御されている。なお、給じん装置は水平方向に対し多少の角度をもって移動する型式でもよい。

給じん装置４０によって炉内に供給された廃棄物は、搬送部２０によって、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３の順に供給されていく。搬送部２０は、乾燥部１１に設けられた乾燥火格子２１と、燃焼部１２に設けられた燃焼火格子２２と、後燃焼部１３に設けられた後燃焼火格子２３と、で構成されている。従って、搬送部２０は複数段の火格子から構成されている。それぞれの火格子は、各部の底面に設けられており、廃棄物が載置される。火格子は、廃棄物搬送方向に並べて配置された可動火格子と固定火格子とから構成されており、可動火格子が間欠的に前進及び後進を行うことで、廃棄物を下流側へ搬送するとともに、廃棄物を攪拌することができる。なお、火格子の動作は、制御装置９０によって制御されている。また、火格子には、気体が通過可能な大きさの隙間が形成されている。

乾燥部１１は、焼却炉１０に供給された廃棄物を乾燥させる部分である。乾燥部１１の廃棄物は、乾燥火格子２１の下から供給される一次空気及び隣接する燃焼部１２における燃焼の輻射熱によって乾燥する。その際、熱分解によって乾燥部１１の廃棄物から熱分解ガスが発生する。また、乾燥部１１の廃棄物は、乾燥火格子２１によって燃焼部１２に向かって搬送される。

燃焼部１２は、乾燥部１１で乾燥した廃棄物を主に燃焼させる部分である。燃焼部１２では、廃棄物が主に火炎燃焼を起こし火炎が発生する。燃焼部１２における廃棄物及び燃焼により発生した灰及び燃焼しきれなかった未燃物は、燃焼火格子２２によって後燃焼部１３に向かって搬送される。また、燃焼部１２で発生した燃焼ガス及び火炎は、絞り部１７を通過して後燃焼部１３に向かって流れる。なお、燃焼火格子２２は、乾燥火格子２１と同じ高さに設けられているが、乾燥火格子２１よりも低い位置に設けられていてもよい。

後燃焼部１３は、燃焼部１２で燃焼しきれなかった廃棄物（未燃物）を燃焼させる部分である。後燃焼部１３では、燃焼ガスの輻射熱と一次空気によって、燃焼部１２で燃焼しきれなかった未燃物の燃焼が促進される。その結果、未燃物の殆どが灰となって、未燃物は減少する。なお、後燃焼部１３で発生した灰は、後燃焼部１３の底面に設けられた後燃焼火格子２３によってシュート２４に向かって搬送される。シュート２４に搬送された灰は、廃棄物焼却設備１００の外部に排出される。なお、本実施形態の後燃焼火格子２３は、燃焼火格子２２よりも低い位置に設けられているが、燃焼火格子２２と同じ高さに設けられていてもよい。

上述したように、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３では、生じる反応が異なるため、それぞれの壁面等は、生じる反応に応じた構成となっている。例えば、燃焼部１２では火炎燃焼が生じるため、乾燥部１１よりも耐火レベルが高い構造が採用されている。

再燃焼部１４は、燃焼ガスに含まれる未燃ガスを燃焼させる部分である。再燃焼部１４は、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３から上方に向かって延び、その途中に二次空気が供給される。これにより、燃焼ガスは二次空気と混合及び撹拌され、燃焼ガスに含まれる未燃ガスが再燃焼部１４で燃焼される。なお、燃焼部１２及び後燃焼部１３で生じる燃焼を一次燃焼と称し、再燃焼部１４で生じる燃焼（つまり、一次燃焼で残存した未燃ガスの燃焼）を二次燃焼と称する。

気体供給装置５０は、炉内に気体を供給する装置である。本実施形態の気体供給装置５０は、一次空気供給部５１と、二次空気供給部５２と、排ガス供給部５３と、を有している。それぞれの供給部は、気体を誘引又は送出するための送風機によって構成されている。

本明細書では、一次燃焼のために供給する気体を一次燃焼用気体と称する。一次燃焼用気体としては、一次空気、循環排ガス、それらの混合ガスが含まれる。一次空気とは、外部から取り込んだ空気であって、燃焼等に用いられていない（即ち、循環排ガスを除く）気体である。従って、一次空気には、外部から取り込んだ空気を加熱等した気体も含まれる。同様に、本明細書では、二次燃焼のために供給する気体を二次燃焼用気体と称する。二次燃焼用気体としては、二次空気、循環排ガス、それらの混合ガスが含まれる。二次空気の定義は一次空気と同様である。

一次空気供給部５１は、一次空気供給経路７１を介して炉内に一次空気を供給する。一次空気供給経路７１は、第１供給経路７１ａと、第２供給経路７１ｂと、第３供給経路７１ｃと、補助供給経路７１ｄと、に分岐されている。なお、一次空気供給経路７１にヒータを設け、各部に供給する一次空気の温度を調整できるようにしてもよい。

第１供給経路７１ａは、乾燥火格子２１の下方に設けられた乾燥段風箱２５に一次空気を供給するための経路である。第１供給経路７１ａには第１ダンパ８１が設けられており、乾燥段風箱２５に供給する一次空気の供給量を調整することができる。また、第１ダンパ８１は制御装置９０によって制御されている。

第２供給経路７１ｂは、燃焼火格子２２の下方に設けられた燃焼段風箱２６に一次空気を供給するための経路である。第２供給経路７１ｂには第２ダンパ８２が設けられており、燃焼段風箱２６に供給する一次空気の供給量を調整することができる。また、第２ダンパ８２は制御装置９０によって制御されている。

第３供給経路７１ｃは、後燃焼火格子２３の下方に設けられた後燃焼段風箱２７に一次空気を供給するための経路である。第３供給経路７１ｃには第３ダンパ８３が設けられており、後燃焼段風箱２７に供給する一次空気の供給量を調整することができる。また、第３ダンパ８３は制御装置９０によって制御されている。

補助供給経路７１ｄは、燃焼火格子２２を経由せずに燃焼部１２に一次空気を供給するための経路である。当然であるが、補助供給経路７１ｄは、燃焼段風箱２６を経由しておらず、他の火格子及び風箱（乾燥火格子２１、後燃焼火格子２３、乾燥段風箱２５、及び後燃焼段風箱２７）も経由していない。補助供給経路７１ｄには第４ダンパ８４が設けられており、補助供給経路７１ｄによって供給される一次空気の供給量を調整することができる。また、第４ダンパ８４は制御装置９０によって制御されている。第４ダンパ８４は、第２供給経路７１ｂによって供給される一次空気を、補助供給経路７１ｄによって供給される一次空気で補うように制御される。例えば、第２供給経路７１ｂによって供給される一次空気の供給量が減るように（増えるように）第２ダンパ８２が制御された場合、補助供給経路７１ｄによって供給される一次空気の供給量が増えるように（減るように）第４ダンパ８４が制御される。補助供給経路７１ｄは、例えば炉内の両側面（紙面手前側及び紙面奥側の面）等から燃焼部１２に一次空気を供給するための経路である。本実施形態では、補助供給経路７１ｄは燃焼火格子２２よりも下流側に一次空気を供給しているが、燃焼火格子２２よりも上流側に一次空気を供給する構成でもよいし、搬送方向において燃焼火格子２２と重なる箇所（例えば燃焼火格子２２が位置している部分の側壁）に一次空気を供給する構成でもよい。このように補助供給経路７１ｄの経路は特に限定されないが、燃焼部１２での一次燃焼に寄与するように（即ち、火炎を目指すように、火炎の近傍に向けて）空気が供給される必要がある。

なお、本実施形態では、補助供給経路７１ｄは、燃焼部１２に供給される一次空気（一次燃焼用気体）を補う構成であるが、これに加えて又は代えて、乾燥部１１に供給される一次空気（一次燃焼用気体）を補う補助供給経路が形成されていてもよいし、後燃焼部１３に供給される一次空気（一次燃焼用気体）を補う補助供給経路が形成されていてもよい。

二次空気供給部５２は、二次空気供給経路７２を介して、焼却炉１０の空気ガス保有空間１６にその上部（天井部）から二次空気を供給するとともに、絞り部１７によって燃焼ガスが方向を転換する部分（絞り部１７の近傍）に二次空気を供給する。また、二次空気供給部５２は、制御装置９０によって制御される図略のダンパが設けられており、各部への二次空気の供給量を調整することができる。

排ガス供給部５３は、循環排ガス供給経路７３を介して、廃棄物焼却設備１００から排出された排ガスを炉内に供給する（再循環させる）。廃棄物焼却設備１００から排出された排ガスはろ過式の集じん器６０で浄化され、その一部が排ガス供給部５３によって燃焼部１２の両側面（紙面手前側及び紙面奥側の面）から焼却炉１０へ供給される。なお、排ガスが供給される位置は、特に限定されない。例えば、排ガスは焼却炉１０の上方（天井部）から供給されてもよく、一方の側面のみから供給されていてもよい。排ガスを焼却炉１０に供給することで、焼却炉１０内の酸素濃度が低下し、燃焼温度の局所的な過上昇を抑えることができる。その結果、ＮＯｘの発生を抑えることができる。

焼却炉１０には、図１及び図２に示すように、燃焼状態等を把握するための複数のセンサが設けられている。具体的には、焼却炉内ガス温度センサ９１と、焼却炉出口ガス温度センサ９２と、ＣＯガス濃度センサ９３と、ＮＯｘガス濃度センサ９４と、が設けられている。

焼却炉内ガス温度センサ９１は、焼却炉１０内（例えば空気ガス保有空間１６よりも下流かつ後燃焼部１３よりも上流）に配置されており、焼却炉内ガス温度を検出して制御装置９０へ出力する。焼却炉出口ガス温度センサ９２は、焼却炉１０出口近傍（例えば再燃焼部１４よりも下流かつボイラ３０よりも上流）に配置されており、焼却炉出口ガス温度を検出して制御装置９０へ出力する。ＣＯガス濃度センサ９３は、集じん器６０の下流に配置されており、排ガスに含まれるＣＯガス濃度（焼却炉排出ＣＯガス濃度）を検出して制御装置９０へ出力する。ＮＯｘガス濃度センサ９４は、集じん器６０の下流に配置されており、排ガスに含まれるＮＯｘガス濃度（焼却炉排出ＮＯｘガス濃度）を検出して制御装置９０へ出力する。

制御装置９０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等によって構成されており、種々の演算を行うとともに、廃棄物焼却設備１００全体を制御する。以下、制御装置９０が行う制御のうち、自動燃焼制御と、一次燃焼用気体割合調整制御と、について説明する。

＜自動燃焼制御＞制御装置９０には、上述した複数のセンサから焼却炉１０の燃焼に関するデータ（炉内検出データ）が供給されている。また、ボイラ３０からは、ボイラ蒸発量（熱量回収に伴ってボイラ３０で生成された蒸気の量、蒸気タービン発電設備３５に供給された蒸気の量）が制御装置９０へ出力される。

焼却炉内ガス温度センサ９１が検出する焼却炉内ガス温度、及び、焼却炉出口ガス温度センサ９２が検出する焼却炉出口ガス温度からは、炉内で生じている燃焼の程度を推測することができる（高温になるほど燃焼が活発）。また、ＣＯガス濃度センサ９３が検出する焼却炉排出ＣＯガス濃度からは、炉内で燃焼しきれなかった未燃ガスの濃度（未燃ガスがどれだけ生じているか）を把握することができる。ＮＯｘガス濃度センサ９４が検出する焼却炉排出ＮＯｘガス濃度からは、炉内で発生したＮＯｘガスの濃度（ひいては目標のＮＯｘガス濃度との差）を把握できる。また、ボイラ蒸発量からは、炉内で発生した熱量を推測することができる。なお、廃熱回収ボイラではなく水噴霧により冷却を行う構成の焼却炉においては、ボイラ蒸発量に代えて水噴霧冷却用水量に基づいて、炉内で発生した熱量を推測することができる。

自動燃焼制御とは、上記の炉内検出データを総合的に判断し、炉内の燃焼状態を長期間にわたって安定的に維持させるための制御である。具体的には、制御装置９０は、図２に示すように、第１ダンパ８１〜第３ダンパ８３を調整することで、各部に供給される気体の供給量を調整する。また、図２には示していないが、制御装置９０は、二次空気供給経路７２及び循環排ガス供給経路７３に設けられる図略のダンパの調整も行う。更に、制御装置９０は、乾燥火格子２１、燃焼火格子２２、及び後燃焼火格子２３の動作を調整する。各火格子の動作とは、例えば、前進させる際の速度、前進後に後進を開始するまでの待機時間、後進させる際の速度、及び一連の動作の時間間隔等である。また、本明細書では説明を簡単にするために「火格子を制御する」と記載しているが、実際には制御装置９０は各火格子の駆動部を制御する。以上のように様々な炉内検出データに基づいて、上記の様々な装置を制御することで、炉内の燃焼状態を長期間にわたって安定的に維持させることができる。焼却炉１０で生じる燃焼は、焼却炉１０の形状や構造、投入される廃棄物によって大きく異なる。また、自動燃焼制御で目標とする値についても、焼却炉１０の耐久性、要求される処理量、排ガスに関する法規制等により大きく異なる。従って、制御装置９０は、それらを総合的に判断して自動燃焼制御を行う。

＜一次燃焼用気体割合調整制御＞一次燃焼用気体割合調整制御とは、火格子を経由して供給する一次燃焼用気体の供給量と、火格子を経由せずに供給する一次燃焼用気体の供給量と、の割合を調整する制御である。本実施形態では、第２ダンパ８２と第４ダンパ８４を調整することで、燃焼火格子２２を経由して（第２供給経路７１ｂを経由して）燃焼部１２に供給する一次空気の供給量と、燃焼火格子２２を経由せずに（補助供給経路７１ｄを経由して）燃焼部１２に供給する一次空気の供給量と、を調整する制御である。一次燃焼用気体割合調整制御を行うことにより、火格子の動作の有無に関係なく燃焼状態を略一定にすることができ、それにより燃焼を安定化させることができる。

初めに、従来例の方法で燃焼状態が変動し、燃焼が安定化できないことについて図３及び図４を参照して説明する。図３は、従来例１における火格子動作前後の火格子上の状態を示す概念図である。図４は、従来例２における火格子動作前後の火格子上の状態を示す概念図である。

火格子下から（火格子を介して）供給される一次燃焼用気体は、火格子を通過した後に火格子上部の廃棄物層の中の隙間を通過する。一次燃焼用気体が廃棄物を通過することで、通過した隙間の周囲の廃棄物が加熱されるとともに、空気中の酸素と接触反応する。これにより、一次燃焼用気体が接触した廃棄物を部分的に熱分解ガス化させ、炭化水素や一酸化炭素等の未燃焼状態のガス成分を高濃度に含む熱分解ガスが廃棄物の表面から上方に排出される。なお、この熱分解ガスには、空気中の未反応成分も含まれている。その後、この熱分解ガスは、炉内にある酸素を含む一次燃焼用気体からの酸素分子の拡散混合によって、激しい酸化反応を起こし、火炎燃焼が生じる。

ここで、図３に示すように、火格子の停止時と動作時で一次燃焼用気体の供給量が同じ場合を考える。火格子を動作させると廃棄物相互に移動が生じるため、火格子下から供給される一次燃焼用気体の供給量が図３に示すように同じであっても、火格子上部の廃棄物層の中の隙間を通過する際の廃棄物との接触が大きく促進される。その結果、空気が通過した隙間の周囲の廃棄物が加熱され、空気中の酸素と接触反応されることで、熱分解ガス化が促進され、発生する熱分解ガスが、一時的に大幅に増大する。上述のように熱分解ガスには、未燃焼状態のガス成分が高濃度で含まれているため、熱分解ガスの発生量が大幅に増大することで、図３に示すように、より大きな火炎燃焼が生じることになる。つまり、火格子の動作時においては、大きな火炎燃焼が生じ易くなる。従って、燃焼が安定化されない。

次に、図４に示すように、火格子の動作時に、火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らす制御を行う場合を考える。なお、図４に示す制御は、特許文献１に記載されている制御である。火格子下から供給される一次燃焼用気体を減らすことで、一次燃焼用気体と廃棄物との接触が減るため、発生する熱分解ガスを抑えることができるので、火格子の動作に伴う廃棄物相互の移動による熱分解ガス発生の促進効果を相殺することができる。そのため、火格子の動作時においても、火格子の停止時と同程度の熱分解ガスしか発生しない。しかし、火格子下からの一次燃焼用気体の供給量を減少させただけであるために、熱分解ガスが形成する火炎燃焼部分で、酸素不足を引き起こし火炎燃焼の程度がその分低下してしまうこととなり、火格子動作時に、火格子が静止している状態での燃焼状態を維持することができず、燃焼を安定化させることはできない。

以上を考慮し、本実施形態では、図５に示すように、以下の制御が行われる。即ち、制御装置９０は、火格子の動作の開始に応じて、火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らすとともに、補助供給経路７１ｄを介して（火格子を介さずに火格子上から）供給する一次燃焼用気体の供給量を増やす第１供給量調整制御を行う。第１供給量調整制御を概念的に説明すると、火格子を介して供給するはずであった、減らした分の一次燃焼用気体を、当該火格子を経由せずに当該火格子上に供給する。図４を用いて説明したように、火格子を介して供給する一次燃焼用気体を減らすことで、火格子の動作時と停止時とで熱分解ガスの発生量を同程度にすることができる。本実施形態では、更に、減らした分の一次燃焼用気体を火格子上から供給するため、熱分解ガスの火炎形成部での酸素不足を引き起こさずに火炎燃焼の程度を、火格子の停止時と同等程度に維持し続けることができるので、火格子が動作しているにもかかわず、火格子が停止している状態での燃焼状態を維持することができ、燃焼を安定化することができる。

その後、制御装置９０は、火格子の動作の終了に応じて、第１供給量調整制御で変化させた供給量を元に戻す第２供給量調整制御を行う。つまり、火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を増やして元に戻すとともに、補助供給経路７１ｄを介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らして元に戻す。このように、一次燃焼用気体割合調整制御は、第１供給量調整制御と、第２供給量調整制御と、を含んだ処理である。一次燃焼用気体割合調整制御を行うことで、火格子の停止時と動作時とで、熱分解ガスの発生量及び燃焼火炎の程度を同じにすることができるので、燃焼を安定化することができる。

なお、本実施形態では、火格子の停止時は補助供給経路７１ｄを介して供給される一次燃焼用気体の供給量がゼロであることを想定しているが、この供給量はゼロでなくてもよい。また、火格子を介して供給する一次燃焼用気体の減少量（増加量）と、火格子を介さずに供給する一次燃焼用気体の増加量（減少量）とはある程度近似していることが好ましいが、全く同じである必要はない。また、「火格子の動作の開始（終了）に応じて」とは、火格子の動作の開始（終了）と全く同じタイミングだけでなく、動作の開始（終了）に起因していればその前後の期間も含む概念である。例えば、火格子の動作の開始から、熱分解ガスの発生までにはタイムラグがあるので、火格子の動作の開始から所定時間後に、一次燃焼用気体の供給割合を調整してもよい。

また、一次燃焼用気体割合調整制御と、自動燃焼制御と、を独立して制御することは可能であるが、本実施形態では、これらの制御は協調・結合して行われる。具体的には自動燃焼制御が一次燃焼用気体割合調整制御を管理・支配することで、一次燃焼用気体割合調整制御を自動燃焼制御に統合している。そのため、一次燃焼用気体割合調整制御が単独で算出した値が用いられることはなく、自動燃焼制御側で用いられる上記の炉内検出データや自動燃焼制御で算出される制御データ（各ダンパの状態や火格子の速度等を指示するためのデータ）等に基づいて、第１供給量調整制御及び第２供給量調整制御で変化させる供給量が調整される。従って、炉内の燃焼状態に応じて、火格子を介して供給する一次燃焼用気体の減少量（増加量）、及び、火格子を介さずに供給する一次燃焼用気体の増加量（減少量）が増減することとなる。

この構成に代えて、火格子を介して供給する一次燃焼用気体の減少量（増加量）、及び、火格子を介さずに供給する一次燃焼用気体の増加量（減少量）を予め定めることもできる。以下、図６を参照して、この処理を説明する。図６は、一次燃焼用気体の供給に関するタイミングチャートである。なお、図６に示すタイミングチャートは一例であり、異なるタイミングで各部を動作させてもよい。

図６に示す例では、火格子の動作タイミングに応じて、一次燃焼用気体割合調整制御を開始するタイミング及び供給量をどのように変化させるかが予め定められている。図６に示す例では、時刻Ｔ１に火格子が前進し始め、火格子の位置が変化し始める（即ち、火格子が停止状態から動作状態に切り替わる）。それとともに、第１供給量調整制御が開始される。このとき、補助供給経路７１ｄを介した一次燃焼用気体の供給量をどのように増加させるかは、図６に示す増量規定線によって予め定められている。火格子の前進及び第１供給量調整制御は時刻Ｔ２まで継続する。その後、若干の待機期間を経て、時刻Ｔ３に火格子が後進動作を開始する。それとともに、第２供給量調整制御が開始される。このとき、補助供給経路７１ｄを介した一次燃焼用気体の供給量をどのように減少させるかは、図６に示す減量規定線によって予め定められている。その後、時刻Ｔ４では火格子の後進が停止する（即ち、火格子が動作状態から停止状態に切り替わる）。それとともに、第２供給量調整制御が終了する。

以上のように、第１供給量調整制御及び第２供給量調整制御の開始するタイミング及び供給量を予め定めておくことで、演算量を減らすことができる。また、最適なタイミング及び供給量を予め定めておくことで、演算量を減らしつつ、燃焼の安定化という効果を高いレベルで発揮させることができる。

なお、図６に示す例では、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までの間、火格子が動作状態としている。これに代えて、例えば前進の終了から後進の開始までの待機時間が長い場合等は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までを火格子が動作状態、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までを火格子が停止状態、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までを火格子が動作状態と定めてもよい。

なお、図６に示す例では、増量規定線及び減量規定性の両方が直線であるが、少なくとも何れか一方が曲線を含んでいてもよい。また、図６に示す例では、増量時の変化態様（直線の場合の傾き）と、減量時の変化態様（直線の場合の傾き）と、は対称であるが、対称でなくてもよい。

以上に説明したように、本実施形態の一次燃焼用気体の供給制御方法は、搬送部２０と、風箱（乾燥段風箱２５から後燃焼段風箱２７）と、補助供給経路７１ｄと、を備える焼却炉１０に対して行われる。搬送部２０は、複数段に区分された火格子から構成されており、廃棄物が載せられた状態で間欠的に動作することで当該廃棄物を炉出口に向けて搬送する。風箱は、複数段の火格子の下方にそれぞれ設けられており、当該火格子を経由して炉内に供給するための一次燃焼用気体が供給される。補助供給経路７１ｄは、火格子を経由させずに炉内に一次燃焼用気体を供給する。この一次燃焼用気体の供給制御方法では、少なくとも１つの構成段の火格子について、火格子の動作に応じて、火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らす又は増やすとともに、補助供給経路７１ｄを介して供給する一次燃焼用気体の供給量を増やす又は減らす制御を行う。

焼却炉１０の燃焼を安定化させることで、焼却炉１０に接続されるボイラ３０の蒸発量を安定化させることができる。更に、ボイラ３０の蒸発量を安定化させることで、当該ボイラ３０に接続される蒸気タービン発電設備３５の発電量を安定化させることができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記実施形態では、火格子の動作の開始と終了に応じて、火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量と、補助供給経路７１ｄを介して供給する一次燃焼用気体の供給量と、を調整するが、火格子の動作に応じたタイミングであれば、開始と終了以外の別のタイミング（例えば、火格子の速度及び火格子の位置等に基づいて決定されるタイミング）で、火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量と、補助供給経路７１ｄを介して供給する一次燃焼用気体の供給量と、を調整する制御を行う構成であってもよい。

上記実施形態では、焼却炉内ガス温度、焼却炉出口ガス温度、焼却炉排出ＣＯガス濃度、焼却炉排出ＮＯｘガス濃度、及びボイラ蒸発量に基づいて、自動燃焼制御及び一次燃焼用気体供給制御を行う構成であるが、これらの炉内検出データの一部（少なくとも１つ）を用いて、これらの制御を行ってもよい。また、ボイラ蒸発量に代えて、水噴霧冷却用水量を用いてこれらの制御を行ってもよい。

上記実施形態では、第２供給経路７１ｂと補助供給経路７１ｄとは、同じ経路から分岐している（同じ一次空気供給部５１によって供給されている）。これに代えて、第２供給経路７１ｂと補助供給経路７１ｄとがそれぞれ別の経路に接続されている（それぞれ別の一次空気供給部によって供給されている）構成であってもよい。

上記実施形態では、搬送部２０は、乾燥火格子２１、燃焼火格子２２、及び後燃焼火格子２３の３段構成の火格子で構成されている。これに代えて、搬送部２０は、構成段が３段以外の火格子で構成されていてもよい。例えば、乾燥火格子２１が省略され、搬送部２０が、燃焼火格子２２及び後燃焼火格子２３で構成されていてもよい。

１０焼却炉（火格子式廃棄物焼却炉）
１１乾燥部
１２燃焼部
１３後燃焼部
２１乾燥火格子
２２燃焼火格子
２３後燃焼火格子
２５乾燥段風箱
２６燃焼段風箱
２７後燃焼段風箱
７１一次空気供給経路
７１ａ第１供給経路
７１ｂ第２供給経路
７１ｃ第３供給経路
７１ｄ補助供給経路
９０制御装置

Claims

複数段に区分された火格子から構成されており、廃棄物が載せられた状態で間欠的に動作することで当該廃棄物を炉出口に向けて搬送する搬送部と、
複数段の前記火格子の下方にそれぞれ設けられており、当該火格子を経由して炉内に供給するための一次燃焼用気体が供給される風箱と、
前記火格子を経由させずに、炉内の当該火格子上にある火炎の外側ではなく当該火炎の内側に一次燃焼用気体を供給する補助供給経路と、
を備える火格子式廃棄物焼却炉の一次燃焼用気体の供給制御方法において、
少なくとも１つの構成段の前記火格子について、
前記火格子の動作に応じて、前記火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らす又は増やすとともに、前記補助供給経路を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を増やす又は減らす制御を行うことを特徴とする一次燃焼用気体の供給制御方法。
請求項１に記載の一次燃焼用気体の供給制御方法であって、
前記火格子の動作の開始に応じて、前記火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らすとともに、前記補助供給経路を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を増やす第１供給量調整制御と、
前記火格子の動作の終了に応じて、前記第１供給量調整制御で変化させた供給量を元に戻す第２供給量調整制御と、
を行うことを特徴とする一次燃焼用気体の供給制御方法。
請求項２に記載の一次燃焼用気体の供給制御方法であって、
前記第１供給量調整制御では、予め定めた増量規定線に従って、前記補助供給経路を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を増やし、
前記第２供給量調整制御では、予め定めた減量規定線に従って、前記補助供給経路を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を元に戻すことを特徴とする一次燃焼用気体の供給制御方法。
請求項１又は２に記載の一次燃焼用気体の供給制御方法であって、
前記火格子式廃棄物焼却炉においては、焼却炉内ガス温度、焼却炉出口ガス温度、焼却炉排出ＣＯガス濃度、焼却炉排出ＮＯｘガス濃度、排ガスからの熱量回収に伴うボイラ蒸発量、水噴霧冷却用水量のうち少なくとも何れかである炉内検出データに基づいて、前記火格子式廃棄物焼却炉を制御して燃焼状態を安定化させる処理を行う自動燃焼制御が行われ、
前記自動燃焼制御で用いられる前記炉内検出データ及び当該自動燃焼制御で算出される制御データの少なくとも何れかを用いて、前記火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量と、前記補助供給経路を介して供給する一次燃焼用気体の供給量と、が調整されることを特徴とする一次燃焼用気体の供給制御方法。
請求項４に記載の一次燃焼用気体の供給制御方法を用いて火格子式廃棄物焼却炉を制御することで、当該火格子式廃棄物焼却炉に接続されるボイラの蒸発量を安定化させる蒸発量安定化方法。
請求項５に記載の蒸発量安定化方法を用いてボイラの蒸発量を安定化させることで、当該ボイラに接続される蒸気タービン発電設備の発電量を安定化させる発電量安定化方法。
火格子により廃棄物を搬送しながら焼却する火格子式廃棄物焼却炉において、
複数段に区分された前記火格子から構成されており、廃棄物が載せられた状態で間欠的に動作することで当該廃棄物を炉出口に向けて搬送する搬送部と、
複数段の前記火格子の下方にそれぞれ設けられており、当該火格子を経由して炉内に供給するための一次燃焼用気体が供給される風箱と、
前記火格子を経由させずに、炉内の当該火格子上にある火炎の外側ではなく当該火炎の内側に一次燃焼用気体を供給する補助供給経路と、
制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、少なくとも１つの構成段の前記火格子について、
前記火格子の動作に応じて、前記火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らす又は増やすとともに、前記補助供給経路を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を増やす又は減らす制御を行うことを特徴とする火格子式廃棄物焼却炉。
請求項７に記載の火格子式廃棄物焼却炉であって、
前記制御装置は、
前記火格子の動作の開始に応じて、前記火格子を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を減らすとともに、前記補助供給経路を介して供給する一次燃焼用気体の供給量を増やす第１供給量調整制御と、
前記火格子の動作の終了に応じて、前記第１供給量調整制御で変化させた供給量を元に戻す第２供給量調整制御と、
を行うことを特徴とする火格子式廃棄物焼却炉。