| 【発明の名称】 |
流動床焼却炉における燃焼制御方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】越智 裕士
【氏名】大月 栄市
【氏名】吉田 裕
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| 【要約】 |
【課題】従来の燃焼制御方法を改善し、未燃焼物の排出を抑制しながら、流動床部の流動不良を回避し得る流動床焼却炉における燃焼制御方法を提供する。
【解決手段】炉内の燃焼量を検知する手段を具備し、燃焼量が所定量以上の場合に流動空気量を低減させると共に、流動床上部に吹き込む空気量を増加させることにより、燃焼量を所定量に維持する流動床焼却炉における燃焼制御方法において、流動空気量が予め設定した最小・最大流量を常に維持できるように流動空気量を制御する流動空気量数値制御を行うと共に、燃焼量が所定の燃焼量より多い焼却物が炉内に投入される頻度が多い場合に、流動不良を起さない範囲で空気量を減らすように流動空気量を制御する流動空気量頻度制御を行う。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 炉内の燃焼量を検知する手段を具備し、燃焼量が所定量以上の場合に流動空気量を低減させると共に、流動床上部に吹き込む空気量を増加させることにより、燃焼量を所定量に維持する流動床焼却炉における燃焼制御方法において、前記流動空気量が予め設定した最小・最大流量を常に維持できるように流動空気量を制御する流動空気量数値制御を行うことを特徴とする流動床焼却炉における燃焼制御方法。
【請求項２】 炉内の燃焼量を検知する手段を具備し、燃焼量が所定量以上の場合に流動空気量を低減させると共に、流動床上部に吹き込む空気量を増加させることにより、燃焼量を所定量に維持する流動床焼却炉における燃焼制御方法において、前記燃焼量が所定の燃焼量より多い焼却物が炉内に投入される頻度が多い場合に、流動不良を起さない範囲で空気量を減らすように流動空気量を制御する流動空気量頻度制御を行うことを特徴とする流動床焼却炉における燃焼制御方法。
【請求項３】 炉内の燃焼量を検知する手段を具備し、燃焼量が所定量以上の場合に流動空気量を低減させると共に、流動床上部に吹き込む空気量を増加させることにより、燃焼量を所定量に維持する流動床焼却炉における燃焼制御方法において、前記流動空気量が予め設定した最小・最大流量を常に維持できるように流動空気量を制御する流動空気量数値制御を行うと共に、前記燃焼量が所定の燃焼量より多い焼却物が炉内に投入される頻度が多い場合に、流動不良を起さない範囲で空気量を減らすように流動空気量を制御する流動空気量頻度制御を行うことを特徴とする流動床焼却炉における燃焼制御方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は流動床部の砂等の流動媒体を下方から送り込む空気により流動させながら焼却物を焼却する流動床焼却炉における燃焼制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の流動床焼却炉は、焼却炉立上げ時間が短いことや、流動床で焼却物を焼却するため焼却灰がきれいであること等により、都市ごみ焼却施設に適応した技術である。また、昨今の議論の対象であるダイオキシン類等の有害物質についても、燃焼性能や排ガス処理技術の向上により排出抑制技術が確立されている。燃焼性能の向上には焼却炉の形状、燃焼空気の投入方法、焼却物の供給方法等のハード部分の改善が不可欠であるが、これらと同時にこれらを制御するソフト部分の重要性も増してきている。特に、流動床焼却炉では、燃焼速度が速いために、焼却炉の燃焼状態を的確に、且つリアルタイムで把握して、プロセスに適した制御技術が要求される。
【０００３】現在、流動床焼却炉の燃焼性能の向上に大きく寄与している制御技術は、特公平６−８９８８３号公報に開示されている流動床焼却炉における燃焼制御方法である。これは、流動床下部から送り込む空気により流動床部の流動媒体を流動させ、炉内に投入される焼却物の燃焼量を燃焼量検出手段で検出し、燃焼量が所定量以上の場合、流動床下部から送り込む空気量を減少させると共に、流動床上部の空間に吹き込む空気量を増大させることにより、炉内で燃焼する焼却物の燃焼量を所定量に維持し、燃焼空気量、排ガス量、排ガス中の酸素濃度及び未燃ガス量などの変動を抑制する流動床焼却炉における燃焼制御方法である。
【０００４】都市ごみ焼却施設における焼却物であるごみは大きさ、形状とも多様であり、大きな塊状のごみが一度に焼却炉内に投入されることもある。これを避けるため、ごみピット内でクレーンによりごみを撹拌し、細分化することも試みられるが、該クレーンによる撹拌作業も限界がある。また、ごみの細分化及び均一化のため破砕施設を追加すると施設のイニシャルコスト、ランニングコストともに莫大なものとなる。そのためごみの大きさを小さく均一化することは実際上は困難である。
【０００５】また、大きな塊状のごみが投入されると、流動床焼却炉においては、その燃焼速度の速さのために、一度に完全燃焼できずに、有色排煙の確認や、排ガスＣＯ、ダイオキシン類等の有害物質の排出を引き起こしてしまう。これを抑制するため、前述の燃焼制御方法は開発され、実機での確認運転を経て、過去十数年にわたり複数の施設において良好な結果を得ている。
【０００６】また、ごみが焼却炉内に投入される前に、ごみの質や量を予め検知する方法としては、給塵装置の電動機の負荷変動を検知する方法や重量検出装置で重量を検知する方法、画像処理装置により検知する方法等があるが、その信頼性及び検出装置の設定環境により、その目的・機能を十分満足していないのが現状である。上記燃焼制御方法の概要を、流動床焼却炉内でごみが燃焼する過程に基づいて以下に示す。
【０００７】先ず、流動床焼却炉の燃焼プロセスを以下に示す。図８はこの種の流動床焼却炉の概略構成を示す図である。流動床焼却炉１０において、ホッパー１１に投入された焼却物は、給塵機スクリュー１３により流動床焼却炉１０の内部に投入される。投入された焼却物１４は、流動床部１５又は該流動床部１５の上部で焼却される。流動床部１５には流動媒体である砂が充填されており、ここに焼却用の空気を送り込み、流動媒体を流動化して、焼却物の解砕、ガス化を促進する。焼却物１４の一部は流動床部１５で燃焼して、その熱は流動媒体へ移動する。
【０００８】流動床部１５の流動媒体は６００〜６２０℃の温度を確保して、連続的に投入される焼却物の解砕、ガス化を継続する。一方、流動媒体中で燃焼しなかった焼却物１４は、流動床部１５の上部へ未燃焼ガスとして排出される。この未燃焼ガスに、流動床部１５の上部に送り込まれる２次空気等が供給され、混合、撹拌、燃焼の過程を経て、８５０℃〜９００℃の温度に確保された流動床焼却炉１０内のフリーボード部１６において、完全燃焼を達成した後、焼却炉外へ排ガス１７として排出される。また、焼却物１４中の不燃物１８は砂と共に焼却炉外へ排出される。
【０００９】ここで、流動空気のラインは、押込送風機１９からの１次空気２０が途中で分岐して、流動床部１５の下のチャンバー２１へ送り込まれる空気を流動空気２２とする。他方に分岐した１次空気２０はバイパス空気２３と呼び、流動床焼却炉１０の上部のフリーボード部１６へ、２次空気２５と同様、燃焼空気として送り込まれる。このバイパス空気２３のラインに設置された流動空気バイパスダンパ２４の開度により流動空気量をコントロールする。また、フリーボード部１６での燃焼に寄与する２次空気２５は、２次送風機２６からのラインに設置された２次空気ダンパ２７の開度により、その空気量をコントロールしている。
【００１０】実際の運転において、焼却炉に供給される焼却物の量が多い場合には、単位時間における焼却炉内の燃焼量も多くなるので、燃焼量を検知するフレームセンサ２８のフレームレベル（燃焼量レベル）も大きくなる。このとき、流動空気バイパスダンパ２４の開度を大きくして、流動空気量の一部をバイパスして、流動床部１５から送り込む空気量を一時的に低減させている。これにより、流動床部１５での流動媒体の流動化が緩慢になり、流動媒体からの焼却物への伝熱量が減少して、燃焼速度（流動床部での燃焼比率）が下がり、これに伴い焼却物の解砕、ガス化も緩やかになる。ガス化の緩慢化により、流動床部１５から発生する未燃焼ガス量も単位時間あたり減少する。
【００１１】流動床部１５では未燃焼ガスが緩やかに発生しているので、流動床部１５上方のフリーボード部１６に２次空気２５やバイパス空気２３を適切に投入するので、流動床焼却炉１０において、時間当たりの燃焼量を所定量に維持制御し、完全燃焼が促進される。これが上記特公平６−８９８８３号公報に開示された、従来の燃焼制御方法である。
【００１２】次に、従来の燃焼速度制御の制御方法を図９を用いて説明する。図９は図８に示す構成の流動床焼却炉におけるフレームレベル（燃焼量レベル）、流動空気バイパスダンパ２４の開度、流動空気量、及び炉床（流動床部１５）温度の経時変化例を示す図である。本制御の出力先である操作端は、流動空気バイパスダンパ２４（開度０〜１００％）１ケ所である。入力信号としては、フレームセンサ２８からのフレームレベル（０〜１００％）、流動床部１５の流動媒体（砂）温度（炉床温度）（０〜１２００℃）、炉内圧力（−２００〜＋２００ｍｍＡｑ）である。図１０は簡略化した制御フローを示す図である。
【００１３】従来のメイン信号は図９（ａ）に示すフレームレベルで、これにより流動空気バイパスダンパ２４の開度は図９（ｂ）のように変動する。フレームレベルが大きくなると開方向に動作して、バイパス空気量を増大して、流動床部１５へ供給する流動空気量は図９（ｃ）のように減少する。流動空気バイパスダンパ２４でバイパスされたバイパス空気２３は、フリーボード部１６で燃焼用空気として流動床焼却炉１０内に供給される。
【００１４】また、図９（ｄ）に示すように変動する流動床部１５の炉床温度によっても流動空気バイパスダンパ２４の上限値、下限値が変動する。炉床温度が低くなった場合、流動床部１５の流動媒体の流動化が阻害されて、不燃物等が流動床部１５に堆積して、流動不良が生じてしまう。これを回避するため炉床温度が図９（ｄ）のＡ部分に示すように低くなった時には、流動空気量を増やす方向に、即ち流動空気バイパスダンパ２４を閉める方向に制御する必要がある。また、炉内圧力制御は炉内圧力がある設定した炉内圧力より大きくなったときのみ、流動空気バイパスダンパ２４の開度を大きくする制御である。これはフレームレベルによる制御の補完的な機能を持っている。
【００１５】図１０は上記従来の燃焼制御方法の制御フローを示す図である。図１０において、テーブル１の入力信号はフレームセンサ２８の出力信号であるフレームレベルである。出力はテーブル１の調整（ＸＹ座標上の折線グラフを形成する１０点の座標の位置（数値）を調整すること）により行う。テーブル１の調整が本制御のメインとなる。テーブル１の調整は、フレームレベルの大きさ、ピークの回数、流動空気量等により行う。一般に以下の■乃至■の状態の時にはテーブル１の折線の傾きを大きくして、流動空気バイパスダンパ２４の開度が大きくなるように調整する必要がある。また、逆の状態の時には、傾きを小さくする調整が必要となる。
【００１６】■フレームレベルが小さい。
【００１７】■フレームレベルのピーク回数が少ない。
【００１８】■フレームレベルが大きい時の流動空気量（流動空気バイパスダンパ２４の開度が大となる時の最小流動空気量）を十分に低減できていない（但し、流動不良とならないこと）。
【００１９】■フレームレベルが小さい時の流動空気量（流動空気バイパスダンパ２４の開度が小となる時の最大流動空気量）が十分に低減できていない（但し、流動不良とならないこと）。
【００２０】■排ガスＣＯ濃度が高い。これらの燃焼状態が変化する際には、テーブル１の数値等も再調整する必要がある。
【００２１】また、演算器１では、炉内圧力がある設定値よりも大きくなった時にのみ、流動空気量を低減させるような演算を行っており、フレームレベルの補完的な役割を持っている。上限値１、下限値１は炉床温度を入力信号とするテーブル２、３の出力信号で設定される。テーブル２、３において、炉床温度が６００℃以下では出力は０％（上・下限値とも）、６２０℃以上では４０％（上限値）、５％（下限値）、６２０℃→６００℃の間は除々に出力を小さくするケースが設定例としてあげられる。
【００２２】炉床温度が低くなると、流動化が緩慢になり、長時間継続運転すると、流動不良を引き起す恐れがある。このため、炉床温度が低下すると、流動空気バイパスダンパ２４の開度を除々に小さくして、流動空気量が流動床部１５に供給されて、流動が活発化するように上・下限値を設定する必要がある。テーブル２、３の設定値もテーブル１と同様に、最小・最大流動空気量を確保するように、燃焼状態、運転状態等で調整する必要がある。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
〔課題１〕流動床焼却炉１０内に焼却物が投入されるときのフレームレベルの経時変化を図１１（ａ）、（ｂ）のフレームレベル（１）、（２）に示す。図示するように、フレームレベルのピーク（１００％を示す箇所）の出現は任意であり、その頻度も差異がある。質、量ともに安定したごみである場合は、図１１（ｃ）のフレームレベル（３）に示すようにフレームレベルの最大値と最小値の差が小さくなる。しかし、実際はごみの質や一度に投入される量の変動により、図１１（ｄ）のフレームレベル（４）に示すようにフレームレベルのピークが頻繁に出現する場合が多い。
【００２４】この時、排ガスＣＯ等の有害物質の排出を抑制するために上記燃焼速度制御を実施すると、フレームレベルのピーク数に従って、流動空気バイパスダンパ２４の開度も図１１（ｅ）に示すように変動して、図１１（ｆ）に示すように流動空気量が低減している時間も長くなる。これにより、排ガスＣＯの排出は抑制できるのだが、流動空気量が多頻度にわたり低減すると、流動媒体である砂の流動が妨げられ、流動不良の現象が生じてくる。この流動不良のために、流動床部１５において、焼却物中に含まれる不燃物が堆積して、焼却運転を継続できない状況に陥る恐れがある。
【００２５】最小流動空気量において、図１２の流動床焼却炉１０の領域Ａと領域Ｂの両者の圧力差をΔＰとして、フリーボード部１６の空塔速度Ｕを除々に大きくすると、空塔速度Ｕに対するΔＰの値が、それ以上空塔速度Ｕを大きくしても略一定となる。これを流動化開始点と呼び、これより流動層における最低流動化空気量を算出する。この空気量以下では、流動不良が発生し、供給されたごみが一気にガス化し、排ガス量が大きく変動することで、ガス冷却設備や集塵装置等の機器を損傷する恐れもあり、流動床焼却炉１０内での完全燃焼も達成できず、排ガスＣＯ、ダイオキシン類の発生を回避できない。
【００２６】また、流動不良時には、燃焼状態によっては、焼却運転を一旦停止して、流動床部１５の清掃を行う必要も生じてくる。毎日の焼却計画に基づき安定したごみ焼却を実施している焼却施設においては、このようなことは多大な影響を与えることになる。また、今日の都市ごみ焼却施設においては、余熱利用、エネルギー回収等の目的よりボイラによる熱回収、タービンによる発電を行っている施設も多く、このような事態は、運転経費にも大きな損害を与えることとなる。
【００２７】〔課題２〕流動床焼却炉において、流動空気量の管理は以下■乃至■の３点において焼却設備の機能に大きく影響しており、その管理が不可欠である。
【００２８】■流動空気量が過剰に投入される場合供給された燃焼物は、流動媒体である砂が流動している流動床部１５において、解砕、ガス化、燃焼のプロセスを経て、完全燃焼して、排ガスや不燃物等の焼却残渣として、焼却炉外へ排出される。しかし、この際、常時、流動空気量が過剰に投入されると、燃焼速度の速い流動床焼却炉１０の流動床部１５においてはガス化速度が増して、燃焼用の２次空気２５をフリーボード部１６に投入しても、焼却炉内で完全燃焼できない場合がある。
【００２９】フリーボード部１６において、流動床部１５からの未燃焼ガスは、２次空気２５や流動空気のバイパス空気２３と混合して、燃焼するが、その際、撹拌、滞留時間、高温の３つのファクターが維持されなくては焼却炉内での完全燃焼は促進されない。流動空気量が過剰な場合、撹拌効果や滞留時間を十分に確保できないために、排ガスＣＯやダイオキシン類等の有害物質が排出される恐れがある。このため、厚生省のガイドライン規制値を厳守できずに、その地域に社会的、衛生的に大きな損害を与えることになる可能性がある。
【００３０】■流動空気量が過少に投入される場合逆に、流動空気量を過少に投入すると、前述のように、排ガスＣＯやダイオキシン類等の有害物質の排出抑制には効果が大きいが、砂の流動化が阻害され、不燃物の堆積が進行してしまうという恐れがある。
【００３１】■流動空気量の適正範囲内での管理従来、フレームレベルの頻度や排ガスＣＯのピーク回数の状況に応じて、流動空気バイパスダンパ２４の開度を、オペレータが図１０のテーブル１を調整して頻繁に行う必要があった。流動不良を回避して、排ガスＣＯを低減できる流動空気量（Ｎｍ3／ｈ）になるように、流動空気バイパスダンパ２４の開度（％）を調整していた。単位が％である流動空気バイパスダンパ２４の開度を調整しながら、単位Ｎｍ3／ｈの流量を調整する作業は非常に困難であり、かつ調整に必要な設定値も多く、設定ミスによる不適切な焼却運転を行ってしまうという危険性を孕んでいた。
【００３２】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、従来の燃焼制御を改善し、流動床部の流動不良を回避しながら、且つ排ガス性状を改善、維持させるようなバランスを保持した運転を継続させることができる流動床焼却炉における燃焼制御方法を提供することを目的とする。
【００３３】また、本発明は従来の燃焼制御方法を改善し、上記■乃至■の３点より、流動空気量を数値で管理することにより、その管理値の範囲内において、従来の燃焼制御方法が実現できる流動床焼却炉における燃焼制御方法を提供することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、炉内の燃焼量を検知する手段を具備し、燃焼量が所定量以上の場合に流動空気量を低減させると共に、流動床上部に吹き込む空気量を増加させることにより、燃焼量を所定量に維持する流動床焼却炉における燃焼制御方法において、流動空気量が予め設定した最小・最大流量を常に維持できるように流動空気量を制御する流動空気量数値制御を行うことを特徴とする。
【００３５】また、請求項２に記載の発明は、炉内の燃焼量を検知する手段を具備し、燃焼量が所定量以上の場合に流動空気量を低減させると共に、流動床上部に吹き込む空気量を増加させることにより、燃焼量を所定量に維持する流動床焼却炉における燃焼制御方法において、該燃焼量が所定の燃焼量より多い焼却物が炉内に投入される頻度が多い場合に、流動不良を起さない範囲で空気量を減らすように流動空気量を制御する流動空気量頻度制御を行うことを特徴とする。
【００３６】また、請求項３に記載の発明は、炉内の燃焼量を検知する手段を具備し、燃焼量が所定量以上の場合に流動空気量を低減させると共に、流動床上部に吹き込む空気量を増加させることにより、燃焼量を所定量に維持する流動床焼却炉における燃焼制御方法において、流動空気量が予め設定した最小・最大流量を常に維持できるように流動空気量を制御する流動空気量数値制御を行うと共に、燃焼量が所定の燃焼量より多い焼却物が炉内に投入される頻度が多い場合に、流動不良を起さない範囲で空気量を減らすように流動空気量を制御する流動空気量頻度制御を行うことを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を説明する。本発明は上記従来の流動床焼却炉における燃焼制御方法に求められる機能を燃焼制御に対するプロセスの要求事項を抽出し、制御の考え方を具体化し、制御ロジックを構築して流動床焼却炉における燃焼制御方法を構成したものである。
【００３８】プロセスの要求事項図８の流動床焼却炉１０において、流動空気量を制御することは、流動床部１５の燃焼速度を制御することであり、これにより、一度に大量の焼却物が投入されても、その燃焼速度、即ちガス化速度を緩慢化することが可能となった。これにより、流動床部１５からの未燃焼ガスに２次空気２５やバイパス空気２３等の燃焼空気を供給して、限られたフリーボード部１６の容積内で、完全燃焼を実現させることができ、流動床焼却炉１０における排ガスＣＯやダイオキシン類の有害物質の排出抑制技術を確実なものとした。燃焼速度が速いことに多くの利点を持つ流動床焼却炉であるが、本発明の燃焼制御により、燃焼速度の速さによる欠点と考えられていた排ガス性状の問題をクリアすることができた。
【００３９】一方、これを実現させる流動空気量の設定、管理が難しく、特に流動不良による焼却運転の停止が一番の懸案事項であった。以下の２点について、上記従来の燃焼速度制御方法における問題点が顕在化してきた。
【００４０】ａ）フレームレベルのピークの検出頻度により、流動空気バイパスダンパ２４の開度を大きくすると、その頻度が少ない場合には流動不良等の問題が起りにくいが、その頻度が多くなると、流動空気量が著しく減少する頻度も多くなり、流動不良の危険性が常に存在することになる。これを回避できるような、即ちフレームレベルが頻繁に大きくなり、流動空気バイパスダンパ２４の開度が頻繁に大きくなる場合には、排ガスＣＯの排出抑制を徹底的に厳守するのではなく、ある程度、流動床部１５の流動不良に陥らないようにバランスを保持して、自動的に流動化を活発にさせる制御、即ち流動空気量頻度制御が求められていた。
【００４１】ｂ）フレームレベルの検出に従い、流動空気量は変動しているが、その空気量の上限値や下限値を数値で設定することで管理することが求められていた。フレームレベルが大きくなったときは、流動空気バイパスダンパ２４を開けて、流動空気量を低減して、流動床部１５の燃焼速度が緩慢化する。このとき流動空気量は、設定値で与えられた最小流動化流量を確実に保持されることが不可欠である。流動空気量を数値により管理できないと、設定値の設定ミス等により流動不良を引き起こす可能性がある。これを確実に回避するために、最大流動空気量と最小流動空気量の設定が可能な制御が要求されていた。また、従来の制御で適用していた流動床部１５の流動層温度による、流動空気バイパスダンパ２４の上・下限値の自動制御も満足すること、即ち流動空気量数値管理制御が求められていた。
【００４２】上記要求事項ａ）、ｂ）に基づいて、各々独立した制御ロジックを作成する。プロセス上の矛盾がなく、機能を満足できる制御フローを構築する。図１は本発明の流動空気量頻度制御のロジック（破線で囲んだ部分）を具備する燃焼制御方法の制御フローを示す図である。本燃焼制御方法は、図１０に示す従来の燃焼制御方法の制御フローに、流動空気量の頻度を制御する機能を追加する過程で、フレームレベルからバイパスダンパまでのラインに流動空気バイパスダンパ２４の開度が大きくなったこと（流動空気量が低減したこと）を示す信号を追加する。但し、本燃焼制御は長期的に問題となるであろう流動不良を解消することが目的であるので、この信号が緩慢に、且つ長期にわたり、あるスパン内に確実に動作することを確認する必要がある。
【００４３】その後に、フレームレベルからこの信号の値を減算するような制御ロジックを構築する。従来、使用していたテーブル機能（フレームレベルをＸ軸に、このテーブルの出力をＹ軸に設定した、設定パラメータが２０近くもある折れ線の機能）ではパラメータの設定の煩雑さ、わかりにくさ等もあるため、これを使用しない方向で制御の構築を行う。
【００４４】図２は本発明の流動空気量数値管理制御ロジック（破線で囲んだ部分）を具備する燃焼制御方法の制御フロー構成を示す図である。本燃焼制御方法においては、流動空気バイパスダンパ２４の上限値、下限値に、フレームレベルによらず、予め設定した最大・最小の流動空気量を示すように、上・下限値を変動させる制御を構築する。この際、流動空気バイパスダンパ２４の開度の変化から実際の流動空気の変化までは時間遅れが存在することに注意を要する。また、上・下限値の単位％と流動空気量Ｎｍ3／ｈに留意する。また、本燃焼制御方法では、流動床部１５の流動層温度の制御も加味する。以下、流動空気量頻度制御と流動空気量数値管理制御について図３、図４、図５及び図６を参照しながら説明する。
【００４５】〔流動空気量頻度制御〕図１において、流動空気バイパスダンパ２４の開度（操作出力値ＭＶ、０〜１００％）（図３（ａ）参照）とその上限値ＭＨ（０〜１００％）（図３（ｃ）参照）、下限値ＭＬ（０〜１００％）（図３（ｄ）参照）で、操作出力値（流動空気バイパスダンパの開度値）ＭＶの開度頻度を算出する。但し、フレームレベルが図３（ｂ）に示すように変化するものとする。割算器１の演算では、ある時間当たりの（ＭＶ−ＭＬ）÷（ＭＨ−ＭＬ）×１００％、即ち図３（ｅ）の中の領域Ｃの領域Ｄに対する（ある設定時間Ｔ当たりの）割合を算出している。
【００４６】上記割合が大きい時は、流動空気バイパスダンパ２４の開度が大きくなる時間が長いことを示しており、流動床部１５への供給される流動空気量が低減傾向にあることが推測できる。また、逆にこの割合が小さい時は、流動バイパスダンパ２４は殆ど閉じており、流動床部１５には十分な流動空気が供給されており、流動不良の心配が少ないことが予測できる。
【００４７】この割合を演算器ＰＩＤ１の入力（ＰＶ：プロセス値、図４（ｆ）参照）として、演算器ＰＩＤ１の設定値ＳＰに近づくように、演算器ＰＩＤ１は図４（ｇ）に示すような演算値を出力する。前述したように、流動空気バイパスダンパ２４の開度から、その頻度を確実に抽出できるように演算器ＰＩＤ１による制御を採用した。この演算器ＰＩＤ１の出力値を図４（ｈ）に示すようにフレームセンサ２８の出力値（フレームレベル）から減算する。
【００４８】この減算の前後に上下限設定やゲインを追加する。最終的に、流動空気バイパスダンパ２４は図４（ｉ）に示すように、フレームレベルのピーク頻度が高いときは演算器ＰＩＤ１の出力は大きくなり、この演算値分を差し引いた値をその開度とし、図４（ｊ）に示すように流動空気量が極端に低減しないような形で、図４（ｉ）の領域Ｅに示すように、燃焼制御を継続させる。
【００４９】本制御ブロックの出力値の各プロセス値との相関を示すと以下の通りとなる。
⇒フレームレベルが大きくなる。
⇒流動空気バイパスダンパ２４の開度が大きくなる。
⇒大きいフレームレベルが長く続くと除々に割算器１の出力が大きくなる。
⇒演算器ＰＩＤ１の入力ＰＶが大きくなる。
⇒演算器ＰＩＤ１の設定値ＳＰは一定なので該演算器ＰＩＤ１の出力が大きくなる。
【００５０】⇒減算器１の出力は（フレームレベル）−（演算器ＰＩＤ１の出力）なのでフレームレベルより小さい値が出力される。
⇒減算器１の演算値が流動空気バイパスダンパ２４の開度を決定する。但し、上・下限値はリミット関与しない。
⇒流動空気バイパスダンパ２４の開度が小さくなる。
⇒バイパス空気量が減少して、流動床部１５へ供給される流動空気量が増えてくる。
⇒燃焼制御による流動化を緩和にした運転を行い、排ガスＣＯなどの未燃焼ガスの排出を抑制して、且つ流動不良を回避しうる制御を実現できる。
【００５１】このように、本制御ロジックにより、ごみの質又は量の変動によりフレームレベルのピーク頻度が多くなるような場合でも、次第に演算器ＰＩＤ１の出力が大きくなり、フレームレベルから演算器ＰＩＤ１出力値分を差し引いた値が流動空気バイパスダンパ２４の開度となるので、フレームレベルのピークが生じても、流動空気の低減の割合が小さくなり、流動不良の回避及び活発な流動化を促進する。これにより、上記従来の流動床焼却炉における燃焼制御方法を補完する。
【００５２】次に制御調整内容を説明する。割算器１で、ある時間内における（流動空気バイパスダンパ開度ＭＶ−下限値ＭＬ）÷（上限値ＭＨ−下限値ＭＬ）
の演算（入出力は０〜１００％）を実施する。この割算器１の出力が大きい場合、流動空気バイパスダンパ２４の開度も大きく、流動空気量が低減傾向にあることを示す。この出力が演算器ＰＩＤ１の入力ＰＶとなる。該演算器ＰＩＤ１において、動作方向は正動作で、入力ＰＶが大きくなれば出力も大きくなる。演算器ＰＩＤ１の出力も０〜１００％である。演算器ＰＩＤ１の出力値は緩慢に動作するように設定する。次に、ゲイン器１で演算器ＰＩＤ１出力値×ゲイン器１のゲイン（０〜１００％）÷１００の演算を行う。
【００５３】この後に上・下限値を設定する。本制御の出力値は減算器１でフレームレベルから減算される。即ち、フレームレベルのピークの出現回数（頻度）が多ければ、本制御の出力値も大きくなり、フレームレベルからの出力値を減算しているので、流動空気バイパスダンパ２４の開度が大きい状態を継続することを回避できる。
【００５４】調整においても、演算器ＰＩＤ１の設定値ＳＰを１回調整すれば、燃焼状態の変化等によるフレームレベルの変化があっても、これに適応するように演算器ＰＩＤ１の出力値が演算されるので、上記従来の燃焼制御方法のテーブル１（フレームレベルと流動空気バイパスダンパ開度の折れ線テーブル）（図１０参照）等の設定値の頻繁な調整を必要としない。
【００５５】〔流動空気量数値管理制御〕図２において、流動床焼却炉内から焼却物が投入される時の流動空気バイパスダンパ２４の開度ＭＶ及びフレームレベル、流動空気量の経時変化を図５（ａ）〜（ｃ）に示す。ここで、本流動空気量数値管理制御の目的である最大・最小流動空気量を規定する。図５（ａ）〜（ｃ）のポイントＡが示すように、フレームレベルが大きくなり、流動空気バイパスダンパ２４の開度も大きくなり、流動空気量が低減する場合の流動空気量を最小流動空気量とする。反対に、ポイントＢに示すように、フレームレベルが小さく、流動空気バイパスダンパ２４の開度が小さい時の流動空気量を最大流動空気量とする。
【００５６】最小流動空気量を規定する流動空気バイパスダンパ２４の上限値や、最大流動空気量を規定する流動空気バイパスダンパ２４の下限値を、本流動空気量数値管理制御で自動的に調整することで、最大および最小の流動空気量の設定値（最大流動空気量値ＳＶと最小流動空気量値ＳＶ）に近づくような制御を行う。
【００５７】最小流動空気量の流量空気バイパスダンパ２４の上限値を決定する制御ロジックを説明する。先ず、流動空気量が最小となる条件を列記すると、本制御、即ち燃焼制御がＯＮとなっており（条件■）、フレームレベルのピークにより流動空気バイパスダンパ２４が上限値にはりついた（流動空気バイパスダンパ２４の出力値＝上限値パラメータ値の）状態がある程度の時間継続しているときに、流動空気量が最小となっている（条件■）。また、これらの条件下において、現在の流動空気量と最小流動空気量値ＳＶの比較でその差が大きいときに（条件■）、流動空気量数値管理制御がＯＮとなり（条件■）、流動空気バイパスダンパ２４が上限値を示すときの流動空気量を最小又は最大流動空気量値ＳＶに近づけるように、除々にこの上限値を変動させる制御を実施する。
【００５８】本制御では、図２に示すように、前述の流動空気量頻度制御を考慮した上限値１及び下限値１の制御を行い、流動空気量の最大値及び最小値を保持させる制御である。ここでは、最小流動空気量を決定する上限値１を制御する際の制御フローを説明する。
【００５９】先ず、減算器２で流動空気量から最小流動空気量値ＳＶを減算（図５（ｄ），（ｅ）参照）、この絶対値がある設定値１より大きくなると、条件■がＯＮとなる（図５（ｅ）参照）。また、減算器３で流動空気バイパスダンパ２４の開度から現在の上限値ＭＨを減算し（図５（ｆ），（ｇ）参照）、この絶対値がある設定値２より小さくなると、条件■がＯＮとなる（図５（ｇ）参照）。但し、この際、流動空気バイパスダンパ２４の開度の変化後、時間遅れを生じて流動空気量が変化することを考慮する（図６（ｈ）参照）。
【００６０】また、燃焼制御ＯＮの条件■を加えて（図５（ａ）参照）、条件■〜■の全てを満足した時、条件■がＯＮとなり（図６（ｉ）のＰ部参照）、この時減算器の出力（図６（ｉ）参照）にゲイン器２のゲインをかける（図６（ｊ）参照）。但し、条件■がＯＦＦの時は、ゲイン器２の出力は０％となる。この出力値は、加算器１に入力され、前回の出力値に加算されることで、積分を実行している（図６（ｋ）参照）。この加算器１は、燃焼速度制御がＯＦＦ時には常時０％で、ＯＦＦ→ＯＮ時に初期値が入力され（図６（ｋ）のＷ部参照）、本制御が開始される。
【００６１】実際の上限値の補正は、図６（ｋ）のＹ部において条件が満足すると、流動空気量が最小流動空気量値ＳＶより小さい場合は（図６（ｍ）のＸ部参照）、上限値を除々に低く設定し（図６（ｋ）、（ｌ）のＸ部参照）、逆に流動空気量が最小流動空気量値ＳＶより大きい場合は（図６（ｍ）のＹ部参照）、高く設定される（図６（ｋ）、（ｌ）のＹ部参照）。これらを繰り返すことにより、予め設定した最小流動空気量値ＳＶ（Ｎｍ3／ｈ）を示すような上限値（％）を採るように制御される（図６（ｋ）、（ｌ）、（ｍ）のＺ部参照）。
【００６２】また、この後のローセレクトでは、従来の燃焼制御方法における炉床温度制御の出力と、上記の流動空気量数値管理制御の出力の低い値のほうを選択する制御である。最終的な流動空気バイパスダンパ２４の開度と流動空気の経時変化を図６（ｌ）、（ｍ）に示す。一方、最大流動空気量のケースも同様に下限値を自動的に変動させて、流動空気量の最大値を常時確保できるような制御を行う。
【００６３】次に制御調整内容の説明をする。現在の流動空気量と最小流動空気量値ＳＶ（流動空気バイパスダンパ２４の上限値１を決定する空気量）の差を求める減算を減算器２で行う。この差の絶対値１が設定値１より大きい場合、条件■が成立する。また、流動空気バイパスダンパ２４の開度ＭＶと現在の上限値ＭＨの差を減算器３で行いこの該差の絶対値２が設定値２より小さい場合、条件■が成立する。但し、条件■は、時間遅れを考慮している。これは、流動空気バイパスダンパ２４の開度が変化して、流動空気が変化するのに、ある程度の時間遅れが生じるためである。
【００６４】図２の中のＡＮＤは、上記の条件■、■に加えて条件■（燃焼制御ＯＮ時）の全ての条件が成立すると、出力がＯＮとなり条件■が成立する。該条件■が成立すると、ゲイン器２で減算器２の出力値×ゲイン器２のゲイン（０〜１００％）÷１００の演算を行う。条件■が成立しない場合のゲイン器２の出力は０％となる。条件■が成立し、流動空気量が設定した最小流動空気量値ＳＶまで低減しない場合は、減算器２の出力はプラス値となるので、ゲイン器２の出力もプラス値となる。逆に流動空気量が低減しすぎて、最小流動空気量値ＳＶを下回った場合は、ゲイン器２の出力はマイナス値となる。
【００６５】次の加算器１では、燃焼制御がＯＦＦ時０％を出力する。ＯＦＦ→ＯＮで初期値を１回出力する。この値をベースに加算器１で前述したプラス値やマイナス値を加算する。条件■では、加算器１に入力される値はプラス値なので、除々にその出力が大きくなり、上限値１を高く設定するようになる。これにより、更に流動空気バイパスダンパ２４の開度が大きくなり、流動空気量がより低減されて、最小流動空気量値ＳＶに近づく。
【００６６】条件■では加算器１に入力される値はマイナス値なので、除々にその出力は小さくなり、上限値を低く設定するようになり、流動空気バイパスダンパ２４の開度は小さくなり、流動空気量が低減せずに、最小流動空気量値ＳＶに近づく。また、炉床温度との関連性は、従来の燃焼制御方法で説明したように、炉床温度が下がれば流動不良を回避するために流動空気バイパスダンパ２４の開度は小さくする制御を適用している。但し、炉床温度制御出力と流動空気量数値管理制御の出力の選択は、ローセレクトにより、いずれかの低い値を上限値１の設定値となるように制御している。
【００６７】これは通常時は後者の制御値をもって燃焼速度制御を行い、燃焼状態の変動や１次空気量の設定変更にも、設定した最小・最大流動空気量の数値による管理・制御を確実に実施するためで、異常時（炉床温度が何らかの原因により下がってしまう場合）にのみ前者の出力値による制御がかかるようにするためのものである。テーブル２（図１０参照）の６２０℃以上の出力値は、流動空気量数値管理制御の出力より大きい値となるように設定している（６００℃以下では０％出力）。
【００６８】上記の最小流動空気量値ＳＶにより上限値１を設定する制御と同様に、最大流動空気量値ＳＶによる下限値１の設定を行っている。本制御の調整において、絶対値１、２の設定値１、２とゲイン器２のゲインの適切な設定が不可欠となるが、これらを調整、設定すれば、その後の燃焼状態の変化、流動空気量の変動にも十分対処できるような制御ロジックとなっている。また、状態により、最小流動空気量値ＳＶに収束する時間に差異があらわれる可能性はあるが、本制御は、流動空気量頻度制御と同様、制御性の速い燃焼制御の長期間にわたるずれを補正する制御であり、緩慢な制御性を特徴としているので、制御に要する時間については、適切な設定を実施すれば、その問題は顕在化しない。
【００６９】図７は本発明の燃焼制御方法と従来の燃焼制御によるフレームレベルの経時変化に対する流動空気バイパスダンパ２４の開度及び流動空気量の経時変化を示す図である。図７（ａ）はフレームレベルの経時変化を、図７（ｂ）及び（ｃ）は各々従来の流動空気量制御の流動空気バイパスダンパの開度及び流動空気量を示す。これによると、フレームレベルに従って図７（ｂ）に示すように流動空気バイパスダンパの開度が変動して最小流動空気量値ＳＶ以下になる時間も長く、流動空気量の低減度合いも大きく、流動不良となる可能性が高い。
【００７０】これに対して、図７（ｄ）及び（ｅ）は本発明の流動空気量頻度制御、流動空気量数値管理制御の結果による流動バイパスダンパの開度及び流動空気量の経時変化を示す。図示するように、図７（ｄ）のＦ、Ｇ領域において、流動空気量数値管理制御が作用して、その上限値が低くなり、流動空気量が最小流動空気量値ＳＶに近づくように制御される。また、領域Ｈでは、流動空気量頻度制御により、フレームレベルのピーク頻度が多いため、流動空気バイパスダンパの開度を閉方向に制御し、流動空気量が低減し過ぎないように制御されている。
【００７１】
【発明の効果】上記のように本発明によれば、従来の燃焼量が所定量以上の場合に流動空気量を低減させると共に、流動床上部に吹き込む空気量を増加させることにより、燃焼量を所定量に維持する流動床焼却炉における燃焼制御方法に、流動空気量が予め設定した最小・最大流量を常に維持できるように流動空気量を制御する流動空気量数値制御及び／又は燃焼量が所定の燃焼量より多い焼却物が炉内に投入される頻度が多い場合に、流動不良を起さない範囲で空気量を減らすように流動空気量を制御する流動空気量頻度制御を採用するので、未燃焼物の排出を抑制しながら、流動床部の流動媒体の流動不良を回避し得る燃焼制御を実現できるという優れた効果が得られる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００２３９
【氏名又は名称】株式会社荏原製作所
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）９月２２日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】熊谷 隆 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−９４２２５ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２７５０６７ |
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