| 【発明の名称】 |
流動床焼却炉の燃焼制御方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】前阪 進二
【氏名】宮本 博司
【氏名】鳥居 寛章
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| 【要約】 |
【課題】被燃焼物の性状にかかわらず、排ガス中の有害物質の排出量を抑制することができる流動床焼却炉の燃焼制御方法を提供する。
【解決手段】本方法では、排ガス出口２からの排ガス中の酸素濃度に基づいて、流動層３の下部に形成された風箱４に供給する一次空気と、流動層３の上部に形成されたフリーボード５に供給する二次空気との総燃焼用空気量を補正しつつ、一次空気と二次空気との空気配分比、および、流動層３に供給する補助燃料量を制御するに際し、流動床温度に基づいて空気配分比を制御するとともに、フリーボード温度に基づいて補助燃料量を制御するため、被燃焼物の性状にかかわらず、排ガス中の有害物質の排出量を抑制することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 炉出口からの排ガス中の酸素濃度に基づいて流動層下部に供給する一次空気と流動層上部に形成されたフリーボードに供給する二次空気との総燃焼用空気量を補正しつつ、一次空気と二次空気との空気配分比、および、流動層に供給する補助燃料量を制御する流動床焼却炉の燃焼制御方法において、流動層温度に基づいて上記空気配分比を制御するとともに、フリーボード温度に基づいて上記補助燃料量を制御することを特徴とする流動床焼却炉の燃焼制御方法。
【請求項２】 上記流動層温度が設定温度よりも低い場合は、一次空気量が多くかつ二次空気量が少なくなるように上記空気配分比を制御し、上記流動層温度が設定温度よりも高い場合は、一次空気量が少なくかつ二次空気量が多くなるように上記空気配分比を制御してなることを特徴とする請求項１記載の流動床焼却炉の燃焼制御方法。
【請求項３】 上記フリーボード温度が設定温度よりも低い場合は、上記補助燃料を供給し、上記フリーボード温度が設定温度よりも高い場合は、上記補助燃料の供給を停止してなることを特徴とする請求項１または２記載の流動床焼却炉の燃焼制御方法。
【請求項４】 上記流動層温度に対する設定温度が約７５０℃〜約８００℃である請求項３記載の流動床焼却炉の燃焼制御方法。
【請求項５】 上記フリーボード温度に対する設定温度が約８２０℃〜約１０００℃である請求項３または４記載の流動床焼却炉の燃焼制御方法。
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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、流動床焼却炉の燃焼制御方法に関するものであり、特に下水汚泥等の比較的発熱量の低い被燃焼物を燃焼する流動床焼却炉の燃焼制御方法に好適である。
【０００２】
【従来の技術】下水汚泥等の比較的発熱量の低い被燃焼物を効率よく燃焼させる焼却装置としては、流動床焼却炉が広く用いられている。一般的な流動床焼却炉では、炉内に投入された被燃焼物を解砕・ガス化させるための流動層と、この流動層の上部に形成され発生したガスを燃焼させる燃焼室であるフリーボードを備えている。そして、例えば流動層に風箱からノズルを介して流動・燃焼用空気を吹き込んで、流動層を構成する砂等の流動媒体を流動させ、流動媒体の流動とその優れた伝熱特性とを利用して被焼却物を解砕・ガス化させるとともに、発生したガスをフリーボードで燃焼させて排ガス出口から排出するようになっている。なお、下水汚泥は比較的発熱量が低いので、炉内温度維持のために補助燃料を供給する場合が多い。このような流動床焼却炉の排ガス中には、種々の有害ガス、例えば一酸化炭素（ＣＯ），アンモニア（ＮＨ３），シアン（ＨＣＮ），亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）等の未燃焼ガスや、窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれているので、できる限りこのような有害ガスの排出量を減少させる必要がある。このため、例えば特開平１０−２３２０１４号公報に開示された従来の流動床焼却炉では、以下のような工夫が施されている。
【０００３】図３に示すように、この従来の流動床焼却炉５１では、炉上部の投入口５２から投入された汚泥ケーキ等の被燃焼物を燃焼する際、炉出口５３からの排気ガス中の酸素濃度が予め設定された濃度になるように流動層５４の下部の風箱５５に供給する一次空気と流動層５４の上部に形成されたフリーボード５６に供給する二次空気との総燃焼用空気量を補正しつつ、一次空気と二次空気との空気配分比、および、流動層５４に供給する補助燃料量を制御している。具体的には、フリーボード５６の温度が予め設定された温度よりも低い場合は、一次空気量が少なくかつ二次空気量が多くなるように空気配分比を補正し、それでも設定温度まで上昇しない場合には、フリーボード５６に設定した再燃バーナ５７に補助燃料を供給するように構成されている。また、流動層５４の温度は予め設定された温度になるように流動層５４に重油等の補助燃料を供給するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的な流動床焼却炉においては、有害物質であるＣＯ等の未燃焼ガスやＮＯｘの排出量を抑制するためには、排ガス中の酸素濃度を適正な濃度に維持するとともに、フリーボードの温度を８５０℃程度に維持しかつ流動層の温度を７５０〜８００℃程度に維持する必要がある。
【０００５】上記従来の流動床焼却炉５１では、総燃焼用空気量を補正することにより、排ガス中の酸素濃度を適正範囲に維持し、一次空気と二次空気との空気配分比、および、フリーボード用の再燃バーナ５７に供給される補助燃料量の制御によって、フリーボード５６の温度を８５０℃程度に維持することができるため、ＣＯ等の未燃焼ガスの発生は抑えることができた。しかし、上記従来の流動床焼却炉５１では、被焼却物の発熱量が通常よりも高い場合、次のような問題がある。すなわち、流動層５４に供給する補助燃料の増減によってのみ流動層５４の温度を制御しているため、被焼却物が補助燃料を供給しなくても流動層５４の温度が設定温度以上となるような高い発熱量を有するものである場合、流動層５４の温度は制御不可能となる。また、こうした状況下では、フリーボード５６の温度が予め設定された温度以上になった場合には一次空気量が増加し、それに伴い、流動層５４内での被燃焼物の燃焼率が増加することにより流動層５４の温度が８００℃以上に上昇し、ＮＯｘが発生し易くなる。
【０００６】本発明は、このような従来の技術における課題を解決するために、被燃焼物の性状にかかわらず、流動層温度とフリーボード温度の双方を適正に制御して、排ガス中の有害物質であるＣＯ等の未燃焼ガスのみならず、ＮＯｘの排出量をも抑制することができる流動床焼却炉の燃焼制御方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために本発明は，炉出口からの排ガス中の酸素濃度に基づいて流動層下部に供給する一次空気と流動層上部に形成されたフリーボードに供給する二次空気との総燃焼用空気量を補正しつつ、一次空気と二次空気との空気配分比、および、流動層に供給する補助燃料量を制御する流動床焼却炉の燃焼制御方法において、流動層温度に基づいて上記空気配分比を制御するとともに、フリーボード温度に基づいて上記補助燃料量を制御することを特徴とする流動床焼却炉の燃焼制御方法として構成されている。
【０００８】このような構成によれば、総燃焼用空気量が補正されることにより、排ガス中の酸素濃度が適正範囲に維持され、流動層温度に基づいて空気配分比が制御されるため、被焼却物の発熱量が通常よりも高い場合でも、流動層温度は制御可能であり、流動層内での被燃焼物の燃焼率の増加を抑えてＮＯｘの発生を阻止することができる。これと同時に、フリーボード温度に基づいて上記補助燃料量が制御されるため、被焼却物の発熱量が通常よりも低い場合でも、フリーボード温度を適正範囲に維持して、ＣＯ等の未燃焼ガスの発生をも抑えることができる。その結果、被燃焼物の性状にかかわらず、流動層温度とフリーボード温度の双方を適正に制御して、排ガス中の有害物質であるＣＯ等の未燃焼ガスのみならず、ＮＯｘの排出量をも抑制することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここに、図１は本発明の実施の形態に係る流動床焼却炉の燃焼制御方法を適用可能な装置の制御系統図、図２は一次空気比と流動層温度との関係を示す説明図である。
【００１０】図１に示すように、実施の形態に係る流動床焼却炉１の燃焼制御方法（以下、「本方法」という。）は、炉上部の投入口２ａから投入された汚泥ケーキ等の被燃焼物を燃焼する際、排ガス出口２からの排ガス中の酸素濃度に基づいて、流動層３の下部に形成された風箱４に供給する一次空気と、流動層３の上部に形成されたフリーボード５に供給する二次空気との総燃焼用空気量を補正しつつ、一次空気と二次空気との空気配分比、および、流動層３に供給する補助燃料量を制御する点では従来例と同様である。しかし、本方法では、流動層温度に基づいて空気配分比を制御するとともに、フリーボード温度に基づいて補助燃料量を制御する点で従来例と異なる。本方法は、例えば以下のような装置構成によって具現化される。
【００１１】図１に示すように、流動床焼却炉１は、上記したような排ガス出口２，流動層３，風箱４，フリーボード５等からなっている。このうち、風箱４には、流動・燃焼用空気を供給する一次空気供給管６が連通している。風箱４の上部に形成された流動層３には、重油等の補助燃料の供給量を制御する補助燃料調節弁７が介装された補助燃料供給管８が連通している。流動層３の上部に形成されたフリーボード５には、二次空気量を制御する二次空気流量調節弁９が介装された二次空気供給管１０が連通しており、流動層３において解砕・ガス化された被焼却物をここで燃焼させる。フリーボード５の上部において開口された排ガス出口２には、排ガスを炉外へ排出するための排ガスダクト１１が連通している。
【００１２】排ガスダクト１１から排出される排ガスは、例えば空気供給ダクト１２を介して風箱４とフリーボード５に供給される燃焼用空気を加熱する図に記載していない空気予熱器，集塵装置等を経由して煙突から大気中に放出させるようになっている。また、風箱４に連通する一次空気供給管６とフリーボード５に連通する二次空気供給管１０には、燃焼空気量調節弁１３とブロワ１４が介装された空気供給ダクト１２から燃焼用空気（一次空気および二次空気）が供給されるようになっている。なお、二次空気は、上記したような空気予熱器等により予熱したものを用いるのが望ましい。これは、下水汚泥等の被燃焼物では、流動層３にて発生するガスの発熱量が低いため、常温の二次空気を吹き込むとフリーボード５の温度低下を引き起こすが、高温空気を用いることにより、この温度低下を防止するとともに、空気の膨張によって吹き込み流速を上昇させ、炉内のガスの混合能力を高めることが可能となるからである。また、一次空気も予熱したものを用いるのが、熱効率や排熱利用の点から望ましい。
【００１３】この流動床焼却炉１まわりの温度制御系は、図１に示すように、総燃焼用空気量を補正するための燃焼空気流量調節計１５，フリーボード温度に基づいて補助燃料量を制御するためのフリーボード温度調節計１６，流動層温度に基づいて空気配分比を設定するための空気配分比設定器１７，空気配分比の設定値に基づいて二次空気流量を制御するための二次空気流量調節計１８等の各種調節器等からなっている。そして、この温度制御系は、以下のように動作することにより、本方法を実行する。すなわち、燃焼空気流量調節計１５には、一次空気供給管６と二次空気供給管１０に燃焼用空気を供給する空気供給ダクト１２の総燃焼用空気量を検出する燃焼空気流量検出器１９からの総燃焼用空気量と、排ガスダクト１１の排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度計２０からの酸素濃度とが入力される。これらの総燃焼用空気量と酸素濃度とが入力された燃焼空気流量調節計１５は、排ガス中の酸素濃度が予め設定された濃度範囲（乾ベースで５〜６％程度）になるように燃焼空気量調節弁１３の開度を制御する。
【００１４】フリーボード温度調節計１６には、フリーボード５の温度を検出するフリーボード温度計２１からのフリーボード温度が入力される。フリーボード温度が入力されたフリーボード温度調節計１６は、このフリーボード温度が予め設定された温度になるように補助燃料調節弁７の開度を制御する。なお、補助燃料調節弁７は被燃焼物の発熱量が低く、フリーボード温度が予め設定された温度に達しない場合には、フリーボード温度に応じて開弁されて流動層３に補助燃料を供給するが、この逆に被燃焼物の発熱量が高く、フリーボード温度が予め設定された温度以上になる場合には、閉弁されて流動層３への補助燃料の供給を停止させ、その状態を維持する。
【００１５】さらに、空気配分比設定器１７は、流動層温度計２２により検出された流動層温度と燃焼空気流量検出器１９からの総燃焼用空気量とに基づいて総燃焼用空気のうちの流動層３に供給すべき一次空気量とフリーボード５に供給すべき二次空気量の空気配分比を設定し、かつ、その空気配分比に応じた二次空気量の設定値を出力する。二次空気流量調節計１８には、空気配分比設定器１７からの二次空気流量設定値と、二次空気供給管１０の二次空気量を検出する二次空気流量検出器２３からの二次空気量が入力される。これらの二次空気流量設定値と二次空気量とが入力された二次空気流量調節計１８は、二次空気量が空気配分比設定器１７により設定された二次空気流量設定値になるように二次空気流量調節弁９の開度を制御する。空気配分比設定器１７は、流動層温度に基づいて空気供給ダクト１２から供給される総燃焼用空気に対する一次空気と二次空気の空気配分比を設定するものである。すなわち、この空気配分比設定器１７は、流動層温度が予め設定された温度に達していない場合には、この流動層温度に応じて一次空気量が多くかつ二次空気量が少なくなるように空気配分比を設定し、予め設定された温度以上の場合には、一次空気量が少なくかつ二次空気量が多くなるように空気配分比を設定する。
【００１６】ところで、ＣＯ等の有害な未燃焼ガスの発生を抑制するためには、排ガス中の酸素濃度を乾ベースで５〜６％程度、すなわち、総燃焼用空気量の理論空気量に対する空気比で１．３〜１．４程度の適正範囲に維持し続けるとともに、流動層温度を７５０℃程度以上でかつフリーボード温度を８５０℃程度に維持することが必要である。また、ＮＯｘの発生を抑制するためには流動層温度を８００℃程度以下に維持することが必要である。ただし、空気比で１．３〜１．４に相当する燃焼用空気をすべて一次空気として風箱４に供給したのでは、たとえＣＯ等の未燃焼ガスの発生を抑制できたとしても、流動層温度が８００℃以上になってしまうためＮＯｘの発生を抑制することが困難となる。また、被燃焼物の発熱量が高い場合は、一次空気量の理論空気量に対する一次空気比が１．２程度であっても流動層温度が８００℃以上となり、ＮＯｘの発生を抑制しにくくなる。
【００１７】図２は一次空気比と流動層温度との関係を示しているが、同図によれば流動層温度は一次空気比が約１．３で最高となり、その前後では低くなる。これは１．３以下では流動層３での被燃焼物の燃焼率が抑制されたためで、１．３以上では余剰空気によって冷却されたためであり、このことは一次空気比を制御することにより流動層温度を制御し得ることを示している。なお、二次空気量の理論空気量に対する二次空気比は、上記空気比から一次空気比を差し引いた値となるので、この二次空気比を制御することによっても流動層温度を制御し得ることはいうまでもない。一方、フリーボード温度は総空気量を一定に保った場合、一次空気比にかかわらず、ほぼ一定であることが分かっている。これにより、流動層３にて発生する未燃ガスがフリーボード５での二次空気の吹き込みによって十分燃焼できることが分かる。そこで、燃焼用空気を流動層温度が約７５０〜８００℃になるように空気配分比設定器１７により空気配分比を設定し、この設定値に基づいて二次空気流量調節計１８によって二次空気流量調節弁９の開度を制御し、二次空気供給管１０を介してフリーボード５に二次空気を分配供給する。図２に示した一次空気比と流動層温度との関係は、被焼却物の性状および補助燃料の供給量により多少数値が変わるものではあるが、その変化の前後でも上記したような傾向は維持されるので、被焼却物の発熱量にかかわらず流動層温度は７５０〜８００℃程度を維持することができるようになる。したがって、ＮＯｘの発生を十分に抑制することができる。
【００１８】もちろん、一次空気のみで流動層３を構成する流動媒体を安定的に流動させる必要があるので、一次空気量は流動層３における見かけのガス流速である空塔速度（Ｕ０）と、流動層３を構成する流動媒体が流動を開始する速度である流動化開始速度（Ｕｍｆ）との比（Ｕ０／Ｕｍｆ）が２程度以上でかつ５程度以下となるような範囲で増減される。なお、流動化開始速度（Ｕｍｆ）は流動層３を構成する流動媒体の性状によって変化するものである。
【００１９】また、フリーボード温度の上限値は、炉壁の健全性を維持するため１０００℃程度に抑えるのが望ましい。よって、フリーボード温度が８２０〜１０００℃程度の適正範囲に維持されるように流動層３に補助燃料が供給される。ここで、二次空気が吹き込まれると、ガスと空気が高温で十分に混合されるため、効率よく燃焼が進行する。したがって、ＣＯ等の有害な未燃焼ガスの発生も抑制することができる。また、酸素濃度計２０により検出される排ガス中の酸素濃度が一定に維持されるように燃焼空気流量調節計１５により燃焼空気流量調節弁１３の開度を制御する。
【００２０】以上により、本方法では、被燃焼物の性状や、補助燃料の供給量によって理論空気量が変化した場合でも、流動床焼却炉に供給される総燃焼用空気の空気配分比は一定に維持されるので、酸素不足による未燃焼ガスの発生、および、余剰空気の供給による炉内温度の低下を防止することができる。また、流動層温度に基づいて一次空気と二次空気との空気配分比が制御されるため、被焼却物の発熱量が通常よりも高い場合でも、流動層温度は制御可能であり、流動層内での被燃焼物の燃焼率の増加を抑えてＮＯｘの発生を阻止することができる。これと同時に、フリーボード温度に基づいて補助燃料量が制御されるため、被焼却物の発熱量が通常よりも低い場合でも、フリーボード温度を適正範囲に維持して、ＣＯ等の未燃焼ガスの発生をも抑えることができる。その結果、被燃焼物の性状にかかわらず、流動層温度とフリーボード温度の双方を適正に制御して、排ガス中の有害物質であるＣＯ等の未燃焼ガスのみならず、ＮＯｘの排出量をも抑制することができる。さらに、従来例におけるようなフリーボード用の再燃バーナを設置する必要がないので、コストダウンを図ることもできる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，被燃焼物の性状にかかわらず、流動層温度およびフリーボード温度の双方を適正に制御することができる。これにより、有害物質であるＣＯ等の未燃焼ガスの発生を抑制することができるのみならず、ＮＯｘの発生をも抑制することができる。また，従来例におけるようなフリーボード用の再燃バーナを設置する必要がないので、コストダウンを図ることもできる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９４０８７２７４
【氏名又は名称】神戸市
【識別番号】０００００１１９９
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
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| 【出願日】 |
平成１０年１０月２０日（１９９８．１０．２０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６７８２８
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 悦司 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１２１０２５（Ｐ２０００−１２１０２５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年４月２８日（２０００．４．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２９８７０７ |
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