| 【発明の名称】 |
燃焼制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】阿川 隆一
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| 【要約】 |
【課題】可燃性生成ガスの組成の変化による影響を受けることなく、安定した連続燃焼が可能で、容易に炉の出口温度を一定に保つことができる燃焼制御装置を提供する。
【解決手段】ガス化炉で生成された可燃性生成ガスをバーナ１１に供給する生成ガス供給管１２に、窓１５を設け、ラマン分光計１７に接続された光検出器１６を対向させる。バーナ制御部２６は、ラマン分光計からの組成分析結果に基づいて、生成ガスの燃焼に必要な空気量を求める。更に、バーナ制御部は、炉の出口温度から必要なＬＰＧ量を求めその燃焼に必要な空気量も求める。バーナ制御部は、求めたＬＰＧ量と生成ガス及びＬＰＧの燃焼に必要な空気量が、バーナに供給されるよう、コントロールバルブ２０，２３ａ，及び２３ｂを制御する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ガス化炉で生成された可燃性生成ガスと燃焼用空気とを混合して燃焼させるバーナの燃焼制御を行う燃焼制御装置において、前記可燃性生成ガスの組成を分析する分析手段を設け、該分析手段の分析結果に基づいて前記バーナの燃焼制御を行うようにしたことを特徴とする燃焼制御装置。
【請求項２】 前記分析手段が、ラマン分光計を含むことを特徴とする請求項１の燃焼制御装置。
【請求項３】 前記可燃性生成ガスを前記バーナに供給する生成ガス供給管に設けられ、前記可燃性生成ガスの流量及び圧力をそれぞれ検出する第１の流量検出手段及び第１の圧力検出手段と、前記燃焼用空気を前記バーナに供給する空気供給管に設けられ、前記燃焼用空気の流量を調節する第１の流量調節手段と、前記分析結果、前記第１の流量検出手段の検出結果、及び第１の圧力検出手段の検出結果に基づいて燃焼に必要な第１の空気量を求め、当該第１の空気量を前記バーナへ供給するように、前記第１の流量調節手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項１または２の燃焼制御装置。
【請求項４】 前記空気供給管に設けられ、前記燃焼用空気の流量及び圧力をそれぞれ検出する第２の流量検出手段及び第２の圧力検出手段を有し、前記制御手段が、前記第２の流量検出手段の検出結果及び前記第２の圧力検出手段の検出結果に基づいて、前記第１の空気量を前記バーナへ供給するように、前記第１の流量調節手段を制御するようにしたことを特徴とする請求項３の燃焼制御装置。
【請求項５】 所定の発熱量を得るために前記バーナに燃料ガスを供給する燃料ガス供給管に設けられ、前記燃料ガスの流量を調節する第２の流量調節手段と、前記バーナーによる発熱量を検出する発熱量検出手段とを有し、前記制御手段が、前記発熱量検出手段の検出結果に基づいて、前記所定の熱量を得るために必要な燃料ガスの量を求め、当該必要な燃料ガスの量を前記バーナへ供給するように、前記第２の流量調節手段を制御するとともに、当該燃料ガスの燃焼に必要な第２の空気量を求め、前記第１の空気量に前記第２の空気量を加えた量を前記バーナへ供給するように、前記第１の流量調節手段を制御するようにしたことを特徴とする請求項３または４の燃焼制御装置。
【請求項６】 前記燃料ガス供給管に設けられ、前記燃料ガスの流量及び圧力をそれぞれ検出する第３の流量検出手段及び第３の圧力検出手段を有し、前記制御手段が、前記第３の流量検出手段の検出結果及び前記第３の圧力検出手段の検出結果に基づいて、前記必要な燃料ガスの量を前記バーナへ供給するように、前記第２の流量調節手段を制御するようにしたことを特徴とする請求項５の燃焼制御装置。
【請求項７】 前記空気供給管として可燃性生成ガス用空気供給管及び燃料ガス用空気供給管が存在する場合に、第１の流量調節手段として前記可燃性生成ガス用空気供給管に設けられた生成ガス用空気流量調節手段と、前記燃料ガス用空気供給管に設けられた燃料ガス用空気流量調節手段とを有し、前記制御手段が、前記第１の空気量を前記バーナへ供給するために、前記生成ガス用空気流量調節手段を制御し、前記第２の空気量を前記バーナへ供給するために、前記燃料ガス用空気流量調節手段を制御するようにしたことを特徴とする請求項５または６の燃焼制御装置。
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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、燃焼制御装置に関し、特に、ごみ焼却施設で使用されるスラグ排出型ロータリキルン溶融炉のバーナの燃焼を制御する燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ごみ焼却施設では、ごみ焼却の効率化と、最終残滓の体積縮小を実現するため、ガス化炉で可燃ごみを蒸し焼き状態にして、可燃性ガスを発生させ（ガス化し）、その可燃性生成ガスを燃焼させた熱を利用して、焼却灰の溶融処理を行っている。
【０００３】焼却灰の溶融処理には、例えば、スラグ排出型ロータリキルン溶融炉が使用される。このスラグ排出型ロータリキルン溶融炉を用いた焼却灰の溶融処理では、溶融処理に必要とされる熱量が、ガス化炉で発生させた可燃性生成ガスのみを燃焼させたのでは得られない場合、ＬＰＧ等の燃料ガスを同時に燃焼させるようになっている。
【０００４】従来の、スラグ排出型ロータリキルン溶融炉で使用されるバーナーの燃焼を制御する燃焼制御装置は、バーナーに供給される可燃性生成ガスの流量と圧力に基づいてその燃焼に必要な第１の燃焼用空気量を決定し、スラグ排出型ロータリキルン溶融炉の出口温度を検出してＬＰＧのバーナーへの供給量を決定し、その燃焼に必要な第２の燃焼用空気量を決定し、第１の燃焼用空気量と第２の燃焼用空気量とを合計した量の空気がバーナに供給されるように燃焼制御を行っている。
【０００５】なお、ガス化炉において生成される可燃性生成ガスは、ガス化される対象物（可燃性ごみ）の構成が一定でないため、生成されるガスの組成も一定ではない。従って、その燃焼に必要とされる空気の量も一定ではない。つまり、可燃性生成ガスの流量及び圧力を測定しただけでは、その燃焼に必要な空気量は正確には分からない。このため、従来は、可燃性生成ガスを安定して連続燃焼させるために、過剰な燃焼用空気を供給する結果となっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の燃焼制御装置は、燃焼に必要な空気の量を正確に把握できないため、過剰な空気を供給するように燃焼制御を行っている。この場合、燃焼に関与しない空気は、燃焼により発生した熱を奪うように作用する。しかも、過剰な空気によって奪われる熱量は、可燃性生成ガスの燃焼によって発生する熱量が小さい場合に大きくなり、発生する熱量が大きい場合に小さくなる。この結果、スラグ排出型ロータリキルン溶融炉の出口温度は、可燃性生成ガスの組成の変化により大きく変動し、従来の燃焼制御装置では、炉の出口温度を一定温度に保つよう制御することが困難であるという問題点がある。
【０００７】本発明は、可燃性生成ガスの組成の変化による影響を受けることなく、安定した連続燃焼が可能で、容易に炉の出口温度を一定に保つことができる燃焼制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ガス化炉で生成された可燃性生成ガスと燃焼用空気とを混合して燃焼させるバーナの燃焼制御を行う燃焼制御装置において、前記可燃性生成ガスの組成を分析する分析手段を設け、該分析手段の分析結果に基づいて前記バーナの燃焼制御を行うようにしたことを特徴とする燃焼制御装置が得られる。
【０００９】具体的には、前記分析手段は、前記可燃性生成ガスを前記バーナに供給する生成ガス供給管に設けられたラマン分光計を含む。
【００１０】また、本発明の燃焼制御装置は、前記可燃性生成ガスを前記バーナに供給する生成ガス供給管に設けられ、前記可燃性生成ガスの流量及び圧力をそれぞれ検出する第１の流量検出手段及び第１の圧力検出手段と、前記燃焼用空気を前記バーナに供給する空気供給管に設けられ、前記燃焼用空気の流量を調節する第１の流量調節手段と、前記分析結果、前記第１の流量検出手段の検出結果、及び第１の圧力検出手段の検出結果に基づいて燃焼に必要な第１の空気量を求め、当該第１の空気量を前記バーナへ供給するように、前記第１の流量調節手段を制御する制御手段とを有する。
【００１１】さらに、本発明の燃焼制御装置は、前記空気供給管に設けられ、前記燃焼用空気の流量及び圧力をそれぞれ検出する第２の流量検出手段及び第２の圧力検出手段を有し、前記制御手段が、前記第２の流量検出手段の検出結果及び前記第２の圧力検出手段の検出結果に基づいて、前記第１の空気量を前記バーナへ供給するように、前記第１の流量調節手段を制御する。
【００１２】さらにまた、本発明の燃焼制御装置は、所定の発熱量を得るために前記バーナに燃料ガスを供給する燃料ガス供給管に設けられ、前記燃料ガスの流量を調節する第２の流量調節手段と、前記バーナーによる発熱量を検出する発熱量検出手段とを有し、前記制御手段が、前記発熱量検出手段の検出結果に基づいて、前記所定の熱量を得るために必要な燃料ガスの量を求め、当該必要な燃料ガスの量を前記バーナへ供給するように、前記第２の流量調節手段を制御するとともに、当該燃料ガスの燃焼に必要な第２の空気量を求め、前記第１の空気量に前記第２の空気量を加えた量を前記バーナへ供給するように、前記第１の流量調節手段を制御するようにしてある。
【００１３】加えて、本発明の燃焼制御装置は、前記燃料ガス供給管に設けられ、前記燃料ガスの流量及び圧力をそれぞれ検出する第３の流量検出手段及び第３の圧力検出手段を有し、前記制御手段が、前記第３の流量検出手段の検出結果及び前記第３の圧力検出手段の検出結果に基づいて、前記必要な燃料ガスの量を前記バーナへ供給するように、前記第２の流量調節手段を制御するようにしてある。
【００１４】なお、前記空気供給管として可燃性生成ガス用空気供給管及び燃料ガス用空気供給管が存在する場合には、第１の流量調節手段として前記可燃性生成ガス用空気供給管に生成ガス用空気流量調節手段を、前記燃料ガス用空気供給管に燃料ガス用空気流量調節手段とを設け、前記制御手段が、前記第１の空気量を前記バーナへ供給するために、前記生成ガス用空気流量調節手段を制御し、前記第２の空気量を前記バーナへ供給するために、前記燃料ガス用空気流量調節手段を制御するようにすればよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】図１に本発明の一実施の形態による燃焼制御装置を示す。この燃焼制御装置は、スラグ排出型ロータリキルン溶融炉のキルン用燃焼バーナ１１の燃焼制御を行う装置である。
【００１７】バーナ１１には、図示しないガス化炉で生成された可燃性生成ガスを供給するための生成ガス供給管１２、燃焼空気を供給するための２本の空気供給管１３ａ，１３ｂ、及び燃料ガスとしてＬＰＧを供給するための燃料ガス供給管１４ａが連結されている。また、バーナ１１の先端近傍には、パイロット・失火センサ１５が取り付けられており、このパイロット・失火センサ１５にも、燃焼空気を供給する空気供給管１３ｃと、ＬＰＧを供給する燃料ガス供給管１４ｂとが連結されている。なお、空気供給管１３ａ，１３ｂ、及び１３ｃは、空気供給管１３を分岐させたものであり、燃料ガス供給管１４ａ及び１４ｂは、燃料ガス供給管１４を分岐させたものである。
【００１８】図１の燃焼制御装置は、生成ガス供給管１２に設けられた窓１５に対向するよう配置された光検出器１６、光検出器１６に接続されたラマン分光計１７、生成ガス供給管１２の内圧を検出する生成ガス圧力計１８、生成ガス供給管１２内を流れる可燃性生成ガスの流量を検出する生成ガス流量計１９、燃料ガス供給管１４ａを流れるＬＰＧの量を調節するＬＰＧコントロールバルブ２０、燃料ガス供給管１４を流れるＬＰＧの量を検出するＬＰＧ流量計２１、燃料ガス供給管１４の内圧を検出するＬＰＧ圧力計２２、空気供給管１３ａ及び１３ｂをそれぞれ流れる燃焼用空気の量を調節する空気コントロールバルブ２３ａ及び２３ｂ、空気供給管１３ａ及び１３ｂをそれぞれ流れる燃焼用空気の量を検出する空気流量計２４ａ及び２４ｂ、空気供給管１３の内圧を検出する空気圧力計２５ａ及び２５ｂ、スラグ排出型ロータリキルン溶融炉の出口温度を検出する温度検出器（図示せず）及び、これらに接続されたバーナ制御部２６を有している。
【００１９】次に、この燃焼制御装置の動作について説明する。
【００２０】まず、燃焼用空気及びＬＰＧが、それぞれ空気供給管１３ｃ及びＬＰＧ供給管１４ｂを通してパイロット・失火センサ１５に供給され、パイロット炎が生成される。
【００２１】次に、ガス化炉において生成された可燃性生成ガスが、生成ガス供給管１２を通してバーナ１１に供給される。このとき、バーナ制御部１１は、初期設定値に基づいて、ＬＰＧコントロールバルブ２０と空気コントロールバルブ２３ａ及び２３ｂとを開き、バーナ１１で可燃性生成ガス及びＬＰＧを燃焼させる。ここで、ＬＰＧコントロールバルブ２０の制御は、ＬＰＧ流量計２１とＬＰＧ圧力計２２が検出したＬＰＧ流量とＬＰＧ圧力に基づいて行なわれる。同様に、空気コントロールバルブ２３ａ及び２３ｂの制御は、それぞれ、空気流量計２４ａ及び２４ｂと空気圧力計２５ａ及び２５ｂが検出した空気流量と空気圧力に基づいて行なわれる。
【００２２】可燃性生成ガスが、生成ガス供給管１２を介してバーナ１１に供給されると、光検出器１６は、窓１５から生成供給管１２内を通過する可燃性生成ガスに対してレーザ光を照射し、ラマン散乱を発生させる。そして、光検出器１６は、ラマン散乱光を検出し、検出信号をラマン分光計１７へ出力する。ラマン分光計１７は、光検出器１６の検出信号に基づいて、可燃性生成ガスの組成を分析し、分析結果をバーナ制御部２６へ通知する。
【００２３】バーナ制御部２６は、ラマン分光計１７から可燃性生成ガスの組成の通知を受けると、生成ガス圧力計１８及び生成流量計１９が検出した生成ガスの圧力及び流量を参照し、その燃焼に必要な生成ガス燃焼用空気の量を求める。この空気量は、例えば、所定の計算式を使用して演算により求められる。
【００２４】また、バーナ制御部２６は、温度検出器からの検出信号に基づいて、スラグ排出型ロータリキルン溶融炉の出口温度を所定の値にするため（即ち、所定の発熱量を得るため）に必要なＬＰＧの量を求める。そして、求めたＬＰＧを燃焼させるのに必要なＬＰＧ燃焼用空気量を求める。このＬＰＧの量とＬＰＧ燃焼用空気量は、例えば、出口温度と必要とされるＬＰＧの量及び必要とされる空気量とを相互に関連付けしたデータベースよりデータを読み出すことにより行なわれる。
【００２５】次に、バーナ制御部２６は、求めたＬＰＧの量と、生成ガス燃焼用空気の量及びＬＰＧ燃焼用空気の量とが、バーナ１１に供給されるように、ＬＰＧコントロールバルブ２０と空気コントロールバルブ２３ａ及び２３ｂとを調節する。ここでも、ＬＰＧコントロールバルブ２０の制御は、ＬＰＧ流量計２１とＬＰＧ圧力計２２が検出したＬＰＧ流量とＬＰＧ圧力に基づいて行なわれる。また、空気コントロールバルブ２３ａ及び２３ｂの制御は、それぞれ、空気流量計２４ａ及び２４ｂと空気圧力計２５ａ及び２５ｂが検出した空気流量と空気圧力に基づいて行なわれる。なお、バーナ１１に供給する燃焼用空気は、空気供給管１３ａを用いて生成ガス燃焼用空気を供給し、空気供給管１３ｂを用いてＬＰＧ燃焼用空気を供給するようにしてもよいし、このような区別を行うことなく、燃焼用空気供給管１３ａと１３ｂとの両方で、生成ガス燃焼用空気の量とＬＰＧ燃焼用空気の量との合計量を供給するようにしてもよい。
【００２６】以降、バーナ制御部２６は、可燃性生成ガスの組成の変化に合わせて、生成ガス燃焼用空気の量を調節し、かつ、炉の出口温度を一定に保つように、ＬＰＧの量及びその燃焼に必要な空気の量を調節する。
【００２７】図２、図３、及び図４に、ラマン分光計１７による可燃性生成ガスに対する測定結果の例（Ｎｏ．１乃至Ｎｏ．３）を示す。なお、図２はＣＯ2、図３はＣＯ及びＮ2、図４はＨ2をそれぞれ示す。また、図５には、図２乃至図４の測定結果から求めた、可燃性生成ガスの組成（測定値）を示す。図５には、測定に使用した生成ガスの実際の組成（分析値）も示す。
【００２８】図５から明らかなように、ラマン分光計１７を用いた組成分析結果は、実際の組成によく近似しており、燃焼に必要な空気量を求める上で、十分に実用に耐え得る。しかも、ラマン分光計１７を用いた組成分析は、極短時間で行えるので、リアルタイムで燃焼に必要な空気量制御が可能である。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、ガス化炉で生成された可燃性生成ガスの組成を分析する分析手段を設け、その分析結果に基づいてバーナに供給する空気量を制御するようにしたことで、容易に安定した燃焼を実現できる。これにより、スラグ排出型ロータリーキルン溶融炉の出口温度を、容易に一定に保つことができ、安定した連続運転が可能になる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２１０７
【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月１２日（１９９９．３．１２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７１２７２
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 洋介 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２６６３４１（Ｐ２０００−２６６３４１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２９日（２０００．９．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−６７１９４ |
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