JP2007271226A

JP2007271226A - 燃焼制御方法及び焼却装置

Info

Publication number: JP2007271226A
Application number: JP2006100146A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tsuji; 浩一辻; Shinya Miyoshi; 信哉三好; Yoshihiro Okada; 美洋岡田; Tatsu Onodera; 龍小野寺
Original assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Current assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP4830140B2

Abstract

【課題】焼却装置の二次燃焼室内で排ガスを完全燃焼させることにより，燃焼した後の排ガスに含まれるダイオキシン類，一酸化炭素等の環境負荷を低減することを目的とする。
【解決手段】二次燃焼室内Ｓ２に設けられた酸素濃度計１０１と温度計１０２により，燃焼後の排ガスの少なくとも酸素濃度，酸素濃度の経時変化傾向，温度，又は温度の経時変化傾向を測定し，制御部１００に出力する。制御部１００ではこの測定値に基づき，二次燃焼空気供給量が演算され，ダンパー１０５の開度が決定される。演算された二次燃焼空気供給量が２以上ある場合には，二次燃焼空気の供給量の変化量が最も大きい供給量を，前記二次燃焼室に吹き込む二次燃焼空気供給量とし，ダンパー１０５の開度が決定される。この結果がダンパー１０５に出力され，二次燃焼空気供給量が制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は，焼却原料を焼却させる一次燃焼室と排ガスを燃焼させる二次燃焼室を有する焼却装置における燃焼制御方法とその焼却装置に関する。

焼却原料を焼却させる焼却炉としては，様々な方式の設備が提唱され，使用されている。焼却炉は，例えば廃棄物といった焼却原料を投入し，乾燥，熱分解，燃焼をさせることを目的とした一次燃焼室と，そこで生じた排ガス中に含まれる未燃ガスまたは微細な焼却原料，煤などを完全燃焼させることを目的とした二次燃焼室（フリーボード）が設けられているのが一般的である。このような焼却炉においては，焼却炉から排出された排ガスを処理する排ガス処理設備を強化するか，あるいは二次燃焼室の燃焼効率を高めることにより，環境負荷の低減を図ることが多い。なお，ここで述べる環境負荷の低減とは，排ガス中のダイオキシン類や一酸化炭素等の濃度を低減することである。

この焼却炉の排ガス中の一酸化炭素濃度は，排ガス中のダイオキシン類の濃度と高い相関関係を持つことが知られており，排ガス中の一酸化炭素濃度を低減することが求められている。一酸化炭素濃度の低減のための方策としては，排ガス中の未燃成分を完全燃焼させることが有効である。

そこで従来から，一次燃焼室よりも断面積の小さい二次燃焼室を設け，二次燃焼室内に旋回流を生じさせる焼却炉が用いられてきた（特許文献１）。これにより，二次燃焼室内で，排ガスと二次燃焼空気を好適に混合させることにより，排ガスの完全燃焼を実現しようとしてきた。

また二次燃焼室内での燃焼を，排ガスと二次燃焼空気の混合を良好にすることで向上させるだけでなく，機動的に制御するための焼却炉として，二次燃焼空気の吹き込み量を制御するノズルを追加した焼却炉が用いられてきた（特許文献２）。さらに二次燃焼空気を制御するために，二次燃焼室内で燃焼される排ガスの燃焼過程の中間成分をレーザーにより計測し，計測値に基づいて二次燃焼空気を制御する方法が用いられてきた（特許文献３）。

特開２００４−２３３０４８号公報特開平１１−２１８３１４号公報特開２００２−２２８１３３号公報

しかしながら，これら従来の焼却炉においては，排ガスを完全燃焼させることができず，燃焼した後の排ガス中の一酸化炭素濃度が十分に低減できない場合があった。
すなわち，一次燃焼室よりも断面積の小さい二次燃焼室を設け，二次燃焼室内に旋回流を生じさせる焼却炉を用いた場合，排ガスと燃焼空気の混合を完全にすることはできなかった。
また，二次燃焼空気の吹き込み量を制御するノズルを追加した焼却炉を用いた場合，焼却原料の成分の変化や外的要因による炉内状況の変化に適切に対応できなかった。
さらに二次燃焼室内で燃焼される排ガスの燃焼過程の中間成分をレーザーにより計測し，計測値に基づいて二次燃焼空気を制御する方法を用いた場合，炉壁へのクリンカーなどの付着により永続的な炉内雰囲気の観測を行なうことができず，二次燃焼空気を適切に供給するように制御することができなかった。

本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，二次燃焼室内で排ガスを完全燃焼させることにより，燃焼した後の排ガスに含まれるダイオキシン類，一酸化炭素等の環境負荷を低減することを目的とする。

前記の目的を達成するため，本発明によれば，焼却原料を焼却させる一次燃焼室と排ガスを燃焼させる二次燃焼室を有する焼却装置における燃焼制御方法であって，前記一次燃焼室において，一次燃焼空気を供給して，焼却原料を焼却させる工程と，前記二次燃焼室において，二次燃焼空気を供給して，前記一次燃焼室で発生した排ガスを燃焼させる工程と，前記二次燃焼室内で燃焼した後の排ガスの少なくとも酸素濃度，又は温度を測定する工程と，少なくとも前記燃焼した後の排ガスの酸素濃度の測定結果，酸素濃度の経時変化傾向，前記燃焼した後の排ガスの温度の測定結果，又は温度の経時変化傾向に基づいて，二次燃焼空気供給量を演算する工程と，前記演算結果に基づいて，前記二次燃焼室に吹き込む前記二次燃焼空気の供給量を制御する工程と，を有することを特徴としている。

本発明においては，二次燃焼室内で燃焼した後の排ガスの酸素濃度を測定し，その酸素濃度の経時変化傾向を測定し，また，二次燃焼室内で燃焼した後の排ガスの温度を測定し，その温度の経時変化傾向を測定する。測定された排ガスの酸素濃度，酸素濃度の経時変化傾向，温度，又は温度の経時変化傾向の内，少なくともいずれか１つに基づいて排ガスが完全燃焼するために好適な二次燃焼空気供給量が演算される。この演算結果により，例えばダンパーを用いて，排ガスを燃焼させるための二次燃焼空気供給量が制御される。このようにして二次燃焼室内で排ガスが完全燃焼すれば，燃焼後の排ガス中の一酸化炭素濃度が低減する。また，二次燃焼室内で燃焼後の排ガス温度とその経時変化傾向を測定することにより，二次燃焼室内温度を焼却装置の維持管理に最適な温度状態に維持することができる。これにより，焼却原料を安定して焼却することができる。

前記二次燃焼空気供給量の制御は，前記演算結果が２以上ある場合には，前記二次燃焼空気の供給量の変化量が最も大きい供給量を，前記二次燃焼室に吹き込む二次燃焼空気供給量としてもよい。これによって，例えば作業員がその後にマニュアルで微調整をして，より最適な供給量を設定することが容易になる。かかる場合，自動制御系で設定された前記供給量の範囲内で調節すればよいので微調整しやすく，しかも自動制御系で設定された前記供給量は，演算結果で得られたものの中で最大の変化量であるから，作業員がマニュアル微調整しても，必ず最適な供給量を探して設定することができる。

前記燃焼した後の排ガスの酸素濃度の測定結果に基づく前記二次燃焼空気の供給量の演算は，予め定められた酸素濃度の目標値に近づけるものとしてもよい。

前記燃焼した後の排ガスの酸素濃度の経時変化傾向に基づく前記二次燃焼空気の供給量の演算は，上昇傾向の場合には供給量を減少させ，下降傾向の場合には供給量を増加させて，酸素濃度が一定になるようにしてもよい。

前記燃焼した後の排ガスの温度の測定結果に基づく前記二次燃焼空気の供給量の演算は，予め定められた温度の目標値に近づけるものとしてもよい。

前記燃焼した後の排ガスの温度の経時変化傾向に基づく前記二次燃焼空気の供給量の演算は，上昇傾向の場合には供給量を増加させ，下降傾向の場合には供給量を減少させて，温度が一定になるようにしてもよい。

前記二次燃焼空気供給量を制御しても制御目的が達成できない場合には，前記二次燃焼空気供給量の演算結果に基づいて，一次燃焼空気供給量を演算する工程と，前記一次燃焼空気供給量の演算結果に基づいて，前記一次燃焼室に吹き込む前記一次燃焼空気の供給量を制御する工程と，をさらに有していてもよい。

前記一次燃焼空気には外気と前記燃焼した後の排ガスとの混合空気を用い，前記一次燃焼空気の供給量の制御に替えて，又は前記一次燃焼空気の供給量の制御と共に，少なくとも前記燃焼した後の排ガスの酸素濃度又は前記燃焼済した後の排ガスの温度の測定結果に基づいて，前記一次燃焼空気における外気と燃焼した後の排ガスとの混合比率を制御する工程をさらに有していてもよい。

さらに別な観点によれば，本発明では，焼却原料を焼却させる一次燃焼室と排ガスを燃焼させる二次燃焼室を有する焼却装置であって，前記一次燃焼室内に，焼却原料を焼却させるための一次燃焼空気が供給される，一次燃焼空気供給口と，前記二次燃焼室内に，前記一次燃焼室で発生した排ガスを燃焼させるための二次燃焼空気が供給される，二次燃焼空気供給口と，前記二次燃焼室内で燃焼した後の排ガスの少なくとも酸素濃度を測定する酸素濃度計，又は温度を測定する温度計と，少なくとも前記酸素濃度計又は温度計の測定結果に基づいて，前記二次燃焼空気の供給量を制御する制御部と，を有することを特徴としている。これによって，本発明の制御方法を好適に実施することができる。

前記二次燃焼空気供給量を制御しても制御目的が達成できない場合には，前記制御部は，前記一次燃焼空気の供給量をさらに制御するように構成してもよい。

前記一次燃焼空気として，外気と前記燃焼した後の排ガスとの混合空気を用い，前記制御部は，前記酸素濃度計の測定結果と前記温度計の測定結果に基づいて，この混合比率を制御するようにしてもよい。これによって，温度，濃度の制御範囲をさらに広範なものとすることができる。

本発明によれば，二次燃焼室内で燃焼後の排ガスの少なくとも酸素濃度，酸素濃度の経時変化傾向，温度，又は温度の経時変化傾向を測定し，二次燃焼空気，又は二次燃焼空気と一次燃焼空気の両方を制御することにより，二次燃焼室内で排ガスを完全燃焼させることができる。これにより，燃焼後の排ガスに含まれる環境負荷となる有害物質の濃度を低減することができる。
また，二次燃焼室内で燃焼後の排ガス温度とその経時変化の傾向変化を測定することにより，二次燃焼室内温度を焼却装置の維持管理に最適な温度状態に維持することができる。これにより，焼却原料を安定して焼却することができる。

以下，本発明の実施の形態として，焼却原料である自動車破砕残渣（ＡＳＲ）を焼却する流動床式の廃棄物焼却炉について，図１に基づいて説明する。図１は本実施の形態にかかる焼却装置１の構成の概略図を示している。

焼却装置１は，傾斜分散型流動層焼却炉であり，略角型の炉体２を有する。炉体２の内部空間のうち，下部は焼却原料の燃焼(一次燃焼)を行なう一次燃焼室Ｓ１となっており一次燃焼室Ｓ１の上部は，焼却原料の一次燃焼で発生した排ガスの燃焼（二次燃焼）を行なう二次燃焼室（フリーボード）Ｓ２となっている。

炉体２の炉床５は，略長方形状をなし，幅方向を左右方向（図１においては手前側から後側へ向かう方向）に向け，前方（図１においては左方）から後方（図１においては右方）に向かうほど次第に低くなるように傾斜させて設けられている。炉床５の周縁部から略鉛直方向に立設された側壁部６は，略長方形状の横断面を有する。この側壁部６によって囲まれた内部空間が，一次燃焼室Ｓ１となっている。
側壁部６の上方には，略長方形状のほぼ一様な横断面形状を有する略角筒状をなす側壁部７が，側壁部６と連続して設けられている。側壁部７は，長さ方向を高さ方向とし，略鉛直方向に立設された４つの内側面，すなわち，図２に示す前内側面７ａ，後内側面７ｂ，左内側面７ｃ，右内側面７ｄを有している。図示の例では，後内側面７ｂ，左内側面７ｃ，右内側面７ｄは，側壁部６の後内側面，左内側面，右内側面とそれぞれ略鉛直な平面状に連続した面になっている。そして，側壁部７に囲まれた内部空間が，二次燃焼室Ｓ２となっている。二次燃焼室Ｓ２の下端部は，一次燃焼室Ｓ１の上部と上下に連通しており，一次燃焼室Ｓ１内の雰囲気は，二次燃焼室Ｓ２内に上昇気流となって導入されるようになっている。側壁部７の上端部は，天井部８によって閉塞されている。

図１に示すように，炉床５上，すなわち一次燃焼室Ｓ１の底部には，粒子状の流動媒体である例えば珪砂等の流動砂が堆積させられ，焼却原料を攪拌しながら燃焼させる流動層１０が形成される。流動層１０の上方において，側壁部６の前内側面，すなわち炉床５の最上部側上方には，一次燃焼室Ｓ１に焼却原料と流動砂を投入する投入口１１が開口されている。焼却原料と流動砂は，投入口１１を介して，一次燃焼室Ｓ１に連続的に供給されるようになっている。

図１に示すように，炉床５には，流動砂を吹き上げて流動化させるための一次燃焼空気を一次燃焼室Ｓ１に供給する複数の一次燃焼空気供給口２０が，炉床５全体に設けられている。炉床５の下方には，複数に分割された吹込み部２１が形成されている。図３に示すように，この実施の形態では，吹込み部２１は，炉床５の傾斜方向（すなわち，側壁部６の前内側面から後内側面に向かう方向）に沿って４つに分割されて配置されると共に，炉床５の傾斜する方向と交差する幅方向（すなわち，側壁部６の左内側面から右内側面に向かう方向）に沿って３つに分割されて配置されている。すなわち，合計で，傾斜方向に４，幅方向に３の，４ｘ３＝１２に分割された吹込み部２１が，炉床５の下方全体に取り付けられている。そして，各吹込み部２１から一次燃焼空気供給口２０を介して一次燃焼空気を吹き込み，一次燃焼空気を上方に向かって吐出させることによって，一次燃焼室Ｓ１内の流動砂を吹き上げて攪拌，流動化させ，流動層１０を形成させるようになっている。

図１に示すように，炉床５の最下部である後端部には，燃焼原料の燃え殻（不燃物）及び流動砂を一次燃焼室Ｓ１から取り出すための取出し口３０が設けられている。この燃え殻及び流動砂が取出し口３０を通って一次燃焼室Ｓ１から取り出される。

側壁部７の下部には，気体として例えば空気等の酸素含有気体を二次燃焼室Ｓ２に供給する二次燃焼空気供給口４０が，前内側面７ａ，後内側面７ｂ，左内側面７ｃ，右内側面７ｄにそれぞれ複数個ずつ設けられている。平面視においては，複数の二次燃焼空気供給口４０が二次燃焼室Ｓ２の下部中央部を囲むように配置されており，二次燃焼室Ｓ２下部の周囲全体から二次燃焼空気を噴出させるようになっている。すなわち，二次燃焼室Ｓ２内の排ガスの気流に対し，周囲全体から二次燃焼空気の流れを衝突させて，排ガス対して二次燃焼空気を混合させ，排ガスの燃焼を促進させるようになっている。このように，排ガスに対し周囲全体から二次燃焼空気を供給することで，排ガスと二次燃焼空気を確実に混合させることができる。なお，二次燃焼空気供給口４０から供給される酸素含有気体としては，例えば酸素濃度が高められた酸素富化空気を用いてもよい。

各前内側面７ａ，後内側面７ｂ，左内側面７ｃ，右内側面７ｄにおいて，二次燃焼空気供給口４０は，上下複数段に並べて配列されており，各段において，幅方向（横方向，略水平方向）に等間隔を空けて，幅方向全体に渡って並べて設けられている。各前内側面７ａ，後内側面７ｂ，左内側面７ｃ，右内側面７ｄに設けられた二次燃焼空気供給口４０の段数は互いに同じであり，前内側面７ａ，後内側面７ｂ，左内側面７ｃ，右内側面７ｄの各段の高さは，それぞれ互いに同じ高さになっている。すなわち，各段において，二次燃焼空気供給口４０が互いに同じ高さにて長方形の枠状に沿って等間隔で並べられており，各段の複数の二次燃焼空気供給口４０によって，二次燃焼室Ｓ２の中央部が囲まれるような配置になっている。このように，二次燃焼空気供給口４０を側壁部７の内側面全体に渡って同じ高さに等間隔で設けることにより，二次燃焼室Ｓ２内の排ガスに対し，周囲全体から二次燃焼空気を均等に噴出させることができる。これにより，排ガスに対し二次燃焼空気をむらなく均一に混合させやすくなる。

また，図示の例では，各段の各二次燃焼空気供給口４０は，そのすぐ下段又は上段の二次燃焼空気供給口４０に対して上下に並ばず，平面視において下段又は上段の二次燃焼空気供給口４０同士の間に配置されている。そして，一段おきに二次燃焼空気供給口４０が上下に一列に並ぶように配置されている。このようにすると，上下に隣り合う段の二次燃焼空気供給口４０から供給される二次燃焼空気の流れが互いに衝突することや，圧力が部分的に高くなりすぎたり流速が速くなったりすることを防止できる。すなわち，流速分布の均一性，圧力分布の均一性，二次燃焼空気の分布の均一性を良好にすることができる。したがって，排ガスと二次燃焼空気とをむらなく均一に混合させやすくなり，また，排ガスを安定的に燃焼させることができる。

各二次燃焼空気供給口４０からは，各内側面に対して略垂直な方向，すなわち略水平方向に，対向する内側面側に向かって二次燃焼空気が供給される。前内側面７ａの各二次燃焼空気供給口４０からは前方から後方に向かって供給され，後内側面７ｂの各二次燃焼空気供給口４０からは後方から前方に向かって供給され，左内側面７ｃの各二次燃焼空気供給口４０からは左方から右方に向かって供給され，右内側面７ｄの各二次燃焼空気供給口４０からは右方から左方に向かって供給される。したがって，二次燃焼室Ｓ２の中央部に対して四方から二次燃焼空気が供給される。

側壁部７の外側には，二次燃焼空気供給口４０に二次燃焼空気を供給する二次燃焼空気吹込み部４１が備えられている。二次燃焼空気吹込み部４１は，図２に示すように，複数に分割されている。この実施の形態では，側壁部７の前方及び後方に設けられた二次燃焼空気吹込み部４１は，３つの均等な大きさの箱状に分割されており，側壁部７の前外側面及び後外側面の幅方向全体に渡ってそれぞれ取り付けられている。
また，側壁部７の左方及び右方に設けられた二次燃焼空気吹込み部４１は，２つの均等な大きさの箱状に分割されており，側壁部７の左外側面及び右外側面の幅方向全体に渡ってそれぞれ取り付けられている。各二次燃焼空気吹込み部４１には，二次燃焼空気供給路４２がそれぞれ接続されている。二次燃焼空気供給路４２には，二次燃焼空気の圧力を測定する二次圧力計１０４が設けられている。二次圧力計１０４には，例えば差圧式圧力計が使用される。さらに二次燃焼空気供給路４２にはダンパー１０５が設けられており，各二次燃焼空気供給路４２から各二次燃焼空気吹込み部４１に供給される二次燃焼空気の供給量は，それぞれ個別に可変になっている。したがってダンパー１０５により，各二次燃焼空気吹込み部４１に，二次燃焼空気供給口４０からの二次燃焼空気の供給量を任意に制御することができる。これにより，排ガスと二次燃焼空気との混合速度等を制御することができ，排ガスと二次燃焼空気を確実に混合させることができる。

図１及び図２に示すように，側壁部７において，複数の二次燃焼空気供給口４０の下方には，火炎を噴射するバーナ４５の噴射口４５ａが備えられている。図示の例では，バーナ４５は，左内側面７ｃと右内側面７ｄにそれぞれ一つずつ，互いに対称な位置に設けられている。

また，側壁部７において，複数の二次燃焼空気供給口４０の上方には，火炎を噴射する補助用のバーナ４６の噴射口４６ａが備えられている。バーナ４６は，左内側面７ｃと右内側面７ｄにそれぞれ一つずつ，互いに対称な位置に設けられている。さらにバーナ４６の上方には，燃焼済みの排ガスの温度を測定する温度計１０２が例えば４つ設けられている。温度計１０２には，例えば熱電対式温度計が使用される。なお，温度計１０２の個数は１つ以上あればよいが，正確な温度測定のため，複数個あるほうが好ましい。

後内側面７ｂの上端部には，二次燃焼室Ｓ２内の雰囲気を排気する排気口５０が開口されている。排気口５０には排気路５１が接続されている。排気口５１内に，燃焼済みの排ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度計１０１が設けられている。酸素濃度計１０１には，例えばジルコニア式酸素濃度計が使用される。この排気路５１はバグフィルタ５２に接続されている。一次燃焼室Ｓ１，二次燃焼室Ｓ２内の雰囲気は，二次燃焼室Ｓ２内を上昇して，排気口５０から排気される。そして，バグフィルタ５２で塵埃が捕捉された後，外部に排気されるようになっている。また，バグフィルタ５２で塵埃を捕捉された排ガスの一部は，戻し経路５３を通って，給気経路５４から供給された例えば外気等の酸素含有気体と混合されるようになっている。戻し経路５３及び給気経路５４は，供給経路５５を介して前述した一次燃焼空気吹込み部２１に接続されている。

図３に示すように，供給経路５５は，各一次燃焼空気吹込み部２１に接続されている。二次燃焼室Ｓ２から排気された排ガスを供給する戻し経路５３と外気等の酸素含有気体を供給する給気経路５４は，２つの混合チャンバ６０ａ，６０ｂに接続してあり，これら混合チャンバ６０ａ，６０ｂ内において排ガスと外気が混合され，その混合気体が各供給経路５５から各一次燃焼空気吹込み部２１にそれぞれ一次燃焼空気として供給される。各混合チャンバ６０ａ，６０ｂには，一次燃焼空気の圧力を測定する一次圧力計１０３が設けられている。一次圧力計１０３には，例えば差圧式圧力計が使用される。

戻し経路５３には，混合チャンバ６０ａ，６０ｂ内に供給する排ガスの供給量を制御する排ガス供給量制御弁６１が，各混合チャンバ６０ａ，６０ｂごとにそれぞれ装着され，同様に，給気経路５４には，混合チャンバ６０ａ，６０ｂ内に供給する外気の供給量を制御する外気供給量制御弁６２が，各混合チャンバ６０ａ，６０ｂごとにそれぞれ装着されている。そして，排ガス供給量制御弁６１と外気供給量制御弁６２を制御することによって，各混合チャンバ６０ａ，６０ｂ内で作られる一次燃焼空気における外気と排ガスの混合比がそれぞれ独立して可変に構成されている。排ガスは焼却で酸素が消費されたことによって酸素濃度が外気よりも低くなっているので，このように各混合チャンバ６０ａ，６０ｂ内で一次燃焼空気を作る際に，外気と排ガスの混合比を変えることにより，各混合チャンバ６０ａ，６０ｂにおいて，一次燃焼空気中の酸素量（すなわち，一次燃焼空気中の酸素濃度）をそれぞれ任意に制御することが可能である。

また各供給経路５５にも，各一次燃焼空気吹込み部２１に供給する一次燃焼空気の供給量を制御する一次燃焼空気供給量制御弁６３がそれぞれ装着されている。これら一次燃焼空気供給量制御弁６３を制御することによって，各一次燃焼空気吹込み部２１に供給される一次燃焼空気の供給量がそれぞれ可変に構成されている。したがって，各一次燃焼空気吹込み部２１からの一次燃焼空気の吹込み速度を増減させることによって，流動砂の吹き上げ高さを制御することができる。また，例えば幅方向において中央部分に配置されている４つの一次燃焼空気吹込み部２１からの一次燃焼空気の吹込み量を相対的に少なくし，その左右両端部分に配置される一次燃焼空気吹込み部２１からの一次燃焼空気の吹込み量を相対的に多くするなど，任意に制御できるように構成されている。

さらに焼却装置１は炉体２の外部に制御部１００を有する。制御部１００は図４に示すように，次の７つの演算部を有している。
（１）ダンパー開度演算部Ｃ１により，酸素濃度計１０１から測定される燃焼済みの排ガスの酸素濃度に基づいて二次燃焼空気供給量が演算され，演算された二次燃焼空気供給量と二次圧力計１０４から測定される二次燃焼空気の圧力に基づいて，ダンパー１０５の開度が演算される。
（２）ダンパー開度演算部Ｃ２により，酸素濃度計１０１から測定される燃焼済みの排ガスの酸素濃度の経時変化傾向に基づいて二次燃焼空気供給量が演算され，演算された二次燃焼空気供給量と二次圧力計１０４から測定される二次燃焼空気の圧力に基づいて，ダンパー１０５の開度が演算される。
（３）ダンパー開度演算部Ｃ３により，温度計１０２から測定される燃焼済みの排ガスの温度に基づいて二次燃焼空気供給量が演算され，演算された二次燃焼空気供給量と二次圧力計１０４から測定される二次燃焼空気の圧力に基づいて，ダンパー１０５の開度が演算される。
（４）ダンパー開度演算部Ｃ４により，温度計１０２から測定される燃焼済みの排ガスの温度の経時変化傾向に基づいて二次燃焼空気供給量が演算され，演算された二次燃焼空気供給量と二次圧力計１０４から測定される二次燃焼空気の圧力に基づいて，ダンパー１０５の開度が演算される。
（５）ダンパー開度演算部Ｃ１〜Ｃ４により演算された二次燃焼空気供給量に基づいて，ダンパー開度演算部Ｃ５により，二次燃焼空気供給量が比較演算され，ダンパー１０５の開度が決定される。
（６）一次燃焼空気供給量演算部Ｃ６により，Ｃ５により演算された二次燃焼空気供給量に基づいて一次燃焼空気供給量が演算され，一次燃焼空気供給量制御弁６３の開度が演算される。
（７）一次燃焼空気混合割合演算部Ｃ７により，酸素濃度計１０１から測定される燃焼済みの排ガスの酸素濃度と温度計１０２から測定される燃焼済みの排ガスの温度に基づいて，一次燃焼空気の排ガス量及び外気量が演算され，演算された一次燃焼空気の排ガス量及び外気量と一次圧力計１０３から測定される一次燃焼空気の圧力に基づいて，排ガス供給量制御弁６１の開度と外気供給量制御弁６２の開度が演算される。
なお，制御部１００は，図示しない計器室に設置されており，その制御の状態変化を監督者が確認できるようになっている。

次に，以上のように構成された焼却装置１を用いた焼却原料の焼却処理について説明する。先ず，焼却原料と流動砂を所定の供給量で，投入口１１を介して，炉床５の高所側の上方となる位置から一次燃焼室Ｓ１内に連続的に供給する。

このように一次燃焼室Ｓ１内に供給される焼却原料は，例えば廃棄自動車からリサイクル備品を取除いた残りを粉砕したシュレッダーダスト（ＡＳＲ）である。ＡＳＲは，例えば廃棄自動車処理場などで粉砕され発生する。ＡＳＲの如き焼却原料は，無機物としてＦｅ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｂ等の金属，ガラス等を含み，また，有機化合物として，ゴム，繊維屑やウレタンなどの軟質樹脂，塩ビなどの硬質プラスチック等を含む。また，ＡＳＲの如き焼却原料は大きさや形状はまちまちであるので，焼却を安定させるために，破砕機やローラーミルによる粉砕などの前処理し，焼却原料の最大の粒径を５０ｍｍ以下としておくことが望ましい。また，振動ふるい機，風力選別機等による分級によって焼却原料中から微細に粉砕されたガラスを選択的に除去し，焼却原料の粒径のばらつきを小さくしておくことが望ましい。その他，磁力選別や渦電流選別，比重選別等によって，焼却原料中からＦｅ，Ｃｕ，Ａｌなどの金属成分を除去してから焼却することが望ましい。

一次燃焼室Ｓ１内に焼却原料と流動砂を連続的に供給する一方で，各一次燃焼空気吹込み部２１から，空気と二次燃焼室Ｓ２からの排ガスとの混合気体を一次燃焼空気として一次燃焼室Ｓ１内に上向きに吹込み，流動砂を吹き上げて流動化させる。これにより，流動砂と一緒に投入した焼却原料を，流動化した流動砂により攪拌させながら加熱して，焼却する。すると，焼却原料中の樹脂，繊維くず等の可燃物が熱分解又は燃焼させられて，熱分解ガス，酸化ガス等のガス成分を含む排ガスが生じる。排ガスは流動層１０から上昇して，流動層１０の上方に設けられた二次燃焼室Ｓ２に向かう。

焼却後に残った焼却原料の燃えがらと流動砂は，取り出し口３０から排出される。

一方，一次燃焼室Ｓ１から二次燃焼室Ｓ２に上昇した排ガスは，二次燃焼室Ｓ２の下端部において，バーナ４５から供給された火炎が混合させられることにより加熱される。

二次燃焼室Ｓ２においては，各二次燃焼空気供給口４０から二次燃焼空気（酸素含有気体）が供給されている。バーナ４５によって加熱された排ガスは，二次燃焼室Ｓ２の下部を通る際に，周囲の二次燃焼空気供給口４０から供給される二次燃焼空気によって，二次燃焼室Ｓ２の中央部に押し寄せられながら上昇する。また，二次燃焼空気供給口４０から供給された二次燃焼空気は，排ガスと混合しながら，排ガスの上昇気流によって押し上げられて上昇する。

各二次燃焼空気供給口４０からは，二次燃焼空気が供給されている。なお，各二次燃焼空気供給路４２から各二次燃焼空気吹込み部４１に供給される二次燃焼空気の供給量をそれぞれ制御することにより，各二次燃焼空気吹込み部４１に，各二次燃焼空気供給口４０から吐出される二次燃焼空気の供給量を後述する方法で制御し，排ガスを完全燃焼させることができる。

さらに二次燃焼空気が混合された排ガスは，二次燃焼空気供給口４０の上方において，バーナ４６から供給された火炎と混合させられ，加熱される。このバーナ４６の火炎により，排ガスの燃焼がさらに促進される。また，二次燃焼室Ｓ２内の温度分布が制御され，排ガスの燃焼状態のばらつきを低減することができる。

以上のようにして，排ガスは，二次燃焼させられながら二次燃焼室Ｓ２内を上昇し，未燃ガスや微細な焼却原料の燃焼が行われた後，排気口５０から排出される。そして，バグフィルタ５２によって排ガス中の飛灰等が集塵された後，外部に排気されるようになっている。また，バグフィルタ５２で塵埃を捕捉された排ガスの一部は，戻し経路５３を通って，給気経路５４から供給された例えば外気等の酸素含有気体と混合され一次燃焼空気を構成する。

次に二次燃焼空気の供給量の制御方法について，説明する。二次燃焼空気の供給量の制御には，少なくとも酸素濃度計１０１又は温度計１０２からの測定結果が用いられる。酸素濃度計１０１からは，燃焼した後の排ガスの酸素濃度，又は酸素濃度の経時変化傾向が，制御部１００に出力される。温度計１０２からは，燃焼した後の排ガスの温度，又は温度の経時変化傾向が，制御部１００に出力される。制御部１００では図４に示すように，次のＣ１〜Ｃ５の演算が行われる。その後，ダンパー１０５に演算結果が出力され，二次燃焼空気の供給量が制御される。
（１）ダンパー開度演算部Ｃ１では，酸素濃度計１０１からの燃焼した後の排ガスの酸素濃度の測定結果に基づいて，二次燃焼空気の供給量が演算される。すなわち，例えば酸素濃度の目標値を５％とした場合，酸素濃度の測定結果が目標値より低い場合には，完全燃焼に必要な酸素量が供給されていないとみなす。そして，二次燃焼空気により二次燃焼室内の酸素濃度を増加させるために，酸素濃度の測定結果が目標値となるように二次燃焼空気供給量の増加量を演算する。逆に，酸素濃度の測定結果が目標値より高い場合には，完全燃焼に必要な酸素量以上に酸素が供給されているとみなす。そして，二次燃焼空気により二次燃焼室内の酸素濃度を減少させるために，酸素濃度の測定結果が目標値となるように二次燃焼空気供給量の減少量を演算する。その後，二次燃焼空気供給路４２の閉塞状況を判断するために，二次圧力計１０４からの二次燃焼空気の圧力を考慮して，ダンパー１０５の開度を決定する。なお，酸素濃度の測定結果が目標値である場合には，二次燃焼空気供給量を変化させない。すなわち，ダンパー１０５の開度も変更されない。
（２）ダンパー開度演算部Ｃ３では，酸素濃度計１０１からの燃焼した後の排ガスの酸素濃度の経時変化傾向に基づいて，二次燃焼空気の供給量が演算される。すなわち，二次燃焼室内の二次燃焼室内の燃焼した後の排ガスの酸素濃度の経時変化の傾向変化が上昇方向の場合には，以後二次燃焼室内の燃焼した後の排ガスの酸素濃度がより高くなるものとみなす。そして，二次燃焼空気により二次燃焼室内の燃焼した後の酸素濃度を減少させるために，燃焼した後の排ガスの酸素濃度が一定になるように二次燃焼空気供給量の減少量を演算する。逆に，その傾向変化が下降方向の場合には，以後二次燃焼室内の燃焼した後の排ガスの酸素濃度がより低くなるものとみなす。そして，二次燃焼空気により二次燃焼室内の燃焼した後の排ガスの酸素濃度を増加させるために，燃焼した後の排ガスの温度が一定になるように燃焼空気供給量の増加量を演算する。その後，二次燃焼空気供給路４２の閉塞状況を判断するために，二次圧力計１０４からの二次燃焼空気の圧力を考慮して，ダンパー１０５の開度を決定する。なお，燃焼した後の排ガスの酸素濃度が一定である場合には，以後二次燃焼室内の燃焼した後の排ガスの酸素濃度は変化しないものとみなして，二次燃焼空気供給量を変化させない。すなわち，ダンパー１０５の開度も変更されない。
（３）ダンパー開度演算部Ｃ２では，温度計１０２からの燃焼した後の排ガスの温度の測定結果に基づいて，二次燃焼空気の供給量が演算される。すなわち，例えば温度の目標値を８９０±１０℃とした場合（温度計１０２が複数設けられている場合はその測定結果の平均値），温度の測定結果が目標値より高い場合には，二次燃焼室内の燃焼した後の排ガスの温度が最適な温度よりも高いとみなす。そして，二次燃焼空気により二次燃焼室内の燃焼した後の排ガスを冷却するために，温度の測定結果が目標値となるように二次燃焼空気供給量の増加量を演算する。逆に，温度の測定結果が目標値より低い場合には，二次燃焼室内の燃焼した後の排ガスの温度が最適な温度よりも低いとみなす。そして，二次燃焼空気により二次燃焼室内の燃焼した後の排ガスが冷却されるのを防ぐために，度の測定結果が目標値となるように二次燃焼空気供給量の減少量を演算する。その後，二次燃焼空気供給路４２の閉塞状況を判断するために，二次圧力計１０４からの二次燃焼空気の圧力を考慮して，ダンパー１０５の開度を決定する。なお，温度の測定結果が目標値である場合には，二次燃焼空気供給量を変化させない。すなわち，ダンパー１０５の開度も変更されない。
（４）ダンパー開度演算部Ｃ４では，温度計１０２からの燃焼した後の排ガスの温度の経時変化傾向に基づいて，二次燃焼空気の供給量が演算される。すなわち，二次燃焼室内の二次燃焼室内の燃焼した後の排ガスの温度の経時変化の傾向変化が上昇方向の場合には，以後二次燃焼室内の燃焼した後の排ガスの温度がより高くなるものとみなす。そして，二次燃焼空気により二次燃焼室内の燃焼した後の排ガスを冷却するために，燃焼した後の排ガスの温度が一定になるように二次燃焼空気供給量の増加量を演算する。逆に，その傾向変化が下降方向の場合には，以後二次燃焼室内の燃焼した後の排ガスの温度がより低くなるものとみなす。そして，二次燃焼空気により二次燃焼室内の燃焼した後の排ガスの冷却を防止するために，燃焼した後の排ガスの温度が一定になるように燃焼空気供給量の減少量を演算する。その後，二次燃焼空気供給路４２の閉塞状況を判断するために，二次圧力計１０４からの二次燃焼空気の圧力を考慮して，ダンパー１０５の開度を決定する。なお，燃焼した後の排ガスの温度が一定である場合には，以後二次燃焼室内の燃焼した後の排ガスの温度は変化しないものとみなして，二次燃焼空気供給量を変化させない。すなわち，ダンパー１０５の開度も変更されない。
（５）ダンパー開度演算部Ｃ１〜Ｃ４より演算された二次燃焼空気供給量が２つ以上ある場合，ダンパー開度演算部Ｃ５により，二次燃焼空気供給量が比較演算される。すなわち，二次燃焼空気供給量の変化量が最も大きい供給量を二次燃焼空気供給量とする。その後，その二次燃焼空気供給量に対応するダンパー１０５の開度が決定する。

決定されたダンパー１０５の開度は，制御部１００からダンパー１０５に伝達される。そして，ダンパー１０５の開度が制御されることにより，二次燃焼空気供給口４０から供給される二次燃焼空気の供給量は好適に制御され，二次燃焼空気は排ガスと迅速かつ十分に混合される。排ガスと二次燃焼空気とが十分に混合されることにより，排ガス中に含まれる未燃ガスや，排ガスと共に吹き上げられた微細な焼却原料に対して，二次燃焼空気中の酸素が満遍なく供給され，未燃ガスや微細な焼却原料の酸化が効率良く促進される。したがって，二次燃焼室Ｓ２において排ガスを確実に燃焼させることができる。また，二次燃焼空気と衝突することで，排ガスの上昇速度が抑制される。したがって，二次燃焼室Ｓ２内での排ガスの滞留時間が短くなることを防止でき，滞留時間を十分に確保し，二次燃焼を十分に行うことができる。

さらにこのような二次燃焼空気の制御によっても，二次燃焼室の酸素量や温度を適切な範囲におさめることができない場合には，一次燃焼空気の制御が行われる。この場合，制御部１００における一次燃焼空気供給量演算部Ｃ６では，制御目標とする二次燃焼空気供給量に対して，実際の二次燃焼空気供給量の制御だけでは達成できなかった量に基づいて，一次燃焼空気供給量が演算される。すなわち，二次燃焼空気の供給量を多くしたい場合には，目標とする二次燃焼空気供給量の増加量に対して，実際の二次燃焼空気供給量の増加だけでは足りない量に基づいて，一次燃焼空気供給量の増加量が演算される。逆に，目標とする二次燃焼空気の供給量を少なくしたい場合には，目標とする二次燃焼空気供給量の減少量に対して，実際の二次燃焼空気供給量の減少だけでは減らしきれない量に基づいて，一次燃焼空気供給量の減少量が演算される。その後，一次圧力計１０３からの一次燃焼空気の圧力を考慮して，一次燃焼空気供給量制御弁６３の開度が決定される。

また，一次燃焼空気として，燃焼した後の排ガスと酸素含有気体である外気の混合ガスを使用する場合には，制御部１００における一次燃焼空気混合割合演算部Ｃ７によって，燃焼した後の排ガスと外気の混合比率を演算する。この場合，一次燃焼空気混合割合演算部Ｃ７では，少なくとも酸素濃度計１０１からの燃焼した後の排ガスの酸素濃度の測定結果，又は温度計１０２からの燃焼した後の排ガスの温度の測定結果に基づいて，燃焼した後の排ガスと外気の混合比率が演算される。その後，演算された混合比率に基づき，一次圧力計１０３からの一次燃焼空気の圧力を考慮して，排ガス供給量制御弁６１の開度及び外気供給量制御弁６２の開度が決定される。なお，一次圧力計１０３は，供給された一次燃焼空気中に含まれる酸素量と熱容量を決定するために使用される。

このように決定された，少なくとも一次燃焼空気供給量制御弁６３の開度，又は排ガス供給量制御弁６１の開度及び外気供給量制御弁６２の開度が，それぞれ一次燃焼空気供給量制御弁６３，又は排ガス供給量制御弁６１及び外気供給量制御弁６２に伝達され，一次燃焼空気が制御される。

以上のように，本実施の形態の焼却装置１によれば，二次燃焼室内で燃焼後の排ガスの少なくとも酸素濃度，酸素濃度の経時変化傾向，温度，又は温度の経時変化傾向を測定し，二次燃焼空気，又は二次燃焼空気と一次燃焼空気の両方を制御することにより，二次燃焼室内で排ガスを完全燃焼させることができる。これにより，燃焼後の排ガスに含まれる環境負荷となる有害物質の濃度を低減することができる。
また，二次燃焼室内で燃焼後の排ガス温度とその経時変化の傾向変化を測定することにより，二次燃焼室内温度を焼却装置の維持管理に最適な温度状態に維持することができる。これにより，焼却原料を安定して焼却することができる。

以上，本発明の実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本実施の形態では，焼却装置１は傾斜分散型流動層燃焼炉としたが，本発明はかかるものには限定されず，各種流動床炉，ストーカ炉，ロータリーキルンなどの焼却炉，またはそれらを組み合わせた各種焼却装置とその燃焼制御方法について適用できる。その場合，一次燃焼空気の制御を実施しない形態であったり，燃焼空気吹き込み量の具体的な決定方法に差異があったりしても，計測機器の仕組みに違いがあったりしても，本発明の技術的範囲に属するものとみなされる。

本実施の形態では，焼却原料にはＡＳＲとしたが，焼却原料はかかるものに限定されず，各種の廃棄物，例えば，都市ごみの粉砕物，産業廃棄物の粉砕物，汚泥，木屑等であってもよい。また，例えばＡＳＲと産業廃棄物の粉砕物との混合物など，異なる種類の廃棄物を混合したものであってもよい。本発明にかかる焼却装置によれば，様々な性質の廃棄物を，例えば難燃性の廃棄物であっても，効率的に焼却処理することが可能である。

本実施の形態は，ボイラーや発電設備等を付設した焼却装置１に適用することもできる。例えば，側壁部７に冷媒配管を内設して，冷媒配管の内部に通された冷媒と排ガスが冷媒配管の内外面を介して熱交換することで，排ガスの熱が回収される構成としてもよい。また，二次燃焼後の排ガスをボイラーに導入して，ボイラーの熱交換器において排ガスの熱を回収する構成としてもよい。その場合，ボイラーは二次燃焼室Ｓ２とバグフィルタ５２との間に設け，排ガスをボイラーによって冷却した後，バグフィルタ５２において集塵することが好ましい。このとき，酸素濃度計Ａは，ボイラーで冷却された排ガスが排出される排気口に接続された排気路に設置することが好ましい。

また，本実施の形態では，焼却装置１は廃棄物の焼却処理に用いるものとしたが，例えば石炭やごみ固形化燃料（ＲＤＦ：ＲｅｆｕｓｅＤｅｒｉｖｅｄＦｕｅｌ）等を燃料（焼却原料）として用いる発電施設の燃焼炉に適用することもできる。

本発明は，焼却原料を焼却させる一次燃焼室と排ガスを燃焼させる二次燃焼室を有する焼却装置における，燃焼制御方法とその焼却装置に有用である。

本実施の形態にかかる焼却装置の構成の概略を示す説明図である。図１におけるＡ−Ａ線による断面図である。一次燃焼空気の吹込み部の斜視図である。本実施の形態にかかる焼却装置の制御部の構成の概略を示す説明図である。

符号の説明

１焼却装置
２０一次燃焼空気供給口
４０二次燃焼空気供給口
６１排ガス供給量制御弁
６２外気供給量制御弁
６３一次燃焼空気供給量制御弁
１００制御部
１０１酸素濃度計
１０２温度計
１０３一次圧力計
１０４二次圧力計
１０５ダンパー
Ｓ１一次燃焼室
Ｓ２二次燃焼室

Claims

焼却原料を焼却させる一次燃焼室と排ガスを燃焼させる二次燃焼室を有する焼却装置における燃焼制御方法であって，
前記一次燃焼室において，一次燃焼空気を供給して，焼却原料を焼却させる工程と，
前記二次燃焼室において，二次燃焼空気を供給して，前記一次燃焼室で発生した排ガスを燃焼させる工程と，
前記二次燃焼室内で燃焼した後の排ガスの少なくとも酸素濃度，又は温度を測定する工程と，
少なくとも前記燃焼した後の排ガスの酸素濃度の測定結果，酸素濃度の経時変化傾向，前記燃焼した後の排ガスの温度の測定結果，又は温度の経時変化傾向に基づいて，二次燃焼空気供給量を演算する工程と，
前記演算結果に基づいて，前記二次燃焼室に吹き込む前記二次燃焼空気の供給量を制御する工程と，
を有することを特徴とする，燃焼制御方法。
前記二次燃焼空気供給量の制御は，前記演算結果が２以上ある場合には，前記二次燃焼空気の供給量の変化量が最も大きい供給量を，前記二次燃焼室に吹き込む二次燃焼空気供給量とすることを特徴とする，請求項１に記載の燃焼制御方法。
前記燃焼した後の排ガスの酸素濃度の測定結果に基づく前記二次燃焼空気の供給量の演算は，予め定められた酸素濃度の目標値に近づけるものであることを特徴とする，請求項１又は２に記載の燃焼制御方法。
前記燃焼した後の排ガスの酸素濃度の経時変化傾向に基づく前記二次燃焼空気の供給量の演算は，上昇傾向の場合には供給量を減少させ，下降傾向の場合には供給量を増加させて，酸素濃度が一定になるようにすることを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の燃焼制御方法。
前記燃焼した後の排ガスの温度の測定結果に基づく前記二次燃焼空気の供給量の演算は，予め定められた温度の目標値に近づけるものであることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の燃焼制御方法。
前記燃焼した後の排ガスの温度の経時変化傾向に基づく前記二次燃焼空気の供給量の演算は，上昇傾向の場合には供給量を増加させ，下降傾向の場合には供給量を減少させて，温度が一定になるようにするものであることを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載の燃焼制御方法。
前記二次燃焼空気供給量を制御しても制御目的が達成できない場合には，前記二次燃焼空気供給量の演算結果に基づいて，一次燃焼空気供給量を演算する工程と，
前記一次燃焼空気供給量の演算結果に基づいて，前記一次燃焼室に吹き込む前記一次燃焼空気の供給量を制御する工程と，
をさらに有することを特徴とする，請求項１〜６に記載の燃焼制御方法。
前記一次燃焼空気には外気と前記燃焼した後の排ガスとの混合空気を用い，前記一次燃焼空気の供給量の制御に替えて，又は前記一次燃焼空気の供給量の制御と共に，少なくとも前記燃焼した後の排ガスの酸素濃度又は前記燃焼済した後の排ガスの温度の測定結果に基づいて，前記一次燃焼空気における外気と燃焼した後の排ガスとの混合比率を制御する工程を有することを特徴とする，請求項７に記載の燃焼制御方法。
焼却原料を焼却させる一次燃焼室と排ガスを燃焼させる二次燃焼室を有する焼却装置であって，
前記一次燃焼室内に，焼却原料を焼却させるための一次燃焼空気が供給される，一次燃焼空気供給口と，
前記二次燃焼室内に，前記一次燃焼室で発生した排ガスを燃焼させるための二次燃焼空気が供給される，二次燃焼空気供給口と，
前記二次燃焼室内で燃焼した後の排ガスの少なくとも酸素濃度を測定する酸素濃度計，又は温度を測定する温度計と，
少なくとも前記酸素濃度計又は温度計の測定結果に基づいて，前記二次燃焼空気の供給量を制御する制御部と，
を有することを特徴とする，焼却装置。
前記二次燃焼空気供給量を制御しても制御目的が達成できない場合には，前記制御部は，前記一次燃焼空気の供給量をさらに制御することを特徴とする，請求項９に記載の焼却装置。
前記一次燃焼空気は，外気と前記燃焼した後の排ガスとの混合空気であり，前記二次燃焼空気供給量を制御しても制御目的が達成できない場合には，前記制御部は，前記酸素濃度計の測定結果と前記温度計の測定結果に基づいて，前記一次燃焼空気の混合比率を制御することを特徴とする，請求項９又は１０に記載の燃焼装置。