JP2944502B2 - ゴミ焼却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼式過熱器を設
けてあるゴミ焼却装置に関し、詳しくは焼却炉で発生す
る排ガスから廃熱回収して蒸気を発生する廃熱ボイラ
と、その発生蒸気によりタービンを駆動して発電する発
電装置とを備え、前記廃熱ボイラから前記発電装置への
蒸気供給路に路内蒸気を過熱する燃焼式過熱器を設けて
あるゴミ焼却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のゴミ焼却装置においては、廃熱ボ
イラでの発生蒸気を過熱して蒸気タービンの効率を上昇
することを目的として燃焼式過熱器を設けており、その
燃焼排ガスは空気予熱器を設けて熱回収した後系外に放
出していた。しかし、上述したゴミ焼却装置では、被焼
却物たるゴミが家庭からの生ゴミ等を含む場合や、不燃
物或いは難燃物を含む場合があり、その結果、ゴミ質の
変動が激しく、燃焼室での燃焼状態が変動して発生蒸気
量が変動するのが常であり、廃熱ボイラでの発生蒸気量
の減少時には、前記燃焼式過熱器において水噴霧により
不足蒸気量を補うとともに、発生蒸気量の増加時にはタ
ービンへの入力蒸気を制限することで発電量の安定化を
図っていた。しかし、上記のように、燃焼熱源としての
被焼却物の質が不安定なために、前記燃焼式過熱器の熱
負荷の変動が大きく、前記燃焼式過熱器の燃焼器は過剰
空気供給によって燃焼温度を高めながら、その燃焼室の
周壁保護のために空気により前記周壁部内面を冷却し、
その冷却空気によって燃焼ガスを希釈冷却して、前記冷
却空気の流量調節によって過熱用ガスの温度を例えば９
００℃に調節することが行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のゴミ焼却装
置においては、燃焼器に過剰空気供給を行うために、燃
焼器出口ガス温度を維持するために必要な燃料は増加傾
向にあり、且つ、放出燃焼排ガスの持ち出す熱量（排ガ
ス損失）が、過剰空気供給に伴う燃焼排ガス量の増加と
ともに大きくなるという燃料経済上の問題があった。こ
の排ガス損失を低減するために、燃焼器に供給する空気
の予熱に用いると同時に、残存酸素濃度の高い高温の燃
焼排ガスを焼却炉の二次燃焼用ガスとして供給すること
も考えられているが、充分な排ガス損失の回収には至っ
ていない。尚、従来のゴミ焼却装置においては、燃焼ガ
スと蒸気との間の熱伝達効率を向上することを目的とし
て、過熱路を通過するガス流速を高めるために燃焼ガス
量を増加する目的で冷却空気を増加供給しようとする
と、燃焼器出口燃焼排ガス温度を一定に維持するために
は、その冷却に対する熱量補給のために、これに伴って
燃料供給量をも増加する必要があった。これは燃焼器の
過剰空気比を高めたり、変更したりすることになり、燃
焼条件の安定性を維持するのに支障を生ずることもあ
り、また、燃焼室出口における燃焼ガス温度を変化させ
ることにもなり、このために燃料消費を高めるという問
題もあった。そこで、本発明の目的は、上記の問題点を
解決し、燃焼式過熱器の排ガス特性を良好に維持しなが
ら、制御性を向上すると同時に、排ガス損失を低減した
燃料経済性の良好なゴミ焼却装置を提供するところにあ
る。

【０００４】

〔第１特徴構成の作用効果〕

従って、上記第１特徴構成によれば、燃焼室での燃焼ガ
スの冷却に蒸気を過熱することにより冷却された燃焼排
ガスを用いると、冷却ガスの燃焼式過熱器入口の温度
と、その出口の温度とに差がなく、従って、その冷却ガ
スを過熱器出口温度にまで加熱することを必要としな
い。例えば、燃焼器出口温度を３００℃とすると、３０
０℃の燃焼排ガスを冷却ガスとして用いた場合には、仮
に燃焼室出口温度を９００℃としても、冷却ガスのみに
ついて考えると、入口温度と出口温度が共に３００℃で
あり、結果的には冷却ガスを燃焼器出口温度にまで加熱
する熱量を必要としない。しかし、冷却ガスに燃焼用空
気を用いる場合には、仮に２００℃に予熱された予熱空
気を用いる場合でも、冷却ガスを３００℃の燃焼器出口
温度にまで、つまり、冷却ガスを１００℃温度上昇させ
る為に加熱する熱量を必要とする。このように、上記構
成によって低空気比で燃焼器内での完全燃焼を維持出
来、冷却ガスを加熱するための熱量を削減できる。その
結果、排ガス損失として排ガスが持ち去る熱量の中には
冷却ガスを過熱するのに要した熱量は含まれないことに
なり、その分だけ排ガス損失を低減出来る。尚、上記燃
焼室出口温度を例えば９００℃に維持しようとするの
は、過熱器出口の排ガス中の一酸化炭素濃度を極力少な
くすることが目的の一つであり、上記構成によって前記
燃焼室出口温度を一定に維持することが可能になるので
ある。さらに、冷却ガスの供給が燃焼ガス中の酸素濃度
に影響を及ぼさないこともあり、冷却ガス単位流量当た
りの所要加熱熱量が小さくなる結果、前記燃焼室におけ
る燃料の燃焼を阻害するおそれなしに多量の冷却ガスを
供給することが出来、過熱路を通過するガス流速を高め
ることが出来るので、過熱路における通過ガスと蒸気と
の間の熱伝達効率を向上出来る。従って、同一温度の燃
焼ガスを比較的高流速で過熱路に供給するのに、従来に
比して燃料供給量を減少しても、同一の過熱蒸気条件を
満足出来るようになる。つまり、冷却ガスに蒸気過熱器
排ガスを用いることで、過熱路への熱供給量の過不足を
招くことを防止しながら、燃焼器出口燃焼排ガス温度を
一定に維持することが可能になる。さらに、この熱伝達
効率の向上は、時定数の大きい廃熱ボイラへの入熱変動
に対して対処する過熱器の応答性を高めることが出来る
ので、ゴミ焼却装置の制御性が向上する。

【０００５】また、燃焼室を主燃焼室と後燃焼室とに分
割形成し、前記燃焼室と前記後燃焼室との間に燃焼ガス
拡散機構を設けて、前記主燃焼室の燃焼ガスと前記排ガ
ス循環路からの循環排ガスとを混合拡散させて、前記後
燃焼室で後燃焼を行わせるようにしてあるから、前記燃
焼ガス拡散機構によって前記燃焼ガスと前記循環排ガス
とが混合されて、仮に前記燃焼室に備える燃焼器に供給
する空気の空気過剰係数を極端に低くしても、主燃焼室
における高温の前記燃焼ガスが撹拌希釈され、温度が低
下すると同時に撹拌希釈前の前記燃焼ガス中の未反応一
酸化炭素と燃焼ガス中の残存酸素及び前記循環排ガス中
の残留酸素と接触することにより前記後燃焼室で後燃焼
するので、前記燃焼室に供給された燃料が完全燃焼しな
がら、燃焼室出口燃焼排ガス温度を所望の温度に維持す
ることが出来る。例えば、前記燃焼室に備える燃焼器に
供給する空気の空気過剰係数を１．１としても、主燃焼
室における１５００℃の前記燃焼ガスが３００℃の燃焼
排ガスと撹拌希釈され、例えば約８００℃に温度低下す
るが、同時に撹拌希釈前の前記燃焼ガス中の一酸化炭素
が残留酸素と接触することにより後燃焼して、燃焼室出
口燃焼排ガス温度を例えば９００℃に維持することが可
能となる。この例示した燃焼排ガス温度は、一酸化炭素
発生量を極力少なくすることと、過熱路に用いる鋼管を
特殊材料を用いないように設定する温度である。つま
り、前記主燃焼室における燃焼ガス温度を過剰空気を用
いた冷却に頼ること無く、前記循環排ガスの循環量を後
燃焼後の燃焼排ガスの燃焼室出口温度を所定温度に保つ
ように調節しながら、前記燃焼室出口燃焼排ガス温度を
制御でき、従って、廃熱ボイラから供給される蒸気量の
変動に追従するように燃料供給量、及びこれに適合する
ように空気供給量を制御しながら排ガス量を低減できる
ようになる。つまり、この燃焼式過熱器からの系外への
排ガス量は、燃料供給量と、これに伴って供給される燃
焼用空気供給量に対応する量のみとなり、燃焼室周壁部
冷却負荷の影響を受けないようになる。その結果、燃焼
式過熱器の制御性を向上すると同時に、排ガス損失を低
減し、且つ、燃料消費量を抑制出来る燃料経済性の良好
なゴミ焼却装置を提供することが出来た。

【０００６】〔第２特徴構成及び作用効果〕 また、本発明のゴミ焼却装置の第２特徴構成として、前
記第１特徴構成における燃焼ガス拡散機構の近傍に内方
に向けて前記循環排ガスの供給部を備えた拡散用排ガス
路を設けて（請求項２に対応）あればなおよく、このよ
うにすれば、前記燃焼ガス拡散機構による前記燃焼ガス
と前記循環排ガスとの撹拌混合がさらに促進され、結果
として、前記冷却ガスを、主燃焼室の周壁を保護するた
めのみに供給して、前記主燃焼室における燃焼ガス温度
に適合した流量に維持しながら、前記拡散用排ガス路か
らの循環排ガス量を調節して、燃焼室出口燃焼排ガス温
度を任意に調整できる。従って、燃焼式過熱器の蒸気過
熱路に供給される前記廃熱ボイラからの蒸気の流量に応
じた過熱用燃焼ガスの温度並びに流量の制御がさらに容
易になる。従って、適性範囲内において燃料供給量その
他の変化に関わらず、燃焼室出口燃焼廃ガス温度を一定
に維持し、過熱蒸気温度を安定化させることが可能にな
る。その結果、上記第１特徴構成における燃焼式過熱器
の排ガス特性を良好に維持しつつ、制御性をより一層向
上した燃料経済性の良好なゴミ焼却装置を提供出来るよ
うになる。〔第３特徴構成及び作用効果〕 また、本発明のゴミ焼却装置の第３特徴構成は、燃焼式
過熱器からの燃焼排ガスを前記燃焼式過熱器の燃焼室に
導入する排ガス循環路を設け、前記燃焼室を主燃焼室と
後燃焼室とに分割形成し、前記主燃焼室と前記後燃焼室
との間に、前記燃焼室の内方に向けて前記循環排ガスの
供給部を備えた拡散用排ガス路を設けて、前記主燃焼室
の燃焼ガスと前記排ガス循環路からの循環排ガスとを混
合拡散させて、前記後燃焼室で後燃焼を行わせるように
した（請求項３に対応）点にある。 従って、上記第３特
徴構成によれば、前記拡散用排ガスの供給が燃焼ガスの
攪拌及びその温度の均一化に寄与できる。 その結果、燃
焼式過熱器の制御性を向上すると同時に、排ガス損失を
低減し、且つ、燃料消費量を抑制出来る燃料経済性の良
好なゴミ焼却装置を提供することが出来た。

【０００７】〔第４特徴構成及び作用効果〕 そして、本発明のゴミ焼却装置の第４特徴構成として、
前記第１〜３の何れかの特徴構成における燃焼室より下
流側に燃焼ガス温度検出手段を設け、前記燃焼ガス温度
検出手段の検出結果に基づいて前記排ガス循環路からの
循環排ガスの循環量を調節する排ガス循環量調節手段を
設けて、蒸気過熱路に導入する前記後燃焼室からの燃焼
ガス温度を調節可能にした制御手段を設けて（請求項４
に対応）あればさらによく、前記排ガス循環量調節手段
を前記燃焼ガス温度検出手段の検出結果に連動させるこ
とにより、燃料供給量を蒸気過熱路に供給される廃熱ボ
イラからの蒸気量に対応して制御しつつ、前記制御手段
によって前記蒸気過熱路への燃焼ガスの温度を、ゴミ焼
却装置の炉内での燃焼状態に影響されること無く制御す
ることが出来るようになる。その結果、上記第各特徴構
成における燃焼式過熱器の排ガス特性を良好に維持しつ
つ、制御性を維持しながら、前記廃熱ボイラからの蒸気
によってタービン駆動される発電装置の発電量の安定し
たゴミ焼却装置を提供出来るようになる。

【０００８】〔第５特徴構成及び作用効果〕 さらに、本発明のゴミ焼却装置の第５特徴構成として、
前記第１〜４の何れかの特徴構成における燃焼式過熱器
に設けた排ガス検出手段からの燃焼排ガス中酸素含有量
の検出結果に基づき前記燃焼式過熱器の燃焼器への空気
供給量を調節する調節手段を前記制御手段に設けて（請
求項５に対応）あれば一層よく、このようにすれば、前
記燃焼式過熱器の燃焼排ガスに残存する酸素量を一定に
保つことが可能になり、過剰空気の供給を抑制出来るの
で、排ガス損失をさらに低減出来る。尚、これは、燃焼
室における燃料の完全燃焼後に燃焼排ガスに残存する酸
素の存在比率は空気過剰係数に依存するものであり、前
記燃焼室出口から前記排ガス循環路に亘る経路における
燃焼排ガス中の残存酸素量はほぼ一定であるので、前記
燃焼室出口における燃焼ガス温度を一定に保ち、且つ、
前記燃焼器への供給空気の空気過剰係数を一定に保て
ば、燃焼排ガス中の残存酸素量はほぼ一定となるという
事実に基づくものであり、前記燃焼室で完全に燃焼を完
結させれば所定の酸素含有量が前記排ガス検出手段によ
って検出されるので、この検出された酸素含有量から前
記燃焼室における燃焼状態が推定可能であり、前記燃焼
状態を改善する方向、或いは良好な燃焼状態を維持しつ
つ供給空気量を極力低減する方向に空気供給量を制御す
ることが可能になる。その結果、上記第各特徴構成にお
ける燃焼式過熱器の排ガス特性を一層良好に維持しつ
つ、制御性を維持し、燃料経済性をより一層改善したゴ
ミ焼却装置を提供出来るようになる。

【０００９】

【発明の実施の形態】上記本発明のゴミ焼却装置の実施
の形態の一例について、以下に、図面を参照しながら説
明する。ゴミ焼却装置は、図２に示すように、都市ゴミ
を焼却処理するストーカ式の焼却炉１と、焼却炉１から
発生する排ガスを浄化処理する排ガス処理装置２と、排
ガスの熱を利用して発電する発電装置３等で構成してあ
る。

【００１０】前記焼却炉１は、被焼却物を受け入れるホ
ッパＨと、ホッパＨ内の被焼却物である都市ゴミを下端
部から炉内に投入するプッシャＰｕと、プッシャＰｕに
より投入された被焼却物を撹拌搬送しながら、その底部
から供給される高温の一次燃焼空気により順次乾燥、燃
焼、灰化処理するストーカＳとを設けるとともに、未燃
焼ガスの燃焼を完結させるために、ストーカＳの上部空
間に二次燃焼空間７を形成して、該空間７に二次燃焼用
ガスを供給する二次燃焼用ガス供給部９を該空間７に臨
ませて設けるとともに、該空間７の下流側の空間８に、
燃焼排ガスの熱エネルギーを回収する廃熱ボイラ６を設
けて構成してある。

【００１１】前記排ガス処理装置２は、前記空間８の下
流に設けた排ガス路４から煙突５に至る流路途中に設け
たバグフィルタ２ａ、洗煙装置２ｂ等で構成してある。

【００１２】前記発電装置３は、蒸気タービン１０とそ
の出力軸に連結された発電機Ｇとから構成してあり、前
記廃熱ボイラ６から発生する約６ＭＰａ、３００℃の蒸
気を主蒸気路である蒸気供給路１１を介して燃焼式過熱
器２０に導き、その燃焼式過熱器２０で約５００℃に過
熱した６ＭＰａの蒸気を前記蒸気タービン１０に供給
し、発電機Ｇを駆動して発電する。前記蒸気タービン１
０に供給され全エネルギーを発電に供した蒸気は排蒸気
路１９を通して復水冷却器１２で冷却された後に回収さ
れ、前記廃熱ボイラ６に循環させる復水路１６を通して
還流される。また、前記蒸気タービン１０に供給された
蒸気の一部はエネルギーの一部を発電に供した後に高圧
側抽気路１７及び低圧側抽気路１８から取り出されて、
前記復水路１６に設けた給水予熱器１３に導かれる。

【００１３】前記蒸気供給路１１に分岐路１４を設け
て、その分岐路１４に、前記廃熱ボイラ６での発生蒸気
の一部を約４ＭＰａに減圧する減圧バルブを用いた減圧
機構１４ａと、減圧蒸気を蓄積するアキュムレータＡを
設けてあり、前記アキュムレータＡからの蒸気を通気す
る通気路１５と前記タービン１０の高圧側抽気路１７と
を接続してある。

【００１４】前記廃熱ボイラ６では、数秒の周期で数パ
ーセントの蒸気量変動が頻繁に発生するばかりでなく、
前記焼却炉１での焼却状態が良好（燃えやすいゴミが安
定して供給されている）である場合には前記廃熱ボイラ
６で発生する蒸気量は全体的に増し、焼却状態が悪化
（水分の多い燃えにくいゴミが供給されている）する場
合には前記廃熱ボイラ６で発生する蒸気量は全体的に減
少するといった数十分の周期による数十パーセントの蒸
気量変動が生じる。そこで、数十分の周期による数十パ
ーセントの蒸気量変動に対応して、余剰蒸気が発生した
場合には、前記蒸気供給路１１に設けた流量調整弁１１
ａを調節して余剰蒸気を前記アキュムレータＡに蓄積す
る一方、前記廃熱ボイラ６で発生蒸気が不足した場合に
は、前記アキュムレータＡへの蒸気の蓄積を中止して、
前記タービン１０の高圧側抽気路１７に設けた抽気量調
整弁１７ａを絞って前記タービン１０への供給熱量を有
効に発電に利用するとともに、前記通気路１５に設けた
通気量調整弁１５ａを開放して、前記アキュムレータＡ
に蓄積された蒸気をさらに減圧（約２ＭＰａ）して前記
高圧側抽気路１７に供給する。

【００１５】前記燃焼式過熱器２０は、ガスバーナ２２
から供給される燃料ガスの燃焼により発生する熱エネル
ギーにより、蒸気流路を通過する前記廃熱ボイラ６から
の蒸気を過熱路２５において過熱するもので、前記燃焼
式過熱器２０の内部側壁を異常高温による破損から保護
すべく冷却する壁面冷却用ガスとして自らの排ガスの一
部を冷却流量調節ダンパ２１ａ、冷却用循環路２１を介
して循環させるように構成してある。この冷却用ガスは
燃焼ガスを冷却する冷却ガスとしても用いられる。尚、
前記過熱部の蒸気加熱管はボイラ用炭素鋼管で構成して
ある。

【００１６】詳しく説明すると、図１に示すように、ガ
スバーナ２２と、ガスバーナ２２から供給される燃料ガ
スを燃焼させる燃焼室２３とを設けた燃焼部と、その燃
焼部で燃焼した排ガスにより前記廃熱ボイラ６からの蒸
気を過熱する過熱路２５を設けた熱交換部とで構成して
あり、冷却用ガスとして前記熱交換部から排出される排
ガスの一部を流量調節弁２１ａを介して前記燃焼室２３
に供給する排ガス循環路２１を設けるとともに、他の排
ガスを前記焼却路の二次燃焼用ガスとして供給する燃焼
用ガス供給路３０を設けてある。

【００１７】前記燃焼室２３は、その周壁及び燃料供給
側側壁を耐火物で内張りしてあり、正６角形板状の耐火
物を組み合わせて正６角形状の透孔を有する燃焼ガス拡
散機構２４を出口側に備えて、前記ガスバーナ２２から
供給される燃料ガスが燃焼する主燃焼室２３ａと、主燃
焼室２３ａで燃焼した燃焼ガスが、前記拡散機構２４の
前記透孔を通過する際に冷却用ガスと撹拌混合されて後
燃焼する後燃焼室２３ｂとで構成されている。そして、
前記ガスバーナ２２の周囲の周壁近傍には排ガス循環路
２１からの冷却用燃焼排ガスを前記周壁に沿って吹き込
み供給する１２本のフロントノズルが設けられており、
前記排ガス循環路２１に接続されている。こうして、前
記冷却用ガスが前記主燃焼室２３ａの周壁に沿って冷却
ガス流層を形成して、周壁面を冷却すると同時に、燃焼
ガスが前記周壁に直接接触することを避けて、前記周壁
を過熱から保護するようにしてある。この冷却用ガスは
前記主燃焼室２３ａ出口で燃焼ガスと混合され、燃焼ガ
スを希釈冷却する。

【００１８】前記周壁の前記拡散機構２４の近傍に８本
のサイドノズルが前記主燃焼室２３ａの内方に向けて周
方向に設けられており、前記排ガス循環路２１から分岐
した拡散用排ガス路２８が流量調節弁２８ａを介して前
記各サイドノズルに接続してある。前記ガスバーナ２２
に供給する空気の空気過剰係数を低くしてある場合に
は、これらのサイドノズルから吹き込まれる拡散用排ガ
スによって、前記周壁に沿ってガス流層を形成する冷却
ガスが内方に吹き込まれ、燃焼ガスと混合拡散しなが
ら、前記拡散機構２４の透孔を通過して、後燃焼室２３
ｂに送り込まれ、温度低下に伴って、燃焼ガス中の残存
酸素及び循環排ガス中の酸素と接触して後燃焼するよう
にしてある。

【００１９】また、前記排ガス循環路２１の前記拡散用
排ガス路２８の分岐点の下流側には冷却ガスの流量を検
出する流量計２１ｂを設けてあり、前記拡散用排ガス路
２８の途中にも流量計２８ｂを設けてある。さらに、前
記過熱路２５の入口に前記廃熱ボイラ６からの蒸気供給
量を検出する過熱器入口蒸気流量検出手段３２を設ける
とともに、前記過熱路２５の途中に、後段には、減温機
構２５ａを、前段には、水供給機構２５ｂを、夫々設け
てあり、その出口に過熱蒸気検出手段３３を設けてあ
る。

【００２０】前記入口蒸気流量検出手段３２の検出結果
から蒸気量に不足がある場合には、前段水噴霧量制御弁
を介して、前記水供給機構２５ｂに水を供給して、蒸気
タービン１０に供給する過熱蒸気の不足を招かないよう
にすると同時に、前記過熱蒸気検出手段３３の検出結果
から過熱蒸気温度が高くなり過ぎたことを検知した場合
には、減温機構水噴霧量制御弁を介して、前記減温機構
２５ａに水を供給して、前記蒸気タービン１０に供給す
る過熱蒸気の過剰過熱を防止するようにしてある。さら
に、前記過熱蒸気検出手段３３の流量検出結果から、蒸
気量に応じた燃料ガスを供給するように、ガスバーナ２
２への燃料供給路に設けた燃料調節手段２２ａによって
燃料供給量を制御するとともに、燃料供給量に応じて前
記ガスバーナ２２への空気供給路に設けた空気調節手段
２２ｂによって空気過剰係数を維持するようにしてあ
る。尚、前記燃料供給量は、前記前段水噴霧量制御弁並
びに前記減温水噴霧量制御弁の開度に対する比例制御
と、前記過熱蒸気温度に対するＰＩＤ制御とによって調
節される。

【００２１】前記過熱路２５への燃焼ガスの流路に前記
燃焼室２３の出口の燃焼ガス温度を検出する燃焼ガス温
度検出手段２７を設けてあり、加熱部を構成する蒸気加
熱管を保護するために、前記流量調節弁２８ａによって
拡散用排ガス供給量を調節して、この検出手段２７によ
る検出温度を９００℃以下に保つ。このように調節しな
がら過熱路２５出口過熱蒸気温度を５００℃に維持すれ
ば、前記蒸気加熱管の管壁温度は５３０℃程度に抑える
ことが出来る。従って、前記蒸気過熱管には特殊な高温
用材料を用いることを必要としない。また、前記燃焼式
過熱器２０の排ガス出口部には、排ガスを検出する排ガ
ス検出手段２６を設けてあり、排ガス検出手段２６に備
える温度計２６ａによる検出温度を約４００℃に近づけ
るべく、前記流量調節弁２１ａを、前記燃焼ガス温度が
ほぼ９００℃に保ちうる範囲内で調節する。さらに、排
ガス検出手段２６は燃焼排ガス中の酸素濃度を検出する
成分計２６ｂをも備えており、この成分計２６ｂの検出
結果に基づき、燃焼の最適化を計るべく前記空気調節手
段２２ｂによってガスバーナ２２への空気供給量を調節
する。

【００２２】上述の各流量制御を最適化するために、前
記各調節手段２２ａ，２２ｂ及び各弁２１ａ，２８ａ等
の制御を統括する制御手段Ｃを設けてある。さらに、前
記燃焼式過熱器２０からの高温の排ガスを、前記焼却炉
１の二次燃焼領域に供給する第一排ガス供給路３０ａ
と、前記燃焼式過熱器２０への燃焼用空気を加熱する空
気予熱器２９を介して前記二次燃焼領域に供給する第二
排ガス供給路３０ｂと、排ガス流量調節手段３１を設け
てある。

【００２３】以下に、前記廃熱ボイラ６により生成され
るべき目標蒸気流量をＱ、前記燃焼式過熱器２０から出
力される蒸気の目標温度をＴとして、それらを一定に制
御するコンピュータを用いた制御手段Ｃの動作を、図３
に示すフローチャートに基づいて詳述する。前記燃焼式
過熱器２０の蒸気入力部に設けた流量センサ３２により
蒸気流量Ｘを計測して＜＃１＞、蒸気変動量ΔＱ＝Ｘ−
Ｑを計算して、その蒸気変動量ΔＱによって、その後の
ステップを選択する＜＃２＞。蒸気変動量ΔＱが負であ
れば、水供給機構２５ｂにおいて前段水噴霧量制御弁
（図１には図示せず）の開度を調節して蒸気量を増加制
御して＜＃３＞、前記前段水噴霧量制御弁の開度調節に
連動して燃料調節手段２２ａとしての燃料供給制御弁の
開度を調節し＜＃４＞続いてステップ＜＃５＞に移行す
る。蒸気変動量ΔＱが０、即ち、目標どうりであれば後
述のステップ＜＃８＞の処理に移行する。蒸気変動量Δ
Ｑが正のときは、燃料供給量を変更することなくステッ
プ＜＃５＞に移行する。例えば、蒸気変動量ΔＱが正の
ときは、弁１５ａを閉じるとともに、減圧弁１４ａを開
いて余剰の蒸気をアキュムレータＡに蓄積し、蒸気変動
量ΔＱが負のときは、水噴霧した後に過熱に必要な熱量
を増加すべく前記両調節弁２２ａ，２２ｂの開度を大き
くして燃料供給量を増加するのである。また、前記燃焼
ガス温度検出手段２７からの検出温度Ｔｇを設定燃焼ガ
ス温度Ｔｓ（この例では９００℃）と比較し＜＃６＞、
フィードバック制御により前記流量調節弁２１ａの開度
を調節する＜＃７＞。なお、前記ステップ＜＃７＞で調
節した循環排ガス量の内から、前記燃焼室２３の周壁温
度が燃焼ガス（例えば１６００℃）により加熱されて異
常に高温となることを防止する（この例では１２００℃
以下に抑える）ための冷却ガスを、前記フロントノズル
を通じて供給するように、前記周壁温度を検出する温度
調節計（図示せず）を設けて、前記流量調節弁２８ａに
よって流量調節するようにしてある。ここでは、両排ガ
ス流路に流量計２１ｂ，２８ｂを設けて、両流量計２１
ｂ，２８ｂの検出結果をフィードバックして両流量調節
弁２１ａ，２８ａの開度を調節するようにしてある。前
記燃焼式過熱器２０の出口に設けた過熱蒸気温度検出器
３３により過熱蒸気温度Ｙを計測し＜＃８＞、温度差Δ
Ｔ＝Ｙ−Ｔを計算して、その温度差ΔＴに基づいて移行
ステップを選択する＜＃９＞。 つまり、温度差ΔＴが
０であれば、ステップ＜＃１２＞に移行する。温度差Δ
Ｔが正であれば、水噴霧量の計算＜＃１０＞の結果に基
づき、減温機構２５ａにおいて減温機構水噴霧量制御弁
（図１には図示せず）の開度を調節することで蒸気温度
を目標蒸気温度Ｔまで下げた＜＃１１＞後に、ステップ
＜＃１２＞に移行する。温度差ΔＴが負であれば、ステ
ップ＜＃４＞に戻り、再度ガスバーナ２２に供給すべき
燃料供給量や燃焼用空気量を増量調節し、ステップ＜＃
５＞以降の動作を繰り返すのである。さらに、前記排ガ
ス検出手段２６に備える成分計２６ｂにより燃焼排ガス
中の酸素濃度を計測し＜＃１２＞、予め設定した前記ガ
スバーナ２２における空気過剰係数（例えば１．１）か
ら算定される目標値（例えばドライベースの酸素濃度
２．１０％）と比較する＜＃１３＞。その結果、計測酸
素濃度（例えばドライベース換算値）が目標値に対して
満足出来る範囲内にある場合にはそのままステップ＜＃
１＞に戻り、上述のステップ＜＃１＞以下の制御を繰り
返し、前記計測酸素濃度（例えばドライベース換算値）
が目標値に対して満足できる範囲から外れている場合に
は、その偏りに応じて前記空気調節弁２２ｂの開度を調
節した後にステップ＜＃１＞に戻り、上述のステップ＜
＃１＞以下の制御を繰り返す。即ち、前記計測酸素濃度
が目標値を超える場合には、前記空気調節弁２２ｂの開
度を絞り、空気供給量をやや減少させて、実質的に空気
過剰率を幾分低下させ、前記計測酸素濃度が目標値に至
らない場合には、前記空気調節弁２２ｂの開度を大きく
して空気供給量を幾分増加させる＜＃１４＞。上記空気
調節弁２２ｂの開度調節量は、前記計測酸素濃度の目標
値からの偏りの程度により算定する。

【００２４】即ち、前記制御手段Ｃによって、排ガス検
出手段２６、及び、燃焼ガス温度検出手段２７からの検
出値に基づいて、排ガス循環路２１の流量調節弁２１
ａ、拡散用排ガス路２８の流量調節弁２８ａを調節して
循環排ガスの供給量を調節して燃焼排ガス温度を制御す
ると同時に、ガスバーナ２２への燃料並びに空気の供給
量を調節して前記燃焼式過熱器２０からの排ガス温度を
一定に保ちつつ、排ガス損失を極小化するように構成し
てある。この排ガス損失は排出排ガス温度と排出排ガス
量に依存し、後者は空気過剰係数に大きく依存するの
で、排ガス温度の抑制とともに空気供給量を極限にまで
抑えるように制御するようにしてある。

【００２５】さらに、前記制御手段Ｃは、蒸気変動量Δ
Ｑが負であれば、前記焼却炉１の燃焼状態が低下したと
判断して、前記燃焼式過熱器２０からの残存酸素濃度の
低い（約２〜３％）燃焼排ガスの前記燃焼式過熱器２０
への循環供給に対する余剰分を前記第一排ガス供給路３
０ａへ供給すべく前記排ガス流量調節手段３１を調節す
ることにより、約３００℃の高温の排ガスを撹拌用のガ
スとして前記焼却炉１の二次燃焼領域に供給する。逆
に、蒸気変動量ΔＱが正或いは０であれば、前記焼却炉
１の燃焼状態が良好であると判断して、排ガスエネルギ
ーを前記燃焼式過熱器２０で消費される燃料を低減する
ために使用すべく、前記排ガス流量調節手段３１を調節
することにより前記燃焼式過熱器２０からの排ガスを前
記第二排ガス供給路３０ｂへ供給し、前記空気予熱器２
９を通過して約１５０℃に温度低下した排ガスを、撹拌
用のガスとして前記焼却炉１の二次燃焼領域に供給す
る。即ち、前記制御手段Ｃは、前記燃焼式過熱器２０の
廃熱の回収の制御をも行うもので、上述の燃焼式過熱器
２０の燃焼排ガス循環系内の制御のみならず、前記排ガ
ス流量調節手段３１の制御をも含むゴミ焼却装置の操業
の最適化を図る制御手段として構成してある。

【００２６】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。 〈１〉上記の実施の形態においては、燃焼室２３に拡散
機構２４を設けて主燃焼室２３ａと後燃焼室２３ｂとに
分割した例を示したが、前記拡散機構２４は燃焼ガスの
温度の均一化を図るためのみに設けて、燃焼室２３を単
一に構成して、その出口に配置してあってもよい。この
場合には前記拡散用排ガスの供給によって燃焼ガスの撹
拌を行わせればよい。 〈２〉また、前記拡散機構２４は省略してもよく、この
場合には前記拡散用排ガスの供給が、燃焼ガスの撹拌及
びその温度の均一化に寄与するようにすればよい。 〈３〉前記拡散用排ガス路２８は省略してもよく、前記
拡散機構２４のみによって冷却用排ガスと燃焼ガスを混
合拡散させて、燃焼ガスの温度を均一化させるようにし
てもよい。さらに、前記燃焼室２３出口温度を制御する
のに、冷却ガスとしての循環排ガスの流量のみを調節す
るようにしてもよい。尚、前記燃焼室２３出口温度を９
００℃としたのはボイラ用炭素鋼管からなる過熱路２５
を熱損傷から保護するためのものであって、また、抽気
式蒸気タービンを発電装置において用いているので、蒸
気過熱温度が５００℃でよいためでもあり、前記燃焼室
出口温度、蒸気過熱温度共に上記の温度に限られるもの
でなく、ゴミ焼却装置の構成に応じて適宜設定されるべ
きものである。尚、再熱式蒸気タービンを発電装置にお
いて用いている場合にも、蒸気過熱温度は５００℃で十
分である。 〈４〉前記排ガス循環路２１から燃焼室２３に循環排ガ
スを供給するのに、フロントノズルを１２本、主燃焼室
２３ａの周壁に沿って吹き込むように設ける例を示した
が、その設置本数は任意であり、設置位置及び方向も任
意である。例えば、前記周壁を貫通してフロントノズル
を設けてもよく、この場合には、そのフロントノズルか
ら供給される排ガスを前記周壁に沿うように流れを誘導
するガイドを設けてあればそれでもよい。 〈５〉前記拡散用排ガス路２８は、前記拡散機構２４の
下流側に臨ませて設けてあってもよく、前記サイドノズ
ルの本数も任意である。また、拡散用排ガスの吹き込み
方向についても上記の実施の形態に示したように内方に
向けてあればよく、燃焼室２３の前方に傾けて設けられ
てあってもよい。このような配置であれば、燃焼ガスの
流れに逆らう運動方向成分が生ずるので、燃焼ガスの撹
拌効果が増大する。 〈６〉前記排ガス検出手段２６は温度計と成分計とから
なるものを示したが、前記成分計は酸素濃度検出に限る
ものではなく、例えば一酸化炭素濃度を検出するもので
あってもよく、酸素・炭酸ガス・一酸化炭素ガスの内の
複数を検出するものであってもよい。複数成分を検出す
るようにすれば、より正確に燃焼状態を把握することが
出来るようになる。 〈７〉上記の実施の形態に示した制御手段Ｃの動作は一
例を示すものであって、その動作は上記の例に限るもの
ではない。つまり、前記制御手段Ｃは燃焼式過熱器の計
装機器の動作を補完するだけのものであってもよい。例
えば、空気過剰係数に係わる制御を補完するだけのもの
であってもよく、例えば、調節弁２１は排ガス循環路２
１の流量によってフィードバック制御するようにし、調
節弁２８ａは拡散用排ガス路２８の流量によってフィー
ドバック制御するようにし、空気調節弁２２ｂは燃料調
節弁２２ａと比例制御するようにして、これらの基準値
を設定するための制御手段であってもよい。この制御手
段Ｃは、排ガス循環量のフィードバック制御の基準値の
みを設定するものであってもよく、少なくとも前記燃焼
室２３出口における燃焼ガス温度が制御出来るものであ
ればよく、さらに、上記のような自動制御機群のみから
構成された制御手段であってもよい。 〈８〉尚、前記排ガス検出手段２６に備える温度計２６
ａにより排ガス温度を計測し、目標排ガス温度（例えば
約３００℃）との差に応じて前記流量調節弁２１ａの開
度を微調節するようにしてもよい。即ち、排ガス温度が
目標排ガス温度より高ければ、前記流量調節弁２１ａの
開度を幾分小さくし、排ガス温度が目標排ガス温度より
低ければ、前記流量調節弁２１ａの開度を幾分大きくす
るようにし、前記燃焼器出口温度を維持しながら、排ガ
ス温度を調節するようにしてもよい。 〈９〉前記流量調節弁２１ａの配置は図１に示した位置
に限らず、拡散用排ガス路２８との分岐点の下流側に配
置してもよく、排ガス循環量を調節出来る位置に配置さ
れてあればよい。例えば、拡散用排ガス循環路２８を設
けてある場合には、前記燃焼室２３に循環供給される燃
焼排ガスを調節可能であればよく、空気過剰係数を抑制
するように制御出来るものであればなお好ましい。 〈１０〉ガスバーナ２２への空気を予熱空気としたのは
好ましい実施の形態であって、常温の空気を供給しても
よい。さらに、燃焼器２２をガスバーナとしたのは好ま
しい実施の形態であって、これに限るものではなく、重
油バーナ、軽油バーナ等の液状燃料を燃焼させるバーナ
であってもよく、さらに、固体燃料を燃焼させてその燃
焼ガスを過熱路内に導入する外燃式の燃焼設備であって
もよい。要するに、本発明における燃焼器は、高温のガ
スを過熱路に供給するものを示し、高温のガスを導入す
るガス導入路であってもよい。 〈１１〉上述の制御手段Ｃの動作は好ましい一例を示す
ものであって、計測値の取得位置・時期・内容、制御の
優先順位、及びステップ移行の選択肢並びにその選択条
件等はゴミ焼却装置の構成によって適宜変更可能であ
り、また、これを複数の制御手段から構成するようにし
てあってもよく、夫々独立に、或いは相互に連繋して制
御するように構成してあってもよい。 〈１２〉上記実施の形態で説明した燃焼式過熱器２０に
設ける燃焼ガス温度検出手段２７は、図１では過熱路２
５への燃焼ガス流路入口に配置した例を示したが、前記
温度検出手段２７の位置は、燃焼ガス温度を検出できる
位置であればよく、例えば燃焼室２３の出口若しくはそ
の近傍に設けてあってもよい。

【００２７】

〔実施例２〕

(サ) 燃料供給量 １．７３Nm３/h〔１時間累積測定量〕 (シ) 空気供給量 ２２．８３Nm３/h〔１時間累積測定量〕 （空気過剰係数 １．２０） (ス) 過熱器出口ガス量 ５２．１６Nm３/h〔１時間累積測定量〕 (セ) 排ガス循環量 ２７．６０Nm３/h〔(シ) −(ソ) 〕 (ソ) 排ガス量 ２４．５６Nm３/h〔１時間累積測定量〕 (タ) 入熱量 １７１９６Kcal/h〔計算値 (サ) ×9940〕 (チ) 排ガス温度 １５１℃ 〔１時間測定平均値〕 (ツ) 計算排ガス損失熱量 １２２２Kcal/h〔(ソ) ×(チ) ×0.3295〕 (テ) 排ガス損失 ７．１％ 〔(ツ) ×100 ／(タ) 〕 〔比較例〕 (ナ) 燃料供給量 １．７３Nm３/h〔１時間累積測定量〕 (ニ) 空気供給量 ５０．４３Nm３/h〔１時間累積測定量〕 （空気過剰係数 ２．６５） (ヌ) 過熱器出口ガス量 ５２．１６Nm３/h〔１時間累積測定量〕 (ネ) 排ガス循環量 ０．００Nm３/h〔(ヌ) −(ノ) 〕 (ノ) 排ガス量 ５２．１６Nm３/h〔１時間累積測定量〕 (ハ) 入熱量 １７１９６Kcal/h〔計算値 (テ) ×9940〕 (ヒ) 排ガス温度 １５０℃ 〔１時間測定平均値〕 (フ) 計算排ガス損失熱量 ２５７８Kcal/h〔(ノ) ×(ヒ) ×0.3295〕 (ヘ) 排ガス損失 １５．０％ 〔(フ) ×100 ／(ハ) 〕 以上のように、同一燃料供給量に対して廃ガス損失は廃
ガス循環量の増加に伴って、廃ガス損失は低下している
のは明らかであるが、さらに、廃ガス循環量の増加に伴
って過熱器出口ガス流量も増加している結果、燃焼器出
口ガス温度が一定であるので、過熱路への供給熱量は増
加しており、実測はしていないが、過熱器における熱交
換効率も向上しているので、供給過熱蒸気量をも増加さ
せることが出来ていると判断出来る発電機出力が得られ
た。実証プラントで小型の燃焼式加熱器において実測で
き、た加熱器熱効率は８７％であった。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、
ゴミ焼却装置における燃焼式過熱器の制御性を向上する
と同時に、排ガス損失を低減でき、同時に、燃料消費量
を低減出来るようになった。

【００２９】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るゴミ焼却装置の一例を示す要部の
説明図

【図２】本発明のゴミ焼却装置の一例を示す説明図

【図３】フローチャート

【符号の説明】

１ 焼却炉 ３ 発電装置 ６ 廃熱ボイラ １０ 蒸気タービン １１ 蒸気供給路 ２０ 燃焼式過熱器 ２１ 排ガス循環路 ２２ 燃焼器 ２３ 燃焼室 ２３ａ 主燃焼室 ２３ｂ 後燃焼室 ２４ 燃焼ガス拡散機構 ２５ 蒸気過熱路 ２６ 排ガス検出手段 ２７ 燃焼ガス温度検出手段 ２８ 拡散用排ガス路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−174202（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−193805（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23G 5/46 ZAB F23G 5/50 ZAB F22B 1/18 F22G 1/16 F22G 5/02 - 5/04

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼却炉（１）で発生する排ガスから廃熱
   回収して蒸気を発生する廃熱ボイラ（６）と、その発生
   蒸気によりタービン（１０）を駆動して発電する発電装
   置（３）とを備え、前記廃熱ボイラ（６）から前記発電
   装置（３）への蒸気供給路（１１）に路内蒸気を過熱す
   る燃焼式過熱器（２０）を設けてあるゴミ焼却装置であ
   って、 前記燃焼式過熱器（２０）からの燃焼排ガスを前記燃焼
   式過熱器（２０）の燃焼室（２３）に導入する排ガス循
   環路（２１）を設け、 前記燃焼室（２３）を主燃焼室（２３ａ）と後燃焼室
   （２３ｂ）とに分割形成し、 前記主燃焼室（２３ａ）と前記後燃焼室（２３ｂ）との
   間に燃焼ガス拡散機構（２４）を設けて、 前記主燃焼室（２３ａ）の燃焼ガスと前記排ガス循環路
   （２１）からの循環排ガスとを混合拡散させて、前記後
   燃焼室（２３ｂ）で後燃焼を行わせるようにしたゴミ焼
   却装置。
2. 【請求項２】 前記燃焼ガス拡散機構（２４）の近傍に
   内方に向けて前記循環排ガスの供給部を備えた拡散用排
   ガス路（２８）を設けてある請求項１記載のゴミ焼却装
   置。
3. 【請求項３】 焼却炉（１）で発生する排ガスから廃熱
   回収して蒸気を発生する廃熱ボイラ（６）と、その発生
   蒸気によりタービン（１０）を駆動して発電する発電装
   置（３）とを備え、前記廃熱ボイラ（６）から前記発電
   装置（３）への蒸気供給路（１１）に路内蒸気を過熱す
   る燃焼式過熱器（２０）を設けてあるゴミ焼却装置であ
   って、 前記燃焼式過熱器（２０）からの燃焼排ガスを前記燃焼
   式過熱器（２０）の燃焼室（２３）に導入する排ガス循
   環路（２１）を設け、 前記燃焼室（２３）を主燃焼室（２３ａ）と後燃焼室
   （２３ｂ）とに分割形成し、 前記主燃焼室（２３ａ）と前記後燃焼室（２３ｂ）との
   間に、前記燃焼室（２３）の内方に向けて前記循環排ガ
   スの供給部を備えた拡散用排ガス路（２８）を設けて、 前記主燃焼室（２３ａ）の燃焼ガスと前記排ガス循環路
   （２１）からの循環排ガスとを混合拡散させて、前記後
   燃焼室（２３ｂ）で後燃焼を行わせるようにしたゴミ焼
   却装置。
4. 【請求項４】 前記燃焼室（２３）より下流側に燃焼ガ
   ス温度検出手段（２７）を設け、前記燃焼ガス温度検出
   手段（２７）の検出結果に基づいて前記排ガス循環路
   （２１）からの循環排ガスの循環量を調節する排ガス循
   環量調節手段を設けて、蒸気過熱路（２５）に導入する
   前記後燃焼室（２３ｂ）からの燃焼ガス温度を調節可能
   な制御手段（Ｃ）を設けてある請求項１〜３の何れかに
   記載のゴミ焼却装置。
5. 【請求項５】 前記燃焼式過熱器（２０）に設けた排ガ
   ス検出手段（２６）からの燃焼排ガス中酸素含有量の検
   出結果に基づき前記燃焼式過熱器（２０）の燃焼器（２
   ２）への空気供給量を調節する調節手段を前記制御手段
   （Ｃ）に設けてある請求項１〜４の何れかに記載のゴミ
   焼却装置。