JP4164937B2

JP4164937B2 - 炉内ごみ層厚による空気配分制御方法

Info

Publication number: JP4164937B2
Application number: JP10143599A
Authority: JP
Inventors: 秀樹木通; 茂樹村山; 敬三石森; 俊明斉藤; 里志井上; 道則成澤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2019-04-08
Also published as: JP2000291928A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転式ストーカ式焼却炉の炉内ごみ層厚による空気配分制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転ストーカ炉において、ごみを安定して燃焼させるには、炉内のごみ層厚を的確に検出し、その層厚に応じた適正な空気を供給することが要求される。
【０００３】
従来、ストーカ式ごみ焼却炉でのごみ層厚推定方法としては、特開平９−４８２７号公報に示されるように、ごみの単位時間あたりの平均投入量と、火格子の裏面の温度を検出し、その検出温度とごみ投入量からごみ層厚を推定する方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来のストーカは、固定式であり、回転式ストーカ炉のように、火格子は水管であり、温度は低く、またごみは焼却炉の回転と共に回転しながら移動するので、ごみ投入量と温度による層厚推定は不可能である。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、回転式ストーカ式ごみ焼却炉で、ごみ層厚を的確に検出して、そのごみ層厚で安定した燃焼を行うことができる炉内ごみ層厚による空気配分制御方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、回転ストーカ式焼却炉の回転ドラム内に給じんプッシャによりごみを投入し、その回転ドラムの回転でごみを下流側に搬送しながら、回転ドラム内に一次空気を吹き込んで燃焼する回転ストーカ式焼却炉の一次空気の吹き込み方法において、回転ドラムに一次空気を吹き込む風箱を、回転ドラムの上流側から下流側にかけて複数の軸方向ゾーンに分け、かつその各軸方向ゾーンの風箱を円周方向に複数の円周方向ゾーンに分割し、その各軸方向ゾーンに供給する一次空気の流量と圧力を個々に検出すると共に分配弁で各円周方向ゾーンに供給する一次空気の流量と圧力とを調整できるようにし、他方、回転ドラム内のごみが最適燃焼状態にあるときの最適なごみ層厚分布から上流側から下流側にかけた各軸方向ゾーンの最適ごみ層厚を設定し、一方層厚に対する空気流量と風箱圧力の関係を予め求めておくと共に、上記最適ごみ層厚から上流側から下流側にかけた各軸方向ゾーンの空気流量と風箱圧力を設定し、上流側から下流側にかけた各軸方向ゾーンの風箱に供給される一次空気の検出圧力と検出流量から、その上流側から下流側にかけた軸方向ゾーンの実際の層厚を検出し、その各軸方向ゾーンの実際の層厚に応じて、上流側から下流側の各軸方向ゾーンの風箱に供給する一次空気を最適層厚になるよう分配すると共に、その軸方向で分配した一次空気をさらに上記分配弁で円周方向ゾーンに分配して供給することを特徴とする炉内ごみ層厚による空気配分制御方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【０００９】
先ず、図１により全体構成を説明する。
【００１０】
図１において、１０は回転ストーカ式焼却炉で、上流側に給じんホッパ１１が接続されると共に、ごみｇを焼却炉１０内に送り出すプッシャ１２が設けられる。
【００１１】
この回転ストーカ式焼却炉１０は、図示していないが水管とその水管の間に多数の孔が形成された回転ドラム１３からなり、その回転ドラム１３が、支持ローラ１４を介して固定梁１５上に回転自在に支持されると共に駆動モータ１６で回転されるようになっている。
【００１２】
固定梁１５には、回転ドラム１３を覆うカバー１３ａが設けられると共に回転ドラム１３内に一次燃焼空気を供給する風箱１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃが、その上流側から下流側にかけて例えば図示のように３つの軸方向ゾーンＡ，Ｂ，Ｃに分けて設けられる。
【００１３】
各風箱１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃは、図２に示すように円周方向に、さらに３分割して円周方向ゾーンが形成されるように風箱１７Ａ_１〜１７Ａ_３、１７Ｂ_１〜１７Ｂ_３、１７Ｃ_１〜１７Ｃ_３が設けられる。
【００１４】
各風箱１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃは、押込空気ライン１８を介して押込ファン１９に接続されると共に、その押込空気（一次空気）をゾーンＡ〜Ｃに分配すると共に、円周方向に分配する分配弁２０Ａ₁〜２０Ａ₃，２０Ｂ₁〜２０Ｂ₃、２０Ｃ₁〜２０Ｃ₃が接続される。
【００１５】
また各ゾーンＡ〜Ｃに分割された風箱１７へ供給する空気の流量と圧力をそれぞれ検出する流量計２１，圧力計２２が接続されると共に押込ファン１９側にも全体の流量と圧力を検出する流量計２３，圧力計２４が接続され、さらに吸込側に押込空気量を制御する制御弁２５が接続される。
【００１６】
なお、Ａ〜Ｃゾーンの風箱１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃへそれぞれ供給される流量と圧力を流量計２１と圧力計２２で検出する他に、各ゾーンの風箱１７Ａ₁〜１７Ａ₃，１７Ｂ₁〜１７Ｂ₃、１７Ｃ₁〜１７Ｃ₃にも流量計と圧力計を接続して、一次空気を個々に検出するようにしてもよい。
【００１７】
回転ストーカ式焼却炉１０には、燃焼炉２６が形成され、その燃焼炉２６に焼却炉１０で発生した可燃性ガスを二次燃焼させる二次燃焼室２７が形成される。また燃焼炉２６の底部には、焼却炉１０から排出された未燃物を後燃焼させる後燃焼装置２８が設けられると共に後燃焼装置２８からの焼却残渣の排出口２９が設けられる。
【００１８】
二次燃焼室２７には二次空気を吹き込むノズル３０が設けられ、そのノズル３０が二次空気ライン３１に接続されると共にそのライン３１に、二次空気用ファン３２が接続され、さらにそのファン３２に、二次空気量を制御する制御弁３３が接続される。また、二次空気ライン３１には、流量計３４，圧力計３５が接続される。
【００１９】
後燃焼装置２９には、その風箱３６に分配弁３７が接続されると共に後燃焼空気ライン３８が接続され、そのライン３８に後燃焼用ファン３９が接続され、ファン３９の吸込側に制御弁４０が接続される。また、４１は流量計、４２は圧力計である。
【００２０】
燃焼炉２６の頂部には、ボイラ５０が接続される。ボイラ５０は燃焼炉２６からの燃焼排ガスを導入する水管壁からなる導入部５１と過熱器５２とボイラ本体５３と気水ドラム５４からなり、燃焼排ガスが、図示の矢印で示した導入部５１、過熱器５２、ボイラ本体５３を通って排ガスダクト５５より排気され、給水は導入部５１とボイラ本体５３を通って気水ドラム５４に入り、そこで気液分離されて、発生した蒸気が、過熱器５２を通って過熱されスチームライン５６より発生蒸気量を制御する制御弁５７を介してタービン（図示せず）に供給されるようになっている。
【００２１】
回転ストーカ式焼却炉１０でのごみ焼却を説明する。
【００２２】
先ず、給じんホッパ１１内に、ごみクレーンなどからごみｇが投入され、そのごみｇが給じんプッシャ１２により周期的に押し出されて回転ストーカ式焼却炉１０の回転ドラム１３内に投入される。
【００２３】
回転ドラム１３は駆動モータ１６で回転され、投入されたごみｇは、その回転ドラム１３の傾斜と回転により順次下流側に搬送される。
【００２４】
この回転ドラム１３には風箱１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃから押込空気が吹き込まれ、主に、上流側（Ａゾーン）では乾燥が、中間（Ｂゾーン）では熱分解が、下流側（Ｃゾーン）では燃焼が行われる。下流側の燃焼ゾーンでは、炉の円筒形断面に起因して、強力な渦を伴った火炎が形成され、攪拌・混合の強いガス燃焼が行われる。
【００２５】
この回転ストーカ式焼却炉１０で発生した可燃性ガスは、二次燃焼室２７に導入され、ノズル３０から吹き込まれた二次空気で燃焼され、燃焼排ガスとなってボイラ５０にて給水を加熱して蒸気を発生させる。
【００２６】
また、回転ストーカ式焼却炉１０から排出された未燃分は後燃焼装置２８に排出され、風箱３６から供給される後燃焼空気で、燃焼処理されると共に灼熱減容されて排出口２９から排出される。
【００２７】
このように、回転ストーカ式焼却炉１０内に投入されたごみは、乾燥、熱分解過程を経て、燃焼に移行し、下流側の燃焼ゾーンでは、炉の円筒形断面に起因して、強力な渦を伴った火炎が形成され、攪拌・混合の強いガス燃焼が行われる。
【００２８】
この際、炉内に滞留している各ゾーンのごみ層の厚さが変動すると燃え切り点が移動し安定した燃焼が行われなくなる。
【００２９】
本発明においては、風箱１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを、それぞれ１７Ａ₁，１７Ａ₂，１７Ａ₃、１７Ｂ₁，１７Ｂ₂，１７Ｂ₃、１７Ｃ₁，１７Ｃ₂，１７Ｃ₃のゾーンに分けて供給する一次空気の流量と圧力からごみ層厚を推定するようにしたものである。なおこのゾーンは、（Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃）、（Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃）、（Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃）の９個からなり、その各９個のゾーンに供給する一次空気の流量と圧力とが流量計２１，圧力計２２で個々に検出されると共に各分配弁２０Ａ₁〜２０Ａ₃，２０Ｂ₁〜２０Ｂ₃、２０Ｃ₁〜２０Ｃ₃で一次空気の流量と圧力とが調整できるようになっている。
【００３０】
図３は、焼却炉１０内での上流側から下流側へかけてのごみ層の層厚分布を示したものである。
【００３１】
ごみ層厚の推定においては、一次空気量と風箱１７の空気圧によってごみ層の流体抵抗（乃至圧損）を推定し、これを層厚と推定する。
【００３２】
図４は、Ｂゾーンのごみ層厚が一定に維持されたときの風箱１７Ｂから吹き込まれる空気流量と風箱圧力の相関を計測したデータを示したものである。
【００３３】
この図からわかるように層厚が一定であれば、空気流量と風箱圧力とは一定の相関関係が成立する。すなわち、層厚が一定であれば、その層厚による流体抵抗は一定となるため、風箱１７内の圧力が低ければ、その層厚を通る空気流量も少なくなり、圧力が高くなれば、空気流量も多くなる。また風箱１７を一定の圧力にした場合、層厚が厚くなれば流量は少なく、層厚が薄くなれば流量は多くなる関係となる。
【００３４】
そこで、本発明においては、Ａ〜Ｃゾーンの各Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３、Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３、Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３の層厚、特に軸方向ゾーンの層厚に対する軸方向ゾーンの風箱１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃへの空気流量と風箱圧力の関係を予め求めておき、各軸方向ゾーンの風箱１７Ａ〜Ｃに供給する空気流量と圧力から各軸方向ゾーンのごみ層厚を推定するようにしたものである。
【００３５】
また、軸方向のＡ〜Ｃゾーンでは、図２に示したように円周方向でごみの層厚の分布があるため、分配弁２０Ｂ_１〜２０Ｂ_３（２０Ａ _１〜２０Ａ _３，２０Ｃ _１〜２０Ｃ _３）で、円周方向ゾーンＢ_１，Ｂ_２，Ｂ_３（Ａ _１〜Ａ _３，Ｃ _１〜Ｃ _３）の層厚に応じた空気配分を行う。
【００３６】
さて、図２において、各風箱１７Ｂ₁，１７Ｂ₂，１７Ｂ₃に供給される一次空気の流量が流量計２１Ｂ₁〜２１Ｂ₃にて検出されて制御装置６０に入力されると共に圧力が圧力計２２Ｂ₁〜２２Ｂ₃にて検出されて制御装置６０に入力される。また同時に押込ファン１９から押込ライン１８に供給される流量と圧力とが制御装置６０に入力される。
【００３７】
また制御装置６０には、ボイラ５０の蒸発量と二次燃焼室２７の燃焼温度が入力され、これによりプッシャ１２によるごみ投入量に対する一次空気の総量を制御弁２５の開度を制御する。
【００３８】
次に、制御装置６０は、各流量計と圧力計から入力された各軸方向ゾーンの風箱１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃに供給される一次空気の流量と圧力から各ゾーンＡ〜Ｃのごみの層厚を、図４で説明した相関関係から求めて各軸方向ゾーンの層厚を求める。
【００３９】
この層厚の求め方は、焼却炉内が最適燃焼状態にあるときの、最適なごみ層厚分布から、各軸方向ゾーンの最適ごみ層厚を設定しておき、その設定した各ゾーンの層厚に対する一次空気の圧力と流量で設定しておき、各軸方向ゾーンに実際に分配される一次空気の検出圧力と検出流量と、設定した圧力と流量とを、比較することで、各ゾーンの層厚が、その最適ごみ層厚に対して層厚が厚いか、薄いかを判断して層厚の厚い薄いを決定する。
【００４０】
このごみ層厚の分布は、軸方向ゾーンの層厚分布が一様でない場合には、層厚に応じた分配比に調整する。すなわち、層厚が厚いときには一次空気の分配比を大きくし、薄いときにはその分配比を小さくすることで、軸方向ゾーンの層厚分布を最適分布にすることができ、また円周方向ゾーンは、その軸方向ゾーンに分配された一次空気を、円周方向の層厚分布に応じてさらに分配する。
【００４１】
このように、本発明においては、焼却炉１０内のごみの層厚分布を各軸方向ゾーンの風箱１７Ａ〜１７Ｃに供給する一次空気の流量と圧力から求め、その層厚分布から燃焼状態を最適に維持しながら一次空気の分配比を調節することで、余剰空気を投入することなく炉内を高温に保ちつつ燃焼分布を最適に保って燃焼させることが可能となる。
【００４２】
なお、上述の実施の形態においては、風箱１７を上流側から下流側にかけて３つのゾーンに分割した例を示したが、４分割でもそれ以上でもよい、また円周方向では分配弁２０の分配比を、円周方向の層厚分布に応じて予め分配比を設定した例で説明したが、ここに流量計と圧力計を設けてさらにきめ細かな層厚検出と制御を行うようにしてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、焼却炉内に一次空気を吹き込む風箱を、複数のゾーンに分割し、ごみの層厚分布を各ゾーンの風箱に供給する一次空気の流量と圧力から、層厚を求めることが可能となる。また求めた層厚分布から燃焼状態を最適に維持しながら一次空気の分配比を調節することで、余剰空気を投入することなく炉内を高温に保ちつつ燃焼分布を最適に保って燃焼させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す全体図である。
【図２】図１の焼却炉の横断面図を示す図である。
【図３】図１に示した焼却炉内のごみ層厚分布と風箱から吹き込む一次空気の分配比を説明する図である。
【図４】本発明において、ごみ層厚に対する空気流量と風箱圧力の関係の計測データを示す図である。
【符号の説明】
１０回転ストーカ式焼却炉
１２給じんプッシャ
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ風箱
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ流量計
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ圧力計

Claims

回転ストーカ式焼却炉の回転ドラム内に給じんプッシャによりごみを投入し、その回転ドラムの回転でごみを下流側に搬送しながら、回転ドラム内に一次空気を吹き込んで燃焼する回転ストーカ式焼却炉の一次空気の吹き込み方法において、回転ドラムに一次空気を吹き込む風箱を、回転ドラムの上流側から下流側にかけて複数の軸方向ゾーンに分け、かつその各軸方向ゾーンの風箱を円周方向に複数の円周方向ゾーンに分割し、その各軸方向ゾーンに供給する一次空気の流量と圧力を個々に検出すると共に分配弁で各円周方向ゾーンに供給する一次空気の流量と圧力とを調整できるようにし、他方、回転ドラム内のごみが最適燃焼状態にあるときの最適なごみ層厚分布から上流側から下流側にかけた各軸方向ゾーンの最適ごみ層厚を設定し、一方層厚に対する空気流量と風箱圧力の関係を予め求めておくと共に、上記最適ごみ層厚から上流側から下流側にかけた各軸方向ゾーンの空気流量と風箱圧力を設定し、上流側から下流側にかけた各軸方向ゾーンの風箱に供給される一次空気の検出圧力と検出流量から、その上流側から下流側にかけた軸方向ゾーンの実際の層厚を検出し、その各軸方向ゾーンの実際の層厚に応じて、上流側から下流側の各軸方向ゾーンの風箱に供給する一次空気を最適層厚になるよう分配すると共に、その軸方向で分配した一次空気をさらに上記分配弁で円周方向ゾーンに分配して供給することを特徴とする炉内ごみ層厚による空気配分制御方法。