JP4446449B2 - 廃棄物の燃焼制御方法及びストーカ炉 - Google Patents
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このようなストーカ炉で処理される廃棄物中には様々な物質が含有されており、特に都市ごみ等の一般廃棄物を焼却処理する場合には主灰中にPb、Cr等の重金属類が多く含有され、焼却後も灰中に残存して焼却残渣とともに排出される惧れがある。この重金属類は、灰を資源材として再利用する場合や埋め立て廃棄する場合などにおいて安全性を高めるためにも低減することが求められている。
図8に示すようにこのストーカ炉50では、廃棄物投入ホッパ51よりストーカ52上に投入された廃棄物を、上流側ストーカの下部から加熱一次空気60を空気過剰率1以下で吹き込みながら乾燥、熱分解、燃焼ガス化させるとともに、下流側ストーカの下部から常温または高温酸素富化空気61を吹き込んで、前記上流側ストーカで生成した焼却残渣を未燃炭素分の燃焼熱にて焙焼及び/または溶融を行なう構成としている。また、燃焼により発生した排ガスは、二次燃焼室55にて噴出ノズル56から二次空気を導入しながら完全燃焼される。
前記ストーカ炉50では、熱分解/燃焼する上流側と、焙焼/溶融する下流側とにストーカ52を分離した構成となっており、これにより焼却〜灰処理までの一貫した処理をストーカ炉内で行なうことができ、溶融処理されて無害化された灰とすることができる。
ここで、灰中の重金属類濃度を低減する方法としては、廃棄物を炉内で燃焼させる際に燃焼温度を重金属類の揮散温度以上に保ち、重金属類を揮散させて排ガスに移行させる方法が広く用いられている。この方法により重金属類濃度を低減するためには廃棄物の燃焼状態を適正に維持する必要がある。しかし、従来のストーカ炉では燃焼状態を安定的に制御することは困難であった。
この方法は、火格子表面の温度を測定し、火格子の温度からごみの燃焼温度を推測する方法であるが、実際は火格子直上のごみの温度しかわからず、燃焼が主に生じているごみ層上部の温度がわからないため、この方法では正確な温度を把握することは困難であった。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、廃棄物の燃焼状態を正確に把握し、適正な燃焼制御を行うことにより灰中に含有される重金属類濃度の低減を可能とした廃棄物の燃焼制御方法及びストーカ炉を提供することを目的とする。
炉下方から廃棄物層内に挿設された温度検出手段を廃棄物移送方向に異なる位置に複数設け、各温度検出手段にて連続的に廃棄物層内温度を検出し、該検出した夫々の時系列的温度変化パターンを比較して廃棄物の温度履歴を取得することを要旨とする。
尚、本発明者らが実際に実験を行った結果、温度検出手段を廃棄物層内に突出させることによる廃棄物移送の阻害は発生せず、また、温度検出手段(熱電対)が折れ曲がるといった損傷を受けることもなく、円滑に運転を行うことができた。
このとき、前記制御因子が、廃棄物投入量、廃棄物移送速度及び一次空気供給量のうち少なくとも何れか一であることが好適である。尚、前記重金属類濃度の基準値は、灰の使用用途に基づき設定されることが好ましい。
このように、廃棄物層内温度を鉛の揮散温度以上とすることにより、灰中から鉛を揮散分離させ、炉から排出される主灰中の鉛含有量を低減することができる。
さらにまた、前記温度履歴から廃棄物層内温度の時間積分値を求め、該時間積分値が6価クロムの生成を抑制する基準値以下となるように、炉の運転に関わる、ごみ押出し装置、火格子速度、一次空気配分を制御することを特徴とする。
一般に、廃棄物中に多く含有される3価クロムは、高温雰囲気に長時間晒されることにより有害な6価クロムに酸化されることがわかっている。従って、廃棄物層内温度の時間積分値を前記基準値以下とすることにより、6価クロムの生成を抑制し、炉から排出される主灰中の有害な重金属類濃度を低減することができる。
また、鉛および6価クロムの両方を同時に除去する場合には、廃棄物層内の最高温度及び廃棄物層内温度の時間積分値が上記した条件をともに満たすように制御すると良い。
炉下方から廃棄物層内に挿設された温度検出手段を廃棄物移送方向に異なる位置に複数設け、
前記各温度検出手段にて連続的に検出された夫々の時系列的温度変化パターンを比較して廃棄物の温度履歴を取得し、前記温度履歴から廃棄物層内の最高温度を求め、該最高温度が鉛を揮散させる基準温度以上となるように炉の運転に関わる、ごみ押出し装置、火格子速度、一次空気配分を制御する制御装置を具えたことを特徴とするストーカ炉を提案する。
さらに、前記発明のストーカ炉において、
炉下方から廃棄物層内に挿設された温度検出手段を廃棄物移送方向に異なる位置に複数設け、
前記各温度検出手段にて連続的に検出された夫々の時系列的温度変化パターンを比較して廃棄物の温度履歴を取得し、前記温度履歴から廃棄物層内温度の時間積分値を求め、該時間積分値が6価クロムの生成を抑制する基準値以下となるように炉の運転に関わる、ごみ押出し装置、火格子速度、一次空気配分の制御を行う制御装置を具えたことを特徴とするストーカ炉を提案する。
更に又、前記温度検出手段が、隣接する火格子の間に位置する仕切り部に設けられることを特徴とする。これにより、前記温度検出手段が火格子の動作によって損傷することなく、また廃棄物の移送に影響を及ぼす惧れがない。
これは、従来のストーカ炉において灰中重金属類濃度が高い理由として、廃棄物の燃焼中に、廃棄物から出てきた重金属類を含む微小固体や小粒径灰は比重が大きいため火格子の攪拌により現れる廃棄物の隙間を通って炉底部に落下、堆積し、十分加熱されることなく炉外へ排出されてしまい、重金属類濃度を増大させるという原因があった。従って、本発明のように炉下部に多く存在する、比重が大の重金属類の微小固体を、前記火格子の傾斜を利用して火格子隙間から炉外へ落下させることにより、重金属類濃度の高い部分を分離することができ、より一層重金属類濃度を低減することができる。
また、廃棄物の移送方向に異なる位置に複数の温度検出手段を設けることにより、廃棄物の正確な温度履歴が取得でき、これに基づき重金属類濃度が低減するように運転制御することにより、容易に且つ適正な運転制御が可能となり、確実に重金属類濃度を低減することができる。
さらに、少なくとも一部の火格子の単位格子面に傾斜を設けることにより、重金属類濃度の高い部分を分離して処理することができ、より一層重金属類濃度を低減することが可能となる。
図1は本発明の実施例に係るストーカ炉の概略断面図、図2は図1のストーカ炉のX−X断面を示す火格子の要部拡大図、図3は本実施例に係るストーカ炉の制御方法を示す制御テーブル、図4は本実施例における熱電対で検出したごみ層の概略時系列的温度変化パターンを示す図、図5及び図6はごみ層内温度と重金属類濃度の関係を夫々示す図、図7は本発明の別の実施例に係る火格子構造を示す側断面図である。
前記火格子14は、複数の火格子列が交互に配置された構造を有し、所定の火格子列が往復動することにより火格子上に載置されたごみ層21が投入ホッパ11側から灰出しシュート16側に移送されるようになっている。
前記風箱15は前記火格子14の下方に配設され、ブロア30から供給される一次空気22をごみ層21に供給する。該風箱15はごみ移送方向に複数配設されており、各風箱15に供給される一次空気供給量は、ブロア30から風箱15までの一次空気供給ライン上に設けられたダンパ31a〜31eの開度調節により夫々制御される。
また、前記一次燃焼室12は、ごみ移送方向上流側から下流側に向けて、乾燥域、主燃焼域、おき燃焼域からなり、夫々の処理に応じた供給量、酸素濃度、空気比の一次空気22が供給されるようになっている。
本実施例によれば、前記熱電対17、18によりごみ層内の高さ方向の温度分布を直接測定することができ、これにより正確なごみ層内の温度分布を得ることが可能で、ここからごみ層厚、ごみ層内の燃焼位置等の燃焼状態を容易に且つ正確に把握することができるようになる。
さらに、本実施例では前記温度分布を前記熱電対17、18に接続されたコントローラ33に入力し、該温度分布に基づきコントローラ33により炉の運転に関わる制御因子を制御してごみの燃焼制御を行う。この制御因子は、ごみ投入量、ごみ移送速度(火格子速度)、一次空気供給量(一次空気分配比)のうち少なくとも一であることが好ましい。これにより、炉の運転を適正に制御することができ、運転の安定化が図れる。
図4(a)は火格子上400mmでのごみ層内の概略時系列的温度変化パターンを示し、(b)は火格子上200mmでのごみ層内の時系列的温度変化パターンを示す。同図は一例として、ごみ移送方向上流側から2番目に位置する風箱15に設置した熱電対17と、3番目に位置する風箱15に設置した熱電対18とによりごみ層内温度を夫々連続的に検出したときの概略図である。図4(a)に示すとおり、上流側の熱電対17の時系列温度変化パターンと下流側の熱電対18の時系列温度変化パターンの形状を比較することで、ごみの時間遅れを導出することができる。図4(b)に示すとおり、ごみ層高さが低くなると、一時空気による冷却のため温度変化が小さくなる傾向が見られたが、ごみ層高さが高い位置と同様に、時系列温度パターンの形状からごみの時間遅れを求めることができる。そしてこの時間遅れと2点の温度からそのごみが辿ってきた温度履歴を推測することができる。さらにこの温度履歴と、予め実験にて取得した時間及び温度に対する灰中重金属類濃度の関係から、現在の運転状況における重金属類濃度を推測する。そして、この重金属類濃度を低減するようにコントローラ33により炉の運転に関わる制御因子を制御する。この制御因子は、ごみ投入量、ごみ移送速度(火格子速度)、一次空気供給量(一次空気配分)のうち少なくとも一であることが好ましい。このとき、前記ごみ投入量は前記ごみ押出し装置19の操作Aにより調整可能で、前記ごみ移送速度は火格子14の送り速度Bにより調整可能で、また一次空気供給量は前記ダンパ31a〜31eの開度調節操作Cにより調整可能である。
また、別の例として除去対象を6価クロムとした場合、実験により図6に示されるような6価クロム溶出値と温度及び時間の関係が得られた。このグラフによれば、6価クロムの溶出値はごみ層内温度の時間積分値に依存していることがわかる。従って、6価クロム溶出値を基準値以下まで低減するための適正条件は、該6価クロム溶出値の基準値に対応する時間積分値以下となるような温度及び時間となる。そこで、前記温度履歴からごみ層内温度がこの適正条件を満たすように、コントローラ33により前記制御因子を制御するようにする。
本実施例において、前記熱電対17、18により検知できる項目としては、ごみ層厚、燃え切り点、層内温度、ごみ滞留時間が挙げられる。一方、前記制御因子の操作端としては、ごみ押出し装置、火格子速度、一次空気配分が挙げられる。
前記熱電対17、18の検出結果に基づき、前記コントローラ33によりごみ層厚が厚いと判断された場合にはごみ押出し装置19を停止し、火格子速度を大とし、さらに一次空気配分をごみ層側を大とするとともに灰層側を小とする。このとき、ごみ層側とはごみ移送方向上流側を指し、灰層側とは下流側を指す。
同様に前記熱電対17、18の検出結果に基づき、前記コントローラ33にて燃え切り点が廃棄物移送方向前方に位置すると判断された場合には火格子速度を大とし、後方に位置すると判断された場合には火格子速度を小とするとともに一次空気配分を後部を大とする。
また、前記コントローラ33にてごみ層内温度が高いと判断された場合には一次空気配分のごみ層側を小とし、灰層側を大とし、層内温度が低いと判断された場合には一次空気配分のごみ層側を大とし、灰層側を小とする。
さらにまた、前記コントローラ33にてごみ層の滞留時間が長いと判断された場合には、火格子速度を大とし、短い場合には火格子速度を小とする。
上記のごとく制御することにより、適正な炉の運転が可能となり、灰中に含有される重金属類濃度を確実に低減することができる。
尚、これらの制御因子は、ストーカ炉10に併設されたボイラドラム32の蒸気蒸発量を監視しつつ操作するものである。
これは、図7に示されるように、前記火格子14の単位格子表面を、火格子間の隙間に向けて下方に傾斜させた断面略山形状に形成し、空気スリット又は火格子間の隙間から比重が大である微小固体を落下させる構成である。炉底部に落下した微小固体は、風箱15から回収し、該回収した微小固体は、焙焼、溶融、洗浄、若しくは炉内に再投入する等の処理を行うことにより、灰中の重金属類濃度を低減することが可能となる。さらに、灰の全量処理と比較して、コストを大幅に低減できる。
前記格子表面の傾斜角度αは堆積する粒子の安息各以上が好ましく、灰粒子の場合、水平方向に対して30°以上であることが好ましい。さらに、主燃焼より下流の粒子はほとんど全て加熱されたと考えられることから、前記傾斜を設ける単位格子は、炉内の主燃焼域、及び、主燃焼域より上流側に位置することが好適である。
上記した構成によれば、有害な重金属類の揮散若しくは生成抑制を図るとともに、重金属類濃度の高い炉底部分から重金属類を抜き出し分離することにより、灰中に含有される重金属類濃度を最小限に抑えることが可能となる。
12 一次燃焼室
13 二次燃焼室
14 火格子
15 風箱
17、18 熱電対
17a、18a 計測端
19 ごみ押出し装置
20 ごみ
21 ごみ層
22、22a〜22e 一次空気
30 ブロア
31a〜31e ダンパ
32 ボイラドラム
33 コントローラ
150 仕切り板
170 熱電対昇降装置
Claims (6)
- 炉内に投入された廃棄物を火格子上にて移送しながら炉下方より一次空気を導入して焼却処理する廃棄物の燃焼制御方法において、
炉下方から廃棄物層内に挿設された温度検出手段を廃棄物移送方向に異なる位置に複数設け、各温度検出手段にて連続的に廃棄物層内温度を検出し、該検出した夫々の時系列的温度変化パターンを比較して廃棄物の温度履歴を取得し、前記温度履歴から廃棄物層内の最高温度を求め、該最高温度が鉛を揮散させる基準温度以上となるように、炉の運転に関わる、ごみ押出し装置、火格子速度、一次空気配分を制御することを特徴とする廃棄物の燃焼制御方法。 - 炉内に投入された廃棄物を火格子上にて移送しながら炉下方より一次空気を導入して焼却処理する廃棄物の燃焼制御方法において、
炉下方から廃棄物層内に挿設された温度検出手段を廃棄物移送方向に異なる位置に複数設け、各温度検出手段にて連続的に廃棄物層内温度を検出し、該検出した夫々の時系列的温度変化パターンを比較して廃棄物の温度履歴を取得し、前記温度履歴から廃棄物層内温度の時間積分値を求め、該時間積分値が6価クロムの生成を抑制する基準値以下となるように、炉の運転に関わる、ごみ押出し装置、火格子速度、一次空気配分を制御することを特徴とする廃棄物の燃焼制御方法。 - 廃棄物を炉内に所定量ずつ投入する廃棄物投入手段と、該投入された廃棄物を移送する火格子と、炉下方より炉内に一次空気を導入する一次空気供給手段と、を備えたストーカ炉において、
炉下方から廃棄物層内に挿設された温度検出手段を廃棄物移送方向に異なる位置に複数設け、
前記各温度検出手段にて連続的に検出された夫々の時系列的温度変化パターンを比較して廃棄物の温度履歴を取得し、前記温度履歴から廃棄物層内の最高温度を求め、該最高温度が鉛を揮散させる基準温度以上となるように炉の運転に関わる、ごみ押出し装置、火格子速度、一次空気配分を制御する制御装置を具えたことを特徴とするストーカ炉。 - 請求項3記載のストーカ炉において、
炉下方から廃棄物層内に挿設された温度検出手段を廃棄物移送方向に異なる位置に複数設け、
前記各温度検出手段にて連続的に検出された夫々の時系列的温度変化パターンを比較して廃棄物の温度履歴を取得し、前記温度履歴から廃棄物層内温度の時間積分値を求め、該時間積分値が6価クロムの生成を抑制する基準値以下となるように炉の運転に関わる、ごみ押出し装置、火格子速度、一次空気配分の制御を行う制御装置を具えたことを特徴とするストーカ炉。 - 前記温度検出手段が、隣接する火格子の間に位置する仕切り部に設けられることを特徴とする請求項3乃至4いずれか1記載のストーカ炉。
- 前記火格子のうち少なくとも一部の単位格子表面が、単位格子間の隙間に向けて下方に傾斜された横断面略山形状に形成されていることを特徴とする請求項3乃至5いずれか1記載のストーカ炉。
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