JP6685506B2 - 廃棄物焼却炉 - Google Patents

Description

本発明は廃棄物の性状としての水分率を計測しその計測値に応じて廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉に関する。

近年、廃棄物焼却炉における廃棄物の焼却処理によって発生する熱エネルギーの回収への関心が高まってきており、この熱エネルギーで駆動するボイラ発電設備が設置された廃棄物焼却炉が増加し、高い効率での熱回収を実現できる燃焼運転が要求されている。一方、廃棄物焼却炉から大気中に放出される環境汚染物質の規制が厳しくなるに従い、ダイオキシン類や窒素酸化物など燃焼由来の有害物質の排出を低減する燃焼運転も必要とされている。

このように、廃棄物焼却炉に高度な燃焼運転制御が望まれているため、自動燃焼制御装置によって上記の要求を満たす運転制御が行われている。自動燃焼制御装置では、焼却炉が例えばストーカ式焼却炉の場合、操作量である給塵速度、燃焼火格子送り速度、燃焼空気量、及び冷却空気量などを制御することにより、蒸気発生量を安定化し、かつ排ガス中のダイオキシン類や窒素酸化物濃度を低く抑え、灰中の未燃成分を少なくする目的で、廃棄物を安定して燃焼するように運転されている。しかしながら、このような燃焼制御は、廃棄物の投入の時点で該廃棄物の性状を監視せずに、いずれも燃焼の結果発生する燃焼ガス温度、燃焼ガス中酸素濃度、燃焼ガス中一酸化炭素濃度等を監視する因子として検出して、各操作量の制御値へフィードバックする方法であり、そのため後追い型の制御となり、処理炉に投入する廃棄物の性状が変動した場合に必ずしも安定した運転制御が達成できないことがある。

廃棄物焼却炉の燃焼運転の安定性を乱す大きな要因として、投入される廃棄物の性状が一定しないため廃棄物の発熱量が変動するという点がある。焼却炉へ投入される廃棄物の性状は、廃棄物が収集される地域や、収集される時刻、または天候や、季節によって大きく異なることから、廃棄物の発熱量は大きく変動する。そこで、投入される廃棄物の性状を投入前に求めて、求めた廃棄物の性状により燃焼制御を行う廃棄物焼却炉の制御方法が特許文献１で提案されている。廃棄物の性状のうち、上記発熱量を大きく左右する因子は廃棄物の水分率であり、特許文献１の技術では、廃棄物焼却炉へ廃棄物を供給するコンベアに、コンベア上の廃棄物の重量を計測する重量計測装置と、コンベア上の廃棄物の厚みを計測するレベル計測装置と、コンベア上の廃棄物の水分含有率を計測する赤外線水分計を備え、これらの計測値から廃棄物の性状としての水分率を推定し、その性状に応じた燃焼制御を行うことが記載されている。また、特許文献２では、廃棄物焼却炉の投入口から燃焼室へ向け垂下するシュートの高さ方向中間部に水分率計として静電容量計を配置し、一対の電極間での廃棄物の静電容量を計測することで廃棄物の水分率を得ることとしている。

赤外線水分計は、赤外線を測定対象物に照射しその対象物からの赤外線の反射を検出して水分率を求めている。水分は近赤外線の特定波長を吸収する性質があり、測定対象物に含まれる水分量が多くなれば、吸収される赤外線エネルギーも大きくなり、反射する赤外線エネルギー量が減少する。赤外線水分計はこのような現象を応用して、測定対象物の水分含有率を測定するものである。

静電容量計は、静電容量の値と水分率との値の対応関係を保有している水分率算定器に接続されており、静電容量計で計測された計測値から上記対応関係にもとづいて水分率を算定できるようになっている。

特開２０００−２８３４４４ 特開２０１０−２１６９９０

特許文献１に記載の技術では、コンベア上の廃棄物の重量とレベル（高さ）と水分率を計測し、廃棄物の性状を推定している。しかしながら、この技術では、廃棄物の水分率測定に赤外線水分計を用いて廃棄物表層部からの赤外線の反射を計測するため、廃棄物表層部の水分率しか計測できないという問題がある。

また、特許文献２にあっては、シュート内の廃棄物層においてその高さ位置によって廃棄物の重量に起因して廃棄物の圧密度が変化し、したがって水分率も変化しているにも拘らず、廃棄物層の高さ方向中間位置で水分率を計測しているので、燃焼室へ送入される直前の水分率を計測していることにはならないという問題がある。詳述すると、シュート内へ廃棄物が順次投入されると、シュート内に廃棄物層を形成するが、この廃棄物層の上層では、廃棄物がばらばらに粗く積み重なっている状態であり、この廃棄物がシュート内を降下する間に、廃棄物の重量に起因して、廃棄物の空隙に細かい廃棄物が入り込み空隙が充填される。このように下層に向かうにつれて圧密度が変化する。圧密度が変化すると水分率も変化する。したがって、廃棄物焼却に際しては、焼却直前における廃棄物の水分率に基づく適切な運転制御が必要であるにも拘らず、特許文献２では、中間部における水分率を計測しているので、必ずしも適切な計測とは言えない。

本発明は、かかる事情に鑑み、燃焼室へ送入される直前の廃棄物の水分率を把握して、適正な運転条件で廃棄物焼却炉を運転制御することを可能とする廃棄物焼却炉を提供することを課題とする。

上述の課題は本発明によれば、次のように構成される廃棄物焼却炉によって解決される。

廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉の廃棄物投入口から下方に延びるシュート内に廃棄物の水分率を計測する水分計の検出要素を設けた廃棄物焼却炉において、水分計の検出要素は、シュート内空間へ廃棄物が投入されて形成された廃棄物層の上部をなす高層部域よりも圧密度の高い低層部域に配設されていることを特徴とする廃棄物焼却炉。

このような構成の本発明装置によれば、廃棄物の水分率がシュート内の廃棄物層の低層部域で計測されるので、廃棄物の水分率が燃焼室へ送入される直前で計測されることとなり、廃棄物焼却炉の運転条件を最適に制御できるようになる。

本発明において、水分計が配置される低層部域は、廃棄物層の上面から３ｍの深さ位置よりも下方に形成される領域であれば十分である。

このように構成される本発明装置によれば、廃棄物の水分率が、燃焼室へ送入される直前となる廃棄物層の低層部域で計測されるので、廃棄物焼却炉は、燃焼室での焼却に最も適した運転条件に制御されて運転され、その効率が一段と向上する。

本発明の一実施形態装置の概要構成図である。

図１は、廃棄物焼却炉としての火格子式廃棄物焼却炉１の構成を示す。本発明は、火格子式のみならず他の形式の廃棄物焼却炉にも適用可能である。

廃棄物焼却炉１は、火格子１１の下方に設けられた複数の空気供給系１２から燃焼用空気を受け、上記火格子１１の上方に形成される燃焼室１３で火格子１１上の廃棄物Ｐを焼却するようになっている。火格子１１は右方に向けた送り速度で上記廃棄物Ｐを送っている。上記火格子１１の左端上方位置には給塵装置１４、例えばプッシャーがごみを火格子１１上に送り出すように設けられている。該給塵装置１４の上方にはシュート１５が上方に延びており、その上端に投入口としてのホッパ１６が設けられている。廃棄物焼却炉１の炉外には、ごみピット１７が配置されている。そして、その上方には、ごみクレーン１８が設けられていて、ごみピット１７から廃棄物Ｐを取り出して上記ホッパ１６へ投下するようになっている。

上記シュート１５内に形成されている廃棄物Ｐの層は、既述のように、その圧密度から低圧密度の高層部域Ａと高圧密度の低層部域Ｂとの二層に大別される。高層部域Ａでは廃棄物がばらばらに粗く積み重なっている状態であり低圧密度であるが、低層部域Ｂでは該低層部域Ｂの廃棄物の自重に加えて上記高層部域Ａの廃棄物の重量をも受けるので、廃棄物の空隙に細かい廃棄物が入り込み空隙が充填され高圧密度となっている。水分率は高圧密度の低層部域Ｂでの方が低圧密度の高層部域Ａよりも高い。

低層部域Ｂは、多くの場合、廃棄物層の上面から３ｍの深さ位置よりも下方の域である。このことは下記の検討により確認されている。都市ごみ等一般廃棄物では２.５ｋＰａ以上の圧力がかかると、廃棄物の空隙に細かい廃棄物が充填され嵩密度が高くなり、加圧される圧力が高くなるにつれ嵩密度が高くなり５ｋＰａ以上の圧力下では嵩密度の増加はなく一定となる。一方、一般廃棄物の無加圧下での嵩密度は１５０〜２００ｋｇ／ｍ^３であり、高さが３ｍの堆積廃棄物の底部での廃棄物自重による圧力は５ｋＰａになる。これらのことから、廃棄物層の上面から３ｍの深さ位置よりも下方の域が高圧密度の低層部域であることを確認した。

上記空気供給系１２での空気吹込み量、火格子１１の送り速度、給塵装置１４の送り出し速度は可変となっている。

上記ごみクレーン１８は、横方向に走行自在なクレーン本体１８Ａと、該クレーン本体１８Ａからワイヤ１８Ｂにより垂下し昇降自在なバケット１８Ｃとを有している。該バケット１８Ｃは、上記ごみピット１７の上方位置とごみピット１７内位置との間を昇降自在で、ごみピット１７内の廃棄物Ｐを掴んで上昇し、ホッパ１６の上方位置まで横方向に移動した後に、廃棄物Ｐを該ホッパ１６内へ落下投入するようになっている。

本実施形態では、上記シュート１５内の廃棄物Ｐの静電容量を計測する静電容量計２０が設けられている。該静電容量計２０は、検出要素２０Ａ（例えば電極）を有していて、該検出要素２０Ａは上記シュート１５の低層部域Ｂにおける側壁の内面に取り付けられている。かくして、静電容量計２０は、シュート１５内の低層部域Ｂでの検出要素２０Ａ近傍に存在する高圧密度の廃棄物Ｐの静電容量を検出する。

上記静電容量計２０は、水分率算定器２１に接続されている。この水分率算定器２１では、予め保有しているごみの静電容量の値と水分率の値との関係から、上記静電容量計２０で計測された静電容量の値から対応する水分率の値を算定できるようになっている。具体的には、水分率算定器２１には、廃棄物の静電容量と廃棄物の水分率との関係を予め計測して明らかにした関係データベースが保持されており、静電容量計２０から送られてきた廃棄物Ｐの静電容量の計測値を、上記関係データベースにおける静電容量と水分率との関係と照合して計測された廃棄物の水分率を算定する。

本実施形態では、検出要素２０Ａを含む静電容量計２０そして水分率算定器２１によって、静電容量接触式水分計が構成されている。また、水分計としては、該静電容量接触式水分計に限られず、例えば、静電容量透過式水分計、マイクロ波接触式水分計、マイクロ波透過式水分計や赤外線水分計を採用してもよい。

上記水分率算定器２１は制御装置２２に接続されており、この制御装置２２は、上記シュート１５内の低層部域Ｂの高圧密度の廃棄物Ｐについて水分率算定器２１より受けた水分率の値から、予め保持している対応関係にもとづき、正確な廃棄物の発熱量を推定し、それに応じて安定的な廃棄物の焼却が行われるように、予め保持している制御フローにもとづき、空気供給系１２、火格子１１、給塵装置１４へ指令信号を送り、空気供給系１２での空気吹込み量、火格子１１の送り速度、給塵装置１４の送り出し速度等の各操作量を制御するようになっている。

このように本実施形態では、上記低層部域Ｂの廃棄物Ｐ、すなわち燃焼室１３へ送入される直前の廃棄物Ｐについて算定された水分率にもとづいて、各操作量を制御するようになっているので、廃棄物焼却炉の運転条件を最適に制御できる。

廃棄物焼却炉１に供給された廃棄物Ｐは次の要領で処理される。

ごみピット１７内の廃棄物Ｐはホッパ１６へごみクレーン１８により投入される。該廃棄物Ｐは、シュート１５の下部に設置された給塵装置１４（プッシャー）により火格子１１上に押し出される。火格子１１上の廃棄物Ｐは火格子１１下の空気供給系１２から吹き込まれる燃焼用空気により燃焼される。

ホッパ１６から垂下して設けられたシュート１５の低層部域Ｂの側壁の内面に検出要素２０Ａが設けられ、低層部域Ｂでの検出要素２０Ａ近傍の高圧密度の廃棄物Ｐの静電容量を静電容量計２０により計測する。水分率算定器２１では水分率が算定される。

制御装置２２では、水分率算定器２１から送られてきた水分率の値から、予め保持している対応関係に基づき、正確な廃棄物の発熱量を推定し、それに応じて予め保持している制御フローに基づき、安定的な廃棄物の焼却処理が行われるように指令信号を発する。この指令信号によって給塵装置１４の送り速度、火格子１１の送り速度、火格子１１の下方の空気供給系１２から吹き込まれる燃焼用空気の吹込み量等の操作量が調整される結果、廃棄物の燃焼状態が制御される。

１ 廃棄物焼却炉
１５ シュート
１６ 投入口（ホッパ）
２０ 水分計（静電容量計）
２０Ａ 検出要素
Ａ 高層部域
Ｂ 低層部域
Ｐ 廃棄物

Claims (1)

1. 廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉の廃棄物投入口から下方に延びるシュート内に廃棄物の水分率を計測する水分計の検出要素を設けた廃棄物焼却炉において、
   水分計の検出要素は、シュート内空間へ廃棄物が投入されて形成された廃棄物層の上部をなす高層部域よりも圧密度の高い低層部域に配設されており、
   低層部域は、廃棄物層の上面から３ｍの深さ位置よりも下方に形成される領域であることを特徴とする廃棄物焼却炉。

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