JPH02178513A - 炉内温度及びＮＯｘ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、下水汚泥溶融炉、石炭用スラグクノプ炉、ご
み焼却炉及び溶融炉、製鉄用の高炉等の運転における酸
素富化燃焼形の炉内温度及びＮＯｘ制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の酸素富化を用いた下水汚泥溶融炉等（以下炉と称
す）６は、第８図に示すように構成されている。炉６に
は、順次空気調節ダンパ１４′、空気流量計１６とを有
する空気ライン１により空気が供給される。また順次酸
素調節弁１５′、酸素流量計１７を有する酸素ライン２
により酸素富化用の酸素または酸素を高濃度に含むガス
が供給される。

さらに炉６内にはＮＯｘ計５と温度計４が設けられてい
る。図中３は燃料ライン、７は表示計を示す。

炉６においては、溶融物による閉塞等を防止するための
温度上昇を行ない、かつ耐火材保護のために余り温度過
上昇とならぬよう例えば約１３００〜＋６００’Ｃ程度
の比較的高温の状態で変動が少なくなるように炉内温度
を制御することが必要である。

しかしながら、炉内を高温にした場合に発生し易いサー
マルＮＯＸ　　（注（１）参照）を低減することが必要
である。そのため酸素ライン２を通して酸素を炉６内に
供給し酸素富化した空気（０□濃度を大気濃度以上にし
た空気）による酸素富化燃焼を行っている。

酸素富化燃焼とは空気中のＮ２より相対的にＮ２割合を
下げることで炉６から排出される排ガスを少くし、その
分温度を上げる燃焼である。空気比を１．０以上とする
と温度が高くなるととともに０２濃度が高くなり又炉内
の過剰０□が高くなるためＮＯｘが増加する。そこで還
元燃焼することで（空気比が１．０未満）炉内の０□を
不足させＮＯｘを制御する。

具体的には、供給空気量と混合酸素の量をそれぞれ調整
し高温状況及び全体空気比を保つようにする。しかしな
がら、自動制御方法が確立されていない現状では各状況
を目視観察しながら、知恵と経験で空気ライン１の空気
調節ダンパ１４′　と酸素ライン２の酸素調節弁１５′
を手動操作していた。

注（］）　　ＮＯｘ生成機構には、次の二つがある。

ｌ）　ツユエルＮＯｘ　燃料のＮの量によりＮＯｘ発生 ２）　サーマルＮＯｘ　　高温燃焼によるＮＯｘ発生こ
のサーマルＮＯｘは次の反応式により発生する。

０２＋ＭＯ２０＋Ｍ　　　（Ｍ　：第３の物質）Ｎ、＋
Ｏ：ＮＯ十Ｎ Ｎ＋Ｏ□；ｇＮＯ＋Ｏ Ｎ　十〇ｌ１＝ＮＯ＋　Ｈ これらは温度が高いほど、０□濃度が高いほど右へ反応
し、Ｎｏが発生する。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上に説明したように炉は、溶融物による閉塞等を防止
するための温度上昇を行ない、かつ耐火材保護のために
余り温度過上昇とならぬよう比較的高温の状態でＮＯｘ
をおさえながら変動が少なくなるように炉内温度を制御
することが必要である。

ＮＯｘを低減する手段として、高温部において空気比１
．０以下の還元性燃焼を行なうことによりＮＯｘ発生を
抑制する方法がある。しかし、単に還元性燃焼を行なっ
た場合、そこでの熱発生量が少なくなり、必要な温度を
達成できない場合があるが、その際にはさらに手段の１
つとして酸素富化した空気（０□濃度を大気濃度以上に
した空気）を用いて、これを達成することが可能となる
。この場合高温部での酸素濃度（酸素富化率）の制御と
、全体としての空気過剰率（空気比）の制御とを併せて
行なう必要が生じる。しかしながら、現状では各状況を
目視観察しながら、知恵と経験で空気調節ダンパや酸素
調節弁等を手で操作していた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題を解決するため次の手段を講する。

すなわち、炉内温度及びＮＯｘ制御装置において、空気
ラインに空気制御ダンパおよび空気流量計を持ち、燃料
ラインに燃料流量計を持ち、酸素ラインに酸素制御弁お
よび酸素流量計を持つ酸素富化燃焼形の炉において、同
炉内に設けられる温度計およびＮＯｘ計と、出力を上記
空気制御ダンパへ送る空気流量調節器と、出力を上記酸
素制御弁へ送る酸素流量調節器と、上記温度計、ＮＯｘ
計、空気流量計、燃料流量計、および酸素流量計の信号
を受け、出力を上記空気流量調節器および酸素流量調節
器へ送る演算処理装置とを備え、同演算処理装置は空気
比、酸素量、酸素富化率、空気供給量および酸素供給量
を求めるとともに、空気比が所定値以上で上記ＮＯｘ計
の濃度が所定の設定許容値を越えた場合は酸素富化率を
固定して空気比を下げる操作信号を出力し、逆に空気比
が同所定値未満で、ＮＯｘ計の濃度が同設定許容値を越
えた場合は酸素富化率を固定して空気比を上げる操作信
号を出力し、また、上記温度計の温度が所定の設定許容
値を越えた場合、空気比を固定し酸素富化率を下げる操
作信号を出力し、逆に同許容値より下った場合は、空気
比を固定して酸素富化率を上げる操作信号を出力するよ
うにした。

（作用〕 上記手段により演算処理装置は、温度計、ＮＯＸ計、空
気流量計、燃料流量計および酸素流量計の信号を受け、
空気比、酸素量、酸素富化率、空気供給■および酸素供
給量を算出するとともに、空気比が所定値以上で上記Ｎ
ＯＸ計の濃度が所定の設定許容値を越えた場合は酸素富
化率を固定して空気比を下げる操作信号を出力し、逆に
空気比が同所定値未満で、ＮＯｘ計の濃度が同設定許容
値を越えた場合は酸素富化率を固定して空気比を上げる
操作信号を出力し、また、上記温度計の温度が所定の設
定許容値を越えた場合、空気比を固定し酸素富化率を下
げる操作信号を出力し、逆に同許容値より下った場合は
、空気比を固定して酸素富化率を上げる操作信号を出力
する。空気流！調節器と酸素流量調節器は演算処理装置
より信号を受は空気制御ダンパと酸素制御弁へそれぞれ
信号を送りそれらの開度を調節する。

このようにして容易にＮＯｘを設定許容値以内に抑え、
所定の高温を維持できるようになる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図ないし第７図により説明する
。

第１図は全体構成図、第２図ないし第６図は作用説明図
、第７図は演算フロー図である。

なお、従来例で説明した部分は、冗長さをさけるため説
明を省略し、この発明に関する部分を主体に説明する。

第１図にて、熱電対形の温度計４の出力は第２の演算器
２８と第４の演算器１１へ送られる。またＮＯｘ計５の
出力は第３の演算器３日と第４の演算器１１へ送られる
。空気流量指示調節計２６は第４の演算器ＩＩと空気流
量計１６の出力を受は自己の出力を空気制御ダンパ１４
へ送る。また酸素ｉＪｔ量指示ｍ節計２７は第４の演算
器１１と酸素流量計１７の出力を受は自己の出力を酸素
制御弁１５へ送る。

第１の演算器１９は、空気流量計１６、燃料ライン３に
設けられた燃料流量計１８、および酸素流量計１７の出
力を受は自己の出力を第２と第３の演算器２８．３８へ
送る。演算器２８．３８の出力は演算器１１へ送られる
。また演算器１１の出力は空気流量指示調節に’１ｉ２
６と酸素流量指示調節器２７へ送られる。

演算処理装置２０は第１ないし第４の演算器１９２８．
３８．１１を備えたものである。

以上の構成をもとに以下に作用を説明する。

空気比λおよび酸素富化率Ｘは次の（１）および（２）
式で定義される。

λ＝に／（Ｆ・ｏ　ｔ＞　　−−−−−−・−−−−−
・−−−−−−（１１χ−Ｋ　／　（Ａ　＋　Ｂ　）　
　　−−−−−−−−・・−一−−−−−・・（２）こ
こで、Ｋ：炉６に入る酸素量＝０．２１　（Ａ＋Ｂ）Ａ
：空気量（供給） Ｂ：酸素量（供給） Ｆ：燃料供給量 ＯＬ　：燃料の燃焼に必要な理論酸素量（１）、（２）
式より次の（３）、（４）式が成立する。

Ａ　−（Ｋ１０．７９）　（１／ｘ　−１）　　−−−
−−−−−４３）Ｂ＝（に１０．７９）（１−０，２１
／ｘ）　　−−−−−−−・・・・−（４）なお（１）
式よりＫはλに比例するのでＫをλでおきかえて考える
。

第１の演算器１９は空気流量計１６、燃料流量計１８、
および酸素流量計１７の信号を受けて（１）式により空
気比λを求め演算器２８．３８へ送る。演算器２８は温
度計４と演算器１９の信号を受けてそのときの酸素富化
比率Ｘを（２）式により求めて出力する。また演算器３
日はＮＯｘ計５と演算器１９の信号を受けて炉６に入る
酸素１ｉ１Ｋを出力する。このときの空気比λとＮＯｘ
、Ｏ，の関係は第２図に、空気比λと温度との関係は第
３図にそれぞれ示すようになる。また酸素富化率Ｘと温
度との関係は第４図のようになる。

そこで演算器１１は演算器２８．３８の信号を受けて（
３）、（４）式より空気ＩＡと酸素ＩＢ求めるとともに
次のような演算処理を行う。

すなわち、空気比がＮＯｘが極少値となるλＩ（！−ｆ
０．７）以上（第２図参照）で排ガス中のＮＯｘ濃度、
すなわちＮＯｘ計５の濃度が設定許容値を越えた場合は
酸素富化率を固定して空気比を下げる（第３図参照）操
作信号を出力し、逆に空気比が７１未満で、ＮＯｘ計５
の濃度が同設定許容値を越えた場合は酸素富化率を固定
して空気比を上げる操作信号を出力する。

また、炉６内温度すなわち温度計４の温度が設定許容値
を越えた場合、空気比を固定し酸素富化率を下げる（第
４図参照）操作信号を出力し、逆に同設定許容値より下
った場合は、空気比を固定して酸素富化率を上げる操作
信号を出力する６以上の関係を表１に示す。

表°　　　ｌ 二の演算器１１の出力信号を受は空気’ｌＪａ量指示調
節器２６は空気流量を指示するとともに空気制御ダンパ
１４の開度を調節する。また同様に演算器１１の出力信
号を受は酸素流量指示器２７は酸素流量を指示するとと
もに酸素制御弁５０開度を調節する。

空気制御ダンパ１４の開度とλ、Ｘの関係を第５図に、
酸素制御弁の開度とλ、Ｘの関係を第６図に示す。また
以上の演算フローを第７図に示す。

このようにして容易に炉内は所定の低ＮＯｘ範囲に抑え
られ、所定の高温に維持されるように自動制御される。

〔発明の効果〕

以上に説明したように本発明は次の効果を奏する。

（１）　　ＮＯｘを可能な限り低いレベルで抑えること
が可能となる。

（２）炉内温度を所定の高温に保つことで安定したスラ
グ排出が可能となる。

（３）上記の条件を満たすために従来人間が行なってい
たのを自動化することで省力化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る全体プロンク線図、
第２図ないし第６図は同実施例の作用説明図、第７図は
同実施例の演算フロー図、第８図は従来装置の系統図で
ある。 １−空気ライン、　　　２−・酸素ライン、３・−燃料
ライン、　　４−・・温度計、５−・・ＮＯｘ計、　　
　　６−・−炉、７−流量指示調節計、１１，１９．２
８．３８・−演算器、１４−空気制御ダンパ、１５・−
酸素制御弁、１６・・−空気流量計、　　１７・・−酸
素流量計、２〇−演算処理装置、　２６・−空気流量指
示調節器、２７−酸素流量指示調節器。 第１図 代理人　弁理士　坂　間　　　暁 第２図 第３図 外２名 第４図 第５図 第６図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 空気ラインに空気制御ダンパおよび空気流量計を持ち、
   燃料ラインに燃料流量計を持ち、酸素ラインに酸素制御
   弁および酸素流量計を持つ酸素富化燃焼形の炉において
   、同炉内に設けられる温度計およびＮＯ＿ｘ計と、出力
   を上記空気制御ダンパへ送る空気流量調節器と、出力を
   上記酸素制御弁へ送る酸素流量調節器と、上記温度計、
   ＮＯ＿ｘ計、空気流量計、燃料流量計、および酸素流量
   計の信号を受け、出力を上記空気流量調節器および酸素
   流量調節器へ送る演算処理装置とを備え、同演算処理装
   置は空気比、酸素量、酸素富化率、空気供給量および酸
   素供給量を求めるとともに、空気比が所定値以上で上記
   ＮＯ＿ｘ計の濃度が所定の設定許容値を越えた場合は酸
   素富化率を固定して空気比を下げる操作信号を出力し、
   逆に空気比が同所定値未満で、ＮＯ＿ｘ計の濃度が同設
   定許容値を越えた場合は酸素富化率を固定して空気比を
   上げる操作信号を出力し、また、上記温度計の温度が所
   定の設定許容値を越えた場合、空気比を固定し酸素富化
   率を下げる操作信号を出力し、逆に同許容値より下った
   場合は、空気比を固定して酸素富化率を上げる操作信号
   を出力することを特徴とする炉内温度及びＮＯ＿ｘ制御
   装置。