特許 5780990 流動床焼却炉、燃焼制御装置、及び流動床焼却炉の運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5780990

(24)【登録日】2015年7月24日

(45)【発行日】2015年9月16日

(54)【発明の名称】流動床焼却炉、燃焼制御装置、及び流動床焼却炉の運転方法

(51)【国際特許分類】

   F23G 5/30 20060101AFI20150827BHJP

   F23G 5/50 20060101ALI20150827BHJP

   F23G 7/04 20060101ALI20150827BHJP

   F23C 10/28 20060101ALI20150827BHJP

【ＦＩ】

   F23G5/30 FZAB

   F23G5/50 E

   F23G5/50 J

   F23G5/50 M

   F23G7/04 601J

   F23C10/28

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-60656(P2012-60656)

(22)【出願日】2012年3月16日

(65)【公開番号】特開2013-194951(P2013-194951A)

(43)【公開日】2013年9月30日

【審査請求日】2014年9月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】100107478

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 薫

(72)【発明者】

【氏名】川島 勝

(72)【発明者】

【氏名】野島 智之

(72)【発明者】

【氏名】堀井 孝浩

【審査官】 渡邉 洋

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０７４２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０５４１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−００９５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１２１７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５１８３６４１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｇ ５／３０

Ｆ２３Ｇ ５／５０

Ｆ２３Ｇ ７／０４

Ｆ２３Ｃ１０／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炉内に形成される砂層部及びフリーボード部で有機性汚泥を焼却する流動床焼却炉であって、
前記砂層部の上層に配置された第１燃料供給部と、前記砂層部の下層に配置された第２燃料供給部と、前記砂層部の底部に配置された空気供給部と、砂層上部から有機性汚泥を投入する汚泥投入部と、前記第１燃料供給部及び第２燃料供給部への燃料供給量を制御する燃焼制御装置とを備え、
前記燃焼制御装置は、前記フリーボード部の下部燃焼温度が亜酸化窒素の排出を抑制する第１目標温度以上になるように前記第１燃料供給部への燃料供給量Ｆ１を制御する第１制御部と、前記砂層部の温度が有機性汚泥を熱分解可能な第２目標温度以上になるように前記第２燃料供給部への燃料供給量Ｆ２を制御する第２制御部とを含み、前記第２制御部は、拘束条件Ｆ２≦０．５Ｆ１を満たすように、燃料供給量Ｆ２を制御する流動床焼却炉。

【請求項2】

前記第２制御部は、前記砂層部の温度が前記第２目標温度から前記第１目標温度より低く前記第２目標温度より高い第３目標温度までの範囲に維持されるように、燃料供給量Ｆ２を制御する請求項１記載の流動床焼却炉。

【請求項3】

前記第２制御部は、前記砂層部の温度が前記第２目標温度より低下すると、前記拘束条件に制限されることなく、前記第２目標温度より高い温度に上昇するように燃料供給量Ｆ２を制御する請求項１または２記載の流動床焼却炉。

【請求項4】

前記第１燃料供給部は前記砂層部が静止状態のときの上面から砂層高さ１／２の範囲に配置され、前記第２燃料供給部は砂層高さ１／２より低い範囲に配置されている請求項１から３の何れかに記載の流動床焼却炉。

【請求項5】

砂層部の上層に配置された第１燃料供給部と、前記砂層部の下層に配置された第２燃料供給部と、前記砂層部の底部に配置された空気供給部と、砂層上部から有機性汚泥を投入する汚泥投入部とを備え、炉内に形成される砂層部及びフリーボード部で有機性汚泥を焼却する流動床焼却炉の燃焼制御装置であって、
前記フリーボード部の下部燃焼温度が亜酸化窒素の排出を抑制する第１目標温度以上になるように前記第１燃料供給部への燃料供給量Ｆ１を制御する第１制御部と、
前記砂層部の温度が有機性汚泥を熱分解可能な第２目標温度以上になるように前記第２燃料供給部への燃料供給量Ｆ２を制御する第２制御部と、を含み、
前記第２制御部は、拘束条件Ｆ２≦０．５Ｆ１を満たすように、燃料供給量Ｆ２を制御する燃焼制御装置。

【請求項6】

少なくとも前記第２制御部で実行される制御がファジー制御である請求項５記載の燃焼制御装置。

【請求項7】

砂層部の上層に配置された第１燃料供給部と、前記砂層部の下層に配置された第２燃料供給部と、前記砂層部の底部に配置された空気供給部と、砂層上部から有機性汚泥を投入する汚泥投入部とを備え、前記第１燃料供給部及び第２燃料供給部への燃料供給量を制御することにより、炉内に形成される砂層部及びフリーボード部で有機性汚泥を焼却する流動床焼却炉の運転方法であって、
前記フリーボード部の下部燃焼温度が亜酸化窒素の排出を抑制する第１目標温度以上になるように前記第１燃料供給部への燃料供給量Ｆ１を制御する第１制御ステップと、
前記砂層部の温度が有機性汚泥を熱分解可能な第２目標温度以上になるように前記第２燃料供給部への燃料供給量Ｆ２を制御する第２制御ステップと、を含み、
前記第２制御ステップでは、拘束条件Ｆ２≦０．５Ｆ１を満たすように、燃料供給量Ｆ２が制御される流動床焼却炉の運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炉内に形成される砂層部及びフリーボード部で有機性汚泥を焼却する流動床焼却炉、燃焼制御装置、及び流動床焼却炉の運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

下水汚泥を焼却するために流動床焼却炉が好適に用いられている。特許文献１には、砂層上部バーナと砂層下部バーナでなる上下２段のバーナを砂層部に設けるとともに、砂層部とフリーボード部のそれぞれに砂層温度センサおよびフリーボード温度センサを設けて、各温度センサの出力を指標として砂層下部バーナ及び砂層上部バーナを各々独立して制御する流動床焼却炉の炉内温度制御装置が提案されている。

【0003】

当該炉内温度制御装置によれば、砂層上部バーナへの燃料供給量を制御してフリーボードの温度を約８５０℃程度の高温に維持することで、ダイオキシン等の有害物質の発生を抑制するとともに、上記制御とは独立に砂層下部バーナへの燃料供給量を制御して汚泥の含水率等の性状変動による砂層温度の変化を抑制して安定的に汚泥を熱分解して燃焼させることができる。

【0004】

ところで、下水汚泥等の有機性汚泥には多量の窒素成分が含まれているため、有機性汚泥を焼却処理すると種々の窒素酸化物が生成されて大気中に放出されるようになる。これらの窒素酸化物のうち亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）は、地球温暖化ガスとして知られている二酸化炭素（ＣＯ_２）の約３１０倍の温暖化効果をもたらすことが知られており、その削減が大きな課題となっている。

【0005】

そして、図５に示すように、フリーボード部の温度を８５０℃から９００℃まで高めると、汚泥中窒素（Ｎ）分の亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）への転換率が５％にまで減少することが非特許文献１に開示されている。

【0006】

そこで、特許文献２には、砂層部に供給される空気量を低減して亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）の発生量を減らし、フリーボード空間下部に供給される二次空気により高温燃焼させて亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）の分解を促進し、フリーボード空間上部に供給される空気で完全燃焼を達成する多層燃焼流動床焼却炉が提案されている。

【0007】

しかし、特許文献２に記載された流動床焼却炉は、数百度の高温に余熱された空気を砂層部、フリーボード空間下部、フリーボード空間上部のそれぞれに供給するために長い距離の空気供給ダクトを多段に引き回して配置する必要があり設備コストが嵩むという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００１−７４２２２号公報

【特許文献2】特許第４４１３２７５号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】下水道協会誌、Vol.42,No.508,2005/2,pp97-110

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

設備コストを低減するという観点で、特許文献１に記載されたような流動床焼却炉を用いて、砂層上部バーナを制御することによりフリーボード部の温度を８５０℃から９００℃に高めれば、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）の発生量を低減させることができるようになる。

【0011】

しかし、そのために化石燃料である補助燃料の使用量が増大し、それに伴い二酸化炭素（ＣＯ_２）の発生量も増大するという問題が発生する。尚、汚泥自体はバイオマスであり、その燃焼により発生する二酸化炭素（ＣＯ_２）は、温暖化ガスの規制対象ではない。

【0012】

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、化石燃料の燃焼による二酸化炭素の発生量を抑制しながらも、設備コストの上昇を招くことなく、亜酸化窒素の発生量を効果的に低減することができる流動床焼却炉、燃焼制御装置、及び流動床焼却炉の運転方法を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上述の目的を達成するため、本発明による流動床焼却炉の第一特徴構成は、特許請求の範囲の請求項１に記載した通り、炉内に形成される砂層部及びフリーボード部で有機性汚泥を焼却する流動床焼却炉であって、前記砂層部の上層に配置された第１燃料供給部と、前記砂層部の下層に配置された第２燃料供給部と、前記砂層部の底部に配置された空気供給部と、砂層上部から有機性汚泥を投入する汚泥投入部と、前記第１燃料供給部及び第２燃料供給部への燃料供給量を制御する燃焼制御装置とを備え、前記燃焼制御装置は、前記フリーボード部の下部燃焼温度が亜酸化窒素の排出を抑制する第１目標温度以上になるように前記第１燃料供給部への燃料供給量Ｆ１を制御する第１制御部と、前記砂層部の温度が有機性汚泥を熱分解可能な第２目標温度以上になるように前記第２燃料供給部への燃料供給量Ｆ２を制御する第２制御部とを含み、前記第２制御部は、拘束条件Ｆ２≦０．５Ｆ１を満たすように、燃料供給量Ｆ２を制御する点にある。

【0014】

本発明者らは、鋭意試験研究を行なったところ、第１制御部によってフリーボード部の下部燃焼温度が亜酸化窒素の排出を抑制する第１目標温度以上になるように第１燃料供給部への燃料供給量Ｆ１を制御するとともに、第２制御部によって砂層部の温度が有機性汚泥を熱分解可能な第２目標温度以上になるように第２燃料供給部への燃料供給量Ｆ２を制御し、さらに、第２制御部が拘束条件Ｆ２≦０．５Ｆ１を満たすように燃料供給量Ｆ２を制御することにより、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）の発生量を効果的に低減しながらも、全燃料供給量Ｆ１＋Ｆ２を抑制できるバランスの取れた温度制御条件を見出すことができたのである。それによって化石燃料により生じる二酸化炭素（ＣＯ_２）発生量も抑制できるようになった。

【0015】

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記第２制御部は、前記砂層部の温度が前記第２目標温度から前記第１目標温度より低く前記第２目標温度より高い第３目標温度までの範囲に維持されるように、燃料供給量Ｆ２を制御する点にある。

【0016】

第２制御部によって砂層部の温度が第２目標温度から第３目標温度の範囲に入るように制御すれば、安定的に拘束条件Ｆ２≦０．５Ｆ１を満たしながらも、投入される汚泥の含水率等の性状に変化に対応して、有機性汚泥を熱分解可能な第２目標温度以上に砂層温度を維持するための制御幅が確保できるようになる。

【0017】

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記第２制御部は、前記砂層部の温度が前記第２目標温度より低下すると、前記拘束条件に制限されることなく、前記第２目標温度より高い温度に上昇するように燃料供給量Ｆ２を制御する点にある。

【0018】

砂層部の温度が第２目標温度より低下すると有機性汚泥の熱分解が進まず、燃焼不良を来たす虞がある。そのような場合には、拘束条件に制限されることなく燃料供給量Ｆ２を制御することによって、砂層温度を適正な温度に速やかに回復させることができる。

【0019】

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記第１燃料供給部は前記砂層部が静止状態のときの上面から砂層高さ１／２の範囲に配置され、前記第２燃料供給部は砂層高さ１／２より低い範囲に配置されている点にある。

【0020】

フリーボード部の下部燃焼温度が第１目標温度以上に安定的に制御され、拘束条件Ｆ２≦０．５Ｆ１を満たしながら砂層温度が第２目標温度以上に安定的に制御されるために、静止状態の砂層部の上面から砂層高さ１／２の範囲に第１燃料供給部が配置され、砂層高さ１／２より低い範囲に第２燃料供給部が配置されることが好ましい。

【0021】

本発明による燃焼制御装置の第一の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、砂層部の上層に配置された第１燃料供給部と、前記砂層部の下層に配置された第２燃料供給部と、前記砂層部の底部に配置された空気供給部と、砂層上部から有機性汚泥を投入する汚泥投入部とを備え、炉内に形成される砂層部及びフリーボード部で有機性汚泥を焼却する流動床焼却炉の燃焼制御装置であって、前記フリーボード部の下部燃焼温度が亜酸化窒素の排出を抑制する第１目標温度以上になるように前記第１燃料供給部への燃料供給量Ｆ１を制御する第１制御部と、前記砂層部の温度が有機性汚泥を熱分解可能な第２目標温度以上になるように前記第２燃料供給部への燃料供給量Ｆ２を制御する第２制御部と、を含み、前記第２制御部は、拘束条件Ｆ２≦０．５Ｆ１を満たすように、燃料供給量Ｆ２を制御する点にある。

【0022】

同第二の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、少なくとも前記第２制御部で実行される制御がファジー制御である点にある。

【0023】

砂層温度を制御する場合、汎用的なＰＩＤ制御等の線形制御を用いると、有機性汚泥の性状変動等に起因して収束性が悪く安定的な制御が困難になるが、対象事象の特性を加味したファジー推論を用いるファジー制御を用いることにより、砂層部の温度を第２目標温度以上に安定的に制御できるようになる。特に、砂層部の温度を第２目標温度と第３目標温度の間に維持する場合に好適になる。

【0024】

本発明による流動床焼却炉の運転方法の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、砂層部の上層に配置された第１燃料供給部と、前記砂層部の下層に配置された第２燃料供給部と、前記砂層部の底部に配置された空気供給部と、砂層上部から有機性汚泥を投入する汚泥投入部とを備え、前記第１燃料供給部及び第２燃料供給部への燃料供給量を制御することにより、炉内に形成される砂層部及びフリーボード部で有機性汚泥を焼却する流動床焼却炉の運転方法であって、前記フリーボード部の下部燃焼温度が亜酸化窒素の排出を抑制する第１目標温度以上になるように前記第１燃料供給部への燃料供給量Ｆ１を制御する第１制御ステップと、前記砂層部の温度が有機性汚泥を熱分解可能な第２目標温度以上になるように前記第２燃料供給部への燃料供給量Ｆ２を制御する第２制御ステップと、を含み、前記第２制御ステップでは、拘束条件Ｆ２≦０．５Ｆ１を満たすように、燃料供給量Ｆ２が制御される点にある。

【発明の効果】

【0025】

以上説明した通り、本発明によれば、化石燃料の燃焼による二酸化炭素の発生量を抑制しながらも、設備コストの上昇を招くことなく、亜酸化窒素の発生量を効果的に低減することができる流動床焼却炉、燃焼制御装置、及び流動床焼却炉の運転方法を提供することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明による有機性汚泥の焼却設備の構成図

【図2】本発明による流動床焼却炉の説明図

【図3】燃焼制御装置の機能ブロック構成図

【図4】第２制御部の制御テーブルデータの説明図

【図5】亜酸化窒素ガスと炉内燃焼温度の関係を示す特性図

【図6】運転方法の違いによるフリーボード部下部と炉出口温度に対する亜酸化窒素の発生量の差異を示す特性図

【図7】メンバシップ関数の説明図

【発明を実施するための形態】

【0027】

図１には、有機性汚泥（以下、単に「汚泥」と記す。）の焼却設備Ａが示されている。汚水処理設備で発生した汚泥は、スクリュープレス方式等の脱水機で脱水処理され、脱水ケーキ貯留サイロＳに貯留された後、流動床焼却炉１に投入されて焼却される。当該流動床焼却炉１には、汚泥の投入量、流動用空気供給量、補助燃料供給量等を制御するための複数の制御部を備えた燃焼制御装置２０が設けられている。

【0028】

流動床焼却炉１で生じた排ガスから廃熱を有効利用するために、流動床焼却炉１の煙道に沿って燃焼用空気予熱器３、白煙防止用空気予熱器４が配設され、これらによって燃焼排ガスの保有熱が回収される。

【0029】

さらに、下流側にガス冷却塔５、集塵機６が配置され、集塵機６で除塵された排ガスが、排煙処理塔７でアルカリ処理されてＳＯｘやＨＣｌが除去され、白煙防止用の空気で加熱された後に煙突８から排気される。

【0030】

当該汚泥焼却設備Ａは、例えば下水汚泥を生物処理する活性汚泥法や、生物処理して膜ろ過する膜分離活性汚泥法等の方式を採用した汚水処理設備に併設される。尚、本発明による汚泥焼却設備Ａは、下水汚泥の焼却に限るものではなく、食品工場等で発生した汚水を浄化処理して発生した汚泥等の高含水率の有機性汚泥の焼却にも用いることが可能である。

【0031】

図２には、流動床焼却炉１の構成が示されている。流動床焼却炉１は、耐熱耐摩耗性特殊レンガやキャスタを内張りし、その外側に断熱材を配置した炉体を備えている。炉体の内部空間には、汚泥の燃焼領域となる砂層部１Ａとフリーボード部１Ｂが構成されている。

【0032】

砂層部１Ａの底部に流動用の空気供給部１４となる複数の分散パイプが配置され、炉体の下部領域に滞留する砂が、ヘッダー管１４Ｈを介して供給される流動用空気によって浮遊して流動床が形成される。流動ブロワＢから供給される空気は燃焼用空気予熱器３で約５５０〜６５０℃に予熱された後にヘッダー管１４Ｈに供給される。尚、通常は二次燃焼用空気供給部１７を備えていないが、砂層部１Ａ上部に二次燃焼用空気供給部１７を備えている場合には、予熱空気の一部を二次燃焼用空気供給部１７からフリーボード部１Ｂに供給してもよい。

【0033】

砂層部１Ａの上層周囲に複数本の第１燃料供給部１５となる砂中ガンが円周上に配置され、砂層部１Ａの下層周囲に複数本の第２燃料供給部１６となる砂中ガンが円周上に配置されている。それら砂中ガン１５，１６に供給される燃料供給量は電磁式のバルブＶ１，Ｖ２によって調整される。また、砂層部１Ａに流動床の温度を検知する温度センサＳ２が設置され、フリーボード部１Ｂの下部にも温度センサＳ１が設置されている。さらに砂層部１Ａの上部には汚泥投入部１０が設けられている。

【0034】

第１燃料供給部１５は、分散パイプ１４の設置高さを基準に、砂層部１Ａが静止状態のときの上面から砂層高さＬの１／２の範囲Ｌ１に配置され、第２燃料供給部１６は砂層高さＬの１／２より低い範囲Ｌ２に配置されている。尚、流動状態に移行した砂層部１Ａの高さは、静止状態の高さの約１．２〜１．５倍となる。図２のハッチングされた領域が流動床を表している。

【0035】

炉体の下端にはテーパ状の排砂部１１が設けられ、排砂部１１の下方に設けられた砂コンベア１８により搬出された流動砂は、選別機構１９により異物が除去された後に砂投入部１２から再投入される。

【0036】

炉の立上げ時に砂層部１Ａの上部に設けた始動バーナ１３が点火されるとともに、流動用の空気が供給され、さらに第１燃料供給部１６及び第２燃料供給部１５に補助燃料が供給される。第２燃料供給部１５に供給される補助燃料により流動床の温度が７００〜８００℃に調整され、第１燃料供給部１６に供給される補助燃料によりフリーボード部１Ｂの下部温度が８５０℃以上に調整される。補助燃料として重油が用いられるが、その他の化石燃料や消化ガスを用いることも可能である。

【0037】

炉が立ち上ると、汚泥投入部１０から含水率８０％前後の汚泥が投入される。投入された汚泥は流動床で有機性ガスに熱分解され、フリーボード部１Ｂで約８５０℃以上、具体的には８５０〜９００℃の高温で有機性ガスが燃焼される。

【0038】

図５に示すように、フリーボード部１Ｂの温度が約８５０℃以上になると、汚泥に含まれる窒素由来の亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）の発生量が極めて低い状態になる。

【0039】

燃焼制御装置２０は、化石燃料の燃焼による二酸化炭素の発生量を抑制しながら、汚泥に含まれる窒素由来の亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）の発生量を低減するために、流動床焼却炉１を制御する。

【0040】

以下、燃焼制御装置２０について詳述する。燃焼制御装置２０は、ＣＰＵとＣＰＵの動作プログラムが格納されたメモリ等を備えて構成されている。具体的な構成態様は特に限定されるものではなく、汎用のパーソナルコンピュータに燃焼制御用のアプリケーションプログラムをインストールされた態様であってもよいし、専用の制御用ＣＰＵに制御プログラムが組み込まれた態様であってもよい。

【0041】

図３に示すように、燃焼制御装置２０は、フリーボード部１Ｂの下部に設置された温度センサＳ１の値が入力され、第１燃料供給部１５の電磁バルブＶ１を駆動する駆動部を備えた第１制御部２１と、砂層部１Ａに設置された温度センサＳ２の値が入力され、第２燃料供給部１６の電磁バルブＶ２を駆動する駆動部を備えた第２制御部２２を備えている。

【0042】

さらに、図には示していないが、燃焼制御装置２０は、温度センサＳ１，Ｓ２等の値に基づいて汚泥投入部１０から炉内に投入される汚泥の量を制御する汚泥投入制御部等を備えている。二次燃焼用空気供給部１７を備えている場合には、煙道に配置したＮＯ_Ｘ濃度センサの値等に基づいて、二次燃焼用空気供給部１７から供給される二次燃焼用空気量を制御する二次燃焼用空気供給制御部を備える場合もある。

【0043】

第１制御部２１は、フリーボード部１Ｂの下部の温度目標値、ここでは８５０℃の値が記憶された制御温度記憶部（この値は入力部を介してオペレータが適宜変更設定可能である）と、ＰＩＤ演算部と、制御目標値記憶部を備えている。

【0044】

ＰＩＤ演算部は、所定周期で入力された温度センサＳ１の値と目標値８５０℃との差分値、微分値、積分値に基づいてＰＩＤ演算を行ない、その結果得られた燃料供給制御量に対応する電磁バルブＶ１の目標開度を制御目標値記憶部に記憶する。駆動部は、制御目標値記憶部に記憶された目標開度に基づいて第１燃料供給部１５の電磁バルブＶ１を駆動する。このような制御によって第１燃料供給部１５から供給される燃料流量Ｆ１の値が決定される。

【0045】

第２制御部２２は、砂層部１Ａの温度に対する制御テーブルデータが記憶された制御テーブル記憶部と、ステップ制御演算部と、制御目標値記憶部を備えて構成され、砂層部の温度を７００〜８００℃の範囲に入るように制御する。

【0046】

ステップ制御演算部は、所定周期で入力された温度センサＳ２の値と制御テーブル記憶部に記憶された制御テーブルデータに基づいて、燃料供給制御量に対応する電磁バルブＶ２の目標開度を算出し、その値を制御目標値記憶部に記憶する。

【0047】

図４には、制御テーブルデータの一例が示されている。第２燃料供給部１６に供給される現在の燃料流量Ｆ２が、拘束条件Ｆ２≦０．５Ｆ１を満たしている場合、温度センサＳ２から入力された砂層温度が７３０〜７８０℃の範囲であれば現状を維持し、７８０〜８００℃の範囲であればステップ的に燃料流量Ｆ２を減らすように電磁バルブＶ２の目標開度を算出する。また、砂層温度が７００〜７３０℃の範囲であればステップ的に燃料流量Ｆ２を増やすように電磁バルブＶ２の目標開度を算出する。

【0048】

制御テーブルデータに示された上下の矢印は、一本の場合に１ステップ（予め設定された燃料流量を示す）、二本の場合に２ステップ、三本の場合に３ステップ燃料流量Ｆ２を変化させること、上矢印は増加させ、下矢印は減少させること、また矢印の本数が多いほどその量が多いことを意味する。１ステップに対応する燃料流量Ｆ２の増加または減少量は、入力部を介してオペレータが適宜変更設定可能である。

【0049】

第２燃料供給部１６に供給される現在の燃料流量Ｆ２が、拘束条件Ｆ２≦０．５Ｆ１を満たしていない場合、温度センサＳ２から入力された砂層温度が７２０〜７３０℃であれば現状を維持し、７３０〜８００℃の範囲であればステップ的に燃料流量Ｆ２を減らすように電磁バルブＶ２の目標開度を算出する。また、砂層温度が７００〜７２０℃の範囲であればステップ的に燃料流量Ｆ２を増やすように電磁バルブＶ２の目標開度を算出する。

【0050】

駆動部は、制御目標値記憶部に記憶された目標開度に基づいて第２燃料供給部１６の電磁バルブＶ２を駆動する。このような制御によって第２燃料供給部１６から供給される燃料流量Ｆ２の値が決定される。

【0051】

即ち、燃焼制御装置２０は、フリーボード部１Ｂの下部燃焼温度が亜酸化窒素の排出を抑制する第１目標温度（８５０℃）以上になるように第１燃料供給部１５への燃料供給量Ｆ１を制御する第１制御部２１と、砂層部１Ａの温度が有機性汚泥を熱分解可能な第２目標温度（７００℃）以上になるように第２燃料供給部１６への燃料供給量Ｆ２を制御する第２制御部２２とを含み、第２制御部２２は、拘束条件Ｆ２≦０．５Ｆ１を満たすように、燃料供給量Ｆ２を制御するように構成されている。

【0052】

また、第２制御部２２は、砂層部１Ａの温度が第２目標温度（７００℃）から第１目標温度（８５０℃）より低く第２目標温度より高い第３目標温度（８００℃）までの範囲に維持されるように、燃料供給量Ｆ２を制御するように構成されている。

【0053】

さらに、第２制御部２２は、砂層部１Ｂの温度が第２目標温度（７００℃）から低下すると、拘束条件に制限されることなく、第２目標温度より高い温度に上昇するように燃料供給量Ｆ２を制御するように構成されている。

【0054】

拘束条件とは、第２燃料供給部１６に供給される燃料流量Ｆ２が、第１燃料供給部１５に供給される燃料流量Ｆ１の１／２以下に制限するという条件で、この条件を満たしながら上述の目標温度に維持されるように補助燃料が供給されると、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）の発生量を効果的に低減しながらも、全燃料供給量Ｆ１＋Ｆ２を抑制できるようになるのである。

【0055】

そして、このような制御を効果有らしめるためには、第１燃料供給部１５が、分散パイプの設置高さを基準に、砂層部１Ａが静止状態のときの上面から砂層高さＬの１／２の範囲Ｌ１に配置され、第２燃料供給部１６は砂層高さＬの１／２より低い範囲Ｌ２に配置されていることが好ましい。

【0056】

本発明による流動床焼却炉の運転方法は、フリーボード部１Ｂの下部燃焼温度が亜酸化窒素の排出を抑制する第１目標温度以上になるように第１燃料供給部１５への燃料供給量Ｆ１を制御する第１制御ステップと、砂層部１Ａの温度が有機性汚泥を熱分解可能な第２目標温度以上になるように第２燃料供給部１６への燃料供給量Ｆ２を制御する第２制御ステップとを含み、第２制御ステップでは、拘束条件Ｆ２≦０．５Ｆ１を満たすように、燃料供給量Ｆ２が制御される。

【0057】

図６（ａ）には、本発明による運転方法（拘束条件を満足）と、上述した拘束条件無しに第１制御部と第２制御部がそれぞれ独立して砂層部温度及びフリーボード部下部温度をＰＩＤ制御する方法で、フリーボード部下部温度と炉出口温度の関係及び亜酸化窒素の排出量を対比した特性図が示されている。ともに、砂層部温度の目標を約７５０℃、フリーボード部下部温度の目標を約８５０℃に設定している。

【0058】

右端のグレースケールは亜酸化窒素の排出量（ｋｇ-Ｎ_２Ｏ／ｔ）を示し、矢印は環境省の８５０℃における基準値（０．６４５ｋｇ-Ｎ_２Ｏ／ｔ）を示す。左のグラフで実線の円で囲まれた領域が基準値を満たす下限領域で、それより炉出口温度が低下し、或いはフリーボード下部温度が低下する領域では、基準値以上の亜酸化窒素が排出されることが示されている。

【0059】

そして、左のグラフで破線の長円で囲まれた領域が本発明による燃焼制御の特性、二点鎖線の長円で囲まれた領域が拘束条件無しに第１制御部と第２制御部がそれぞれ独立して砂層部温度及びフリーボード部下部温度を制御した場合の特性である。

【0060】

同じ炉出口温度に対するフリーボード部の下部温度の特性を比較すると、本発明による燃焼制御の方が高い温度が得られていることが判る。また、同じフリーボード部の下部温度に対する炉出口温度の特性を比較すると、拘束条件無しに第１制御部と第２制御部がそれぞれ独立して砂層部温度及びフリーボード部下部温度を制御した場合の方が、炉出口温度が高いことが判る。拘束条件を課していない場合には入熱量が多くなり、補助燃料の使用量が多くなっていることが判る。

【0061】

このことから、本発明による燃焼制御の方が、補助燃料の使用量を低減しながら亜酸化窒素の発生量を低減できることが判るのである。

【0062】

図６（ｂ）には、本発明による運転方法（拘束条件を満足）と、上述した拘束条件無しに第１制御部と第２制御部がそれぞれ独立して砂層部温度及びフリーボード部下部温度をＰＩＤ制御する方法で、炉出口温度と亜酸化窒素の排出量を対比した特性図が示されている。

【0063】

同じ炉出口温度であっても、本発明による運転方法によれば、より効果的に亜酸化窒素の排出量が低減されていることが判る。

【0064】

以下、別実施形態を説明する。先の実施形態では、第１制御部２１が、フリーボード部の下部に配置した温度センサＳ１をモニタして、フリーボード部１Ｂの下部燃焼温度が亜酸化窒素の排出を抑制する第１目標温度（８５０℃）以上になるように制御する構成を説明したが、第１制御部２１が、炉出口に配置した温度センサをモニタして、フリーボード部の下部燃焼温度が亜酸化窒素の排出を抑制する第１目標温度以上になるように制御するように構成してもよい。図６（ａ），（ｂ）に示したように、本発明による場合には、フリーボード部の下部燃焼温度と炉出口温度に一定の相関があるためである。

【0065】

上述した実施形態では、第１目標温度が８５０℃、第２目標温度が７００℃、第３目標温度が８００℃の例を説明したが、各目標温度の具体的数値はこれらの値に限るものではなく、第１目標温度は亜酸化窒素の排出量を基準値よりも抑制することが可能な温度であればよく、第二目標温度は砂層部で汚泥が熱分解可能な温度であれば７００℃以上でもよく、第三目標温度は第１目標温度より低い温度であればよく、それぞれ適宜設定することができる。

【0066】

第１制御部が、フリーボード部の下部燃焼温度が亜酸化窒素の排出を抑制する第１目標温度以上になるように、第１燃料供給部への燃料供給量Ｆ１を制御するとともに、補助的に二次燃焼空気量を吹込み増減制御するように構成してもよい。

【0067】

第１及び第２制御部のうち、少なくとも第２制御部をファジー制御部で構成することが好ましい。第１制御部はフリーボード部の下部温度を少なくとも８５０℃以上に制御する必要があり、ＰＩＤ制御を用いたフィードバック制御で十分に目的を達成できるが、第２制御部は拘束条件を満たしながら砂層部温度を制御するために制御温度範囲に幅を持たせる必要がある。そのような制御では、ＰＩＤ制御で制御目標値を頻繁に変更するよりも、上述したステップ制御で大まかに制御するか、ファジー制御で曖昧度を加味して制御した方が、制御特性が良くなる。

【0068】

前件部及び後件部に対応するメンバシップ関数及びファジールールを記憶したファジールール記憶部と、Ｍｉｎ−Ｍａｘ重心法を採用したファジー推論部と、ファジー推論の結果得られた制御値を記憶する制御値記憶部を備え、上述した駆動部が制御値記憶部に記憶された制御値に基づいて電磁バルブを駆動するように構成すればよい。

【0069】

図７には、拘束条件を満たす場合と、満たさない場合の前件部のメンバシップ関数、及び後件部のメンバシップ関数の一例が示されている。

【0070】

ファジー推論ルールを以下に例示する。１．砂層部温度が「低すぎる」と、補助燃料を「大きく増加」する。２．砂層部温度が「低い」と、補助燃料を「増加」する。３．砂層部温度が「やや低い」であると、補助燃料を「やや増加」する。４．砂層部温度が「適正」であると、補助燃料を「維持」する。５．砂層部温度が「やや高い」と、補助燃料を「やや減少」する。６．砂層部温度が「高い」であると、補助燃料を「減少」する。７．砂層部温度が「高すぎる」と、補助燃料を「大きく減少」する。の７ルールである。

【0071】

上述したメンバシップ関数及びファジー推論ルールは例示であり、これに限定されるものではなく、適宜設定可能である。この場合、拘束条件具備の場合の前件部のメンバシップ関数は、フリーボード部の下部温度を重視し、制御範囲の７００℃から８００度のうちの中央値から前後に比較的広い範囲で適正領域を構築するように構成されている。また、拘束条件不備の場合の前件部のメンバシップ関数は、できるだけ速やかに拘束条件を満たすように、制御範囲の７００℃から８００度のうち７３０℃よりも高い温度域では補助燃料供給量を減らすように設定されている。

【0072】

尚、第１制御部をファジー制御部で制御することも可能であることはいうまでもない。

【0073】

上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、当該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0074】

１：流動床式焼却炉
１Ａ：砂層部
１Ｂ：フリーボード下部
３：燃焼用空気予熱器
４：白煙防止用空気予熱器
５：ガス冷却塔
６：集塵機
７：排煙処理塔
８：煙突
１５：第１燃料供給部
１６：第２燃料供給部
２０:燃焼制御装置
２１：第１制御部
２２：第２制御部
Ａ：焼却設備
Ｓ：脱水ケーキ貯留サイロ
Ｓ１：フリーボード下部温度センサ
Ｓ２：砂層部温度センサ
Ｖ１：電磁バルブ
Ｖ２：電磁バルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図7】

【図6】