特許 6543384 廃棄物焼却炉の水銀多量投入事態検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6543384

(24)【登録日】2019年6月21日

(45)【発行日】2019年7月10日

(54)【発明の名称】廃棄物焼却炉の水銀多量投入事態検出方法

(51)【国際特許分類】

   F23G 5/50 20060101AFI20190628BHJP

【ＦＩ】

   F23G5/50 LZAB

   F23G5/50 N

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-106538(P2018-106538)

(22)【出願日】2018年6月1日

【審査請求日】2018年6月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118784

【弁理士】

【氏名又は名称】桂川 直己

(72)【発明者】

【氏名】下川 達之

【審査官】 古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−５１３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２１４６１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｇ ５／００−５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一次燃焼を行うための一次燃焼ゾーンと、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼を行うための二次燃焼ゾーンと、を有する燃焼室を備える廃棄物焼却炉に対して、
水銀に特有のエネルギー準位に基づいて放出される特有の波長の輝線を選択的に透過させる水銀輝線選択フィルタを用いて、前記燃焼室で発生した光のうち当該水銀輝線選択フィルタを透過した透過光の光強度を光検出器で検出する検出工程と、
前記検出工程で検出された前記透過光の光強度を時系列で蓄積する蓄積工程と、
前記蓄積工程で蓄積された前記透過光の光強度及びその時間変化に基づいて判定基準を算出し、前記透過光の光強度の変化量が前記判定基準を超えた場合に、水銀多量投入事態が発生したと判定する判定工程と、
を行うことを特徴とする廃棄物焼却炉の水銀多量投入事態検出方法。

【請求項2】

請求項１に記載の廃棄物焼却炉の水銀多量投入事態検出方法であって、
前記検出工程では、前記一次燃焼ゾーンから前記二次燃焼ゾーンへ到達した火炎の光のうち当該水銀輝線選択フィルタを透過した透過光の光強度を検出することを特徴とする廃棄物焼却炉の水銀多量投入事態検出方法。

【請求項3】

請求項２に記載の廃棄物焼却炉の水銀多量投入事態検出方法であって、
前記水銀輝線選択フィルタは、前記二次燃焼ゾーンを構成する炉壁に形成された開口部を通過した光が通る領域に配置されていることを特徴とする廃棄物焼却炉の水銀多量投入事態検出方法。

【請求項4】

請求項１から３までの何れか一項に記載の廃棄物焼却炉の水銀多量投入事態検出方法であって、
前記検出工程では、映像を検出する撮像装置を用いて、前記透過光の光強度を検出することを特徴とする廃棄物焼却炉の水銀多量投入事態検出方法。

【請求項5】

請求項１から３までの何れか一項に記載の廃棄物焼却炉の水銀多量投入事態検出方法であって、
前記検出工程では、照射された光の光強度に応じた起電力を発生させる光電池、又は、照射された光の光強度に応じた信号を発生させるフォトダイオードを用いて、前記透過光の光強度を検出することを特徴とする廃棄物焼却炉の水銀多量投入事態検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主として、廃棄物焼却炉等に水銀が一時に多量に投入された事態が発生したことを検出する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、廃棄物焼却炉等に水銀が一時に多量に投入された事態（以下、水銀多量投入事態）を検出する方法が提起されている。特許文献１及び２には、水銀多量投入事態の検出方法が開示されている。

【0003】

特許文献１の水銀除去システムは、廃棄物焼却炉等の排ガスが流れる煙道に水銀連続分析計を付設し、この水銀連続分析計の検出結果に基づいて、排ガスに含まれる水銀の濃度を検出する。また、この水銀除去システムは、水銀連続分析計により検出される水銀の濃度が所定濃度を超えたとき、水銀多量投入事態が発生したと判定する。

【0004】

特許文献２の廃棄物焼却炉では、バグフィルタの上流側に水銀除去薬剤の投入口が配置されている。また、水銀除去薬剤の投入口よりも上流には、水銀検知装置が配置されている。水銀検知装置は、排ガスを取り込む取込み部と、取り込んだ排ガスを送るサンプリング路と、水銀量を分析する水銀分析装置と、を備える。

【0005】

また、特許文献３には、水銀とは異なる有害物質を検出するごみ焼却炉が開示されている。具体的には、このごみ焼却炉は、スペクトル分析器と、燃焼診断装置と、を備える。スペクトル分析器は、燃焼室内の開口から入力された光を分光器で波長毎に分けて、波長毎の光の光強度を検出することでスペクトル分析を行う。燃焼診断装置は、スペクトル分析の結果に基づいて、気体の有害物質（ダイオキシン、ＮＯｘ、ＣＯ等）を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１４−２１３３０８号公報

【特許文献2】特開２０１７−２０５７６１号公報

【特許文献3】特開平１１−５１３５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１において、煙道に水銀連続分析計を付設するためには、口径が細いチューブ等を煙道に接続し、このチューブに水銀連続分析計を接続する必要がある。なお、特許文献２のサンプリング路は、このようなチューブによって構成されている。しかし、水銀多量投入事態が発生した場合、水銀を多量に含む排ガスがチューブを通過して水銀連続分析計に到達するため、チューブの内面が水銀に汚染されてしまい、次回の計測が困難になる可能性がある。また、この種の構成では、水銀多量投入事態の発生後、チューブを経由して排ガスを水銀連続分析計まで移動させる必要があるため、水銀を検出するために若干の時間が掛かる。そのため、水銀除去剤の投入が遅れてしまう可能性がある。

【0008】

特許文献３では、分光器の分解能にも限界があるため、例えば有害物質の輝線と近い波長の別物質の輝線が発生していた場合、又は、有害物質の輝線の光強度があまり高くならない性質である場合等において、有害物質を的確に検出できない可能性がある。特に、廃棄物焼却炉では、多種多様な性質の廃棄物が投入されるとともに、投入される廃棄物の種類も特定できないため、このような問題が発生し易くなる。

【0009】

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、廃棄物焼却炉で水銀多量投入事態が発生したことを早期かつ正確に検出可能であって、水銀多量投入事態が発生しても水銀の汚染の影響を受けない水銀多量投入事態検出方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

【0011】

本発明の観点によれば、以下の廃棄物焼却炉の水銀多量投入事態検出方法が提供される。即ち、この水銀多量投入事態検出方法は、一次燃焼を行うための一次燃焼ゾーンと、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼を行うための二次燃焼ゾーンと、を有する燃焼室を備える廃棄物焼却炉に対して行われる。水銀多量投入事態検出方法は、検出工程と、蓄積工程と、判定工程と、を廃棄物焼却炉に対して行う。前記検出工程では、水銀に特有のエネルギー準位に基づいて放出される特有の波長の輝線を選択的に透過させる水銀輝線選択フィルタを用いて、前記燃焼室で発生した光のうち当該水銀輝線選択フィルタを透過した透過光の光強度を光検出器で検出する。前記蓄積工程では、前記検出工程で検出された前記透過光の光強度を時系列で蓄積する。前記判定工程では、前記蓄積工程で蓄積された前記透過光の光強度及びその時間変化に基づいて判定基準を算出し、前記透過光の光強度の変化量が前記判定基準を超えた場合に、水銀多量投入事態が発生したと判定する。

【0012】

これにより、燃焼室で発生した火炎の光に含まれる水銀輝線を検出することで、水銀多量投入事態を早期に検出できる。また、この方法では、水銀輝線選択フィルタ及び光検出器を水銀に接触させる必要がないため、水銀の汚染の影響を受けない。更に、水銀輝線選択フィルタを用いることで、分光器を用いる構成と比較して、分光器の分解能の影響を受けないため、水銀輝線を正確に検出できる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、廃棄物焼却炉で水銀多量投入事態が発生したことを早期かつ正確に検出可能であって、水銀多量投入事態が発生しても水銀の汚染の影響を受けない水銀多量投入事態検出方法を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】焼却炉を含む廃棄物焼却設備の概略構成図。

【図2】焼却炉の機能ブロック図。

【図3】水銀輝線選択フィルタ及び光検出器が配置される様子を示す断面図。

【図4】水銀多量投入事態の発生を検出する処理を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜廃棄物焼却設備の全体構成＞初めに、図１を参照して、本実施形態の焼却炉１を含む廃棄物焼却設備１００について説明する。図１は、本発明の一実施形態の焼却炉１を含む廃棄物焼却設備１００の概略構成図である。なお、以下の説明では、単に上流、下流と記載したときは、廃棄物、燃焼ガス、燃焼用気体、排ガス等が流れる方向の上流及び下流を意味するものとする。

【0016】

図１に示すように、廃棄物焼却設備１００は、焼却炉（廃棄物焼却炉）１と、ボイラ３０と、蒸気タービン発電設備３５と、を備える。焼却炉１は、供給された廃棄物を焼却する。なお、焼却炉１の詳細な構成は後述する。

【0017】

ボイラ３０は、廃棄物の燃焼によって発生した熱を利用して蒸気を生成する。ボイラ３０は、流路壁に設けられた多数の水管３１及び過熱器管３２で、炉内で発生した高温の燃焼ガスと水との熱交換を行うことにより蒸気（過熱蒸気）を生成する。水管３１及び過熱器管３２で生成された蒸気は、蒸気タービン発電設備３５へ供給される。

【0018】

蒸気タービン発電設備３５は、図略のタービン及び発電装置を含んで構成されている。タービンは、水管３１及び過熱器管３２から供給された蒸気によって回転駆動される。発電装置は、タービンの回転駆動力を用いて発電を行う。

【0019】

＜焼却炉１の構成＞焼却炉１は、廃棄物を炉内に供給するための給じん装置４０を備える。給じん装置４０は、廃棄物投入ホッパ４１と、給じん装置本体４２と、を備える。廃棄物投入ホッパ４１は、炉外から廃棄物が投入される部分である。給じん装置本体４２は、廃棄物投入ホッパ４１の底部分に位置し、水平方向に移動可能に構成されている。給じん装置本体４２は、廃棄物投入ホッパ４１に投入された廃棄物を下流側に供給する。この給じん装置本体４２の移動速度、単位時間あたりの移動回数、移動量（ストローク）、及びストローク端の位置（移動範囲）は、図２に示す制御装置９０によって制御されている。なお、給じん装置は水平方向に対し多少の角度をもって移動する型式でもよい。

【0020】

給じん装置４０によって炉内に供給された廃棄物は、燃焼室２に供給される。燃焼室２は、一次燃焼ゾーン１０と、二次燃焼ゾーン１４と、を含んでいる。一次燃焼ゾーン１０は、一次燃焼のための空間である。一次燃焼とは、投入された廃棄物を一次燃焼用気体（ｇａｓ ｆｏｒ ｐｒｉｍａｒｙ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）と反応させて燃焼させることである。一次燃焼用気体とは、一次燃焼のために供給される酸素を含んだ気体である。一次燃焼用気体としては、一次空気、循環排ガス、それらの混合ガスが含まれる。一次空気とは、外部から取り込んだ空気であって、燃焼等に用いられていない（即ち、循環排ガスを除く）気体である。従って、一次空気には、外部から取り込んだ空気を加熱等した気体も含まれる。また、一次燃焼により、ＣＯ等の未燃焼ガスを含む一次燃焼ガス（ｆｌｕｅ ｇａｓ ａｆｔｅｒ ｐｒｉｍａｒｙ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）が発生する。

【0021】

一次燃焼ゾーン１０は、乾燥部１１と、燃焼部１２と、後燃焼部１３と、から構成されている。廃棄物は、搬送部２０によって、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３の順に供給されていく。搬送部２０は、乾燥部１１に設けられた乾燥火格子２１と、燃焼部１２に設けられた燃焼火格子２２と、後燃焼部１３に設けられた後燃焼火格子２３と、で構成されている。従って、搬送部２０は複数段の火格子から構成されている。それぞれの火格子は、各部の底面に設けられており、廃棄物が載置される。火格子は、廃棄物搬送方向に並べて配置された可動火格子と固定火格子とから構成されており、可動火格子が間欠的に前進及び後進を行うことで、廃棄物を下流側へ搬送するとともに、廃棄物を攪拌することができる。なお、火格子の動作は、制御装置９０によって制御されている。また、火格子には、気体が通過可能な大きさの隙間が形成されている。

【0022】

乾燥部１１は、焼却炉１に供給された廃棄物を乾燥させる部分である。乾燥部１１の廃棄物は、乾燥火格子２１の下から供給される一次空気及び隣接する燃焼部１２における燃焼の輻射熱によって乾燥する。その際、熱分解によって乾燥部１１の廃棄物から熱分解ガスが発生する。また、乾燥部１１の廃棄物は、乾燥火格子２１によって燃焼部１２に向かって搬送される。

【0023】

燃焼部１２は、乾燥部１１で乾燥した廃棄物を主に燃焼させる部分である。燃焼部１２では、廃棄物が主に火炎燃焼を起こし火炎が発生する。燃焼部１２における廃棄物及び燃焼により発生した灰及び燃焼しきれなかった未燃物は、燃焼火格子２２によって後燃焼部１３に向かって搬送される。また、燃焼部１２で発生した一次燃焼ガス及び火炎は、絞り部１７を通過して後燃焼部１３に向かって流れる。なお、燃焼火格子２２は、乾燥火格子２１と同じ高さに設けられているが、乾燥火格子２１よりも低い位置に設けられていてもよい。

【0024】

後燃焼部１３は、燃焼部１２で燃焼しきれなかった廃棄物（未燃物）を燃焼させる部分である。後燃焼部１３では、一次燃焼ガスの輻射熱と一次空気によって、燃焼部１２で燃焼しきれなかった未燃物の燃焼が促進される。その結果、未燃物の殆どが灰となって、未燃物は減少する。なお、後燃焼部１３で発生した灰は、後燃焼部１３の底面に設けられた後燃焼火格子２３によってシュート２４に向かって搬送される。シュート２４に搬送された灰は、廃棄物焼却設備１００の外部に排出される。なお、本実施形態の後燃焼火格子２３は、燃焼火格子２２よりも低い位置に設けられているが、燃焼火格子２２と同じ高さに設けられていてもよい。

【0025】

上述したように、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３では、生じる反応が異なるため、それぞれの壁面等は、生じる反応に応じた構成となっている。例えば、燃焼部１２では火炎燃焼が生じるため、乾燥部１１よりも耐火レベルが高い構造が採用されている。

【0026】

以上で説明したように、本実施形態の焼却炉１の一次燃焼ゾーン１０では、投入された廃棄物に対して、乾燥、燃焼、及び後燃焼が行われる。本実施形態の焼却炉１では、各構成段が明確に分かれているため、上記の３つの処理が段階的に行われる。なお、本発明は、様々な構成の焼却炉に適用可能である。例えば、本発明は、各構成段が明確に区分されていない焼却炉にも適用可能である。また、本発明は、乾燥段及び後燃焼段の少なくとも一方が存在しない焼却炉にも適用可能である。また、本発明は、火格子を備えない焼却炉、例えば、流動床式焼却炉又は固定床式焼却炉等にも適用可能である。

【0027】

二次燃焼ゾーン１４は、二次燃焼のための空間である。二次燃焼とは、一次燃焼ガスに含まれる未燃焼ガスを二次燃焼用気体と反応させて燃焼させることである。二次燃焼用気体とは、二次燃焼のために供給される酸素を含んだ気体である。二次燃焼用気体としては、二次空気、循環排ガス、それらの混合ガスが含まれる。二次空気とは、外部から取り込んだ空気であって、燃焼等に用いられていない（即ち、循環排ガスを除く）気体である。二次燃焼を行うことにより、燃焼完結性を進めることができる。二次燃焼ゾーン１４は、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３から上方に向かって延び、その途中に二次空気が供給される。これにより、一次燃焼ガスは二次空気と混合及び撹拌され、一次燃焼ガスに含まれる未燃ガスが二次燃焼ゾーン１４で燃焼される。

【0028】

二次燃焼で排出される高温の二次燃焼ガスは、上述したようにボイラ３０を通過した後に、排ガスとして排出される。焼却炉１から排出された排ガスは、下流側に配置されたろ過式の集じん器６で浄化される。また、排ガスが集じん器６に到達するまでの経路（煙道）には、排ガスに含まれる気体の有害物質（ＨＣｌ、ＳＯｘ、及びダイオキシン類等）の濃度を低減するための薬剤が投入される。

【0029】

また、この薬剤を投入するための構成として、廃棄物焼却設備１００は、薬剤タンク７と、バルブ８と、を備える。薬剤タンク７には、低減する有害物質に応じた複数種類の薬剤が個別に貯留されている。バルブ８は、煙道へ供給される薬剤の量を調整する機構を有している。バルブ８は、薬剤の種類毎に設けられている。制御装置９０は、排ガスの性状の検出結果及び目標値等に基づいて、使用する薬剤の種類及び量を決定し、それに応じてバルブ８の開度をそれぞれ変更する制御を行う。なお、この薬剤には、排ガス中の水銀を吸着させて除去する機能を持つ消石灰又は活性炭等の薬剤が含まれている。水銀多量投入事態が生じた場合に水銀を吸着する機能を持つ薬剤を増量投入することで、集じん器６が水銀に深刻に汚染されることを抑制できる。

【0030】

＜一次燃焼用気体と二次燃焼用気体の供給＞気体供給装置５０は、燃焼室２内に気体（一次燃焼用気体、二次燃焼用気体）を供給する装置である。本実施形態の気体供給装置５０は、一次空気供給部５１と、二次空気供給部５２と、排ガス供給部５３と、を有している。それぞれの供給部は、気体を誘引又は送出するための送風機によって構成されている。

【0031】

一次空気供給部５１は、一次供給経路７１を介して燃焼室２に一次空気を供給する。一次供給経路７１は、乾燥火格子２１の下方に設けられた乾燥段風箱２５、燃焼火格子２２の下方に設けられた燃焼段風箱２６、及び後燃焼火格子２３の下方に設けられた後燃焼段風箱２７にそれぞれ一次空気を供給するための経路である。一次供給経路７１には、乾燥段風箱２５に供給する一次空気の供給量を調整する第１ダンパ８１と、燃焼段風箱２６に供給する一次空気の供給量を調整する第２ダンパ８２と、後燃焼段風箱２７に供給する一次空気の供給量を調整する第３ダンパ８３と、がそれぞれ設けられている。図２に示すように、第１ダンパ８１、第２ダンパ８２、及び第３ダンパ８３は制御装置９０によって制御されている。

【0032】

また、一次供給経路７１にヒータを設け、燃焼室２に供給する一次空気の温度を調整できるようにしてもよい。また、上述のように、一次燃焼用気体には、循環排ガス及び混合ガスも含まれるため、それらが燃焼室２に供給される構成であってもよい。また、本実施形態では、一次燃焼用気体は、一次燃焼ゾーン１０に下方から供給されるが、一次燃焼ゾーン１０の側方等から供給されてもよい。また、一次燃焼用気体は、一次燃焼に用いられるのであれば、一次燃焼ゾーン１０よりも上流側に供給されてもよい。

【0033】

二次空気供給部５２は、二次供給経路７２を介して、二次空気を燃焼室２に供給する。具体的には、二次空気供給部５２は、焼却炉１の空気ガス保有空間１６にその上部（天井部）から二次空気を供給するとともに、絞り部１７によって燃焼ガスが方向を転換する部分（絞り部１７の近傍）に二次空気を供給するとともに、二次燃焼ゾーン１４に二次空気を供給する。二次供給経路７２には、空気ガス保有空間１６及び絞り部１７の近傍に供給する二次空気の供給量を調整する第５ダンパ８５と、がそれぞれ設けられている。図２に示すように、第５ダンパ８５は制御装置９０によって制御されている。

【0034】

排ガス供給部５３は、循環排ガス供給経路７３を介して、廃棄物焼却設備１００から排出された排ガスを炉内に供給する（再循環させる）。廃棄物焼却設備１００から排出されて集じん器６で浄化された排ガスの一部が排ガス供給部５３によって燃焼部１２の両側面（紙面手前側及び紙面奥側の面）から焼却炉１へ供給される。なお、排ガスが供給される位置は、特に限定されない。例えば、排ガスは焼却炉１の上方（天井部）から供給されてもよく、一方の側面のみから供給されていてもよい。排ガスを焼却炉１に供給することで、焼却炉１内の酸素濃度が低下し、燃焼温度の局所的な過上昇を抑えることができる。その結果、ＮＯｘの発生を抑えることができる。また、循環排ガス供給経路７３には、循環排ガスの供給量を調整する第４ダンパ８４が設けられている。図２に示すように、第４ダンパ８４は制御装置９０によって制御されている。

【0035】

＜各種センサ及び制御装置＞焼却炉１には、図１及び図２に示すように、燃焼状態等を把握するための複数のセンサが設けられている。具体的には、焼却炉１には、焼却炉内ガス温度センサ９１と、焼却炉出口ガス温度センサ９２と、ＣＯガス濃度センサ９３と、ＮＯｘガス濃度センサ９４と、光検出器９５と、が設けられている。

【0036】

焼却炉内ガス温度センサ９１は、焼却炉１内（例えば空気ガス保有空間１６よりも下流かつ後燃焼部１３よりも上流）に配置されており、焼却炉内ガス温度を検出して制御装置９０へ出力する。焼却炉出口ガス温度センサ９２は、焼却炉１出口近傍（例えば二次燃焼ゾーン１４よりも下流かつボイラ３０よりも上流）に配置されており、焼却炉出口ガス温度を検出して制御装置９０へ出力する。ＣＯガス濃度センサ９３は、集じん器６の下流に配置されており、排ガスに含まれるＣＯガス濃度（焼却炉排出ＣＯガス濃度）を検出して制御装置９０へ出力する。ＮＯｘガス濃度センサ９４は、集じん器６の下流に配置されており、排ガスに含まれるＮＯｘガス濃度（焼却炉排出ＮＯｘガス濃度）を検出して制御装置９０へ出力する。

【0037】

光検出器９５は、水銀に特有のエネルギー準位に基づいて放出される特有の波長の輝線（以下、水銀輝線）を検出することを目的としている。更に説明すると、水銀輝線とは、水銀の発光をスペクトル分析した場合に、輝線スペクトルとして観測される光である。以下、燃焼室２の内部で発生した水銀輝線を検出する構成について説明する。

【0038】

水銀は加熱によりエネルギー準位が上がるため、燃焼室２の内部の何れの位置であっても、水銀輝線が発生する可能性がある。そのため、光検出器９５は、燃焼室２の内部の何処で発生した光を検出する構成であってもよい。ただし、高温の火炎では特に水銀輝線が発生し易いため、本実施形態では、火炎の光を検出対象とする。ここで、燃焼室２では上述したように一次燃焼において火炎が発生する。この火炎は、一次燃焼ゾーン１０から二次燃焼ゾーン１４へ流れる燃焼ガス流の影響等により上方に延びるため、この火炎は二次燃焼ゾーン１４においても存在する。そして、二次燃焼ゾーン１４では、未燃焼の多種多様な廃棄物が存在する一次燃焼ゾーン１０と比較して、他の元素の輝線が発生しにくいため、水銀輝線をより正確に検出できる。以上により、本実施形態では、二次燃焼ゾーン１４において、火炎の光に含まれる水銀輝線を検出することを目的とする。

【0039】

図３に示すように、光検出器９５は、二次燃焼ゾーン１４の炉壁２ａの近傍に配置されている。具体的には、図３に示すように、燃焼室２の炉壁２ａには、貫通孔２ｂが形成されている。また、貫通孔２ｂのうち燃焼室２側の開口している部分（燃焼室２と炉壁２ａの境界部分）を開口部２ｃと称する。また、貫通孔２ｂには、耐熱ガラス６１と、水銀輝線選択フィルタ６２と、が配置されている。

【0040】

耐熱ガラス６１は、水銀輝線選択フィルタ６２よりも燃焼室２側に配置されている。耐熱ガラス６１は、光を透過させるとともに、耐熱特性を有する部材である。

【0041】

水銀輝線選択フィルタ６２は、光検出器９５よりも燃焼室２側に配置されている。水銀輝線選択フィルタ６２は、通過帯域の波長の光のみを透過させ、それ以外の波長の光を透過させないフィルタである。水銀輝線選択フィルタ６２の通過帯域は、水銀輝線の波長を含む非常に狭い範囲である。主な水銀輝線の波長は、３６５．４８３ ｎｍ， ３６６．２８８ ｎｍ， ３６６．３２８ ｎｍ， ３９０．６４１ ｎｍ， ３９８．３９８ ｎｍ， ４０４．６５６ ｎｍ・４０７．７８１ ｎｍ・４３５．８３５ ｎｍ・４９１．６０４ ｎｍ・５４６．０７４ ｎｍ・５７６．９６９ ｎｍ・５９７．０６５ ｎｍである。このように、例えば３６６ ｎｍ帯において複数の水銀輝線が存在するため、水銀輝線選択フィルタ６２の通過帯域は、これらの複数の水銀輝線の波長を含んでいてもよい。当然、１つの水銀輝線の波長のみを含んでいてもよい。なお、水銀輝線の波長は上記以外にも存在するため、水銀輝線選択フィルタ６２の通過帯域は、上記以外の波長を含んでいてもよい。

【0042】

光検出器９５は、二次燃焼ゾーン１４で観測できる火炎の光のうち、水銀輝線選択フィルタ６２を透過した光（以下、透過光）を検出する。本実施形態の光検出器９５は、撮像素子を有する撮像装置である。この撮像素子は、水銀輝線選択フィルタ６２の通過帯域の波長を検出できるように構成されている。光検出器９５が撮像装置である場合、撮像範囲における透過光の光強度の分布を示す映像を作成できる。また、燃焼室２の内部を撮影する撮像装置が既に配置されており、現在使用されていない場合等において、この既存の撮像装置を活用して水銀多量投入事態を検出できる。

【0043】

なお、光検出器９５は、透過光を検出可能であれば、他の構成であってもよい。例えば光検出器９５は光電池又はフォトダイオード等であってもよい。光検出器９５が光電池の場合、発生した起電力に基づいて透過光の光強度を検出できる。光検出器９５がフォトダイオードの場合、出力された電気信号に基づいて（具体的には出力電流の電流値に基づいて）透過光の光強度を検出できる。なお、光検出器９５が光電池又は単一のフォトダイオードである場合、透過光の光強度の大きさは検出できるが、その分布までは検出できない。しかし、撮像装置を用いる場合と比較して、コストを下げることができる。

【0044】

なお、本実施形態では、水銀輝線選択フィルタ６２及び光検出器９５は、貫通孔２ｂ及びその軸方向の直線状に配置されているが、異なる位置に配置されていてもよい。例えば、耐熱ガラス６１を透過した光を光ファイバーの一端から入力し、当該光ファイバーの他端に水銀輝線選択フィルタ６２及び光検出器９５を配置する場合、水銀輝線選択フィルタ６２及び光検出器９５の位置の自由度を向上させることができる。

【0045】

制御装置９０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等によって構成されており、種々の演算を行うとともに、焼却炉１全体を制御する。以下、制御装置９０が行う制御のうち、水銀多量投入事態を検出する制御について図４のフローチャートを参照して説明する。なお、本実施形態では、制御装置９０が図４の全ての処理を行うが、少なくとも１つの処理を別の制御装置が行う構成であってもよい。

【0046】

光検出器９５は、透過光（即ち、水銀輝線）の光強度を検出する（検出工程）。この検出工程は常時行われている。制御装置９０は、光検出器９５が検出した透過光の光強度の検出値を取得する（Ｓ１０１）。

【0047】

次に、制御装置９０は、透過光の光強度を時系列で蓄積する（Ｓ１０２、蓄積工程）。具体的には、制御装置９０は、時刻と、透過光の光強度と、を対応付けて、制御装置９０が備える記憶装置又は外部の記憶装置に記憶する。また、光検出器９５が撮像装置である場合、撮像位置に応じた光強度の分布が得られるため、各画素の光強度を積算したり平均を計算したりすることで、この分布から光強度を算出する。

【0048】

次に、制御装置９０は、蓄積された透過光の光強度及びその時間変化に基づいて判定基準を算出する（Ｓ１０３）。判定基準とは、水銀多量投入事態の発生を判定する基準である。また、水銀多量投入事態が発生していない通常状態において検出される透過光の光強度は、焼却炉１の構成及び制御等によって異なる。そのため、本実施形態では、予め定められた判定基準を使い続けることはせず、過去の検出値に基づいて判定基準を算出するとともに、この判定基準を更新する。

【0049】

また、ここで問題としている「水銀多量投入事態」とは、水銀が定常的に多量に投入される事態ではなく、通常はごく微量しか投入されない水銀が、一時的に多量に投入されてしまう事態であることを踏まえて、単純な光強度の大きさだけでなく、その時間変化を考慮した判定基準が算出される。例えば、判定基準は、光強度の変化量に関する第１閾値と、光強度の大きさに関する第２閾値と、を含む。つまり、所定時間あたりの光強度の変化量が第１閾値以上であって、かつ、所定時間における平均の光強度の大きさが第２閾値以上である場合に、判定基準が満たされることとなる。なお、所定時間及び第１閾値の値によっては、第２閾値を省略することもできる。

【0050】

次に、制御装置９０は、透過光の光強度（詳細には光強度の大きさと変化量）が判定基準を超えたか否かを判定する（Ｓ１０４、判定工程）。制御装置９０は、透過光の光強度が判定基準を超えていない場合、水銀多量投入事態が発生していないため、再びステップＳ１０１からＳ１０３の処理を行って、判定基準を更新する。

【0051】

一方、制御装置９０は、透過光の光強度が判定基準を超えたと判定した場合、水銀多量投入事態が発生したため、バルブ８を制御して、水銀を吸着する機能を持つ薬剤の増量投入を開始する（Ｓ１０５）。なお、水銀多量投入事態が発生した場合の対処方法は様々であるため、水銀を吸着する機能を持つ薬剤を増量投入する処理は一例である。つまり、水銀を吸着する機能を持つ薬剤の増量投入に代えて又は加えて、アラーム音を発生させる処理、及び、焼却炉１を停止させる処理の少なくとも一方の処理を更に行ってもよい。

【0052】

ここで、従来の排ガスを分析する方法では、排ガスをチューブ等で水銀分析装置まで引込む時間が必要であるとともに、分析手法にも依るが水銀濃度を分析する処理にも時間が掛かる。これに対し、本実施形態の構成では、水銀多量投入事態が発生し焼却炉１内で大量の水銀輝線が発生すると同時に、この水銀輝線が水銀輝線選択フィルタ６２を透過して光検出器９５に入力されるため、従来と比べて早期に水銀濃度の異常上昇を検出できる。また、光検出器９５は水銀に接触することなく水銀濃度の異常上昇を検出するため、高濃度水銀による汚染の影響がない。

【0053】

また、本実施形態では、１つの光検出器９５で水銀輝線を検出して水銀多量投入事態の判定を行う構成であるが、複数の光検出器９５で水銀輝線を検出してもよい。この場合、それぞれの光検出器９５で、検出対象の水銀輝線の波長を異ならせても良い。具体的に説明すると、光検出器９５毎に異なる通過帯域を有する水銀輝線選択フィルタ６２を配置する。これにより、波長が異なる複数の水銀輝線を個別に検出できる。そのため、例えば、別元素の輝線であって、その波長が第１の水銀輝線に近似する光が燃焼室２で発生していた場合、第１の水銀輝線を検出対象とする光検出器９５では、水銀多量投入事態が発生していないにもかかわらず光強度の検出値が高くなる可能性がある（誤検出が発生する可能性がある）。しかし、この別元素の輝線は、第１以外の水銀輝線を検出対象とする光検出器９５の検出結果には影響がない。従って、複数の水銀輝線をそれぞれ検出して、検出結果を比較することで、水銀輝線の検出精度を向上させることができる。

【0054】

更に、この構成を採用する場合、水銀輝線の誤検出を一層確実に防止するために、燃焼室２の同じ箇所で発生した光を複数の光検出器９５で検出できるように、水銀輝線選択フィルタ６２及び光検出器９５等を配置することが好ましい。例えば、光検出器９５が２つ配置される場合、同じ炉壁２ａで隣接するように２つの開口部２ｃを形成し、それぞれの開口部２ｃに水銀輝線選択フィルタ６２及び光検出器９５を配置することが好ましい。

【0055】

以上に説明したように、本実施形態の水銀多量投入事態検出方法の対象となる焼却炉１は、一次燃焼を行うための一次燃焼ゾーン１０と、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼を行うための二次燃焼ゾーン１４と、を有する燃焼室２を備える。水銀多量投入事態検出方法は、検出工程と、蓄積工程と、判定工程と、を焼却炉１に対して行う。検出工程では、水銀に特有のエネルギー準位に基づいて放出される特有の波長の輝線を選択的に透過させる水銀輝線選択フィルタ６２を用いて、燃焼室２で発生した光のうち当該水銀輝線選択フィルタ６２を透過した透過光の光強度を光検出器９５で検出する。蓄積工程では、検出工程で検出された透過光の光強度を時系列で蓄積する。判定工程では、蓄積工程で蓄積された透過光の光強度及びその時間変化に基づいて判定基準（第１閾値）を算出し、透過光の光強度の変化量が判定基準を超えた場合に、水銀多量投入事態が発生したと判定する。

【0056】

これにより、燃焼室２で発生した光に含まれる水銀輝線を検出することで、水銀多量投入事態を早期に検出できる。また、この方法では、水銀輝線選択フィルタ及び光検出器を水銀に接触させる必要がないため、水銀の汚染の影響を受けない。更に、水銀輝線選択フィルタを用いることで、分光器を用いる構成と比較して、分光器の分解能の影響を受けないため、水銀輝線を正確に検出できる。

【0057】

また、本実施形態の水銀多量投入事態検出方法において、検出工程では、一次燃焼ゾーン１０から二次燃焼ゾーン１４へ到達した火炎の光のうち当該水銀輝線選択フィルタ６２を透過した透過光の光強度を検出する。

【0058】

これにより、火炎では水銀輝線が発生し易く、特に二次燃焼ゾーン１４へ到達した火炎では他の元素の輝線が比較的少ない等の理由により、水銀輝線を良好に検出することができる。

【0059】

また、本実施形態の水銀多量投入事態検出方法において、水銀輝線選択フィルタ６２は、二次燃焼ゾーン１４を構成する炉壁２ａに形成された開口部２ｃを通過した光が通る領域に配置されている。

【0060】

これにより、一次燃焼ゾーン１０から二次燃焼ゾーン１４へ到達した火炎の光を直接的に検出することができる。

【0061】

また、本実施形態の水銀多量投入事態検出方法において、検出工程では、映像を検出する撮像装置を用いて、透過光の光強度を検出する。

【0062】

これにより、撮像範囲における透過光の光強度の分布を検出することができる。また、既存の撮像装置を活用して水銀多量投入事態を検出できる。

【0063】

また、本実施形態の水銀多量投入事態検出方法においては、検出工程では、照射された光の光強度に応じた起電力を発生させる光電池、又は、照射された光の光強度に応じた信号を発生させるフォトダイオードを用いて、透過光の光強度を検出することが好ましい。

【0064】

これにより、簡単かつ低コストな構成で透過光の光強度を検出することができる。

【0065】

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

【0066】

耐熱ガラス６１と水銀輝線選択フィルタ６２の間に、水銀輝線選択フィルタ６２ではブロックしきれない帯域の光をブロックするための別の帯域フィルタを配置してもよい。

【0067】

上記実施形態では、撮像装置等の光検出器９５と水銀輝線選択フィルタ６２が別々に配置されているが、一体的に構成されていてもよい。例えば、撮像装置の光入射口に水銀輝線選択フィルタ６２が取り付けられていてもよい。

【符号の説明】

【0068】

１ 焼却炉（廃棄物焼却炉）
１０ 一次燃焼ゾーン
１４ 二次燃焼ゾーン
６２ 水銀輝線選択フィルタ
９５ 光検出器

【要約】

【課題】廃棄物焼却炉で水銀多量投入事態が発生したことを早期かつ正確に検出可能であって、水銀多量投入事態が発生しても水銀の汚染の影響を受けない水銀多量投入事態検出方法を提供する。
【解決手段】水銀多量投入事態検出方法は、検出工程と、蓄積工程と、判定工程と、を廃棄物焼却炉に対して行う。検出工程では、水銀に特有のエネルギー準位に基づいて放出される特有の波長の輝線を選択的に透過させる水銀輝線選択フィルタを用いて、燃焼室で発生した光のうち当該水銀輝線選択フィルタを透過した透過光の光強度を光検出器で検出する。蓄積工程では、検出工程で検出された透過光の光強度を時系列で蓄積する。判定工程では、蓄積工程で蓄積された透過光の光強度及びその時間変化に基づいて判定基準を算出し、透過光の光強度の変化量が判定基準を超えた場合に、水銀多量投入事態が発生したと判定する。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】