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　　本专利针对传统焚烧炉二次空气调节中因氧浓度计响应延迟导致的空气比过高问题，提出通过快速氧浓度监测与移动平均值控制相结合的解决方案。通过优化二次空气量调节策略，并针对性调整后燃烧段一次空气供给，实现燃烧效率提升与排气量降低。

　　【专利摘要】本实用新型涉及能够不恶化燃烧状态地与以往相比降低空气比的炉排式焚烧炉，该炉排式焚烧炉（1）具备：沿着炉排（4）延伸的主燃烧室（21）；使从主燃烧室（21）流出的排气的燃烧结束的再燃烧室（22）；包含与再燃烧室（22）连续的辐射室（31）的锅炉（3）；和控制装置（9）。已通过锅炉（3）的排气的一部分通过循环通路（7）返回至主燃烧室（21）内。在再燃烧室（22）或辐射室（31）内设置有测定排气中的氧浓度的氧浓度计（8）。控制装置（9）基于氧浓度计（8）的测定值控制将供给至主燃烧室（21）的二次空气的量进行调节的二次空气调节装置（62～66）。

　　[0002]通常，在炉排式焚烧炉中，投入至料斗的废弃物通过送料装置(feeder)送入燃烧室内，在燃烧室内废弃物通过炉排搬运的同时与隔着炉排供给的一次空气及从炉排上方供给的的二次空气一起燃烧。又，炉排式焚烧炉包含从燃烧室排出的排气中回收热的锅炉，并且将已通过锅炉的排气进行无害化处理之后排放至大气中。

　　[0003]在像这样的炉排式焚烧炉中，从设备的紧凑化及在锅炉中的热回收的高效率化的观点出发，希望降低排气量。降低排气量的有效的方法是减小一次空气量和二次空气量的总和相对垃圾燃烧所需的理论空气量之比、所谓空气比。在现有的炉排式焚烧炉中，空气比为1.7?1.9程度，而近年来开发了将空气比减小到1.3程度的技术。

　　[0004]例如，在专利文献I中，公开了形成为使已通过锅炉的排气的一部分返回至燃烧室的结构的炉排式焚烧炉。在专利文献I中，记载了低空气比下的燃烧时重要的是正确把握炉出口处的排气中的氧浓度并控制氧供给量及燃烧速度。然而，现有的氧浓度计是难以在粉尘环境下使用，且其响应速度慢，因此专利文献I公开的炉排式焚烧炉通过使用设置于锅炉的多个温度检测器而实现不需要氧浓度的测定的控制。

　　[0005]具体的是，在设计意义上的气体燃烧结束位置上配置基准温度检测器，并且在气体的流动方向中在基准温度检测器的上游侧及下游侧上分别配置温度检测器。而且，在下游侧温度检测器的测定值与基准温度检测器的测定值大致相等或比它大的情况下，判断为气体燃烧结束位置位于与设计位置相比靠近气体流动的下游侧的位置上，从而增加二次空气量且降低送料速度。另一方面，在上游侧温度检测器的测定值充分大于基准温度检测器的测定值的情况下，判断为气体燃烧结束位置位于与设计位置相比靠近气体流动的上游侧的位置上，从而减少二次空气量且提高送料速度。又，在专利文献I中，记载了理想的是将响应速度为5秒以下的气体温度计作为温度检测器使用。

　　[0010]然而，在锅炉内部流动的排气的温度并非与该排气中的氧浓度完全一致地变化。因此，在基于温度检测器的测定值进行的控制中，不能精密地调节二次空气量，几乎无法降低空气比。另一方面，在与锅炉相比靠近下游侧的位置上设置氧浓度计，并且基于通过该氧浓度计测定的排气中的氧浓度控制二次空气量的情况下，排气到达至测定位置所需的时间出现响应延迟，因此需要留有该响应延迟时间量的余地地决定空气比。[0011]因此，本实用新型的目的是提供能够不恶化燃烧状态地与以往相比降低空气比的炉排式焚烧炉。

　　[0013]为了解决问题，本实用新型的炉排式焚烧炉具备:使废弃物从供给侧移动至排出侧的炉排；沿着所述炉排延伸以形成与所述废弃物的流动相同方向的燃烧气体的流动，并且隔着所述炉排被供给一次空气且在所述炉排的上方被供给二次空气的主燃烧室；使从所述主燃烧室流出的排气相对于所述燃烧气体反转且使所述排气的燃烧结束的再燃烧室；包含与所述再燃烧室连续的辐射室的锅炉；使已通过所述锅炉的所述排气的一部分返回至所述主燃烧室的循环通路；调节供给至所述主燃烧室的所述二次空气的量的二次空气调节装置；设置于所述再燃烧室或所述辐射室的、测定所述排气中的氧浓度的氧浓度计；和基于所述氧浓度计的测定值控制所述二次空气调节装置的控制装置。

　　[0014]根据上述结构，在与主燃烧室相邻的再燃烧室或与此连续的辐射室内设置氧浓度计，因此可以缩短调节二次空气量时的响应延迟。借助于此，可以基于测定到的氧浓度精密地调节二次空气量，因此可以不恶化燃烧状态地尽量减小空气比。此外，主燃烧室形成为废弃物和燃烧气体形成向同方向流动的所谓的平行流的结构，因此通过来自于燃烧气体的辐射热可以高效地进行废弃物的干燥及热分解，并且通过从循环通路返回至主燃烧室的排气(循环气体)搅拌燃烧气体，此外通过相对于从主燃烧室至再燃烧室的燃烧气体的排气的反转搅拌作为燃烧气体和循环气体的混合物的排气。其结果是，再燃烧室内的排气的燃烧在靠近主燃烧室的位置上结束。因此，即使氧浓度计设置于再燃烧室或辐射室内，也可以测定燃烧结束后的排气中的氧浓度。

　　[0015]优选的是所述氧浓度计的响应速度为5秒以下。例如，所述氧浓度计为激光式气体分析仪。

　　[0016]也可以是所述氧浓度计配置在从所述排气流入所述再燃烧室后开始直至到达该氧浓度计的时间为2秒以上的位置上。根据该结构，可以使配置氧浓度计的位置上的氧浓度稳定，可以高精度地测定氧浓度。

　　[0017]也可以是所述控制装置由所述氧浓度计的测定值，使取样时间为10秒?I分钟地算出所述氧浓度的移动平均值，在算出的所述移动平均值超出第一设定值时操作所述二次空气调节装置以使所述二次空气量减少，在算出的所述移动平均值低于比所述第一设定值低的第二设定值时操作所述二次空气调节装置以使所述二次空气量增大。根据该结构，可以在顺利地改变二次空气量的同时限制排气中的氧浓度的变化幅度。

　　[0018]也可以是所述炉排包含从上游侧向下游侧排列的干燥段、燃烧段及后燃烧段；上述炉排式焚烧炉还具备分别向所述干燥段、所述燃烧段及所述后燃烧段导入所述一次空气的一次空气流路、和调节导入至所述后燃烧段的所述一次空气的量的后燃烧段用一次空气调节装置；所述控制装置还操作所述后燃烧段用一次空气调节装置以在算出的所述移动平均值超出所述第一设定值时使导入至所述后燃烧段的一次空气量减少，或者在算出的所述移动平均值低于所述第二设定值时使导入至所述后燃烧段的一次空气量增加。根据该结构，在减少(或增加)一次空气量时，不改变导入至干燥段及燃烧段的一次空气量而只减少(或增加)导入至后燃烧段的一次空气量，以此可以不妨碍废弃物的燃烧地迅速降低(或提高)排气中的氧浓度。[0019]也可以是上述炉排式焚烧炉还具备将废弃物送入所述炉排上的、以规定的间隙间歇地驱动的送料装置；所述控制装置在算出的所述移动平均值低于比所述第二设定值低的第三设定值的期间，禁止所述送料装置的驱动。根据该结构，可以防止在通过送料装置投入废弃物时出现氧气不足的情况。

　　[0020]也可以是所述炉排形成为以规定的间隙重复一定的动作的结构；所述控制装置在算出的所述移动平均值低于比所述第二设定值低的第三设定值的期间，禁止所述炉排的驱动。根据该结构，可以防止通过炉排的驱动促进燃烧时出现氧气不足的情况。

　　[0021]根据本实用新型，可以不恶化燃烧状态地与以往相比降低空气比从而降低排气量。

　　[0022]图1是示出根据本实用新型的一个实施形态的炉排式焚烧炉的概略结构的图；

　　[0025]图4是示出本实施形态及现有技术中的氧浓度的时间平均值随着时间的变化的图表；

　　[0048]图1示出根据本实用新型的一个实施形态的炉排式焚烧炉I。该焚烧炉I具备使废弃物燃烧的燃烧炉2、和通过从燃烧炉2排出的排气生成水蒸气的锅炉3。在燃烧炉2的前工序侧配置有料斗11及送料装置12，在锅炉3的后工序侧配置有经济器13、集尘器14、引风机15及烟囱16。又，焚烧炉I具备综合性地控制所有设备的控制装置9 (图1中仅图示一部分的信号线]储存在图示省略的凹坑(pit)内的废弃物通过图示省略的吊车投入至料斗11内。送料装置12通过以规定的间隔(例如0.5?3分钟)间歇性地驱动，以此将投入至料斗11内的废弃物送入燃烧炉2内。

　　[0050]燃烧炉2包含搬运废弃物的炉排(stocker) 4、沿着炉排4延伸的主燃烧室21、和与主燃烧室21的末端的上部连接的再燃烧室22。S卩，主燃烧室21的底面由炉排4构成。又，在主燃烧室21的末端的下部设置有用于排出从炉排4送出的废弃物的燃烧后的灰烬的排出口 23。

　　[0051]炉排4通过以规定的间隔(例如0.5?10分钟)重复一定的动作，以此使从送料装置12送入至该炉排4上的废弃物从供给侧向排出侧(从图1的左侧向右侧)移动。更具体而言，炉排4包含干燥段41、燃烧段42及后燃烧段43，这些段41?43按照该顺序从上游侧排列至下游侧。在本实施形态中，所有的段41?43是水平的，干燥段41和燃烧段42位于相同位置，后燃烧段43稍微位于下方。然而，也可以使后燃烧段43位于与干燥段41及燃烧段42相同的位置上。或者，也可以是干燥段41、燃烧段42及后燃烧段43以全部倾斜的姿势且它们之间形成有高度差的方式排列。又，也可以是干燥段41、燃烧段42及后燃烧段43分别进一步分成多个段。

　　[0052]主燃烧室21沿着炉排4延伸以形成与炉排4上的废弃物的流动相同的方向的燃烧气体的流动。燃烧气体因主燃烧室21内的废弃物的燃烧而变成排气。再燃烧室22用于确保从主燃烧室21流出的排气的燃烧结束为止的滞留时间。再燃烧室22在燃烧气体的流动方向上从主燃烧室21的下游侧端部与主燃烧室21重叠地向斜上方延伸。即，主燃烧室21及再燃烧室22形成使气体的流动方向反转的流路。

　　[0053]在主燃烧室21内，隔着炉排4供给一次空气且在炉排4的上方供给二次空气。一次空气通过第一鼓风机51经过一次空气流路5而被供给，二次空气通过第二鼓风机61经过二次空气流路6而被供给。另外，也可以用一台鼓风机兼做第一鼓风机51和第二鼓风机61。

　　[0054]一次空气流路5形成为分别向炉排4的干燥段41、燃烧段42及后燃烧段43导入一次空气的结构，一次空气流路5的下游侧部分与干燥段41、燃烧段42及后燃烧段43对应地分叉为三个歧路。在这些歧路上设置有干燥段用第一风门52、燃烧段用第一风门53及后燃烧段用第一风门(相当于本实用新型的后燃烧段用一次空气调节装置)54。第一风门52?54调节导入至所对应的段内的一次空气的量。

　　[0055]在主燃烧室21内，在适当的位置上设置有用于吹出二次空气的吹出口 A?E。二次空气流路6的下游侧部分与吹出口 A?E对应地分叉为多个歧路。在各歧路上设置有将供给至主燃烧室21内的二次空气的量按照每个所对应的吹出口进行调节的第二风门(本实用新型的二次空气调节装置)62?66。[0056]与燃烧炉2 —同设置的锅炉3包含配置在再燃烧室22的上方的辐射室31、和配置在辐射室31的侧方的第一烟道32及第二烟道33。第一烟道32及第二烟道33均在上下方向上延伸，其下部相连接。辐射室31与再燃烧室22连续，从主燃烧室21流出的排气通过再燃烧室22流入辐射室31。辐射室31从倾斜地延伸的再燃烧室22的上部垂直向上地竖立。

　　[0057]此外，锅炉3包含在区划由辐射室31、第一烟道32及第二烟道33构成的排气路径的壁上设置的水管35、和向水管35内供给水且收集在水管35内产生的水蒸气的锅炉锅筒(boiler drum) 36。收集到锅炉锅筒36的水蒸气被输送至在第二烟道33中配置的过热器37并进行过热处理，之后被输送至与发电机18连接的涡轮17中而利用于发电。

　　[0058]已通过锅炉3的排气经过经济器13、集尘器14及引风机15而从烟囱16排放至大气中。在本实施形态中，循环通路7从集尘器14和引风机15之间的流路分叉。该循环通路7用于使已通过锅炉3的排气的一部分返回至主燃烧室21内。即，循环通路7的梢端与设置于主燃烧室21内的循环气体吹出口 71连接。

　　[0059]此外，在本实施形态中，在再燃烧室22或辐射室31内设置有测定排气中的氧浓度的氧浓度计8。优选的是响应速度为5秒以下的氧浓度计作为氧浓度计8使用。在本实施形态中，将具有如图2所示的发光器81及感光器82的激光式气体分析仪作为响应速度为5秒以下的氧浓度计8使用。在将激光式气体分析仪安装于再燃烧室22或辐射室31内时，只要在它们的相互相对的壁部上设置带有凸缘的开口即可。

　　[0060]或者，也可以将使用了如图3所示的氧化锆传感器83的氧浓度计80作为响应速度为5秒以下的氧浓度计使用。该氧浓度计8具有梢端倾斜地被切割的筒状的壳体84，在该壳体84内容纳氧化错传感器83。在壳体84内，在氧化错传感器83的上方设置有开口85，使从壳体84的梢端流入内部的排气接触到氧化锆传感器83后从开口 85向壳体84外流出。

　　[0061]氧浓度计8可以设置在再燃烧室22和辐射室31中的任何一个上,但是优选的是配置在从排气流入再燃烧室22后开始直至到达氧浓度计8的时间为2秒以上的位置上。这是因为能够使配置有氧浓度计8的位置上的氧浓度稳定，从而能够高精度地测定氧浓度。

　　[0062]前述控制装置9基于氧浓度计8的测定值控制第二风门62?66。具体而言，控制装置9首先由氧浓度计8的测定值，使取样时间为10秒?I分钟地算出氧浓度的移动平均值。然后，控制装置9如图4所示在算出的移动平均值超出第一设定值Vl时操作第二风门62?66以使二次空气量减少，在算出的移动平均值低于比第一设定值Vl低的第二设定值V2时操作第二风门62?66以使二次空气量增大。另外，在操作第二风门62?66时，基于预先设定的比例调节每个风门。

　　[0063]在本实施形态的焚烧炉I中，氧浓度计8设置于与主燃烧室21相邻的再燃烧室22或与此连续的辐射室31内，因此可以缩短调节二次空气量时的响应延迟。借助于此，能够基于测定到的氧浓度精密地调节二次空气量，因此可以不恶化燃烧状态地尽量减小空气t匕。此外，主燃烧室21形成为废弃物和燃烧气体形成向同方向流动的所谓的平行流的结构，因此通过来自于燃烧气体的辐射热高效地进行废弃物的干燥及热分解，并且通过从循环通路7返回至主燃烧室21内的排气(循环气体)搅拌燃烧气体，此外通过相对于从主燃烧室21至再燃烧室22的燃烧气体的排气的反转，搅拌作为燃烧气体和循环气体的混合物的排气。其结果是，在再燃烧室22内的排气的燃烧在靠近主燃烧室21的位置上结束。因此，即使氧浓度计8设置于再燃烧室22或辐射室31，也可以测定燃烧结束后的排气中的氧浓度。

　　[0064]在这里，为了验证本实施形态的效果，而假定在经济器13的出口上设置氧浓度计的假想示例。在该假想示例中，排气通过再燃烧室22、锅炉3及经济器13所需的时间成为响应延迟，因此由于氧浓度计而导致的响应延迟时间变长。如图4所示，为了使排气的燃烧结束而需要总是高于下限值VL地保持排气中的氧浓度。在因氧浓度计而导致的响应延迟时间较长的情况下，在通过氧浓度计测定到接近下限值VL的氧浓度时，存在在主燃烧室21的出口上排气中的氧浓度低于下限值VL的可能性。因此，有必要使增大二次空气量的第二设定值由下限值VL —定程度升高。其结果是，假想示例的氧浓度的平均值AC也提高，这将导致空气比及排气量的增加。

　　[0065]相对于此，在本实施形态中，为了缩短因氧浓度计而导致的响应延迟时间，可以将第二设定值V2设定在下限值VL附近。因此，氧浓度的平均值AE下降，可以降低空气比及

　　[0066]此外，在本实施形态中，算出氧浓度的移动平均值，并且将算出的移动平均值与第一设定值Vl及第二设定值V2进行比较从而操作第二风门62?66，以此可以顺利地改变二次空气量且限制排气中的氧浓度的变动幅度。

　　[0067]然而，控制装置9也可以在算出的氧浓度的移动平均值超过第一设定值Vl时操作后燃烧段用第一风门54以减少导入至炉排4的后燃烧段43的一次空气量。或者，控制装置9也可以在算出的氧浓度的移动平均值低于第二设定值V2时操作后燃烧段用第一风门54以增加导入至炉排4的后燃烧段43的一次空气量。像这样，在减少或增加一次空气量时，不改变导入至干燥段41及燃烧段42的一次空气量而只减少或增加导入至后燃烧段43的一次空气量，以此能够不影响废弃物的燃烧地迅速降低或提高排气中的氧浓度。

　　[0068]又，控制装置9也可以在算出的氧浓度的移动平均值低于比第二设定值V2低的第三设定值V3 (参照图4)的期间，禁止送料装置12和炉排4中的至少一方的驱动。在禁止送料装置12的驱动时，可以防止在通过送料装置12投入废弃物时出现氧气不足的情况，在禁止炉排4的驱动时，可以防止在通过炉排4的驱动促进燃烧时出现氧气不足的情况。

　　1.一种炉排式焚烧炉，其特征在于，具备:使废弃物从供给侧移动至排出侧的炉排；沿着所述炉排延伸以形成与所述废弃物的流动相同方向的燃烧气体的流动，并且隔着所述炉排被供给一次空气且在所述炉排的上方被供给二次空气的主燃烧室；使从所述主燃烧室流出的排气相对于所述燃烧气体反转且使所述排气的燃烧结束的再燃烧室；包含与所述再燃烧室连续的辐射室的锅炉；使已通过所述锅炉的所述排气的一部分返回至所述主燃烧室的循环通路；调节供给至所述主燃烧室的所述二次空气的量的二次空气调节装置；设置于所述再燃烧室或所述辐射室的、测定所述排气中的氧浓度的氧浓度计；和基于所述氧浓度计的测定值控制所述二次空气调节装置的控制装置。

　　2.根据权利要求1所述的炉排式焚烧炉，其特征在于，所述氧浓度计的响应速度为5秒以下。

　　3.根据权利要求2所述的炉排式焚烧炉，其特征在于，所述氧浓度计为激光式气体分析仪。

　　4.根据权利要求1至3中任意一项所述的炉排式焚烧炉，其特征在于，所述氧浓度计配置在从所述排气流入所述再燃烧室后开始直至到达该氧浓度计的时间为2秒以上的位置上。

　　5.根据权利要求1至3中任意一项所述的炉排式焚烧炉，其特征在于，所述控制装置由所述氧浓度计的测定值，使取样时间为10秒?I分钟地算出所述氧浓度的移动平均值，在算出的所述移动平均值超出第一设定值时操作所述二次空气调节装置以使所述二次空气量减少，在算出的所述移动平均值低于比所述第一设定值低的第二设定值时操作所述二次空气调节装置以使所述二次空气量增大。

　　6.根据权利要求5所述的炉排式焚烧炉，其特征在于，所述炉排包含从上游侧向下游侧排列的干燥段、燃烧段及后燃烧段；还具备分别向所述干燥段、所述燃烧段及所述后燃烧段导入所述一次空气的一次空气流路、和调节导入至所述后燃烧段的所述一次空气的量的后燃烧段用一次空气调节装置；所述控制装置还操作所述后燃烧段用一次空气调节装置以在算出的所述移动平均值超出所述第一设定值时使导入至所述后燃烧段的一次空气量减少，或者在算出的所述移动平均值低于所述第二设定值时使导入至所述后燃烧段的一次空气量增加。

　　7.根据权利要求5所述的炉排式焚烧炉，其特征在于，还具备将废弃物送入所述炉排上的、以规定的间隙间歇地驱动的送料装置；所述控制装置在算出的所述移动平均值低于比所述第二设定值低的第三设定值的期间，禁止所述送料装置的驱动。

　　8.根据权利要求5所述的炉排式焚烧炉，其特征在于，所述炉排形成为以规定的间隙重复一定的动作的结构；所述控制装置在算出的所述移动平均值低于比所述第二设定值低的第三设定值的期间，禁止所述炉排的驱动。

　　【发明者】片畑正, 臼井胜久, 井原崇之, 谷口畅子, 桥元笃志, 田中宏史 申请人:川崎重工业株式会社

　　技术研发人员：片畑正;臼井胜久;井原崇之;谷口畅子;桥元笃志;田中宏史

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