ごみ焼却炉の非定常燃焼過程における未燃焼ガスの生成に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450197
• Research Institution: KYOTO UNVERSITY
• Principal Investigator: 藤原 健史 京都大学, 工学研究科, 助教授 (90229071)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高岡 昌輝 京都大学, 工学研究科, 助手 (80252485) ; 武田 信生 京都大学, 工学研究科, 教授 (20026256)
• Keywords: ごみ燃焼実験 / 排ガス分析 / ごみ燃焼モデル / 熱流体解析 / 燃焼シミュレーション / バッチ焼却炉

Research Abstract

ごみ焼却炉では燃焼が不安定になると未燃焼ガスが多量に発生し、同時にダイオキシン類やその前駆体が多量に生成する。これらを抑制するために精密な燃焼技術が必要であり、炉内の燃焼解析は不可欠である。平成13年度は、これまでの実験的研究で得られた知見を整理して最終実験を行うと共に、一酸化炭素についてごみ燃焼過程における発生挙動を動的モデルとして表わした。また、小型焼却炉における固形ごみの燃焼モデルをたて、非定常におけるごみの燃焼挙動および炉内未燃焼ガスの濃度分布を明らかにした。
(1)電気炉における燃焼ガスの連続分析
電気実験炉において紙、プラスチックを雰囲気温度、密度、含水率の操作条件を変えて熱分解・燃焼させ、温度と燃焼排ガス濃度を連続測定した。
(2)バッチ燃焼炉を用いた実験
バッチ燃焼炉において、紙、プラスチックを雰囲気温度、密度、含水率の操作条件を変えて燃焼させ、温度や燃焼排ガス濃度を連続測定した。このときダイオキシン類の前駆体であるクロロフェノールの濃度を連続分析装置を用いて測定した。その結果、ダイオキシン類が発生しやすいPVCに、PEあるいはPSを加えるとクロロフェノールの濃度が低下することがわかった。
(3)一酸化炭素濃度の動的モデルの同定
電気実験炉で操作条件を変えた実験により得られた一酸化炭素の生成量を、伝達関数モデルで表しパラメータを推定した。伝達関数は、水分の蒸発、可燃分の揮発がそれぞれ一次遅れ関数として、一酸化炭素量の急激な変化は振動系二次遅れで表わした。
(4)バッチ燃焼炉における非定常過程のシミュレーション
バッチ燃焼炉の実験データをもとにして、ごみの燃焼過程および炉内排ガスの流れを表す統合的なモデルを作成し、シミュレーションにより、炉内温度分布、燃焼ガス濃度分布を求めた。コントロールボリューム法を用い3次元の差分方程式を解いた。

Research Products

• [Publications] T.Fujiwara, K.Harada, N.Takeda: "Development of combustion model including solid and gas phase reactions in stoker-type incinerator"IFAC Workshop on modeling and control in environmental issues. 205-210 (2001)
• [Publications] 徳岡準人, 藤原健史, 武田信生: "ごみ直接溶融炉のモデリングとシミュレーション"第12回廃棄物学会研究発表会講演論文集. II. 825-827 (2001)