JP2000274641A - ごみ焼却炉の運転訓練装置 - Google Patents

ごみ焼却炉の運転訓練装置

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JP2000274641A
JP2000274641A JP11360699A JP36069999A JP2000274641A JP 2000274641 A JP2000274641 A JP 2000274641A JP 11360699 A JP11360699 A JP 11360699A JP 36069999 A JP36069999 A JP 36069999A JP 2000274641 A JP2000274641 A JP 2000274641A
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Manabu Kuroda
学 黒田
Satoshi Fujii
聡 藤井
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JFE Engineering Corp
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NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ごみ焼却炉の運転訓練において現実のごみ質
変化に近い形で訓練が実施できるごみ焼却炉の運転訓練
装置を提供する。 【解決手段】 実炉から得られた過去のごみ質データを
記憶するごみ質記憶装置32と、このごみ質データに対し
て燃焼モデルを用いて燃焼挙動を模擬する燃焼モデル演
算装置11とを備えているごみ焼却炉の運転訓練装置。ま
た、運転データからごみ質を演算するごみ質演算装置31
と、運転条件を設定する操作盤1と、運転結果の表示装
置2とを備える。過去の運転データを記憶する運転デー
タ記憶装置32と、これと比較して運転訓練結果の評価手
段33とを備える。さらに、過去のごみ質データで運転訓
練したときの操作データとそれに対応する過去の操作デ
ータとを比較して操作の支援用のデータを作成する支援
手段34を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ごみ焼却炉の運転
訓練および運転技術の熟練度を評価することが可能なご
み焼却炉の運転訓練装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】都市ごみ焼却炉は、社会生活において排
出される様々な廃棄物を処理するという重要な役割を担
っている。近年では、廃棄物であるごみの焼却処理によ
って発生する熱エネルギの回収への関心が高まり、ボイ
ラ発電設備のついたものが増加し、ボイラでの熱回収が
効率的に行えるように、安定な燃焼が要求されている。
一方、大気中に放出される環境汚染物質の規制が厳しく
なるにしたがって、NOx濃度やCO濃度を低減する燃焼運
転が必要とされている。
【0003】このように、ごみ焼却炉に高度な燃焼運転
が望まれているため、通常、自動燃焼制御装置によって
上記の要求を満たす運転が行われている。自動燃焼制御
装置では、ごみ焼却炉の操作量である給塵速度、燃焼火
格子速度、燃焼空気量、および冷却空気量などを制御す
ることにより、蒸気発生量を安定化し、排ガス中のNO
x、CO濃度を低く抑え、灰中の未燃成分が少なくなるよ
うに運転されている。
【0004】このような状況から、運転員が直接操作を
行う手動運転の機会は少なくなっている。そこで、異常
燃焼状態時の対処能力の向上、初心者の早期育成が重要
な課題となっている。このため、ごみ焼却炉の運転訓練
のための装置が提案されている。
【0005】例えば、特開平10-227430号公報には、ご
みの燃焼状況と排ガスの挙動の演算を行うことによりご
み焼却炉の燃焼挙動を模擬する燃焼モデルを用いた運転
訓練装置が提案されている。
【0006】この技術では、ごみ焼却炉の燃焼挙動を模
擬する燃焼モデル演算装置と、運転条件および運転結果
を入出力する操作盤とを備え、燃焼モデル演算装置では
ごみの燃焼状況の演算および排ガスの挙動の演算を行う
ことによりごみ焼却炉の燃焼挙動の模擬を行い、操作盤
では運転条件の入力と前記模擬の結果に基づき運転結果
の出力を行う。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ごみ焼却炉の運転訓練
装置は、運転訓練を開始する前に訓練条件を設定して訓
練を開始する。従来技術においては、炉内の燃焼状態に
大きく影響を与えるごみ質の変化は、あらかじめ訓練装
置が用意している中から選んで設定され、その限りでは
実際のごみ質変動と同様な燃焼状況を訓練することがで
きる。
【0008】しかしながら、実際のごみ焼却炉では、季
節によるごみ質変動やごみ収集地域の生活形態の変化に
よるごみ質変動などの影響により、運転訓練装置に用意
されているごみ質変動のデータでは、対応できなくなる
可能性がある。従来の運転訓練装置では、このような事
態に対処する際は、ごみ質の時系列データを別途入力す
る必要があった。そのためにはデータ入力作業が必要で
あるが、運転訓練のためにわざわざデータ入力を行うこ
とについては、作業コスト等の増大を招くという問題が
あった。
【0009】本発明は、これらの問題点を解決し、ごみ
焼却炉の運転訓練において現実のごみ質変化に近い形で
訓練が実施できるごみ焼却炉の運転訓練装置を提供しよ
うとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題は次の発明に
より解決される。第1の発明は、ごみ焼却炉の運転訓練
装置において、実炉から得られた過去のごみ質データを
記憶するごみ質記憶装置と、このごみ質記憶装置に記憶
されたごみ質データに対して燃焼モデルを用いてごみ焼
却炉の燃焼挙動を模擬する燃焼モデル演算装置とを備え
ていることを特徴とするごみ焼却炉の運転訓練装置であ
る。
【0011】この発明は、実炉から得られた過去のごみ
質データと燃焼モデルを用いて運転訓練を行うことを特
徴とする。清掃工場へ搬入されるごみは、季節やごみ収
集地域の生活形態の変化によるごみ質変動が燃焼状態に
大きく影響を与える。
【0012】そこで、実炉の運転データからごみ質を算
出し、そのデータを記憶しておき、運転訓練を実施する
ときに呼び出して、運転訓練に用いる。これにより、実
炉の運転に近いごみ質変動による運転訓練を実現するこ
とができる。
【0013】第2の発明は、ごみ焼却炉の運転データか
らごみ質を演算するごみ質演算装置と、運転訓練用の運
転条件を設定する操作盤と、運転結果を表示する表示装
置とを備えていることを特徴とする第1の発明のごみ焼
却炉の運転訓練装置である。
【0014】この発明は、ごみ質の経年変化を反映でき
るように、実炉の運転データからごみ質を算出し、その
データを記憶装置に記憶しておき、運転訓練を実施する
ときに操作盤から呼び出す。呼び出したごみ質データと
燃焼モデルを用い、表示装置で燃焼状態を確認しながら
運転操作盤を使って操作することによって、実炉の運転
に近いごみ質変動による運転訓練を実現することができ
る。
【0015】第3の発明は、ごみ焼却炉の過去の運転デ
ータを記憶する運転データ記憶装置と、過去のごみ質デ
ータで運転訓練したときの訓練結果とそれに対応する過
去の運転データとを比較して運転訓練結果の評価を行う
評価手段とを備えていることを特徴とする第1または第
2の発明のごみ焼却炉の運転訓練装置である。
【0016】この発明は、過去の運転データを記憶し、
過去のごみ質データで運転訓練したときの訓練結果と過
去の運転データを比較することにより、訓練結果の評価
を行うことを特徴とする。過去のごみ質データを用い
て、実施した運転訓練結果の評価を行うときに、同じ時
間帯の実炉の炉内温度や排ガス成分等の運転データと比
較する。通常、実炉は自動燃焼運転がなされているた
め、自動燃焼運転での運転結果と訓練での運転結果を比
較することで、運転操作方法の善し悪しを確認すること
ができる。
【0017】第4の発明は、ごみ焼却炉の過去の運転デ
ータを記憶する運転データ記憶装置と、過去のごみ質デ
ータで運転訓練したときの操作データとそれに対応する
過去の操作データとを比較して操作の支援用のデータを
作成する支援手段と、支援内容を表示する表示装置とを
備えていることを特徴とする第1ないし第3の発明のご
み焼却炉の運転訓練装置である。
【0018】この発明は、運転訓練に用いるごみ質は実
際の過去の運転データを用い、訓練支援手段により支援
データを作成して支援内容として表示する。まず、実際
の過去のごみ質とその条件下における運転操作データを
記憶装置に記憶させておく。この運転操作データは、運
転訓練の支援の際、手本として用いるので、燃焼状態が
安定している時のデータを採取する必要がある。
【0019】運転訓練の際は、訓練支援手段により、実
炉の運転操作データと同じごみ質における訓練中の操作
データとを比較し、訓練中の操作の善し悪しを判断す
る。判断結果に基づき、訓練中に操作方法、操作のヒン
ト等の支援を与えることができる。例えば、訓練中の操
作データが手本からどの程度外れているか数値やグラフ
で示したり、その偏差に応じて適切な操作データをガイ
ダンスする。これらの判断および支援用データの作成に
は、ルールベースやニューラルネットなどを用いること
ができる。
【0020】
【発明の実施の形態】(実施形態1、2)図1は、本発
明の実施形態に係わるごみ焼却炉の運転訓練装置の構成
を示すブロック図である。図1におけるごみ焼却炉の運
転訓練の操作盤1を通して、運転員は訓練を実施するこ
とができる。操作に応じた炉内の燃焼状態の変化は、計
算装置10の燃焼モデル演算装置11で計算され、計算結果
が表示装置2に表示される。通常の運転では、すべての
操作端を手動で行うことは少なく、一部の操作端は自動
で運転されるため、実炉と同様の自動燃焼制御装置12を
備えている。
【0021】実際のごみ焼却炉6の運転データからごみ
焼却炉のごみ質データを演算するごみ質データ演算装置
31にてごみ質の演算を行う。ごみ質の演算結果と共に、
炉内温度や排ガス成分などの運転データは、演算結果を
記憶する演算結果記憶装置32に保存される。
【0022】運転訓練を実施するときには、操作盤1か
ら演算結果記憶装置32に保存されている過去のごみ質変
動の運転データの中から、訓練を行いたいデータを選択
する。運転訓練開始と共に、選択されたごみ質変動のデ
ータが燃焼モデル演算装置11に代入されて運転訓練が開
始される。
【0023】ここで、運転訓練に用いる燃焼モデル演算
装置11は、炉内のごみと排ガスの熱収支と物質収支に基
づいて炉内の燃焼挙動を表現できる燃焼モデルとする。
【0024】この燃焼モデルを構築する際に設定した基
本的な仮定は、以下に示すものである。 ・各燃焼空気の風箱の位置ごとに、火格子上のごみをブ
ロックに分割する。 ・煙道は、燃焼室、副煙道、主煙道、ガス混合室、およ
びボイラに分割する。 ・それぞれのブロックでのモデルは、熱・物質収支を基
にした完全混合モデルとする。 ・ごみは水分、可燃分、灰分から構成されるとし、可燃
分の組成はCとHとOとする。 ・ごみ層内での反応および煙道での反応は、それぞれ式
(1)〜(5)とする。 C + 1/2O2 = CO + Q1 (1) C + O2 = CO2 + Q2 (2) CO + 1/2O2 = CO2 + Q3 (3) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + Q4 (4) H2O(l) = H2O(g) + Q5 (5) ただし、Qi;i =1,...,5:反応・蒸発熱(J/mol)であ
る。
【0025】以上の考え方に基づいて得られた燃焼モデ
ルのブロックの構成図を図2に示す。分割されたブロッ
クの火格子上のごみや煙道は物質収支と熱収支を基に構
成されている。ごみの物質収支と熱収支式を式(6)、式
(7)に示す。煙道部分の排ガスの物質収支と熱収支式を
式(8)、式(9)に示す。 dWij/dt=Ui-1Wi-1j- UiWij+Rij (6) d(VjXij)/dt=Σm FmXmj-FiXij+Viδij (8)
【0026】ここで添字i、mはブロック番号、添字jはj
成分、Σj、Σmは添字j、mについての総和を表す。ま
た、個々の変数の内容は次の通りである。 Wi j:j成分の量(mol) Ui:ごみの移動速度(給塵装置、火格子速度)(l/h) Ri j:j成分の反応量、蒸発量(mol/h) Ti:ごみの温度(℃) Cj:ごみ中のj成分の比熱(J/mol ℃) Qri:燃焼空気からごみへの熱伝達 (J/h) Qgi:燃焼ガスからごみへの熱伝達 (J/h) Qfi:ごみ層表面火炎からごみへの熱伝達 (J/h) Xi j:ガス中のj成分の割合(%、ppm) Fi:ガス、空気、水噴霧流量 (Nm3/h) Vi:煙道容積 (m3) Tgi:ガスの温度(℃) δi j:j成分の反応速度 (l/h) Cgj:ガス中のj成分の比熱(J/kg℃) ρgj:ガス中のj成分の密度(kg/Nm3)
【0027】式(1)〜(9)と図2から構成される燃焼モデ
ルは、設定された運転条件、運転員による操作量の変
更、自動燃焼制御装置による操作量の変更に応じて、実
炉と同じように炉内のごみと排ガスの燃焼挙動を模擬す
ることができる。
【0028】(実施形態3)さらに、評価手段33を装備
することにより運転訓練の評価を行うことができる。前
述の図1において、評価手段33は演算結果記憶装置32に
記憶されている過去の運転データと燃焼モデル演算装置
11で演算される訓練中の運転データの中で、燃焼状態を
判断する上で重要な項目について、標準偏差、平均値を
算出する。次いで、過去の運転データと比較することに
より、訓練結果の評価を行い、表示装置2に表示する。
【0029】(実施形態4)図3は、本発明の別の実施
形態の構成を示すブロック図である。ここでは、図1の
装置に加えてさらに、演算装置11と演算結果記憶装置32
からのデータを用いて、運転訓練の支援データを作成す
る支援手段34を備えている。
【0030】演算結果記憶装置32に保存されているごみ
質の過去のデータに基づいた訓練の進行中に、一定時間
毎に過去のデータと対応したデータの区間平均と、同時
期の訓練操作中の操作データの区間平均を支援手段34に
て比較する。さらに支援手段34は、比較結果に基づき、
支援データを作成する。支援データは表示装置2に表示
する。
【0031】支援データの作成方法としては、炉内主要
状態量各項目(例えばボイラ蒸発量、ガス混合室温度)
の比較をする。その結果、所定の程度以上に過去の操業
データに比べ、運転訓練データが悪化している項目があ
る場合に(例えばボイラ蒸発量、ガス混合室温度が低
下)、支援データを作成する。その場合、その項目と相
関の高い操作端について、過去の操業データの操作量を
基に、操作端で操作すべき定性的、数値的な指針を示し
たデータを作成し、支援データとする。
【0032】
【実施例】図4では、実際のごみ焼却炉6の運転データ
からごみ質データ演算装置31にて、ごみ焼却炉のごみ質
の演算が行われ、演算結果記憶装置32に保存される。保
存されている過去のごみ質データは、表示装置2に表示
される。図4のデータの中から、運転訓練に使用したい
データを操作盤1上から選択し、選択したデータに基づ
いて運転訓練を行う。
【0033】運転訓練を行う運転員は、操作盤1と表示
装置2を用いて訓練を行う、訓練中のごみ質変化は、図
4のデータから選択されたデータが燃焼モデル演算装置
11に入力される。
【0034】運転訓練終了後に、評価手段33が運転訓練
に使った実炉のごみ質データと同じ時間帯の燃焼プロセ
スデータと、訓練中の燃焼モデルが演算したデータとを
用いて、運転訓練の評価を行う。評価方法は、燃焼状態
を判断する上で重要な項目について、標準偏差、平均値
などを計算して評価結果を表示する。図5に示すような
評価結果が表示装置2上に表示される。
【0035】
【発明の効果】上記で説明したように、本発明によれ
ば、現実のごみ焼却炉を運転するのと同じ形態で訓練で
き、ごみ焼却炉の運転訓練および運転技術の熟練度を評
価するために必要な機能を備えた運転訓練装置であり、
運転訓練効果を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の装置構成を示す図であ
る。
【図2】物質収支と熱収支に基づいて構成された燃焼モ
デルのブロックの構成を示すブロック図である。
【図3】本発明の別の実施の形態の装置構成を示す図で
ある。
【図4】運転訓練に用いる過去のごみ質データ一覧を示
す図である。
【図5】運転訓練の評価結果を示す図である。
【符号の説明】
1 操作盤 2 表示装置 6 ごみ焼却炉 10 計算装置 11 燃焼モデル演算装置 12 自動燃焼制御装置 31 ごみ質データ演算装置 32 演算結果記憶装置 33 評価手段 34 支援手段

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ごみ焼却炉の運転訓練装置において、実
    炉から得られた過去のごみ質データを記憶するごみ質記
    憶装置と、このごみ質記憶装置に記憶されたごみ質デー
    タに対して燃焼モデルを用いてごみ焼却炉の燃焼挙動を
    模擬する燃焼モデル演算装置とを備えていることを特徴
    とするごみ焼却炉の運転訓練装置。
  2. 【請求項2】 ごみ焼却炉の運転データからごみ質を演
    算するごみ質演算装置と、運転訓練用の運転条件を設定
    する操作盤と、運転結果を表示する表示装置とを備えて
    いることを特徴とする請求項1記載のごみ焼却炉の運転
    訓練装置。
  3. 【請求項3】 ごみ焼却炉の過去の運転データを記憶す
    る運転データ記憶装置と、過去のごみ質データで運転訓
    練したときの訓練結果とそれに対応する過去の運転デー
    タとを比較して運転訓練結果の評価を行う評価手段とを
    備えていることを特徴とする請求項1または請求項2記
    載のごみ焼却炉の運転訓練装置。
  4. 【請求項4】 ごみ焼却炉の過去の運転データを記憶す
    る運転データ記憶装置と、過去のごみ質データで運転訓
    練したときの操作データとそれに対応する過去の操作デ
    ータとを比較して操作の支援用のデータを作成する支援
    手段と、支援内容を表示する表示装置とを備えているこ
    とを特徴とする第1ないし第3の発明のごみ焼却炉の運
    転訓練装置。
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