JP2001289401A - 焼却炉の蒸気流量制御方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸気流量の計測時系列データから蒸気流量の
変動を予測し、また、該予測値の予測精度を予測または
評価し、最適な先行制御を行うよう、先行制御の割合を
逐次変更しながら蒸発量制御が可能な焼却炉の制御に関
する発明を提供することを目的とする。 【解決手段】 ストーカや流動床炉等の焼却炉の後流側
に設けられたボイラから排出するボイラ出口側の蒸気流
量に基づいて蒸発量を予測するとともに、該蒸気流量の
時系列データから予測精度を予測又は評価し、これに基
づき廃棄物供給量若しくは焼却炉の燃焼制御を行い、前
記前記予測精度の予測はリアプノフ安定化解析、前記予
測精度の評価はＰＲＭＳＥ処理により行なうことを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ゴミ又は産業
廃棄物等を焼却する焼却炉に具えられたボイラから排出
する蒸気流量を測定して、該測定値に基づき焼却炉への
廃棄物供給や焼却炉内の燃焼量を制御する焼却炉の制御
方法とその装置に係り、特に前記蒸気流量を予測制御す
ることにより廃棄物供給量の先行制御を行う焼却炉の蒸
気予測制御方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、都市ゴミ及び産業廃棄物等が
焼却処理された後該焼却により発生した燃焼ガスは、燃
焼ガス出口ラインを経てボイラに致り、該ボイラ内で温
水との熱接触により蒸気を発生させ、該蒸気を発電プラ
ント等のタービン駆動源として用いられている。前記ボ
イラから発生する蒸気量を円滑に制御するために、前記
ボイラから排出する蒸気流量を測定して、該測定値に基
づき焼却炉への廃棄物供給量や焼却炉内の燃焼量を制御
する焼却炉の制御方法は公知である。

【０００３】かかる従来技術の燃焼制御装置を図４を用
いて説明する。図４において、１は底部にごみ層７を具
えたストーカ炉であり、該ごみ層７の下流側には燃焼物
を燃焼した後の灰を所定の位置に搬送する灰シュート１
４が配置されている。前記ごみ層７の上流側には都市ご
み等の燃焼物をごみ層７内に投入するごみ供給ホッパ４
が設けられている。このホッパ４の下部側には、油圧に
より駆動して燃焼物をごみ層７内に押し出すごみ投入フ
ィーダ５が設けられている。該ごみ投入フィーダ５より
送られてきた燃焼物は、ごみ層下方より送られてくる一
次空気６１によりごみ層７内でガス化、一次燃焼され、
ごみ層７上部の二次燃焼域７Ｂで二次空気６２が導入さ
れながら完全燃焼する。

【０００４】前記ストーカ炉１の上段には、ストーカ炉
１で燃焼して得られた高温の燃焼ガスを冷却するボイラ
８、有毒ガス、粒子状物を除去するろ過式集塵機１１、
炉内圧力を調整する誘引送風機入口ダンパ１２、排ガス
を誘引する誘引送風機１０、及び排ガスを大気中に放出
する煙突１３が順次接続されている。又前記ろ過式集塵
機１１の上部付近には、ろ過式集塵機１１内に消石灰等
の中和剤を噴霧する中和剤噴霧装置９が配置されてい
る。

【０００５】かかる構成に置いて、前記ボイラ８出口に
は、ボイラ出口蒸発量を計測可能な蒸発量計測器２が設
けられている。この蒸発量計測器２は、コントローラ３
に電気的に接続されている。前記コントローラ３は、ご
み投入フィーダ５とごみ攪拌ストーカ６と電気的に接続
され、ごみ投入フィーダ５のモータ若しくは油圧等の搬
送力とごみ攪拌ストーカ６の回転駆動力を制御してい
る。

【０００６】上記従来技術によれば、都市ごみ等の定量
供給が困難であり質にバラツキがある燃焼物を燃焼炉に
おいて燃焼させた場合、燃焼ガスの発生量の変化、燃焼
空気量の変化やまた燃料の供給量の変化等の種々の理由
により、蒸発量が変化する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このためかかる従来技
術によれば、ボイラ出口の蒸気流量を計測してそのデー
タに基づき廃棄物供給量及び焼却炉の運転を制御するよ
うに構成したために、過熱蒸気の生成量の制御が容易と
なるとともに、該焼却炉の運転が安定化するが、ボイラ
ー出口側の蒸発量の変化時期とごみ投入フィーダやごみ
攪拌ストーカ側の燃料供給量との間ではタイムラグが生
じる。即ち炉内の燃焼場に対し蒸発量信号による時間遅
れが大きく、ごみ供給フィーダ制御、ごみ攪拌ストーカ
制御に時間遅れが生じ、適切な燃料制御が出来なかっ
た。

【０００８】即ち前記ボイラの過熱蒸気の蒸発量を制御
するため、ボイラ出口に設置した蒸気流量計の測定値が
設定値に近づくよう、ごみ投入フィーダ、ごみ攪拌スト
ーカを制御したとしても、上記したごとく、供給する廃
棄物の性質や投入量、及び燃焼空気量の変化や燃料の供
給量の変化が著しい場合には、炉内の燃焼場に対する蒸
発量信号による時間遅れが大きく、廃棄物供給フィーダ
制御、ごみ攪ストーカ制御に時間遅れが生じて、適切な
運転が困難となる。

【０００９】本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、蒸
気流量を計測し、蒸気流量の時系列データから蒸気流量
の変動を予測し、また、該予測値の予測精度を予測また
は評価し、最適な先行制御を行うよう、先行制御の割合
を逐次変更しながら、ごみ供給フィーダ、ごみ攪拌スト
ーカ等を先行制御し蒸発量が設定値に近づき安定な蒸発
量制御が可能な発明を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明においては、ストーカや流動
床炉等の焼却炉の後流側に設けられたボイラから排出す
るボイラ出口側の蒸気流量を測定して、該蒸気流量に基
づいて焼却炉に供給する廃棄物供給量を制御する焼却炉
の蒸気流量制御方法において、前記ボイラ出口の蒸気流
量に基づいて蒸発量を予測するとともに、該蒸気流量の
時系列データから予測精度を予測又は評価し、これに基
づき廃棄物供給量若しくは焼却炉の燃焼制御を行うこと
を特徴とする。

【００１１】従って本発明はストーカ焼却炉のみに限定
されるものでなく、他の例えば流動床焼却炉にも適用で
き、又制御対象もごみ供給フィーダ、ごみ攪拌ストーカ
のみに限定されることなく、一次空気や二次空気の供給
量若しくは燃料ガスの供給量等を先行制御してもよい。
又流動床焼却炉の場合は循環する流動砂の量等を先行制
御対象としても良い。

【００１２】請求項２記載の発明は、前記予測精度の予
測を、動的安定化解析により行い、該解析に基づく安定
化指数の大小によって予測制御の割合を調整しながら、
廃棄物供給量若しくは焼却炉の最適な先行制御を行うこ
とを特徴とし、好ましくは前記動的安定化解析が、リア
プノフ安定化解析である事を特定している。

【００１３】請求項３記載の発明は、前記予測精度の評
価を対応する各サンプリング時点の予測値と実績値の差
とその標準偏差に基づく統計的処理により、該統計的処
理値の大小によって予測制御の割合を調整しながら、廃
棄物供給量若しくは焼却炉の最適な先行制御を行うこと
を特徴とし、好ましくは前記統計的処理をＰＲＭＳＥ処
理により行なうことを特定する。

【００１４】請求項６記載の発明は、前記方法発明を効
果的に実施するための装置に関する発明で、焼却炉の後
流側に設けられたボイラ出口側に設けられ、該ボイラか
ら排出する蒸気流量を測定する蒸気流量計測手段と、該
計測手段で計測された蒸気流量に基づいて廃棄物供給量
若しくは焼却炉の燃焼制御を行う制御手段を具えた蒸気
流量予測制御装置において、前記制御手段に、前記蒸気
流量計測手段で測定される蒸気流量の時系列データに基
づいて、該蒸気流量の変動を予測する蒸気流量予測手段
と、該予測された蒸気流量の精度を予測する予測精度予
測手段とを具えるとともに、前記予測手段により予測さ
れた蒸気流量値及び予測精度予測手段により算出された
予測精度に基づいて前記制御手段の制御量を調整しなが
ら廃棄物供給量及び焼却炉の制御を行うことを特徴とす
る。

【００１５】請求項７記載の発明は、前記方法発明をよ
り効果的に実施するために具体化した装置に関する発明
で、焼却炉の後流側に設けられたボイラ出口側に設けら
れ、該ボイラから排出する蒸気流量を測定する蒸気流量
計測手段と、該計測手段で計測された蒸気流量に基づい
て廃棄物供給量若しくは焼却炉の燃焼制御を行う制御手
段を具えた蒸気流量予測制御装置において、前記ボイラ
出口側の蒸気流量を計測する計測手段と、蒸気流量の時
系列データから蒸気流量の変動を予測する予測手段と、
予測精度を予測する予測精度予測手段または評価する予
測精度評価手段と、最適な先行制御を行うよう、先行制
御の割合を変更する先行制御割合変更手段と、廃棄物供
給量若しくは焼却炉の燃焼量を先行制御する先行制御手
段とを具備したことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例
に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相
対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明
の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に
過ぎない。図１は本発明の第１実施例に係る燃焼制御装
置の全体構成図、図２は図１に対応する第２実施例の全
体構成図、図３は前記第１実施例に用いられる予測精度
モデルの概念図を示す。図１において前記ストーカ炉１
にはの底部にごみ層７が具えられ、該ごみ層７の下流側
には燃焼物を燃焼した後の灰を所定の位置に搬送する灰
シュート１４が配置されている。前記ごみ層７の上流側
には都市ごみ等の燃焼物をごみ層７内に投入する燃焼物
供給ホッパ４が設けられている。このホッパ４の下部側
には、油圧により駆動して燃焼物をごみ層７内に押し出
すごみ投入フィーダ５が設けられている。このごみ投入
フィーダ５より送られてきた燃焼物は、ごみ層７内でガ
ス化、一次燃焼され、ごみ層７上部の二次燃焼域で完全
燃焼する。

【００１７】前記ストーカ炉１の上段には、ストーカ炉
１で燃焼して得られた高温の燃焼ガスを冷却するボイラ
８、有毒ガス、粒子状物を除去するろ過式集塵機１１、
炉内圧力を調整する誘引送風機入口ダンパ１２、排ガス
を誘引する誘引送風機１０、及び排ガスを大気中に放出
する煙突１３が順次接続されている。前記ろ過式集塵機
１１の上部付近には、ろ過式集塵機１１内に消石灰等の
中和剤を噴霧する中和剤噴霧装置９が配置されている。

【００１８】前記ボイラ８出口には、ボイラ出口蒸発量
を計測可能な蒸発量計測器２が設けられている。この蒸
発量計測器２の検知信号は、予測装置１５と予測精度予
測手段１６送られ、これらの信号に基づいて先行制御手
段としての予測制御コントローラ１７において所定の制
御信号が生成され、ごみ投入フィーダ５とごみ攪拌スト
ーカ６との駆動回路(不図示)を駆動制御し、該コントロ
ーラ１７の制御信号に基づいてごみ投入フィーダ５とご
み攪拌ストーカ６が最適な先行制御を行うよう、先行制
御の割合を逐次変更しながら蒸発量が設定値に近づき安
定化するように駆動制御される。

【００１９】次に本発明に関連のある要素技術を簡単に
説明するに、予測装置１５は蒸発量計測装置２よりの計
測データを時系列的に順次採取しながら時系列的な予測
データを生成する。予測精度予測装置１６は蒸発量予測
装置１５による蒸発量予測結果の予測精度を予測するも
ので時系列的な計測データと時系列的な計測データに基
づいて予測精度を算出する。かかる予測精度予測装置１
６は、例えば図３に示すようなリアプノフ安定化解析に
よる概念モデルで予測精度予測をするような構成となっ
ている。即ち、リアプノフ安定化解析に用いるリアプノ
フ指数は時系列データのカオス性（初期値敏感性）を判
定する計算手法である。リアプノフ指数が高い場合、時
系列データのカオス性が高くその予測は困難であり、リ
アプノフ指数が低い場合、時系列データのカオス性が低
くその予測は容易である。即ち、リアプノフ指数を用い
ることにより、時系列データの将来的な予測精度を予測
することが可能となる。

【００２０】図３にリアプノフ安定化解析の概念を示
す。図３のようにカオス性を持つ時系列データを適当な
間隔で埋め込みと特徴のある軌道が現れる。この軌道の
ある近傍の点を選び、時間t経過後２点の指数関数的な
離れ方の度合いを表す指数をリアプノフ指数と呼ぶ。リ
アプノフ指数が小さい場合、図３のように時間経過後
もＡからＡ’のように状態が推移することが容易に予測
できる。ところがリアプノフ指数が大きい場合、図３
のように時間経過後はＢからＢ’１かＢ’２のどちらの
状態に推移するか予測が困難である。このように、将来
的な予測が困難な場合を予測することにより、予測が困
難な場合、予測制御の割合をあらかじめ小さくすること
により、最適な先行制御を行うことが可能となる。

【００２１】即ち、予測装置１５は蒸発量計測器２によ
る計測結果に基づく時系列データから一定時刻先の蒸発
量を予測し、その予測値の予測精度を予測精度予測装置
１６で演算して、予測精度が低い場合は、前記予測値の
割合を低くし、蒸発量計測器２の計測結果に基づく実績
制御関数値の割合を多くする等の先行制御の割合を逐次
変更しながら、最適な先行制御を行うよう、ごみ投入フ
ィーダ５とごみ攪拌ストーカ６を操作し、蒸発量が設定
値に近づき安定するよう蒸発量を制御する。

【００２２】そして上記構成の蒸発量制御装置の操作は
次の通りである。まず、燃焼物供給ホッパ４から都市ご
み等の燃焼物をストーカ炉１のごみ層７に投入する。投
入された燃焼物は一次空気６１によりごみ層７内でガス
化、一次燃焼され、ごみ層７上部の二次燃焼域７Ｂでの
二次空気６２により完全燃焼する。そして、その排ガス
は、ボイラ８で冷却され、ろ過式集塵機１１で有害ガ
ス、粒子物等を除去され、誘引送風機１０により誘引さ
れ、煙突１３より大気中に放出される。一方、ボイラ８
の出口では蒸発量が計測され、その計測結果による信号
を予測装置１５に送り、その信号が予測精度予測装置１
６に送られるようになっている。そして、この予測精度
予測装置１６で蒸発量の予測精度予測をリアプノフ安定
化解析で行った後、最適な先行制御を行うよう、先行制
御の割合を逐次変更しながら、ごみ投入フィーダ５とご
み攪拌ストーカ６を操作し、蒸発量が設定値に近づき安
定するよう、制御を行うことができる。

【００２３】次に、本発明の第２実施例に係る燃焼制御
装置を図２を用いて説明する。但し、図１と同部材は同
符号を付して要部のみを記述する。前記燃焼炉では、予
測精度の信頼性を評価するために予測精度予測装置の代
わりに、予測精度評価装置１８を配設して該評価値に基
づいて最適な先行制御を行うよう、先行制御の割合を逐
次変更しながら、ごみ投入フィーダ５とごみ攪拌ストー
カ６を先行制御している。

【００２４】即ち、本実施形態は、予測精度予測装置１
６に替え予測精度評価装置１８を設置し、その評価信号
を用い、最適な先行制御を行うよう、先行制御の割合を
逐次変更しながら、ごみ投入フィーダ５とごみ攪拌スト
ーカ６の先行制御を行うもので、前記予測精度評価装置
１６は、蒸発量予測装置１５による蒸発量予測結果の予
測精度を評価するもので、例えば前記予測精度の評価を
対応する各サンプリング時点の予測値と実績値の差とそ
の標準偏差に基づく統計的処理により評価値を得られる
ようなものであれば良く、好ましくは下記の数１に示す
ような、RRMSE（Relative Root Mean Square Error）に
より行うことが好ましい。

【数１】

【００２５】本実施形態によれば、予測精度を前記数１
の式により評価することにより、予測精度悪化時には、
予測制御の割合をあらかじめ小さくし、従来制御の割合
を大きくすることにより、最適な先行制御を行うことが
可能となり、特に予測精度評価装置１８を設置すること
により、最適な先行制御を行うよう、先行制御の割合を
変更し、ごみ投入フィーダ５とごみ攪拌ストーカ６を先
行制御するため、蒸発量を設定値に近づき安定するよう
制御することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、焼却
炉の後流側に具えられたボイラで生じる蒸気流量から蒸
気流量の変動及び予測精度を予測、又は評価して廃棄物
投入量及びごみ攪拌ストーカを制御することにより、蒸
発量が設定値に近づき安定した制御を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に係る焼却炉の燃焼制御
装置を示す全体構成図である。

【図２】 本発明の第２実施例に係る焼却炉の燃焼制御
装置を示す全体構成図である。

【図３】 第１実施例に係る予測精度予測装置の概念図
を示す。

【図４】 従来技術における燃焼制御装置の全体構成図
を示す。

【符号の説明】

１ ストーカ炉 ２ 蒸発量計測装置 ３ コントローラ ４ ホッパ ５ ごみ投入フィーダ ６ ごみ攪拌ストーカ ８ ボイラ １１ ろ過式集塵機 １５ 予測装置 １６ 予測精度予測装置 １７ 予測制御コントローラ １８ 予測精度評価装置

フロントページの続き (72)発明者 田熊 昌夫 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社横浜研究所内 (72)発明者 荒岡 衛 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重工 業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 重田 博明 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重工 業株式会社横浜製作所内 Ｆターム(参考） 3K062 AA02 AB01 AC01 BA02 CB01 CB09 DA16 DA32 DB01 3L021 AA08 BA03 CA10 DA03 DA26 EA01 FA12

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼却炉の後流側に設けられたボイラから
   排出するボイラ出口側の蒸気流量を測定して、該蒸気流
   量に基づいて焼却炉に供給する廃棄物供給量を制御する
   焼却炉の蒸気流量制御方法において、 前記ボイラ出口の蒸気流量に基づいて蒸発量を予測する
   とともに、該蒸気流量の時系列データから予測精度を予
   測又は評価し、これに基づき廃棄物供給量若しくは焼却
   炉の燃焼制御を行うことを特徴とする焼却炉の蒸気流量
   制御方法。
2. 【請求項２】 前記予測精度の予測を、動的安定化解析
   により行い、該解析に基づく安定化指数の大小によって
   予測制御の割合を調整しながら、廃棄物供給量若しくは
   焼却炉の最適な先行制御を行うことを特徴とする請求項
   １記載の焼却炉の蒸気流量制御方法。
3. 【請求項３】 前記予測精度の評価を対応する各サンプ
   リング時点の予測値と実績値の差とその標準偏差に基づ
   く統計的処理により、該統計的処理値の大小によって予
   測制御の割合を調整しながら、廃棄物供給量若しくは焼
   却炉の最適な先行制御を行うことを特徴とする請求項１
   記載の焼却炉の蒸気流量制御方法。
4. 【請求項４】 前記動的安定化解析が、リアプノフ安定
   化解析であることを特徴とする請求項２記載の焼却炉の
   蒸気流量制御方法。
5. 【請求項５】 前記統計的処理をＰＲＭＳＥ処理により
   行なうことを特徴とする請求項３記載の焼却炉の蒸気流
   量制御方法。
6. 【請求項６】 焼却炉の後流側に設けられたボイラ出口
   側に設けられ、該ボイラから排出する蒸気流量を測定す
   る蒸気流量計測手段と、該計測手段で計測された蒸気流
   量に基づいて廃棄物供給量若しくは焼却炉の燃焼制御を
   行う制御手段を具えた蒸気流量制御装置において、 前記制御手段に、前記蒸気流量計測手段で測定される蒸
   気流量の時系列データに基づいて、該蒸気流量の変動を
   予測する蒸気流量予測手段と、該予測された蒸気流量の
   精度を予測する予測精度予測手段とを具えるとともに、 前記予測手段により予測された蒸気流量値及び予測精度
   予測手段により算出された予測精度に基づいて前記制御
   手段の制御量を調整しながら廃棄物供給量及び焼却炉の
   制御を行うことを特徴とする蒸気流量制御装置。
7. 【請求項７】 焼却炉の後流側に設けられたボイラ出口
   側に設けられ、該ボイラから排出する蒸気流量を測定す
   る蒸気流量計測手段と、該計測手段で計測された蒸気流
   量に基づいて廃棄物供給量若しくは焼却炉の燃焼制御を
   行う制御手段を具えた蒸気流量制御装置において、 前記ボイラ出口側の蒸気流量を計測する計測手段と、蒸
   気流量の時系列データから蒸気流量の変動を予測する予
   測手段と、予測精度を予測する予測精度予測手段または
   評価する予測精度評価手段と、最適な先行制御を行うよ
   う、先行制御の割合を変更する先行制御割合変更手段
   と、廃棄物供給量若しくは焼却炉の燃焼量を先行制御す
   る先行制御手段とを具備したことを特徴とする燃焼炉の
   蒸発流量制御装置。