JP2002243129A - 燃焼制御方法及び該制御方法を利用した燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 炉内にクリンカーの出力を防ぐ燃焼制御方法
及び燃焼制御装置の提供。 【解決手段】 一次空気を可燃物層中に供給し、二次空
気を可燃物層の上方に供給して燃焼させる燃焼制御方法
において、燃焼火炎の上方から見た炉内平面画像を制御
量として検出し、前記炉内平面画像を複数の区画に区分
し、それぞれの区画の火炎部面積若しくは空間部面積を
算出し、該位置情報信号によって前記二次空気の流量配
分若しくは流量を操作することを特徴とし、燃焼火炎の
画像を検出する検出手段と、該画像信号より火炎の位置
情報として前記炉内平面画像を複数の区画に区分した、
それぞれの区画の火炎部面積若しくは空間部面積に相当
する信号を出力する画像処理装置と、該位置情報信号に
よって前記二次空気の流量配分若しくは流量を操作する
操作信号を出力する制御手段とを備えたことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は都市ごみなどを焼
却して、ごみ処理とエネルギ回収を同時に行う目的など
で使用される、燃焼炉の燃焼制御方法及び燃焼制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみなどを焼却する燃焼炉では、ダ
イオキシン類の出力を抑制するために、可燃物層の上方
の燃焼部を高温度で燃焼させる手法が種々講じられる。
しかし、火炎が炉壁付近にかたより、炉壁の温度が上昇
し、火炎中の溶融飛灰が炉壁に衝突すると炉壁に溶融飛
灰が堆積し、クリンカーとして成長する。特に高温燃焼
条件でかかる現象が顕著になる。クリンカーは成長する
と、炉内のごみの移動を妨げ、燃焼空気の流路を変化さ
せて、燃焼の悪化を来し、ボイラチューブへの熱伝導の
減少につながる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来の
問題点を解決せんとしてなされたもので、一次空気を可
燃物層中に供給し、二次空気を可燃物層の上方に供給し
て燃焼させる燃焼制御方法において、燃焼火炎を炉壁か
ら遠ざけて燃焼させ、炉内にクリンカーの出力を防ぐ燃
焼制御方法及び燃焼制御装置の提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の燃焼制御方法
は、ごみ燃焼炉において、一次空気を可燃物層中に供給
し、二次空気を可燃物層の上方に供給して燃焼させる燃
焼制御方法において、燃焼火炎の画像を制御量として検
出し、該画像信号より火炎の位置情報を算出し、該位置
情報信号によって前記二次空気の流量配分若しくは流量
を操作することを特徴とする。

【０００５】画像の検出によって火炎が炉壁に近いとい
う位置情報が得られれば、その部分の二次空気量の配分
を増加するか、二次空気量を増加して、空気気流で火炎
を遠ざけることにより、炉壁の温度上昇を防ぎ、溶融飛
灰の飛散・衝突を防ぐことができる。

【０００６】さらに、本発明の燃焼制御方法は前記画像
が火炎の上方から見た炉内平面画像であることを特徴と
する。四方の炉壁に対する相対位置であるから、上部か
ら火炎を、若しくは炉壁を含めた火炎を、覗いた平面投
影像が最も端的且つ簡便であるからである。

【０００７】さらに、本発明の燃焼制御方法は、前記位
置情報が前記炉内平面画像を複数の区画に区分した、そ
れぞれの区画の火炎部面積若しくは空間部面積であるこ
とを特徴とする。位置情報の表し方も種々あるが、注目
区画での火炎の占める面積若しくは占めない面積で定義
しておけば、当該区画での火炎が近いかどうかという位
置情報は一つの信号で決めることができる。

【０００８】さらに、本発明の燃焼制御方法は、炉体の
左右若しくは前後の複数個所から、前記複数の区画に供
給されるそれぞれの二次空気を操作することを特徴とす
る。即ち、得られた位置情報に基づいて、該当区画の火
炎が炉壁に近ければ（火炎部面積が大きければ、若しく
は空間部面積が小さければ）、二次空気を増すか比率を
増すことを行えばよい。

【０００９】さらに、本発明の燃焼制御装置は、一次空
気を可燃物層中に供給し、二次空気を可燃物層の上方に
供給して燃焼させるごみ燃焼炉の燃焼制御装置におい
て、燃焼火炎の画像を検出する検出手段と、該画像信号
より火炎の位置情報を算出する処理手段と、該位置情報
信号によって前記二次空気の流量配分若しくは流量を操
作する操作信号を出力する制御手段とを備えたことを特
徴とする。

【００１０】さらに、本発明の燃焼制御装置は、燃焼火
炎の画像を検出する検出手段が、火炎の上方から見た炉
内平面画像を撮像可能なように、炉内天井部に設置され
たＣＣＤカメラであることを特徴とする。

【００１１】さらに、本発明の燃焼制御装置は、前記画
像信号より火炎の位置情報を算出する処理手段が、前記
検出手段と前記制御手段との間に接続された画像処理装
置であることを特徴とする。

【００１２】そして、該画像処理装置から出力する位置
情報信号は前記炉内平面画像を複数の区画に区分した、
それぞれの区画の火炎部面積若しくは空間部面積に相当
する信号である。

【００１３】さらに、本発明の燃焼制御装置は、炉体の
左右若しくは前後の複数個所に二次空気供給口を備え、
前記複数の区画に供給されるそれぞれの二次空気を操作
可能な流量調節弁を有することを特徴とする。

【００１４】さらに、本発明の燃焼制御装置は、前記制
御手段が火炎の位置情報信号を入力として、前記複数の
区画に供給されるそれぞれの二次空気流量を調整する調
節弁を操作する操作量信号を出力することを特徴とす
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に本発明における発明の実施の
形態を図面を参照しながら、例示的に説明する。但し本
実施の形態に記載する構成部品の寸法、形状、材質、そ
の相対配置等は特に特定的な記載がない限りは本発明の
範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に
過ぎない。

【００１６】図１は本発明の炉体を含めた装置構成の例
を示す概要図である。本例は火格子式のごみ燃焼炉１０
０を用いた。ごみ（可燃物）１０７はホッパから供給さ
れ、ホッパ下部のフィーダにより、燃焼室底部に備えら
れた火格子１０６部へ搬送される。火格子部は通常、乾
燥段、主燃焼段、後燃焼段のように分けて、それぞれの
部分の火格子下部の風箱から一次空気がごみ（可燃物）
１０７層中に供給される。各風箱に供給される空気流量
は各風箱空気入口経路に設けられた一次空気流量調節弁
１１１によって調節される。

【００１７】而してごみ（可燃物）１０７は燃焼室１０
５中に火炎１０４をあげて燃焼するが、燃焼を完全に行
なうために、若しくは高温燃焼を行なってダイオキシン
類を分解するために、二次空気を可燃物の上方、火炎高
さ中程付近の炉壁に複数の供給口を設け、供給する。複
数の供給口に供給する二次空気はそれぞれの供給口入口
経路に設けられた二次空気流量調節弁１１０によって調
節される。

【００１８】一次空気及び二次空気はブロア１０９によ
って送気され、必要によって蒸気１１３を用いて熱交換
器１１２により予熱して用いる。なお一次空気若しくは
二次空気又は両者に、図示してないが酸素供給手段によ
りそれぞれの空気供給経路に酸素を富化して供給するこ
ともできる。

【００１９】燃焼により発生した高温のガスは、燃焼室
１０５左側に設けた、ボイラ１１４の水管に熱を与え、
蒸気を発生させ、而して温度の低下したガスは、さらに
必要に応じエコノマイザーで熱交換してから、煙道１１
５を通じて排気される。

【００２０】炉１００の天井部にはＣＣＤカメラを設
け、火炎１０４の略中央付近から見た、火炎１０４の炉
壁を含めた平面投影像を撮像する。該映像信号はカメラ
に接続された画像処理装置１０２に入力され、火炎の位
置情報を算出する。該位置情報信号は、画像処理装置１
０２に接続された制御手段１０３に入力されて、二次空
気調節弁１１０を操作する信号を出力しこれにより、二
次空気の供給配分もしくは供給量を調節して、火炎の位
置を制御する。

【００２１】図２は本発明の二次空気供給口、調節弁、
炉壁を含めた炉内火炎画像の例を示す平面投影図であ
る。これにより二次空気の操作関係をさらに詳しく説明
する。

【００２２】図２において、燃焼炉１００の水平断面は
図中破線で示した区分線により４区画に区分する。該区
画の２０１部分をゾーン１、２０２部分をゾーン２、２
０３部分をゾーン３、２０４部分をゾーン４として、図
示してない、平面上部に設置したＣＣＤカメラで火炎１
０４を含めた水平投影像を撮像する。該映像信号は図示
してない画像処理装置に入力されて、輝度の差よりゾー
ン１の火炎のない空間部面積を算出する。同様にゾーン
２、３、４についても空間部面積を算出する。

【００２３】前記それぞれのゾーンの空間面積信号は図
示していない制御手段に入力され、それぞれのゾーンに
設置された二次空気供給口の調節弁を調節して、火炎が
適性な位置で（炉壁に接近しないよう）燃焼するように
する。本例燃焼実施では、二次空気２００を図示の分配
経路に導入し、前記制御手段の操作量出力によりゾーン
１二次空気流量調節弁２１１、ゾーン２二次空気流量調
節弁２１２、ゾーン３二次空気流量調節弁２１３、ゾー
ン４二次空気流量調節弁２１４を調節して火炎の適性位
置を保った。

【００２４】本例装置では、左右の壁面に区画毎に３つ
の供給口を備え、該３つの供給口に対して１つの調節弁
を備えた。更に前後の壁面に区画毎に３つの供給口を備
え、該３つの供給口に対して１つの調節弁を備えた。即
ち、ゾーン１の区画には左の炉壁から供給する二次空気
経路の調節弁２１１及び前部の炉壁から供給する二次空
気経路の調節弁２２１を備え、ゾーン３の区画には左の
炉壁から供給する二次空気経路の調節弁２１３及び後部
の炉壁から供給する二次空気経路の調節弁２２３を備
え、ゾーン２の区画には右の炉壁から供給する二次空気
経路の調節弁２１２及び前部の炉壁から供給する二次空
気経路の調節弁２２２を備え、ゾーン４の区画には右の
炉壁から供給する二次空気経路の調節弁２１４及び後部
の炉壁から供給する二次空気経路の調節弁２２４を備え
た。本例燃焼の実施では、図２において調節弁２２１、
２２２、２２３、２２４は一定開度とし、前後の炉壁に
設けた供給口は制御には使用しなかったが、勿論左右の
供給口と併用することもできるし、状況に応じて上下の
みを使用することもできる。

【００２５】本例燃焼の実施では、図２において調節弁
２２１、２２２、２２３、２２４は常時閉とし、上下の
炉壁に設けた供給口は使用しなかったが、勿論左右の供
給口と併用することもできるし、状況に応じて上下のみ
を使用することもできる。

【００２６】図３は本発明の制御手段内での信号処理の
ロジックの例を示す流れ図である。ここでは、位置情報
であるゾーン毎の空間部面積信号を前記制御手段に入力
して、動作させる。

【００２７】ゾーン１（図２の２０１）の空間面積信号
ＰＶ（プロセスバリュー）は既に目標としてセットして
ある設定値ＳＶ（セットバリュー）と偏差を取り、該偏
差信号をリミッタ通過させて乗算器で係数Ｋ１を掛け更
に次の乗算器で−Ｋ１を掛けた負の信号、Ｋ２を掛けた
正の信号の二つに分配する。Ｋ２を掛けた正の信号の流
れはリミッタ通過後、すでに設定されているゾーン１
（図２の２０１）の空気流量設定値に加算されて、補正
された新しい設定値（図のＳＶ）として、ＰＩＤ回路に
入力され、現に行なわれているゾーン１（図２の２０
１）の二次空気流量をＰＶとして、ＰＩＤ動作により操
作量を作り、該出力信号により二次空気調整弁１（図２
の２１１）を調節する。

【００２８】−Ｋ１を掛けた負の信号の流れはリミッタ
通過後、すでに設定されているゾーン２（図２の２０
２）の空気流量設定値に補正値として加算されて、新し
い設定値（図のＳＶ）として、ＰＩＤ回路に入力され、
現に行なわれているゾーン２（図２の２０２）の二次空
気流量をＰＶとして、ＰＩＤ動作により操作量を作り、
該出力信号により二次空気調整弁２（図２の２１２）を
調節する。従って、本ロジックでは、ゾーン１の空間面
積が小さい時のみゾーン１に供給する二次空気流量を増
加させ、ゾーン３に供給する二次空気流量を減少させる
ので、ゾーン１の炉壁に近づいた火炎を遠ざけることが
できる。

【００２９】次にゾーン３（図２の２１３）の空間面積
信号ＰＶ（プロセスバリュー）は既に目標としてセット
してある設定値ＳＶ（セットバリュー）と偏差を取り、
該偏差信号をリミッタ通過させて乗算器で係数Ｋ４を掛
け、更に次の乗算器で−Ｋ３５を掛けた負の信号、Ｋ４
を掛けた正の信号の二つに分配する。Ｋ４を掛けた信号
の流れはリミッタ通過後、すでに設定されているゾーン
３の空気流量設定値に加算されて、補正された新しい設
定値（図のＳＶ）として、ＰＩＤ回路に入力され、現に
行なわれているゾーン３（図２の２０３）の二次空気流
量をＰＶとして、ＰＩＤ動作により操作量を作り、該出
力信号により二次空気調整弁３（図２の２１３）を調節
する。

【００３０】−Ｋ３を掛けた負の信号の流れはリミッタ
通過後、すでに設定されているゾーン４（図２の２０
４）の空気流量設定値に補正値として加算されて、新し
い設定値（図のＳＶ）として、ＰＩＤ回路に入力され、
現に行なわれているゾーン４（図２の２０４）の二次空
気流量をＰＶとして、ＰＩＤ動作により操作量を作り、
該出力信号により二次空気調整弁４（図２の２１４）を
調節する。従って、本ロジックでは、ゾーン２の空間面
積が小さい時のみゾーン２に供給する二次空気流量を増
加させ、ゾーン４に供給する二次空気流量を減少させる
ので、ゾーン２の炉壁に近づいた火炎を遠ざけることが
できる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、一
次空気を可燃物層中に供給し、二次空気を可燃物層の上
方に供給して燃焼させる燃焼制御方法において、燃焼火
炎を炉壁から遠ざけて燃焼させ、炉内にクリンカーの出
力を防ぐ燃焼制御方法及び燃焼制御装置の提供が可能と
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の炉体を含めた装置構成の例を示す概
要図である。

【図２】 本発明の二次空気供給口、調節弁、炉壁を含
めた炉内火炎画像の例を示す平面投影図である。

【図３】 本発明の制御手段内での信号処理のロジック
の例を示す流れ図である。

【符号の説明】

１００ ごみ燃焼炉 １０１ ＣＣＤカメラ １０２ 画像処理装置 １０３ 制御手段 １０４ 火炎 １０５ 燃焼室 １０６ 火格子 １０７ ごみ（可燃物） １０８ ホッパ １０９ ブロア １１０ 二次空気流量調節弁 １１１ 一次空気流量調節弁 １１２ 熱交換器 １１３ 蒸気 １１４ ボイラ １１５ 煙道 ２００ 二次空気 ２０１ ゾーン１ ２０２ ゾーン２ ２０３ ゾーン３ ２０４ ゾーン４ ２１１ 二次空気流量調節弁１ ２１２ 二次空気流量調節弁２ ２１３ 二次空気流量調節弁３ ２１４ 二次空気流量調節弁４ ２２１ 二次空気流量調節弁１１ ２２２ 二次空気流量調節弁１２ ２２３ 二次空気流量調節弁１３ ２２４ 二次空気流量調節弁１４

フロントページの続き (72)発明者 常泉 慎也 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 AA01 AB01 AC01 BA02 CA08 DA05 DB08 DB09

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次空気を可燃物層中に供給し、二次空
   気を可燃物層の上方に供給して燃焼させる燃焼制御方法
   において、燃焼火炎の上方から見た炉内平面画像を検出
   し、該画像信号より火炎の位置情報として前記炉内平面
   画像を複数の区画に区分した、それぞれの区画の火炎部
   面積若しくは空間部面積を算出し、該位置情報信号によ
   って前記二次空気の流量配分若しくは流量を操作するこ
   とを特徴とする燃焼制御方法。
2. 【請求項２】 炉体の左右若しくは前後の複数個所か
   ら、前記複数の区画に供給されるそれぞれの二次空気を
   操作することを特徴とする請求項１記載の燃焼制御方
   法。
3. 【請求項３】 一次空気を可燃物層中に供給し、二次空
   気を可燃物層の上方に供給して燃焼させるごみ燃焼炉の
   燃焼制御装置において、燃焼火炎の画像を検出する検出
   手段と、前記検出手段と前記制御手段との間に接続され
   た、該画像信号より火炎の位置情報として前記炉内平面
   画像を複数の区画に区分した、それぞれの区画の火炎部
   面積若しくは空間部面積に相当する信号を出力する画像
   処理装置と、該位置情報信号によって前記二次空気の流
   量配分若しくは流量を操作する操作信号を出力する制御
   手段とを備えたことを特徴とする燃焼制御装置。
4. 【請求項４】 燃焼火炎の画像を検出する検出手段が、
   火炎の上方から見た炉内平面画像を撮像可能なように、
   炉内天井部に設置されたＣＣＤカメラであることを特徴
   とする請求項３記載の燃焼制御装置。
5. 【請求項５】 炉体の左右若しくは前後の複数個所に二
   次空気供給口を備え、前記複数の区画に供給されるそれ
   ぞれの二次空気を操作可能な流量調節弁を有することを
   特徴とする請求項３若しくは４記載の燃焼制御装置。
6. 【請求項６】 前記制御手段が火炎の位置情報信号を入
   力として、前記複数の区画に供給されるそれぞれの二次
   空気流量を調整する調節弁を操作する操作量信号を出力
   することを特徴とする請求項３乃至５いずれかの項記載
   の燃焼制御装置。