JP2002267134A

JP2002267134A - ボイラ設備を持たないごみ焼却炉の燃焼制御方式

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Publication number: JP2002267134A
Application number: JP2001070033A
Authority: JP
Inventors: Wataru Nagao; 亙長尾
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2002-09-18
Anticipated expiration: 2021-03-13
Also published as: JP3844333B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ボイラー設備を持たない小・中規模ごみ焼却
施設において高度なＡＣＣ導入を可能とし、燃焼管理の
適正化や連続運転における省力化を実現する自動燃焼制
御方式を提供する。【解決手段】炉内底部に設けられて燃焼すべきごみを
載置して炉内をごみの入り口側から出口側に移動させる
複数のゾーンからなるストーカと、複数のゾーン毎にス
トーカの下側から空気量調整用のダンパを介して一次燃
焼空気を供給するためのダクトとを備え、廃熱利用のボ
イラを備えていないごみ焼却炉に適用される。あらかじ
め定められたアルゴリズムに基づいて当該ごみ焼却炉に
おける発生熱量を推定し、推定された発生熱量と発生熱
量目標値との間の熱量偏差に基づいて、ゾーン毎の一次
燃焼空気量配分比を調整して発生熱量を制御する発生熱
量制御系を備えた。

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燃焼制
御方式に関し、特に燃焼排ガスを利用するボイラ設備を
持たない小・中規模のごみ焼却炉に適した燃焼制御方式
に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみを対象としたストーカ式ごみ焼
却炉では、多種多様なごみを炉内に供給し燃焼させるた
め、燃焼状態が時間的に変化する。一般に、燃焼の自動
制御では、この変化に応じてごみの供給量、ごみの移送
量、一次燃焼空気量・温度と、そのストーカゾーンへの
配分比、二次燃焼空気量・温度などを操作し燃焼を安定
させる。

【０００３】本発明者らは、これらに加えストーカ下と
炉内の差圧及びそこを流れる燃焼空気流量を計測し、ご
みの無い状態で事前に測定したデータと比較してごみ層
の厚さを推定し、炉内のごみの量・堆積状況として捉
え、その形状を一定に制御することで燃焼の安定化を図
る方法を提案（特許第３０３０６１４号）した。

【０００４】また、これに加えストーカの温度を制御
量、ごみ層の形状、特に厚さを操作量として想定し、そ
れらを考慮してストーカ動作、燃焼空気量配分比を操作
することで、異常高温による機器へのダメージを最小限
にとどめ、さらに緊急避難的な燃焼制御による公害の発
生をなくす方法も提案（例えば、特願平１０−６５１０
１号）した。

【０００５】本発明者は更に、ごみを水分、可燃分、灰
分から構成されるものとしてそのうちの灰分比率及びご
みの可燃分成分組成比を一定と仮定し、可燃分の低位発
熱量のみを長時間の物質収支に基づいて求め、その他必
要なプロセス値については数分〜６０分程度の平均値を
用いて物質・熱収支の計算を行い、ごみ低位発熱量を推
定することで、その変動を素早く正確に捉えることを可
能とし、より安定した自動燃焼制御の実現を可能とする
方法も提案（特願平９−２６１３０８号）（文献１）し
た。

【０００６】また、大型施設向けの燃焼制御方式とし
て、炉内における発生蒸気量目標値に見合った適正なご
み層の形成を、各ゾーンのごみ層厚さ指標を制御するこ
とで実現し、さらに燃焼がもっとも盛んな場所への燃焼
空気の配分比とその他の部分への配分比を、発生蒸気量
制御偏差のフィードバックにより操作すること、またそ
れに合わせて燃焼がもっとも盛んな場所へのごみ供給量
の加減を行うことで、発生蒸気量を長期間にわたって安
定して一定に制御する方式も提案（特願２０００−３１
５０５１）（文献２）している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記文献１、
２のごみ低位発熱量推定方法及びごみ可燃分発熱量推定
方法、燃焼制御方式は、いずれも廃熱利用のボイラーが
備えられた設備における自動燃焼制御（ＡＣＣ）を想定
しているものであり、ボイラー設備を持たない小・中規
模のごみ焼却炉では、燃焼状態の変動を示しかつ運転目
標ともなる発生蒸気量を自動燃焼制御に利用することが
できず、また毎日立上げ、立ち下げを行う准連続運転ま
たはバッチ運転となることが多いことなどからＡＣＣの
適用が遅れていた。

【０００８】近年、ダイオキシン排出抑制対策により、
准連続運転またはバッチ運転を行っていた小・中規模ご
み焼却施設では、燃焼管理の適正化や連続運転の実施が
必要となり、専用のＡＣＣ導入ニーズが高まっている。

【０００９】そこで、本発明の課題は、これまでの大型
施設向けＡＣＣがその利用を前提としていた発生蒸気量
を、オンラインで推定される発生熱量に置き換えること
で、ボイラー設備を持たない小・中規模ごみ焼却施設に
おいて高度なＡＣＣ導入を可能とし、燃焼管理の適正化
や連続運転における省力化を実現する自動燃焼制御方式
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるごみ焼却炉
の燃焼制御方式は、炉内底部に設けられて燃焼すべきご
みを載置して炉内をごみの入り口側から出口側に移動さ
せる複数のゾーンからなるストーカと、前記複数のゾー
ン毎に前記ストーカの下側から空気量調整用のダンパを
介して一次燃焼空気を供給するためのダクトとを備えた
ごみ焼却炉において、あらかじめ定められたアルゴリズ
ムに基づいて当該ごみ焼却炉における発生熱量を推定
し、推定された発生熱量と発生熱量目標値との間の熱量
偏差に基づいて、ゾーン毎の一次燃焼空気量配分比を調
整して発生熱量を制御する発生熱量制御系を備えたこと
を特徴とする。

【００１１】なお、前記発生熱量制御系は、各ゾーンの
ストーカ温度、ごみ層厚、燃焼位置、及び燃え切り点の
各種情報に基づいて燃焼が最も盛んなゾーンを検出する
ための知識ベースと、前記熱量偏差と前記各種情報と前
記知識ベースの検出結果とに基づいて、前記燃焼が最も
盛んなゾーンとその他のゾーンの間の一次燃焼空気量配
分比を制御するためのコントローラとを含む。

【００１２】また、前記コントローラは、各ゾーンの一
次燃焼空気量配分比を、それらの増減分の総和が０にな
るように制御する。

【００１３】本発明によればまた、炉内底部に設けられ
て燃焼すべきごみを載置して炉内をごみの入り口側から
出口側に移動させる複数のゾーンからなるストーカと、
前記複数のゾーン毎に前記ストーカの下側から空気量調
整用のダンパを介して一次燃焼空気を供給するためのダ
クトとを備えたごみ焼却炉において、あらかじめ定めら
れたアルゴリズムに基づいて当該ごみ焼却炉における発
生熱量を推定し、推定された発生熱量と発生熱量目標値
との間の熱量偏差に基づいて、ゾーン毎のストーカ速度
を調整して発生熱量を制御する発生熱量制御系を備えた
ことを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御方式が提供され
る。

【００１４】なお、前記発生熱量制御系は、各ゾーンの
ストーカ温度、ごみ層厚、燃焼位置、燃え切り点の各種
情報と発生熱量目標値とにより各ゾーンのストーカ速度
を設定するためのごみ層厚コントローラと、前記熱量偏
差と前記各種情報に基づいて、前記ごみ層厚コントロー
ラで設定された各ゾーンのストーカ速度を補正する補正
手段とを含む。

【００１５】また、前記補正手段は、前記各ゾーンのス
トーカ温度、ごみ層厚、燃焼位置、燃え切り点の各種情
報に基づいて燃焼が最も盛んなゾーンを検出するための
知識ベースと、前記熱量偏差と前記知識ベースの検出結
果とに基づいて、前記燃焼が最も盛んなゾーンとその他
のゾーンのストーカ速度の補正値を算出するためのコン
トローラと、前記ごみ層厚コントローラで設定された各
ゾーンのストーカ速度と前記コントローラで算出された
各ゾーンのストーカ速度の補正値とを加算してストーカ
に出力する加算手段とを含む。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用されるごみ
焼却炉の構成を示し、廃熱利用のボイラドラムを備えて
いない中規模のごみ焼却炉の場合を示している。

【００１７】図１において、焼却すべきごみ１１はホッ
パ１２に供給され、ホッパ１２の底部に設けられたフィ
ーダ１３の周期的なオン／オフ動作により、焼却炉の炉
内１４に供給される。炉内１４の底部には炉内１４に供
給されたごみ１１を載置し、炉内１４の出口１５、すな
わち焼却灰の出口に向かってごみを移動させるストーカ
１６が設けられている。ストーカ１６は、ここでは４つ
のゾーン１６−１〜１６−４に分割され、各ゾーン毎に
ストーカ１６の速度、すなわちごみの移送速度を操作で
きる構成になっている。

【００１８】また、ストーカ１６の下側には一次燃焼空
気１７を供給するためのダクト１８が設けられている。
このダクト１８はストーカ１６の各ゾーン１６−１〜１
６−４の下側にそれぞれ開口する４つの開口部１８−１
〜１８−４を備えている。４つの開口部１８−１〜１８
−４のダクト１８からの分岐部には、ストーカ１６の各
ゾーン１６−１〜１６−４への一次燃焼空気１７の供給
量を制御するためのダンパ１９−１〜１９−４が設けら
れている。また、各ダンパ１９−１〜１９−４とストー
カ１６の各ゾーン１６−１〜１６−４間の開口部１８−
１〜１８−４内にはそれぞれ圧力計２０−１〜２０−４
と流量計２１−１〜２１−４が設置されており、ストー
カ１６のゾーン１６−１〜１６−４毎の圧力、空気流量
を計測できるように構成されている。

【００１９】他方、炉内１４には圧力計２２が設けられ
ており、炉内圧力を測定する。炉内１４にはまた、二次
燃焼空気供給口２３が設けられ、炉内１４に二次燃焼空
気２４が送り込まれる。更に、炉内１４の出口１５付近
の内壁には炉内１４のごみの堆積状態や燃焼状態を撮像
するための炉内カメラ２５が設けられている。炉内１４
の天井部分には燃焼排ガス２６の排出ダクト２７が設け
られている。排出ダクト２７には酸素濃度計２８が設け
られている。そして、一次燃焼空気１７を供給するダク
ト１８内及び二次燃焼空気供給口２３内にはそれぞれ流
量計２９、３０が設置されている。

【００２０】ごみ焼却炉にはまた、温度測定装置が設け
られている。すなわち、ストーカ１６には各ゾーン毎に
それぞれ、ストーカの温度を測定するための温度測定装
置３１−１〜３１−４が設けられている。ここでは、各
ゾーンを代表する位置のストーカに直接熱電対が埋め込
まれて温度測定が行われる。

【００２１】上記のように、都市ごみを対象としたごみ
焼却炉では、ストーカを３〜５ゾーンに分割し、各ゾー
ンに対してそれぞれストーカの速度及びＯＮ／ＯＦＦ、
一次燃焼空気量配分比をダンパ等で操作することができ
るようにしている。一次・二次燃焼空気の総量を操作す
ることもできる。ホッパ１２から炉内１４へのごみの供
給は、フィーダ１３の動作周期操作及びＯＮ／ＯＦＦに
て行う。炉内１４におけるごみ層の形成に関しては、各
ゾーンのごみ層厚を制御することで実現している。この
ごみ層厚制御は、目標値を各ストーカ温度、現在の各ご
み層厚や画像処理などによる燃え切り点の情報に基づい
て知識ベース等から求め、制御偏差のフィードバックに
より、ごみの供給速度及びＯＮ／ＯＦＦ、ストーカ速度
及びＯＮ／ＯＦＦ、一次燃焼空気量配分比のダンパによ
る操作を行って実現している。

【００２２】詳細は、上記した特許第３０３０６１４
号、特願平９−１９０８８３号及び上記した特願平１０
−６５１０１号に詳しく開示されているので、詳しい説
明は省略する。

【００２３】以下に、本発明で利用される燃焼ごみ低位
発熱量推定方法及び燃焼ごみ可燃分発熱量推定方法のア
ルゴリズムについて説明する。これは、前記の文献１に
開示されている燃焼ごみ低位発熱量推定方法及び燃焼ご
み可燃分発熱量推定方法と原理は同じである。

【００２４】はじめに、下記のような前提条件のもとに
行われる燃焼ごみ低位発熱量推定方法のアルゴリズムに
ついて説明する。

【００２５】（１）ごみ焼却炉の各部に設けられる測定
器の測定値は数分〜６０分程度の平均値を利用する。但
し、可燃分発熱量については概略値を初期値としてあら
かじめ別途計算する。（２）ごみ焼却炉出口の燃焼排ガスのＯ₂濃度は、乾き
ベースの値である。（３）一次押込空気（一次燃焼空気）、二次押込空気
（二次燃焼空気）中の水分は無視する。（４）尿素水、水、ろ液汚水などを炉内に噴霧する場合
は、それらを考慮した計算が行われる。（５）補助燃料を使用する場合も、その成分、発熱量、
使用量など考慮した計算が行われる。

【００２６】本燃焼ごみ低位発熱量推定方法において
は、図２のフローチャートに示す手順に基づいて、理論
空気量Ｌｃ、可燃分燃焼速度Ｍ・Ｒｃ、ごみ処理速度
Ｍ、ごみ組成比−水分Ｒｗ、ごみ組成比−可燃分Ｒｃ、
一次燃焼空気比（Ｌ1 ／Ｌｃ・Ｍ・Ｒｃ）（但し、Ｌ1
は一次押込空気流量）、二次燃焼空気比（Ｌ2 ／Ｌｃ・
Ｍ・Ｒｃ）（但し、Ｌ2 は二次押込空気流量）、総空気
比（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）／（Ｌｃ・Ｍ・Ｒｃ）、ごみ低位発熱
量Ｈｕなどを計算する。なお、以降で用いられる計算式
で使用される記号は、下記の表１、表２に示す通りであ
る。表１、表２において備考欄に数字が示されているも
のは仮定値または理論値である。また、ごみ焼却炉出口
の排ガス、燃焼空気は成分に基づいて実測値のルックア
ップテーブルなどを利用して求める。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】１．ステップＳ１においては、可燃分の組
成を一定と仮定して下記の数１により理論空気量Ｌｃを
求める。

【００３０】

【数１】

【００３１】数１において、Ｃｃはごみ可燃分組成比−
炭素、ＣH はごみ可燃分組成比−水素、Ｃｏはごみ可燃
分組成比−酸素、Ｃｓはごみ可燃分組成比−硫黄をそれ
ぞれ表す。

【００３２】２．ステップＳ１では更に、計算された理
論空気量Ｌｃ、ごみ焼却炉出口の排ガス中のＯ₂濃度測
定値ＯｕｔＯ₂、あらかじめ知られている空気中のＯ₂
濃度Ａｉｒ＿Ｏ₂、燃焼空気量の測定値（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）
に加えて、Ｃ＿ＣＯ₂体積係数Ｖ＿Ｃ、ごみ可燃分組成
比−炭素Ｃｃ、Ｎ₂＿ＮＯ₂体積係数Ｖ＿Ｎ₂、ごみ可
燃分組成比−窒素ＣN を基に、下記の数２により可燃分
燃焼速度Ｍ・Ｒｃを計算し、燃焼したごみの可燃分量を
求める。

【００３３】

【数２】

【００３４】この数２では、燃焼空気量（Ｌ1 ＋Ｌ2
）、Ｏ₂濃度測定値ＯｕｔＯ₂などから酸素の消費量
が分かるので燃焼したごみの可燃分量が計算されている
ことを意味する。言い換えれば、可燃分燃焼速度Ｍ・Ｒ
ｃは、単位時間当たりに燃焼したごみの可燃分量を意味
する。

【００３５】３．ステップＳ２では燃焼したごみ中の水
分量を０、すなわちごみ組成比−水分Ｒｗを０と仮定し
て次のステップに移行する。

【００３６】４．ステップＳ３では、下記の数３〜数６
により排ガス中の各成分の量を計算する。

【００３７】

【数３】

【数４】

【数５】

【数６】

【００３８】数３では、Ｃ＿ＣＯ₂体積係数Ｖ＿Ｃ、可
燃分燃焼速度Ｍ・Ｒｃ、ごみ可燃分組成比−炭素Ｃｃに
基づいてＣＯ₂のガス量を計算する。数４では、Ｈ＿Ｈ
₂Ｏ体積係数Ｖ＿Ｈ、可燃分燃焼速度Ｍ・Ｒｃ、ごみ可
燃分組成比−水素ＣH 、Ｈ₂Ｏ＿Ｈ₂Ｏ体積係数Ｖ＿Ｈ
₂Ｏ、炉内噴霧水流量Ｗ、汚水ろ液噴霧量Ｗｒ、尿素噴
霧量ＮＨ₃、尿素キャリー水量ＷＮＨ₃、ごみ処理速度
Ｍ・Ｒｗに基づいて水蒸気量ＧＨ₂Ｏが計算される。数
５では、Ｎ₂＿ＮＯ₂体積係数Ｖ＿Ｎ₂、可燃分燃焼速
度Ｍ・Ｒｃ、ごみ可燃分組成比−窒素ＣN 、あらかじめ
知られている空気中のＮ₂濃度Ａｉｒ＿Ｎ₂及び燃焼空
気量（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）に基づいて、窒素ガス量ＧＮ₂が計
算される。更に、数６では、あらかじめ知られている空
気中のＯ ₂濃度Ａｉｒ＿Ｏ₂、燃焼空気量（Ｌ1 ＋Ｌ2
）、理論空気量Ｌｃ、可燃分燃焼速度Ｍ・Ｒｃに基づ
いて酸素量ＧＯ₂が計算される。

【００３９】５．ステップＳ４では、別途計算される初
期値の可燃分発熱量Ｈｃと燃焼したごみ中の可燃分量か
ら燃焼したごみの総発熱量が分かり、排ガスに含まれる
複数のガス成分などから排ガスのエンタルピを求め、下
記の数７でごみ焼却炉に入る熱量と出る熱量のバランス
計算から燃焼したごみ中の水分量を計算する。

【００４０】

【数７】

【００４１】すなわち、あらかじめ概算された可燃分発
熱量と燃焼したごみ中の可燃分量から燃焼したごみの総
発熱量を求め、ステップＳ３で計算された複数のガス成
分の量からごみ焼却炉出口の排ガスのエンタルピを計算
し、更にごみ焼却炉入口と出口の熱量のバランス計算を
行ったうえで燃焼したごみ中の水分量を計算する。

【００４２】なお、数７において、Ｍ・Ｒｃ・（ＳＨ＿
Ｒｃ・Ｔ＋Ｈｃ）は、ごみ可燃分の顕熱及び燃焼熱を表
し、Ｅａ（Ｔ１）・Ｌ１＋Ｅａ（Ｔ２）・Ｌ２は１次、
２次燃焼空気顕熱を表し、（１＋α）・Ｅｇ（Ｔｂ，Ｇ
ＣＯ₂，ＧＨ₂Ｏ，ＧＮ₂，ＧＯ₂）・｛ＧＣＯ₂＋Ｇ
Ｎ₂＋ＧＯ₂＋Ｖ＿Ｈ・Ｍ・Ｒｃ・Ｃ_H｝は水分を除い
た燃焼排ガスの顕熱及びそれによる炉体熱損失を表す。
また、Ｍ・Ｒｗ・Ｖ＿Ｈ₂Ｏ・（１＋α）・Ｅｇ（Ｔ
ｂ，ＧＣＯ₂，ＧＨ₂Ｏ，ＧＮ₂，ＧＯ₂）は、燃焼排
ガス中水分の顕熱及びそれによる炉体熱損失を表し、Ｍ
・Ｒｗ・（λ＿ＳＨ＿Ｗ・Ｔ）はごみ中水分の蒸発潜熱
及び顕熱を表す。

【００４３】６．ステップＳ５では、ごみ中の水分量が
あらかじめ定められた値εに収束するまでステップＳ
３、Ｓ４を繰り返し、ごみ中の水分量を求める。

【００４４】７．ステップＳ６では、灰分比を一定と仮
定して、ステップＳ１で計算された燃焼したごみの可燃
分量とステップＳ４で求められたごみ中の水分量とに基
づいてごみ処理速度Ｍを計算し、下記の数８により燃焼
したごみ量を求める。

【００４５】

【数８】

【００４６】８．ステップＳ６では更に、可燃分発熱量
Ｈｃ、水の蒸発潜熱λを用いて、下記の数９により燃焼
したごみの低位発熱量Ｈｕを求める。

【００４７】

【数９】

【００４８】９．ステップＳ７では表１、表２にある式
に従って他の計算値を計算する。

【００４９】次に、本発明で利用される可燃分発熱量推
定方法のアルゴリズムについて説明する。

【００５０】上で述べたごみ低位発熱量推定方法から得
られるごみ処理速度Ｍの現在からτ時間（５〜１０時
間）前までの間の第１の時間平均値と、ホッパ内にある
ごみ量が燃焼するために必要なδ時間（１〜２時間）前
から（τ＋δ）時間前までの間のクレーンによるごみ投
入重量の第２の時間平均値を比較する。ここで得られる
第１の時間平均値と第２の時間平均値との差は、ごみ低
位発熱量推定に用いた可燃分発熱量Ｈｃの誤差とホッパ
内のごみ推定量の誤差により生じたものと考えられる。
このうち定常的な偏差を生む可能性がある可燃分発熱量
Ｈｃの誤差を修正するために、下記の数１０で得られる
値を現在の可燃分発熱量Ｈｃに加える。勿論、数１０に
おける修正ゲイン、修正間隔については、ごみ低位発熱
量推定を含めた全体の推定系が安定となる範囲とする。

【００５１】

【数１０】

【００５２】図３は、上記のようにして得られたごみ発
生熱量に基づく燃焼制御方式の実施の形態を示し、一次
燃焼空気量配分比操作による発生熱量制御系を示してい
る。この発生熱量制御系は、燃焼が最も盛んな場所への
一次燃焼空気の配分比とその他の部分への配分比を、発生熱量の推定値をフィードバックして発生熱量目標
値との偏差に基づいて操作すること、それに合わせて燃焼がもっとも盛んな場所へのごみ供
給量の加減を行うことで、発生熱量を一定に制御する自
動焼制御方式である。

【００５３】以下に、本形態の作用について説明する。
一般的に、フィーダ１３により炉内１４に供給されたご
みは、既に炉内１４で燃焼しているごみの燃焼による輻
射や、乾燥を主目的としたストーカ１６のゾーン１６−
１のストーカ下部から供給される乾燥用燃焼空気によ
り、ストーカ動作による移動とともに徐々に乾燥され昇
温していく。燃焼を主目的とするストーカ１６のゾーン
１６−２に移送される頃に燃焼が始まり、そのゾーン１
６−２の終わりに到達するまで、ストーカ下部から燃焼
空気の供給を受け激しく燃焼する。後燃焼を主目的とし
たゾーン１６−３に移送される頃には、主として燃え残
った炭素成分がゆっくりと燃焼する後燃焼へと移行して
いく。この時もストーカ下部から燃焼空気の供給を受け
るが、燃焼を主目的とした部分よりもずっと少ない量の
供給となる。

【００５４】燃焼プロセスの結果発生する燃焼排ガス
は、ボイラ設備を持たない小・中規模のごみ焼却施設の
場合、通常、急冷塔、脱硫・脱硝設備、バグフィルタ等
の排ガス処理設備で処理される。

【００５５】上記燃焼プロセスにおいて計測される値か
ら、時間当たりごみ処理量、時間当たりごみ発生量及び
ごみ低位発熱量が常に安定して推定され、特にごみ処理
量の推定値は、クレーンによる重量計測結果から得られ
る値と滞留時間のずれを考慮すると非常に良く一致す
る。

【００５６】このようにして得られた時間当たりごみ発
生熱量を主たる制御量として利用し、大型ごみ処理施設
と同等の自動燃焼制御運転を行う。

【００５７】ところで、ごみの燃焼によって時間当たり
に発生する熱量をオンラインで推定する方法は、ごみの
成分が安定しないながらも一定の範囲内にあると考えら
れることや、ごみの燃焼が安定している場合は計測され
るプロセス値が燃焼プロセスの静的なバランス状態を表
現しているという考え方で、妥当と思われる一連の仮定
の上に、１．燃焼プロセスの瞬間的静的バランス状態を想定し
た、繰返し計算による発生熱量推定手順２．一定時間の発生熱量推定結果とごみ投入結果の比較
による、発生熱量推定の前提となる可燃分発熱量の修正
手順とを逐次実施することで実現される。

【００５８】これは前に引用した文献１の「ごみ焼却炉
の燃焼ごみ低位発熱量推定方法及び可燃分発熱量推定方
法」を、次の点で修正することとなる。つまり、文献１
の「ごみ焼却炉の燃焼ごみ低位発熱量推定方法及び可燃
分発熱量推定方法」では廃熱利用のボイラを備えること
を前提としているので、・ボイラ出口酸素濃度を燃焼排ガス酸素濃度に替え、・ボイラ出口ガス温度を炉出口燃焼排ガス温度に替え、・主蒸気に関するエンタルピー計算部分を削除し、・ボイラに関するエンタルピー計算部分を削除し、・発生熱量推定値を（ごみ低位発熱量×ごみ処理速度Ｈ
ｕ・Ｍ）として追加すれば良いことになる。これらの点
を考慮した説明が、上記の図２、表１、表２等を参照し
た説明である。

【００５９】なお、急冷塔などの排ガス処理プロセスを
考慮して計算することもでき、その場合は、・ボイラ出口ガス温度を急冷塔出口ガス温度に替え、・急冷塔噴霧水に関するエンタルピー計算を追加すれば
良い。

【００６０】本形態による燃焼制御方式では、プロセス
全体の安定化に関しては、前に述べたようにごみ層形
状、特にごみ層厚の制御により実現されているものとし
て、燃焼が最も盛んに起こっている部分への適切な一次
燃焼空気量配分比及びそれに伴うごみ移送操作にポイン
トを置いている。

【００６１】本形態による燃焼制御方式は、燃焼がもっ
とも盛んな部分の判断と、その部分への一次燃焼空気量
配分比、ごみ移送の増減を逐次繰り返すことで実現され
る。

【００６２】燃焼がもっとも盛んな部分は、各ストーカ
温度、現在のごみ層厚、燃焼位置、燃え切り点等の各種
情報に基づいて、燃焼ゾーン検出知識べースによりスト
ーカゾーンとして特定される（図３参照）。なお、スト
ーカ温度は温度計３１−１〜３１−４により測定され、
ごみ層厚、燃焼位置、燃え切り点の検出方法は、前に引
用した明細書に詳しく説明されているので、ここでは説
明は省略する。

【００６３】図４には燃焼ゾーン検出知識ベースによる
燃焼が最も盛んなゾーンの検出例を示している。一例を
説明すると、図４（ａ）では、ストーカ温度が、ゾーン
１６−１では適温、ゾーン１６−２ではやや高温、ゾー
ン１６−３ではやや低温、ゾーン１６−４では適温であ
り、ごみ層厚については、ゾーン１６−１〜１６−４の
いずれでも標準であり、燃焼位置がゾーン１６−２、燃
え切り点位置がゾーン１６−３である場合、燃焼が最も
盛んなゾーンはゾーン１６−２であると検出される。

【００６４】一方、一次燃焼空気量配分比操作は、図３
に示されるように、知識ベースを持つ発生熱量コントロ
ーラと、一次燃焼空気量配分比コントローラとにより実
現される。発生熱量コントローラは、前に述べたアルゴ
リズムで推定された発生熱量と目標値との偏差、燃焼ゾ
ーン検出知識ベースで特定された燃焼がもっとも盛んな
ゾーン、ストーカ温度、ごみ層厚、燃焼位置、燃え切り
点位置等の情報を受けて各ゾーンの燃焼空気流量比目標
値を出力する。一次燃焼空気量配分比コントローラは、
これらの各ゾーンの燃焼空気流量比目標値と実際の各ゾ
ーンの燃焼空気流量比との偏差を受けて、各ゾーンの一
次燃焼空気量配分比を制御する。すなわち、上記の燃焼
ゾーン検出知識ベースで特定された、燃焼がもっとも盛
んなストーカゾーンとその前後のストーカゾーンとの間
で、プロセス全体を安定化させる目的であらかじめ決定
された一次燃焼空気量配分比を、その増減幅について発
生熱量と目標値との偏差及びそれに関連する値（例え
ば、微分値、積分値）に基づいて、ごみ層厚制御、燃焼
位置・燃え切り点制御に影響を与えない範囲で発生熱量
コントローラにより決定した後、増減させる。勿論、実
際の各ゾーンの一次燃焼空気量配分比は、図１に示され
た各ダンパ１９−１〜１９−４の開度、圧力計２０−１
〜２０−４、流量計２１−１〜２１−４の検出値により
算出される。

【００６５】知識ベースとしては、例えばファジー推論
があげられる。

【００６６】図５は、一次燃焼空気量配分比操作による
発生熱量制御例を示す。例えば、発生熱量偏差が正で、
燃焼位置がゾーン１６−２にある場合は、燃焼を促進さ
せることを目的として、燃焼がもっとも盛んなゾーン１
６−２の一次燃焼空気量配分比を発生熱量偏差及びそれ
に関連する値に応じて増加させ、それより後段にあるゾ
ーン１６−３、１６−４の配分比をゾーン１６−２の配
分比を増加させた分だけ減少させる。すなわち、ゾーン
１６−２の配分比の増加は０．１、ゾーン１６−３、１
６−４の配分比の減少はそれぞれ、０．０３、０．０７
で、その和（０．０３＋０．０７）はゾーン１６−２の
配分比の増加分０．１に等しい。

【００６７】この時、ごみ移送操作については、一次燃
焼空気量配分比の操作が燃焼プロセス全体に与える影響
を少なくするため、発生熱量目標値やストーカ温度制御
等を考慮したごみ層厚制御及び燃焼位置・燃え切り点制
御により決定された各ゾーンのストーカ速度を、その増
減幅について発生熱量の偏差及びそれに関連する値（例
えば、微分値、積分値）に基づいて、ごみ層厚制御、燃
焼位置・燃え切り点制御に影響を与えない範囲で発生熱
量コントローラにおいて決定した後、増減させる。

【００６８】図６は、ストーカによるごみ移送速度補正
操作により発生熱量を制御するための制御系を示してい
る。図６において、ごみ移送速度補正操作は、図３で説
明したのと同じ燃焼ゾーン検出知識ベースと、発生熱量
目標値と各ゾーンのストーカ温度、各ゾーンのごみ層
厚、燃焼位置、燃え切り点等の各種情報により各ゾーン
のストーカ速度を設定する、知識ベースを内蔵したごみ
層厚コントローラと、知識ベースを持つ発生熱量コント
ローラとにより実現される。

【００６９】発生熱量コントローラは、前に述べたアル
ゴリズムで推定された発生熱量と発生熱量目標値との偏
差、燃焼ゾーン検出知識ベースで特定された燃焼がもっ
とも盛んなゾーンとに基づいて、ごみ層厚制御、燃焼位
置・燃え切り点制御に影響を与えない範囲で各ゾーンの
ストーカ速度設定補正値を決定して出力する。これらの
ストーカ速度設定補正値は、加算器によりごみ層厚コン
トローラからの各ゾーンのストーカ速度設定値に加算さ
れ、ストーカ１６に速度指令値として与えられる。

【００７０】図７は、ストーカによるごみ移送速度補正
操作による発生熱量制御例を示す。例えば、発生熱量偏
差が正で、燃焼のもっとも盛んなゾーンが１６−２であ
る場合、ゾーン１６−２のストーカ速度増分を他のスト
ーカゾーンの速度増分より大きく設定し、各ゾーンのス
トーカ速度を増加させる。なお、ストーカ操作について
は、これまでのＡＣＣにおいて行われている制御と同じ
であるので、詳しい説明は省略する。

【００７１】勿論、本発明は、図３の一次燃焼空気量配
分比操作による発生熱量制御系と、図６のストーカによ
るごみ移送速度補正操作による発生熱量制御系の両方を
備えていても良い。この場合、発生熱量コントローラは
前述した２種類の機能を持つ１つのコントローラで実現
でき、燃焼ゾーン検出知識ベースも１つのものを兼用す
ることができる。

【００７２】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、時間当たりに発生するごみ発生熱量をオンラインで
推定する方法を大型ごみ焼却施設向け自動燃焼制御と組
み合わせることで、ボイラ設備を持たない小・中規模の
ごみ焼却施設においても、運転時の発生熱量を一定に保
つことが可能となり、ごみ質の変動の影響を受けずに排
ガス処理系の負荷が安定し、低公害運転と省力化が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される水平ストーカ式ごみ焼却炉
とその計装系の構成を示す概略断面図である。

【図２】本発明において利用される燃焼ごみ低位発熱量
推定アルゴリズムを説明するためのフローチャート図で
ある。

【図３】本発明による、一次燃焼空気量配分比操作によ
る発生熱量制御系の構成を示した図である。

【図４】図３の発生熱量制御系に適用される燃焼ゾーン
検出知識べースによる燃焼が最も盛んなゾーンの検出例
を説明するための図である。

【図５】図３の発生熱量制御系に適用される一次燃焼空
気量配分比操作による発生熱量制御例を説明するための
図である。

【図６】本発明のごみ移送操作による発生熱量制御系を
示した図である。

【図７】図６の発生熱量制御系に適用されるごみ移送操
作による発生熱量制御例を説明するための図である。

【符号の説明】

１１ごみ１２ホッパ１３フィーダ１４炉内１５出口１６ストーカ１６−１〜１６−４ゾーン１７一次燃焼空気２０−１〜２０−４、２２圧力計２１−１〜２１−４、２９、３０流量計２３二次燃焼空気供給口２４二次燃焼空気２５炉内カメラ２６燃焼排ガス２７燃焼排ガス排出口２８酸素濃度計３１−１〜３１−４温度測定装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉内底部に設けられて燃焼すべきごみを
載置して炉内をごみの入り口側から出口側に移動させる
複数のゾーンからなるストーカと、前記複数のゾーン毎
に前記ストーカの下側から空気量調整用のダンパを介し
て一次燃焼空気を供給するためのダクトとを備えたごみ
焼却炉において、あらかじめ定められたアルゴリズムに基づいて当該ごみ
焼却炉における発生熱量を推定し、推定された発生熱量
と発生熱量目標値との間の熱量偏差に基づいて、ゾーン
毎の一次燃焼空気量配分比を調整して発生熱量を制御す
る発生熱量制御系を備えたことを特徴とするごみ焼却炉
の燃焼制御方式。
【請求項２】請求項１記載の燃焼制御方式において、前記発生熱量制御系は、各ゾーンのストーカ温度、ごみ層厚、燃焼位置、及び燃
え切り点の各種情報に基づいて燃焼が最も盛んなゾーン
を検出するための知識ベースと、前記熱量偏差と前記各種情報と前記知識ベースの検出結
果とに基づいて、前記燃焼が最も盛んなゾーンとその他
のゾーンの間の一次燃焼空気量配分比を制御するための
コントローラとを含むことを特徴とするごみ焼却炉の燃
焼制御方式。
【請求項３】請求項２記載の燃焼制御方式において、
前記コントローラは、各ゾーンの一次燃焼空気量配分比
を、それらの増減分の総和が０になるように制御するこ
とを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御方式。
【請求項４】炉内底部に設けられて燃焼すべきごみを
載置して炉内をごみの入り口側から出口側に移動させる
複数のゾーンからなるストーカと、前記複数のゾーン毎
に前記ストーカの下側から空気量調整用のダンパを介し
て一次燃焼空気を供給するためのダクトとを備えたごみ
焼却炉において、あらかじめ定められたアルゴリズムに基づいて当該ごみ
焼却炉における発生熱量を推定し、推定された発生熱量
と発生熱量目標値との間の熱量偏差に基づいて、ゾーン
毎のストーカ速度を調整して発生熱量を制御する発生熱
量制御系を備えたことを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制
御方式。
【請求項５】請求項４記載の燃焼制御方式において、前記発生熱量制御系は、各ゾーンのストーカ温度、ごみ層厚、燃焼位置、燃え切
り点の各種情報と発生熱量目標値とにより各ゾーンのス
トーカ速度を設定するためのごみ層厚コントローラと、前記熱量偏差と前記各種情報に基づいて、前記ごみ層厚
コントローラで設定された各ゾーンのストーカ速度を補
正する補正手段とを含むことを特徴とするごみ焼却炉の
燃焼制御方式。
【請求項６】請求項５記載の燃焼制御方式において、前記補正手段は、前記各ゾーンのストーカ温度、ごみ層厚、燃焼位置、燃
え切り点の各種情報に基づいて燃焼が最も盛んなゾーン
を検出するための知識ベースと、前記熱量偏差と前記知識ベースの検出結果とに基づい
て、前記燃焼が最も盛んなゾーンとその他のゾーンのス
トーカ速度の補正値を算出するためのコントローラと、前記ごみ層厚コントローラで設定された各ゾーンのスト
ーカ速度と前記コントローラで算出された各ゾーンのス
トーカ速度の補正値とを加算してストーカに出力する加
算手段とを含むことを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御
方式。