JP2003114606A - 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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JP2003114606A
JP2003114606A JP2001308649A JP2001308649A JP2003114606A JP 2003114606 A JP2003114606 A JP 2003114606A JP 2001308649 A JP2001308649 A JP 2001308649A JP 2001308649 A JP2001308649 A JP 2001308649A JP 2003114606 A JP2003114606 A JP 2003114606A
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incinerator
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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】操作に習熟していない者であっても視覚的に炉
内の燃焼状態を把握しながら、容易に運転操作の訓練を
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】[1]炉内の各状態量及び各操作端の操作
量に基づき燃焼モデルの演算を行う燃焼モデル演算手段
と、該燃焼モデル演算手段による演算結果に基づき炉内
燃焼状態の擬似表示を行う燃焼状態擬似表示手段とを有
し、各操作端の操作量の変更を前記炉内燃焼状態擬似表
示手段により表示された炉内燃焼状態擬似表示画面上か
ら行う。 [2]上記[1]において、各操作端の操作量の変更
を、炉内燃焼状態擬似表示画面上の各操作端毎に表示さ
れる上昇/下降ボタンにより行う。 [3]上記[1]又は[2]において、炉内の各状態量
が、炉内燃焼状態擬似表示画面上の所定位置に表示可能
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、ごみ焼却炉の運転
訓練装置に関する。
【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ことから、運転
員が直接操作を行う機会が少なくなっている。このよう
な状況から、異常燃焼状態時の対処能力の向上、初心者
の早期養成が重要な課題となっており、ごみ焼却炉の運
転訓練装置が種々提案されている。
【0004】一般的なごみ焼却炉の運転訓練装置では、
運転員は実際のごみ焼却炉における分散制御装置(以
下、「DCS」と記す。)と同様の機能を有するDCS
(以下、「擬似DCS」と記す。)と燃焼モデル演算機能
とを備えた計算機と、炉内の燃焼状態を燃焼画像または
運転指標の形式で擬似的に表示する機能を備えた計算機
(以下、「燃焼状態擬似表示用計算機」と記す。)とを併
用しながら訓練を行う。手順としては、最初に訓練のシ
ナリオを決定する。具体的には、訓練速度や時間、故障
イベント、投入ごみ質などの所定の項目を決定する。訓
練開始後運転員は、擬似DCSの画面に表示されるプラ
ントフロー画面、トレンド、アラーム等から各種状態量
を、また燃焼状態擬似表示用計算機に表示される燃焼画
像または運転指標を参照して各種操作端の操作量をそれ
ぞれ決定し、擬似DCSの操作盤から入力する。入力さ
れた各種状態量及び各種操作端の操作量は燃焼モデル演
算機能により計算され、その結果に基づき燃焼状態擬似
表示用計算機では炉内燃焼状態が擬似的に表示される。
運転訓練終了後は訓練の評価結果が出力される。
【0005】なお、燃焼状態擬似表示用計算機におい
て、燃焼画像の表示機能は実炉の操業でもモニタされる
炉内燃焼画像を燃焼状態の判断材料としているため、臨
場感にあふれた運転訓練だけでなく、運転員の効果的な
技術向上を可能にしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の擬似D
CSによる運転訓練は、実際のごみ焼却炉におけるDC
Sの機能の習得および使い方の習得には有効であるが、
その反面、DCSの多種にわたる機能のため炉内燃焼挙
動、各種操作端の操作量と燃焼の関係習得等を目的とす
る者にとっては効果的でない場合がある。また、運転訓
練を行う運転員は擬似DCSと燃焼モデル演算機能とを
備えた計算機と、燃焼状態擬似表示用計算機とを併用し
ながら訓練を行うが、操作に習熟していない者にとって
は操作が煩雑になり得る。
【0007】本発明はこれらの問題点を解決するために
なされたもので、操作に習熟していない者であっても視
覚的に炉内の燃焼状態を把握しながら、容易に運転操作
の訓練を実施できるごみ焼却炉の運転訓練装置を提供す
ることを目的とする。
【0008】
【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。 [1]炉内の各状態量及び各操作端の操作量に基づき燃
焼モデルの演算を行う燃焼モデル演算手段と、該燃焼モ
デル演算手段による演算結果に基づき炉内燃焼状態の擬
似表示を行う燃焼状態擬似表示手段とを有し、各操作端
の操作量の変更を前記炉内燃焼状態擬似表示手段により
表示された炉内燃焼状態擬似表示画面上から行うことを
特徴とするごみ焼却炉の運転訓練装置。 [2]上記[1]において、各操作端の操作量の変更
を、炉内燃焼状態擬似表示画面上の各操作端毎に表示さ
れる上昇/下降ボタンにより行うことを特徴とするごみ
焼却炉の運転訓練装置。 [3]上記[1]又は[2]において、炉内の各状態量
が、炉内燃焼状態擬似表示画面上の所定位置に表示可能
であることを特徴とするごみ焼却炉の運転訓練装置。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は、本発明に係るごみ焼却炉
の運転訓練装置の一実施形態を示すブロック図である。
図1に示すように、本発明に係るごみ焼却炉の運転訓練
装置1は炉内の各状態量及び各操作端の操作量に基づき
燃焼モデルの演算を行う燃焼モデル演算手段2と、該燃
焼モデル演算手段2による演算結果に基づき炉内燃焼状
態の擬似表示を行う燃焼状態擬似表示手段3とを有して
いる。さらに、炉内の各状態量及び各操作端の操作量の
変更を前記炉内燃焼状態擬似表示手段3により表示され
た炉内燃焼状態擬似表示画面上から行うことを可能とし
たものである。
【0010】炉内の各状態量及び各操作端の操作量の変
更を炉内の燃焼状態を擬似的に表示する炉内燃焼状態擬
似表示画面上から行い、その変更に伴う炉内燃焼状態の
変化を燃焼モデル演算手段2で直ちに演算し、その演算
結果に基づき燃焼状態擬似表示手段3が炉内燃焼状態擬
似表示画面の表示を変更する。これにより、運転訓練装
置1の運転員は、視覚的に炉内の燃焼状態を把握しなが
ら操作できるので、操作に習熟していない者であっても
容易に運転操作の訓練を実施できる。また、視覚的に炉
内の燃焼状態を把握しながら操作できるので工場見学客
等に対するデモンストレーション用としても有効な装置
である。
【0011】運転訓練装置1による訓練は、まず訓練開
始前に運転条件の設定を行う。運転訓練中の訓練速度
は、訓練速度設定手段によって与えられる。訓練速度設
定手段により設定された訓練速度の信号に従い、炉内の
燃焼制御を行う自動燃焼制御装置と燃焼モデル演算手段
2は演算されることとなる。運転訓練中は、燃焼モデル
演算手段2において、運転訓練開始前に設定された運転
条件、各操作端に対する運転員の手動による操作量の変
更或いは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演算
する。各操作端については、運転操作切り換え手段によ
って自動燃焼制御装置または手動による入力が選択でき
る。
【0012】燃焼モデル演算手段2において演算された
炉内各状態量のパラメータは炉内燃焼状態擬似表示手段
3に送られる。炉内燃焼状態擬似表示手段3では、燃焼
モデル演算手段2から送られてくる炉内各状態量のパラ
メータを入力として炉内燃焼状態を判断し、その結果を
基に炉内燃焼を擬似的に炉内燃焼状態擬似表示画面上に
表示する。
【0013】運転訓練終了時には、運転結果評価手段に
よってあらかじめ設定した運転条件に対する操作の評価
結果を運転員に与える。なお、燃焼モデル演算手段2に
よる演算結果や自動燃焼制御装置の出力等のデータを一
定時間ごとに保存しておくことにより、訓練終了後に希
望の時点から再度訓練を開始できる機能、いわゆるバッ
クトラック機能を持たせることもできる。
【0014】以下、運転訓練装置1における燃焼モデル
演算手段2と炉内燃焼状態擬似表示手段3についてさら
に詳しく説明する。
【0015】[燃焼モデル演算手段2]運転訓練装置1
の燃焼モデルの一例として、炉内をブロックに分割し、
各ブロック内の物質収支、熱収支よりごみと排ガスの燃
焼挙動を演算する方法について説明する。
【0016】図2は、燃焼モデル演算手段2の構成の一
例を示すブロック図である。ここでは、ごみ焼却炉の操
作端である給塵速度、燃焼火格子速度、燃焼空気量、燃
焼空気温度、火格子下燃焼空気量の配分および冷却空気
量を操作量として変更する。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。
【0017】次に、ごみ層内での反応および煙道での反
応は、次の式で表される。この式は、分割されたブロッ
クの火格子上のごみや煙道について、物質収支と熱収支
を基に構成されている。まず、燃焼反応については、次
の式で表される。
【0018】 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。
【0019】ごみの物質収支と熱収支式については、ご
みの物質収支、熱収支は以下の式で表す。
【0020】 dWi j/dt=Ui-1Wi-1 j− UiWi j+Ri j (6) d(Σj jWi ji )/dt =Ui-1Σj jWi-1 ji-1−UiΣj jWi ji+Qri+Qgi+Qfi+Σj Qji j (7) 煙道部分の排ガスの物質収支と熱収支の式については、
以下の式で示す。
【0021】 d(Vji j )/dt=Σm mm j−Fii j+Viδi j (8) d(TgiΣjCgjρgji i j)/dt =Σm mTgmj Cgjρgjm j )− FiTgij Cgjρgji j) +(103/22.4)×ViΣj Qjδi j−Qgi (9) 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。
【0022】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) この燃焼モデルでは、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。なお、物質収支と熱収支の式は、微分
方程式となっているが通常の数値解法で容易に計算でき
る。
【0023】図1の燃焼モデル演算手段2では、前記燃
焼モデルによって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
を模擬し、その演算結果を各状態量のパラメータとして
炉内燃焼状態擬似表示手段3に送られる。
【0024】[炉内燃焼状態擬似表示手段3]炉内燃焼
状態擬似表示手段3では、燃焼モデル演算手段2から送
られてくる各状態量のパラメータを入力として炉内燃焼
状態を判断し、その結果を基に炉内燃焼を擬似的に炉内
燃焼状態擬似表示画面上に表示する。
【0025】図3に、炉内燃焼状態擬似表示手段3によ
り表示された炉内燃焼状態擬似表示画面の一例を示す。
炉内燃焼状態擬似表示画面には、図3に示すように、固
定のごみ焼却炉体断面図において、ごみが搬送されなが
ら、燃焼する様子を表現する。図中において、燃焼状態
を示す各要素は以下のルールにより表現することができ
る。
【0026】炎:炎自体は雲状のパーティクルに色をつ
けながらあらかじめ定められた軌道の周りを回転・上昇
することで表現する。炉内では、各燃焼領域に応じて火
格子4上を起点としてガス混合部5〜ボイラ部6あたり
を終点とした幾つかの軌道を、例えば図中点線r1〜r
4に示すように定めておき、この軌道の周りを回転・上
昇させる。各燃焼領域における炎は、その色、長さ、回
転・上昇速度を燃焼モデル演算手段2で演算された炉内
温度、ボイラ蒸発量、ガス流量等のパラメータより算出
し、実際の燃焼の様子に合うように調整される。
【0027】ごみの厚さ:火格子4上の各燃焼領域にお
いて、推定または計測されるごみ厚により、画面上の該
当領域におけるごみの厚みを上下させることで表現す
る。
【0028】火格子の往復運動:設定された火格子速度
にあわせて、往復運動を表示する。
【0029】このようにして表示した炉内燃焼状態擬似
表示画面において、各操作端の操作量の変更は、前記炉
内燃焼状態擬似表示手段により表示された炉内燃焼状態
擬似表示画面上から行われる。
【0030】ここで、各操作端の操作量の変更は、炉内
燃焼状態擬似表示画面上の各操作端毎に表示される上昇
/下降ボタンにより行うことが好ましい。図4は、炉内
燃焼状態擬似表示画面上から各操作端の操作量の変更を
行う場合の一例を示した図であり、各操作端の操作量の
変更を炉内燃焼状態擬似表示画面上の各操作端毎に表示
される上昇/下降ボタンにより行う場合を示したもので
ある。各操作端の操作量の変更は、例えば各操作端の該
当箇所をマウスで通過すると、計測内容が記号、例えば
温度であれば「T」、圧力であれば「P」、流量であれば
「F」等にて表示され、これを表示した状態でマウスをク
リックすると該当する操作端の操作量の上昇/下降ボタ
ン(操作画面)が現れ、それにより操作量を変更できる
ようにしても良い。図4は、燃焼空気ブロワ7により燃
焼空気量を操作する場合の操作画面を表したものであ
る。なお、図示しないが、他の操作量である給塵速度、
燃焼火格子速度、燃焼空気温度、火格子下燃焼空気量の
配分、冷却空気量および噴霧水流量等についても同様
に、それぞれ給塵装置10、火格子駆動装置11、燃焼
空気ヒータ8、火格子下空気ダンパa1〜a4、冷却空
気ブロワ9、噴霧水ポンプ12等の設定値を操作するこ
とができる。
【0031】また、炉内の各状態量が、炉内燃焼状態擬
似表示画面上の所定位置に表示可能とすることも好まし
い。図5は、炉内の各状態量を炉内燃焼状態擬似表示画
面上の所定位置に表示した場合の一例を示した図であ
り、蒸気ドラム13からのボイラ蒸発量を表示させた場
合を表したものである。各状態量の表示は、例えば、表
示させたい状態量の該当地点をマウスで通過すると、計
測内容が記号、例えば温度であれば「T」、圧力であれば
「P」、流量であれば「F」等にて表示され、表示した状態
でマウスをクリックすると該当する状態量の計測値が表
示されるようにしても良い。これにより、炉内燃焼状態
擬似表示画面上で詳細な計測値のデータの確認が可能と
なる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、操
作に習熟していない者であっても視覚的に炉内の燃焼状
態を把握しながら、容易に運転操作の訓練を実施できる
ごみ焼却炉の運転訓練装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るごみ焼却炉の運転訓練装置の一実
施形態を示すブロック図である。
【図2】燃焼モデル演算手段の構成の一例を示すブロッ
ク図である。
【図3】炉内燃焼状態擬似表示手段3により表示された
炉内燃焼状態擬似表示画面の一例を示す図である。
【図4】炉内燃焼状態擬似表示画面上から各操作端の操
作量の変更を行う場合の一例を示した図である。
【図5】炉内の各状態量を炉内燃焼状態擬似表示画面上
の所定位置に表示した場合の一例を示した図である。
【符号の説明】
1 ごみ焼却炉の運転訓練装置 2 燃焼モデル演算手段 3 炉内燃焼状態擬似表示手段 4 火格子 5 ガス混合部 6 ボイラ部 7 燃焼空気ブロワ 8 燃焼空気ヒータ 9 冷却空気ブロワ 10 給塵装置 11 火格子駆動装置 12 噴霧水ポンプ a1,a2,a3,a4 火格子下空気ダンパ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炉内の各状態量及び各操作端の操作量に基
    づき燃焼モデルの演算を行う燃焼モデル演算手段と、該
    燃焼モデル演算手段による演算結果に基づき炉内燃焼状
    態の擬似表示を行う燃焼状態擬似表示手段とを有し、各
    操作端の操作量の変更を前記炉内燃焼状態擬似表示手段
    により表示された炉内燃焼状態擬似表示画面上から行う
    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】各操作端の操作量の変更を、炉内燃焼状態
    擬似表示画面上の各操作端毎に表示される上昇/下降ボ
    タンにより行うことを特徴とする請求項1に記載のごみ
    焼却炉の運転訓練装置。
  3. 【請求項3】炉内の各状態量が、炉内燃焼状態擬似表示
    画面上の所定位置に表示可能であることを特徴とする請
    求項1又は請求項2に記載のごみ焼却炉の運転訓練装
    置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011013627A (ja) * 2009-07-06 2011-01-20 Sumitomo Metal Ind Ltd 連続鋳造の鋳造作業訓練シミュレータ装置
CN104332090A (zh) * 2014-11-17 2015-02-04 中国矿业大学 大尺寸可燃物倾斜燃烧特性实验装置

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