JP2005337556A - Waste material combustion installation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、廃棄物の燃焼設備に関するものである。 The present invention relates to a waste combustion facility.
ごみ焼却設備の燃焼制御により安定した燃焼を行い、ダイオキシン、一酸化炭素、NOx、SOxなどの有害物質の発生を抑えることが望まれているが、投入される燃焼物であるごみの性状(水分、燃えやすさ)が一定でないこと、焼却炉内への投入量を一定にできないこと[形、大きさ、密度が不揃いであり、またどうしても炉内への大量供給(どか落ち)が発生してしまう]、焼却炉内での燃焼物の分布も含め燃焼状態が複雑であることなどの様々な要因により、安定した燃焼制御を行うことは容易でない。 Although it is desired to perform stable combustion by controlling the combustion of the waste incineration equipment and suppress the generation of harmful substances such as dioxin, carbon monoxide, NOx, SOx, etc., the properties of the waste (the moisture content) Flammability) is not constant, and the amount charged into the incinerator cannot be constant [the shape, size and density are not uniform, and there is inevitably a large amount of supply to the furnace It is not easy to perform stable combustion control due to various factors such as a complicated combustion state including the distribution of combustion products in the incinerator.
ところで、本発明者等は、焼却炉内での一酸化炭素の発生を抑えるために、例えば流動床式ごみ焼却炉に投入するごみを搬送するスクリュウコンベヤにおいて、搬送するごみの表面に接触して鉛直面内で揺動自在に設けられたごみ検出板と、このごみ検出板の基準姿勢に対する傾斜角度を検出する角度検出器とを備え、検出した傾斜角度が所定角度を上回った回数と、検出角度の変化率と、検出角度の移動平均とを求め、そしてファジイ演算により、これら移動平均と上回り回数とに基づきごみ供給量および二次空気基準量を求めるとともに、移動平均と変化率とに基づき二次空気補正量を求めて、燃焼制御を行うようにしたごみ焼却設備を提案している(特許文献1参照)。 By the way, in order to suppress the generation of carbon monoxide in the incinerator, the present inventors are in contact with the surface of the waste to be transported, for example, in a screw conveyor for transporting the waste to be put into the fluidized bed waste incinerator. A dust detection plate provided swingably in a vertical plane, and an angle detector that detects an inclination angle with respect to a reference posture of the dust detection plate, and the number of times the detected inclination angle exceeds a predetermined angle and detection Calculate the rate of change in angle and the moving average of the detected angle, and use fuzzy calculation to determine the amount of waste supply and secondary air reference based on the moving average and the number of overshoots, and based on the moving average and rate of change. A waste incineration facility is proposed in which a secondary air correction amount is obtained and combustion control is performed (see Patent Document 1).
これはごみ検出板の開度と一酸化炭素発生のピークとの関係から、ごみ検出板の開度を一酸化炭素発生のセンサとして用いたものである。
この特許文献1では、基準姿勢は水平から30度下がった姿勢で、また上回り回数は、一例として水平から21度下がった姿勢の範囲(基準〜水平間を100%とした時の検出板が30%以上傾く範囲)内に位置した回数であり、毎秒計測にて、上記範囲内にごみ検出板が位置した1時間当たりの回数が5回以上であるときに、上回り回数を大とするファジィルールが導入されている。そして、この上回り回数が大のときに、二次空気基準量をやや多く、または多く設定するようにされている。
This is based on the relationship between the opening of the dust detection plate and the peak of carbon monoxide generation, and the opening of the dust detection plate is used as a sensor for carbon monoxide generation.
In this
上記構成における実験結果を図9のグラフにて示す。図9中、D(実線)は酸素濃度を示し、E(太破線)は一酸化炭素濃度を示し、F(破線)はフラッパ開度を示している。なお、酸素は流動床上のフリーボードにおける二次空気吹き込み前の一次空気の未利用分濃度を、一酸化炭素はバグフィルタの後段における濃度を、フラッパ開度は流動床にごみを供給する直前での開度を、それぞれ検出している。 The experimental result in the said structure is shown with the graph of FIG. In FIG. 9, D (solid line) indicates the oxygen concentration, E (thick broken line) indicates the carbon monoxide concentration, and F (broken line) indicates the flapper opening. Note that oxygen is the concentration of unused primary air before secondary air is blown into the freeboard on the fluidized bed, carbon monoxide is the concentration at the latter stage of the bag filter, and the flapper opening is just before supplying garbage to the fluidized bed. The degree of opening of each is detected.
また、特許文献2においては、焼却炉内に投入されたごみの燃焼状態をテレビカメラで撮影するとともに、この撮影画像における燃焼領域をフラクタル次元化して、その値が大きいか否かに基づき、燃焼状態の良否を判断するようにしたものである。
Moreover, in
すなわち、焼却炉におけるストーカ(火格子)上のごみの撮影画像を、n×n個(=画素数)の正方形の画素に分割するとともに、これらの画素を所定の個数(n′×n′)ずつ集めて得られる新画素(例えば、1×1,2×2,3×3など)N毎に、燃焼を示す黒い画素が1つでも含まれている場合には当該新画素N全体を燃焼している黒い画素としてその総個数Nを求めるようにしたものである。例えば、n′=1の画素レベル(1×1)、n′=2の画素レベル(2×2)、n′=4の画素レベル(4×4)における個数N(n=1ではN1、n=2ではN2、n=4ではN3)の3段階に分けて求め、これらN1乃至N3を利用してフラクタル次元を求めるようにしている(段落番号0018〜0021参照)。
上記の構成によると、それまでの技術に大きく見られた一酸化炭素のピークの数を減少させるなどの効果を発揮しているが、まだ一酸化炭素のピークが存在していることからすると、十分とはいえない。 According to the above configuration, the effect of reducing the number of carbon monoxide peaks that has been widely seen in the technology so far has been demonstrated, but from the fact that carbon monoxide peaks still exist, Not enough.
また、図9に示すように、酸素濃度が所定のレベルより低くなった場合に、それぞれほぼ同じ時間遅れで一酸化炭素のピークが発生していることから、酸素濃度を一酸化炭素のピーク発生の指標として、一次および二次空気の供給量制御の改善を試みたが十分な改善は見られなかった。これは、濃度計測位置までのガス流の到達する時間差および計測器の応答速度を考慮すると、おそらく上記所定のレベルより酸素濃度が低くなったときとあまり時間を空けずに一酸化炭素濃度が上昇し、制御に遅れが生じていたものと考えられ、このことは、酸素濃度と一酸化炭素濃度とが関連していることを示している。 In addition, as shown in FIG. 9, when the oxygen concentration is lower than a predetermined level, the carbon monoxide peaks are generated with almost the same time delay, so the oxygen concentration is reduced to the carbon monoxide peak generation. As an indicator of this, an attempt was made to improve the supply control of primary and secondary air, but no sufficient improvement was observed. Considering the time difference between the gas flow to the concentration measurement position and the response speed of the measuring instrument, the carbon monoxide concentration will probably increase without much time from when the oxygen concentration is lower than the predetermined level. However, it is considered that there was a delay in the control, which indicates that the oxygen concentration and the carbon monoxide concentration are related.
また、酸素は投入されたごみの熱分解により発生したガスの一部を燃焼させるのに用いられるため、投入されたごみの性状と量に応じて酸素濃度が変化していると思われるが、上述したとおり、常に、均質なごみを定量供給できるわけではないため、必ずしも、フラッパ開度がごみの投入量を正確に示しておらず、時には、炉内にごみがどか落ちすることもある。また、フラッパではごみの性状を検出することもできないため、投入したごみがどの程度の酸素を必要とするのかが分からないため、投入ごみの量および質に応じて柔軟に燃焼制御が行われることが望まれる。 In addition, oxygen is used to burn a part of the gas generated by the thermal decomposition of the input waste, so the oxygen concentration seems to change depending on the nature and amount of the input waste. As described above, since it is not always possible to quantitatively supply homogeneous waste, the flapper opening does not necessarily indicate the amount of waste input accurately, and sometimes the waste falls down into the furnace. Also, since the flapper cannot detect the nature of the waste, it does not know how much oxygen the waste requires, so the combustion control can be performed flexibly according to the amount and quality of the waste. Is desired.
さらに、上述した特許文献2に開示された燃焼状態監視装置の構成によると、特許文献1の有する「どか落ち」の問題を改善できると思われるが、下記のような問題がある。
すなわち、投入されるごみにプラスチックなどの高カロリー成分が多く含まれている場合においては、炉内温度が高温度(高温燃焼)になり、空気(酸素)不足による一酸化炭素の発生が生じやすく、また高温燃焼になってしまった場合には、炉壁へのクリンカ付着の原因にもなり、メンテナンス時にその除去作業が発生したり、さらにはボイラの減肉、ストーカ炉であれば火格子の焼損の原因にもなるなど、設備の寿命にも悪影響を及ぼすという問題がある。
Further, according to the configuration of the combustion state monitoring device disclosed in
In other words, when the waste to be charged contains a lot of high-calorie components such as plastic, the furnace temperature becomes high (high-temperature combustion), and carbon monoxide is easily generated due to air (oxygen) shortage. In addition, if it becomes high-temperature combustion, it may cause clinker adhesion to the furnace wall, and the removal work may occur at the time of maintenance. There is also a problem that the life of the equipment is adversely affected, such as causing burnout.
そこで、本発明は、炉内に投入されたごみの燃焼状態を適切に判断して燃焼制御を行い得る廃棄物の燃焼設備を提供することを目的とし、特に高温燃焼に対して適切な燃焼制御を行い得る燃焼設備を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has an object to provide a waste combustion facility capable of appropriately controlling the combustion state of waste introduced into the furnace and performing combustion control, and particularly suitable for high temperature combustion. It aims at providing the combustion equipment which can perform.
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係る廃棄物の燃焼設備は、廃棄物を燃焼させる燃焼炉と、この燃焼炉に廃棄物を供給する廃棄物供給手段と、上記燃焼炉内に燃焼用酸素を供給する酸素供給手段と、上記燃焼炉内における廃棄物を撮影する撮影手段と、この撮影手段にて得られた撮影画像に所定の処理を施して燃焼状態を検出するとともにこの検出された燃焼状態に基づき上記酸素供給手段および廃棄物供給手段を制御する燃焼制御手段とを具備した燃焼設備であって、
上記燃焼制御手段を、
撮影手段にて撮影された撮影画像を入力して燃焼領域の輪郭図形を抽出する画像処理部と、この画像処理部にて得られた輪郭図形のフラクタル次元を求めるフラクタル次元演算部と、このフラクタル次元演算部で求められたフラクタル次元に基づき酸素供給量および廃棄物供給量を制御する制御パラメータを決定するパラメータ決定部とから構成し、
且つ上記制御パラメータを決定する際に、
フラクタル次元演算部で求められたフラクタル次元が、正常な燃焼状態の範囲を示す2つの大小の閾値のうち、小さい方の閾値より小さい場合には、正常な燃焼状態のときよりも酸素供給量および廃棄物投入量を減少させるようになし、フラクタル次元が大きい方の閾値より大きい場合には、正常な燃焼状態のときよりも酸素供給量を増加させるとともに廃棄物供給量を減少させるようにしたものである。
In order to solve the above problems, a waste combustion facility according to
The combustion control means is
An image processing unit that inputs a captured image captured by the imaging unit and extracts a contour graphic of the combustion region, a fractal dimension calculation unit that calculates a fractal dimension of the contour graphic obtained by the image processing unit, and the fractal A parameter determining unit that determines control parameters for controlling the oxygen supply amount and the waste supply amount based on the fractal dimension obtained by the dimension calculation unit,
And when determining the control parameters,
When the fractal dimension obtained by the fractal dimension calculation unit is smaller than the smaller threshold of the two large and small thresholds indicating the normal combustion state range, the oxygen supply amount and When the amount of waste input is decreased and the fractal dimension is larger than the larger threshold, the oxygen supply amount is increased and the waste supply amount is decreased compared to the normal combustion state. It is.
また、請求項2に係る廃棄物の燃焼設備は、請求項1に記載の燃焼設備の燃焼炉を流動床式としたものである。
The waste combustion facility according to
上記の構成によると、廃棄物の燃焼領域を示す輪郭図形におけるフラクタル次元を求めるとともに、正常な燃焼状態の範囲を示す2つの大小の閾値を設けて、燃焼状態を3段階で検出するようにしたので、従来、検出されていなかった高温燃焼域についても検出することができ、したがって設備の長寿命化を図ることができ、特に、燃焼炉が、燃焼状態が激しく変動するような流動床式のものである場合には、最適である。 According to the above configuration, the fractal dimension in the contour figure indicating the waste combustion region is obtained, and two large and small threshold values indicating the normal combustion state range are provided, and the combustion state is detected in three stages. Therefore, it is possible to detect a high-temperature combustion region that has not been detected in the past, and thus it is possible to extend the life of the equipment. If it is, it is optimal.
[実施の形態]
以下、本発明の実施の形態に係る廃棄物の燃焼設備を、図面に基づき説明する。
本実施の形態に係る廃棄物(以下、ごみと称する)の燃焼設備(焼却設備ともいう)は流動床式のもので、図1に示すように、流動床式燃焼炉1と、この燃焼炉1に設けられたごみ投入口2に、ごみを供給するごみ供給装置(廃棄物供給手段の一例で、給塵装置ともいう)3と、燃焼炉1の下部流動層G内に一次空気(燃焼空気)を供給する一次空気供給装置(酸素供給手段の一例)4と、燃焼炉1の燃焼空間部(フリーボードともいう)1a内に二次空気(燃焼空気)を供給する二次空気供給装置(酸素供給手段の一例)5と、燃焼炉1内のごみの燃焼状態を撮影するカメラ装置(撮影手段の一例で、例えばCCDカメラが用いられる)6と、上記ごみ供給装置3からのごみ供給量およびカメラ装置6にて撮影された撮影画像を入力して、少なくとも、ごみ供給量(廃棄物供給量)および二次空気供給量を制御するための運転制御装置(燃焼制御手段)7とが具備されている。なお、図1中、8は燃焼炉1からの排ガスを導き所定の処理を行うための排ガス処理部に設けられたバグフィルタである。
[Embodiment]
Hereinafter, a waste combustion facility according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
A combustion facility (also referred to as an incineration facility) for waste (hereinafter also referred to as garbage) according to the present embodiment is a fluidized bed type, and as shown in FIG. 1 is a waste supply device (which is also an example of a waste supply unit, also referred to as a dust supply device) 3 and primary air (combustion) in the lower fluidized bed G of the
上記ごみ供給装置3としては、ごみ搬送用スクリュウが2個併設された2軸スクリュウ式フィーダが用いられている。すなわち、このごみ供給装置3は、図2および図3に示すように、2個の円筒が互いにその一部同士が重なるように並行に配置されて断面形状が繭形状にされたごみ搬送用空間室11aが形成された筒状ケーシング11と、この筒状ケーシング11に形成されたごみ搬送用空間室11a内に回転自在に配置された2本のごみ搬送用スクリュウ12と、これら各スクリュウ12を回転させる電動機(図1に示す)13とから構成されている。なお、上記ごみ搬送用スクリュウ12は、スクリュウ羽根部12aと電動機13に連結される軸部12bとから構成されている。
As the
そして、上記筒状ケーシング11内の上部には、ごみ搬送用スクリュウ12により搬送されるごみ供給量(以下、ごみ量ともいう)を検出するためのごみ量検出装置14が設けられている。
A dust
このごみ量検出装置14は、筒状ケーシング11の上部に突設された平面視矩形状の枠状取付部11b内にごみの搬送方向とは直交する方向で回転自在に設けられた支持軸体15と、上端部がこの支持軸体15に取り付けられて下端部がごみ搬送用スクリュウ12側に鉛直面内で揺動自在となるように支持されたごみ検出用のフラッパ(ごみ検出板)16と、上記支持軸体15の一端部に設けられて当該支持軸体15の回転角度すなわちフラッパ16の基準姿勢(水平姿勢に対する下向きの所定角度θ0)に対する上向きの傾斜角度(以下、検出角度ともいう)θを検出する角度検出器(例えば、角度検出用エンコーダが使用される)17とから構成されている。なお、ケーシング11の側壁部には、支持軸体15の他端部に設けられた突片18に当接して、フラッパ16の揺動の下限位置を決めるストッパ19が設けられている。また、上記フラッパ16の下縁部は、ある程度、下方に傾斜し得るように、2本のごみ搬送用スクリュウ12のスクリュウ羽根部12aの形状に応じて、眼鏡の上縁部と同様の形状にされている。
The dust
上記一次空気供給装置4は、図1に示すように、燃焼炉1の下部のホッパー部1bに挿通して設けられた一次空気供給ノズル21と、この一次空気供給ノズル21に一次空気供給管22を介して一次空気を供給するための送風ファン23と、一次空気供給管22の途中に設けられて燃焼炉1内に供給する一次空気量を調節するダンパ24とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the primary
また、上記二次空気供給装置5は、図1に示すように、燃焼炉1の中間壁部1cに挿通して設けられた二次空気供給ノズル26と、この二次空気ノズル26に二次空気供給管27を介して二次空気を供給するための送風ファン28と、二次空気供給管27の途中に設けられて燃焼炉1内に供給する二次空気量を調節するダンパ29とから構成されている。
In addition, as shown in FIG. 1, the secondary
上記各ダンパ24,29は、空気供給量調節手段であり、板状のダンパ本体24a,29aと、このダンパ本体24a,29aを揺動(駆動)させて供給する空気量を調節する電動機24b,29bとから構成されている。
The
さらに、上記運転制御装置7は、ごみ供給装置3に設けられた角度検出器17からの検出角度を入力して、スクリュウ羽根12を駆動する電動機13の回転速度(回転数)および少なくとも二次空気量を調節する制御パラメータをファジィ演算により求めるとともに、カメラ装置6で撮影された燃焼ごみの撮影画像から抽出された燃焼領域の輪郭図形をフラクタル次元化して燃焼状態をより正確に検出(判断)し、もってごみ供給量および二次空気量を最適に制御するものである。
Further, the
なお、通常は、一次空気も制御している(以下に示す二次空気と同様のファジィ制御による)が、本実施の形態では、一次空気の制御については、その説明を省略する。
以下、この運転制御装置7について詳しく説明する。
Normally, the primary air is also controlled (by fuzzy control similar to the secondary air shown below), but in this embodiment, the description of the primary air control is omitted.
Hereinafter, the
この運転制御装置7は、図4に示すように、角度検出器17にて検出されたフラッパ16の検出角度θが、所定の割合(予め決められた設定角度)を上回った(超えた)回数を検出する上回り回数検出部31と、フラッパ16の検出角度θの変化率を検出する角度変化率検出部32と、フラッパ16の検出角度θの移動平均を求める移動平均検出部33と、これら各検出部31〜33にて求められた各検出値を入力して、ごみ供給量および二次空気供給量をファジィルールに基づき演算するファジィ演算部34と、上記カメラ装置6にて撮影された撮影画像を入力して所定の画像処理を施すとともにごみの燃焼領域の輪郭図形を抽出する画像処理部35と、この画像処理部35にて抽出された輪郭図形のフラクタル次元を求めるフラクタル次元演算部36と、上記ファジィ演算部34からの出力であるごみ供給量および二次空気供給量並びに上記フラクタル次元演算部36からの出力であるフラクタル次元を入力するとともに、当該フラクタル次元の値に応じてファジィ演算部34からの出力を変更して(修正を加えて)最終の制御パラメータを決定するパラメータ決定部37とから構成されている。勿論、この制御パラメータは、ごみ供給装置3にごみ供給量および二次空気供給装置5に二次空気の供給量をそれぞれ指示するものである。
As shown in FIG. 4, the
まず、ファジィ演算部34について説明する。
上記各検出部31〜33からの検出値がファジィ演算部34に入力されると、予め準備されたメンバーシップ関数に基づき、それぞれ「小(少ない)」・「中」・「大(多い)」の三段階での出力(前件部条件)が得られ、そしてこれら各出力を入力してごみ供給制御ルールにより、ごみ供給量の出力が得られるとともに、二次空気基準量制御ルールおよび二次空気補正量制御ルールにより、二次空気基準量および二次空気補正量の出力が得られ、これら両出力が加算されて二次空気供給量の出力が求められる。
First, the
When the detection values from the
すなわち、このファジィ演算部34は、フラッパ16の検出角度の移動平均とフラッパ16の上回り回数とに基づきごみ供給装置3におけるごみ供給量を求めるごみ供給量演算部41と、同じく移動平均と上回り回数とに基づき上記二次空気供給装置5における二次空気基準量を求める二次空気基準量演算部42と、同じく移動平均と変化率とに基づき上記二次空気供給装置6における二次空気補正量を求める二次空気補正量演算部43と、これら二次空気基準量および二次空気補正量を入力し両者を加算して二次空気供給量を求める加算部44とが具備されたもので、上述したように、上記ごみ供給量演算部41からのごみ供給量に基づきごみ供給装置3におけるスクリュウ羽根部12を回転させる電動機13を制御するためのパラメータが出力されるとともに、上記加算部44からの二次空気供給量に基づき二次空気供給装置5におけるダンパ本体29aを調節する電動機29bを制御するためのパラメータが出力される。勿論、一次空気供給量を制御する場合には、一次空気供給装置4におけるダンパ本体24aを調節する電動機24bを制御するためのパラメータが出力される。
In other words, the
ここで、後件部出力を決定するファジイルールを簡単に説明しておく。
ごみ供給時におけるごみ搬送用スクリュウ12の回転速度を求める制御ルールは、フラッパ16の移動平均の「低い・中・高い」およびフラッパ16の上回り回数の「少ない・中・多い」を入力値とすることにより、ごみ供給装置3でのごみ供給量、すなわちごみ搬送用スクリュウ12を回転させる電動機13の回転速度が、5段階(少なく・やや少なく・現状維持・やや多く・多く)で出力される。例えば、移動平均が「高い」場合で且つ上回り回数が「少ない」場合には、ごみ供給量を「やや多く」にすべきであるという出力が得られる。したがって、この「やや多く」という出力に基づき、予め、5段階に応じた回転速度の範囲(例えば、メンバーシップ関数)が決められており、この回転速度範囲内での回転速度となるように、ごみ搬送用スクリュウ12の電動機13に制御指令が出力される。
Here, the fuzzy rule for determining the consequent part output will be briefly described.
The control rules for determining the rotational speed of the
また、二次空気基準量を求める制御ルールは、フラッパの移動平均の「低い・中・高い」およびフラッパの上回り回数の「少ない・中・多い」を入力値とすることにより、二次空気基準量が5段階(少なく・やや少なく・現状維持・やや多く・多く)で出力される。例えば、移動平均が「高い」場合で且つ上回り回数が「少ない」場合には、二次空気基準量を「やや少なく」にすべきであるという出力が得られる。 In addition, the control rule for obtaining the secondary air reference amount is set to input values for the low, medium, and high flapper moving averages and the low, medium, and high number of flapper movements. The amount is output in 5 stages (less, somewhat less, current status, slightly more, more). For example, when the moving average is “high” and the number of overruns is “small”, an output that the secondary air reference amount should be “somewhat small” is obtained.
さらに、二次空気補正量を求める制御ルールは、フラッパの移動平均の「低い・中・高い」およびフラッパの変化率の「小・中・大」を入力値とすることにより、二次空気補正量が5段階(少なく・やや少なく・現状維持・やや多く・多く)で出力される。例えば、移動平均が「高い」場合で且つ変化率が「小」である場合には、二次空気補正量を「やや少なく」にすべきであるという出力が得られる。 In addition, the control rule for obtaining the secondary air correction amount is the secondary air correction by using the input values of “low / medium / high” of the flapper moving average and “small / medium / large” of the change rate of the flapper. The amount is output in 5 stages (less, somewhat less, current status, slightly more, more). For example, when the moving average is “high” and the change rate is “small”, an output indicating that the secondary air correction amount should be “somewhat small” is obtained.
そして、上記二次空気基準量の出力に二次空気補正量が加算部44にて加算された出力が、制御パラメータとしてパラメータ決定部37に出力される。
なお、二次空気基準量は供給する二次空気量の基本的な部分(量)であり、一方、二次空気補正量は基本的な部分に対する補助的な部分(量)である。例えば、二次空気基準量と二次空気補正量との割合は、例えば80対20にされており、例えば二次空気補正量が、「やや少なく」(5段階の内、下から2番目)と出力された場合には、補正量としては、[20/5(段階)]×2(段分)=4の値が出力され、二次空気基準量が一番多い80とした場合には、80+2=82の値が、二次空気供給量として出力される。すなわち、供給可能二次空気量を100%とした場合、82%の二次空気量が供給されることになる。
The output obtained by adding the secondary air correction amount to the output of the secondary air reference amount by the adding
The secondary air reference amount is a basic portion (amount) of the supplied secondary air amount, while the secondary air correction amount is an auxiliary portion (amount) for the basic portion. For example, the ratio between the secondary air reference amount and the secondary air correction amount is, for example, 80:20. For example, the secondary air correction amount is “slightly less” (second among the five levels). Is output as the correction amount, [20/5 (stage)] × 2 (stage) = 4, and when the secondary air reference amount is 80, which is the largest. , 80 + 2 = 82 is output as the secondary air supply amount. That is, assuming that the supplyable secondary air amount is 100%, 82% of the secondary air amount is supplied.
上記画像処理部35は、撮影画像を取り込む画像取込部(インターフェイス部でもある)51と、この画像取込部51にて取り込まれた画像を2値化処理する2値化処理部52と、この2値化処理部52で2値化された2値化画像にラベリング処理を施すラベリング処理部53と、このラベリング処理部53にてラベリングが行われた画像にエッジ処理を施すエッジ処理部54とから構成されている。
The
なお、上記2値化処理部52においては、撮影画像(カラー画像である)の各画素におけるRGBの3つの値(それぞれ、0〜255の値で表される)の平均値を各画素での明るさとし、この明るさが所定の閾値(例えば、最大明るさ(255)の40%の値)を超えている場合には黒色にするとともに、閾値より小さい場合には白色とするものである。また、エッジ処理部54においては、通常行われている手法、例えばラプラシアンの式を用いて燃焼領域の輪郭図形(枠線)が抽出される。
In the
次に、フラクタル次元演算部36について詳細に説明する。
まず、フラクタル次元について説明する。
フラクタル次元とは、ハウスドルフ測度から導かれるもので、或る図形Xが長さ(被覆距離の一例である)dの直線を用いて近似した場合、例えば本実施の形態では、一辺の長さがdの正方形(この場合の被覆距離は、√2×dとなる)で被覆した場合の個数(被覆個数)をN(d)個とすると、ハウスドルフ測度Mk(X)は下記(1)式にて表される。
Next, the fractal
First, the fractal dimension will be described.
The fractal dimension is derived from the Hausdorff measure, and when a certain figure X is approximated using a straight line having a length d (which is an example of a covering distance), for example, in the present embodiment, the length of one side. Is a square of d (the covering distance in this case is √2 × d), and the number (covering number) of covering is N (d), the Hausdorff measure M k (X) is as follows (1 ) Expression.
上記(1)および(3)式から、図形Xのハウスドルフ測度Mk(X)は、k=k0において、下記(4)式にて表される。 From the above equations (1) and (3), the Hausdorff measure M k (X) of the graphic X is expressed by the following equation (4) when k = k 0 .
ところで、この定数k0については、上記(2)式の両辺の自然対数をとることにより求めることができる。
上記(2)式の両辺の自然対数をとると、下記(5)式のようになる。
By the way, the constant k 0 can be obtained by taking the natural logarithm of both sides of the above equation (2).
Taking the natural logarithm of both sides of the above equation (2), the following equation (5) is obtained.
logN(d)=−k0logd+logμ・・・(5)
この(5)式のlogN(d)をyに、logdをxに置き換えると下記(6)式が得られる。
logN (d) = − k 0 logd + logμ (5)
When logN (d) in this equation (5) is replaced with y and logd is replaced with x, the following equation (6) is obtained.
y=−k0x+logμ・・・(6)
そして、上記x(logdである)とy(logN(d)である)とに複数個の実測データを代入して回帰直線を求めることにより、k0は当該回帰直線の傾きとして与えられることになる。
y = −k 0 x + log μ (6)
Then, by calculating a regression line by substituting a plurality of actual measurement data into x (logd) and y (logN (d)), k 0 is given as the slope of the regression line. Become.
以下、上述した手順を考慮して、フラクタル次元演算部36の構成について説明する。
このフラクタル次元演算部36は、輪郭図形が抽出された画像を一辺の長さがd(複数の値が用いられ、例えば一辺の長さが、画素単位(ピクセル)の個数で変化される)である正方形(具体的には、2画素×2画素、4画素×4画素、8画素×8画素・・・などの大きさが異なる複数種類の正方形)でもって区画する正方形区画部61と、この正方形区画部61にて区画された画像の輪郭図形を含む正方形の個数N(d)を求める個数演算部62と、各長さdの値(画素の個数)とこの個数演算部62で求められた個数N(d)とを入力してその自然対数を求める対数演算部63と、この対数演算部63にて求められたx,yの各値に基づき回帰直線の傾き(数値)に相当するk0(フラクタル次元)を演算する次元演算部64とから構成されている。
Hereinafter, the configuration of the fractal
The fractal
次に、上記フラクタル次元演算部36におけるフラクタル次元の演算手順を、図6に基づき説明する。
まず、画像処理部35にてエッジ処理により得られた燃焼領域の輪郭図形(複雑さを求めるフラクタル図形Xである)Ui(図5(a)に示す)を、所定長さd間隔でもって格子状に区画し、一辺が所定長さdの正方形を全体に亘って形成する。図5(b)に一辺の長さが2画素(d=2)である場合、図5(c)に一辺の長さが4画素(d=4)である場合、図5(d)に一辺の長さが8画素(d=8)である場合を示す。
Next, the calculation procedure of the fractal dimension in the fractal
First, an outline graphic (a fractal graphic X for calculating complexity) U i (shown in FIG. 5A) obtained by edge processing in the
次に、個数演算部62で種々の長さdに対する個数N(d)を求めた後、対数演算部63でlogdとlogN(d)とを求める。そして、これら複数組のlogdとlogN(d)とを次元演算部64に入力して、各データの回帰直線の傾きであるフラクタル次元k0を求める(図6に示し、この場合、傾きすなわちフラクタル次元k0は1.322である)。
Next, after obtaining the number N (d) for various lengths d by the
なお、図5に示したのは正常な燃焼状態の場合で、図7にごみがどか落ちした場合の燃焼状態を示し、図8にプラスチック類などの高発熱物質(高カロリー物質)のものが燃焼している高温の燃焼状態を示す。 FIG. 5 shows a normal combustion state. FIG. 7 shows a combustion state when dust is dropped. FIG. 8 shows a high heat generation material (high calorie material) such as plastics. It shows the high temperature combustion state that is burning.
例えば、ごみのどか落ちが発生した場合には、図7に示すように、火炎の揺らぎ、輝度の変化などが見受けられ、画面が暗くなるまえに画像が乱れることが分かり、フラクタル次元k0も1.45と大きい値であった。 For example, when the trash is dropped, as shown in FIG. 7, it can be seen that the flame fluctuates, the luminance changes, etc., and the image is disturbed before the screen becomes dark. The fractal dimension k 0 is also 1 It was a large value of .45.
また、廃棄物がプラスチック類などの高発熱物質である場合には、図8に示すように、燃えすぎの状態で炉内の輝度が上がり、酸素不足の状態になっている。この場合には、正常な燃焼状態の場合よりも、フラクタル次元k0の値は1.18と小さくなっていることが分かる。 Further, when the waste is a highly exothermic material such as plastics, as shown in FIG. 8, the brightness in the furnace is increased in a state of excessive combustion, and oxygen is insufficient. In this case, it can be seen that the value of the fractal dimension k 0 is 1.18, which is smaller than that in the normal combustion state.
そして、上述したように、フラクタル次元演算部36にて得られたフラクタル次元k0がパラメータ決定部37に入力されて、ファジィ演算部34からの出力であるごみ供給量および二次空気供給量に、フラクタル次元の値に応じた修正が加えられてその出力が変更される。
Then, as described above, the fractal dimension k 0 obtained by the fractal
具体的には、フラクタル次元k0が正常な燃焼状態の範囲を示す2つの大小の閾値に基づき比較される。
すなわち、フラクタル次元k0が大小の閾値内(例えば、1.25〜1.35)であれば、ごみ供給量および二次空気供給量については変更をしないが、フラクタル次元k0が小さい方の閾値(1.25)より小さい場合には、ごみ供給量を減少させるとともに二次空気供給量についても減少させる。さらに、フラクタル次元k0が大きい方の閾値(1.35)より大きい場合(例えば、どか落ちの場合)には、ごみ供給量を減少させるとともに二次空気供給量を増加させる。なお、二次空気供給量の増減に併せて、一次空気供給量についても同様に増減される。
Specifically, the fractal dimension k 0 is compared based on two large and small threshold values indicating the range of the normal combustion state.
In other words, the fractal dimension k 0 is the magnitude threshold (e.g., 1.25 to 1.35) if, but not to change the waste supply rate and the secondary air supply, toward the fractal dimension k 0 is smaller When it is smaller than the threshold value (1.25), the dust supply amount is decreased and the secondary air supply amount is also decreased. Further, when the fractal dimension k 0 is larger than the larger threshold value (1.35) (for example, in the case of some drop), the dust supply amount is decreased and the secondary air supply amount is increased. Note that the primary air supply amount is similarly increased or decreased in accordance with the increase or decrease of the secondary air supply amount.
このように、炉内におけるごみの燃焼状態を、その燃焼領域を示す輪郭図形のフラクタル次元を用いて検出(判断)するとともに、正常な燃焼状態を示すフラクタル次元の範囲内、それよりも小さい範囲およびそれよりも大きい範囲の計3つの範囲に基づき検出するようにしたので、従来技術では、正常状態であると判断されていた高温の燃焼状態についても検出することができ、したがって高温燃焼状態をいち早く脱することができるので、燃焼炉の寿命を延ばすことができるとともにクリンカなどの付着を防止して保守点検作業の容易化を図ることができる。すなわち、より最適な燃焼制御を行うことができる。 As described above, the combustion state of the waste in the furnace is detected (judged) using the fractal dimension of the contour figure indicating the combustion region, and within the range of the fractal dimension indicating the normal combustion state, the range smaller than that. In addition, since the detection is performed based on a total of three ranges including the larger range, it is possible to detect a high-temperature combustion state that is determined to be a normal state in the prior art, and accordingly, the high-temperature combustion state is detected. Since it can be removed quickly, the life of the combustion furnace can be extended, and adhesion of clinker and the like can be prevented to facilitate maintenance and inspection work. That is, more optimal combustion control can be performed.
特に、上述した燃焼制御を流動床式燃焼炉に適用する場合には、火格子式燃焼炉に適用する場合に比べて、非常に有効となる。
例えば、火格子式燃焼炉では、ごみの投入から燃焼が完了(乾燥、燃焼、後燃焼)までに40分程度の時間を要するとともに、火格子の面積が大きく燃焼空気量も多いため、たまたま高カロリーなごみが投入された場合でも、局所的に高温になり火格子に悪影響を与える以外は、燃焼炉から排出されるガス成分が激しく変動しつづけるということが少ない。
In particular, when the above-described combustion control is applied to a fluidized bed type combustion furnace, it is very effective as compared to a case where it is applied to a grate type combustion furnace.
For example, in a grate-type combustion furnace, it takes about 40 minutes from the introduction of dust to the completion of combustion (drying, combustion, and post-combustion), and because the grate area is large and the amount of combustion air is large, it happens to be high. Even when calorie waste is introduced, the gas components discharged from the combustion furnace are unlikely to fluctuate violently except that the temperature rises locally and adversely affects the grate.
しかし、流動床式燃焼炉では、ごみの投入から燃焼までは1秒程度と、非常に短く、ごみ投入量が同じでも排出されるガス成分については、ごみ性状の影響を大きく受けることになり、排出ガスを処理する後段での制御を考えた場合、排出ガス成分をいち早く安定させることが好ましい。 However, in the fluidized bed combustion furnace, the time from the input of the waste to the combustion is as short as about 1 second, and the discharged gas component is greatly affected by the properties of the waste, even if the amount of waste input is the same. When considering control at a later stage of processing the exhaust gas, it is preferable to stabilize the exhaust gas component quickly.
言い換えれば、流動床式燃焼炉においては、ごみ投入から燃焼まで速く且つごみ質が不均一であることから排出ガスの成分も激しく変動することになり、結果として、流動床式燃焼炉は一酸化炭素の発生を抑えるのが難しく、例えばごみがどか落ちした場合などは、ごみ量が急激に多くなり、またごみ質が高カロリーであれば、一酸化炭素が発生する原因となり、そうでなければ、炉床温度が下がり、燃焼状態が悪化してしまう。すなわち、流動床式燃焼炉は、時々刻々と変わる燃焼状態に応じてリアルタイムに適切な制御を行う必要があり、まさに、上述した燃焼制御を適用するのに最適な燃焼炉である。 In other words, in a fluidized bed combustion furnace, the components of the exhaust gas also fluctuate violently because the speed is fast from waste input to combustion and the quality of the waste is not uniform. It is difficult to suppress the generation of carbon.For example, if the garbage falls down, the amount of garbage increases rapidly. The hearth temperature is lowered and the combustion state is deteriorated. That is, the fluidized bed combustion furnace needs to perform appropriate control in real time in accordance with the combustion state that changes from moment to moment, and is exactly the optimum combustion furnace for applying the above-described combustion control.
なお、上記運転制御装置7における上述したフラクタル次元k0を求める部分は、プログラムが具備されたコンピュータ装置により実行される。
以上のように、ごみの燃焼領域の外延である輪郭図形におけるフラクタル次元を求めるとともに、正常な燃焼状態の範囲を示す2つの大小の閾値を設けて、燃焼状態を3段階に分けて検出するようにしたので、従来技術では検出されていなかった高温の燃焼状態(高温燃焼域)を検出することができ、したがって燃焼炉の寿命を延ばすことができるとともに、クリンカなどの炉壁への付着を抑えることができる。すなわち、流動床式燃焼炉において最適な燃焼制御を行うことができる。
The portion for determining the fractal dimension k 0 as described above in the
As described above, the fractal dimension in the contour figure that is the extension of the combustion region of the dust is obtained, and two large and small threshold values indicating the range of the normal combustion state are provided to detect the combustion state in three stages. Therefore, it is possible to detect a high-temperature combustion state (high-temperature combustion region) that has not been detected in the prior art, thus extending the life of the combustion furnace and suppressing adhesion of the clinker or the like to the furnace wall be able to. That is, optimal combustion control can be performed in a fluidized bed combustion furnace.
ところで、上記実施の形態においては、フラクタル次元が所定の値を超えた場合に、パラメータ決定部37にて、ファジイ演算部34から出力された二次空気供給量およびごみ供給量に修正を加えてその出力を変更するように説明したが、例えばフラクタル次元が所定の値を超えた場合に、予め決められたごみ供給量および二次空気供給量を、ファジィ演算部34からの出力の替わりに置き換えて、パラメータ決定部37から出力するようにしてもよい。
In the above embodiment, when the fractal dimension exceeds a predetermined value, the
また、上記実施の形態においては、燃焼用空気(一次空気および二次空気)の供給量を調節することにより燃焼制御を行うものとして説明したが、例えば燃焼用空気の替わりに、燃焼炉内に供給する酸素量を調節するもの(酸素供給手段の一例)であってもよく、また燃焼用空気が酸素富化空気であってもよい。 In the above embodiment, the combustion control is performed by adjusting the supply amount of the combustion air (primary air and secondary air). For example, instead of the combustion air, It may be one that adjusts the amount of oxygen supplied (an example of an oxygen supply means), and the combustion air may be oxygen-enriched air.
1 流動床式燃焼炉
3 ごみ供給装置
5 二次空気供給装置
6 カメラ装置
7 運転制御装置
12 ごみ搬送用スクリュウ
13 電動機
14 ごみ量検出装置
16 フラッパ
17 角度検出器
27 二次空気供給管
29 ダンパ
31 上回り回数検出部
32 角度変化率検出部
33 移動平均検出部
34 ファジイ演算部
36 フラクタル次元演算部
37 パラメータ決定部
41 ごみ供給量演算部
42 二次空気基準量演算部
43 二次空気補正量演算部
44 加算部
51 画像取込部
52 2値化処理部
53 ラベリング処理部
54 エッジ処理部
61 正方形区画部
62 個数決定部
63 対数演算部
64 次元演算部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上記燃焼制御手段を、
撮影手段にて撮影された撮影画像を入力して燃焼領域の輪郭図形を抽出する画像処理部と、この画像処理部にて得られた輪郭図形のフラクタル次元を求めるフラクタル次元演算部と、このフラクタル次元演算部で求められたフラクタル次元に基づき酸素供給量および廃棄物供給量を制御する制御パラメータを決定するパラメータ決定部とから構成し、
且つ上記制御パラメータを決定する際に、
フラクタル次元演算部で求められたフラクタル次元が、正常な燃焼状態の範囲を示す2つの大小の閾値のうち、小さい方の閾値より小さい場合には、正常な燃焼状態のときよりも酸素供給量および廃棄物投入量を減少させるようになし、フラクタル次元が大きい方の閾値より大きい場合には、正常な燃焼状態のときよりも酸素供給量を増加させるとともに廃棄物供給量を減少させるようにしたことを特徴とする廃棄物の燃焼設備。 A combustion furnace for burning waste, a waste supply means for supplying waste to the combustion furnace, an oxygen supply means for supplying combustion oxygen into the combustion furnace, and photographing the waste in the combustion furnace An imaging unit and a combustion control unit for performing a predetermined process on the captured image obtained by the imaging unit to detect a combustion state and controlling the oxygen supply unit and the waste supply unit based on the detected combustion state A combustion facility comprising:
The combustion control means is
An image processing unit that inputs a captured image captured by the imaging unit and extracts a contour graphic of the combustion region, a fractal dimension calculation unit that calculates a fractal dimension of the contour graphic obtained by the image processing unit, and the fractal A parameter determining unit that determines control parameters for controlling the oxygen supply amount and the waste supply amount based on the fractal dimension obtained by the dimension calculation unit,
And when determining the control parameters,
When the fractal dimension obtained by the fractal dimension calculation unit is smaller than the smaller threshold of the two large and small thresholds indicating the normal combustion state range, the oxygen supply amount and The amount of waste input was reduced, and when the fractal dimension was larger than the larger threshold, the oxygen supply amount was increased and the waste supply amount was decreased compared to the normal combustion state. Waste combustion equipment characterized by
The waste combustion facility according to claim 1, wherein the combustion furnace is of a fluidized bed type.
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