JP2019007703A - 火炎終端位置検出方法、自動燃焼制御方法、及び廃棄物焼却炉 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室に形成される火炎の終端位置を精度良く検出する方法を提供する。【解決手段】火炎終端位置検出方法は、燃焼室２と、気体供給装置５０と、撮像装置９４及び／又は音波取得装置９５と、を備える焼却炉１に対して行う。燃焼室２は、一次燃焼ゾーン１０と、二次燃焼ゾーン１４と、を有する。気体供給装置５０は、一次燃焼用気体及び二次燃焼用気体を燃焼室２に供給する。この火炎終端位置検出方法は、映像取得工程及び／又は音波取得工程と、解析工程と、を含む処理を行う。映像取得工程では、二次燃焼ゾーン１４に到達した火炎の映像を撮像装置９４を用いて取得する。音波取得工程では、燃焼室２の音波を音波取得装置９５を用いて取得する。解析工程では、映像取得工程及び／又は音波取得工程で取得されたデータを解析して、一次燃焼で発生した火炎であって、かつ二次燃焼ゾーン１４に到達した火炎の終端位置を求める。【選択図】図１

Description

本発明は、主として、一次燃焼で発生した火炎であって、かつ二次燃焼ゾーンに到達した火炎の終端位置を検出する方法に関する。

従来から、一次燃焼と、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼と、を燃焼室で行う廃棄物焼却炉が知られている。特許文献１及び２では、この種の焼却炉が開示されている。

特許文献１では、二次燃焼部の火炎温度を検出する二次火炎温度検出装置を備える焼却炉が開示されている。この焼却炉は、二次火炎温度検出装置が検出した火炎温度に基づいて、二次燃焼部に供給される二次燃焼空気の供給量を制御する。

特許文献２では、炉内の対向する位置に、気体を噴出するためのノズルが１対又は複数対設けられる構成の焼却炉が開示されている。これらのノズルから気体を噴き出すことで、対向するノズルから噴出される気体が互いに衝突して、炉内に炉内ガスの動きが遅く滞留しているよどみ領域が形成される。炉内によどみ領域を形成することで、火炎を定在及び安定させることができる。

特開平１０−３３２１２０号公報 特開２００５−２６５４１０号公報

しかし、二次燃焼部の火炎温度は、二次燃焼部の火炎形状及び形成位置が燃焼状態により、大きく揺らぐものであるために、正確に計測することが難しい。そのため、二次燃焼部の火炎温度だけでは、二次燃焼に関する精度の高い情報を得ることが困難である。また、特許文献２では、特定のノズルの位置に火炎を存在させることが目的であり、特許文献２に記載の構成では、火炎の終端位置を調整することはできない。なお、特許文献１及び２の何れにおいても、燃焼室に形成される火炎の終端位置を検出することについて記載されていない。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、燃焼室に形成される火炎の終端位置を精度良く検出する方法を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の第１の観点によれば、以下の火炎終端位置検出方法が提供される。即ち、この火炎終端位置検出方法は、燃焼室と、気体供給装置と、撮像装置と、を備える廃棄物焼却炉に対して行う。前記燃焼室は、一次燃焼を行うための一次燃焼ゾーンと、当該一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼を行うための二次燃焼ゾーンと、を有する。前記気体供給装置は、一次燃焼で用いられる酸素を含有した気体である一次燃焼用気体、及び、二次燃焼で用いられる酸素を含有した気体である二次燃焼用気体を前記燃焼室に供給する。前記撮像装置は、前記二次燃焼ゾーンに到達した火炎の映像を取得する。この火炎終端位置検出方法は、映像取得工程と、解析工程と、を含む処理を行う。前記映像取得工程では、前記燃焼室の前記二次燃焼ゾーンに到達した火炎の映像を前記撮像装置を用いて取得する。前記解析工程では、前記映像取得工程で取得された映像を解析して、一次燃焼で発生した火炎であって、かつ前記二次燃焼ゾーンに到達した火炎の終端位置を求める。

本発明の第２の観点によれば、以下の火炎終端位置検出方法が提供される。即ち、この火炎終端位置検出方法は、前記燃焼室と、前記気体供給装置と、音波取得装置と、を備える廃棄物焼却炉に対して行う。音波取得装置は、前記燃焼室の音波を取得する。この火炎終端位置検出方法は、音波取得工程と、解析工程と、を含む処理を行う。前記音波取得工程では、前記音波取得装置を用いて前記燃焼室の音波を取得する。前記解析工程では、前記音波取得工程で取得された音波に基づいて、前記一次燃焼で発生した火炎であって、かつ前記二次燃焼ゾーンに到達した火炎に起因する音波を解析して当該火炎の終端位置を求める。

これにより、二次燃焼ゾーンに到達した火炎の映像及び／又は二次燃焼ゾーンの火炎からの音波に基づいて当該火炎の終端位置を検出することができる。ここで、一次燃焼ゾーンから二次燃焼ゾーンに到達した火炎表面からは、高い濃度の未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスが多量に排出される。当該高い濃度の未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスは、二次燃焼ゾーンを移動する間に、二次燃焼用気体によって、含有する高い濃度の未燃焼ガスを二次燃焼させるようになっている。従って、一次燃焼ゾーンから二次燃焼ゾーンに到達した火炎が二次燃焼ゾーンに深く延びている場合、当該火炎表面から排出される高い濃度の未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを、含有される高い濃度の未燃焼ガスを低い濃度にまで燃焼させる二次燃焼を行うための実質的な空間が狭くなるため、当該領域での燃焼ガス滞留時間が短くなり、二次燃焼反応が十分に進まない状態で二次燃焼ゾーンから二次燃焼ガスとして排出されてしまうことになり、二次燃焼ガスに残留する未燃焼ガス濃度が高くなってしまい、結果的に不適切な二次燃焼となる傾向がある。このように、火炎の終端位置を検出することで、二次燃焼の状態をより正確に把握することができる。

本発明によれば、二次燃焼の状態を推測するために重要な情報である、燃焼室に形成される火炎の終端位置を精度良く検出する方法を提供できる。

本発明の一実施形態の焼却炉を含む廃棄物焼却設備の概略構成図。 焼却炉の機能ブロック図。 撮像装置及び音波取得装置が配置される様子を示す断面図。 撮像装置が取得した映像及び／又は音波取得装置が取得した音波を用いて一次燃焼用気体及び二次燃焼用気体の供給条件を制御する処理を示すフローチャート。

＜廃棄物焼却設備の全体構成＞初めに、図１を参照して、本実施形態の焼却炉１を含む廃棄物焼却設備１００について説明する。図１は、本発明の一実施形態の焼却炉１を含む廃棄物焼却設備１００の概略構成図である。なお、以下の説明では、単に上流、下流と記載したときは、廃棄物、燃焼ガス、燃焼用気体、排ガス等が流れる方向の上流及び下流を意味するものとする。

図１に示すように、廃棄物焼却設備１００は、焼却炉（廃棄物焼却炉）１と、ボイラ３０と、蒸気タービン発電設備３５と、を備える。焼却炉１は、供給された廃棄物を焼却する。なお、焼却炉１の詳細な構成は後述する。

ボイラ３０は、廃棄物の燃焼によって発生した熱を利用して蒸気を生成する。ボイラ３０は、流路壁に設けられた多数の水管３１及び過熱器管３２で、炉内で発生した高温の燃焼ガスと水との熱交換を行うことにより蒸気（過熱蒸気）を生成する。水管３１及び過熱器管３２で生成された蒸気は、蒸気タービン発電設備３５へ供給される。

蒸気タービン発電設備３５は、図略のタービン及び発電装置を含んで構成されている。タービンは、水管３１及び過熱器管３２から供給された蒸気によって回転駆動される。発電装置は、タービンの回転駆動力を用いて発電を行う。

＜焼却炉１の構成＞焼却炉１は、廃棄物を炉内に供給するための給じん装置４０を備える。給じん装置４０は、廃棄物投入ホッパ４１と、給じん装置本体４２と、を備える。廃棄物投入ホッパ４１は、炉外から廃棄物が投入される部分である。給じん装置本体４２は、廃棄物投入ホッパ４１の底部分に位置し、水平方向に移動可能に構成されている。給じん装置本体４２は、廃棄物投入ホッパ４１に投入された廃棄物を下流側に供給する。この給じん装置本体４２の移動速度、単位時間あたりの移動回数、移動量（ストローク）、及びストローク端の位置（移動範囲）は、図２に示す制御装置９０によって制御されている。なお、給じん装置は水平方向に対し多少の角度をもって移動する型式でもよい。

給じん装置４０によって炉内に供給された廃棄物は、燃焼室２に供給される。燃焼室２は、一次燃焼ゾーン１０と、二次燃焼ゾーン１４と、を含んでいる。一次燃焼ゾーン１０は、一次燃焼のための空間である。一次燃焼とは、投入された廃棄物を一次燃焼用気体（ｇａｓ ｆｏｒ ｐｒｉｍａｒｙ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）と反応させて燃焼させることである。一次燃焼用気体とは、一次燃焼のために供給される酸素を含んだ気体である。一次燃焼用気体としては、一次空気、循環排ガス、それらの混合ガスが含まれる。一次空気とは、外部から取り込んだ空気であって、燃焼等に用いられていない（即ち、循環排ガスを除く）気体である。従って、一次空気には、外部から取り込んだ空気を加熱等した気体も含まれる。また、一次燃焼により、ＣＯ等の未燃焼ガスを含む一次燃焼ガス（ｆｌｕｅ ｇａｓ ａｆｔｅｒ ｐｒｉｍａｒｙ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）が発生する。

一次燃焼ゾーン１０は、乾燥部１１と、燃焼部１２と、後燃焼部１３と、から構成されている。廃棄物は、搬送部２０によって、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３の順に供給されていく。搬送部２０は、乾燥部１１に設けられた乾燥火格子２１と、燃焼部１２に設けられた燃焼火格子２２と、後燃焼部１３に設けられた後燃焼火格子２３と、で構成されている。従って、搬送部２０は複数段の火格子から構成されている。それぞれの火格子は、各部の底面に設けられており、廃棄物が載置される。火格子は、廃棄物搬送方向に並べて配置された可動火格子と固定火格子とから構成されており、可動火格子が間欠的に前進及び後進を行うことで、廃棄物を下流側へ搬送するとともに、廃棄物を攪拌することができる。なお、火格子の動作は、制御装置９０によって制御されている。また、火格子には、気体が通過可能な大きさの隙間が形成されている。

乾燥部１１は、焼却炉１に供給された廃棄物を乾燥させる部分である。乾燥部１１の廃棄物は、乾燥火格子２１の下から供給される一次空気及び隣接する燃焼部１２における燃焼の輻射熱によって乾燥する。その際、熱分解によって乾燥部１１の廃棄物から熱分解ガスが発生する。また、乾燥部１１の廃棄物は、乾燥火格子２１によって燃焼部１２に向かって搬送される。

燃焼部１２は、乾燥部１１で乾燥した廃棄物を主に燃焼させる部分である。燃焼部１２では、廃棄物が主に火炎燃焼を起こし火炎が発生する。燃焼部１２における廃棄物及び燃焼により発生した灰及び燃焼しきれなかった未燃物は、燃焼火格子２２によって後燃焼部１３に向かって搬送される。また、燃焼部１２で発生した一次燃焼ガス及び火炎は、絞り部１７を通過して後燃焼部１３に向かって流れる。なお、燃焼火格子２２は、乾燥火格子２１と同じ高さに設けられているが、乾燥火格子２１よりも低い位置に設けられていてもよい。

後燃焼部１３は、燃焼部１２で燃焼しきれなかった廃棄物（未燃物）を燃焼させる部分である。後燃焼部１３では、一次燃焼ガスの輻射熱と一次空気によって、燃焼部１２で燃焼しきれなかった未燃物の燃焼が促進される。その結果、未燃物の殆どが灰となって、未燃物は減少する。なお、後燃焼部１３で発生した灰は、後燃焼部１３の底面に設けられた後燃焼火格子２３によってシュート２４に向かって搬送される。シュート２４に搬送された灰は、廃棄物焼却設備１００の外部に排出される。なお、本実施形態の後燃焼火格子２３は、燃焼火格子２２よりも低い位置に設けられているが、燃焼火格子２２と同じ高さに設けられていてもよい。

上述したように、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３では、生じる反応が異なるため、それぞれの壁面等は、生じる反応に応じた構成となっている。例えば、燃焼部１２では火炎燃焼が生じるため、乾燥部１１よりも耐火レベルが高い構造が採用されている。

以上で説明したように、本実施形態の焼却炉１の一次燃焼ゾーン１０では、投入された廃棄物に対して、乾燥、燃焼、及び後燃焼が行われる。本実施形態の焼却炉１では、各構成段が明確に分かれているため、上記の３つの処理が段階的に行われる。なお、本発明は、様々な構成の焼却炉に適用可能である。例えば、本発明は、各構成段が明確に区分されていない焼却炉にも適用可能である。また、本発明は、乾燥段及び後燃焼段の少なくとも一方が存在しない焼却炉にも適用可能である。また、本発明は、火格子を備えない焼却炉、例えば、流動床式焼却炉又は固定床式焼却炉等にも適用可能である。

二次燃焼ゾーン１４は、二次燃焼のための空間である。二次燃焼とは、一次燃焼ガスに含まれる未燃焼ガスを二次燃焼用気体と反応させて燃焼させることである。二次燃焼用気体とは、二次燃焼のために供給される酸素を含んだ気体である。二次燃焼用気体としては、二次空気、循環排ガス、それらの混合ガスが含まれる。二次空気とは、外部から取り込んだ空気であって、燃焼等に用いられていない（即ち、循環排ガスを除く）気体である。二次燃焼を行うことにより、燃焼完結性を進めることができる。二次燃焼ゾーン１４は、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３から上方に向かって延び、その途中に二次空気が供給される。これにより、一次燃焼ガスは二次空気と混合及び撹拌され、一次燃焼ガスに含まれる未燃ガスが二次燃焼ゾーン１４で燃焼される。

＜一次燃焼用気体と二次燃焼用気体の供給＞気体供給装置５０は、燃焼室２内に気体（一次燃焼用気体、二次燃焼用気体）を供給する装置である。本実施形態の気体供給装置５０は、一次空気供給部５１と、二次空気供給部５２と、排ガス供給部５３と、を有している。それぞれの供給部は、気体を誘引又は送出するための送風機によって構成されている。

一次空気供給部５１は、一次供給経路７１を介して燃焼室２に一次空気を供給する。一次供給経路７１は、乾燥火格子２１の下方に設けられた乾燥段風箱２５、燃焼火格子２２の下方に設けられた燃焼段風箱２６、及び後燃焼火格子２３の下方に設けられた後燃焼段風箱２７にそれぞれ一次空気を供給するための経路である。一次供給経路７１には、乾燥段風箱２５に供給する一次空気の供給量を調整する第１ダンパ８１と、燃焼段風箱２６に供給する一次空気の供給量を調整する第２ダンパ８２と、後燃焼段風箱２７に供給する一次空気の供給量を調整する第３ダンパ８３と、がそれぞれ設けられている。図２に示すように、第１ダンパ８１、第２ダンパ８２、及び第３ダンパ８３は制御装置９０によって制御されている。

また、一次供給経路７１にヒータを設け、燃焼室２に供給する一次空気の温度を調整できるようにしてもよい。また、上述のように、一次燃焼用気体には、循環排ガス及び混合ガスも含まれるため、それらが燃焼室２に供給される構成であってもよい。また、本実施形態では、一次燃焼用気体は、一次燃焼ゾーン１０に下方から供給されるが、一次燃焼ゾーン１０の側方等から供給されてもよい。また、一次燃焼用気体は、一次燃焼に用いられるのであれば、一次燃焼ゾーン１０よりも上流側に供給されてもよい。

二次空気供給部５２は、二次供給経路７２を介して、二次空気を燃焼室２に供給する。具体的には、二次空気供給部５２は、焼却炉１の空気ガス保有空間１６にその上部（天井部）から二次空気を供給するとともに、絞り部１７によって燃焼ガスが方向を転換する部分（絞り部１７の近傍）に二次空気を供給するとともに、二次燃焼ゾーン１４に二次空気を供給する。二次供給経路７２には、空気ガス保有空間１６及び絞り部１７の近傍に供給する二次空気の供給量を調整する第５ダンパ８５と、二次燃焼ゾーン１４に供給する二次空気の供給量を調整する第６ダンパ８６と、がそれぞれ設けられている。図２に示すように、第５ダンパ８５及び第６ダンパ８６は制御装置９０によって制御されている。

排ガス供給部５３は、循環排ガス供給経路７３を介して、廃棄物焼却設備１００から排出された排ガスを炉内に供給する（再循環させる）。廃棄物焼却設備１００から排出された排ガスはろ過式の集じん器６で浄化され、その一部が排ガス供給部５３によって燃焼部１２の両側面（紙面手前側及び紙面奥側の面）から焼却炉１へ供給される。なお、排ガスが供給される位置は、特に限定されない。例えば、排ガスは焼却炉１の上方（天井部）から供給されてもよく、一方の側面のみから供給されていてもよい。排ガスを焼却炉１に供給することで、焼却炉１内の酸素濃度が低下し、燃焼温度の局所的な過上昇を抑えることができる。その結果、ＮＯｘの発生を抑えることができる。また、循環排ガス供給経路７３には、循環排ガスの供給量を調整する第４ダンパ８４が設けられている。図２に示すように、第４ダンパ８４は制御装置９０によって制御されている。

＜電気的な構成及び自動燃焼制御＞焼却炉１には、図１及び図２に示すように、燃焼状態等を把握するための複数のセンサが設けられている。具体的には、焼却炉１には、燃焼室ガス温度センサ９１と、ＣＯガス濃度センサ９２と、ＮＯｘガス濃度センサ９３と、撮像装置９４と、音波取得装置９５と、が設けられている。また、撮像装置９４と音波取得装置９５のうち何れか一方を省略することもできる。

燃焼室ガス温度センサ９１は、燃焼室２内に配置されており、燃焼室２内のガス温度である燃焼室ガス温度を検出して制御装置９０へ出力する。燃焼室ガス温度センサ９１は、気体流れ方向における位置が異なる箇所に複数設けられていてもよい。この場合、上流側の燃焼室ガス温度と、下流側の燃焼室ガス温度と、を個別に取得できるので、燃焼状態をより的確に推測できる。また、燃焼室ガス温度センサ９１は、気体流れ方向における位置が同じ箇所（例えば一方の側壁と、同じ高さの他方の側壁）に複数設けられていてもよい。この場合、気体流れ方向における位置が同じ箇所の温度をより正確に測定できるので、燃焼状態をより的確に推測できる。

ＣＯガス濃度センサ９２は、燃焼室２の下流であって集じん器６よりも更に下流に配置されており、排ガスに含まれるＣＯガス濃度（焼却炉排出ＣＯガス濃度）を検出して制御装置９０へ出力する。ＣＯガス濃度センサ９２が検出する焼却炉排出ＣＯガス濃度からは、燃焼室２で二次燃焼によって二次燃焼用気体と反応させたものの、二次燃焼用気体との十分な接触反応がなされなかったことで、燃焼室２の出口から排出される燃焼ガス（二次燃焼ガス）中に残留してしまった未燃焼ガスであるＣＯの濃度（未燃焼ガスがどれだけ生じているか）を把握することができる。

ＮＯｘガス濃度センサ９３は、ＣＯガス濃度センサ９２と同様に集じん器６よりも更に下流に配置されており、排ガスに含まれるＮＯｘガス濃度（焼却炉排出ＮＯｘガス濃度）を検出して制御装置９０へ出力する。ＮＯｘガス濃度センサ９３が検出する焼却炉排出ＮＯｘガス濃度からは、廃棄物焼却設備１００から排出されるＮＯｘガスの濃度と目標ＮＯｘガス濃度との差が把握できる。

撮像装置９４は、燃焼室２の映像（静止画又は動画）を取得する。撮像装置９４は、一次燃焼で発生した火炎であって、かつ二次燃焼ゾーン１４に到達した火炎の映像を取得することを目的としている。なお、以下の説明では、一次燃焼で発生した火炎を単に「火炎」と称することがある。検出対象が二次燃焼ゾーン１４に到達した火炎であるため、撮像装置９４は、撮像範囲の少なくとも一部に二次燃焼ゾーン１４が含まれる位置に配置されている。また、燃焼室２（特に二次燃焼ゾーン１４）の形状及び大きさ等にもよるが、二次燃焼ゾーン１４のうち、例えば中央よりも一次燃焼ゾーン１０に近い側が撮像範囲に含まれることが好ましい。

本実施形態では、撮像装置９４は、二次燃焼ゾーン１４の炉壁２ａの近傍に配置されている。具体的には、図３に示すように、燃焼室２の炉壁２ａには、貫通孔２ｂが形成されており、この貫通孔２ｂを塞ぐように耐熱ガラス６１が配置されている。撮像装置９４は、耐熱ガラス６１を介して燃焼室２内の映像を取得する。

本実施形態では、撮像装置９４は水平に取り付けられているが、傾斜して取り付けられていてもよい。

音波取得装置９５は、二次供給経路７２に配置されている。具体的には、図３に示すように、燃焼室２の二次燃焼ゾーン１４近傍の炉壁２ａには、貫通孔２ｃが形成されている。この貫通孔２ｃには、二次燃焼用気体を燃焼室２に供給するための供給管６２が取り付けられている。また、この供給管６２の外周面には、二次燃焼用気体を供給管６２に供給するための中継管６３が接続されている。そして、供給管６２の上流側の端部（燃焼室２側の反対側の端部）には、振動伝達板６４が取り付けられている。振動伝達板６４は、空気の振動である音波が当たることで振動する板状の部材である。従って、振動伝達板６４は、供給管６２内に存在する音波、特に、燃焼室２で発生して供給管６２に到達した音波によって振動することとなる。音波取得装置９５は、振動伝達板６４のうち供給管６２とは反対側の面に取り付けられている。この構成により、音波取得装置９５は、燃焼室２（特に二次燃焼ゾーン１４）で発生した音波を取得できる。音波取得装置９５は、特に、二次燃焼ゾーン１４に到達した火炎に起因する音波（微小音波）を取得対象としている。

このように、本実施形態では、二次燃焼用気体の供給構造の近傍に、撮像装置９４及び／又は音波取得装置９５が配置されているが、異なる位置に配置されていてもよい。

制御装置９０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等によって構成されており、種々の演算を行うとともに、焼却炉１全体を制御する。以下、制御装置９０が行う制御のうち、自動燃焼制御について説明する。

自動燃焼制御とは、上述した複数のセンサから焼却炉１の燃焼に関するデータ（炉内検出データ）を総合的に判断し、燃焼室２の燃焼状態を長期間にわたって安定的に維持させるための制御である。具体的には、制御装置９０は、図２に示すように、第１ダンパ８１〜第６ダンパ８６を調整することで、各部に供給される気体の供給条件を調整する。なお、気体の供給量以外の制御項目が調整される構成であってもよい。

このような調整を行うことにより、燃焼室２の燃焼状態を長期間にわたって安定的に維持させることができる。また、焼却炉１で生じる燃焼は、焼却炉１の形状や構造、投入される廃棄物によって大きく異なる。また、自動燃焼制御で目標とする値についても、焼却炉１の耐久性、要求される処理量、排ガスに関する法規制等により大きく異なる。制御装置９０は、それらを総合的に判断して自動燃焼制御を行う。

例えば、燃焼室ガス温度センサ９１が検出した燃焼室ガス温度が低い場合、燃焼室２での燃焼が不十分である可能性が高いので、一次燃焼用気体及び／又は二次燃焼用気体に含まれる酸素量を増やす（供給量を増やす、又は、空気の供給割合を増やす）制御が行われる可能性がある。また、例えばＣＯガス濃度センサ９２が検出した焼却炉排出ＣＯガス濃度が高い場合、二次燃焼が不十分である可能性が高いので、二次燃焼用気体に含まれる酸素量を増やす（供給量を増やす、又は、空気の供給割合を増やす）制御が行われる可能性がある。また、例えばＮＯｘガス濃度センサ９３が検出した焼却炉排出ＮＯｘガス濃度が高い場合、これを減らすために、循環排ガスの供給量又は供給割合を増やす制御が行われる可能性がある。なお、上記で示した制御は、他の炉内検出データの値によっては行われないこともある。

＜火炎の映像及び／又は音波の自動燃焼制御への適用＞以下、図４のフローチャートを参照して、撮像装置９４が取得した映像、及び／又は、音波取得装置９５が取得した音波の自動燃焼制御への適用について説明する。

制御装置９０は、撮像装置９４が取得した映像及び／又は音波取得装置９５が取得した音波を取得する（Ｓ１０１、映像取得工程、音波取得工程）。上述のように、撮像装置９４及び／又は音波取得装置９５は、二次燃焼ゾーン１４に到達した火炎を検出するために用いられている。一次燃焼で発生する火炎は、基本的には一次燃焼ゾーン１０に位置している。しかし、焼却炉１では、投入される廃棄物の性状は常に変化する可能性があるため、それに伴って、火炎の位置及び大きさも変化して、火炎が二次燃焼ゾーン１４に到達することがある。

次に、制御装置９０は、撮像装置９４が取得した映像に基づいて、火炎の終端位置を算出する（Ｓ１０２、解析工程）。映像に火炎が含まれている場合、火炎が存在している部分は、他の部分と比較して映像の輝度が高くなるとともに、色情報も他の部分とは異なる。従って、例えば輝度と色情報とを用いることにより、火炎が存在している部分と、火炎が存在していない部分と、に分けることができる。そして、火炎が存在している部分のうち最も下流側（上側）にある部分の位置が、火炎の終端位置となる。

また、制御装置９０は、音波取得装置９５が取得した音波を用いて火炎の終端位置を算出することもできる。具体的には、二次燃焼ゾーン１４に到達している火炎の終端位置が高い場合、二次燃焼ゾーン１４に存在する火炎が大きい傾向があるため、火炎に伴って発生する音（以下、火炎音）が大きくなり易い。従って、例えば、過去に検出した火炎終端位置と音波との対応関係データ等に基づいて、火炎音の状態により、当該音波を発する火炎の終端位置の推定することができる。また、制御装置９０は、例えば、音波取得装置９５が検出した音波に基づいて、周波数毎の振幅の強さを求める。そして、制御装置９０は、火炎音の周波数における振幅の強さに基づいて、二次燃焼ゾーン１４に存在する火炎の大きさを見積もることができる。

また、制御装置９０は、撮像装置９４が取得した映像と、音波取得装置９５が取得した音波と、の両方に基づいて、火炎の終端位置を算出することもできる。具体的には、何れか一方に基づいて算出された火炎の終端位置を、他方に基づいて算出された火炎の終端位置を用いて補正することができる。あるいは、何れか一方に基づいて算出された火炎の終端位置の妥当性を、他方に基づいて算出された火炎の終端位置を用いて確かめることができる。

次に、制御装置９０は、火炎の終端位置及び他の炉内検出データに基づいて、一次燃焼用気体及び二次燃焼用気体の供給条件をそれぞれ決定する（Ｓ１０３）。供給条件とは、供給量及び供給割合の少なくとも何れかの条件である。従って、具体的に供給条件とは、一次燃焼用気体の供給量、一次燃焼用気体の供給割合（一次空気と循環排ガスの割合等）、二次燃焼用気体の供給量、二次燃焼用気体の供給割合（二次空気と循環排ガスの割合等）の少なくとも何れかである。

ここで、一次燃焼ゾーンから二次燃焼ゾーンに到達した火炎表面からは、高い濃度の未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスが多量に排出される。当該高い濃度の未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスは、二次燃焼ゾーンを移動する間に、二次燃焼用気体によって、含有する高い濃度の未燃焼ガスを二次燃焼させるようになっている。従って、一次燃焼ゾーンから二次燃焼ゾーンに到達した火炎が二次燃焼ゾーンに深く延びている場合、当該火炎表面から排出される高い濃度の未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを、含有される高い濃度の未燃焼ガスを低い濃度にまで燃焼させる二次燃焼を行うための実質的な空間が狭くなるため、当該領域での燃焼ガス滞留時間が短くなり、二次燃焼反応が十分に進まない状態で二次燃焼ゾーンから二次燃焼ガスとして排出されてしまうことになり、二次燃焼ガスに残留する未燃焼ガス濃度が高くなってしまい、結果的に不適切な二次燃焼となる傾向がある。二次燃焼が不十分となる場合、二次燃焼で排出される二次燃焼ガスに残存する未燃焼ガス（例えばＣＯ）が多くなる。その結果、想定以上のダイオキシン等が発生する可能性がある。以上を考慮し、制御装置９０は、火炎の終端位置が高い場合、一次燃焼用気体の供給条件を調整して、一次燃焼で形成される火炎の終端位置を低くする。これにより、二次燃焼を行わせるための領域を十分に確保できる。また、一次燃焼で形成される火炎の終端位置は、一次燃焼自体の燃焼状態にも関係するため、火炎の終端位置を適切な位置に調整することで、二次燃焼だけでなく一次燃焼の燃焼状態も適切にすることができる。

あるいは、制御装置９０は、火炎の終端位置が高い場合、二次燃焼用気体の供給条件を調整して二次燃焼を効率的に行うことで、狭い領域であっても十分に未燃焼ガスを燃焼させることができる。具体的には、二次燃焼用気体全体の供給量を増加させることで、二次燃焼用気体の速度が上昇するため、二次燃焼用気体と一次燃焼ガスの混合性が良好となり、二次燃焼を効果的に行うことができる可能性がある。あるいは、二次燃焼用気体に含まれる酸素量を増やす（二次空気を供給する割合を増やす）ことで二次燃焼を効果的に行うことができる可能性がある。

以上に説明したように、この火炎終端位置検出方法は、燃焼室２と、気体供給装置５０と、撮像装置９４及び／又は音波取得装置９５と、を備える焼却炉１に対して行う。燃焼室２は、一次燃焼を行うための一次燃焼ゾーン１０と、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼を行うための二次燃焼ゾーン１４と、を有する。気体供給装置５０は、一次燃焼で用いられる酸素を含有した気体である一次燃焼用気体、及び、二次燃焼で用いられる酸素を含有した気体である二次燃焼用気体を燃焼室２に供給する。撮像装置９４は、二次燃焼ゾーン１４に到達した火炎の映像を取得する。音波取得装置９５は、燃焼室２で発生する音波（具体的には二次燃焼ゾーン１４に到達した一次燃焼の火炎に起因する音波）を取得する。この火炎終端位置検出方法は、映像取得工程及び／又は音波取得工程と、解析工程と、を含む処理を行う。映像取得工程では、燃焼室２の二次燃焼ゾーン１４に到達した火炎の映像を撮像装置９４を用いて取得する。音波取得工程では、燃焼室２の音波を音波取得装置９５を用いて取得する。解析工程では、映像取得工程で取得された映像及び／又は音波取得工程で取得された音波を解析して、一次燃焼で発生した火炎であって、かつ二次燃焼ゾーン１４に到達した火炎の終端位置を求める。

これにより、二次燃焼ゾーンに到達した火炎の映像及び／又は二次燃焼ゾーンの火炎からの音波に基づいて当該火炎の終端位置を検出することができる。火炎の終端位置を検出することで、一次燃焼及び二次燃焼の状態をより正確に把握することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記実施形態では、撮像装置９４及び／又は音波取得装置９５が、それぞれ１つずつ設けられる構成であるが、撮像装置９４及び／又は音波取得装置９５の少なくとも一方が複数設けられる構成であっても良い。この場合、撮像装置９４及び／又は音波取得装置９５を配置する高さ（気体流れ方向における上流、下流位置）を異ならせることで、全体としての撮像範囲又は音波取得範囲が広範囲になるため、火炎の終端位置を検出可能な範囲を広げることができる。

上記実施形態では、自動燃焼制御で用いる他のセンサとして、燃焼室ガス温度センサ９１、ＣＯガス濃度センサ９２、及びＮＯｘガス濃度センサ９３を挙げて説明したが、何れか１つの燃焼センサを用いて自動燃焼制御を行ってもよいし、上記とは別の燃焼センサを加えて自動燃焼制御を行ってもよいし、上記のセンサの少なくとも１つを省略してもよい。

１ 焼却炉
１０ 一次燃焼ゾーン
１４ 二次燃焼ゾーン
５０ 気体供給装置
９０ 制御装置
９４ 撮像装置
９５ 音波取得装置

Claims (6)

1. 一次燃焼を行うための一次燃焼ゾーンと、当該一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼を行うための二次燃焼ゾーンと、を有する燃焼室と、
   一次燃焼で用いられる酸素を含有した気体である一次燃焼用気体、及び、二次燃焼で用いられる酸素を含有した気体である二次燃焼用気体を前記燃焼室に供給する気体供給装置と、
   前記二次燃焼ゾーンに到達した火炎の映像を取得する撮像装置と、
   を備える廃棄物焼却炉に対して、
   前記燃焼室の前記二次燃焼ゾーンに到達した火炎の映像を前記撮像装置を用いて取得する映像取得工程と、
   前記映像取得工程で取得された映像を解析して、一次燃焼で発生した火炎であって、かつ前記二次燃焼ゾーンに到達した火炎の終端位置を求める解析工程と、
   を含む処理を行うことを特徴とする火炎終端位置検出方法。
2. 一次燃焼を行うための一次燃焼ゾーンと、当該一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼を行うための二次燃焼ゾーンと、を有する燃焼室と、
   一次燃焼で用いられる酸素を含有した気体である一次燃焼用気体、及び、二次燃焼で用いられる酸素を含有した気体である二次燃焼用気体を前記燃焼室に供給する気体供給装置と、
   前記燃焼室の音波を取得する音波取得装置と、
   を備える廃棄物焼却炉に対して、
   前記音波取得装置を用いて前記燃焼室の音波を取得する音波取得工程と、
   前記音波取得工程で取得された音波に基づいて、前記一次燃焼で発生した火炎であって、かつ前記二次燃焼ゾーンに到達した火炎に起因する音波を解析して当該火炎の終端位置を求める解析工程と、
   を含む処理を行うことを特徴とする火炎終端位置検出方法。
3. 請求項１に記載の火炎終端位置検出方法であって、
   廃棄物焼却炉が備える音波取得装置を用いて前記燃焼室で発生した音波を取得する音波取得工程を更に行い、
   前記解析工程では、前記音波取得工程で取得された音波に基づいて、前記一次燃焼で発生した火炎であって、かつ前記二次燃焼ゾーンに到達した火炎に起因する音波の解析を行い、当該音波の解析結果と、前記映像取得工程で取得された映像の解析結果と、に基づいて、火炎の終端位置を求めることを特徴とする火炎終端位置検出方法。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の火炎終端位置検出方法で検出される火炎の終端位置に基づいて、一次燃焼用気体及び二次燃焼用気体の少なくとも一方の供給条件を調整することを特徴とする自動燃焼制御方法。
5. 一次燃焼を行うための一次燃焼ゾーンと、当該一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼を行うための二次燃焼ゾーンと、を有する燃焼室と、
   一次燃焼で用いられる酸素を含有した気体である一次燃焼用気体、及び、二次燃焼で用いられる酸素を含有した気体である二次燃焼用気体を前記燃焼室に供給する気体供給装置と、
   前記燃焼室の前記二次燃焼ゾーンの映像を取得する撮像装置と、
   前記撮像装置で取得された映像を解析して、一次燃焼で発生した火炎であって、かつ前記二次燃焼ゾーンに到達した火炎の終端位置を求める制御装置と、
   を備えることを特徴とする廃棄物焼却炉。
6. 一次燃焼を行うための一次燃焼ゾーンと、当該一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼を行うための二次燃焼ゾーンと、を有する燃焼室と、
   一次燃焼で用いられる酸素を含有した気体である一次燃焼用気体、及び、二次燃焼で用いられる酸素を含有した気体である二次燃焼用気体を前記燃焼室に供給する気体供給装置と、
   前記燃焼室の音波を取得する音波取得装置と、
   前記音波取得装置で取得された音波に基づいて、前記一次燃焼で発生した火炎であって、かつ前記二次燃焼ゾーンに到達した火炎に起因する音波を解析して当該火炎の終端位置を求める制御装置と、
   を備えることを特徴とする廃棄物焼却炉。

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