JP2020106243A - ごみ供給速度推定装置およびごみ供給速度推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１日当たりのごみの焼却重量計画の順守と焼却炉内の焼却状態の安定化を両立させる制御指標を推定する。【解決手段】ごみ供給速度推定装置は、ホッパに投入されたごみを、給塵装置により焼却炉内に順次供給する焼却設備において、給塵装置により焼却炉内に供給されるごみの単位時間あたりの重量であるごみ供給速度の推移を推定する装置であって、ホッパへのごみの投入重量の推移を、ごみ供給速度のベース成分として導出するベース成分導出部と、ホッパ内のごみの表面高さの変化から、給塵装置により焼却炉内に供給されるごみの供給重量の推移を推定するとともに、推定した供給重量の推移の変動を、ベース成分を基準とするごみ供給速度の変動成分として導出する変動成分導出部と、ベース成分に変動成分を重畳することにより、ごみ供給速度の推移を推定する供給速度推定部と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、産業廃棄物等のごみを焼却処理する焼却設備において、単位時間あたりに焼却炉内に供給されるごみ重量（以下、「ごみ供給速度」という。）を推定するごみ供給速度推定装置およびごみ供給速度推定方法に関する。

従来から、ホッパにてごみを一時的に貯留し、当該ホッパの底部に到達したごみを、給塵装置で焼却炉内に順次供給する焼却設備が知られている。このような焼却設備では、焼却炉内で発生する廃熱をボイラにより回収している。ボイラで熱回収を効率的に行うためには、焼却炉内のごみの燃焼状態を安定させることが重要である。焼却炉内でのごみの燃焼状態の安定化を向上させるよう給塵装置を制御する技術が従来から提案されている。

例えば特許文献１には、給塵装置により焼却炉内に供給されるごみの供給熱量を計測できる計測装置を備えた焼却設備が開示されている。この焼却設備では、ホッパ上方に設置された走査型レーザー式レベル計によりホッパ内のごみの表面の高さ位置を計測しており、計測したごみの表面の高さ位置の変化から、ホッパに投入したごみの容積（投入ごみ容積）や単位時間当たりに焼却炉内に供給されたごみの容積（ごみ移動容積）を演算する。また、ホッパにごみを投入するクレーンに取り付けられた重量計により、ホッパに投入したごみ重量を検出する。検出したごみ重量と演算して求めた投入ごみ容積とから、ホッパに投入したごみの比重を算出する。さらに、算出したごみ比重と単位時間当たりに焼却炉内に供給された上述のごみ移動容積とから、単位時間当たりに焼却炉内に供給されるごみの供給熱量を演算する。演算したごみの供給熱量は、給塵装置を制御する制御装置に送られる。制御装置は、受信したごみの供給熱量を制御の指標として、単位時間当たりのごみの供給熱量が一定となるように給塵装置を制御する。

特開２００３−２５４５２６号公報

ところで、焼却設備では、１日当たりのごみの焼却重量が予め計画されている。このため、給塵装置は、炉内に供給したトータルのごみ重量を監視しながら、計画された焼却重量に到達するよう制御される必要がある。上述した特許文献１の焼却設備では、焼却炉内の燃焼状態を安定させるように給塵装置が制御されるが、予め定めた１日当たりのごみの焼却重量計画を順守させることについては考慮されていない。

ただし、特許文献１の焼却設備では、上述したように、焼却炉内に供給されるごみの容積や比重を算出している。これらの値の積であるごみ重量を積算することにより、焼却炉内に供給したトータルのごみ重量を監視することは可能である。しかしながら、これらのごみの容積やごみの比重は、ホッパ内のごみのレベル変化から算出しているため、いずれも定量的な精度が悪く、これらの値から得られる長時間（例えば２４時間）の積算値は正確性に欠けるという問題がある。このため、予め定めた１日当たりのごみの焼却重量計画の順守と焼却炉内の焼却状態の安定化を両立させる制御指標が望まれる。

そこで、本発明は、予め定めた１日当たりのごみの焼却重量計画の順守と、焼却炉内の焼却状態の安定化を両立させる制御指標となるごみ供給速度を推定することができるごみ供給速度推定装置およびごみ供給速度推定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るごみ供給速度推定装置は、ごみを焼却する焼却炉と、上方から投入されたごみを貯留するホッパと、ごみを掴むバケットおよび前記バケットに掴まれたごみの重量を計測する重量計を有し、ピット内のごみを前記ホッパへ投入するクレーンと、前記ホッパ内のごみの表面高さを計測する高さ計測装置と、前記ホッパの下部において前記焼却炉内にごみを供給する給塵装置と、を備える焼却設備において、前記給塵装置により前記焼却炉内に供給されるごみの単位時間あたりの重量であるごみ供給速度の推移を推定するごみ供給速度推定装置であって、前記重量計の計測値から得られる前記ホッパへのごみの投入重量の推移を、ごみ供給速度のベース成分として導出するベース成分導出部と、前記高さ計測装置で計測される前記表面高さの変化から、前記給塵装置により前記焼却炉内に供給されるごみの供給重量の推移を推定するとともに、推定した前記供給重量の推移の変動を、前記ベース成分を基準とするごみ供給速度の変動成分として導出する変動成分導出部と、前記ベース成分に前記変動成分を重畳することにより、ごみ供給速度の推移を推定する供給速度推定部と、を備える。

上記の構成では、ごみの供給速度の推移を、ベース成分と当該ベース成分を基準とする変動成分とに分けて導出し、それらを組み合わせることにより推定する。

ベース成分は、重量計で計測されるごみ重量の推移から導出する。クレーンによりホッパに投入されるごみは、一時的にホッパに貯留された後に、給塵装置により焼却炉内に供給される。このため、長期的に見れば、クレーンによりホッパに投入されるごみ重量は、給塵装置により焼却炉内に供給されるごみ重量とみなせる。さらに、重量計の計測値は、高さ計測装置の計測値から求まるごみの容積に比べて正確であり、よって長時間（例えば２４時間）の積算値も正確である。このため、重量計で計測されるごみ重量は、予め定めた１日当たりのごみの焼却重量計画を順守させるための制御指標として好適である。

また、変動成分は、高さ計測装置で計測されるホッパ内のごみの表面高さの変化から求めた炉内へのごみの供給重量の変動である。上述したように、高さ計測装置で計測される表面高さの変化から求まるごみの容積は、定量的な精度が悪い。しかし、高さ計測装置で計測される表面高さの変化は、炉内に供給されるごみの供給重量の短期的な変動を捉えることができ、この短期的変動に応じて給塵装置を制御することで、焼却炉内の焼却状態の安定化を向上させることができる。

従って、ベース成分に変動成分を重畳することにより、予め定めた１日当たりのごみの焼却重量計画の順守と、焼却炉内の焼却状態の安定化を両立させる制御指標となる、単位時間あたりに焼却炉内に供給されるごみ重量を推定できる。

上記の構成において、前記変動成分導出部は、前記給塵装置により前記焼却炉内にごみが供給される直前と直後の前記高さ計測装置で計測される前記表面高さの変化に基づき算出した、前記焼却炉内に供給したごみの供給容積と、前記高さ計測装置で計測される前記表面高さの変化から推定したまたは予め設定したごみの比重とを掛けた値を、前記供給重量として推定してもよい。

上記の構成において、前記変動成分導出部は、推定した前記供給重量の推移から前記給塵装置のごみ供給動作に応じた変動を抽出し、抽出した変動を、前記ベース成分を基準とするごみ供給速度の変動成分として導出してもよい。この構成によれば、高さ計測装置で計測される表面高さの変化に基づき推定したごみ供給速度の推移から、給塵装置の動作に応じた変動以外の変動を低減することができる。

上記の構成において、前記変動成分導出部は、前記供給重量の推移に対して、前記給塵装置のごみ供給動作に応じた周波数特性のハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタによるフィルタ処理を実行し、前記フィルタ処理の結果を、ごみ供給速度の前記変動成分としてもよい。この構成によれば、高さ計測装置で計測される表面高さの変化に基づき推定したごみ供給速度の推移から、給塵装置の動作に応じた変動を容易に抽出できる。

上記の構成において、前記供給速度推定部は、前記クレーンにより前記ホッパに投入されてから前記ホッパの下部に至るまでの前記ホッパ内のごみの滞留時間に応じて、前記ベース成分の時間軸と前記変動成分の時間軸とを調整してもよい。この構成によれば、ごみ供給速度の推移を精度良く推定できる。

上記の構成において、前記供給速度推定部は、前記重量計で計測されるごみ重量の推移に対して、前記滞留時間に応じた時間幅での移動平均処理を実行することにより、前記ベース成分の時間軸を、前記変動成分の時間軸に合わせてもよい。この構成によれば、移動平均処理を実行することで、ごみ供給速度のベース成分の時間変化を緩やかにして、最終的に供給速度推定部により得られるごみ供給速度の推移を制御に使用しやすいものとすることができる。

また、本発明の一態様に係るごみ供給速度推定方法は、ホッパに投入されたごみを、給塵装置により焼却炉内に順次供給する焼却設備において、前記給塵装置により前記焼却炉内に供給されるごみの単位時間あたりの重量であるごみ供給速度の推移を推定するごみ供給速度推定方法であって、前記ホッパへのごみの投入重量の推移を、ごみ供給速度のベース成分として導出するベース成分導出ステップと、前記高さ計測装置で計測される前記表面高さの変化から、前記給塵装置により前記焼却炉内に供給されるごみの供給重量の推移を推定するとともに、推定した前記供給重量の推移の変動を、前記ベース成分を基準とするごみ供給速度の変動成分として導出する変動成分導出ステップと、前記ベース成分に前記変動成分を重畳することにより、ごみ供給速度の推移を推定する供給速度推定ステップと、を含む。

本発明によれば、予め定めた１日当たりのごみの焼却重量計画の順守と、焼却炉内の焼却状態の安定化を両立させる制御指標となるごみ供給速度を推定することができるごみ供給速度推定装置およびごみ供給速度推定方法を提供することができる。

実施形態に係る焼却設備の概略構成図である。 図１に示す焼却設備の制御系のブロック図である。 単位時間当たりのホッパへのごみの投入重量の時間的推移の一例を示すグラフである。 （Ａ）は、ホッパ内のごみのレベル変化から推定される単位時間当たりの炉内へのごみの供給重量（ごみ供給速度）の時間的推移の一例を示すグラフであり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す時間的推移に対してフィルタ処理を実行した結果の一例を示すグラフである。 図３に示す時間的推移と図４（Ｂ）に示す時間的推移とに基づき推定したごみ供給速度の時間的推移の一例を示すグラフである。 ごみ供給速度推定処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について、図を参照しながら説明する。

図１は、焼却設備１００の全体構成を示す概略構成図である。図１に示すように、焼却設備１００は、ピット１０と、ホッパ２０と、給塵装置３０と、焼却炉４０と、ボイラ５０と、制御装置６０とを備えている。

ピット１０には、焼却設備１００に運搬されてきたごみが投入され、貯留される。ピット１０は、ごみが貯留される貯留空間１１と、その上側で貯留空間１１と連続する、貯留空間１１に貯留されたごみがホッパ２０に搬送される搬送空間１２とを有している。ピット１０の搬送空間１２には、所定の投入間隔でピット１０内のごみをホッパ２０へ投入するクレーン１３が設けられている。クレーン１３は、ピット１０内のごみを掴むバケット１４を有しており、バケット１４に掴まれたごみをホッパ２０の上方に搬送してホッパ２０に投入する。また、クレーン１３は、バケット１４に掴まれ、搬送されるごみの重量を計測する重量計１５を有する。

また、ピット１０の搬送空間１２には、ホッパ２０に貯留されたごみの表面の高さ（以下、「ごみ高さ」とも呼ぶ。）を計測する高さ計測装置１６が設けられている。高さ計測装置１６は、ピット１０の搬送空間１２に配置されている。高さ計測装置１６は、例えば超音波式のレベル計である。

ホッパ２０は、クレーン１３により上方から投入されたごみを一時的に貯留するとともに、下方へと順次供給する。クレーン１３により上方から投入されるたびに、ホッパ２０内には、ごみが積層される。ホッパ２０へのごみ投入直後のごみ高さは、ホッパ２０へのごみ投入直前のものに比べて増加する。一方、ホッパ２０内の底部分のごみは、ホッパ２０の底部に設けられた給塵装置３０によって随時焼却炉４０内に供給される。このため、給塵装置３０によるごみ供給直後のごみ高さは、給塵装置３０によるごみ供給直前のものに比べて減少する。

給塵装置３０は、ホッパ２０の下部に設けられており、ホッパ２０へのごみの投入間隔より短い時間間隔（供給間隔）で、ホッパ２０に投入されたごみを焼却炉４０内に供給する。給塵装置３０は、水平方向に往復するプッシャ３１と、プッシャ３１を往復駆動する駆動装置３２とを有している。駆動装置３２は、例えば油圧シリンダであり、ホッパ２０に対して焼却炉４０とは反対側に配置されている。但し、駆動装置３２は、ホッパ２０に対して焼却炉４０とは反対側に配置されていなくてもよい。例えば、駆動装置３２は、焼却炉４０側から見てプッシャ３１と横並びに配置されていてもよい。プッシャ３１は、略直方体状であって、ホッパ２０の底部分で往復駆動する。そして、プッシャ３１は、ホッパ２０内のごみを焼却炉４０の入口４０ａに向かって順次押し出すことによって焼却炉４０内にごみを供給する。給塵装置３０は、後述する制御装置６０により制御される。

焼却炉４０では、ごみを搬送しながら焼却する。焼却炉４０は、上流側から順に、主燃焼室４１と、主燃焼室４１と連続する再燃焼室４２とを有している。また、焼却炉４０は、ストーカ式焼却炉であり、焼却炉４０における主燃焼室４１および再燃焼室４２の下方には、上流側から順に、ごみの搬送手段としての、乾燥ストーカ４３、燃焼ストーカ４４および後燃焼ストーカ４５が設けられている。主燃焼室４１には、ストーカ４３〜４５越しに一次空気が供給されるとともに、ストーカ４３〜４５の上方で二次空気が供給される。また、主燃焼室４１には、焼却炉４０から排出された排ガスが供給される。排ガスは、酸素濃度が空気より低いので、燃焼温度の局所的な過上昇を抑えるために主燃焼室４１に供給される。本実施形態では、ボイラ５０を通過した排ガスの一部が、主燃焼室４１に戻される。

給塵装置３０により焼却炉４０内に供給されたごみは、まず乾燥ストーカ４３に送られ、一次空気および主燃焼室４１の輻射熱により乾燥される。乾燥ストーカ４３において乾燥されたごみは、乾燥ストーカ４３により燃焼ストーカ４４に送られ燃焼され、火炎が発生する。燃焼ストーカ４４におけるごみおよび燃焼により発生した灰は、燃焼ストーカ４４により後燃焼ストーカ４５に送られる。後燃焼ストーカ４５では、燃焼ストーカ４４にて燃焼しきれなかった未燃焼分のごみが燃焼され、ごみの燃焼後の灰は、後燃焼ストーカ４５に隣接して設けられたシュート４６から排出される。

また、主燃焼室４１では、ごみの熱分解および部分酸化反応により燃焼ガスが生成され、この燃焼ガスがごみと共に燃焼される。再燃焼室４２では、主燃焼室４１から流入した燃焼ガスが完全燃焼される。本実施形態の焼却炉４０は、燃焼ガスとごみが並行して流れる並行流焼却炉である。但し、焼却炉４０は、燃焼ガスとごみが異なる方向に流れる方式の焼却炉（例えば、中間流焼却炉）であってもよい。また、焼却炉４０は、ストーカ式でなくてもよく、例えばキルン式であってもよい。

ボイラ５０は、ごみの燃焼によって発生した熱を利用して蒸気を生成する部分である。ボイラ５０は、流路壁に設けられた多数の水管５１および過熱器管５２で熱交換を行うことにより蒸気（過熱蒸気）を生成し、生成した蒸気は図外の蒸気タービン発電機に供給されて発電が行われる。ボイラ５０を通過した排ガスの大部分は、排ガス処理設備（図示せず）を経由し、煙突（図示せず）から大気中へ放出され、ボイラ５０を通過した排ガスの一部が、上述したように主燃焼室４１に戻される。

制御装置６０は、焼却設備１００における給塵装置３０を制御する。また、本実施形態において、制御装置６０は、重量計１５および高さ計測装置１６の各々から計測値を受信し、受信した計測値に基づき、ごみ供給速度を推定する。すなわち、制御装置６０は、本発明のごみ供給速度推定装置としても機能する。

図２は、焼却設備１００の制御系のブロック図である。制御装置６０は、重量計１５および高さ計測装置１６から計測信号を受信し、給塵装置３０に制御信号を送信する。制御装置６０は、機能的ブロックとして、データ記録部６１、ベース成分導出部６２、比重推定部６３、供給容積算出部６４、変動成分導出部６５、供給速度推定部６６および給塵制御部６７を有している。制御装置６０は、例えばコンピュータであって、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部、および当該記憶部に記憶された所定のプログラムを実行するＣＰＵ等の演算処理部を有しており、例えばこれら制御装置６０の記憶部および／または演算処理部が、上述の各機能部を構成する。なお、制御装置６０は単一のコンピュータによる集中制御により各処理を実行してもよいし、複数のコンピュータの協働による分散制御により各処理を実行してもよい。

データ記録部６１は、重量計１５から取得した計測値を、制御装置６０の記憶部あるいは制御装置６０の外部に設けられた記憶装置（図示略）に記録する。また、データ記録部６１は、高さ計測装置１６から取得した計測値を、制御装置６０の記憶部あるいは制御装置６０の外部に設けられた記憶装置（図示略）に記録する。

ベース成分導出部６２は、ホッパ２０に投入されるごみの重量（以下、「投入重量」ともいう。）Ｗ１の推移を、ごみ供給速度のベース成分として導出する。以下では、ベース成分導出部６２によるベース成分の導出方法について、図３を参照して説明する。

まずベース成分導出部６２は、１日のごみの投入開始時刻から現時点までのホッパ２０へのごみの投入重量Ｗ１を積算する。言い換えれば、ベース成分導出部６２は、１日のごみの投入開始時刻から現時点までにデータ記録部６１が記録した重量計１５の計測値を積算する。

また、ベース成分導出部６２は、算出した積算値の時間変化、すなわち、ホッパ２０への単位時間当たりのごみの投入重量（以下、「ごみ投入速度」ともいう。）を導出する。こうして得られる投入重量（ごみ投入速度）の推移の一例を図３に示す。図３に示すように、バケット１４で掴まれるごみの容積やごみ質などは投入毎に異なるため、投入速度は経時的に変化している。なお、横軸とグラフの間の面積は、１日のごみの投入開始時刻から現時点までにホッパ２０に投入されたトータルの投入重量に対応する。こうして、ベース成分導出部６２により導出されたごみ供給速度のベース成分は、後述する供給速度推定部６６にて使用される。

比重推定部６３は、上述の投入重量Ｗ１と、ホッパ２０に投入されたごみの容積（以下、「投入容積」という。）Ｖ１とに基づいて、焼却炉４０内に供給される直前のごみの比重ρ２を推定する。

比重推定部６３によるごみの比重の推定方法について、詳しく説明する。まず比重推定部６３は、ホッパ２０にごみが投入される直前と直後の高さ計測装置１６の計測値に基づいて投入容積Ｖ１を算出する。本実施形態では、高さ計測装置１６により計測された表面高さとホッパ２０に貯留されたごみの総容積との関係が、制御装置６０の記憶部あるいは制御装置６０の外部に設けられた記憶装置（図示略）に予め記憶されている。比重推定部６３は、ホッパ２０へごみを投入した直後の高さ計測装置１６の計測値に対応する総容積とホッパ２０へごみを投入する直前の高さ計測装置１６の計測値に対応する総容積の差から、投入容積Ｖ１を導き出す。

なお、比重推定部６３による投入容積Ｖ１の算出は、これに限らない。例えば、比重推定部６３は、ホッパ２０内にごみを投入する前後のホッパ２０内のごみの表面高さ変化量と、ホッパ２０の断面積との積により、投入容積Ｖ１を算出してもよい。

次に、比重推定部６３は、算出した投入容積Ｖ１と、ごみの投入重量Ｗ１から、ホッパ２０に投入されたごみの比重ρ１を算出する。算出されたごみの比重ρ１は、制御装置６０の記憶部あるいは制御装置６０の外部に設けられた記憶装置（図示略）に記憶される。ごみの比重ρ１は、いつホッパ２０に投入したごみの比重であるかが識別できるように、例えばホッパ２０に投入した時間や投入した順番等と関連付けて記憶される。こうして、比重推定部６３は、ホッパ２０に投入されたごみの比重ρ１をクレーン１３によるごみの投入ごとに算出および記憶していく。但し、投入重量Ｗ１および投入容積Ｖ１から算出されたごみの比重ρ１の代わりに、例えば投入重量Ｗ１および投入容積Ｖ１等、ごみの比重ρ１を導き出せるデータが記憶されてもよい。

本実施形態では、比重推定部６３は、過去の所定時間内にホッパ２０に投入されたごみの投入重量Ｗ１および投入容積Ｖ１（過去の所定時間内に検出された投入重量Ｗ１および投入容積Ｖ１から算出されたごみ比重ρ１を含む。）に基づいて、焼却炉４０内に供給される直前のごみの比重ρ２を算出している。例えば、比重推定部６３は、過去の所定時間内にホッパ２０に投入されたごみの比重ρ１の平均値ρ_ＡＶＥを、焼却炉４０内に供給される直前のごみの比重ρ２として算出してもよい。

より詳しく説明すれば、本実施形態では、焼却炉４０内に供給される直前のごみの比重ρ２の算出には、ホッパ２０内でのごみの滞留時間、すなわちホッパ２０にごみが投入されてから焼却炉４０に供給されるまでの時間差が考慮されている。また、ホッパ２０内でのごみ滞留時間は、ホッパ２０に貯留されたごみの表面形状やホッパ２０内のごみの性状等によりばらつきがあり、本実施形態では、ごみの比重ρ２の算出に、このばらつきも考慮されている。すなわち、比重推定部６３には、ホッパ２０内でのごみの滞留時間としての時間範囲（例えば４０分）が予め設定されており、比重推定部６３は、上記記憶されたごみ比重ρ１の中から、設定された時間範囲内のごみ比重を抽出して、抽出された比重から算出された値（例えばそれらの平均値ρ_ＡＶＥ）を、焼却炉４０内に供給される直前のごみの比重ρ２として設定する。

比重推定部６３によるごみの比重ρ２の推定方法は、これに限られない。例えば、予め設定した滞留時間を使用せずに、給塵装置３０により炉内に供給される直前のごみが、ホッパ２０にｉ回前に投入されたものに対応するかを演算して、ｉ回前のごみの比重を、炉内に供給される直前のごみの比重として導出してもよい。また、ホッパ２０に投入されるごみの比重が、ピット１０内に貯留されたごみ質などから凡そ把握可能である場合には、焼却炉４０内に供給される直前のごみの比重ρ２は、予め設定した設計比重としてもよい。この場合、制御装置６０は、比重推定部６３を有する必要はない。

供給容積算出部６４は、給塵装置３０により焼却炉４０内にごみが供給される直前と直後の高さ計測装置１６で計測される表面高さの変化に基づき、焼却炉４０内に供給されたごみの供給容積Ｖ２を算出する。

具体的には、供給容積算出部６４は、比重推定部６３による投入容積Ｖ１の算出と同様の方法で、ごみの供給容積Ｖ２を算出する。すなわち、高さ計測装置１６により計測された表面高さとホッパ２０に貯留されたごみの総容積との関係が、制御装置６０の記憶部あるいは制御装置６０の外部に設けられた記憶装置（図示略）に予め記憶されている。供給容積算出部６４は、プッシャ３１の一回の往復動作の直前と直後の高さ計測装置１６の計測値に対応する総容積の差から、供給容積Ｖ２を算出する。言い換えれば、供給容積算出部６４は、焼却炉４０内へのごみの供給直後の高さ計測装置１６の計測値に対応する総容積と焼却炉４０内へのごみの供給直前の高さ計測装置１６の計測値に対応する総容積の差から、供給容積Ｖ２を導き出す。

なお、供給容積算出部６４による供給容積Ｖ２の算出方法は、これに限らない。例えば、供給容積算出部６４は、焼却炉４０内にごみを供給する前後のホッパ２０内のごみの表面高さ変化量と、ホッパ２０の断面積との積により、供給容積Ｖ２を算出してもよい。

変動成分導出部６５は、高さ計測装置１６で計測される表面高さの変化から、給塵装置３０により焼却炉４０内に供給されるごみの供給重量Ｗ２の推移を推定する。また、変動成分導出部６５は、推定した供給重量Ｗ２の推移の変動を、ベース成分導出部６２が導出したベース成分を基準とするごみ供給速度の変動成分として導出する。

変動成分導出部６５による変動成分の導出方法について、図４（Ａ）および４（Ｂ）を参照して説明する。

変動成分導出部６５は、比重推定部６３により推定されたごみの比重ρ２と、供給容積算出部６４により算出した供給容積Ｖ２とを掛けた値を、供給重量Ｗ２として推定する。こうして得られる供給重量Ｗ２の推移の一例を図４（Ａ）に示す。なお、横軸とグラフの間の面積は、１日のごみの投入開始時刻から現時点までのトータルの供給重量に対応するが、定量的な精度が悪い。

さらに、変動成分導出部６５は、推定した供給重量Ｗ２の推移から、給塵装置３０のごみ供給動作に応じた変動を抽出する。具体的には、変動成分導出部６５は、図４（Ａ）に示した供給重量Ｗ２の推移に対して、給塵装置３０のごみ供給動作に応じた周波数特性のハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタによるフィルタ処理を実行する。給塵装置３０のごみ供給動作に応じた周波数特性のハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタとは、言い換えれば、給塵装置３０の供給間隔おきに生じる変動を通過させるフィルタである。こうして得られるフィルタ処理の結果の一例を図４（Ｂ）に示す。ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタによるフィルタ処理により、給塵装置３０のごみ供給動作に応じたホッパ２０内のごみの表面高さの増減（つまり、炉内へのごみの供給重量の増減）を抽出することができる。変動成分導出部６５は、フィルタ処理により得られた結果をごみ供給速度の変動成分とする。なお、横軸と当該横軸より上側のグラフの間の面積と、横軸と当該横軸より下側のグラフの間の面積とは、実質的に同じである。

供給速度推定部６６は、ベース成分導出部６２が導出したベース成分に、変動成分導出部６５が導出した変動成分を重畳することにより、ごみ供給速度の推移を推定する。

具体的には、供給速度推定部６６は、クレーン１３によりホッパ２０に投入されてからホッパ２０の下部に至るまでのホッパ２０内のごみの滞留時間に応じて、ベース成分の時間軸と変動成分の時間軸とを調整する。

本実施形態では、供給速度推定部６６は、投入重量Ｗ１の推移に対して、ホッパ２０内のごみの滞留時間に応じた時間幅での移動平均処理を実行することにより、ベース成分の時間軸を、変動成分の時間軸に合わせている。具体的に、投入重量Ｗ１の推移に対して、滞留時間（例えば４０分）の約２倍の時間幅の移動平均処理を実行することで、概ね滞留時間分だけ遅らせたグラフが得られ、結果として変動成分の時間軸に合わせることができる。

図５は、図３に示すベース成分の移動平均結果に、図４（Ｂ）に示す変動成分を重畳して得られるグラフである。供給速度推定部６６は、こうして得られた結果を、ごみ供給速度の時間的推移と推定する。

給塵制御部６７は、供給速度推定部６６により得られたごみ供給速度を制御指標として、予め定めた１日当たりのごみの焼却重量計画の順守されるように、且つ焼却炉４０内のごみの燃焼状態が安定するように給塵装置３０を制御する。給塵制御部６７は、例えば、給塵装置３０のプッシャ３１の移動速度、単位時間あたりの移動回数、ストローク（移動量）、およびストローク端の位置のうちの一部または全部を制御する。

次に、ごみ供給速度推定処理の流れを、図６を参照しながら説明する。図６は、本実施形態の制御装置６０によるごみ供給速度推定処理の流れを示すフローチャートである。

ごみ供給速度推定処理では、ベース成分導出部６２は、ホッパ２０に投入されるごみ重量の推移を、ごみ供給速度のベース成分として導出する（Ｓ１：ベース成分導出ステップ）。

次に、比重推定部６３は、ホッパ２０にごみが投入される直前と直後の高さ計測装置１６の計測値の変化に基づいて、ホッパ２０に投入されたごみの投入容積Ｖ１を算出する（Ｓ２：投入容積算出ステップ）。

さらに、比重推定部６３は、ホッパ２０に投入されたごみの投入重量Ｗ１および投入容積Ｖ１とに基づいて、焼却炉４０内に供給される直前のごみの比重ρ２を算出する（Ｓ３：比重算出ステップ）。

次に、供給容積算出部６４は、高さ計測装置１６で計測される表面高さの変化に基づき、焼却炉４０内に供給されたごみの供給容積Ｖ２を算出する（Ｓ４：供給容積算出ステップ）。

次に、変動成分導出部６５は、比重推定部６３により推定されたごみの比重ρ２と、供給容積算出部６４により算出した供給容積Ｖ２とを掛けた値を、供給重量Ｗ２として推定する。さらに、変動成分導出部６５は、推定した供給重量Ｗ２の推移の変動を、フィルタ処理により、ベース成分を基準とするごみ供給速度の変動成分として導出する（Ｓ５：変動成分導出ステップ）。

供給速度推定部６６は、ベース成分に変動成分を組み合わせることにより、ごみ供給速度の推移を推定する（Ｓ６：供給速度推定ステップ）。

なお、上述のベース成分導出ステップＳ１は、供給速度推定ステップＳ６より前であればいつ実行してもよく、例えば供給速度推定ステップＳ６の直前に実行されてもよい。

以上に説明したように、本実施形態に係る制御装置６０によれば、ごみの供給速度の推移を、ベース成分と当該ベース成分を基準とする変動成分とに分けて導出し、それらを組み合わせることにより推定する。

ベース成分は、重量計１５で計測されるごみ重量の推移から導出する。クレーン１３によりホッパ２０に投入されるごみは、一時的にホッパ２０に貯留された後に、給塵装置３０により焼却炉４０内に供給される。このため、長期的に見れば、クレーン１３によりホッパ２０に投入されるごみ重量は、給塵装置３０により焼却炉４０内に供給されるごみ重量とみなせる。さらに、重量計１５の計測値は、高さ計測装置１６の計測値から求まるごみの容積に比べて正確であり、よって長時間（例えば２４時間）の積算値も正確である。このため、重量計１５で計測されるごみ重量は、予め定めた１日当たりのごみの焼却重量計画を順守させるための制御指標として好適である。

また、変動成分は、高さ計測装置１６で計測される表面高さの変化から求めた焼却炉４０内へのごみの供給重量の変動である。上述したように、高さ計測装置１６で計測される表面高さの変化から求まるごみの容積は、定量的な精度が悪い。しかし、高さ計測装置１６で計測される表面高さの変化は、焼却炉４０内に供給されるごみの供給重量の短期的な変動を捉えることができ、この短期的変動に応じて給塵装置３０を制御することで、焼却炉４０内の焼却状態の安定化を向上させることができる。

従って、本実施形態に係る制御装置６０では、上述のベース成分と変動成分とを組み合わせることにより、予め定めた１日当たりのごみの焼却重量計画の順守と、焼却炉４０内の焼却状態の安定化を両立させる制御指標となる、単位時間あたりに焼却炉４０内に供給されるごみ重量を推定できる。

また、変動成分導出部６５は、推定した供給重量の推移から給塵装置３０のごみ供給動作に応じた変動を抽出し、抽出した変動を、ベース成分を基準とするごみ供給速度の変動成分として導出する。この構成によれば、高さ計測装置１６で計測される表面高さの変化に基づき推定したごみ供給速度の推移から、給塵装置３０の動作に応じた変動以外の変動を低減することができる。

また、変動成分導出部６５は、供給重量の推移に対して、給塵装置３０のごみ供給動作に応じた周波数特性のハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタによるフィルタ処理を実行し、フィルタ処理の結果を、ごみ供給速度の変動成分とするため、高さ計測装置１６で計測される表面高さの変化に基づき推定したごみ供給速度の推移から、給塵装置３０の動作に応じた変動を容易に抽出できる。

また、供給速度推定部６６は、クレーン１３によりホッパ２０に投入されてからホッパ２０の下部に至るまでのホッパ２０内のごみの滞留時間に応じて、ベース成分の時間軸と変動成分の時間軸とを調整してもよい。この構成によれば、ごみ供給速度の推移を精度良く推定できる。

また、供給速度推定部６６は、投入重量Ｗ１の推移に対して、滞留時間に応じた時間幅での移動平均処理を実行することにより、ベース成分の時間軸を、変動成分の時間軸に合わせるため、ごみ供給速度のベース成分の時間変化を緩やかにして、最終的に供給速度推定部６６により得られるごみ供給速度の推移を制御に使用しやすいものとすることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、高さ計測装置１６は、超音波式のレベル計であったが、本発明の高さ計測装置は、これに限定されない。例えば、本発明の高さ計測装置は、走査型レーザー式レベル計であってもよい。

また、上記実施形態では、供給速度推定部６６は、投入重量Ｗ１の推移に対して、ホッパ２０内のごみの滞留時間に応じた時間幅での移動平均処理を実行することにより、ベース成分の時間軸を、変動成分の時間軸に合わせていたが、時間を合わせる方法もこれに限定されない。例えば、ベース成分のグラフを滞留時間分だけずらすことにより、ベース成分の時間軸を、変動成分の時間軸に合わせてもよい。

１００ ：焼却設備
１０ ：ピット
１３ ：クレーン
１４ ：バケット
１５ ：重量計
１６ ：高さ計測装置
２０ ：ホッパ
３０ ：給塵装置
４０ ：焼却炉
６０ ：制御装置（ごみ供給速度推定装置）
６２ ：ベース成分導出部
６５ ：変動成分導出部
６６ ：供給速度推定部

Claims (7)

1. ごみを焼却する焼却炉と、上方から投入されたごみを貯留するホッパと、ごみを掴むバケットおよび前記バケットに掴まれたごみの重量を計測する重量計を有し、ピット内のごみを前記ホッパへ投入するクレーンと、前記ホッパ内のごみの表面高さを計測する高さ計測装置と、前記ホッパの下部において前記焼却炉内にごみを供給する給塵装置と、を備える焼却設備において、前記給塵装置により前記焼却炉内に供給されるごみの単位時間あたりの重量であるごみ供給速度の推移を推定するごみ供給速度推定装置であって、
   前記重量計の計測値から得られる前記ホッパへのごみの投入重量の推移を、ごみ供給速度のベース成分として導出するベース成分導出部と、
   前記高さ計測装置で計測される前記表面高さの変化から、前記給塵装置により前記焼却炉内に供給されるごみの供給重量の推移を推定するとともに、推定した前記供給重量の推移の変動を、前記ベース成分を基準とするごみ供給速度の変動成分として導出する変動成分導出部と、
   前記ベース成分に前記変動成分を重畳することにより、ごみ供給速度の推移を推定する供給速度推定部と、を備える、ごみ供給速度推定装置。
2. 前記変動成分導出部は、前記給塵装置により前記焼却炉内にごみが供給される直前と直後の前記高さ計測装置で計測される前記表面高さの変化に基づき算出した、前記焼却炉内に供給したごみの供給容積と、前記高さ計測装置で計測される前記表面高さの変化から推定したまたは予め設定したごみの比重とを掛けた値を、前記供給重量として推定する、請求項１に記載のごみ供給速度推定装置。
3. 前記変動成分導出部は、推定した前記供給重量の推移から前記給塵装置のごみ供給動作に応じた変動を抽出し、抽出した変動を、前記ベース成分を基準とするごみ供給速度の変動成分として導出する、請求項１または２に記載のごみ供給速度推定装置。
4. 前記変動成分導出部は、前記供給重量の推移に対して、前記給塵装置のごみ供給動作に応じた周波数特性のハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタによるフィルタ処理を実行し、前記フィルタ処理の結果を、ごみ供給速度の前記変動成分とする、請求項３に記載のごみ供給速度推定装置。
5. 前記供給速度推定部は、前記クレーンにより前記ホッパに投入されてから前記ホッパの下部に至るまでの前記ホッパ内のごみの滞留時間に応じて、前記ベース成分の時間軸と前記変動成分の時間軸とを調整する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のごみ供給速度推定装置。
6. 前記供給速度推定部は、前記投入重量の推移に対して、前記滞留時間に応じた時間幅での移動平均処理を実行することにより、前記ベース成分の時間軸を、前記変動成分の時間軸に合わせる、請求項５に記載のごみ供給速度推定装置。
7. ホッパに投入されたごみを、給塵装置により焼却炉内に順次供給する焼却設備において、前記給塵装置により前記焼却炉内に供給されるごみの単位時間あたりの重量であるごみ供給速度の推移を推定するごみ供給速度推定方法であって、
   前記ホッパへのごみの投入重量の推移を、ごみ供給速度のベース成分として導出するベース成分導出ステップと、
   前記高さ計測装置で計測される前記表面高さの変化から、前記給塵装置により前記焼却炉内に供給されるごみの供給重量の推移を推定するとともに、推定した前記供給重量の推移の変動を、前記ベース成分を基準とするごみ供給速度の変動成分として導出する変動成分導出ステップと、
   前記ベース成分に前記変動成分を重畳することにより、ごみ供給速度の推移を推定する供給速度推定ステップと、を含む、ごみ供給速度推定方法。

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