JP2689552B2

JP2689552B2 - ごみ焼却炉の燃え切り点検出方法

Info

Publication number: JP2689552B2
Application number: JP32385788A
Authority: JP
Inventors: 宗三富浜; 康雄酒井; 正美野嶋; 勲治前坊; 晋司塩崎; 茂平林
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1988-12-22
Filing date: 1988-12-22
Publication date: 1997-12-10
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JPH02169909A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、円筒状の回転ストーカを用いたごみ焼却
炉の燃え切り点検出方法に関する。

［従来の技術］近年、都市ごみや固形産業廃棄物の多様化にともな
い、低カロリーから高カロリーのものまで確実かつ安定
に焼却できる焼却炉が要請されている。このような要請
に応えるためには、ごみの燃焼状態を計測し、ごみの供
給速度、空気供給量、ごみの送り速度等を制御する必要
がある。

焼却状態を知る尺度の一つとして、燃え切り点があ
る。これは、ごみが炉内に供給され、乾燥域→燃焼域→
おき燃焼域と移行していく場合の、燃焼域とおき燃焼域
との境界であり、安定な燃焼を得るには、この燃え切り
点が、ある適正範囲内にくるように制御しなければなら
ない。

たとえば、ボイラ付ごみ焼却炉において、燃焼を促進
してボイラ蒸気流量を増加させたい場合は、乾燥域側の
空気流量を増して、おき燃焼域側の空気流量を減少さ
せ、反対に、燃焼を抑制してボイラ蒸気流量を減少させ
たい場合は、上と逆の操作を行うが、これらの操作に応
じて、ごみの供給量や空気流量を調節し、燃え切り点が
適正範囲内にくるように制御しなければならない。具体
的には、回転ストーカ部への空気流量に応じてごみ量の
供給、およびごみ移送速度を調節することにより燃え切
り点を調節する。

このように燃え切り点は、燃焼制御上、重要な意味を
もっている。したがって、燃え切り点を自動的に検出し
て、燃焼を制御する装置が提案されている。

たとえば、川崎重工技報・90号（1985年10月号）の20
頁以降には、「カラー画像処理技術を応用したごみ焼却
プラント用自動燃焼制御（ACC）システムの開発」と題
した記事が記載されている。このシステムは、カラーIT
V（工業用TV）カメラを用いて、ごみ焼却炉内を撮像し
て火炎領域をとらえ、各走査線ごとに赤色成分の積算値
の分布を求め、この積算値の最大値に適切な値ｋ（０＜
ｋ＜１）を乗じて火炎部と灰部とを分ける閾値αを求
め、閾値α以上の部分を火炎部、閾値α未満の部分をお
き燃焼を含む灰部とする。また、火炎部と灰部の境界の
走査線Ｋを求め、この走査線Ｋに対応するごみ焼却炉内
の位置を燃え切り点とするものである。

［発明が解決しようとする課題］ところで、上述した従来のシステムは、円筒状のスト
ーカではなく、一般の平型のストーカを使用しているた
め、ストーカの上方向、あるいは左右方向の適当な位置
にTVカメラを据え付けて、火炎部を撮像することが可能
であった。

しかしながら、円筒状の回転ストーカを用いた場合
は、第１図に示すように、上方向や左右方向からの撮像
は不可能であった。このため、回転ストーカ式燃焼炉の
場合は、カメラを設置しようとしても、ストーカの上方
向、左右方向には据え付けることができず、その据え付
け位置は、たとえば、上記のぞき窓のところなどに局限
されていた。よって、撮像した画像も傾斜したものとな
り、この２次元画像から３次元空間内の燃え切り点の位
置を同定することが困難であった。

特に、後述する第10図に示すように、ごみは回転スト
ーカ中ではある厚さをもっているため、斜めの位置から
撮像した２次元画像からは、燃え切り点の正確な位置を
同定することができなかった。

この発明は、このような背景の下になされたもので、
カメラの据え付け位置が局限されている場合でも、燃え
切り点の位置を正確に同定できるようにした、ごみ焼却
炉の燃え切り点検出方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記課題を解決するためにこの発明は、円筒状の回転
ストーカに廃棄物を供給し、該回転ストーカを回転しな
がら、その内部にて廃棄物を焼却するようにしたごみ焼
却炉において、前記回転ストーカの外部に該回転ストーカの内部を撮
像するカメラを設け、以下の〜の各過程によってご
みの燃え切り点を補正することを特徴とする。

前記回転ストーカの内周面に該内周面の各位置を示
すマークを設け、該マークを前記カメラで撮像してマー
ク画像を得る過程と、ごみ焼却中に、前記回転ストーカの内部を撮像して
画像を得、この画像の中で炎と他の部分を区別して、前
記燃え切り点の画像の中における位置を検出する過程
と、前記燃え切り点近傍のごみ厚に対応する画像中の距
離分だけ、前記画像の中の燃え切り点位置を平行移動し
て、画像の中における補正された燃え切り点位置を求め
る過程と、該画像の中における補正された燃え切り点の位置と
前記マーク画像とに基づいて、前記回転ストーカ内部に
おける前記燃え切り点の実際の位置を演算する過程。

［作用］上記方法によれば、画像中の火炎部から、みかけの燃
え切り点（第10図中の点Ｒ）に対応する画像中の点（第
11図中の点Ｑ）を求めることができる。この画像中の点
Ｑに、ごみ厚ｄに対応する距離分p_cの平行移動を施すこ
とによって、実際の燃え切り点Ｓに対応する画像中の点
Q_Cを求めることができる。

次いで、回転ストーカの内周面に設けられたマークを
撮像した画像と、画像中の点Q_Cとを照合することによっ
て、この点Q_Cに対応する位置、つまり実際の燃え切り点
の位置が認識される。

このように、ごみ厚ｄに対応する距離p_cが分かり、前
記マークに対応する位置の基準となるデータ（較正デー
タ）が作成されていれば、カメラの据え付け位置が局限
されている場合でも、正確な燃え切り点の検出が可能と
なる。なお、ごみ厚ｄを知る方法としては、オペレータ
の目測による方法などがあり、これから画像中の距離p_c
を求めることができる。

［実施例］以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

第１図、第２図は、この発明による方法を適用した回
転ストーカ型燃焼炉の構成を示す図で、第１図はその縦
断面図、第２図は横断面図である。

これらの図において、ごみ投入ホッパ１から投入され
たごみ２は、ごみ供給プッシャ３によって、円筒状の回
転ストーカ４に供給される。回転ストーカ４は、円筒体
の軸心を中心に回転しながら、ごみ２を焼却するもので
ある。回転ストーカ４は、第２図に示すように、小さな
間隙５を隔てて円環状に配列された複数の水管６から構
成されている。

これらの水管６は下端部にて円環状の管6aに合流し、
この管6aは、管6bとロータリジョイント6cを通して、ボ
イラ７に連結されている。こうして、水管６とボイラ７
との間には、常時水が循環し、水管６を保護する。ま
た、回転ストーカ４の下方には、分割風箱８が設けら
れ、この分割風箱８から送られる熱風９が、間隙５の間
から回転ストーカ４の中に送り込まれるようになってい
る。

一方、ボイラ７を通過した燃焼ガス10は、熱風９を発
生させるための空気予熱器11を通り、排煙処理装置の方
へ送られる。なお、図中12は着火バーナ、13は後燃焼装
置、14はダンパである。

次に、第３図は、この実施例装置の電気的構成を示す
ブロック図である。

図において、21は工業用テレビカメラ（以下、カメラ
21という）であり、第１図に示す位置に配置されて、回
転ストーカ４の内部を撮像する。カメラ21の据え付け位
置は、管6bを避けて、回転ストーカ４の内部がよく見え
る位置でなければならない。したがって、カメラ21は、
回転ストーカ４の軸線に対して斜めの位置に据え付けら
れることになる。こうして、カメラ21には、回転ストー
カ４内部の状態が斜めから見た状態で映し出される（第
４図参照）。

カメラ21からの画像信号（アナログ信号）は、画像処
理装置30内のA/D変換器（アナログ・ディジタル変換
器）31に供給される。A/D変換器31は、上記画像信号を
ディジタル信号に変換し、このディジタル信号（画像デ
ータ）を画像メモリ32に供給する。画像メモリ32は、燃
焼中の画像４面分の画像データを格納できるものであ
る。

画像メモリ32に格納された画像データは、CPU33に読
み出され、後述する処理を受ける。また、CPU33にはメ
モリ34が接続されており、プログラム格納用に使用され
る。CPU33で処理されたデータのうち表示が必要なもの
は、インターフェース35を通してモニタ装置40に表示さ
れる。また、CPU33から制御装置50に燃え切り点などの
情報が転送され、この燃焼炉の燃焼制御が実行される。

次に、この実施例の動作を説明する。

まず、第４図〜第６図を参照して動作の概要を説明す
る。

第４図は、カメラ21に撮像された回転ストーカ４の内
部の画像を示すものである。すでに説明したように、カ
メラ21は回転ストーカ４の軸線に対してずれた位置にあ
るので、この内部画像は図のようにやや傾斜したものと
なる。回転ストーカ４の内部には、回転ストーカ４の内
部の位置を示す格子状のマーク60が、たとえば500mm間
隔で書き込まれており、これが撮像されて図のような画
像を形成する。このマーク60は、カメラ21を据え付けた
ときに撮像するだけでよく、撮像されたマーク60の画像
は、画像メモリ34に格納され、この画像から較正データ
が作成される。なお、その詳細は後述する。

第５図は、燃焼中の状態を示す画像である。火炎61
は、画像中では輝度の高い部分として現れるから、この
画像を２値化することによって、火炎61と背景の部分と
を区別することができる。この火炎61の最下端の点Ｑが
燃え切り点65に相当する点であり、画像中での座標は
（x,y）であるとする。なお、画像の座標系としては、
画像の左上の点を原点とし、原点を通る水平右方向をｘ
軸の正方向、原点を通る垂直下方向をｙ軸の正方向と設
定する。

第６図は、各走査線における火炎61の画素数を示すも
のである。同図（ｂ）に示すように、火炎61の幅が広い
ところほど画素数が多くなり、この画素数が零となる点
（または零に近い一定値より少なくなる点）が画面の下
部に１点得られる。その点Ｑ（x,y）を燃え切り点65と
して決めることができる。

上記の説明は、燃え切り点65の位置におけるごみ厚が
ないものとして説明したが、実際はごみ厚があるために
補正が必要となる。これについては第10図、第11図のと
ころで説明する。

次に、第７図〜第14図を参照して、この実施例の動作
を説明する。

第７図は、本実施例のCPU33（第３図）の画像処理動
作を示すフローチャートである。

この画像処理は、カメラ21の据え付け時に、第４図に
示すような画像をとり、この画像から燃え切り点を較正
するための較正データを作成する段階（ステップS1〜S
3）と、燃焼状態を撮像してみかけ上の燃え切り点を検
出する段階（ステップS4〜S8）と、このみかけ上の燃え
切り点にごみ厚による補正を施す段階（ステップS9）
と、補正された燃え切り点から実際の燃え切り点の位置
を求める段階（ステップS10）と、燃え切り点65の出力
値を安定化するための処理（ステップS11）とからなっ
ている。以下、これらに大別して説明する。

（１）較正データの作成まず、ステップS1において画像処理装置30をイニシャ
ライズした後、回転ストーカ４に書き込まれた格子状の
マーク60をカメラ21で撮像する。これが、第４図に示す
ような較正画像として画像メモリ32に格納され、CPU33
から読み出し可能な状態となる。

このような較正画像に対して、第８図、第９図に示す
ような処理を施して燃え切り点の較正データを設定する
（ステップS2）。以下、その具体的方法につき説明す
る。

較正点群の画像座標の決定第４図の較正画像から格子点を抽出し、第８図に示す
ように、各格子点の画像空間ｘ−ｙにおける座標を決定
する。

無限遠点ｐ_∞の座標算出第９図に示すように、各直線mj（ｊ＝1,2,3……）の
画像空間ｘ−ｙにおける方程式を最小二乗法によって求
め、これらの直線の交点として、再び最小二乗法を用い
て無限遠点ｐ_∞の座標を決し、これを記憶する。

こうして、燃え切り点65を算出するための較正データ
が得られたら、CPU33は、ステップS3に進み、画像入力
や２値化処理、および出力処理などのための諸データの
入力が行われているか、また適正なものかなどの画像チ
ェックを行う。

以上によって、燃焼状態を連続的に撮像して制御する
ための準備が終了する。校正データ座標はデータファイ
ルとしてメモリ34に格納されるための作業は１度だけ
でよい。

（２）燃え切り点65のみかけの位置Ｑ検出 CPU33は、ステップS4において、第１の燃焼画像を画
像メモリ32に取り込み、これらの画像に対してステップ
S5で加算処理を行う。これは、火炎61や煙などの動いて
いるものに比べて、燃え切り点65の位置の変動量が少な
いという事実に基づき、画像を加算することで画像の平
滑化を行ない、燃え切り点65をより安定に検出するため
の処理である。このようにして得られた画像に対してス
テップS6でヒストグラム処理、判別分析法による処理、
２値化処理を施す。

続いて、加算処理でも除去できなかったノイズに対し
て、検出精度をさらに上げるために、収縮、膨張といっ
た公知の画像処理手法を用いて、ノイズを除去する（ス
テップS7）。また、燃え切り点65は、火炎61の最下部で
あることを前提に、第６図（ｂ）に示すような火炎61の
水平プロファイルをとり、このプロファイルから燃え切
り点65の、画像空間中の座標Ｑ（x,y）を決定する（ス
テップS8）。

（３）燃え切り点65の補正された位置Q_C算出ステップS8において、燃え切り点65のみかけの位置Ｑ
（x,y）が求まったら、これにごみ厚による補正を施す
（ステップS9）。

第10図および第11図は、ごみ厚補正を説明するための
図である。

カメラ21によって札蔵され、上記処理によって燃え切
り点65の像として抽出された点Ｑは、ごみ２の表面上の
位置に対応するものである。したがって、この点Ｑに対
応する回転ストーカ４上の点を較正データによって求め
ると、第10図の点Ｒの位置が算出されてしまい、実際の
燃え切り点65の位置Ｓを求めることができない。

このような不都合を避けるためには、点Ｓに対応する
画像中の点Q_Cを求めればよい。つまり、ごみ厚ｄをカメ
ラ21からみたときの距離ｐに対応する画像中の距離をp_c
とするとき、点Ｑを、この距離p_c分だけ平行移動した点
Q_Cを求め、この点Q_Cに対応する回転ストーカ４内の位置
を求めればよい。

この場合、ごみ厚ｄは、オペレータが目測又は適当な
計測手段で求め、第３図のモニタ装置40に設けられたキ
ーボード又は計測手段からCPU33に入力する。これによ
って、カメラ21は、ごみ厚ｄに対応する距離ｐと画像中
の距離p_cを算出する。すなわち、カメラ21の位置および
傾きと、回転ストーカ４の傾きと、回転ストーカ４内に
おける燃え切り点65のあるべき位置とから点R,Sが求ま
り、これによって距離ｐとp_cとが求められる。

（４）燃え切り点65の実際の位置の算出次いで、ステップS10に進み、２次元→３次元変換処
理を実行する。すなわち、上記（１）項で求めた較正デ
ータに基づいて、２次元の画像内の点Q_C（x,y）が回転
ストーカ４内の３次元空間でどの位置を占めるかを計算
し、燃え切り点65の位置を決定する。以下、第12図〜第
14図を参照して、この方法につき説明する。

燃え切り点65の補間領域の決定ステップS9において燃え切り点65に対応する画像中の
補正点Q_C（x,y）が求まったら、第10図に示すように、
直線Ｐ_∞Q_Cが画面垂直方向となる角αを算出する。ま
た、直線群mjが画面垂直方向となす角θｊとするとき、
θｊ＞α＞θｊ＋１となるような直線mj,mj＋１をみい
だす。

この直線mjと直線mj＋１上の格子点の座標を順番に
調べ、第11図に示すような、点Q_Cを囲む形の３つの格子
点P₀,P₁,P₂をみつけ、これらの点P₀,P₁,P₂を補間の基本
点とする。

これらの基本点P₀,P₁,P₂のそれぞれの座標を（x₀,y
₀），（x₁,y₁），（x₂,y₂）とし、これらの値から点Q_C
の座標（x,y）を、一次補間法によって求める。

まず、第14図に示すように、基本点P₀,P₁,P₂と点Q_Cの
x,y座標のそれぞれの差Δx,Δｙ、Δx₁,Δy₁、およびΔ
x₂,Δy₂を求める。次いで、基本点P₀,P₁,P₂の回転スト
ーカ４内の位置（回転ストーカ４の出口端からの距離）
を、それぞれL₀,L₁,L₂とし、点Q_Cの位置をＬとすると、
距離Ｌが求める値であり、他は既知の値である。このよ
うな条件の下に、距離L,L₁,L₂の値で次式を表現するこ
とができる。

Ｌ＝L₀＋（∂L/∂ｘ）Δｘ＋（∂L/∂ｙ）Δｙ L₁＝L₀＋（∂L/∂ｘ）Δx₁＋（∂L/∂ｙ）Δy₁ L₂＝L₀＋（∂L/∂ｘ）Δx₂＋（∂L/∂ｙ）Δy₂ これらの３式において、L₀,L₁,L₂、およびΔx,Δｙ、
Δx₁,Δy₁、Δx₂,Δy₂は既知の値であるから、これらの
式より、（∂L/∂ｘ）、（∂L/∂ｙ）を消去して距離Ｌ
を求めることができる。

こうして、燃え切り点65の実際の位置Ｌを求めること
ができた。

（５）燃え切り点の検出安定化処理燃え切り点位置として、毎回算出されるデータを用い
ると、ノイズなどの影響で、安定した値が得られない。
そこでステップS11で平滑化等の出力信号処理を実行し
て実際の燃え切り点65を決定している。平滑化処理とし
て次の演算が行われる。

・１次処理 F_c:1次処理後の燃え切り点位置 F_b:前回の１次処理後の燃え切り点位置 C:今回の燃え切り点算出位置（１次処理前） m:移動量を調整する係数・２次処理（出力値） O_c:今回の燃え切り点位置出力値 O_b:前回の燃え切り点位置出力値 D:1次処理データと１次処理前（今回の燃え切り点算出
位置）の値を比較して小さい方の値 n:移動量を調整する係数こうして、一連の処理が終了すると、ステップS12で
表示、S13でデータを出力し、ステップS4に戻って、上
述した燃焼画像の処理を繰り返す。

こうして求めた燃え切り点位置データは、第３図の制
御装置50に供給されて、燃焼制御に使用される。

［発明の効果］以上説明したように、この発明は、回転ストーカ内周
面上に、その位置を示すマークを書き込んでおき、この
マークの画像と、実際の燃焼時の画像とを照合して、燃
え切り点の位置を求める場合に、ごみ厚に対応する補正
を施して燃え切り点の位置を求えるようにしたので、次
の効果を得ることができる。

（１）回転ストーカのように円筒状で、その上方向、
あるいは左右方向からは、内部の見えないものの内部状
態を撮像して、燃え切り点を求める場合に、燃え切り点
の位置を高精度で求めることができる。

（２）カメラの据え付け位置が局限され、たとえば、
斜めからみた画像しか得られないような場合でも、燃え
切り点の位置を正確に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法を適用した実施例装置の構成の
示す縦断面図、第２図は同装置の回転ストーカ４の部分を横断面図、第３図は同装置の電気的構成を示すブロック図、第４図は同装置の回転ストーカ４の内部に書き込まれた
格子状のマーク60をカメラ21にて撮像したときの画像を
示す図、第５図は燃焼中に回転ストーカ４の内部をカメラ21にて
撮像したときの画像を示す図、第６図は火炎61の画像とそのプロファイルを示す図、第７図は上記実施例装置の動作を説明するためのフロー
チャート、第８図および第９図は、回転ストーカ内のマーク60を撮
像した画像から較正データを作成する方法を説明するた
めの図、第10図および第11図は、ごみ厚補正を説明するための図
で、第10図は回転ストーカ４内の状態とカメラ21との位
置関係を示す図、第11図はこのときの画像中の燃え切り
点位置Ｑと補正された燃え切り点位置Q_Cとの関係を示す
図、第12図〜第14図は、燃焼画像から実際の燃え切り点位置
を算出する方法を説明するための図である。４……回転ストーカ、21……カメラ、 30……画像処理装置、32……画像メモリ、 33……CPU、40……モニタ装置、 50……制御装置、60……マーク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者前坊勲治東京都江東区豊洲２丁目１番１号石川島播磨重工業株式会社東京第一工場内 (72)発明者塩崎晋司東京都江東区豊洲２丁目１番１号石川島播磨重工業株式会社東京第一工場内 (72)発明者平林茂東京都江東区豊洲２丁目１番１号石川島播磨重工業株式会社東京第一工場内 (56)参考文献特開昭59−38520（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−84917（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状の回転ストーカに廃棄物を供給し、
該回転ストーカを回転しながら、その内部にて廃棄物を
焼却するようにしたごみ焼却炉において、前記回転ストーカの外部に該回転ストーカの内部を撮像
するカメラを設け、以下の〜の各過程によってごみ
の燃え切り点を補正することを特徴とするごみ焼却炉の
燃え切り点検出方法。前記回転ストーカの内周面に該内周面の各位置を示
すマークを設け、該マークを前記カメラで撮像してマー
ク画像を得る過程と、ごみ焼却中に、前記回転ストーカの内部を撮像して
画像を得、この画像の中で炎と他の部分を区別して、前
記燃え切り点の画像の中における位置を検出する過程
と、前記燃え切り点近傍のごみ厚に対応する画像中の距
離分だけ、前記画像の中の燃え切り点位置を平行移動し
て、画像の中における補正された燃え切り点位置を求め
る過程と、該画像の中における補正された燃え切り点の位置と
前記マーク画像とに基づいて、前記回転ストーカ内部に
おける前記燃え切り点の実際の位置を演算する過程。