JP2797056B2 - ごみ焼却炉の燃焼制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はごみ焼却炉の燃焼制御方
法および装置に関し、特にごみ焼却炉内をテレビジョン
カメラにより撮像して得られる画像情報を処理すること
により、焼却炉内の燃焼状況を監視して焼却炉の燃焼制
御を行う方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ごみ焼却炉では、焼却炉内ではごみの燃
え残りを出さないように燃やすために、炉内でごみが燃
え尽きている点（以下、燃え切り点と呼ぶ）の検出及び
制御が重要となる。

【０００３】また、ごみ焼却炉に供給するごみ質が変化
すると、最も良く燃えている部分の位置（以下、燃焼位
置と呼ぶ）が変動する。このため、ごみ質が変動しても
燃焼を安定に保つためには、燃焼位置を検出し、これが
炉の中央付近の適性位置になるように制御することが必
要となる。

【０００４】従来、このような課題に対して、ごみ焼却
炉内をテレビジョンカメラにより撮像して得られる画像
情報から燃え切り点を求めて、ごみ焼却炉内のごみの燃
え残りを無くすように制御する方法（特開昭６４−６７
５２３号、特開平１−１１１１２４号、特開平１−２１
４０３号）が知られている。また、ごみ焼却炉内を撮像
したカラー画像の赤色の信号から燃え切り点を求め、燃
焼位置が一定になるように制御する方法（特開平３−６
６５６６号）が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法は、ご
み焼却炉内の画像の輝度情報から燃え切り点を求めてい
るため、ごみの燃え残り部分と、最も良く燃えている部
分、すなわち、燃焼位置とを区別することができず、燃
焼制御を的確に行うことが困難であった。すなわち、従
来の燃焼制御方法では、ごみ焼却炉内の画像情報から燃
え切り点という単一の制御情報を検出して制御している
ため、ごみ質の変動に対して常に安定かつ完全な燃焼を
行わせることは困難であった。

【０００６】したがって、本発明はこれらの従来の欠点
を改善して、燃焼位置および燃え切り点を区別して検出
することにより、ごみ質の変動に対しても時間的に安定
した燃焼位置を確保するとともに、ごみの燃え残りを生
じないように、的確なごみ焼却炉の燃焼制御を行うこと
ができる方法及び装置を提供することを目的とするもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ごみ焼
却炉内部をテレビジョンカメラにより所定時間にわたっ
て撮像して複数枚の炉内画像を得、これらの複数枚の炉
内画像の対応する各画素の中で最も輝度の低い画素を選
びその輝度値を画素とする最小値画像を得、同様に対応
する各画素の中で最も輝度の高い画素を選びその輝度値
を画素とする最大値画像を得、これらの最小値画像及び
最大値画像からそれぞれ炉内の燃焼位置及び燃え切り点
を検出し、その値の大きさに応じて焼却炉の燃焼を制御
するようにしたことを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御
方法が得られる。

【０００８】また本発明によれば、前記最小値画像を構
成する各画素のうち、その輝度が所定の値以上である画
素の画像内の位置により前記炉内の燃焼位置を検出する
ようにしたことを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御方法
が得られる。

【０００９】また本発明によれば、前記最大値画像を構
成する各画素のうち、その輝度が所定の値以下である画
素の画像内の位置により前記炉内の燃え切り点を検出す
るようにしたことを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御方
法が得られる。

【００１０】本発明によれば更に、ごみ焼却炉内部を所
定時間にわたって撮像するテレビジョンカメラと、この
テレビジョンカメラにより得られた異なる時間における
複数枚の炉内画像を各画素の輝度情報の集合として記憶
する画像用メモリと、この画像用メモリに記憶された複
数枚の炉内画像を読みだし、これらの画像の対応する各
画素の中で最も輝度の低い画素及び最も輝度の高い画素
を選び、それぞれその輝度値を画素とする最小値画像及
び最大値画像を構成する画像処理手段と、この画像処理
手段により得られた最小値画像及び最大値画像からそれ
ぞれ炉内の燃焼位置及び燃え切り点を算出する手段と、
この算出手段により算出された燃焼位置及び燃え切り点
の大きさに応じて焼却炉の燃焼を制御する手段とを備え
たことを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御装置が得られ
る。

【００１１】本発明によればまた、前記炉内の燃焼位置
及び燃え切り点を算出する手段は、それぞれ前記最小値
画像及び最大値画像を構成する各画素のうち、その輝度
が所定の輝度以上である画素が画像の所定の位置から数
えて所定の個数に達するときの画素の画像内での位置を
求める手段により構成されていることを特徴とするごみ
焼却炉の燃焼制御装置が得られる。

【００１２】

【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明が適用されるごみ焼却炉の構成を示す
断面図である。焼却すべきごみ１１は、フィーダ１２で
焼却炉１３内に押し込まれる。焼却炉１３の床全面に配
置された第１乃至第３のストーカ１４、１５、１６は炉
内に入ったごみ１１を適度に攪拌しながら炉内を移動さ
せて燃焼させる。第１のストーカ１４は炉入り口側、第
２のストーカ１５は炉中央、第３のストーカ１６は、炉
出口側に配置され、ごみの搬送速度をそれぞれ独立に変
えることができる。

【００１３】また、押し込み送風機１７で炉の下側から
燃焼空気を炉内へ吹き込ませる。炉内へ供給される燃焼
空気の総量は燃焼空気主ダンパ１８で調整される。さら
に、第１乃至第４の副ダンパ１９、２０、２１、２２で
炉内の各部へ入る燃焼空気量の割合を調整し、各ダンパ
上のごみの燃焼を促進、制御する。なお、副ダンパの数
は焼却炉によっては３つの場合もある。焼却炉１３内の
燃焼の状態は、炉出口側に設置したテレビカメラ２３に
より撮像される。

【００１４】図２はテレビカメラ２３により撮像された
焼却炉内部の画像を利用した焼却炉の燃焼制御系の構成
を示すブロック図である。テレビカメラ２３で撮像した
アナログ画像情報は、画像入力装置３４により一定時間
ごとにディジタル画像情報に変換され、画像用メモリ３
５に記憶される。計算機３６は、画像用メモリ３５に記
憶されたティジタル画像情報から、後述の手順で燃え切
り点Ｂｐ及び燃焼位置Ｂｏを求める。さらに、計算機３
６は燃え切り点Ｂｐ及び燃焼位置Ｂｏに基づいて、ごみ
の供給量、炉内各部への燃焼空気量を計算し、それぞれ
ごみ供給量制御装置３７、燃焼空気制御装置３８に指令
値を与える。

【００１５】ごみ供給量制御装置３７は、計算機３６で
求めた指令値に基づいて、焼却炉のフィーダ１２、第１
乃至第３のストーカ１４、１５、１６を操作して、炉内
へ供給するごみの量及び炉内各部のごみの移動速度を調
整する。

【００１６】炉内へのごみの供給量はフィーダ１２の反
復回数の増減で調整することができる。炉入り口付近の
ごみの移動速度は、第１のストーカ１４の速度及びオン
／オフの回数で調整することができる。また、炉内中央
付近のごみの移動速度は、第２のストーカ１５の速度及
びオン／オフの回数で調整することができる。さらに、
炉出口付近のごみの移動速度は、第３のストーカ１６の
速度及びオン／オフの回数で調整することができる。

【００１７】燃焼空気制御装置３８は、計算機３６で求
めた指令値に基づいて、焼却炉の燃焼空気主ダンパ１
８、第１乃至第４の副ダンパ１９、２０、２１、２２を
操作して、燃焼空気の総量及び炉内各部へ供給される割
合を調整する。すなわち、燃焼空気の総量は、燃焼空気
主ダンパ１８を開閉することで調整することができる。
また、炉内各部へ供給される燃焼空気の割合は、第１乃
至第４の副ダンパ１９、２０、２１、２２の開度を変え
ることで、調整することができる。

【００１８】次に、燃焼位置Ｂｏ、燃え切り点Ｂｐの計
算方法を示す。図３はテレビカメラ２３で撮像した燃焼
炉内の画像の一例を示す図である。燃焼炉内の画像は、
各ストーカの高さ、テレビカメラ２３の設置位置、角度
等の関係から画面の上部４１に炉入り口付近、中央部４
２に炉中央付近、下部４３に炉出口付近の燃焼状態が写
される。炉内の勢いの強い火炎の中心部分４４は、数１
０秒〜数分程度の一定時間は炉内で場所が移動しないた
め、画像上で同じ位置に撮像される。これに対して、火
炎の外側部分４５は、時間的に形状が変化しやすい。さ
らに、ごみの燃え残りの炎４６は、時間的に輝度が変化
しやすい。

【００１９】本発明においては、焼却炉１３内を所定時
間にわたってテレビカメラ２３により撮像することによ
り、異なる時間に撮像した複数枚の画像を得て、これら
の画像に対して次のように画像処理することにより、燃
焼位置、燃え切り点を検出する。

【００２０】図４はテレビカメラ２３により時刻Ｔに撮
像された炉内画像の画素の座標とその輝度情報の関係を
示す図である。図においては、画像の横方向の画素数は
Ｎｘ、縦方向の画素数はＮｙと表わされている。また、
左から右方向にｘ番目、上から下方向にｙ番目の画素の
時刻Ｔにおける輝度Ｌは、Ｌ（ｘ，ｙ，Ｔ）と表され
る。

【００２１】ただし、０≦ｘ≦Ｎｘ−１，０≦ｙ≦Ｎｙ
−１とする。また、各画素の値は、輝度が大きくなるほ
ど大きな数値を取るものとする。

【００２２】図２の画像用メモリ３５には異なる時刻Ｔ
1 ，Ｔ2 …Ｔk に撮像したｋ枚の炉内画像がそれぞれＮ
ｘ×Ｎｙ個の画素の輝度情報Ｌ（ｘ，ｙ，Ｔ）として記
憶されている。これらの異なる時刻における炉内画像の
輝度情報Ｌ（ｘ，ｙ，Ｔ）を用い、ｋ枚の各画像の対応
する座標（ｘ，ｙ）の画素の中から最小の輝度を求め
て、この最小輝度を座標（ｘ，ｙ）の画素とする。この
ような操作をＮｘ×Ｎｙ個の全ての画素について行い、
これらの最小輝度画素の集合体により１枚の画像を合成
する。以下では、このように合成した画像を最小値画像
と呼ぶことにする。同様に、ｋ枚の各画像の対応する座
標（ｘ，ｙ）の画素の中から最大の輝度を求めて合成し
た１枚の画像を最大値画像と呼ぶ。

【００２３】このようにして得られた最小値画像及び最
大値画像の座標（ｘ，ｙ）における画素の値をそれぞれ
Ｌｍｉｎ（ｘ，ｙ）、Ｌｍａｘ（ｘ，ｙ）とすると、こ
れらは下記の数１、数２のように表される。

【００２４】

【数式１】

【００２５】

【数式２】 最小値画像で画素の値が一定値Ｔｈ１より大きい部分
は、時間的に変動しない火炎の部分である。すなわち、
図３の火炎の中心部分４４のように安定して燃焼してい
る部分であると考えられる。したがって最小値画像の座
標（ｘ，ｙ）における画素の値を一定値Ｔｈ１を基準と
して２値化した値をＭ（ｘ，ｙ）とすると、Ｍ（ｘ，
ｙ）は下記の数３のように表される。

【００２６】

【数式３】 次に、上記２値化した値Ｍ（ｘ，ｙ）のｙ行における１
列分の和Ｓ（ｙ）を下記の数４のように求める。

【００２７】

【数式４】 更に、全画像でのＭ（ｘ，ｙ）の総和のＳａｌｌを下記
の数５のように求める。

【００２８】

【数式５】 そして、下記の数６のかっこ内の式を満足する最大のｙ
の値を燃焼位置Ｂｐとする。

【００２９】

【数式６】 ただし、εは０以上１以下の正数であり、例えば0.05と
する。

【００３０】上記のように求めた燃焼位置Ｂｐは、図４
の画像の上端から下端に向かって数えた画素数によって
表わされている。そしてこの燃焼位置Ｂｐは、図４にお
ける火炎の中心部分４４の下端の位置、あるいは図５
（Ａ）に示すように、最小値画像における火炎の燃え出
している位置を表している。最小値画像では火炎の時間
変動分が除去されているため、炉内で安定に燃焼してい
る点の位置を表す。

【００３１】燃え切り点Ｂｏは、最大値画像について２
値化の閾値Ｔｈ１の代わりにＴｈ２を、また、Ｌｍｉｎ
の代わりにＬｍａｘを用いて上記と同様の処理を施して
求める。

【００３２】燃え切り点Ｂｏは、図５（Ｂ）に示すよう
に、最大値画像の火炎の燃え出している点を表す。最大
値画像の火炎は、時間的に変動する燃え残りのごみの炎
も含まれる。このため、燃え切り点Ｂｏは、燃焼位置Ｂ
ｐよりも大きな値（炉出口よりの位置、あるいは画面の
より下側の位置）となる。また、最大値画像でＭ（ｘ，
ｙ）＝０の点は炎が無い点であると考えられるため、画
像上で燃え切り点Ｂｏよりも下側の部分では、ごみが完
全に燃え尽きている。

【００３３】２値化の閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２はそれぞれ最
小値画像、最大値画像から火炎部分を表している輝度の
大きい画素と火炎以外の部分を表している輝度の小さい
画素を分離できるように経験的に決定する。一例とし
て、テレビカメラ２３の絞りを固定して撮像し、画像の
各画素の輝度を、０から２５５の範囲の数値で離散化し
た場合には、Ｔｈ１及びＴｈ２は１００〜２００程度の
値に設定する。

【００３４】水分を多く含んだごみのように燃えにくい
ごみが炉内に入ると、炉の入り口付近でごみが十分に乾
燥されないため、燃焼位置Ｂｐが炉出口側へ移動する。
したがって、燃焼位置Ｂｐが大きな値になったときに
は、ストーカ１４あるいはストーカ１５によるごみの移
動速度が小さくなるように操作する。あるいは、副ダン
パ１９の開度を大きくして、炉入り口付近のごみの乾燥
を促進させる。

【００３５】また、乾燥した燃えやすいごみが炉内に入
ると、炉の入り口付近で燃え始めてしまい、燃焼位置Ｂ
ｐが炉の入り口側へ移動する。したがって、燃焼位置Ｂ
ｐが小さな値になったときには、ストーカ１４あるいは
ストーカ１５によるごみの移動速度が大きくなるように
操作する。あるいは、副ダンパ１９の開度を小さくし
て、炉入り口付近のごみの燃焼及び乾燥を抑制する。

【００３６】ごみが炉中央で完全に燃えきらなかったと
きには、炉出口付近に燃え残りのごみがでてきて燃え
る。ごみを完全に燃やし灰質を良くするためには、この
燃え残りを完全に燃やす必要がある。通常、燃え残りの
ごみが燃えるときの炎は、炉中央の火炎よりも勢いが弱
く、炎がゆらぎ、時間的な変化が大きい。最小値画像で
は、この炎は除去されるため、燃焼位置Ｂｐは影響を受
けず、勢いの強い炉中央の火炎の位置を表す。これに対
して、最大値画像では、この炎はくまなく画像上に輝度
の明るい部分として表示される。従って、燃え切り点Ｂ
ｏは、燃え残りがある場合には、燃焼位置Ｂｐよりも炉
出口寄りの値（数値では大きな値）となる。また、燃え
残りがない場合には、燃焼位置Ｂｐとほぼ同程度の値に
なる。

【００３７】従って、Ｂｏが大きな値になった（炉出口
寄りに燃え残りがある）ときには、燃え残りを完全に燃
やすため、ストーカ１６の平均速度を遅くして炉出口寄
りのごみの移動速度を遅くする。あるいは第４の副ダン
パ２２を開き、炉出口付近への燃焼空気を増やし炉出口
付近のごみの燃焼を促進させる。

【００３８】計算機３６は、上述の方法で燃焼位置Ｂ
ｐ、燃え切り点Ｂｏを求め、その値に応じてフィーダー
１２、第１乃至第３のストーカ１４、１５、１６への指
令をごみ供給量制御装置１７へ出力する。さらに、燃焼
空気主ダンパ１８、第１乃至第４の副ダンパ１９、２
０、２１、２２への指令を燃焼空気制御装置３８へ出力
する。

【００３９】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、焼却炉内
部を異なる時間に撮像した複数枚の画像から最小値画像
及び最大値画像を求めることにより、燃焼の中心位置及
び燃え切り点を正確に検出することができる。したがっ
て、ごみを炉内中央の適性位置で燃やすための制御、及
びごみの灰質を良くするための制御を的確に行うことが
できる。

【００４０】すなわち、本発明によれば、従来区別され
ずに使用されていた燃え切り点と燃焼位置を明確に区別
し、それぞれの特徴を強調するような画像処理方法によ
り別々に検出し、これらを燃焼制御に使用することによ
り、ごみ焼却炉内のごみの燃え残りを無くし、ごみ質に
よる燃焼位置の変動をより的確に制御することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるごみ焼却炉の構成を示す断
面図である。

【図２】本発明におけるごみ焼却炉の燃焼制御系の構成
を示すブロック図である。

【図３】本発明が適用されるごみ焼却炉内の画像の一例
を示す図である。

【図４】本発明における炉内画像の画素の座標とその輝
度情報の関係を示す図である。

【図５】本発明における燃焼位置Ｂｐおよび燃え切り点
Ｂｏの位置を示す図である。

【符号の説明】

１１ ごみ １２ フィーダ １３ ごみ焼却炉 １４ 第１のストーカ １５ 第２のストーカ １６ 第３のストーカ １７ 押し込み送風機 １８ 燃焼空気主ダンパ １９ 第１の副ダンパ ２０ 第２の副ダンパ ２１ 第３の副ダンパ ２２ 第４の副ダンパ ２３ テレビカメラ ３４ 画像入力装置 ３５ 画像用メモリ ３６ 計算機 ３７ ごみ供給量制御装置 ３８ 燃焼空気制御装置

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ごみ焼却炉内部をテレビジョンカメラに
   より所定時間にわたって撮像して複数枚の炉内画像を
   得、これらの複数枚の炉内画像の対応する各画素の中で
   最も輝度の低い画素を選びその輝度値を画素とする最小
   値画像を得、同様に対応する各画素の中で最も輝度の高
   い画素を選びその輝度値を画素とする最大値画像を得、
   これらの最小値画像及び最大値画像からそれぞれ炉内の
   燃焼位置及び燃え切り点を検出し、その値の大きさに応
   じて焼却炉の燃焼を制御するようにしたことを特徴とす
   るごみ焼却炉の燃焼制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の燃焼制御方法において、
   前記最小値画像を構成する各画素のうち、その輝度が所
   定の値以上である画素の画像内の位置により前記炉内の
   燃焼位置を検出するようにしたことを特徴とするごみ焼
   却炉の燃焼制御方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の燃焼制御方法において、
   前記最大値画像を構成する各画素のうち、その輝度が所
   定の値以下である画素の画像内の位置により前記炉内の
   燃え切り点を検出するようにしたことを特徴とするごみ
   焼却炉の燃焼制御方法。
4. 【請求項４】 ごみ焼却炉内部を所定時間にわたって撮
   像するテレビジョンカメラと、このテレビジョンカメラ
   により得られた異なる時間における複数枚の炉内画像を
   各画素の輝度情報の集合として記憶する画像用メモリ
   と、この画像用メモリに記憶された複数枚の炉内画像を
   読みだし、これらの画像の対応する各画素の中で最も輝
   度の低い画素及び最も輝度の高い画素を選び、それぞれ
   その輝度値を画素とする最小値画像及び最大値画像を構
   成する画像処理手段と、この画像処理手段により得られ
   た最小値画像及び最大値画像からそれぞれ炉内の燃焼位
   置及び燃え切り点を算出する手段と、この算出手段によ
   り算出された燃焼位置及び燃え切り点の大きさに応じて
   焼却炉の燃焼を制御する手段とを備えたことを特徴とす
   るごみ焼却炉の燃焼制御装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の燃焼制御装置において、
   前記炉内の燃焼位置及び燃え切り点を算出する手段は、
   それぞれ前記最小値画像及び最大値画像を構成する各画
   素のうち、その輝度が所定の輝度以上である画素が画像
   の所定の位置から数えて所定の個数に達するときの画素
   の画像内での位置を求める手段により構成されているこ
   とを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御装置。