JP3170654B2

JP3170654B2 - 乾燥焼却設備の運転制御方法

Info

Publication number: JP3170654B2
Application number: JP25712192A
Authority: JP
Inventors: 日出夫山崎
Original assignee: Okawara Mfg Co Ltd
Current assignee: Okawara Mfg Co Ltd
Priority date: 1992-09-01
Filing date: 1992-09-01
Publication date: 2001-05-28
Anticipated expiration: 2016-05-28
Also published as: JPH0682023A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の目的】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば下水汚泥やし尿
汚泥等の泥状物を乾燥、焼却処理する場合に、焼却炉の
高温排気ガスを乾燥機で利用するようにした乾燥焼却設
備の運転制御方法に関する。

【０００２】

【発明の背景】下水汚泥やし尿汚泥等の泥状物は水分含
有率が高いため、これを処理する場合には、一旦乾燥し
たものを焼却するという方法を採るのが一般的である。
そしてそのための設備として、図５に示すように、焼却
炉2'の排気ガスを乾燥機4'で利用して熱効率を高めるも
のが用いられており、その運転制御は、従来は一例とし
て以下のような方法が採られてきた。

【０００３】焼却炉2'の温度に基づいて、焼却バーナ
27' や被処理物投入量を制御する。乾燥機4'の排気ガ
スの温度に基づいて、焼却バーナ27' を制御する。焼
却炉2'内の圧力に基づいて、乾燥機4'の誘引ファン50'
を制御する。

【０００４】しかしこのような制御方法は、いわば乾燥
機4'と焼却炉2'とを個別制御するものであるから、焼却
炉2'で発生する熱量と乾燥機4'で消費する熱量とのバラ
ンスは考慮されず、効率的な運転をすることは困難であ
る。

【０００５】また上記制御方法では、脱水汚泥ホッパ6'
から乾燥機4'へ投入される汚泥の量や含水率の変動、あ
るいは熱風量の変動がある場合に、これに十分な対応を
採ることができないため、熟練オペレータによる手動制
御が必要となる。

【０００６】例えば上記の制御により、焼却炉2'から
乾燥機4'に送られる排気ガスの温度が制御されている場
合、脱水汚泥ホッパ6'から乾燥機4'へ投入される汚泥の
量が減少したり含水率が減少して乾燥機4'の排気ガス温
度が上昇すると、上記の制御により、焼却バーナ27'
を消火したり燃焼量を減らしたりして焼却炉2'内の温度
を下げるような制御が働く。しかしこの場合、効率的な
運転を実現するためには、汚泥の乾燥機4'への投入量を
増加することが望ましいので、熟練オペレータが手動で
制御をしている。

【０００７】また上記の制御では、汚泥の投入過多や
含水率の上昇により乾燥機4'の排気ガス温度が低下する
と、焼却バーナ27' が作動して焼却炉2'内の温度が上昇
する。しかし焼却炉2'内の温度は、クリンカ発生防止等
の理由から上限があり、の制御では対応できないこと
がある。このような場合には、状況に応じて乾燥機4'へ
の汚泥の投入量を減少させたり、焼却炉2'への吹き込み
風量を多くして、焼却炉2'内の温度上昇を抑制しながら
乾燥機4'へ供給する熱量を増加させる制御を熟練オペレ
ータが手動で行なっている。

【０００８】更にまた上記の制御では、焼却炉2'内や
乾燥機4'内を負圧にして熱風や悪臭が外部へ吹き出すの
を防止しているので、上記焼却炉2'への吹き込み風量の
増減による調整にも自ずから限界があり、熟練オペレー
タはこのような判断をして他の制御方法を選択しなけれ
ばならない場合もある。

【０００９】このように焼却炉と乾燥機とを個別に制御
する従来の方法では、オペレータの負担が大きく、また
このような手動制御ができる熟練オペレータの養成には
時間が掛かるため、焼却炉で発生する熱量と乾燥機で消
費する熱量とのバランスを考慮した乾燥焼却設備全体で
の自動制御方法の開発が望まれていた。

【００１０】

【開発を試みた技術的事項】本発明はこのような背景に
鑑みなされたものであって、熟練オペレータの手動制御
をファジィ理論を用いてルール化し、乾燥焼却設備全体
での自動制御を可能にして、設備の効率的な運転を実現
した乾燥焼却設備の運転制御方法の開発を試みたもので
ある。

【００１１】

【発明の構成】

【目的達成の手段】即ち本出願に係る発明たる乾燥焼却
設備の運転制御方法は、燃焼ファン及び焼却バーナを有
する焼却炉と、入口側に被処理物供給ホッパを接続し、
出口側に誘引ファンを接続した乾燥機と、中間ホッパと
を具え、前記乾燥機では前記焼却炉の排気ガスを利用し
て被処理物の予備乾燥を行ない、これを一旦中間ホッパ
に溜め、前記焼却炉では中間ホッパから供給された予備
乾燥された被処理物を焼却するようにした設備の運転制
御方法において、前記焼却炉内の温度と、前記乾燥機の
排気ガス温度と、前記誘引ファンのダンパ開度と、前記
被処理物供給ホッパからの被処理物の乾燥機への投入量
とを条件部とし、前記焼却炉内の設定温度と、前記燃焼
ファンのダンパ開度と、前記被処理物供給ホッパからの
被処理物の乾燥機への投入量とを結論部とするファジィ
推論を行う工程を具えることを特徴として成り、もって
前記目的を達成せんとするものである。

【００１２】

【発明の作用】本発明では、焼却炉内の温度と、乾燥機
の排気ガス温度と、誘引ファンのダンパ開度と、被処理
物供給ホッパからの被処理物の乾燥機への投入量とを条
件部とし、焼却炉内の設定温度と、燃焼ファンのダンパ
開度と、被処理物供給ホッパからの被処理物の乾燥機へ
の投入量とを結論部とするファジィ推論を行う工程を具
えるから、従来熟練オペレータによってなされていた操
作を自動で制御できる。

【００１３】

【実施例】以下本発明を図示の実施例に基づいて具体的
に説明する。まず本発明の前提となる乾燥焼却設備の全
体構成について説明する。図１は乾燥焼却設備１の全体
的構成を示すものであって、図１中、符号２及び符号４
は、それぞれ乾燥焼却設備の中核をなす焼却炉と乾燥機
を表す。

【００１４】焼却炉２は図２に示すように、炉体２１内
に炉床２２を形成し、この炉床２２に対して攪拌機構２
３を有する。この攪拌機構２３は、４本のアーム２４に
それぞれ複数の攪拌棒２５を形成するものであり、各攪
拌棒２５からは、外部に設けた燃焼ファン２６より送ら
れる燃焼用空気を炉床２２に供給できるようになってい
る。尚、炉床２２に送る燃焼用空気の量は、燃焼ファン
２６に設けられる吸入ダンパＤ₁ の開度をコントロール
モータＭ₁ を駆動して調整できるようになっている。

【００１５】また炉体２１の側壁には、焼却バーナ２７
とスクリュコンベア２８とが設けられ、スクリュコンベ
ア２８の他端側には、被処理物たる乾燥汚泥を炉体２１
内に供給するための供給ホッパ２９が設けられる。尚、
焼却バーナ２７には燃料及び空気供給量を制御するコン
トロールモータＭ₂ が設けられ、これにより焼却バーナ
２７の火力調整ができるようになっている。一方、炉体
２１内には炉内圧力センサＰ₁ と炉内温度センサＴ₁ と
が設けられ、焼却炉２内の温度は、炉内温度センサＴ₁
の検知する温度に応じて焼却バーナ２７の火力調整や被
処理物の投入量の調整を行うことで、一定範囲に入るよ
うにフィードバック制御されており、また焼却炉２内の
圧力は、焼却炉２からの火の吹き出しや臭気の漏れを防
止するため負圧に制御される。尚、この点については後
述する。

【００１６】更に炉体２１の上部には排気口３０が形成
され、炉体２１の下方には焼却灰を排出するための灰排
出機構３１が設けられる。因みに本実施例では、排気口
３０から排気された高温の排気ガスは、直接乾燥機４内
に取り込まれて利用されるようになっている。

【００１７】次に乾燥機４は、図３に示すように円筒状
の回転ドラム４１の内部に乾燥室４２が形成され、ここ
に回転ドラム４１の長手方向に延びる破砕攪拌装置４３
が設けられる。また乾燥室４２の一側端には、投入ホッ
パ４４が接続される原料供給口４５と、上記焼却炉２に
おける排気口３０と接続される熱風供給口４６とが形成
され、他側端には乾燥品排出口４７と熱風排出口４８と
が形成される。

【００１８】そして図１に示すように、熱風排出口４８
には集塵器４９を接続し、更にこの集塵器４９には誘引
ファン５０を接続する。また誘引ファン５０には排気ダ
ンパＤ₂ が設けられ、その開度をコントロールモータＭ
₃ を駆動して調整できるようになっており、上述した焼
却炉２内の負圧制御は、炉内圧力センサＰ₁ の検知する
焼却炉２内の圧力に応じて、この排気ダンパＤ₂ の開度
が調節されることでフィードバック制御される。また更
に乾燥機４の熱風排出口４８と集塵器４９との接続部分
には、乾燥機排気ガス温度センサＴ₂ が設けられる。

【００１９】焼却炉２及び乾燥機４は概略以上のような
構造を成すものであり、これらを含む乾燥焼却設備１全
体の構成は次のようになっている。即ち、乾燥機４の投
入ホッパ４４には被処理物供給ホッパたる脱水汚泥ホッ
パ６が臨み、この脱水汚泥ホッパ６に設けた駆動モータ
Ｍ₄ をパイロットモータでコントロールすることによ
り、スクリュコンベア６１の回転数を調節して、脱水汚
泥を投入ホッパ４４に供給する量をコントロールできる
ようになっている。

【００２０】また乾燥機４と焼却炉２との間には、汚泥
乾燥品を一時貯留しておくための中間ホッパ７を具え、
その受入部には乾燥機４の乾燥品排出口４７と集塵機４
９の取出口とがコンベア等を介して接続され、中間ホッ
パ７の取出口側は、焼却炉２の供給ホッパ２９に接続さ
れる。尚、中間ホッパ７とは別に、し渣ホッパ８が設け
られ、焼却炉２の供給ホッパ２９に接続されている。

【００２１】次に乾燥焼却設備１の運転状態について説
明する。まず乾燥機４では、焼却炉２の排気ガスが熱風
供給口４６から乾燥室４２内に供給され、この状態で、
脱水汚泥ホッパ６から投入ホッパ４４を介して乾燥機４
に脱水汚泥が供給される。乾燥室４２では回転ドラム４
１が回転することで、汚泥が持ち上げられては落下する
動作を繰り返し、途中汚泥は、破砕攪拌装置４３の作用
で細かく破砕されながら進行し、最後に乾燥品排出口４
７から落下してコンベアで中間ホッパ７へ移送される。

【００２２】また乾燥室４２に供給された熱風は、乾燥
に熱を消費し、例えば２００℃程度になり、熱風排出口
４８から集塵器４９、排気ダンパＤ₂ を通り、脱臭処理
が施されて排気される。この際、集塵器４９でダストが
回収され、中間ホッパ７へ移送される。

【００２３】また中間ホッパ７からは乾燥汚泥及びダス
トが、し渣ホッパ８からはし渣が、それぞれ供給ホッパ
２９を介して焼却炉２へ供給されて焼却処理され、再び
その熱が高温排気ガスとして乾燥機４で利用される。

【００２４】乾燥焼却設備１の運転状態は以上述べた通
りであるが、本発明はこのような運転状態において、焼
却炉２で発生する熱量と乾燥機４で消費する熱量とのバ
ランスを考慮して効率的な運転ができるように、焼却炉
２内の温度、乾燥機４の排気ガス温度、誘引ファン５０
のダンパ開度及び脱水汚泥ホッパ６からの汚泥の乾燥機
４への投入量を条件部とし、焼却炉２内の設定温度、燃
焼ファン２６のダンパ開度及び脱水汚泥ホッパ６からの
汚泥の乾燥機４への投入量を結論部とするファジー推論
を行なうものである。なおここで、前記誘引ファン５０
のダンパ開度とは、排気ダンパＤ ₂ の開度を意味するも
のであり、また燃焼ファン２６のダンパ開度とは、吸入
ダンパＤ ₁ の開度を意味するものである。

【００２５】また以下のファジー推論の説明において
は、上述した条件部である焼却炉２内の温度、乾燥機４
の排気ガス温度、誘引ファン５０のダンパ開度及び脱水
汚泥ホッパ６からの汚泥の乾燥機４への投入量を、それ
ぞれ「焼却炉内温度」、「乾燥機排気ガス温度」、「誘
引ファンダンパ開度」及び「乾燥機投入量」として表す
ものとする。一方、結論部である焼却炉２内の設定温
度、燃焼ファン２６のダンパ開度及び脱水汚泥ホッパ６
からの汚泥の乾燥機４への投入量を、それぞれ「焼却炉
内設定温度」、「燃焼ファンダンパ開度」及び「乾燥機
投入量」として表すものとする。

【００２６】ここで条件部における「焼却炉内温度」、
「乾燥機排気ガス温度」、「誘引ファンダンパ開度」及
び「乾燥機投入量」の各メンバシップ関数は、操作者の
経験に基づきそれぞれ図４（ａ）〜（ｄ）のように
「高」「中」「低」が定義され、また結論部における
「焼却炉内設定温度」、「燃焼ファンダンパ開度」及び
「乾燥機投入量」は、操作者の経験に基づき、表１のよ
うに「↓↓」「↓」「↑↑」「↑」が定義される。

【００２７】

【表１】

【００２８】このように定義された条件部の各要素にお
ける「高」「中」「低」を単純に組合せたルールは８１
通りとなるが、表２にはこれら組み合わせのうち特徴的
組み合わせを示す。尚、表２中、結論部が「×××××
×」で示される部分は、実際にはあり得ない状態を示
し、「−」で示される部分は、何もしないことを示す。
従って実際に有効なルールは、５９通りとなる。

【００２９】

【表２】

【００３０】条件部の各要素は、「焼却炉内温度」は炉
内温度センサＴ₁ により、「乾燥機排気ガス温度」は乾
燥機排気ガス温度センサＴ₂ により、「誘引ファンダン
パ開度」はコントロールモータＭ₃ の駆動状態により、
また「乾燥機投入量」はパイロットモータの作動による
駆動モータＭ₄ の回転数によりそれぞれ検知され、これ
ら情報はＡＤ変換されてプログラマブルコントローラＳ
に集まり、そこでファジー推論が行なわれる。ファジー
推論の結論の情報はＤＡ変換され、その情報に基づい
て、それぞれ焼却炉２内の設定温度を上下し、吸入ダン
パＤ₁ の開度をコントロールモータＭ₁ で制御し、ある
いは駆動モータＭ₄ の回転数を変えて汚泥の乾燥機４へ
の投入量を制御する。

【００３１】そこで具体的なファジー推論について、上
記有効なルールの中から選択して、幾つかの制御状態を
説明する。例えば表２中ルール２２では、条件部におけ
る「焼却炉内温度」が「高」、「乾燥機排気ガス温度」
が「低」、「誘引ファンダンパ開度」が「中」、また
「乾燥機投入量」が「高」のときの制御を定義してい
る。

【００３２】この場合、「乾燥機排気ガス温度」が
「低」であるから、これを放置すれば乾燥機４での汚泥
の乾燥が不充分となり、焼却炉２での焼却が困難とな
る。また「焼却炉内温度」が「高」であるから、クリン
カ発生防止等のため、これを下げる必要がある。

【００３３】そこで結論部では、「燃焼ファンダンパ開
度」つまり吸入ダンパＤ₁ の開度を現設定より「↑
↑」、即ち中くらい（６％）上げて、炉床２２に燃焼用
空気を多く送り込むことで、焼却炉２から乾燥機４へ供
給する熱量を多くする。これにより乾燥機４の排気ガス
温度が上昇するとともに、焼却炉２内の温度が降下す
る。

【００３４】また併せて「焼却炉設定温度」を「↓」、
即ち現設定より少し（１０℃）下げ、これにより一例と
して焼却バーナ２７の火力を弱めて、焼却炉２内の温度
の上昇を抑制する。

【００３５】尚、ルール２２では、条件部における「焼
却炉内温度」が「高」、「乾燥機排気ガス温度」が
「低」であるときに、吸入ダンパＤ₁ の開度を「↑↑」
としたが、ルール２０では、条件部における「焼却炉内
温度」が「高」、「乾燥機排気ガス温度」が「低」、
「誘引ファンダンパ開度」が「高」、また「乾燥機投入
量」が「中」のときに、「焼却炉内設定温度」を「↓」
とすることは同じであるが、吸入ダンパＤ₁ の開度を調
整せずに、「乾燥機投入量」を「↓↓」、即ち現設定よ
り中くらい（２０％）下げることで、被処理物の量を減
らして乾燥機４の排気ガス温度が上昇するようにしてい
る。

【００３６】このように「乾燥機排気ガス温度」が
「低」であるときであっても、幾つかの制御が考えられ
る。即ち表２の各ルールは、操作者が一定の条件のも
と、長年の経験に基づいて、主観によりどのような制御
を行なうかによって定められたものであり、このような
ルールの決定方法を大前提とするファジー制御では、ル
ール作成者の主観によってルールが多少変動する余地が
あるものである。

【００３７】次に他のルールを見ると、例えば表２中ル
ール６０では、条件部における「焼却炉内温度」が
「低」、「乾燥機排気ガス温度」が「高」、「誘引ファ
ンダンパ開度」が「中」、また「乾燥機投入量」が
「低」である。

【００３８】この場合、「乾燥機排気ガス温度」が
「高」であり、「乾燥機投入量」が「低」であるから、
乾燥機４には乾燥能力が十分あり、また汚泥の乾燥機４
への投入量も増加する余裕がある。また「焼却炉内温
度」は「低」であるから、これを上げれば焼却能力もア
ップさせることができる。そこで結論部では、「乾燥機
投入量」を現設定より「↑↑」、即ち中くらい（２０
％）上げて、乾燥機４に汚泥を多く供給するとともに、
「焼却炉内設定温度」を「↑」、即ち現設定より少し
（１０℃）上げて、一例として焼却バーナ２７への燃料
供給量を増加させ、焼却バーナ２７の火力をやや強めて
炉内温度を上昇させることができる。

【００３９】因みにルール６０の条件部の場合、焼却バ
ーナ２７を消火して焼却炉２内の温度を下げる制御も可
能であるが、汚泥の乾燥機４への投入量を上げるほうが
乾燥焼却設備１全体での効率的な運転が実現できるた
め、このような制御を行なうのである。

【００４０】

【発明の効果】本発明では焼却炉２内の温度と、乾燥機
４の排気ガス温度と、誘引ファン５０のダンパ開度と、
被処理物供給ホッパからの被処理物の乾燥機４への投入
量とを条件部とし、焼却炉２内の設定温度と、燃焼ファ
ン２６のダンパ開度と、被処理物供給ホッパからの被処
理物の乾燥機４への投入量とを結論部とするファジィ推
論を行う工程を具えるから、従来熟練オペレータによっ
てなされていた操作を自動で制御でき、焼却炉２で発生
する熱量と乾燥機４で消費する熱量とのバランスが考慮
された乾燥焼却設備１の効率的な運転が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の運転制御方法を示す概念図である。

【図２】本発明が適用される乾燥焼却設備のうち焼却炉
を示す縦断側面図である。

【図３】同上乾燥機を示す縦断側面図である。

【図４】条件部における各メンバシップ関数を示すグラ
フである。

【図５】従来の運転制御方法を示す概念図である。

【符号の説明】

１乾燥焼却設備２焼却炉４乾燥機６脱水汚泥ホッパ７中間ホッパ８し渣ホッパ２１炉体２２炉床２３攪拌機構２４アーム２５攪拌棒２６燃焼ファン２７焼却バーナ２８スクリュコンベア２９供給ホッパ３０排気口３１灰排出機構４１回転ドラム４２乾燥室４３破砕攪拌装置４４投入ホッパ４５原料供給口４６熱風供給口４７乾燥品排出口４８熱風排出口４９集塵器５０誘引ファン６１スクリュコンベアＤ₁ 吸入ダンパＤ₂ 排気ダンパＭ₁ コントロールモータＭ₂ コントロールモータＭ₃ コントロールモータＭ₄ 駆動モータＴ₁ 炉内温度センサＴ₂ 乾燥機排気ガス温度センサＰ₁ 炉内圧力センサＳプログラマブルコントローラ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼ファン及び焼却バーナを有する焼却
炉と、入口側に被処理物供給ホッパを接続し、出口側に
誘引ファンを接続した乾燥機と、中間ホッパとを具え、
前記乾燥機では前記焼却炉の排気ガスを利用して被処理
物の予備乾燥を行ない、これを一旦中間ホッパに溜め、
前記焼却炉では中間ホッパから供給された予備乾燥され
た被処理物を焼却するようにした設備の運転制御方法に
おいて、前記焼却炉内の温度と、前記乾燥機の排気ガス
温度と、前記誘引ファンのダンパ開度と、前記被処理物
供給ホッパからの被処理物の乾燥機への投入量とを条件
部とし、前記焼却炉内の設定温度と、前記燃焼ファンの
ダンパ開度と、前記被処理物供給ホッパからの被処理物
の乾燥機への投入量とを結論部とするファジィ推論を行
う工程を具えることを特徴とする乾燥焼却設備の運転制
御方法。