JP3235643B2 - 汚泥焼却炉の燃焼制御方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、定常運転時におけ
る汚泥の燃焼状態を最適に制御する汚泥焼却炉の燃焼制
御方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、下水処理場では、流入下水中に
元々含まれている懸濁固形物や下水処理の一般的な方法
である生物処理で余剰汚泥固形物が発生し、汚泥とな
る。かかる汚泥を焼却処分する際、炉床温度を定常状態
にして汚泥の燃焼状態を最適に制御する汚泥焼却炉が図
１０に示すように知られている。

【０００３】図において、符号１は汚泥焼却炉で、汚泥
焼却炉１は、炉体２を有している。炉体２の内部は空気
分散板３を介して炉底部４と炉床部５に分割されてい
る。炉体２の１側の壁部２Ａの空気分散板３の下側部分
には、炉底バーナ６が装着されている。炉底バーナ６は
汚泥を焼却する前に予め炉底部４を高温状態に昇温させ
るものである。炉体２の他側の壁部２Ｂの空気分散板３
の下側部分には、空気取入口７が設けられている。

【０００４】炉床部５においては、水分を含んだ汚泥を
瞬間的に焼却するための熱容量が大きい砂を流動させる
ようになっている。炉体２の上端２Ｃには燃焼ガスを排
出する排出口８が形成されている。排出口８には排気管
８Ａが接続され、排気管８Ａの途中には、排ガス酸素濃
度センサ８Ｂが介装されている。

【０００５】炉体２の１側の壁部２Ａの空気分散板３の
上側部分には、汚泥供給装置９と、汚泥供給装置９の下
方に位置して炉床ガン１０とが装着されている。汚泥供
給装置９は適当な水分量だけ脱水された汚泥（未だ水分
を含んでいる）を炉体２内に供給するものである。炉床
ガン１０は炉体２に燃料を供給するためのもので、炉床
部５の炉床温度を昇温させるようになっている。

【０００６】炉体２の他側の壁部２Ｂの空気分散板３の
下側部分には、炉底温度センサ１１が装着され、炉体２
の他側の壁部２Ｂの空気分散板３の上側部分には、炉床
温度センサ１２が装着されている。炉底温度センサ１１
は汚泥焼却炉１の炉底部４の温度を検出するものであ
る。炉床温度センサ１２は汚泥焼却炉１の炉床部５の温
度を検出するものである。

【０００７】前記炉底バーナ６は第１燃料供給管１３の
先端に接続され、第１燃料供給管１３の途中には、炉底
バーナ補助燃料用バルブ１４が介装されている。前記炉
床ガン１０は第２燃料供給管１５の先端に接続され、第
２燃料供給管１５の途中には、炉床ガン補助燃料用バル
ブ１６が介装されている。炉底温度センサ１１，炉床温
度センサ１２は制御装置１７の入力側に接続され、制御
装置１７の出力側に炉床ガン補助燃料用バルブ１６，炉
底バーナ補助燃料用バルブ１４が接続されている。

【０００８】しかして、空気取入口７から炉底部４に空
気が取り入れられ、炉底バーナ６で炉底部４における空
気が熱され、炉底バーナ６により炉底部４が昇温され
る。熱された空気は空気分散板３を介して炉底部４から
炉床部５に熱風となって送り込まれる。この熱風で炉床
部５は均一な流動床に維持される。炉底部４からの熱風
により炉床部５が予め昇温される。炉床部５の炉床温度
が６００℃付近になったら、炉床ガン１０によっても同
時に昇温操作が行なわれ、汚泥供給装置９のスクリュー
フィーダ回転数は汚泥供給量の定格値まで段階的に増加
され、炉床温度が一定の目標値温度で安定したと判断し
たら、オペレータの判断で炉底バーナ６が停止され、炉
床温度を定常状態を維持する運転となる。

【０００９】汚泥焼却炉１の定常運転時には、汚泥供給
装置９により、炉床部５に汚泥が供給され、汚泥は高温
状態の流動砂で瞬間的に熱せられ、焼却処理され、流動
空気により焼却灰は、流動砂と分離され、排出口８より
排出される。そして、汚泥焼却炉における汚泥の燃焼を
安定化するため、炉床温度を一定にすることが要求され
ている。炉床温度を一定に制御するため、例えば、下記
の操作が行なわれる。

【００１０】制御装置１７において、ＰＩＤ制御によ
り、炉床温度センサ１２で検出された炉床温度を計測
し、炉床温度と目標値の差分に対応して、炉床ガン補助
燃料用バルブ１６の開度が調節され、炉床ガン１０の補
助燃料の流量が制御される。炉床温度の変動が大きく炉
床温度が目標範囲に入らない場合は例えばコンピュータ
プログラムによるリミッタ操作で炉床ガン補助燃料用バ
ルブ１６の開度を変化させ、炉床ガン１０の所定開度で
補助燃料の流量を強制的に変え、炉床温度を目標範囲に
制御することがある。また、炉床温度の変動がかなり大
きく炉床温度が明らかに目標範囲外になりそうな場合
は、オペレータの判断により、炉床ガン１０に供給する
補助燃料の流量の制御は手動操作で行なわれる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、制御装置１
７によるＰＩＤ制御では、汚泥供給率の変動や汚泥中の
水分率の変化や汚泥中の有機成分の変化に伴う汚泥自体
の発熱量変化等の要因により炉床温度が変化することか
ら、炉床温度が上昇または下降してから炉床ガンの補助
燃料の流量は、炉床温度の変化を抑制するように調整さ
れている。

【００１２】従って、汚泥供給率や汚泥中の水分率の大
きな変動に対しては炉床ガンの補助燃料の流量の調整が
間に合わず、制御の時間遅れを引き起こし、炉床温度が
大きく上昇または下降してしまうことになる。即ち、炉
床温度が変化したと判断した時点で炉床ガンの補助燃料
の流量を変化させることを余儀なくされる。炉床温度の
制御は、後追いの制御となる。

【００１３】かかるガン操作による後追いの制御では、
炉床温度を目標範囲内に維持することは困難であり、そ
のため、オペレータは常に汚泥を焼却する際の炉床温度
に注意を払わらなければならず、炉床温度の変化が激し
い場合には、炉床温度のＰｌＤ制御によるガン操作から
手動操作によるガン操作に切り替えて行なわなければな
らず、運転管理が困難等であった。また、排ガス性状が
悪化したり、炉床ガンの補助燃料の流量が増大したりす
る問題があった。

【００１４】ちなみに、制御装置１７による制御は図１
１に実験結果として示されている。図に示すように、炉
床温度は８１０℃±８℃の範囲で変動している。本発明
は、上述の問題点を解決するためになされたもので、そ
の目的は、汚泥供給率の変動や、汚泥中の水分率が変化
しても、炉床温度が変化する前に、炉床温度を目標範囲
内に制御することができる汚泥焼却炉の燃焼制御方法お
よびその装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
汚泥焼却炉の炉床部に汚泥を供給し、炉床ガンにより炉
床部の炉床温度を定常状態に保持する汚泥焼却炉の燃焼
制御方法において、フィードバックで得られた炉床温度
およびこの炉床温度により得られた単位時間に対する炉
床温度変化率，汚泥中に含まれる水分量により発熱要因
または冷却要因を表す汚泥水分変化率を入力してフィー
ドフォワード制御することにより炉床ガン補助燃料の流
量を出力することを特徴とする。

【００１６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の汚
泥焼却炉の燃焼制御方法において、フィードフォワード
制御はファジィ推論により行なわれることを特徴とす
る。請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記
載の汚泥焼却炉の燃焼制御方法において、汚泥水分変化
率は、炉床ガンによる燃料供給を行なわなくても汚泥自
体が燃焼する水分率である自燃含水率を基準にして設定
されることを特徴とする。

【００１７】請求項４記載の発明は、汚泥焼却炉の炉床
部の温度を検出する炉床温度センサと、汚泥焼却炉の炉
床部に供給される単位時間に対する汚泥供給率を検出す
る汚泥供給率センサと、汚泥中の水分率を計測する含水
率センサと、炉床温度センサ，汚泥供給率センサ，含水
率センサが入力側に接続された制御装置と、制御装置の
出力側に接続された炉床ガン補助燃料用バルブとを備え
ており、

【００１８】制御装置は、フィードバックで得られた炉
床温度により単位時間に対する炉床温度変化率を計算す
る炉床温度変化率計算手段と、汚泥供給率と水分率から
単位時間当たりの汚泥水分変化率の増減を計算する汚泥
水分変化率計算手段と、炉床温度，炉床温度変化率，汚
泥水分変化率を入力して、炉床ガン補助燃料用バルブの
開度を決める炉床ガン補助燃料の流量を推論出力するフ
ァジィ推論部とを備え、ファジィ推論部は、炉床温度変
化率が小さいと炉床ガン補助燃料の流量が大きく、炉床
温度変化率が大きくなるに従って炉床ガン補助燃料の流
量が小さくなる関係の複数のルールからなる第１のルー
ル群と、汚泥水分変化率が小さいと炉床ガン補助燃料の
流量が小さく、汚泥水分変化率が大きくなるに従って炉
床ガン補助燃料の流量が大きくなる関係の複数のルール
からなる第２のルール群とを有する知識と、定常状態の
炉床温度の目標値を基準ラベルとするとともに目標値の
付近を分割して複数の区間に割り振って形成される定常
状態の炉床温度のメンバーシップ関数群と、炉床温度変
化率の目標値を基準ラベルとするとともに目標値の付近
を分割して複数の区間に割り振って形成される炉床温度
変化率のメンバーシップ関数群を有することを特徴とす
る。

【００１９】請求項５記載の発明は、請求項４記載の汚
泥焼却炉の燃焼制御装置において、ファジィ推論部は、
冷却方向も加熱方向も示さない中立の状態を基準ラベル
とし、基準ラベルに対して下の状態と評価される１つ以
上のネガティブラベルを加熱方向または冷却方向とし、
基準ラベルに対して上の状態と評価される１つ以上のポ
ジティブラベルを冷却方向または加熱方向として割り振
って形成される汚泥水分変化率のメンバーシップ関数群
を有していることを特徴とする。

【００２０】（作用） 請求項１記載の発明においては、汚泥焼却炉の炉床部に
汚泥を供給し、炉床ガンにより炉床部の炉床温度を定常
状態に保持する汚泥焼却炉の燃焼制御方法において、フ
ィードバックで得られた炉床温度およびこの炉床温度に
より得られた単位時間に対する炉床温度変化率，汚泥中
に含まれる水分量により発熱要因または冷却要因を表す
汚泥水分変化率を入力してフィードフォワード制御する
ことにより炉床ガン補助燃料の流量が出力される。

【００２１】請求項２記載の発明においては、フィード
フォワード制御はファジィ推論により行なわれる。

【００２２】請求項３記載の発明においては、汚泥水分
変化率は、炉床ガンによる燃料供給を行なわなくても汚
泥自体が燃焼する水分率である自燃含水率を基準にして
設定されるので、汚泥に含まれる水分の燃焼に対する影
響度（発熱要因または冷却要因）は１つの入力変数とし
て表される。

【００２３】請求項４記載の発明においては、炉床温度
は立上げ運転時から定常運転時に至るまで制御される
が、定常運転時には炉床温度は８０５℃付近で定常状態
となって、汚泥が焼却可能とされている。定常運転時に
おける炉床温度の制御を対象とし、以下説明する。炉床
温度センサによって炉床温度が測定される。炉床温度は
制御装置のファジィ推論部に入力変数として入力され、
同時に、炉床温度変化率計算手段に送られる。

【００２４】炉床温度変化率計算手段では、例えば時刻
ｔにおける炉床温度Ｔ_tと時刻（ｔ−Δｔ）における炉
床温度Ｔ_(t-Δ_t)の単位時間Δｔについての差分（Ｔ_t−
Ｔ_{(t -}Δ_t)）が炉床温度変化率として計算され、炉床温
度変化率はファジィ推論部に入力される。一方、汚泥供
給率センサにより、汚泥焼却炉の炉床部に供給される汚
泥供給率（単位時間当たりの汚泥供給量で、例えばｋｇ
／ｈ）が検出され、汚泥水分変化率計算手段に送られ
る。含水率センサにより、汚泥中の水分率（水分重量／
汚泥重量×１００％）が計測され、汚泥水分変化率計算
手段に送られる。汚泥水分変化率計算手段では、汚泥供
給率と水分率から汚泥水分変化率（例えばｋｇ／ｈ／１
０分）の増減が計算され、汚泥水分変化率はファジィ推
論部に入力変数として入力される。

【００２５】ファジィ推論部においては、ファジィ推論
が以下のように行なわれる。まず、入力変数がファジィ
推論部に入力され、ファジィ推論部から炉床ガン補助燃
料の流量が修正量または絶対値として出力される。炉床
ガン補助燃料用バルブは炉床ガン補助燃料の流量に対応
した回転角度の開度になる。その開度の状態で補助燃料
が炉床ガンに送られる。

【００２６】ここで、定常運転時に供給される汚泥の状
態が変化すると、炉床温度，炉床温度変化率に影響を与
えることが確認されている。これを考慮して、炉床温度
が変化する前に、炉床部の炉床温度に対する影響度の大
きい汚泥の状態を見て、フィードフォワード制御によ
り、炉床ガン補助燃料の流量を制御し、事前に炉床温度
を制御している。補助燃料の燃焼の結果として生じる被
制御系の燃焼状態を示す炉床温度，炉床温度変化率が変
化し、炉床温度がフィードバックされる。

【００２７】従って、入力変数としての炉床温度および
炉床温度変化率，ファジィ推論部，出力変数としての炉
床ガン補助燃料の流量，被制御系の燃焼状態を示す炉床
温度からなる温度系は、閉ループを形成してバランスの
とれたある状態に収束している。汚泥の状態が変化する
と、フィードフォワード的に炉床ガン補助燃料の流量が
変化され、別の状態に移行するが、ファジィ推論により
元の状態に収束される。

【００２８】例えば、炉床温度の定常状態の収束値は基
準ラベル（例えば８０５℃）とされ、炉床温度変化率の
収束値は、基準ラベル（例えば０℃／ｈ）とされてお
り、定常状態では、知識においては、炉床温度は、その
基準ラベルのメンバーシップ関数およびその付近のメン
バーシップ関数が適用される。従って、燃焼状態の結果
を示す炉床温度、炉床温度変化率が変化した場合、これ
らのラベルによりファジィ推論がなされ、燃焼状態の変
化に応じてファジィ推論部から炉床ガン補助燃料の流量
が出力され、入力変数の入力値（炉床温度、炉床温度変
化率）が定常状態の収束値からはずれても、ファジィ推
論部の感度が悪くならない。即ち、炉床温度に影響を与
える汚泥の状態が変化し、炉床温度，炉床温度変化率が
変化しても、炉床温度が丁度よく、かつ、炉床温度変化
率が丁度よい状態が保持されるという定常状態に移行
し、炉床温度、炉床温度変化率は元の収束値に収束す
る。この状態では、炉床温度、炉床温度変化率、炉床ガ
ン補助燃料の流量がバランスのとれた定常状態となり、
炉床温度、炉床温度変化率が丁度よいことが、結果的に
適当であると判断されることになる。

【００２９】炉床ガン補助燃料の流量は変化せず、炉床
温度が丁度よく、かつ、炉床温度変化率が丁度よい状態
が保持されるという定常状態では、炉床温度、炉床温度
変化率のうちの少なくとも一方が適切である状態からは
ずれた状態になると、次のように制御される。

【００３０】すなわち、炉床ガン補助燃料の流量は前回
の炉床ガン補助燃料の流量に対して変化させる（多くし
たり、少なくしたり）ように制御される。

【００３１】請求項５記載の発明においては、ファジィ
推論部は、冷却方向も加熱方向も示さない中立の状態を
基準ラベルとし、基準ラベルに対して下の状態と評価さ
れる１つ以上のネガティブラベルを加熱方向または冷却
方向とし、基準ラベルに対して上の状態と評価される１
つ以上のポジティブラベルを冷却方向または加熱方向と
して割り振って形成される汚泥水分変化率のメンバーシ
ップ関数群を有しているので、この汚泥水分変化率のメ
ンバーシップ関数群に照らして、ファジィ推論される。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施の
形態について説明する。

【００３３】図１ないし図９により、請求項１ないし請
求項３記載の発明の実施の形態に係わる汚泥焼却炉の燃
焼制御方法と、請求項４，請求項５記載の発明の実施の
形態に係わる汚泥焼却炉の燃焼制御装置とについて説明
する。本実施の形態における汚泥焼却炉の構造は、従来
の汚泥焼却炉と同様であり、同一構成部品については、
同一の符号を用いてその説明を省略し、相違する部分に
ついてのみ説明する。

【００３４】図１において、符号２１は制御装置で、制
御装置２１の入力側には、炉底温度センサ１１，炉床温
度センサ１２，汚泥供給率センサ２２，含水率センサ２
３が接続されている。なお、汚泥供給率センサ２２，含
水率センサ２３は汚泥供給装置９に連結された汚泥供給
管９Ａの途中に介装されている。また、制御装置２１の
出力側に炉底バーナ補助燃料用バルブ１４，炉床ガン補
助燃料用バルブ１６が接続されている。

【００３５】汚泥供給率センサ２２は、炉床部５に供給
される汚泥供給率（ｋｇ／ｈ）を検出するものである。
含水率センサ２３は、汚泥中の水分率を計測するもので
ある。図２に示すように、制御装置２１は、炉床温度変
化率計算手段２４と、ファジィ推論部２５と、汚泥水分
変化率計算手段２６と、バルブ操作量計算手段２７とで
構成されている。

【００３６】炉床温度変化率計算手段２４は、時刻ｔに
おける炉床温度Ｔ_tと時刻（ｔ−Δｔ）における炉床温
度Ｔ_(t-Δ_t)の単位時間Δｔについての差分（Ｔ_t−Ｔ
_(t-Δ_{t )}）を計算するものである。汚泥水分変化率計算
手段２６は、汚泥供給率と水分率から汚泥水分変化率の
増減を計算するもので、次の計算式で求められる。

【００３７】Δｗ／Δｔ＝｛ｑ_t（ｍ_t−ｍ_c）−ｑ_(t-Δ
_t)（ｍ_(t-Δ_t)−ｍ_c）｝／Δｔ ここで、Δｗ：汚泥水分変化率の増減量（例えばｋｇ／
ｈ） Δｔ：単位時間（例えば１０分） ｑ_t：時刻ｔにおける汚泥供給率（ｋｇ／ｈ） ｑ_(t-Δ_t)：時刻（ｔ−Δｔ）における汚泥供給率（ｋ
ｇ／ｈ） ｍ_t：時刻ｔにおける水分率（％） ｍ_(t-Δ_t)：時刻（ｔ−Δｔ）における水分率（％） ｍ_c：自燃水分率（％） 自燃水分率とは、炉床ガン１０による燃料供給を行なわ
なくても汚泥自体が燃焼する水分率である。

【００３８】ファジィ推論部２５は、次の表１，表２に
示す第１のルール群２８Ａ，表２に示す第２のルール群
２８Ｂで構成される知識２８と、炉床温度のメンバーシ
ップ関数群２９と、炉床温度変化率のメンバーシップ関
数群３０と、汚泥水分変化率のメンバーシップ関数群３
１と、炉床ガン補助燃料の流量の修正量のメンバーシッ
プ関数群３２と、ファジィ推論エンジン３３とで構成さ
れている。このファジィ推論部２５は、例えばファジィ
チップ，フロッピ，ＲＯＭにして媒体上にファジィ推論
燃焼制御プログラムとして記録される。ファジィ推論燃
焼制御プログラムを記録した媒体により、ファジィ推論
部２５が実行される。

【表１】

【表２】 知識２８は、「ＩＦ 入力変数 ＴＨＥＮ 出力変数
（推論出力）」で表され、入力変数は炉床温度，炉床温
度変化率，炉床温度変化率，汚泥水分変化率で、出力変
数は炉床ガン補助燃料の流量の修正量である。第１のル
ール群２８Ａは、ルール１〜３５からなり、入力変数で
ある炉床温度変化率が小さいと、出力変数である炉床ガ
ン補助燃料の流量の修正量が大きく、入力変数である炉
床温度変化率が大きくなるに従って、出力変数である炉
床ガン補助燃料の流量の修正量が小さくなる関係の複数
のルールからなる。例えば、ルール１５〜２１で説明す
ると、炉床温度がＺＲの場合において、炉床温度変化率
がＮＬ→ＮＭ→ＮＳ→ＺＲ→ＰＳ→ＰＳ→ＰＭ→ＰＬと
大きくなるに従って、炉床ガン補助燃料の流量の修正量
がＰＬ→ＰＭ→ＰＳ→ＺＲ→ＮＳ→ＮＭ→ＮＬと小さく
なる関係にある。

【００３９】第２のルール群２８Ｂは、ルール３６〜４
８からなり、入力変数である汚泥水分変化率が小さい
と、出力変数である炉床ガン補助燃料の流量の修正量が
小さく、入力変数である汚泥水分変化率が大きくなるに
従って、出力変数である炉床ガン補助燃料の流量の修正
量が大きくなる関係の複数のルールからなる。例えば、
ルール３６〜４０で説明すると、汚泥水分変化率のＮ
Ｍ，ＮＳ，ＰＳ，ＰＭ，ＮＭに、炉床ガン補助燃料の流
量の修正量のＮＳ，ＺＲ，ＰＭ，ＰＭ，ＮＭがそれぞれ
対応している。

【００４０】次に、各メンバーシップ関数群２９，３
０，３１，３２を図４ないし図８により説明する。図に
おいては、入力変数および出力変数の全範囲を複数のラ
ベルで割り振って、メンバーシップ関数群が示されてお
り、横軸に入出力変数の入出力値をとり、縦軸にグレー
ドを取っている。ラベルとして、基準ラベル（ＺＲ）、
基準ラベルに対して上の状態と評価される１つ以上のポ
ジティブラベル、基準ラベルに対して下の状態と評価さ
れる１つ以上のネガティブラベルが付される。例えば炉
床温度にいてはラベルは以下のように７種類を定めて割
り振られている。

【００４１】 ＮＬＬ：（かなり低い）かなり小さい ＮＬ ；（とても低い）とても小さい ＮＭ ；（低い）小さい ＮＳ ：（少し低い）少々小さい ＺＲ ：（丁度よい）そのまま ＰＳ ：（少し高い）少々大きい ＰＭ ：（高い）大きい また、炉床温度以外の入力変数および出力変数に対して
も、各変数に応じて同様に数種類定められている。

【００４２】そして、炉床温度のメンバーシップ関数群
２９は、図４，図５に示される。図において、ＺＲ＝目
標値（８０５℃）とし、炉床温度の目標値の付近（７８
８℃〜８１５℃）を複数の区間に割り振ってラベル（Ｎ
Ｍ，ＮＳ，ＺＲ，ＰＳ）がそれぞれ形成され、ラベル
（ＮＭ，ＮＳ，ＺＲ，ＰＳ）に対応してメンバーシップ
関数が形成されている。（７８８℃〜８１５℃）の範囲
のラベル（ＮＭ，ＮＳ，ＺＲ，ＰＳ）の区間は狭く、
（７８８℃〜８１５℃）以外のラベル（ＮＬＬ，ＮＬ，
ＰＭ）の区間は広くなっている。

【００４３】炉床温度変化率のメンバーシップ関数群３
０は、図６に示され、ＺＲ＝目標値（０℃／ｈ）とし、
炉床温度変化率が増加する場合をプラス、減少する場合
をマイナスとしている。区間（−２０℃／ｈ〜２０℃／
ｈ）を複数の区間に割り振ってラベル（ＮＳ，ＺＲ，Ｐ
Ｓ）が目標範囲となっている。汚泥水分変化率のメンバ
ーシップ関数群３１は、図７に示されている。汚泥水分
変化率のメンバーシップ関数群３１は、冷却方向も加熱
方向も示さない中立の状態を基準ラベルＺＲとし、基準
ラベルＺＲに対して下の状態と評価されるネガティブラ
ベルを加熱方向とし、基準ラベルＺＲに対して上の状態
と評価されるポジティブラベルを冷却方向として割り振
って形成される。ＺＲ＝０ｋｇ／ｈ／１０分とし、ラベ
ル（ＮＭ，ＮＳ）は炉床温度を上げる加熱要因を示し、
ラベル（ＰＳ，ＰＭ）は炉床温度を下げる冷却要因を示
している。ラベル（ＮＭ，ＮＳ，ＺＲ，ＰＳ，ＰＭ）は
自燃水分率を基にして決められる。例えば、水分率が時
間の経過に対して一定の場合で自燃水分率である場合に
は、上述の計算式Δｗ／Δｔ＝｛ｑ_t（ｍ_t−ｍ_c）−ｑ
_(t-Δ_t)（ｍ_(t-Δ_t)−ｍ_c）｝／Δｔにおいて、ｍ_t＝ｍ
_(t-Δ_t)＝ｍ_cを代入すると、ＺＲ＝Δｗ／Δｔ＝０とな
り、汚泥の状態は冷却要因も発熱要因も示さないことに
なる。

【００４４】あるいは、例えば、自燃水分率＝７５％と
し、ｍ_t＝ｍ_(t-Δ_t)で、汚泥に含まれる水分が多くて９
０％とすれば、Δｗ／Δｔ＝｛（９０％−７５％）（ｑ
_t−ｑ_(t-Δ_t))｝／Δｔとなり、汚泥供給率が増加すれ
ば、Δｗ／Δｔ＞０となり、冷却要因を示すことにな
る。汚泥供給率が減少すれば、Δｗ／Δｔ＜０となり、
発熱要因を示すことになる。

【００４５】炉床ガン補助燃料の流量の修正量のメンバ
ーシップ関数群３２は図８に示されている。ＺＲ＝２０
００（無次元）とし、ラベル（ＮＬ，ＮＭ，，ＮＳ，Ｚ
Ｒ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＬ）に対応するメンバーシップ関数
が示されている。ファジィ推論エンジン３３は、炉床温
度，炉床温度変化率，汚泥水分変化率（入力変数）を入
力し、入力変数を知識２８に照らすことにより、入力変
数に対して関係のあるルールを知識２８の中から選択
し、メンバーシップ関数群２９，３０，３１，３２を介
してファジィ推論を実行し、炉床ガン補助燃料の流量の
修正量を出力するものである。

【００４６】バルブ操作量計算手段２７は、炉床ガン補
助燃料の流量の修正量の入力により次の式を基にして炉
床ガン補助燃料の流量Ｍ_Gを決め、この炉床ガン補助燃
料の流量Ｍ_Gから炉床ガン補助燃料用バルブ１６の開度
を求めるものである。 Ｍ_G＝Ｋ・（ΔＭ_G−２０００）・Ｇ_G＋Ｍ_GF ここで、Ｍ_G：炉床ガン補助燃料の流量（ｍ³／ｈ） ｋ ：比例定数（ｍ³／ｈ） ΔＭ_G：ファジィ推論による炉床ガン補助燃料の流量の
修正量（無次元） Ｇ_G ：制御ゲイン（無次元） Ｍ_GF ：前回の操作量（ｍ³／ｈ） 次に、本実施の形態における作用について図３に基づい
て説明する。

【００４７】炉床温度は立上げ運転時から定常運転時に
至るまで制御され、定常運転時にも制御される。定常運
転時には炉床温度は８０５℃付近で定常状態となって、
汚泥が焼却可能とされている。本実施の形態では定常運
転時における炉床温度の制御を対象としており、以下説
明する。なお、炉底バーナ６，炉底バーナ補助燃料用バ
ルブ１４は、立上げ運転時から定常運転時に至るまでの
制御に用いられるが、その説明を省略する。

【００４８】炉床温度センサ１２によって炉床温度が測
定される。炉床温度は制御装置２１のファジィ推論部２
５に入力変数として入力され、同時に、炉床温度変化率
計算手段２４に送られる。

【００４９】炉床温度変化率計算手段２４では、時刻ｔ
における炉床温度Ｔ_tと時刻（ｔ−Δｔ）における炉床
温度Ｔ_(t-Δ_t)の単位時間Δｔについての差分（Ｔ_t−Ｔ
_(t-Δ_t)）が炉床温度変化率として計算され、炉床温度
変化率はファジィ推論部２５に入力される。一方、汚泥
供給率センサ２２により、汚泥焼却炉１の炉床部５に供
給される汚泥の汚泥供給率（単位時間当たりの汚泥供給
量で、例えばｋｇ／ｈ）が検出され、汚泥水分変化率計
算手段２６に送られる。含水率センサ２３により、汚泥
中の水分率（水分重量／汚泥重量×１００％）が計測さ
れ、汚泥水分変化率計算手段２６に送られる。汚泥水分
変化率計算手段２６では、汚泥供給率と水分率から汚泥
水分変化率の増減が計算され、汚泥水分変化率はファジ
ィ推論部２５に入力変数として入力される。

【００５０】ファジィ推論部２５においては、ファジィ
推論が以下のように行なわれる。まず、入力変数がファ
ジィ推論部２５に入力され、ファジィ推論部２５から炉
床ガン補助燃料の流量の修正量が出力される。ファジィ
推論部２５においては、知識２８，メンバーシップ関数
群２９，３０，３１，３２を用いて周知のデファジフィ
ケーションにより炉床ガン補助燃料の流量の修正量が出
力される。

【００５１】炉床ガン補助燃料の流量の修正量は、バル
ブ操作量計算手段２７により該炉床ガン補助燃料の流量
の修正量に対応した炉床ガン補助燃料の流量に換算され
る。さらに、炉床ガン補助燃料の流量に応じた回転角度
の開度に炉床ガン補助燃料用バルブ１６が調整される。
炉床ガン補助燃料用バルブ１６がその開度の状態で補助
燃料が炉床ガン１０に送られる。

【００５２】炉起動時は炉床温度が低く、炉床部５は温
度立上げ時の燃焼状態となっているが、入出力変数の初
期値に応じて燃焼状態が立上げ運転時と定常運転時のど
ちらかとなる。即ち、炉床温度は８０５℃付近より低い
温度では立上げ状態となり、８０５℃では定常状態とな
って、汚泥が焼却可能となる。

【００５３】汚泥の状態が変化すると、炉床温度，炉床
温度変化率に影響を与えるということが確認されてい
る。これを考慮して、炉床温度が変化する前に、炉床部
５の炉床温度に対する影響度の大きい汚泥の状態を見
て、フィードフォワード制御により、炉床ガン補助燃料
の流量の修正量を制御し、事前に炉床温度を制御してい
る。補助燃料の燃焼の結果として生じる被制御系の燃焼
状態を示す炉床温度が変化し、炉床温度がフィードバッ
クされる。

【００５４】従って、入力変数としての炉床温度，炉床
温度変化率，ファジィ推論部２５，出力変数としての炉
床ガン補助燃料の流量の修正量，炉床ガン補助燃料の流
量の修正量により変化する被制御系の燃焼状態を示す炉
床温度からなる温度系は、閉ループを形成してバランス
のとれたある状態に収束している。汚泥の状態が変化す
ると、フィードフォワード的に炉床ガン補助燃料の流量
の修正量が変化され、別の状態に移行するが、ファジィ
推論により元の状態に収束される。

【００５５】例えば、炉床温度の定常状態の収束値は基
準ラベル付近の温度域（例えば８０５℃）とされ、炉床
温度変化率の収束値は、基準ラベル付近の（０℃／ｈ）
とされており、定常状態では、知識２８においては、基
準ラベルのメンバーシップ関数およびその付近のメンバ
ーシップ関数が適用される。従って、燃焼状態の結果を
示す炉床温度、炉床温度変化率が変化した場合、これら
のラベルによりファジィ推論がなされ、燃焼状態の変化
に応じてファジィ推論部２５から炉床ガン補助燃料の流
量の修正量が出力され、入力変数の入力値（炉床温度、
炉床温度変化率）が定常状態の収束値からはずれても、
ファジィ推論部２５の感度が悪くならない。即ち、炉床
温度に影響を与える汚泥の状態が変化し、炉床温度，炉
床温度変化率が変化しても、炉床温度が丁度よく、か
つ、炉床温度変化率が丁度よい状態が保持されるという
定常状態に移行し、炉床温度、炉床温度変化率は元の収
束値に収束する。この状態では、炉床温度、炉床温度変
化率、炉床ガン補助燃料の流量の修正量がバランスのと
れた定常状態となり、炉床温度、炉床温度変化率が丁度
よいことが、結果的に適当であると判断されることにな
る。

【００５６】具体的に説明すると、例えば、フィードバ
ックされる入力変数としての炉床温度が８０５℃で丁度
よく、汚泥水分変化率が０になると、炉床温度のラベル
はＺＲ，汚泥水分変化率のラベルはＺＲで，ファジィ推
論部２５でルール４２が適用され、炉床ガン補助燃料の
流量の修正量のラベルはＺＲで、炉床ガン補助燃料の流
量の修正量は変化しなように出力され、前記温度系はバ
ランスのとれた状態に収束している。この状態から、汚
泥水分変化率が増加してラベルＺＲから例えばラベルＰ
Ｓに変化すると、炉床ガン補助燃料の流量の修正量はラ
ベルＺＲからＰＳに変化する（ルール４３）。この結
果、汚泥水分変化率の増加で炉床部５が冷却され、炉床
温度が下がろうとしても、炉床ガン補助燃料用バルブ１
６の開度が大きくなり、炉床ガン補助燃料の流量が増加
し、炉床部５において発熱量が増加し、炉床温度は元の
収束値（ラベルＺＲ）に戻ることになる。

【００５７】また、ファジィ推論部２５において、第１
のルール群２８Ａにより、入力変数である炉床温度変化
率が小さいと、出力変数である炉床ガン補助燃料の流量
の修正量が大きく、入力変数である炉床温度変化率が大
きくなるに従って、出力変数である炉床ガン補助燃料の
流量の修正量が小さくなるように制御されるので、炉床
ガン補助燃料の流量の修正量は炉床温度変化率が結果と
してラベルＺＲに向かうように制御され、炉床温度変化
率が丁度よい状態に収束される。

【００５８】このようにして、炉床ガン補助燃料の流量
の修正量は変化せず、炉床温度が丁度よく、かつ、炉床
温度変化率が丁度よい状態が保持されるという定常状態
に移行し、炉床温度、炉床温度変化率は所定の収束値に
収束する。この状態では、炉床温度、炉床温度変化率、
炉床ガン補助燃料の流量の修正量がバランスのとれた定
常状態となり、炉床温度、炉床温度変化率が丁度よいこ
とが、結果的に適当であると判断されることになる。炉
床温度、炉床温度のうちの少なくとも一方が適切である
状態からはずれた状態になると、炉床ガン補助燃料の流
量の修正量は前回の炉床ガン補助燃料の流量の修正量に
対して変化させる（多くしたり、少なくしたり）ように
制御される。

【００５９】そして、図９には制御装置２１による制御
の実験結果が示されている。図に示すように、汚泥供給
率を４０００kg/hから２８００kg/hに減少させても、炉
床温度は目標値の８１０℃から８１２℃へと変化する
が、２℃だけの上昇で抑えられている。炉床温度の変動
は目標値の８１０℃に対して８０９℃から８１２℃の範
囲となっている。

【００６０】以上の如き構成によれば、次の効果を奏す
る。第１に、炉床温度が変化する前に、炉床部５の炉床
温度に対する影響度の大きい汚泥の状態を見て、フィー
ドフォワード制御により、炉床ガン補助燃料の流量の修
正量を制御し、事前に炉床温度を制御することができ
る。従って、汚泥の状態の変動に対して制御の時間遅れ
を引き起こすことなく炉床温度を目標範囲内に制御する
ことができる。この結果、排ガス性状を良くして安定化
させ、炉床ガンの補助燃料の流量を減少させ、運転管理
を容易にすることができる。

【００６１】第２に、ファジィ推論により多入力変数，
多出力変数の制御を簡単に行なうことができる。第３
に、汚泥水分変化率が自燃含水率を基準にして設定され
るので、汚泥に含まれる水分の燃焼に対する影響度（加
熱要因または冷却要因）を１つの入力変数として表すこ
とができ、入力変数の数を少なくし、ファジィ推論にお
ける演算を簡単にし、演算時間も短縮できる。

【００６２】第４に、ファジィ推論部２５の知識２８
は、炉床温度変化率が小さいと炉床ガン補助燃料の流量
の修正量が大きく、炉床温度変化率が大きくなるに従っ
て炉床ガン補助燃料の流量の修正量が小さくなる関係の
複数のルールからなる第１のルール群２８Ａを有してい
るので、炉床温度変化率の増減を見て直ちに炉床ガン補
助燃料の流量の修正量を変化させ、炉床温度を目標値に
なるように制御できる。

【００６３】第５に、ファジィ推論部２５の知識２８
は、汚泥水分変化率が小さいと炉床ガン補助燃料の流量
の修正量が小さく、汚泥水分変化率が大きくなるに従っ
て炉床ガン補助燃料の流量の修正量が大きくなる関係の
複数のルールからなる第２のルール群２８Ｂを有してい
るので、汚泥の水分状態を見て直ちに炉床ガン補助燃料
の流量の修正量を変化させ、炉床温度を目標値になるよ
うに制御できる。

【００６４】第６に、定常状態の炉床温度のメンバーシ
ップ関数群は、定常状態の炉床温度の目標値を基準ラベ
ルとするとともに目標値の付近を分割して複数の区間に
割り振って形成されるので、定常状態の炉床温度を基準
ラベル付近に収束させることができる。第７に、炉床温
度変化率のメンバーシップ関数群は、炉床温度変化率の
目標値を基準ラベルとするとともに目標値の付近を分割
して複数の区間に割り振って形成されるので、炉床温度
変化率を基準ラベル付近に収束させることができる。

【００６５】なお、本実施の形態においては、ファジィ
推論部２５により出力される炉床ガン補助燃料の流量と
して、炉床ガン補助燃料の流量の修正量を挙げ、炉床ガ
ン補助燃料の流量の修正量により、それらに対応した回
転角度の開度に炉床ガン補助燃料用バルブ１６を調整し
ているが、炉床ガン補助燃料の流量として、炉床ガン補
助燃料の流量の絶対値にすることもできる。

【００６６】また、本実施の形態においては、フィード
フォワード制御を多入力，多出力のファジィ推論部２５
により行なっているが、かかる制御に限定されることは
ない。例えば、炉床温度，炉床温度変化率，汚泥水分変
化率の値が多元マトリックス的に記載された燃焼状態の
最適の組合せテーブルとこの組合せテーブルに対応する
最適の炉床ガン補助燃料の流量を記憶した記憶装置を有
し、上記値を入力させて組合せテーブルと照合させ、炉
床ガン補助燃料の流量を制御することもできる。

【００６７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、炉床温度
が変化する前に、炉床部の炉床温度に対する影響度の大
きい汚泥の状態を見て、フィードフォワード制御によ
り、炉床ガン補助燃料の流量を出力し、事前に炉床温度
を制御することができる。従って、汚泥の状態の変動に
対して制御の時間遅れを引き起こすことなく炉床温度を
目標範囲内に制御することができる。この結果、排ガス
性状を良くして安定化させ、炉床ガンの補助燃料の流量
を減少させ、運転管理を容易にすることができる。

【００６８】請求項２記載の発明によれば、ファジィ推
論により多入力変数，多出力変数の制御を簡単に行なう
ことができる。請求項３記載の発明によれば、汚泥水分
変化率が自燃含水率を基準にして設定されるので、汚泥
に含まれる水分の燃焼に対する影響度（加熱要因または
冷却要因）を１つの入力変数として表すことができ、入
力変数の数を少なくし、ファジィ推論における演算を簡
単にし、演算時間も短縮できる。

【００６９】請求項４記載の発明によれば、請求項１，
請求項２記載の発明に加えて次の効果を奏する。第１
に、ファジィ推論部の知識は、炉床温度変化率が小さい
と炉床ガン補助燃料の流量が大きく、炉床温度変化率が
大きくなるに従って炉床ガン補助燃料の流量が小さくな
る関係の複数のルールからなる第１のルール群を有して
いるので、炉床温度変化率の増減を見て直ちに炉床ガン
補助燃料の流量を変化させ、炉床温度を目標値になるよ
うに制御できる。

【００７０】第２に、ファジィ推論部の知識は、汚泥水
分変化率が小さいと炉床ガン補助燃料流量が小さく、汚
泥水分変化率が大きくなるに従って炉床ガン補助燃料流
量が大きくなる関係の複数のルールからなる第２のルー
ル群を有しているので、汚泥の水分状態を見て直ちに炉
床ガン補助燃料流量を変化させ、炉床温度を目標値にな
るように制御できる。

【００７１】第３に、定常状態の炉床温度のメンバーシ
ップ関数群は、定常状態の炉床温度の目標値を基準ラベ
ルとするとともに目標値の付近を分割して複数の区間に
割り振って形成されるので、定常状態の炉床温度を基準
ラベル付近に収束させることができる。

【００７２】第４に、炉床温度変化率のメンバーシップ
関数群は、炉床温度変化率の目標値を基準ラベルとする
とともに目標値の付近を分割して複数の区間に割り振っ
て形成されるので、炉床温度変化率を基準ラベル付近に
収束させることができる。

【００７３】請求項５記載の発明によれば、汚泥に含ま
れる水分の燃焼に対する影響度（加熱要因または冷却要
因）を１つの入力変数として表すことができ、入力変数
の数を少なくし、ファジィ推論における演算を簡単に
し、演算時間も短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係わる汚泥焼却炉を示す構成図
である。

【図２】同汚泥焼却炉の燃焼制御装置を示す構成図であ
る。

【図３】同燃焼制御装置における信号の流れを示すブロ
ック図である。

【図４】同燃焼制御装置のファジィ推論部における炉床
温度のメンバーシップ関数群を示す図である。

【図５】図４の炉床温度の定常状態のラベルＺＲ付近の
メンバーシップ関数群を示す拡大図である。

【図６】同燃焼制御装置のファジィ推論部における炉床
温度変化率のメンバーシップ関数群を示す図である。

【図７】同燃焼制御装置のファジィ推論部における汚泥
水分変化率のメンバーシップ関数群を示す図である。

【図８】同燃焼制御装置のファジィ推論部における炉床
ガン補助燃料の流量の修正量のメンバーシップ関数群を
示す図である。

【図９】同汚泥焼却炉の燃焼制御装置を用いた制御方法
による実験結果を示すデータ図である。

【図１０】従来の汚泥焼却炉を示す構成図である。

【図１１】従来の汚泥焼却炉の炉床温度の制御方法によ
る実験結果を示すデータ図である。

【符号の説明】

１ 汚泥焼却炉 ５ 炉床部 ９ 汚泥供給装置 １０ 炉床ガン １２ 炉床温度センサ １６ 炉床ガン補助燃料用バルブ ２１ 制御装置 ２２ 汚泥供給率センサ ２３ 含水率センサ ２４ 炉床温度変化率計算手段 ２５ ファジィ推論部 ２６ 汚泥水分変化率計算手段 ２７ バルブ操作量計算手段 ２８ 知識 ２８Ａ 第１のルール群 ２８Ｂ 第２のルール群 ２９ 炉床温度のメンバーシップ関数群 ３０ 炉床温度変化率のメンバーシップ関数群 ３１ 汚泥供給率のメンバーシップ関数群 ３２ 炉床ガン補助燃料の流量の修正量のメンバーシッ
プ関数群 ３３ ファジィ推論エンジン

フロントページの続き (72)発明者 飯嶋 和明 東京都千代田区有楽町１丁目４番１号 三機工業株式会社内 (72)発明者 加藤 薫 東京都千代田区有楽町１丁目４番１号 三機工業株式会社内 (72)発明者 佐々木 聡 東京都千代田区有楽町１丁目４番１号 三機工業株式会社内 審査官 蓮井 雅之 (56)参考文献 特開 平８−121730（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23G 7/04 601 F23G 5/50 ZAB

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚泥焼却炉の炉床部に汚泥を供給し、炉
   床ガンにより炉床部の炉床温度を定常状態に保持する汚
   泥焼却炉の燃焼制御方法において、 フィードバックで得られた炉床温度およびこの炉床温度
   により得られた単位時間に対する炉床温度変化率，汚泥
   中に含まれる水分量により発熱要因または冷却要因を表
   す汚泥水分変化率を入力してフィードフォワード制御す
   ることにより炉床ガン補助燃料の流量を出力することを
   特徴とする汚泥焼却炉の燃焼制御方法。
2. 【請求項２】 フィードフォワード制御はファジィ推論
   により行なわれることを特徴とする請求項１記載の汚泥
   焼却炉の燃焼制御方法。
3. 【請求項３】 汚泥水分変化率は、炉床ガンによる燃料
   供給を行なわなくても汚泥自体が燃焼する水分率である
   自燃含水率を基準にして設定されることを特徴とする請
   求項１または請求項２記載の汚泥焼却炉の燃焼制御方
   法。
4. 【請求項４】 汚泥焼却炉の炉床部の温度を検出する炉
   床温度センサと、 汚泥焼却炉の炉床部に供給される単位時間に対する汚泥
   供給率を検出する汚泥供給率センサと、 汚泥中の水分率を計測する含水率センサと、 炉床温度センサ，汚泥供給率センサ，含水率センサが入
   力側に接続された制御装置と、 制御装置の出力側に接続された炉床ガン補助燃料用バル
   ブとを備え、 制御装置は、 フィードバックで得られた炉床温度により単位時間に対
   する炉床温度変化率を計算する炉床温度変化率計算手段
   と、 汚泥供給率と水分率から単位時間当たりの汚泥水分変化
   率の増減を計算する汚泥水分変化率計算手段と、 炉床温度，炉床温度変化率，汚泥水分変化率を入力し
   て、炉床ガン補助燃料用バルブの開度を決める炉床ガン
   補助燃料の流量を推論出力するファジィ推論部とを備
   え、 ファジィ推論部は、 炉床温度変化率が小さいと炉床ガン補助燃料の流量が大
   きく、炉床温度変化率が大きくなるに従って炉床ガン補
   助燃料の流量が小さくなる関係の複数のルールからなる
   第１のルール群と、汚泥水分変化率が小さいと炉床ガン
   補助燃料の流量が小さく、汚泥水分変化率が大きくなる
   に従って炉床ガン補助燃料の流量が大きくなる関係の複
   数のルールからなる第２のルール群とを有する知識と、 定常状態の炉床温度の目標値を基準ラベルとするととも
   に目標値の付近を分割して複数の区間に割り振って形成
   される定常状態の炉床温度のメンバーシップ関数群と、 炉床温度変化率の目標値を基準ラベルとするとともに目
   標値の付近を分割して複数の区間に割り振って形成され
   る炉床温度変化率のメンバーシップ関数群を有すること
   を特徴とする汚泥焼却炉の燃焼制御装置。
5. 【請求項５】 ファジィ推論部は、冷却方向も加熱方向
   も示さない中立の状態を基準ラベルとし、基準ラベルに
   対して下の状態と評価される１つ以上のネガティブラベ
   ルを加熱方向または冷却方向とし、基準ラベルに対して
   上の状態と評価される１つ以上のポジティブラベルを冷
   却方向または加熱方向として割り振って形成される汚泥
   水分変化率のメンバーシップ関数群を有している ことを
   特徴とする請求項４記載の汚泥焼却炉の燃焼制御装置。