JP3968828B2 - 回転火格子炉の燃焼制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は都市ごみ等を焼却する回転火格子炉のごみ燃焼状況を或る範囲に安定させるように制御させるようにする回転火格子炉の燃焼制御方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転火格子炉は、図８に概要を示す如く、入口側ヘッダー管２と出口側ヘッダー管３との間に、多数の水管４を円周方向に一定間隔で配置して、各水管４の両端をそれぞれ上記入口側ヘッダー管２と出口側ヘッダー管３に接続して連通させると共に、各水管４間に、多数の空気孔を設けた炉壁板を取り付けて、円筒状の火格子炉本体１を構成し、該火格子炉本体１をカバーケーシング５内に回転自在に収納して、出口側ヘッダー管３の方が低くなるように傾斜させて横置し、且つ上記火格子炉本体１の入口側と出口側の端部外周にタイヤ６をそれぞれ取り付けて、各タイヤ６をそれぞれターニングローラ７上に載置させ、モータ８により一方のターニングローラ７を回転させることにより火格子炉本体１を回転させるようにしてあり、更に、火格子炉本体１の下方部に風箱９を設置して、該風箱９から火格子炉本体１の壁を通して空気を導入させるようにし、上流側に接続した投入ホッパー１０から投入されるごみ１１をプッシャ装置１２にて火格子炉本体１内へ入れ、火格子炉本体１を回転させながらごみ１１を焼却するようにしてある。
【０００３】
１３は後燃焼装置、１４は二次燃焼室、１５は水管４内にボイラ水を循環流通させるように出口側ヘッダー管３に連結してあるユニバーサルジョイントである。
【０００４】
かかる構成の回転火格子炉でごみの焼却を行う場合、ごみの焼却温度が不安定で不完全燃焼を起こすと、有害なダイオキシンが発生するおそれがある。
【０００５】
そのため、ごみの焼却においては、ごみを確実に、且つ安定して燃焼させるようにするための工夫が行われている。
【０００６】
従来、回転火格子炉の火格子炉本体１内でのごみの焼却において、ごみの燃焼状況を知る尺度の１つとして、燃え切り点を計測する方法が採られており、燃え切り点の位置が火格子炉本体１内のどの範囲にあるかを見て、燃え切り点の位置を安定させるようにファジィ理論を用いて制御する方法が提案されている。
【０００７】
すなわち、図９に示す如く、火格子炉本体１内のごみ１１の焼却において、火炎１６の発生個所が斜線で示す如き範囲にあるとき、火炎１６の最下点である燃え切り点１６ａの位置を火格子炉本体１内の長手方向（上下流方向）にどの位偏っているかを計測し、この燃え切り点１６ａの位置が或る部分で安定するようにファジィ理論を用いて回転火格子炉の回転数の制御、回転火格子炉内へのごみ１１の供給量制御等を行うようにするものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の図９に示す燃え切り点１６ａの計測は、ごみ質、ごみ層が均一化することを前提にしたものであり、実際には、ごみ層の不均一やごみ質の高カロリー化等の影響で、ごみ層と炉内でのごみの広がりに変化が起こり、図１０に示す如く、燃焼が不良になると、燃え切り点１６ａの炉の長手方向の距離は図９と同じであっても、周方向では右方に移動するため、燃え切り点として炉の長手方向の距離のみを計測したのでは、正確な燃焼状況の把握ができず、燃え切り点による従来の燃焼良否情報を制御系に反映できない、という問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、火炎の最下点である燃え切り点を計測することに代えて、火炎の重心点の位置を火格子炉内の長手方向のほかに周方向でも計測して、ごみ厚層、ごみカロリーの変動に対して的確に追従し、燃焼良否の精度を向上し、制御精度の向上と燃焼の長期自動制御が図れるようにしようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、火格子炉本体内に下方から空気を導入し該火格子炉本体を回転させながら内部に供給されたごみを焼却するようにしてある回転火格子炉における上記火格子炉本体内部のごみ燃焼個所の火炎重心点位置を、該火格子炉本体の長手方向と周方向の座標から求めて、その火炎重心点の位置が一定の範囲内で安定した燃焼となるように、ファジィ演算により周方向燃え方指標と長手方向燃え方指標の各メンバーシップ関数の値をファジィ規則すべてについて回転火格子炉回転数のメンバーシップ関数に示して推論し、次いで、該回転火格子炉回転数のメンバーシップ関数を合成して得られた推論結果の重心を重心法で求め、この重心の値を回転数調整量として回転火格子炉の回転数を調整し燃焼制御を行う方法及び装置とし、ファジィ規則を、周方向燃え方指標の大、中、小と長手方向燃え方指標の大、中、小の組み合わせで複数項目作り、各項目ごとに回転火格子炉回転数を推論するものとする。
【００１１】
火炎重心点の位置が長手方向のみでなく周方向からも求められることにより、ごみ厚層、ごみカロリーの変動に対しても重心点位置を的確に追従させることができて、燃焼良否の判断の精度が向上する。
【００１２】
又、周方向燃え方指標と長手方向燃え方指標の各メンバーシップ関数の値をファジィ規則ごとに同時合成を実施することにより調整量の精度を向上することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の一形態を示すもので、図８に示した回転火格子炉と同様な構成としてある回転火格子炉の火格子炉本体１の下流側後方位置に、炉内を下流側から上流側に向けて撮像するＩＴＶカメラ１７を設置し、該カメラ１７でとらえた火格子炉本体１内のごみの燃焼状況の画像信号を処理する画像処理装置１８を設置し、更に、該画像処理装置１８で処理された火炎１６の最も輝度の高いところを重心点１６ｃとしてとらえて、火炎１６の重心点１６ｃの位置が或る範囲に安定するようファジィ推論を行うファジィ制御演算装置１９を設け、該ファジィ制御演算装置１９からモータ８へ回転数補正指令が出されて回転火格子炉の回転数が調整されるようにする。
【００１５】
図１において、図８と同一のものには同一符号が付してある。
【００１６】
上記画像処理装置１８は、火炎１６の輝度が最も高いところを重心点１６ｃとしてとらえて、その火炎の重心点１６ｃの位置を、火格子炉本体１の長手方向と周方向の座標から求め、重心点１６ｃの周方向座標での位置検出と長手方向座標での位置検出を行って周方向の燃え方指標ａと長手方向の燃え方指標ｂを計測するものである。
【００１７】
ファジィ制御演算装置１９は、図２に示すブロック図の如く、画像処理装置１８で計測された重心点１６ｃの周方向と長手方向の燃え方指標ａ及びｂと、重心点１６ｃを落ち着かせようとする周方向と長手方向の範囲としての基準値（燃え方設定値）との偏差を求める加え合わせ点２０と、回転火格子炉の回転数を推論するファジィ演算部２１と、該ファジィ演算部２１で求められた回転火格子炉の回転数調整量と回転火格子炉の回転数設定値２４とを加え合わせる加え合わせ点２５と、回転火格子炉の回転コントローラ２６と、制御対象（回転火格子炉）２７とを備えており、上記ファジィ演算部２１は、重心点位置の検出値ごとに９項目にわたるファジィ規則によりファジィ演算を行わせるルール部２２と、該ルール部２２で演算された回転火格子炉回転数を合成した推論結果の重心を求め、回転数調整量を求めるようにするファジィ合成部２３とからなっている。
【００１８】
上記ルール部２２に組み込まれている火炎重心位置による燃え方指標ａ、燃え方指標ｂと、これに伴う回転火格子炉の回転数ｃの関係を示す９項目のファジィ規則は、次のとおりである。
▲１▼ａが大(PB)で、ｂが大(PB)ならば、ｃは現状維持(NN)
▲２▼ａが大(PB)で、ｂが中(NN)ならば、ｃは下げる(NB)
▲３▼ａが大(PB)で、ｂが小(NB)ならば、ｃは下げる(NB)
▲４▼ａが中(NN)で、ｂが大(PB)ならば、ｃは上げる(PB)
▲５▼ａが中(NN)で、ｂが中(NN)ならば、ｃは現状維持(NN)
▲６▼ａが中(NN)で、ｂが小(NB)ならば、ｃは下げる(NB)
▲７▼ａが小(NB)で、ｂが大(PB)ならば、ｃは上げる(PB)
▲８▼ａが小(NB)で、ｂが中(NN)ならば、ｃは上げる(PB)
▲９▼ａが小(NB)で、ｂが小(NB)ならば、ｃは現状維持(NN)
上記ファジィ規則▲１▼〜▲９▼をファジィ規則表に置き換えると、図３のマトリックス表のようになり、回転火格子炉回転数の結果は図３に示すようになる。
【００１９】
上記ルール部２２では、火炎１６の重心点１６ｃの位置の計測値と基準値との偏差ごとに上記９項目のファジィ規則すべてについて細かく計算されてファジィ演算が行われ、周方向燃え方指標ａのメンバーシップ関数の値と長手方向燃え方指標ｂのメンバーシップ関数の値をｍａｘ−ｍｉｎ法により各々回転火格子炉回転数ｃのメンバーシップ関数に示して行くような処理を行い、ファジィ合成部２３では、ルール部２２で示された回転火格子炉回転数ｃのメンバーシップ関数の推論結果を実際の回転数調整量として重心法で求めるようにする。
【００２０】
次に、ファジィ演算部２１で行うファジィ規則による回転火格子炉の回転数制御について説明する。
【００２１】
図４は、火格子炉本体１を平面的に見て火炎１６の重心点１６ｃが基準位置Ｘからどこの位置に動いたかを計測して、周方向燃え方指標ａと長手方向燃え方指標ｂでとらえる場合において、一例として、火炎１６の重心点１６ｃがＸ位置（ａ＝０．０ｍ，ｂ＝２．０ｍ）からγの位置（ａ＝０．１５ｍ，ｂ＝２．２５ｍ）に動いた場合を示している。
【００２２】
なお、燃え方指標ａ及びｂと回転火格子炉の回転数（rpm)ｃのファジィ制御範囲は、−１．０≦ａ≦１．０、０．７５≦ｂ≦３．２５、０．０２５≦ｃ≦０．０４５とし、これらの範囲内でファジィ制御を適用するようにする。これらの範囲を外れた場合は、警告を発し、操作員が手動で調整させることになる。
【００２４】
先ず、燃え方指標ａのメンバーシップ関数は、図５（イ）に示す如くであり、燃え方指標ｂのメンバーシップ関数は図５（ロ）の如くであり、又、回転火格子炉の回転数ｃのメンバーシップ関数は図５（ハ）に示す如くである。
【００２５】
図５（イ）（ロ）に示す各メンバーシップ関数においては、各交点ＡとＢを基準として大、中、小の範囲を決めるようにし、図５（イ）の燃え方指標ａでは、ａ＞０．１で大、−０．１≦ａ≦０．１で中、ａ＜−０．１で小と判断し、図５（ロ）の燃え方指標ｂでは、ｂ＞２．２５で大、１．７５≦ｂ≦２．２５で中、ｂ＜１．７５で小と判断するようにする。
【００２６】
図４において、火炎１６の重心点１６ｃの位置がＸからγの位置に移動した場合は、γの位置はａ＝０．１５、ｂ＝２．２５であるから、ａは図５（イ）で、０．１５が数値０．１を越えているので、大(PB)とし、ｂは図５（ロ）で２．２５が１．７５≦ｂ≦２．２５の範囲に入っているので、中(NN)とし、これを図３のルールを基にファジィ規則(1)から(9)までの９項目についてメンバーシップ関数で細かく計算するようにする。今、図４に示すように重心点１６ｃの位置がＸ位置からγの位置に移動した場合は、前記したファジィ規則の (2) に相当するので、回転火格子炉の回転数を下げるように制御することになる。
【００２７】
図６は上記▲１▼から▲９▼までのファジィ規則について計算するメンバーシップ関数の値を示すもので、図６（イ）はγの位置におけるファジィ規則▲１▼によるメンバーシップ関数の値について、図６（ロ）は同じくファジィ規則▲２▼によるメンバーシップ関数の値について示し、同様に、図６（ハ）（ニ）（ホ）（ヘ）（ト）（チ）（リ）はそれぞれファジィ規則▲３▼▲４▼▲５▼▲６▼▲７▼▲８▼▲９▼によるメンバーシップ関数の値を示している。
【００２８】
ファジィ規則▲１▼は、ａが大、ｂが大であるから、ａのメンバーシップ関数の値は、ａ＝０．１５のところで０．７であり、ｂのメンバーシップ関数の値は、ｂ＝２．２５のところで０．５であるが、ｍｉｎ法を適用して０．５をとる。これを回転火格子炉の回転数ｃのメンバーシップ関数に示すと、図示の如き値となる。
【００２９】
同様にして、ファジィ規則▲２▼では、ａが大、ｂが中であるから、ａのメンバーシップ関数の値は０．７、ｂのメンバーシップ関数の値は０．５であり、ｍｉｎ法により小さい値の０．５をとり、これを回転火格子炉の回転数ｃのメンバーシップ関数に示して行く。
【００３０】
このように、計測された火炎重心点位置γについて、ファジィ規則▲１▼〜▲９▼のすべてにわたってａのメンバーシップ関数の値とｂのメンバーシップ関数の値をｍｉｎ法を適用して、小さい方の値を回転火格子炉の回転数ｃのメンバーシップ関数に示して行くようにし、図６（イ）〜（リ）における回転火格子炉の回転数ｃのメンバーシップ関数に示された結果からファジィ合成部２３で推論結果が図７に示す如き図形として表わされ、重心法により図形の重心位置を求め、その点の値を回転数調整量として取り出すようにする。
【００３１】
図７において、回転火格子炉の回転数ｃについては、０．０３５の値のみを“丁度よい値（最適値）”と位置付け、それより大きい値（ｃ＞０．０３５）を大(PB)、それより小さい値（ｃ＜０．０３５）を小(NB)とするようにする。
【００３２】
図７は、図４の如く火炎重心点位置がＸからγの位置に移動した場合のファジィ規則▲１▼〜▲９▼のすべてについてｍｉｎ法を適用して、回転火格子炉の回転数ｃのメンバーシップ関数に示された推論結果の図形を示したもので、γの位置がファジィ規則▲１▼〜▲９▼の▲２▼に示す範囲に該当しており、該ファジィ規則▲２▼に基づいて、回転火格子炉の回転数ｃは、該回転数ｃの結果を示している図４でNBが選択され、回転数を“下げる”ことになり、又、図７の図形の重心を重心法により求めることにより重心位置２８の値０．０３２rpm を、補正すべき回転数（調整量）として求められることになる。
【００３３】
火炎重心点１６ｃの位置がＸから図４に示すγとは異なる位置に移った場合は、その位置について、上記と同様にファジィ規則▲１▼〜▲９▼すべてについて燃え方指標ａとｂの各メンバーシップ関数で計算され、ｍｉｎ法を適用して回転火格子炉の回転数ｃのメンバーシップ関数に示して行き、その推論結果の重心を重心法で求めることにより図７に対応する結果が得られ、移動した位置が当てはまるファジィ規則に基づいて回転火格子炉の回転数ｃの調整値が求められることになる。
【００３４】
このようにファジィ演算部２１で求められた値は、回転火格子炉の回転数調整量として出力され、加え合わせ点２５で回転火格子炉の回転数設定値２４とが加え合わされて制御情報として回転火格子炉回転コントローラ２６へ入力され、ここから制御対象２７のモータ８へ制御指令が送られて火格子炉本体の回転数が制御され、ごみ１１の燃焼状況が変えられ、火炎１６の重心点１６ｃが基準となる範囲内に落ち着くように調整されることになる。なお、上記の実施の形態においてはファジィ規則の数を９とした場合を示したが、ファジィ規則の数は任意に決めればよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の回転火格子炉の燃焼制御方法及び装置によれば、回転火格子炉内のごみ燃焼による火炎重心点位置を、周方向と長手方向で計測して、重心点位置の設定値との差を求め、計測された重心点位置が或る範囲内に落ち着くようにするために、ファジィ演算部のルール部に予め記憶されたファジィ規則ごとに、火炎重心点位置についての周方向の燃え方指標と長手方向の燃え方指標の各メンバーシップ関数で計算し、ｍｉｎ法を適用して各規則ごとの回転火格子炉回転数のメンバーシップ関数に示して行き、この回転火格子炉回転数ｃのメンバーシップ関数をファジィ合成部で合成して重心法で重心を求めて回転数の調整量を求めるようにし、該回転数調整量に基づき回転火格子炉の回転数を調整して燃焼を制御させるようにするので、次の如き優れた効果を奏し得る。
(i) 火炎の計測を、回転火格子炉の長手方向のほかに周方向でも行うようにし且つ火炎の輝度が最も高いところである重心点位置を計測することから、ごみ層、ごみカロリー変動に対して、ごみ燃焼の火炎重心点位置を的確に把握することができる。
(ii)上記(i) に伴いごみの燃焼良否判断の精度が向上する。
(iii) ファジィ制御による周方向の燃え方指標と長手方向の燃え方指標の各メンバーシップ関数の同時合成を実施することにより、制御補正量の精度向上と燃焼の長期自動制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転火格子炉の燃焼制御方法及び装置の実施の形態を示すもので、（イ）はブロック図、（ロ）は火格子炉本体内を平面的に見た概略図である。
【図２】図１におけるファジィ制御演算装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２におけるファジィ演算部のルール部に予め記憶させた９つのファジィ規則により回転火格子炉回転数の結果を示すマトリックス表である。
【図４】火格子炉本体内を平面的に見たときの周方向燃え方指標と長手方向燃え方指標の各値と、火炎重心点がＸ位置からγ位置へ移った場合について示す概略図である。
【図５】周方向燃え方指標と長手方向燃え方指標と回転火格子炉回転数の各メンバーシップ関数を示すもので、（イ）は周方向燃え方指標に対する大、中、小の判断基準を示す図、（ロ）は長手方向燃え方指標に対する大、中、小の判断基準を示す図、（ハ）は回転火格子炉回転数に対する大、中、小の判断基準を示す図である。
【図６】図４のγ位置についてのファジィ規制▲１▼〜▲９▼による周方向燃え方指標ａと長手方向燃え方指標ｂのファジィ演算の例とこれらを合成して回転火格子炉回転数のメンバーシップ関数に示した状態を示すもので、（イ）〜（リ）はファジィ規則▲１▼〜▲９▼に対応する図である。
【図７】図６に示す回転火格子炉回転数ｃを合成して得られた推論結果から重心法により回転数調整量を求めるようにした図である。
【図８】回転火格子炉の一例を示す概要図である。
【図９】従来の火格子炉本体内での火炎発生個所の燃え切り点計測を行う図である。
【図１０】従来の火格子炉本体内でごみ層の変化が起きたときの火炎発生個所を示す図である。
【符号の説明】
１ 火格子炉本体
８ モータ
１１ ごみ
１６ 火炎
１６ｃ 重心点
１７ ＩＴＶカメラ
１８ 画像処理装置
１９ ファジィ制御演算装置
２０ 加え合わせ点
２１ ファジィ演算部
２２ ルール部
２３ ファジィ合成部
２５ 加え合わせ点
２６ 回転火格子炉回転コントローラ
２７ 制御対象（回転火格子炉）
ａ 周方向燃え方指標
ｂ 長手方向燃え方指標
ｃ 回転火格子炉回転数

Claims (3)

1. 火格子炉本体内に下方から空気を導入し該火格子炉本体を回転させながら内部に供給されたごみを焼却するようにしてある回転火格子炉における上記火格子炉本体内部のごみ燃焼個所の火炎の輝度が最も高いところである火炎重心点位置を、該火格子炉本体の長手方向と周方向の座標から求めて、その火炎重心点の位置が一定の範囲内で安定した燃焼となるように、ファジィ演算により周方向燃え方指標と長手方向燃え方指標の各メンバーシップ関数の値をファジィ規則すべてについて回転火格子炉回転数のメンバーシップ関数に示して推論し、次いで、該回転火格子炉回転数のメンバーシップ関数を合成して得られた推論結果の重心を重心法で求め、この重心の値を回転数調整量として回転火格子炉の回転数を調整し燃焼制御を行うことを特徴とする回転火格子炉の燃焼制御方法。
2. ファジィ規則を、周方向燃え方指標の大、中、小と長手方向燃え方指標の大、中、小の組み合わせで９項目作り、各項目ごとに回転火格子炉回転数を推論する請求項１記載の回転火格子炉の燃焼制御方法。
3. 回転火格子炉の火格子炉本体内を撮像するカメラでとらえた火格子炉本体内のごみの燃焼状況の画像信号を処理して火炎の輝度が最も高いところである火炎の重心点位置を火格子炉本体の周方向と長手方向からの座標から求めて周方向の燃え方指標と長手方向の燃え方指標を計測する画像処理装置を備え、且つ該画像処理装置で計測された周方向と長手方向の各燃え方指標とこれらの基準値との偏差ごとにファジィ規則すべてについて周方向燃え方指標のメンバーシップ関数の値と長手方向燃え方指標のメンバーシップ関数の値から回転火格子炉回転数のメンバーシップ関数に示して行く処理を行うルール部及び該ルール部で示された回転火格子炉回転数のメンバーシップ関数の推論結果の重心を回転数調整量として求めるようにするファジィ合成部からなるファジィ演算部と、該ファジィ演算部で求められた回転火格子炉の回転数調整量と回転火格子炉の回転数設定値とを加え合わせて制御情報として回転火格子炉回転コントローラへ入力させるようにする加え合わせ点を備えたファジィ制御演算装置を設けた構成を有することを特徴とする回転火格子炉の燃焼制御装置。

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