JP4103235B2 - Combustion control method for rotary stoker type incinerator - Google Patents

Description

ところが、これらは相反する傾向が強く、ある性能を満足しようとして運転条件を操作すると、他の性能が満足できなくなる問題がある。
【０００４】
例えば、焼却残渣の熱灼減量を低減すべく、ごみ層厚を薄くすると燃焼室温度が下がり排出ガスのＣＯ濃度が高くなる。逆にごみ層厚を厚くすると、排出ガスのＣＯ濃度を低くできるものの、焼却残渣の熱灼減量が悪化してしまう。
【０００５】
従来、ストーカ式ごみ焼却炉での燃焼制御は、特開平９−１１２８６９号公報に示されるように、ごみの搬送速度を操作して、ごみの層厚を一定にする方法や特開平１０−２５３０３１号公報に示されるように、焼却炉内での燃え切り位置を検出して焼却炉に吹き込む一次燃焼用空気と二次燃焼空気の比率を調整して燃え切り位置を制御する方法が提案されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、回転ストーカ式焼却炉内に吹き込む一次空気を、その上流側から下流側にかけて複数のゾーンに分けて供給制御すると共に、給じんプッシャによるごみ投入量と焼却炉の回転によるごみ移動速度を制御して燃焼状態を制御する燃焼制御方法において、焼却炉内の燃焼状態を、その上流側から下流側にかけてのごみの層厚分布と燃焼分布を分けると共にその層厚分布と燃焼分布の最適な通常状態を最適燃焼パターンとし、その最適燃焼パターンのごみ層厚に対して、厚い・普通・薄いの３つに分け、かつ最適燃焼パターンの燃焼分布に対して、燃焼分布が、上流側・普通状態・下流側の３つに分けて、ごみの層厚分布と燃焼分布を、合計９つに分けたパターンを作成し、他方焼却炉の温度、上記各ゾーンに供給する一次空気などの計測状態量から焼却炉の燃焼状態を推定して、ごみの層厚分布と燃焼分布が、上記パターンのいずれの状態かのパターン依存度を推定し、その依存度を基にファジールールで重み付けを行うと共に各プロセス制御量を傾斜配分すると共に、これに基づいて各ゾーンに供給する一次空気、給じんプッシャの速度、炉回転数の操作量を決定して、ごみの層厚分布と燃焼分布を最適燃焼パターンに戻すようにした回転ストーカ式ごみ焼却炉の燃焼制御方法である。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、回転ストーカ式ごみ焼却炉で、安定した燃焼性能とボイラ性能を維持することが可能な回転ストーカ式ごみ焼却炉の燃焼制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、回転ストーカ式焼却炉内に吹き込む一次空気をその上流側から下流側にかけて複数のゾーンに分けて制御すると共に、給じんプッシャによるごみ投入量と焼却炉の回転によるごみ移動速度を制御して燃焼状態を制御する燃焼制御方法において、焼却炉内の燃焼状態を、その上流側から下流側にかけてのごみの層厚分布と燃焼分布に応じて複数のパターンに分け、他方焼却炉の温度、上記各ゾーンに供給する一次空気などの計測状態量から、上記パターンを推測し、その各パターンについてファジーモデルを作成し、このファジーモデルに基づいた予測を含むファジールールより、各ゾーンに供給する一次空気、給じんプッシャの速度、炉回転数を制御するようにした回転ストーカ式ごみ焼却炉の燃焼制御方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１１】
先ず、図１により全体構成を説明する。
【００１２】
図１において、１０は回転ストーカ式焼却炉で、上流側に給じんホッパ１１が接続されると共に、ごみｇを焼却炉１０内に送り出すプッシャ１２が設けられる。
【００１３】
この回転ストーカ式焼却炉１０は、多数の孔が形成された回転ドラム１３からなり、その回転ドラム１３が、支持ローラ１４を介して固定梁１５上に回転自在に支持されると共に駆動モータ１６で回転されるようになっている。
【００１４】
固定梁１５には、回転ドラム１３に一次燃焼空気を供給する風箱１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃが、その上流側から下流側にかけて例えば図示のように３ゾーンＡ，Ｂ，Ｃに分けて設けられる。
【００１５】
各風箱１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃは、図では示していないが円周方向にさらに３分割して設けられる。各ゾーンの風箱１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃは、押込空気ライン１８を介して押込ファン１９に接続されると共に、その押込空気（一次空気）をゾーンＡ〜Ｃに分配すると共に、円周方向に分配する分配弁２０Ａ〜Ｃが接続される。また各ゾーンＡ〜Ｃと円周方向に分割された風箱１７へ供給する空気の流量と圧力を個々に検出する流量計２１，圧力計２２が接続されると共に押込ファン１９側にも全体の流量と圧力を検出する流量計２３，圧力計２４が接続され、さらに吸込側に押込空気量を制御する制御弁２５が接続される。
【００１６】
回転ストーカ式焼却炉１０には、燃焼炉２６が形成され、その燃焼炉２６に焼却炉１０で発生した可燃性ガスを二次燃焼させる二次燃焼室２７が形成される。また燃焼炉２６の底部には、焼却炉１０から排出された未燃物を後燃焼させる後燃焼装置２８が設けられると共に後燃焼装置２８からの焼却残渣の排出口２９が設けられる。
【００１７】
二次燃焼室２７には二次空気を吹き込むノズル３０が設けられ、そのノズル３０が二次空気ライン３１に接続されると共にそのライン３１に、二次空気用ファン３２が接続され、さらにそのファン３２に、二次空気量を制御する制御弁３３が接続される。また、二次空気ライン３１には、流量計３４，圧力計３５が接続される。
【００１８】
後燃焼装置２９には、その風箱３６に分配弁３７が接続されると共に後燃焼空気ライン３８が接続され、そのライン３８に後燃焼用ファン３９が接続され、ファン３９の吸込側に制御弁４０が接続される。また、４１は流量計、４２は圧力計である。
【００１９】
燃焼炉２６の頂部には、ボイラ５０が接続される。ボイラ５０は燃焼炉２６からの燃焼排ガスを導入する水管壁からなる導入部５１と過熱器５２とボイラ本体５３と気水ドラム５４からなり、燃焼排ガスが、図示の矢印で示した導入部５１、過熱器５２、ボイラ本体５３を通って排ガスダクト５５より排気され、給水は導入部５１とボイラ本体５３を通って気水ドラム５４に入り、そこで気液分離されて、発生した蒸気が、過熱器５２を通って過熱されスチームライン５６より発生蒸気量を制御する制御弁５７を介してタービン（図示せず）に供給されるようになっている。
【００２０】
さて、６０は本発明の回転ストーカ式焼却炉を制御するインテリジェント制御装置で、押込空気ライン１８に設けた流量計２１からの流量値、圧力計２２からの圧力、その他、図には詳細に示していないが各箇所に設けた温度計からの温度や、回転ドラムの１３の回転数などのプロセス値がニューロファジー制御部６２に入力され、そのニューロファジー制御部６２で、焼却炉１０の入口温度ｘ1 、発生ガス量ｘ2 、二次燃焼室２７の温度ｘ3 、後燃焼装置２８の入口温度ｘ6 、二次空気ライン３１から供給される二次空気のＯ₂ 濃度ｘ4 が計測状態量として入力されると共に、押込空気ライン１８からの押込空気総量と圧力及び各ゾーンの風箱１７Ａ〜１７Ｃに供給される押込空気の流量と圧力からごみの滞留分布を求めて各ゾーンのごみ層厚ｘ5 が計測状態量として入力され、これらの状態量の変動に基づいて、これから起こりうる事象を予測しながら、押込空気ライン１８の制御弁２５をドラム圧力制御部（一次空気量）６３が、二次空気ライン３１の制御弁３３をＯ₂ 濃度制御部（二次空気）６４が、回転ドラム１３の駆動モータ１６を炉回転数制御部６５が、給じんプッシャ１２を給じんプッシャ周期制御部６６が、各風箱１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃの制御弁１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃを、それぞれＡゾーン空気制御部６７、Ｂゾーン空気制御部６８、Ｃゾーン空気制御部６９が、ボイラ５０の制御弁５７をボイラ蒸発量制御部７０が最適制御を行うようになっている。
【００２１】
このインテリジェント制御部６０を説明する前に、回転ストーカ式焼却炉１０でのごみ焼却を説明する。
【００２２】
先ず、給じんホッパ１１内に、ごみクレーンなどからごみｇが投入され、そのごみｇが給じんプッシャ１２により周期的に押し出されて回転ストーカ式焼却炉１０の回転ドラム１３内に投入される。
【００２３】
回転ドラム１３は駆動モータ１６で回転され、投入されたごみｇは、その回転ドラム１３の傾斜と回転により順次下流側に搬送される。
【００２４】
この回転ドラム１３には風箱１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃから押込空気が吹き込まれ、主に、上流側（Ａゾーン）では乾燥が、中間（Ｂゾーン）では熱分解が、下流側（Ｃゾーン）では燃焼が行われる。下流側の燃焼ゾーンでは、炉の円筒形断面に起因して、強力な渦を伴った火炎が形成され、攪拌・混合の強いガス燃焼が行われる。
【００２５】
この回転ストーカ式焼却炉１０で発生した可燃性ガスは、二次燃焼室２７に導入され、ノズル３０から吹き込まれた二次空気で燃焼され、燃焼排ガスとなってボイラ５０にて給水を加熱して蒸気を発生させる。
【００２６】
また、回転ストーカ式焼却炉１０から排出された未燃分は後燃焼装置２８に排出され、風箱３６から供給される後燃焼空気で、燃焼処理されると共に灼熱減容されて排出口２９から排出される。
【００２７】
このように、回転ストーカ式焼却炉１０内に投入されたごみは、乾燥、熱分解過程を経て、燃焼に移行し、下流側の燃焼ゾーンでは、炉の円筒形断面に起因して、強力な渦を伴った火炎が形成され、攪拌・混合の強いガス燃焼が行われるため、炉内に滞留している各ゾーンのごみ層から発生する熱分解ガスは、ごみ質変動に起因して質及び量に多少の変動があっても、発生後、この強力な渦燃焼の中で、その変動は吸収される。
【００２８】
これまでは、ごみ質の変化により燃焼変動が生じた場合、一次空気総量を制御することにより、ボイラ５０へ供給される熱量を安定化させ、その上で、燃焼性能を維持するという考え方に立ち、燃焼変動により状態が変化した後、回復動を行うというフィードバック制御を基本としてきた。この場合、ある程度のごみ変化までは問題がないが、ごみ質が急激かつ大幅に変化した場合、ボイラ５０への入熱量を安定化させるべく、一次空気総量を制御した場合、同時に起こる燃焼変動に対応しきれず、燃焼の悪化を招くおそれがある。
【００２９】
本発明のインテリジェント制御部６０は、炉内のごみ滞留部分を細分化し、各ゾーンのごみ層厚に適した空気量をきめ細かく制御し、余剰空気低減及び熱分解の促進を行うと共に、この制御をこれから起こり得る事象を予測しながら先行して行うことを特徴とする。
【００３０】
このインテリジェント制御部６０を図２により説明する。
【００３１】
図２において、７４は、前件部としてのケース判断ニューラルネット、７５は正規化処理部、７６は後件部としてのファジーニューロ制御部、７７，７８は乗算器、７９は後件部としてのプロセスファジーモデル、８０，８１は積和算器、８２は評価変数への換算ニューロである。
【００３２】
先ず計測状態から入力される状態変数ｘ1 〜ｘ6 が、ケース判断ニューラルネット７４、後件部ファジーニューロ制御部７６、プロセスファジーモデル７９に入力される。
【００３３】
ここで、状態変数ｘ1 〜ｘ6 は、
ｘ1 ：焼却炉入口温度
ｘ2 ：ガス量
ｘ3 ：二次燃焼室温度
ｘ4 ：Ｏ₂ 濃度（二次空気）
ｘ5 ：ごみ層厚（Ａ〜Ｃゾーン）
ｘ6 ：後燃焼入口温度
である。
【００３４】
前件部であるケース判断ニューラルネット７４は、入力された状態変数ｘ1 〜ｘ6 から焼却炉の燃焼状態を推定し、これを正規化処理部７５で正規化処理して各状態を、後述の図４で説明する依存度ｗ1 〜ｗ9 に適合させる。
【００３５】
この依存度ｗは、ファジーニューロ制御部７６、乗算器７７，７８に入力される。
【００３６】
ファジーニューロ制御部７６では、各依存度ｗ1 〜ｗ9 ごとに、ファジールールに基づいて操作量を計算すると共に各状態の依存度で重みづけを行い、これらを積和算器８１に出力して制御出力ｕ1 〜ｕ9 とする。
【００３７】
この制御出力ｕ1 〜ｕ9 は、
ｕ1 ：一次空気量
ｕ2 ：二次空気量
ｕ3 ：後燃焼空気
ｕ4 ：Ａゾーン空気量
ｕ5 ：Ｂゾーン空気量
ｕ6 ：Ｃゾーン空気量
ｕ7 ：炉回転数
ｕ8 ：プッシャ周期
ｕ9 ：後燃速度
である。
【００３８】
また、ファジーニューロ制御部７６からの出力は、プロセスファジーモデル７９に入力され、ファジーニューロ制御部７６と同様の演算がなされ、乗算器８０で各依存度毎に重み付けがなされ、積和算器８０で積和演算がなされ評価変数への換算ニューロ８２にて評価８４がなされると共にファジーニューロ制御部７６を調整して、状態の依存度ｗ1 〜ｗ9 の変化に基づいた準最適制御がなされる。
【００３９】
次に、この状態の依存度ｗ1 〜ｗ9 を図４により説明する。
【００４０】
図４（ａ）は、焼却炉１０の燃焼分布と各ゾーンＡ〜Ｃのごみ層厚について１〜９のパターンに分けて状態の依存度ｗ1 〜ｗ9 としたもので、中央の通常状態（５）が燃焼分布が最適で、ごみ層厚が通常に分布した最適燃焼状態を示しており、この通常状態（５）より上方の状態（１，４，７）は、ごみ層厚が薄い状態を、また下方の状態（３，６，７）は逆にごみ層厚が厚い状態を示している。
【００４１】
また、通常状態（５）より左方の状態（１，２，３）は、燃焼分布が上流側のゾーンにあり、右方の状態（７，８，９）では燃焼分布が下流側のゾーンにある状態を示している。
【００４２】
図４（ｂ）は、最適燃焼状態（通常状態５）から乾燥したごみが投入され、燃え切りゾーンにごみが少なくなったときの回復動作を、本発明のニューロファジィ制御と従来の燃焼と蒸発量の同時制御を比較して示したもので、□で囲った数字は本発明の制御での軌跡Ｌａを示し、丸数字が従来の制御の軌跡Ｌｂを示している。
【００４３】
先ず、従来制御では、通常状態（５）から乾燥ごみが投入されると、通常状態（５）から丸数字１のように状態（２）に移動する。すなわち燃え始め点が炉の上流側に移動する。次に数十分後に炉出口側にごみがなくなり始め、過剰空気が増え、丸数字２で示した状態（１）となる。さらに、収熱量が低下するので、蒸発量を一定に保つために一次空気量を増加するが、炉出口側でのごみ切れが起こっているためさらに過剰空気になって温度が低下してしまい丸数字３で示した状態（４）となってしまい、この状態（４）で制御不能となって手動介入が行われてしまう。
【００４４】
これに対して、本発明のニューロファジィ制御では、通常の状態（５）から乾燥したごみが投入され、□で囲った数字１の状態（２）のとき、炉入口側での燃焼が発生しているので、炉入口側での燃焼により発熱が増したので、蒸発量を一定にするために一旦一次空気総量を減らす。
【００４５】
次にＣゾーンでごみが薄くなるため、蒸発量を一定にする制御により一次空気が過剰になる。そこで余剰空気を減らすため、Ｂゾーンへの空気を増やしてＣゾーンの空気を減らすと同時にごみを多めに投入し炉の回転を上げてＢゾーンのごみ層を厚くすると共にこの操作を繰り返す。。
【００４６】
このファジーニューロ制御を図３（ａ），図３（ｂ）により説明する。
【００４７】
上流側のごみ燃え始め点が、徐々に中程までに移動し適正な位置で燃焼を開始するようになり、新しい空気バランスで、通常の状態（５）に戻り最適な燃焼状態に戻ることが可能となる。
【００４８】
この図４（ｂ）で説明したニューロファジー制御を、図３（ａ）〜図３（ｃ）によりさらに詳しく説明する。
【００４９】
上述のように計測値としての状態変数ｘ1 〜ｘ6 がケース判断ニューラルネット７４に入力されると、各状態の依存度ｗ1 〜ｗ9 が推定される。
【００５０】
この状態の依存度ｗ1 〜ｗ9 の推定は、例えば通常状態（５）の依存度ｗ5 からＣゾーンに、ごみが少なくなったときは、状態（４）の依存度ｗ4 のごみ層厚が薄い状態に移行するので、ｗ5 ＝１．０、ｗ4 ＝０．０からｗ5 ＝０．０、ｗ4 ＝１．０となり、この他ｗ1 〜ｗ3 ，ｗ6 〜ｗ9 ＝０となる。
【００５１】
この状態（４）でのニューロファジー制御部での操作ルール（１〜９）７６Ｒは、図３（ｂ）に示したメンバシップ関数９０により、傾斜配分して空気配分を決定する。
【００５２】
Ｃゾーン空気→ＮＳ
Ｂゾーン空気→ＰＳ
回転数→ＰＳ
プッシャ周期→ＰＳ
ここで、メンバシップ関数９０の
ＮＢ：Negative Big 負大
ＮＳ：Negative Small 負小
ＺＯ：Zero ０
ＰＳ：Positive Small 正小
ＰＢ：Positive Big 正大
各操作ルール７６Ｒでは、各操作に対してメンバシップ関数９０のＮＢ〜ＰＢが対応付けされ、各プロセス操作量（ｕ1 〜ｕ9 ）の−１００〜１００％の範囲と操作量がＺＯの最適範囲（−α〜＋α）が、焼却炉の固有の性能で、オペレータにより決定される。
【００５３】
各ルール７６Ｒでの操作量を計算した後に、乗算器７７で状態の重み付けが行われ、ｗ4 ＝１．０のときは、その重みづけ（×ｗ4 ) により、メンバシップ関数の各ＮＢ〜ＰＢが、傾斜配分により斜線で示した領域の重心位置から操作量が算出され、積和算器８１により各制御出力としてのプロセス操作量（ｕ1 〜ｕ9 ）が決定される。
【００５４】
すなわち、メンバシップ関数９０で空気操作量がＮＳならば、図３（ｃ）に示すように、傾斜配分により斜線で示した領域の重心位置から操作量が算出され、同様に各ルール７６Ｒで各操作量が算出され、これにより、状態がｗ4 のときには余剰空気量を減らすために、Ｃゾーンの空気が減るように操作量ｕ4 が下げられ、Ｂゾーン空気が増えるように操作量ｕ5 が上げられ、同時に回転数が増加するように操作量ｕ7 が増加され、プッシャ周期の操作量ｕ8 を増やして、ごみ層をなるべく早く元に戻すような制御がなされる。
【００５５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、ごみ層厚と燃焼分布による複数のパターンを作成し、焼却炉の計測状態量から、パターンを推定し、最適燃焼のパターンから燃焼状態が外れたときに、早期に層の厚みを修正して燃焼を最適状態に戻して安定化することが可能となる。また燃焼と蒸発量を同時に安定化することは、相反する操作となるが、燃焼状態をパターン化することで、そのパターンに基づいた制御の組合せによって、ごみ質などの急激な変動に対して安定燃焼を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す全体図である。
【図２】図１のインテリジェント制御部の詳細を示す図である。
【図３】図２のニューロファジィ制御を説明する図である。
【図４】本発明において、燃焼制御を行うためのパターンを示す図である。
【符号の説明】
１０ 回転ストーカ式焼却炉
１２ 給じんプッシャ
６０ インテリジェント制御部
６２ ニューロファジ制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a combustion method of a rotary stoker type incinerator, and in particular, a rotary stoker type capable of simultaneously stabilizing the combustion state in the incinerator and stabilizing the evaporation amount in the downstream boiler. The present invention relates to a combustion control method for a waste incinerator.
[0002]
[Prior art]
Combustion performance and boiler performance are raised to the top of the performance required when incinerating garbage in a rotary stoker furnace. Specifically, the following performance is required.
[0003]

However, these tend to conflict with each other, and there is a problem that other performance cannot be satisfied when operating conditions are manipulated to satisfy certain performance.
[0004]
For example, if the thickness of the dust layer is reduced in order to reduce the heat loss of incineration residues, the temperature of the combustion chamber decreases and the CO concentration of the exhaust gas increases. Conversely, if the dust layer thickness is increased, the CO concentration of the exhaust gas can be lowered, but the heat loss of the incineration residue is deteriorated.
[0005]
Conventionally, combustion control in a stoker-type waste incinerator is performed by a method of making the thickness of the waste constant by manipulating the conveying speed of the waste as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-112869 or Japanese Patent Laid-Open No. 10-253031. As shown in the Gazette, a method has been proposed in which the burnout position in the incinerator is detected and the burnout position is controlled by adjusting the ratio of primary combustion air and secondary combustion air blown into the incinerator. Yes.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 controls the supply of primary air blown into a rotary stoker incinerator in a plurality of zones from the upstream side to the downstream side, and also is garbage by a dust supply pusher. the combustion control method for controlling the dust moving speed of rotation of the input amount and the incinerator for controlling the combustion state, the combustion state in the incinerator, the layer thickness distribution and combustion distribution of dust to the downstream side from the upstream side The optimum normal state of the layer thickness distribution and combustion distribution is set as the optimum combustion pattern, and the optimum combustion pattern is divided into three categories: thick, normal, and thin, and the optimal combustion pattern combustion distribution. On the other hand, the combustion distribution is divided into three parts, upstream, normal, and downstream, and a pattern in which the waste layer thickness distribution and combustion distribution are divided into nine parts in total is created, while the temperature of the incinerator, the above Estimate the combustion state of the incinerator from measured state quantities such as primary air supplied to the zone, and estimate the pattern dependency of the waste layer thickness distribution and combustion distribution in any of the above patterns. Based on the fuzzy rules, weights are distributed according to the process control amount, and based on this, the primary air supplied to each zone, the speed of the feed pusher, and the manipulated variable of the furnace rotation speed are determined. This is a combustion control method for a rotary stoker type waste incinerator in which the layer thickness distribution and combustion distribution of the gas are returned to the optimum combustion pattern .
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a combustion control method for a rotary stoker-type waste incinerator capable of solving the above-mentioned problems and maintaining stable combustion performance and boiler performance in the rotary stoker-type waste incinerator. It is in.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 controls the primary air blown into the rotary stoker type incinerator by dividing it into a plurality of zones from the upstream side to the downstream side, and the amount of dust input by the dust feed pusher. In the combustion control method that controls the combustion state by controlling the speed of movement of the garbage due to the rotation of the incinerator and the combustion state, the combustion state in the incinerator is determined according to the layer thickness distribution and the combustion distribution from the upstream side to the downstream side. Dividing into multiple patterns, guessing the above patterns from the measured state quantities such as the temperature of the other incinerator and the primary air supplied to each zone, creating a fuzzy model for each pattern, and making predictions based on this fuzzy model Rotating stoker-type waste incinerators that control the primary air supplied to each zone, the speed of the dust feed pusher, and the furnace rotation speed from the fuzzy rules including A combustion control method.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0011]
First, the overall configuration will be described with reference to FIG.
[0012]
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a rotary stoker type incinerator, to which a dust supply hopper 11 is connected on the upstream side, and a pusher 12 for sending the waste g into the incinerator 10 is provided.
[0013]
The rotary stoker-type incinerator 10 includes a rotary drum 13 in which a large number of holes are formed. The rotary drum 13 is rotatably supported on a fixed beam 15 via a support roller 14 and is driven by a drive motor 16. It is designed to be rotated.
[0014]
The fixed beam 15 is provided with wind boxes 17A, 17B, and 17C for supplying primary combustion air to the rotating drum 13 from the upstream side to the downstream side, for example, in three zones A, B, and C as shown in the figure.
[0015]
Although not shown in the drawing, each of the wind boxes 17A, 17B, and 17C is further divided into three in the circumferential direction. The wind boxes 17A, 17B, and 17C in each zone are connected to the pushing fan 19 via the pushing air line 18 and distribute the pushing air (primary air) to the zones A to C and in the circumferential direction. Distribution valves 20A to 20C to be connected are connected. Further, a flow meter 21 and a pressure gauge 22 for individually detecting the flow rate and pressure of the air supplied to each zone A to C and the wind box 17 divided in the circumferential direction are connected, and the entire push fan 19 side is also connected. A flow meter 23 and a pressure gauge 24 for detecting the flow rate and pressure are connected, and a control valve 25 for controlling the amount of pushed air is connected to the suction side.
[0016]
In the rotary stoker type incinerator 10, a combustion furnace 26 is formed, and a secondary combustion chamber 27 in which the combustible gas generated in the incinerator 10 is subjected to secondary combustion is formed. Further, at the bottom of the combustion furnace 26, a post-combustion device 28 for post-combusting the unburned matter discharged from the incinerator 10 and an exhaust port 29 for incineration residue from the post-combustion device 28 are provided.
[0017]
The secondary combustion chamber 27 is provided with a nozzle 30 for blowing secondary air. The nozzle 30 is connected to a secondary air line 31 and a secondary air fan 32 is connected to the line 31. A control valve 33 that controls the amount of secondary air is connected to 32. Further, a flow meter 34 and a pressure gauge 35 are connected to the secondary air line 31.
[0018]
A distribution valve 37 is connected to the wind box 36 and a rear combustion air line 38 is connected to the rear combustion device 29, a rear combustion fan 39 is connected to the line 38, and a control valve is connected to the suction side of the fan 39. 40 is connected. Reference numeral 41 is a flow meter, and 42 is a pressure gauge.
[0019]
A boiler 50 is connected to the top of the combustion furnace 26. The boiler 50 is composed of an introduction part 51 made of a water pipe wall for introducing combustion exhaust gas from the combustion furnace 26, a superheater 52, a boiler body 53, and an air / water drum 54, and the combustion exhaust gas is introduced by an arrow 51 shown in the figure. The exhaust water is exhausted from the exhaust gas duct 55 through the superheater 52 and the boiler body 53, and the feed water enters the steam-water drum 54 through the introduction part 51 and the boiler body 53, where it is separated into gas and liquid, and the generated steam is superheated. It is heated through the vessel 52 and supplied from a steam line 56 to a turbine (not shown) through a control valve 57 that controls the amount of generated steam.
[0020]
Now, 60 is an intelligent control device for controlling the rotary stoker type incinerator of the present invention. The flow rate value from the flow meter 21 provided in the pushing air line 18, the pressure from the pressure gauge 22, etc. are shown in detail in the figure. Although not shown, process values such as the temperature from the thermometer provided at each location and the number of rotations of the rotary drum 13 are input to the neurofuzzy control unit 62, and the neurofuzzy control unit 62 uses the inlet temperature of the incinerator 10. x1, generated gas amount x2, temperature x3 of secondary combustion chamber 27, inlet temperature x6 of post-combustor 28, and O ₂ concentration x4 of secondary air supplied from secondary air line 31 are input as measurement state quantities. Along with the total amount and pressure of the pushed air from the pushed air line 18 and the flow rate and pressure of the pushed air supplied to the wind boxes 17A to 17C of each zone, the stagnation distribution of the dust is obtained from the zones. 5 is input as a measured state quantity, and a drum pressure control unit (primary air quantity) 63 is connected to the control valve 25 of the push-in air line 18 while predicting an event that may occur in the future based on fluctuations in these state quantities. The control valve 33 of the secondary air line 31 is an O ₂ concentration control unit (secondary air) 64, the driving motor 16 of the rotary drum 13 is a furnace rotation speed control unit 65, and the supply pusher 12 is supplied to a supply pusher cycle control unit 66. However, the control valves 18A, 18B, and 18C of the wind boxes 17A, 17B, and 17C are respectively replaced by the A zone air control unit 67, the B zone air control unit 68, and the C zone air control unit 69, respectively. The boiler evaporation amount control unit 70 performs optimal control.
[0021]
Prior to explaining this intelligent control unit 60, waste incineration in the rotary stoker incinerator 10 will be explained.
[0022]
First, garbage g is put into a feeding hopper 11 from a garbage crane or the like, and the garbage g is periodically pushed out by a feeding pusher 12 and put into a rotating drum 13 of a rotary stoker incinerator 10.
[0023]
The rotating drum 13 is rotated by a drive motor 16, and the charged garbage g is sequentially conveyed to the downstream side by the inclination and rotation of the rotating drum 13.
[0024]
Pushed air is blown into the rotating drum 13 from the wind boxes 17A, 17B, and 17C. The air is mainly dried on the upstream side (A zone), pyrolyzed on the middle side (B zone), and thermally decomposed on the downstream side (C zone). Combustion takes place. In the downstream combustion zone, a flame with a strong vortex is formed due to the cylindrical cross section of the furnace, and gas combustion with strong stirring and mixing is performed.
[0025]
The combustible gas generated in the rotary stoker incinerator 10 is introduced into the secondary combustion chamber 27, burned with the secondary air blown from the nozzle 30, and becomes combustion exhaust gas to heat the feed water in the boiler 50. To generate steam.
[0026]
Further, the unburned portion discharged from the rotary stoker type incinerator 10 is discharged to the post-combustion device 28, and is subjected to combustion treatment with the post-combustion air supplied from the wind box 36, and the volume is reduced by scorching. Discharged.
[0027]
In this way, the waste introduced into the rotary stoker incinerator 10 passes through the drying and pyrolysis processes, and then shifts to combustion. In the downstream combustion zone, the waste is strong due to the cylindrical cross section of the furnace. Since a flame with a vortex is formed and gas combustion with strong stirring and mixing is performed, the pyrolysis gas generated from the dust layer of each zone staying in the furnace is caused by fluctuations in waste quality and quality. Even if there is some variation in quantity, it will be absorbed in this powerful vortex combustion after generation.
[0028]
In the past, when combustion fluctuations occurred due to changes in the waste quality, the amount of heat supplied to the boiler 50 is stabilized by controlling the total amount of primary air, and then the combustion performance is maintained. Based on feedback control, recovery is performed after the state has changed due to combustion fluctuations. In this case, there is no problem up to a certain amount of dust change, but if the quality of the dust changes suddenly and drastically, if the total amount of primary air is controlled to stabilize the amount of heat input to the boiler 50, the combustion fluctuation that occurs at the same time There is a risk that it may not be able to cope with it, resulting in deterioration of combustion.
[0029]
The intelligent control unit 60 of the present invention subdivides the dust retaining part in the furnace, finely controls the amount of air suitable for the dust layer thickness of each zone, reduces excess air and promotes thermal decomposition, and controls this control. It is characterized in that it is performed in advance while predicting a possible event.
[0030]
The intelligent control unit 60 will be described with reference to FIG.
[0031]
In FIG. 2, 74 is a case determination neural network as an antecedent part, 75 is a normalization processing part, 76 is a fuzzy neuro control part as a consequent part, 77 and 78 are multipliers, and 79 is a consequent part. A process fuzzy model, 80 and 81 are product-sum calculators, and 82 is a conversion neuron into an evaluation variable.
[0032]
First, state variables x1 to x6 input from the measurement state are input to the case determination neural network 74, the consequent part fuzzy neuro control part 76, and the process fuzzy model 79.
[0033]
Here, the state variables x1 to x6 are
x1: incinerator inlet temperature x2: Gas quantity x3: the secondary combustion chamber temperature x4: O ₂ concentration (secondary air)
x5: Waste layer thickness (A to C zone)
x6: post-combustion inlet temperature.
[0034]
The case determination neural network 74 which is the antecedent part estimates the combustion state of the incinerator from the input state variables x1 to x6, normalizes this by the normalization processing unit 75, and shows each state as described later. It is adapted to the dependencies w1 to w9 described in FIG.
[0035]
The dependency w is input to the fuzzy neuro control unit 76 and the multipliers 77 and 78.
[0036]
The fuzzy neuro control unit 76 calculates the operation amount based on the fuzzy rules for each of the dependencies w1 to w9 and weights the dependencies with the dependencies of each state, and outputs them to the product-sum calculator 81 for control. The outputs are u1 to u9.
[0037]
The control outputs u1 to u9 are
u1: Primary air amount u2: Secondary air amount u3: Post combustion air u4: A zone air amount u5: B zone air amount u6: C zone air amount u7: Furnace rotational speed u8: Pusher cycle u9: Postcombustion speed .
[0038]
Further, the output from the fuzzy neuro control unit 76 is input to the process fuzzy model 79, the same calculation as that of the fuzzy neuro control unit 76 is performed, the multiplier 80 weights each dependency, and the product-sum calculator 80 The product-sum operation is performed and an evaluation 84 is performed by the conversion neuron 82 into the evaluation variable, and the fuzzy neuro control unit 76 is adjusted to perform sub-optimal control based on changes in the state dependences w1 to w9.
[0039]
Next, the dependencies w1 to w9 of this state will be described with reference to FIG.
[0040]
FIG. 4A shows the distribution of combustion in the incinerator 10 and the dust layer thickness in each of the zones A to C divided into patterns 1 to 9 to obtain the state dependencies w1 to w9. ) Shows the optimal combustion state where the combustion distribution is optimal and the dust layer thickness is normally distributed. The states (1, 4, 7) above the normal state (5) indicate that the dust layer thickness is thin. In the lower state (3, 6, 7), the dust layer is thick.
[0041]
In the left state (1, 2, 3) from the normal state (5), the combustion distribution is in the upstream zone, and in the right state (7, 8, 9), the combustion distribution is in the downstream zone. Shows the state.
[0042]
FIG. 4 (b) shows the recovery operation when the debris dried from the optimum combustion state (normal state 5) is charged and the debris is reduced in the burn-out zone, the neuro-fuzzy control of the present invention, the conventional combustion and evaporation. This is a comparison of the simultaneous control of the quantities. The number enclosed by □ indicates the locus La in the control of the present invention, and the circled number indicates the locus Lb of the conventional control.
[0043]
First, in the conventional control, when dry waste is introduced from the normal state (5), the state moves from the normal state (5) to the state (2) as indicated by the circled numeral 1. That is, the burning start point moves to the upstream side of the furnace. Next, after several tens of minutes, dust begins to disappear on the furnace outlet side, excess air increases, and the state (1) indicated by the circled numeral 2 is obtained. Furthermore, since the amount of heat collected decreases, the amount of primary air is increased to keep the amount of evaporation constant.However, because the waste at the furnace outlet has run out, the temperature becomes lower due to excess air. The state (4) indicated by numeral 3 is obtained, and in this state (4), control becomes impossible and manual intervention is performed.
[0044]
On the other hand, in the neuro-fuzzy control of the present invention, dry waste is introduced from the normal state (5), and combustion at the furnace inlet side occurs in the state (2) of the number 1 surrounded by □. Therefore, since the heat generation is increased by the combustion at the furnace inlet side, the total primary air amount is temporarily reduced in order to keep the evaporation amount constant.
[0045]
Next, since dust becomes thinner in the C zone, the primary air becomes excessive by controlling the evaporation amount to be constant. Therefore, in order to reduce surplus air, the air to the B zone is increased to reduce the air in the C zone, and at the same time, a large amount of dust is added, the rotation of the furnace is increased to increase the thickness of the B zone, and this operation is repeated. .
[0046]
This fuzzy neuro control will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b).
[0047]
The upstream garbage burning start point gradually moves to the middle and starts to burn at the proper position. With the new air balance, the normal state (5) can be returned to the optimum combustion state. It becomes possible.
[0048]
The neurofuzzy control described with reference to FIG. 4B will be described in more detail with reference to FIGS. 3A to 3C.
[0049]
As described above, when the state variables x1 to x6 as measurement values are input to the case determination neural network 74, the dependences w1 to w9 of each state are estimated.
[0050]
The estimation of the dependency w1 to w9 in this state is, for example, when the dust is reduced from the dependency w5 in the normal state (5) to the C zone, and the dust layer thickness of the dependency w4 in the state (4) is thin. Therefore, w5 = 1.0, w4 = 0.0 to w5 = 0.0, w4 = 1.0, and w1 to w3 and w6 to w9 = 0.
[0051]
In this state (4), the operation rules (1 to 9) 76R in the neuro-fuzzy control unit determine the air distribution by inclination distribution according to the membership function 90 shown in FIG.
[0052]
C zone air → NS
B zone air → PS
Number of rotations → PS
Pusher cycle → PS
Here, membership function 90 NB: Negative Big NS: Negative Small Negative ZO: Zero 0
PS: Positive Small PB: Positive Big In each operation rule 76R, NB to PB of the membership function 90 are associated with each operation, and -100 to 100% of each process operation amount (u1 to u9). The optimum range (−α to + α) of the ZO range and the operation amount is determined by the operator with the inherent performance of the incinerator.
[0053]
After calculating the manipulated variable in each rule 76R, the multiplier 77 weights the state. When w4 = 1.0, the weighting (xw4) causes the membership functions NB to PB to be changed. Then, an operation amount is calculated from the center of gravity position of the region indicated by the oblique lines by the inclination distribution, and a process operation amount (u1 to u9) as each control output is determined by the product-sum calculator 81.
[0054]
That is, if the air operation amount is NS in the membership function 90, as shown in FIG. 3C, the operation amount is calculated from the barycentric position of the region indicated by the oblique line by the inclination distribution. In order to reduce the surplus air amount when the state is w4, the operation amount u4 is decreased so that the air in the C zone decreases, and the operation amount u5 is increased so that the B zone air increases. At the same time, the manipulated variable u7 is increased so as to increase the rotational speed, and the manipulated variable u8 of the pusher cycle is increased so that the waste layer is restored as soon as possible.
[0055]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, a plurality of patterns based on the garbage layer thickness and the combustion distribution are created, the pattern is estimated from the measured state quantity of the incinerator, and when the combustion state deviates from the optimal combustion pattern, the pattern is quickly detected. The thickness of the layer can be modified to return the combustion to an optimum state and stabilize it. Stabilizing combustion and evaporation at the same time is a contradictory operation, but by patterning the combustion state, it is stable against sudden fluctuations such as dust quality by a combination of controls based on that pattern. Combustion can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing details of an intelligent control unit in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram for explaining the neuro-fuzzy control of FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing a pattern for performing combustion control in the present invention.
[Explanation of symbols]
10 rotary stoker incinerator 12 dust pusher 60 intelligent control unit 62 neurofuzzy control unit

Claims (1)

The primary air blown into the rotary stoker the incinerator, from its upstream side to the downstream side to control the supply in a plurality of zones, to control the dust moving speed of rotation of the waste input amount and incinerators by the sheet dust pusher In the combustion control method for controlling the combustion state, the combustion state in the incinerator is divided into the layer thickness distribution and the combustion distribution of the waste from the upstream side to the downstream side, and the optimum normal state of the layer thickness distribution and the combustion distribution is determined. The optimum combustion pattern is divided into three types: thick, normal, and thin for the dust layer thickness of the optimal combustion pattern, and the combustion distribution for the optimal combustion pattern is upstream, normal, and downstream Create a pattern in which the waste layer thickness distribution and combustion distribution are divided into nine in total, and measure the amount of measured state such as the temperature of the incinerator and the primary air supplied to the above zones. Estimate the combustion state of the incinerator, estimate the pattern dependency of the waste layer thickness distribution and combustion distribution in any of the above patterns, weight each fuzzy rule based on that dependency, and In addition to allocating the control amount to the slope, the primary air supplied to each zone, the speed of the dust feed pusher, and the manipulated variable of the furnace rotation speed are determined based on this, and the layer thickness distribution and combustion distribution of the waste are made the optimal combustion pattern. A combustion control method for a rotary stoker-type waste incinerator characterized by being returned .

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