JP6696816B2 - ストーカ式焼却炉 - Google Patents

Description

本発明は、ストーカ式焼却炉に関する。

ごみ焼却炉では、火格子部上のごみの燃焼状態を把握するために、様々な計測が行われる。例えば、特許文献１のごみ焼却炉では、波長８μｍ〜１２μｍの赤外線を検出する赤外線カメラを用いた炉内監視装置が、炉本体の天井壁に設けられる。炉内監視装置により、焼却炉内の広範囲が連続的に監視され、ごみの乾燥状況や燃焼位置、温度分布が把握される。そして、監視結果に基づいて、ごみ焼却炉へのごみ供給量およびストーカへの燃焼空気量が最適化される。また、特許文献２では、工業用テレビを用いて炉内の燃焼状態を輝度に対応した電圧信号の平面状分布として取り込み、ごみの進行方向と直角方向の電圧信号を積分して平均輝度値とし、その輝度値あるいは輝度変化率が指定した値となった点が燃え切り点位置として検出される。

特許第５２６１０３８号公報 特開昭５９−１３１８２５号公報

ところで、特許文献１および２のように、燃焼位置や、燃え切り点位置等を検出するのみでは、ごみの搬送経路における部分的なごみの不足や過供給を把握することができず、ごみの燃焼が不安定となることがある。したがって、ごみの搬送経路におけるごみ高さの分布（ごみの堆積具合）を安定させる新規な手法が求められている。

また、特許文献１および２のカメラによる画像では、火炎の影響等により、火格子部上のごみ高さを把握することが困難であり、火格子部上のごみ高さが把握可能な画像を容易に取得する手法も求められている。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ごみの搬送経路におけるごみ高さの分布を安定させることを目的とし、火格子部上のごみ高さが把握可能な画像を容易に取得することも目的としている。

請求項１に記載の発明は、ストーカ式焼却炉であって、燃焼室と、前記燃焼室内において所定の搬送経路に沿ってごみを搬送し、前記ごみの乾燥が行われる乾燥火格子と、前記ごみの燃焼が行われる燃焼火格子と、が搬送方向に沿って順に設けられる火格子部と、前記乾燥火格子上にごみを供給するごみ供給部と、前記搬送経路の各位置において、ごみに対して空気を供給することにより、前記燃焼室内にて前記ごみを燃焼させる空気供給部と、前記火格子部上における前記搬送方向のごみ高さの分布を示すごみ高さ情報を取得するごみ高さ情報取得部と、前記ごみ高さ情報に基づいて、前記ごみ供給部によるごみの供給速度と、前記乾燥火格子によるごみの搬送速度と、前記燃焼火格子によるごみの搬送速度とを個別に制御する制御部とを備え、前記ごみ高さ情報取得部が、前記火格子部上の少なくとも一部の領域である対象領域におけるごみの熱画像を撮像する熱画像撮像部と、前記対象領域上における前記ごみ高さの分布を示す前記ごみ高さ情報を、前記熱画像に基づいて取得する演算部とを備え、前記演算部が、教師データを用いた学習により構築される識別器を有し、前記識別器が、前記搬送方向および前記搬送方向に垂直な幅方向における前記対象領域の各位置に対して、前記各位置に対応する前記熱画像中の位置の輝度に基づいて、ごみ高さの複数の区間をそれぞれ示す複数のクラスに対する分類結果を取得し、前記各位置のごみ高さが前記分類結果に基づいて取得される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のストーカ式焼却炉であって、前記熱画像が、前記火格子部の側方に設けられる側壁部を示す側壁部領域を含み、前記熱画像において、前記火格子部と前記側壁部との境界から上方に向かって伸びるとともに、前記境界に沿って配列される複数の矩形領域が設定され、前記演算部が、前記熱画像においてごみを示すごみ領域と、前記側壁部領域との各矩形領域内における境界位置に基づいて、前記ごみ高さ情報を取得する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のストーカ式焼却炉であって、前記教師データが、前記学習に用いられる教師画像において前記対象領域の前記各位置に対応する分割領域に教示されたクラスと、前記分割領域の輝度から取得される特徴量とを含む。
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のストーカ式焼却炉であって、前記識別器が、前記対象領域の前記各位置に対して、各クラスに属する度合いを示す帰属度を前記分類結果として出力し、前記各位置のごみ高さが、前記複数のクラスの帰属度に基づいて取得される。
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のストーカ式焼却炉であって、前記制御部の制御により、前記火格子部において、前記搬送方向の下流側に向かって漸次低くなるごみ高さの分布がおよそ維持される。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のストーカ式焼却炉であって、前記対象領域が、前記燃焼火格子上の領域を含み、前記ストーカ式焼却炉が、前記燃焼火格子上において、ごみ高さが上限値以上または下限値以下であり、表面温度が所定値以下である異常部分を、前記ごみ高さ情報と前記熱画像が示す各位置の温度とに基づいて検出する異常部分検出部をさらに備え、前記異常部分が検出された際に、前記異常部分におけるごみ高さが周囲のごみ高さに近づくように、前記制御部が、前記乾燥火格子によるごみの搬送速度、または、前記燃焼火格子によるごみの搬送速度を制御する。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のストーカ式焼却炉であって、前記制御部が、前記ごみ高さ情報に基づいて、前記乾燥火格子と前記燃焼火格子とに供給される空気の流量または温度を個別に制御する。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載のストーカ式焼却炉であって、前記燃焼火格子が、第１燃焼火格子と、前記搬送方向において前記第１燃焼火格子の下流側に隣接する第２燃焼火格子とを備え、前記制御部が、前記第１燃焼火格子によるごみの搬送速度と、前記第２燃焼火格子によるごみの搬送速度とを個別に制御する。

請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載のストーカ式焼却炉であって、前記火格子部が、前記搬送方向に垂直な幅方向において複数の搬送レーンに分割されており、前記乾燥火格子によるごみの搬送速度と、前記燃焼火格子によるごみの搬送速度と、が搬送レーン毎に調整可能であり、前記制御部が、前記複数の搬送レーンのそれぞれにおいて、前記乾燥火格子によるごみの搬送速度と、前記燃焼火格子によるごみの搬送速度とを、前記ごみ高さ情報に基づいて個別に制御する。

請求項１０に記載の発明は、ストーカ式焼却炉であって、燃焼室と、前記燃焼室内において所定の搬送経路に沿ってごみを搬送し、前記ごみの乾燥が行われる乾燥火格子と、前記ごみの燃焼が行われる燃焼火格子と、が搬送方向に沿って順に設けられる火格子部と、前記乾燥火格子上にごみを供給するごみ供給部と、前記搬送経路の各位置において、ごみに対して空気を供給することにより、前記燃焼室内にて前記ごみを燃焼させる空気供給部と、前記火格子部上における前記搬送方向のごみ高さの分布を示すごみ高さ情報を取得するごみ高さ情報取得部とを備え、前記ごみ高さ情報取得部が、３．７〜３．９μｍの波長の赤外線を検出することにより、前記火格子部上の少なくとも一部の領域である対象領域におけるごみの熱画像を撮像する熱画像撮像部と、前記対象領域上における前記ごみ高さの分布を示す前記ごみ高さ情報を、前記熱画像に基づいて取得する演算部とを備え、前記燃焼室が、前記搬送方向の下流側に向かって前記火格子部から離れた位置において直立する後壁部を有し、前記熱画像撮像部が、前記後壁部に取り付けられ、前記演算部が、教師データを用いた学習により構築される識別器を有し、前記識別器が、前記搬送方向および前記搬送方向に垂直な幅方向における前記対象領域の各位置に対して、前記各位置に対応する前記熱画像中の位置の輝度に基づいて、ごみ高さの複数の区間をそれぞれ示す複数のクラスに対する分類結果を取得し、前記各位置のごみ高さが前記分類結果に基づいて取得される。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のストーカ式焼却炉であって、前記熱画像が、前記火格子部の側方に設けられる側壁部を示す側壁部領域を含む。

請求項１ないし９の発明では、ごみの搬送経路におけるごみ高さの分布を安定させることができ、その結果、ごみの燃焼を安定させることができる。請求項１０および１１の発明では、火格子部上のごみ高さが把握可能な熱画像を容易に取得することができる。

焼却炉の構成を示す図である。 複数の搬送レーンを示す図である。 熱画像撮像部の近傍を示す図である。 制御システムに含まれる機能構成を示す図である。 制御システムに含まれる機能構成を示す図である。 ごみ高さ情報を示す図である。 識別器を構築する処理の流れを示す図である。 熱画像を示す図である。 教師画像を模式的に示す図である。 複数の分割領域を示す図である。 教示作業を支援する処理を説明するための図である。 ごみ高さ情報を取得する処理の流れを示す図である。 火格子部上のごみを示す図である。 火格子部上のごみを示す図である。 制御システムに含まれる他の機能構成を示す図である。 複数の搬送レーンを示す図である。 ごみ高さ情報取得部の他の例を示す図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る焼却炉１の構成を示す図である。後述するように、図１の焼却炉１は、複数の火格子（ストーカ）により廃棄物であるごみを搬送しつつ燃焼させるストーカ式の焼却炉である。

焼却炉１は、燃焼室２と、空気供給部３と、ごみ供給部４と、排出経路６と、制御システム８とを備える。制御システム８は、焼却炉１の全体制御を担う。燃焼室２では、ごみの燃焼と、ごみから発生した炭素と水素を主成分とした燃焼生成ガスの燃焼とが行われる。燃焼室２から排出される排ガス（燃焼ガス）は、排出経路６にて所定の排ガス処理が施され、大気へと導かれる。

ごみ供給部４は、ホッパ４１と、給じん装置４２とを備える。ホッパ４１は、ごみを貯留する。ホッパ４１内には、クレーン４３１により、ごみピットからごみが投入される。給じん装置４２は、プッシャーやスクリュー等の駆動機構４２１による押出動作により、ホッパ４１内のごみを燃焼室２内の後述の火格子部２１上に供給する。駆動機構４２１を制御することにより、給じん装置４２から火格子部２１上へのごみの供給速度（例えば、所定時間当たりの押出動作の回数であり、以下、「給じん装置速度」という。）が調整可能である。

燃焼室２内には、火格子部２１と、排出部２２とが設けられる。火格子部２１は、給じん装置４２と排出部２２との間に位置し、両者の間にて連続的に配列される複数の火格子を備える。複数の火格子において１つ置きに配置される可動火格子の往復運動により、火格子部２１上のごみが排出部２２に向かって移動する。このように、火格子部２１の複数の火格子が、給じん装置４２から排出部２２へと向かう搬送経路に沿ってごみを搬送する。後述するように、空気供給部３により搬送経路の各位置においてごみに対して空気が供給され、燃焼室２内にてごみが燃焼する。燃焼後のごみ（主として灰）は排出部２２にて燃焼室２外に排出される。以下の説明では、搬送経路において給じん装置４２から排出部２２へと向かう方向を「搬送方向」という。搬送方向は、水平方向であってもよい。なお、火格子部２１における複数の火格子の形状、配列、動作等については様々なものが採用可能である。

火格子部２１上の搬送経路は、搬送方向において３個の部分に区分される。搬送経路における給じん装置４２側（搬送方向上流側）の部分２３には、給じん装置４２によりごみが供給され、当該部分２３において主としてごみの乾燥が行われる。搬送経路における中央の部分２４では、主としてごみの燃焼が行われ、排出部２２側（搬送方向下流側）の部分２５では、主としてごみの後燃焼が行われる。以下の説明では、搬送経路における３個の部分２３，２４，２５を、それぞれ乾燥火格子２３、燃焼火格子２４および後燃焼火格子２５と呼ぶ。乾燥火格子２３、燃焼火格子２４および後燃焼火格子２５は、搬送方向に沿って順に設けられる。すなわち、搬送方向において、燃焼火格子２４は乾燥火格子２３の下流側に隣接し、後燃焼火格子２５は燃焼火格子２４の下流側に隣接する。乾燥火格子２３、燃焼火格子２４および後燃焼火格子２５のそれぞれは、複数の火格子の集合である。

図１の焼却炉１では、燃焼火格子２４が、第１燃焼火格子２４１と、第２燃焼火格子２４２とにさらに区分される。搬送方向において、第２燃焼火格子２４２は第１燃焼火格子２４１の下流側に隣接する。また、後燃焼火格子２５が、第１後燃焼火格子２５１と、第２後燃焼火格子２５２とにさらに区分される。乾燥火格子２３、第１燃焼火格子２４１、第２燃焼火格子２４２および後燃焼火格子２５のそれぞれに対して、可動火格子を駆動する駆動機構２６が設けられる。乾燥火格子２３、第１燃焼火格子２４１、第２燃焼火格子２４２および後燃焼火格子２５では、ごみの搬送速度が個別に調整可能である。以下の説明では、乾燥火格子２３、第１燃焼火格子２４１、第２燃焼火格子２４２および後燃焼火格子２５におけるごみの搬送速度を「乾燥火格子速度」、「第１燃焼火格子速度」、「第２燃焼火格子速度」および「後燃焼火格子速度」という。

本実施の形態における焼却炉１では、火格子部２１が、鉛直方向および搬送方向に垂直な幅方向において複数の搬送レーンに分割されており、給じん装置４２も搬送レーン２１０毎に設けられる。図２では、２個の搬送レーン２１０のそれぞれにおける給じん装置４２、乾燥火格子２３、第１燃焼火格子２４１、第２燃焼火格子２４２および後燃焼火格子２５の配置を示している。給じん装置速度、乾燥火格子速度、第１燃焼火格子速度、第２燃焼火格子速度および後燃焼火格子速度は、搬送レーン２１０毎に調整可能である。

図１の空気供給部３は、一次空気供給部３１を備える。一次空気供給部３１は、空気予熱器３１１と、加熱空気供給管３１２と、補助空気供給管３１３と、バイパス管３１４（一部を破線にて示す。）とを備える。空気予熱器３１１は、外部からファン（図示省略）を介して供給される燃焼用の空気を加熱し、加熱空気を排出する。加熱空気供給管３１２の一端は、空気予熱器３１１に接続される。加熱空気供給管３１２の他端は、複数の分岐管３１５に分岐しており、複数の分岐管３１５は、複数の搬送レーン２１０の乾燥火格子２３、第１燃焼火格子２４１、第２燃焼火格子２４２、第１後燃焼火格子２５１および第２後燃焼火格子２５２にそれぞれ接続される。加熱空気供給管３１２により、空気予熱器３１１からの加熱空気が、乾燥火格子２３、第１燃焼火格子２４１、第２燃焼火格子２４２、第１後燃焼火格子２５１および第２後燃焼火格子２５２に導かれる。

補助空気供給管３１３の一端は、加熱空気供給管３１２に接続される。補助空気供給管３１３の他端には、未加熱の空気が供給される。これにより、加熱空気供給管３１２において補助空気供給管３１３が接続される位置３１６を混合位置として、加熱空気よりも低い温度の空気が当該加熱空気に混合される。加熱空気供給管３１２において、混合位置３１６と分岐管３１５との間には温度計３３１が設けられる。温度計３３１の出力値に基づいて、空気予熱器３１１から排出される加熱空気の流量（すなわち、空気予熱器３１１に供給される空気の流量）、および、補助空気供給管３１３を流れる未加熱の空気の流量が調整される。これにより、加熱空気供給管３１２を流れる空気の温度が調整される。

図１の焼却炉１では、加熱空気供給管３１２を流れる空気が、各搬送レーン２１０の第１燃焼火格子２４１、第２燃焼火格子２４２、第１後燃焼火格子２５１および第２後燃焼火格子２５２にそのままの状態で供給される。後述する処理例では、燃焼火格子２４（第１燃焼火格子２４１および第２燃焼火格子２４２）に供給する空気の温度に着目するため、加熱空気供給管３１２を流れる空気の温度を、「燃焼火格子空気温度」という。焼却炉１では、後燃焼火格子２５に供給する空気の温度も燃焼火格子空気温度となる。

バイパス管３１４の一端は、加熱空気供給管３１２において空気予熱器３１１と混合位置３１６との間の位置（以下、単に「接続位置」という。）に接続される。バイパス管３１４の他端は分岐しており、複数の搬送レーン２１０の乾燥火格子２３に対する分岐管３１５に接続される。バイパス管３１４は、当該接続位置と各乾燥火格子２３とを実質的に接続する。当該接続位置では、未加熱の空気が混合されていない加熱空気が流れており、当該加熱空気がバイパス管３１４に供給される。また、バイパス管３１４には、ダンパを含むバイパス流量調整部３３２が設けられる。空気供給部３では、バイパス流量調整部３３２により、乾燥火格子２３に供給する空気を、燃焼火格子空気温度よりも高い温度に調整可能である。実際には、乾燥火格子２３に対する分岐管３１５内には、温度計３３３が設けられる。温度計３３３の出力値に基づく制御システム８の制御により、バイパス管３１４を流れる加熱空気の流量が調整され、乾燥火格子２３に供給する空気の温度（以下、「乾燥火格子空気温度」という。）が調整される。図１の焼却炉１では、複数の搬送レーン２１０において乾燥火格子空気温度が同じであるが、搬送レーン２１０毎に乾燥火格子空気温度が調整可能であってもよい（燃焼火格子空気温度において同様）。

また、各分岐管３１５には、ダンパ３３４および流量計３３５が設けられる。制御システム８が、流量計３３５の出力値に基づいてダンパ３３４を制御することにより、各分岐管３１５を流れる空気の流量、すなわち、各搬送レーン２１０の乾燥火格子２３、第１燃焼火格子２４１、第２燃焼火格子２４２、第１後燃焼火格子２５１および第２後燃焼火格子２５２のそれぞれに供給する空気の流量が調整される。以下の説明では、一次空気供給部３１から火格子部２１に供給される空気を「一次空気」と呼ぶ。また、各搬送レーン２１０の乾燥火格子２３、第１燃焼火格子２４１、第２燃焼火格子２４２および後燃焼火格子２５にそれぞれ供給する一次空気の流量を「乾燥火格子空気流量」、「第１燃焼火格子空気流量」、「第２燃焼火格子空気流量」および「後燃焼火格子空気流量」と呼ぶ。後燃焼火格子空気流量が、第１後燃焼火格子２５１および第２後燃焼火格子２５２において個別に設定されてもよい。なお、各乾燥火格子２３に接続される分岐管３１５では、圧力差および適正なダクティングにより、バイパス管３１４から流れる加熱空気は逆流しない。もちろん、分岐管３１５において逆止弁が設けられてもよい。

空気供給部３は、図示省略の二次空気供給部と、ＥＧＲガス供給部とをさらに備える。二次空気供給部は、一次空気供給部３１と同様に、空気予熱器を有する。二次空気供給部は、加熱された空気である二次空気を、後述の前側および後側二次空気ノズルを介して燃焼室２内に供給する。ＥＧＲガス供給部は、燃焼室２から排出される排ガスを含むガス（すなわち、排ガス再循環（Exhaust Gas Recirculation）ガスであり、以下、「ＥＧＲガス」という。）を、後述の前側および後側ＥＧＲガスノズルを介して燃焼室２内に供給する。ＥＧＲガスは、例えば、排出経路６に設けられるバグフィルタ（図示省略）を通過した排ガスと空気とが混合されたものである。ＥＧＲガスは、当該排ガスのみを含むガスであってもよい。すなわち、ＥＧＲガスは、少なくとも排ガスを含む。

燃焼室２では、前傾斜壁部２０１と、後傾斜壁部２０２と、後壁部２０３と、一対の側壁部２０４とが設けられる。前傾斜壁部２０１は、乾燥火格子２３の上方をおよそ覆う。後傾斜壁部２０２は、後燃焼火格子２５および排出部２２の上方をおよそ覆う。後壁部２０３は、後傾斜壁部２０２における搬送方向下流側の端部から鉛直方向下方に広がる。換言すると、後壁部２０３は、搬送方向の下流側に向かって火格子部２１から離れた位置において直立する。後壁部２０３と後燃焼火格子２５との間に、排出部２２が設けられる。後壁部２０３は、燃焼室２における搬送方向下流側の側面を形成する。一対の側壁部２０４は、前傾斜壁部２０１および後傾斜壁部２０２における幅方向両側の端部から鉛直方向下方に広がる。一対の側壁部２０４は、燃焼室２における幅方向両側の側面を形成する。図２中に太線にて示すように、一対の側壁部２０４は、幅方向における火格子部２１の両端部に近接した位置に配置され、当該位置において直立する。

上述の前側二次空気ノズルおよび前側ＥＧＲガスノズルは、前傾斜壁部２０１において個別に設けられる。図１では、前側二次空気ノズルおよび前側ＥＧＲガスノズルを、１つの矢印Ａ１により示している。また、後側二次空気ノズルおよび後側ＥＧＲガスノズルは、後傾斜壁部２０２において個別に設けられる。図１では、後側二次空気ノズルおよび後側ＥＧＲガスノズルを、１つの矢印Ａ２により示している。

燃焼室２において、排出経路６へと向かうガスに対して、前側二次空気ノズルおよび後側二次空気ノズルから二次空気が供給（噴出）される。これにより、燃焼室２内で発生した燃焼生成ガスが燃焼する。また、前側ＥＧＲガスノズルから乾燥火格子２３上のごみ近傍に向けてＥＧＲガスが噴出され、後側ＥＧＲガスノズルにより、搬送経路において乾燥火格子２３から下流側に離れた位置の上方から、燃焼室２内にＥＧＲガスが噴出される。燃焼室２内にＥＧＲガスを供給することにより、燃焼温度が低下する。これにより、サーマルＮＯｘ（窒素酸化物）の発生が抑制され、ＮＯｘ濃度の低減等が実現される。

燃焼室２の上部には、排ガスを熱源とするボイラ７１１が設けられる。ボイラ７１１からの蒸気は、排ガスを利用する過熱器７１２によりさらに加熱され、過熱蒸気が生成される。過熱器７１２から排出される過熱蒸気の流量（すなわち、発生蒸気量）は、流量計７１３により測定される。過熱蒸気は、例えば発電等に利用される。

燃焼室２内には、複数の温度計７２１，７２２、ごみ層厚取得部７３、供給高さ検出部７４および熱画像撮像部７５がさらに設けられる。複数の温度計７２１，７２２は、例えば、熱電対温度計である。一の温度計７２１は、燃焼室２において排出経路６との接続部近傍、すなわち、燃焼室２の出口近傍に位置する。他の一の温度計７２２は、燃焼室２において後燃焼火格子２５の上方に位置する。燃焼室２内には、他の温度計が設けられてもよい。

ごみ層厚取得部７３は、２つの圧力計を有する。一方の圧力計は、燃焼室２内における燃焼火格子２４の上方の圧力を取得し、他方の圧力計は、燃焼火格子２４の下側（分岐管３１５側）における風箱内の圧力を取得する。当該２つの圧力計により取得される２つの圧力の差圧は、燃焼火格子２４上に存在するごみの量（厚さ）に依存する。ごみ層厚取得部７３では、上記差圧、および、燃焼火格子２４に対する一次空気の供給量等に基づいて、燃焼火格子２４上のごみの層の厚さ（の推定値）が取得される。

供給高さ検出部７４は、乾燥火格子２３上のごみよりも上方に配置され、発信器と、受信器とを含む。発信器から乾燥火格子２３上のごみの表面に向けてマイクロ波帯の電波が発信され、当該電波のごみの表面からの反射波が受信器により受信される。これにより、乾燥火格子２３上において、給じん装置４２の近傍における測定点でのごみの高さ（火格子部２１上に供給された直後のごみの高さ）が、供給高さとして検出される。なお、供給高さ検出部７４では、ミリ波帯の電波等が利用されてもよい。

図３は、熱画像撮像部７５の近傍を示す図である。熱画像撮像部７５は、後壁部２０３に取り付けられる。詳細には、後壁部２０３において孔部２０３１が形成され、孔部２０３１の縁から外側（燃焼室２とは反対側）に突出する筒状部７６が設けられる。筒状部７６には、赤外線カメラである熱画像撮像部７５の鏡筒（レンズチューブ）７５１が外部から挿入される。筒状部７６の外側の端部は、熱画像撮像部７５の本体７５２により閉塞される。熱画像撮像部７５は、中心射影方式により火格子部２１上のごみの熱画像を取得する。熱画像は、火格子部２１上のごみの表面温度の分布を示す。実際には、熱画像撮像部７５（の撮像デバイス）は、３．７〜３．９マイクロメートル（μｍ）の特定波長（帯）において最大感度を有する。実質的に、熱画像撮像部７５では、当該特定波長の赤外線を検出することにより、熱画像が取得される。

熱画像撮像部７５において、光学系の光軸Ｊ１を含む鉛直面上における画角は、例えば６０度である。当該鉛直面に垂直であり、かつ、光軸Ｊ１を含む面上における画角は、例えば４５度である。図１および図２では、符号Ｌを付す細線にて熱画像撮像部７５による撮像範囲を示している。搬送方向における撮像範囲は、前傾斜壁部２０１の一部から第２後燃焼火格子２５２までである。幅方向における撮像範囲は、一方の側壁部２０４から他方の側壁部２０４までである。光軸Ｊ１を含む鉛直面は、一対の側壁部２０４に平行であり、両者の中央に位置する。当該鉛直面上において燃焼火格子２４の表面と光軸Ｊ１とがなす角度は、好ましくは５度以上３０度以下であり、例えば１０度である。

筒状部７６には、ガス導入口７６１が形成される。ガス導入口７６１は、パージ用ガスを筒状部７６内に常時導入する。パージ用ガスは、筒状部７６内において鏡筒７５１の周囲に充填されるとともに、孔部２０３１を介して燃焼室２内に噴出される。筒状部７６により、熱画像撮像部７５の周囲から燃焼室２内に向けてパージ用ガスを噴出するガス噴出部が実現される。当該ガス噴出部から噴出されるパージ用ガスにより、鏡筒７５１の先端に飛灰が堆積することや、熱画像撮像部７５が過度に高温になることが防止される。パージ用ガスは、好ましくは、燃焼室２から排出される排ガスを含むＥＧＲガスである。これにより、燃焼室２内に空気が過度に供給されることが防止され、低空気比燃焼がより確実に実現される。焼却炉１の設計によっては、パージ用ガスが空気等であってもよい。

熱画像撮像部７５では、本体７５２内に計装空気が導入される。計装空気は、湿気が除去された清浄な空気である。計装空気は、本体７５２および鏡筒７５１の内部に充填されるとともに、鏡筒７５１の先端の外縁部に設けられた排出口を介して燃焼室２内に噴出される。本体７５２内に導入される計装空気により、熱画像撮像部７５の内部構成の冷却が実現される。なお、鏡筒７５１の先端から噴出される計装空気の流量は、上記パージ用ガスの流量に比べて十分に低い。焼却炉１では、熱画像撮像部７５の周囲に設けられる各種冷却機構が不能となった場合に、熱画像撮像部７５を燃焼室２から待避させる機構が設けられてもよい。

図４Ａおよび図４Ｂは、制御システム８に含まれる一部の機能構成を示す図である。制御システム８は、画像処理部８１と、ごみ高さ演算部８２と、ごみ高さ制御部８３とを備える。図４Ａおよび図４Ｂでは、ごみ高さ制御部８３が指令する値の種類（操作パラメータ）も示している。ごみ高さ制御部８３では、ごみ高さ演算部８２から入力される情報に基づいて、各操作パラメータの指令値が常時調整される。以下に説明する制御システム８の動作は一例であり、適宜変更されてよい。実際には、制御システム８には、他の入力に基づいて各操作パラメータの指令値を調整する他の制御部も含まれており、複数の制御部において、操作パラメータが重複する場合には、当該複数の制御部に対してそれぞれ定められた重み（操作パラメータ毎に相違してもよい。）を考慮して、当該操作パラメータの実際の指令値が決定される。

画像処理部８１では、熱画像撮像部７５から一定時間毎に入力される熱画像に対して、平滑化処理等の画像処理が施される。ごみ高さ演算部８２は、識別器８２１と、学習部８２２とを備える。ごみ高さ演算部８２では、画像処理部８１により画像処理が施された熱画像（以下、同様に「熱画像」という。）に基づいて、搬送方向および幅方向における火格子部２１上の各位置のごみの高さ（以下、単に「ごみ高さ」という。）が求められる。これにより、搬送方向および幅方向におけるごみ高さの分布を示すごみ高さ情報が取得される。火格子部２１上の各位置におけるごみ高さは、当該位置におけるごみの厚さ、または、ごみの堆積値である。

図５は、ごみ高さ情報の一例を示す図である。本実施の形態では、各搬送レーン２１０の乾燥火格子２３、第１燃焼火格子２４１、第２燃焼火格子２４２および後燃焼火格子２５のそれぞれにおいて、ごみが堆積される表面の領域を、搬送方向の前部および後部に２分割し、さらに幅方向の内側および外側に２分割した領域（以下、「分割領域」という。）が設定される。図２では、細い破線にて分割領域２９を示している。ごみ高さ情報は、各分割領域２９に堆積するごみの高さ（後燃焼火格子２５では、灰の高さ）を示す。図５では、２つの搬送レーン２１０を「左レーン」および「右レーン」と記している。熱画像からごみ高さ情報を取得する処理の詳細については後述する。以下の説明において、火格子部２１上の各位置は、原則として分割領域２９を単位とする位置（各分割領域２９の位置）を意味する。焼却炉１では、図２に示す分割領域２９よりも小さい分割領域２９が設定されてもよい。

ごみ高さ制御部８３では、各搬送レーン２１０に対して、搬送方向の各位置における内側および外側の分割領域２９のごみ高さの平均値や最大値等が、搬送方向の当該位置におけるごみ高さとして求められる。そして、当該ごみ高さと所定の目標値との比較結果に基づいて、操作パラメータの指令値が変更される。具体的に、一の搬送レーン２１０のみに着目した場合に、乾燥火格子２３の前部におけるごみ高さが目標値よりも低いときには、給じん装置速度の指令値が現在の値よりも増大される（または、所定の設定値よりも増大される。以下同様である。）。これにより、給じん装置４２から乾燥火格子２３の前部へのごみの供給量が増加し、乾燥火格子２３の前部においてごみ高さが低い状態が連続することが防止される。また、乾燥火格子空気流量および乾燥火格子空気温度の指令値が現在の値よりも低減される。これにより、目標値よりも低いごみ高さとなっている乾燥火格子２３の前部上のごみに対して、過度な熱エネルギーが供給されることが防止される。なお、乾燥火格子空気流量の指令値の変更は、一次空気の総流量に対する乾燥火格子空気流量の割合（配分）の変更であってもよい（以下同様）。

乾燥火格子２３の前部におけるごみ高さが目標値よりも高いときには、給じん装置速度の指令値が現在の値よりも低減される。これにより、給じん装置４２から乾燥火格子２３の前部へのごみの供給量が減少し、乾燥火格子２３の前部においてごみ高さが高い状態が連続することが防止される。また、乾燥火格子空気流量および乾燥火格子空気温度の指令値が現在の値よりも増大される。これにより、目標値よりも高いごみ高さとなっている乾燥火格子２３の前部上のごみに対して、熱エネルギーの供給が不足することが防止される。

乾燥火格子２３の後部におけるごみ高さが目標値よりも低いときには、当該位置におけるごみが次の位置である第１燃焼火格子２４の前部において密になるように、乾燥火格子速度の指令値が（現在の値よりも）僅かに増大される。また、乾燥火格子空気流量および乾燥火格子空気温度の指令値が僅かに低減される。乾燥火格子２３の後部におけるごみ高さが目標値よりも高いときには、各操作パラメータの指令値は、上記とは逆方向に変動する（以下同様）。第１燃焼火格子２４１の前部におけるごみ高さが目標値よりも低いときには、乾燥火格子速度の指令値が増大され、第１燃焼火格子空気流量および燃焼火格子空気温度の指令値が低減される。第１燃焼火格子２４１の後部におけるごみ高さが目標値よりも低いときには、第１燃焼火格子速度の指令値が僅かに増大され、第１燃焼火格子空気流量および燃焼火格子空気温度の指令値が僅かに低減される。

第２燃焼火格子２４２の前部におけるごみ高さが目標値よりも低いときには、第１燃焼火格子速度の指令値が増大され、第２燃焼火格子空気流量の指令値が低減される。第２燃焼火格子２４２の後部におけるごみ高さが目標値よりも低いときには、第２燃焼火格子速度の指令値が僅かに増大され、第２燃焼火格子空気流量の指令値が僅かに低減される。後燃焼火格子２５の前部におけるごみ高さが目標値よりも低いときには、後燃焼火格子速度の指令値が僅かに増大され、後燃焼火格子空気流量の指令値が低減される。後燃焼火格子２５の後部におけるごみ高さが目標値よりも低いときには、後燃焼火格子速度の指令値が僅かに増大され、後燃焼火格子空気流量の指令値が僅かに低減される。

実際には、乾燥火格子２３の前部、乾燥火格子２３の後部、第１燃焼火格子２４１の前部、第１燃焼火格子２４１の後部、第２燃焼火格子２４２の前部、第２燃焼火格子２４２の後部、後燃焼火格子２５の前部および後燃焼火格子２５の後部に対して、順に低くなる目標値が設定される。ごみ高さ制御部８３による上記制御により、各搬送レーン２１０の搬送経路において、搬送方向の下流側に向かって漸次低くなるごみ高さの分布がおよそ維持される。また、ごみの燃焼位置等も一定に維持される。

次に、ごみ高さ演算部８２が、熱画像からごみ高さ情報を取得する処理について説明する。ごみ高さ情報を取得するには、まず、機械学習により識別器８２１を構築する処理が事前準備として行われる。図６は、識別器８２１を構築する処理の流れを示す図である。

識別器８２１の構築では、まず、熱画像撮像部７５により取得される複数の熱画像が準備される（ステップＳ１１）。図７は、熱画像の一例を示す図である。熱画像撮像部７５では、ごみの燃焼時に生成される炭酸ガスや、火炎（輝炎）の影響を受けにくい特定波長の赤外線のみを検出することにより、図７に示すように、炭酸ガスや火炎の影響が除去された熱画像が取得される。実際には、火格子部２１上におけるごみの堆積状態（ごみ高さの分布）が様々である複数の熱画像が準備される。画像処理部８１では、複数の熱画像に対して平滑化処理等の画像処理が施される。当該画像処理が施された熱画像（多階調の画像）は、識別器８２１の学習に用いられる画像であり、以下、「教師画像」という。

図８は、一の教師画像を模式的に示す図である。既述のように、熱画像撮像部７５において、搬送方向における撮像範囲は、前傾斜壁部２０１の一部から第２後燃焼火格子２５２までであり、幅方向における撮像範囲は、一方の側壁部２０４から他方の側壁部２０４までである。したがって、教師画像は、火格子部２１のおよそ全体に堆積するごみを示すとともに、火格子部２１の側方に設けられる側壁部２０４の一部を示す。すなわち、教師画像は、ごみを示すごみ領域５１と、側壁部２０４を示す側壁部領域５２（図８中にて平行斜線を付す。）とを含む。図８では、火格子部２１の存在領域５３を破線にて囲んでいる。火格子部２１の存在領域５３は、ごみ領域５１と重なっている。

ごみ高さ演算部８２では、図９に示すように、各教師画像において火格子部２１の存在領域５３を分割した複数の分割領域５９（図９中にて細い破線にて示す。）が設定される。複数の分割領域５９は、図２を参照して説明した火格子部２１上の分割領域２９をそれぞれ示す。続いて、教師画像の各分割領域５９に対して、ごみ高さを示すクラスが、習熟した運転員により教示される（ステップＳ１２）。例えば、ごみが無い状態を０％とし、想定される最大高さを１００％として、０〜１００％の範囲を分割した８個の区間をそれぞれ示す８個のクラスが設定され、当該８個のクラスのいずれかに、各分割領域５９が割り振られる。例えば、１％は１ｃｍ（センチメートル）に相当する。

本実施の形態では、ごみ高さ演算部８２により、運転員の教示作業が支援される。図１０は、教示作業を支援する処理を説明するための図である。例えば、複数の搬送レーン２１０の第１燃焼火格子２４１に対応する複数の分割領域５９の集合を注目領域５９０（図１０中にて太線にて囲む。）として、注目領域５９０に対して３値化処理が施される。３値化処理では、注目領域５９０に含まれる各画素の値（輝度値）が第１閾値未満である場合に、当該画素に対して値１が付与される。また、当該画素の値が第１閾値以上、かつ、第１閾値よりも大きい第２閾値未満である場合に、当該画素に対して値２が付与され、当該画素の値が第２閾値以上である場合に、当該画素に対して値３が付与される。そして、ラベリング処理により、同じ値（付与された値）を有するとともに互いに隣接する画素群が教示単位領域５９１として抽出される。図１０では、ラベリング処理により抽出される各教示単位領域５９１を抽象的に示している。乾燥火格子２３、第２燃焼火格子２４２および後燃焼火格子２５のそれぞれに対応する注目領域５９０に対しても同様の処理が行われる。注目領域５９０は、図１０中の横方向に並ぶ一列の分割領域５９の集合等であってもよい。

制御システム８には、ディスプレイおよび入力部（図示省略）が設けられており、当該ディスプレイにおいて、各教示単位領域５９１が特定可能な状態で教師画像が表示される。運転員は、ディスプレイ上の教師画像を参照しつつ各教示単位領域５９１におけるごみの高さを判定し、当該高さを入力部を介して入力する。ここでは、想定される最大高さを１００％として、０〜１００％の範囲内で高さが入力される。各教示単位領域５９１に対して入力される高さ（以下、「入力高さ」という。）は、既述の８個のクラスにそれぞれ対応する高さから選択されてもよい。

ごみ高さ演算部８２では、教示単位領域５９１の入力高さに基づいて、教師画像の各分割領域５９（に対応する火格子部２１上の分割領域２９）のごみ高さが算出される。各分割領域５９のごみ高さは、例えば、当該分割領域５９と重なる複数の教示単位領域５９１における入力高さの平均値または最大値である。各分割領域５９のごみ高さは、当該分割領域５９と重なる複数の教示単位領域５９１の面積に基づく重み付き平均値等であってもよい。そして、各分割領域５９のごみ高さに基づいて、当該分割領域５９に対して、ごみ高さの８個の区間をそれぞれ示す８個のクラスのいずれかが割り振られる。以上のように、ごみ高さ演算部８２により教示作業が支援されることにより、教師画像の各分割領域５９に対するクラスの決定（教示）を容易に、かつ、適切に行うことが可能となる。設定される複数のクラスの個数は、８以外であってよい。

続いて、図９に示すように、各教師画像において、複数の矩形領域５８（図９中にて細い破線にて示す。）が設定される。複数の矩形領域５８は、火格子部２１と各側壁部２０４との境界に対応する存在領域５３のエッジ５３１（存在領域５３の横方向の端部におけるエッジであり、図９中にて太い破線にて示す。）から、上方に向かって伸び、当該エッジ５３１に沿って配列される。図９の例では、各エッジ５３１に沿って配列される矩形領域５８の個数は、当該エッジ５３１に接しつつ当該エッジ５３１に沿って並ぶ分割領域５９の個数と同じである。ごみ高さ演算部８２では、ごみ領域５１のエッジを検出することにより、各矩形領域５８内におけるごみ領域５１と側壁部領域５２との境界位置が取得される。そして、各矩形領域５８の下端から当該矩形領域５８内における境界位置までの高さの平均値や中央値、最大値等が、境界高さとして求められる。各矩形領域５８の境界高さは、例えば画素数にて表される。

また、各教師画像では、各分割領域５９に含まれる複数の画素の値の代表値が、当該分割領域５９の領域輝度として求められる。複数の画素の値の代表値は、当該複数の画素の値の分布における中央近傍を示す値であり、例えば、平均値や中央値である。そして、複数の分割領域５９の領域輝度、および、複数の矩形領域５８の境界高さから、各分割領域５９に対する複数の特徴量が取得される（ステップＳ１３）。

例えば、図９中にて符号５９ａを付す分割領域に注目する場合、図１０を参照して説明した場合と同様に、当該分割領域５９ａを含む注目領域５９０（図９中にて太線にて囲む。）が設定される。そして、注目領域５９０に含まれる複数の分割領域５９の領域輝度と分割領域５９ａの領域輝度との差、および、当該注目領域５９０と部分的に重なる複数の矩形領域５８の境界高さが、分割領域５９ａに対する複数の特徴量として取得される。各分割領域５９に教示されたクラスと、当該分割領域５９に対する複数の特徴量との組合せは、教師データとして扱われる。ごみ高さ演算部８２では、他の種類の特徴量が用いられてもよい。

学習部８２２では、未知の熱画像において、教師画像と同様にして設定される各分割領域のごみ高さを取得する部分識別器が、複数の教師データを用いて学習を行うことにより構築される。各分割領域の部分識別器の学習では、複数の教師画像において、当該分割領域と同じ位置の分割領域５９に対する複数の教師データが用いられる。ここで、識別器（部分識別器）の構築とは、識別器が含むパラメータに値を付与したり、構造を決定すること等により識別器を生成することを意味する。部分識別器において用いられるアルゴリズムとしては、様々なものが採用可能であり、本実施の形態では、ファジィクラスタリング（例えばファジィｃ平均法）が利用される。

既述のように、教師データは、複数（８個）のクラスのうちの１つのクラスを示し、ファジィクラスタリングを利用する部分識別器は、未知の熱画像の分類領域に対して、各クラスに属する度合いを示す帰属度（メンバシップ値）を出力する。制御システム８では、熱画像の複数の分類領域にそれぞれ対応する複数の部分識別器の集合が識別器（ここでは、ＦＣＭ識別器）８２１として扱われる。このようにして、ごみ高さ演算部８２において学習部８２２により識別器８２１が構築される（ステップＳ１４）。運転員（人）が熱画像から各位置のごみ高さを決定する際には、熱画像中の当該位置と周囲との色合いの差や、ごみ領域５１のエッジ等に基づいて、ごみの状態を無意識に三次元的に捉えていると考えられる。図６の処理により構築される識別器８２１では、熱画像中の当該位置および周囲の輝度や、ごみ領域５１と側壁部領域５２との境界位置に基づく複数の特徴量を用いることにより、運転員による上記決定に従った分類が可能となる。

図１１は、ごみ高さ情報を取得する処理の流れを示す図である。ごみ高さ情報の取得では、熱画像撮像部７５により熱画像が取得され、画像処理部８１を介してごみ高さ演算部８２に入力される（ステップＳ２１）。熱画像では、図９と同様に、複数の分割領域５９および複数の矩形領域５８が設定され、上記ステップＳ１３と同様にして、各分割領域５９に対して複数の特徴量が取得される（ステップＳ２２）。各分割領域５９に対する複数の特徴量は、当該分割領域５９の領域輝度と、当該分割領域５９の周囲の分割領域５９の領域輝度との差を含む。また、当該複数の特徴量は、当該分割領域５９近傍の矩形領域５８における境界高さを含む。

そして、各分割領域５９に対する複数の特徴量が、当該分割領域５９に対応する部分識別器に入力されることにより、当該分割領域５９に対して、ごみ高さの８個のクラスの帰属度が分類結果として出力される（ステップＳ２３）。ごみ高さ演算部８２では、８個のクラスの帰属度の総和で、各クラスの帰属度を割って得た値が当該クラスの重みとして求められる。また、各クラスが示すごみ高さの範囲の中央値、最大値または最小値等が当該クラスの代表高さとして扱われる。そして、代表高さと重みとを掛けて得た値の全てのクラスにおける総和、すなわち、全てのクラスに対する重み付き平均値が、当該分割領域５９に対応する火格子部２１上の分割領域２９のごみ高さとして取得される（ステップＳ２４）。これにより、搬送方向および幅方向における火格子部２１上の各位置のごみ高さを示すごみ高さ情報が取得される。

実際には、熱画像撮像部７５では、一定時間毎に熱画像が取得され、ごみ高さ演算部８２では、各時刻の熱画像から火格子部２１上の各位置におけるごみ高さが取得される。焼却炉１では、熱画像撮像部７５およびごみ高さ演算部８２により、ごみ高さ情報を取得するごみ高さ情報取得部が実現される。なお、識別器８２１を構築する図６の処理が、所定期間経過後に再度行われ、識別器８２１が更新されてもよい。また、熱画像撮像部７５により取得される熱画像に基づいて、火格子部２１上における着火点や燃切点の位置を制御する燃焼位置制御が別途行われてもよい。

ここで、焼却炉１において、熱画像撮像部７５、ごみ高さ演算部８２、および、ごみ高さ制御部８３を省略した比較例の焼却炉を想定する。比較例の焼却炉では、燃焼火格子２４の風箱と燃焼空間との差圧を利用するごみ層厚取得部７３により燃焼火格子２４上のごみの層の厚さが取得され、当該厚さに基づいて火格子部２１によるごみの搬送速度が制御される。また、供給高さ検出部７４により、乾燥火格子２３上に供給された直後のごみの供給高さが検出される。

図１２および図１３は、火格子部２１上のごみ９を示す図であり、図１２では、幅方向に垂直な断面を示し、図１３では、搬送方向に垂直な断面を示している。また、図１２では、搬送方向の下流側に向かってごみ高さが漸次低くなる理想的なごみ高さの分布を符号Ｅ１を付す二点鎖線にて示し、図１３では、断面の位置における理想的なごみ高さを符号Ｅ２を付す二点鎖線にて示している。さらに、部分的にごみ高さが低い異常部分（後述する吹抜部分）に符号Ｄ１を付し、部分的にごみ高さが高い異常部分（後述する大塊部分）に符号Ｄ２を付している。

図１２に示すように、搬送経路におけるごみ９の高さの分布において大きな起伏が存在しても、ごみ層厚取得部７３および供給高さ検出部７４では、このような起伏を検出することができない。また、図１３に示すように、複数の搬送レーン２１０においてごみ高さが大きく相違することもあり、ごみ層厚取得部７３および供給高さ検出部７４では、このようなごみ高さの相違も検出することができない。したがって、比較例の焼却炉では、ごみの搬送経路におけるごみ高さの分布を安定させることができず、ごみの燃焼が不安定となる。

これに対し、焼却炉１では、熱画像撮像部７５により火格子部２１上のごみの熱画像が取得され、ごみ高さ演算部８２により、当該熱画像に基づいて火格子部２１上のごみ高さの分布を示すごみ高さ情報が取得される。そして、ごみ高さ制御部８３では、搬送方向におけるごみ高さの分布が、搬送方向の下流側に向かってごみ高さが漸次低くなる理想的な分布に近づくように、当該ごみ高さ情報に基づいて、ごみ供給部４によるごみの供給速度と、乾燥火格子２３によるごみの搬送速度と、燃焼火格子２４によるごみの搬送速度とが個別に制御される。これにより、火格子部２１上において、部分的なごみの不足（ごみ枯れ）や過供給を抑制することができ、ごみの搬送経路におけるごみ高さの分布を安定させることができる。その結果、発生蒸気量や燃焼室２内の温度を安定させる、すなわち、ごみの燃焼を安定させることができる。

ごみ高さ演算部８２では、学習により識別器８２１が構築され、火格子部２１上の各位置に対応する熱画像中の位置の輝度、および、熱画像中のごみ領域５１と側壁部領域５２との境界位置に基づいて、当該位置に対して識別器８２１により分類結果が取得される。当該分類結果は、火格子部２１上の当該位置が、ごみ高さの複数の区間にそれぞれ属する帰属度を含み、当該位置のごみ高さが、当該複数の区間の帰属度に基づいて取得される。これにより、火格子部２１上の各位置におけるごみ高さを容易に、かつ、精度よく取得することができる。

焼却炉１では、火格子部２１が、複数の搬送レーン２１０に分割され、各搬送レーン２１０において、乾燥火格子２３によるごみの搬送速度と、燃焼火格子２４によるごみの搬送速度とが、ごみ高さ情報に基づいて個別に制御される。これにより、各搬送レーン２１０において、搬送経路におけるごみ高さの分布を安定させることができ、ごみの燃焼をさらに安定させることができる。また、燃焼火格子２４が、第１燃焼火格子２４１と、第２燃焼火格子２４２とを備え、第１燃焼火格子２４１によるごみの搬送速度と、第２燃焼火格子２４２によるごみの搬送速度とが個別に制御される。これにより、搬送経路におけるごみ高さの分布を、理想的な分布に近づける制御をより自在に行うことができる。

さらに、乾燥火格子２３と燃焼火格子２４とに供給される空気の流量および温度が、ごみ高さ情報に基づいて個別に制御されることにより、ごみの燃焼をさらに安定させることができる。また、低空気比燃焼における排ガス中のＮＯｘおよびＣＯ（一酸化炭素）の発生量の低減等も実現することができる。なお、焼却炉１では、乾燥火格子２３と燃焼火格子２４とに供給される空気の流量または温度の一方のみが制御されてもよい。

焼却炉１では、搬送方向の下流側に向かって火格子部２１から離れた位置において直立する後壁部２０３が設けられ、熱画像撮像部７５が、後壁部２０３に取り付けられる。また、熱画像撮像部７５において、３．７〜３．９μｍの波長の赤外線を検出することにより、火格子部２１上のごみの熱画像が撮像される。これにより、炭酸ガスや火炎の影響が除去され、火格子部２１上の各位置におけるごみ高さが把握可能な熱画像を容易に取得することができる。

上述のように、焼却炉１では、搬送経路におけるごみ高さの分布を安定させることが可能となるが、図１２および図１３に示す、部分的にごみ高さが低い異常部分Ｄ１（以下、「吹抜部分Ｄ１」という。）や、部分的にごみ高さが高い異常部分Ｄ２（以下、「大塊部分Ｄ２」という。）が、皆無となる訳ではない。ここで、吹抜部分Ｄ１は、部分的にごみ層が（ほぼ）なくなっており、供給した空気がごみ燃焼に寄与せずに吹き抜ける部分である。大塊部分Ｄ２は、ごみが大きな塊となっており、空気の抜けが悪く、燃えにくい状態となっている部分である。燃焼火格子２４上に吹抜部分Ｄ１が存在する場合、燃焼火格子２４に供給される空気の一部が無駄となる。また、燃焼火格子２４上に大塊部分Ｄ２が存在する場合、多くの未燃ごみが残ってしまう。次に、燃焼火格子２４上のごみにおいて、吹抜部分Ｄ１および大塊部分Ｄ２が存在する場合における好ましい処理について述べる。

図１４は、制御システム８に含まれる他の機能構成を示す図である。図１４に示す制御システム８は、図４Ａに示す画像処理部８１、ごみ高さ演算部８２およびごみ高さ制御部８３に加えて、異常部分検出部８４を備える。異常部分検出部８４では、熱画像およびごみ高さ情報に基づいて、燃焼火格子２４上のごみにおける吹抜部分Ｄ１および大塊部分Ｄ２が検出される。

具体的には、大塊部分Ｄ２を検出するための閾値であるごみ高さの上限値が予め定められており、ごみ高さ情報が示す火格子部２１上の各分割領域２９のごみ高さが当該上限値と比較される。ごみ高さが当該上限値以上である分割領域２９が、大塊部分Ｄ２の一次候補領域として特定される。続いて、熱画像撮像部７５により取得される熱画像において、一次候補領域に対応する領域の温度の平均値や中央値等が一次候補領域の温度として取得され、当該温度が所定の温度閾値以下である一次候補領域が、大塊部分Ｄ２の二次候補領域として特定される。そして、互いに連続する二次候補領域の個数が所定数以上である場合に、これらの二次候補領域の集合が、大塊部分Ｄ２（の存在領域）として検出される。上記所定数は、面積閾値として捉えられ、１であってもよい。

吹抜部分Ｄ１も、上記と同様の処理により検出される。すなわち、ごみ高さ情報が示す火格子部２１上の各分割領域２９のごみ高さが、吹抜部分Ｄ１を検出するための閾値であるごみ高さの下限値と比較され、ごみ高さが当該下限値以下である分割領域２９が、吹抜部分Ｄ１の一次候補領域として特定される。続いて、熱画像において取得される温度が温度閾値以下である一次候補領域が、吹抜部分Ｄ１の二次候補領域として特定される。そして、互いに連続する二次候補領域の個数が所定数以上である場合に、これらの二次候補領域の集合が、吹抜部分Ｄ１（の存在領域）として検出される。このように、異常部分検出部８４では、大塊部分Ｄ２および吹抜部分Ｄ１が容易に検出可能である。なお、吹抜部分Ｄ１を検出する際に、ごみ層厚取得部７３により取得される圧力が参照されてもよい。

ごみ高さ制御部８３では、燃焼火格子２４上における大塊部分Ｄ２および吹抜部分Ｄ１の存在位置に応じて、制御される操作パラメータが相違する。本実施の形態では、第１燃焼火格子２４１の前部または第２燃焼火格子２４２の前部に大塊部分Ｄ２が存在する場合には、その位置における搬送速度は維持した上で、搬送方向において当該位置の上流側に隣接する火格子（乾燥火格子２３または第１燃焼火格子２４１）の火格子速度が低減される。これにより、当該位置におけるごみの圧密が軽減され、大塊部分Ｄ２におけるごみ高さが低くなる。また、第１燃焼火格子２４１の後部または第２燃焼火格子２４２の後部に大塊部分Ｄ２が存在する場合には、その位置における搬送速度が低減され、かつ、搬送方向において当該位置の下流側に隣接する火格子（第２燃焼火格子２４２または後燃焼火格子２５）の火格子速度が増大される。これにより、当該位置におけるごみが分断されやすくなり、大塊部分Ｄ２におけるごみ高さが低くなる。

また、第１燃焼火格子２４１の前部または第２燃焼火格子２４２の前部に吹抜部分Ｄ１が存在する場合には、その位置における搬送速度は維持した上で、搬送方向において当該位置の上流側に隣接する火格子の火格子速度が増大される。これにより、当該位置にごみが補給され、吹抜部分Ｄ１におけるごみ高さが高くなる。また、第１燃焼火格子２４１の後部または第２燃焼火格子２４２の後部に吹抜部分Ｄ１が存在する場合には、その位置における搬送速度が増大され、かつ、搬送方向において当該位置の下流側に隣接する火格子の火格子速度が低減される。これにより、当該位置においてごみが密になり、吹抜部分Ｄ１におけるごみ高さが高くなる。

ごみ高さ制御部８３では、火格子部２１上の各位置におけるごみ高さのみに基づく制御（図４Ａおよび図４Ｂ参照）と、吹抜部分Ｄ１および大塊部分Ｄ２が存在する場合における上記制御（図１４参照）とにおいて、指令値を変更する操作パラメータが重複する場合には、両制御に対してそれぞれ定められた重み（操作パラメータ毎に相違してもよい。）を考慮して、当該操作パラメータの実際の指令値が決定される。また、吹抜部分Ｄ１および大塊部分Ｄ２が検出されてから所定時間（例えば、３分）だけ、あるいは、吹抜部分Ｄ１および大塊部分Ｄ２が解消するまでの間、図１４の制御が優先的に行われてもよい。吹抜部分Ｄ１および大塊部分Ｄ２が検出された場合には、制御システム８のディスプレイへの表示等により、吹抜部分Ｄ１および大塊部分Ｄ２の存在が運転員に報告されることが好ましい。

以上のように、異常部分検出部８４では、燃焼火格子２４上において、ごみ高さが上限値以上または下限値以下であり、表面温度が所定値以下である異常部分が、ごみ高さ情報と熱画像が示す各位置の温度とに基づいて検出される。このように、ごみ高さ情報のみならず、熱画像が示す温度も参照することにより、異常部分を精度よく検出することができる。また、異常部分が検出された際に、当該異常部分におけるごみ高さが、周囲の正常な領域におけるごみ高さに近づくように（より好ましくは、当該異常部分におけるごみ高さ、および、表面温度等により把握される燃焼状態が、周囲の正常な領域におけるごみ高さおよび燃焼状態に近づくように）、当該異常部分の位置に応じて、乾燥火格子２３によるごみの搬送速度、または、燃焼火格子２４によるごみの搬送速度が制御される。これにより、火格子部２１上における異常部分を解消（または軽減）することが実現され、ごみの燃焼をさらに安定させることが可能となる。

上記焼却炉１では様々な変形が可能である。

識別器８２１では、火格子部２１上の各位置に対して、ファジィクラスタリング（ソフトクラスタリング）によりごみ高さの複数の区間（クラス）の帰属度が取得されるが、識別器８２１の設計によっては、ハードクラスタリングが利用されてもよい。この場合、各位置に対して、ごみ高さの１つの区間が分類結果として取得され、当該区間の代表高さが、当該位置のごみ高さとして扱われる。以上のように、ごみ高さ情報取得部では、識別器８２１により、火格子部２１上の各位置に対して、ごみ高さの複数の区間に関する分類結果が取得される。これにより、火格子部２１上の当該位置のごみ高さを分類結果に基づいて容易に取得することが可能となる。

熱画像撮像部７５では、３．７〜３．９μｍの特定波長の赤外線を検出することにより、炭酸ガスや火炎の影響が除去された熱画像が取得されるが、ごみ高さ情報の取得において求められる精度によっては、他の波長の赤外線を検出することにより熱画像が取得されてもよい。この場合、例えば、当該熱画像に対して所定の火炎除去処理を施して得られる画像から、ごみ高さ情報が取得される。

焼却炉１では、１つの搬送レーン２１０のみが設けられてもよく、また、図１５に示すように、３以上の搬送レーン２１０が設けられてもよい。この場合に、複数の熱画像撮像部７５が設けられ、各熱画像撮像部７５により火格子部２１の一部（一部の搬送レーン２１０）に堆積されるごみのみが撮像されてもよい。さらに、例えば、乾燥火格子２３および燃焼火格子２４のみに対するごみ高さ情報を取得する場合には、熱画像撮像部７５による撮像範囲から、後燃焼火格子２５が除外されてもよい。以上のように、火格子部２１上の少なくとも一部の領域を、ごみ高さ情報を取得する対象領域として、熱画像撮像部７５では、対象領域におけるごみの熱画像が撮像される。

熱画像撮像部７５により、火格子部２１上のごみ高さが把握可能な熱画像が取得されるのであるならば、熱画像撮像部７５は、前傾斜壁部２０１、後傾斜壁部２０２または側壁部２０４に取り付けられてもよい。ただし、このような熱画像を容易に取得するには、熱画像撮像部７５は後壁部２０３に取り付けられることが好ましい。また、複数の熱画像撮像部７５により、互いに異なる方向から同じ対象領域を撮像することにより複数の熱画像が取得され、当該複数の熱画像からごみ高さ情報がより高精度に取得されてもよい。

上記実施の形態では、搬送方向および幅方向の双方におけるごみ高さの分布を示すごみ高さ情報が取得されるが、ごみ高さ情報は、対象領域における搬送方向のみのごみ高さの分布を示すものであってもよい。この場合、ごみ高さ演算部８２では、熱画像におけるごみ領域５１と側壁部領域５２との境界位置のみに基づいて、搬送方向におけるごみ高さの分布（ごみ高さ情報）を取得することも可能である。

焼却炉１において、供給高さ検出部７４と同様の構成である複数のレベル計を搬送方向に沿って配列して設けることにより、搬送方向のごみ高さの分布が取得されてもよい。この場合、当該複数のレベル計の集合がごみ高さ情報取得部として捉えられる。図１６では、幅方向（図１６の横方向）の複数の位置のそれぞれにおいて、乾燥火格子２３、第１燃焼火格子２４１および第２燃焼火格子２４２上のごみ高さを取得する複数のレベル計７４ａ，７４ｂ，７４ｃを示している。乾燥火格子２３のごみ高さを取得するレベル計７４ａは、例えば、前傾斜壁部２０１に取り付けられ、第１燃焼火格子２４１のごみ高さを取得するレベル計７４ｂ、および、第２燃焼火格子２４２のごみ高さを取得するレベル計７４ｃは、側壁部２０４に取り付けられる。各レベル計７４ａ，７４ｂ，７４ｃは、鉛直方向に対して傾斜した方向に電波を発信し、ごみ９からの反射波を受信する。熱画像撮像部７５に対するガス噴出部と同様に、各レベル計７４ａ，７４ｂ，７４ｃの周囲から燃焼室２内に向けてパージ用ガスを噴出するガス噴出部が設けられることが好ましい。搬送方向におけるごみ高さの分布は、火格子部２１上において搬送方向に離れた少なくとも２つの位置（例えば、乾燥火格子２３および燃焼火格子２４上の位置）におけるごみ高さを示すものであればよく、ごみ高さ情報取得部は、少なくとも２つのレベル計を含む。以上のように、搬送方向のごみ高さの分布を示すごみ高さ情報を取得するごみ高さ情報取得部は、様々な態様により実現することが可能である。

一方、複数のレベル計において、飛灰やクリンカーの付着を回避したり、高温の燃焼ガスに対する耐熱性を確保するには、大きなコストがかかるため、焼却炉１の製造コストを削減するという観点では、熱画像撮像部７５およびごみ高さ演算部８２を含むごみ高さ情報取得部を用いることが好ましい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１ 焼却炉
２ 燃焼室
３ 空気供給部
４ ごみ供給部
９ ごみ
２１ 火格子部
２３ 乾燥火格子
２４ 燃焼火格子
２９ （火格子部上の）分割領域
５１ ごみ領域
５２ 側壁部領域
５９，５９ａ （熱画像の）分割領域
７５ 熱画像撮像部
７６ 筒状部
８２ ごみ高さ演算部
８３ ごみ高さ制御部
８４ 異常部分検出部
２０３ 後壁部
２０４ 側壁部
２１０ 搬送レーン
２４１ 第１燃焼火格子
２４２ 第２燃焼火格子
８２１ 識別器
Ｄ１ 吹抜部分
Ｄ２ 大塊部分

Claims (11)

1. ストーカ式焼却炉であって、
   燃焼室と、
   前記燃焼室内において所定の搬送経路に沿ってごみを搬送し、前記ごみの乾燥が行われる乾燥火格子と、前記ごみの燃焼が行われる燃焼火格子と、が搬送方向に沿って順に設けられる火格子部と、
   前記乾燥火格子上にごみを供給するごみ供給部と、
   前記搬送経路の各位置において、ごみに対して空気を供給することにより、前記燃焼室内にて前記ごみを燃焼させる空気供給部と、
   前記火格子部上における前記搬送方向のごみ高さの分布を示すごみ高さ情報を取得するごみ高さ情報取得部と、
   前記ごみ高さ情報に基づいて、前記ごみ供給部によるごみの供給速度と、前記乾燥火格子によるごみの搬送速度と、前記燃焼火格子によるごみの搬送速度とを個別に制御する制御部と、
   を備え、
   前記ごみ高さ情報取得部が、
   前記火格子部上の少なくとも一部の領域である対象領域におけるごみの熱画像を撮像する熱画像撮像部と、
   前記対象領域上における前記ごみ高さの分布を示す前記ごみ高さ情報を、前記熱画像に基づいて取得する演算部と、
   を備え、
   前記演算部が、教師データを用いた学習により構築される識別器を有し、
   前記識別器が、前記搬送方向および前記搬送方向に垂直な幅方向における前記対象領域の各位置に対して、前記各位置に対応する前記熱画像中の位置の輝度に基づいて、ごみ高さの複数の区間をそれぞれ示す複数のクラスに対する分類結果を取得し、前記各位置のごみ高さが前記分類結果に基づいて取得されることを特徴とするストーカ式焼却炉。
2. 請求項１に記載のストーカ式焼却炉であって、
   前記熱画像が、前記火格子部の側方に設けられる側壁部を示す側壁部領域を含み、
   前記熱画像において、前記火格子部と前記側壁部との境界から上方に向かって伸びるとともに、前記境界に沿って配列される複数の矩形領域が設定され、
   前記演算部が、前記熱画像においてごみを示すごみ領域と、前記側壁部領域との各矩形領域内における境界位置に基づいて、前記ごみ高さ情報を取得することを特徴とするストーカ式焼却炉。
3. 請求項１または２に記載のストーカ式焼却炉であって、
   前記教師データが、前記学習に用いられる教師画像において前記対象領域の前記各位置に対応する分割領域に教示されたクラスと、前記分割領域の輝度から取得される特徴量とを含むことを特徴とするストーカ式焼却炉。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のストーカ式焼却炉であって、
   前記識別器が、前記対象領域の前記各位置に対して、各クラスに属する度合いを示す帰属度を前記分類結果として出力し、前記各位置のごみ高さが、前記複数のクラスの帰属度に基づいて取得されることを特徴とするストーカ式焼却炉。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のストーカ式焼却炉であって、
   前記制御部の制御により、前記火格子部において、前記搬送方向の下流側に向かって漸次低くなるごみ高さの分布がおよそ維持されることを特徴とするストーカ式焼却炉。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のストーカ式焼却炉であって、
   前記対象領域が、前記燃焼火格子上の領域を含み、
   前記ストーカ式焼却炉が、
   前記燃焼火格子上において、ごみ高さが上限値以上または下限値以下であり、表面温度が所定値以下である異常部分を、前記ごみ高さ情報と前記熱画像が示す各位置の温度とに基づいて検出する異常部分検出部をさらに備え、
   前記異常部分が検出された際に、前記異常部分におけるごみ高さが周囲のごみ高さに近づくように、前記制御部が、前記乾燥火格子によるごみの搬送速度、または、前記燃焼火格子によるごみの搬送速度を制御することを特徴とするストーカ式焼却炉。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のストーカ式焼却炉であって、
   前記制御部が、前記ごみ高さ情報に基づいて、前記乾燥火格子と前記燃焼火格子とに供給される空気の流量または温度を個別に制御することを特徴とするストーカ式焼却炉。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載のストーカ式焼却炉であって、
   前記燃焼火格子が、
   第１燃焼火格子と、
   前記搬送方向において前記第１燃焼火格子の下流側に隣接する第２燃焼火格子と、
   を備え、
   前記制御部が、前記第１燃焼火格子によるごみの搬送速度と、前記第２燃焼火格子によるごみの搬送速度とを個別に制御することを特徴とするストーカ式焼却炉。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載のストーカ式焼却炉であって、
   前記火格子部が、前記搬送方向に垂直な幅方向において複数の搬送レーンに分割されており、前記乾燥火格子によるごみの搬送速度と、前記燃焼火格子によるごみの搬送速度とが搬送レーン毎に調整可能であり、
   前記制御部が、前記複数の搬送レーンのそれぞれにおいて、前記乾燥火格子によるごみの搬送速度と、前記燃焼火格子によるごみの搬送速度とを、前記ごみ高さ情報に基づいて個別に制御することを特徴とするストーカ式焼却炉。
10. ストーカ式焼却炉であって、
    燃焼室と、
    前記燃焼室内において所定の搬送経路に沿ってごみを搬送し、前記ごみの乾燥が行われる乾燥火格子と、前記ごみの燃焼が行われる燃焼火格子と、が搬送方向に沿って順に設けられる火格子部と、
    前記乾燥火格子上にごみを供給するごみ供給部と、
    前記搬送経路の各位置において、ごみに対して空気を供給することにより、前記燃焼室内にて前記ごみを燃焼させる空気供給部と、
    前記火格子部上における前記搬送方向のごみ高さの分布を示すごみ高さ情報を取得するごみ高さ情報取得部と、
    を備え、
    前記ごみ高さ情報取得部が、
    ３．７〜３．９μｍの波長の赤外線を検出することにより、前記火格子部上の少なくとも一部の領域である対象領域におけるごみの熱画像を撮像する熱画像撮像部と、
    前記対象領域上における前記ごみ高さの分布を示す前記ごみ高さ情報を、前記熱画像に基づいて取得する演算部と、
    を備え、
    前記燃焼室が、前記搬送方向の下流側に向かって前記火格子部から離れた位置において直立する後壁部を有し、
    前記熱画像撮像部が、前記後壁部に取り付けられ、
    前記演算部が、教師データを用いた学習により構築される識別器を有し、
    前記識別器が、前記搬送方向および前記搬送方向に垂直な幅方向における前記対象領域の各位置に対して、前記各位置に対応する前記熱画像中の位置の輝度に基づいて、ごみ高さの複数の区間をそれぞれ示す複数のクラスに対する分類結果を取得し、前記各位置のごみ高さが前記分類結果に基づいて取得されることを特徴とするストーカ式焼却炉。
11. 請求項１０に記載のストーカ式焼却炉であって、
    前記熱画像が、前記火格子部の側方に設けられる側壁部を示す側壁部領域を含むことを特徴とするストーカ式焼却炉。