JP6822913B2 - ガス化溶融炉プラントの空気量制御装置、空気量制御方法、及び空気流量特性モデル - Google Patents

Description

本発明は、ガス化溶融炉プラントにおける燃焼空気供給量を制御するための空気量制御装置及び空気量制御方法並びにこれらに用いられる空気流量特性モデルに関する。

ガス化溶融炉プラントでは、ガス化溶融炉内における燃焼状態を適正にするために、炉への空気供給量を制御することが行われる。特許文献１には、ガス化炉及び溶融炉へ空気を供給する押込送風機からの空気流量と、ガス化炉へ再循環される排ガス流量と、ガス化炉出口における可燃性ガス濃度とに基づいて燃焼空気量を算出し、燃焼空気の調節弁を制御する方法が開示されている。

特開２００４−１３２６４８号公報

ところで、多くのガス化溶融炉プラントには、燃焼空気の供給先が複数存在し、これらに共通の送風機から空気を供給する構成となっている。このため、複数の供給先に設置された空気調節弁それぞれにおける空気流量特性、即ち空気流量と弁開度との関係が互いに関連し、ある供給先の空気流量が他の供給先の空気流量特性に影響を及ぼす。しかしながら、特許文献１に開示された方法では、算出された燃焼空気量から空気調節弁の開度を設定する上で他の供給先における空気流量が考慮されておらず、空気調節弁の開度操作を適切に行うことができない虞がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、上記課題を解決しうるガス化溶融炉プラントの空気量制御装置及び空気量制御方法並びに空気流量特性モデルを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の一の態様のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置は、廃棄物を焼却し、焼却により生じた灰分を溶融させるガス化溶融炉に複数の空気供給口が設けられ、前記複数の空気供給口のそれぞれに共通の空気供給装置から空気が供給されるガス化溶融炉プラントの空気量制御装置であって、制御対象の空気供給口における空気流量の測定値である対象測定値と、非制御対象の空気供給口における空気流量の測定値である非対象測定値とを取得する測定値取得手段と、前記制御対象の空気流量の目標値である対象目標値を設定する目標値設定手段と、前記測定値取得手段によって取得された前記対象測定値及び前記非対象測定値、並びに前記目標値設定手段によって設定された前記対象目標値に基づいて、前記制御対象の空気供給口における空気流量を調節するために前記空気供給口に接続された空気調節弁の操作量を決定する操作量決定手段とを備える。

この態様において、前記目標値設定手段は、前記非制御対象の空気流量の目標値である非対象目標値をさらに設定するように構成されており、前記操作量決定手段は、前記目標値設定手段によって設定された前記非対象目標値にさらに基づいて、前記操作量を決定するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記測定値取得手段は、前記対象測定値として前記ガス化溶融炉に含まれる溶融炉の一次空気流量測定値を取得し、前記非対象測定値として前記溶融炉の二次空気流量測定値を取得するように構成され、前記目標値設定手段は、前記対象目標値として前記溶融炉の一次空気流量目標値を設定するように構成され、前記操作量決定手段は、前記溶融炉の一次空気供給口に接続された前記空気調節弁の操作量を決定するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記測定値取得手段は、前記対象測定値として前記ガス化溶融炉に含まれる溶融炉の二次空気流量測定値を取得し、前記非対象測定値として前記溶融炉の一次空気流量測定値を取得するように構成され、前記目標値設定手段は、前記対象目標値として前記溶融炉の二次空気流量目標値を設定するように構成され、前記操作量決定手段は、前記溶融炉の二次空気供給口に接続された前記空気調節弁の操作量を決定するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記測定値取得手段は、前記ガス化溶融炉に含まれるガス化炉バーナへの空気供給量測定値、前記溶融炉に設けられた溶融炉始動バーナへの空気供給量測定値、前記溶融炉に設けられた溶融炉補助バーナへの空気供給量測定値、前記溶融炉から溶融スラグを排出するための出滓エゼクタへの空気供給量測定値、及び前記一次空気に混合される酸素流量測定値の少なくとも１つを、前記非対象測定値としてさらに取得するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記空気量制御装置は、前記制御対象及び前記非制御対象の空気流量それぞれの実績値、及び前記空気調節弁の操作量の実績値に基づいて、前記対象測定値、前記非対象測定値及び前記対象目標値に基づき前記空気調節弁の操作量を決定するための空気流量特性モデルを構築するモデル構築手段をさらに備え、前記操作量決定手段は、前記モデル構築手段によって構築された前記空気流量特性モデルに前記対象測定値、前記非対象測定値及び前記対象目標値を適用して前記操作量を決定するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記モデル構築手段は、前記制御対象の空気流量の過去の第１時点での実績値である第１対象空気流量実績値、前記非制御対象の空気流量の前記第１時点での実績値である非対象空気流量実績値、及び前記空気調節弁における前記第１時点での操作量実績値のそれぞれを説明変数とし、前記制御対象の空気流量の前記第１時点より所定時間経過後の第２時点での実績値である第２対象空気流量実績値を目的変数として、重回帰分析により前記空気流量特性モデルを構築するように構成されており、前記操作量決定手段は、前記空気流量特性モデルにおける前記第１対象空気流量実績値を前記対象測定値に、前記第２対象空気流量実績値を前記対象目標値に、前記非対象空気流量実績値を前記非対象測定値に置き換えて、前記操作量を決定するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記モデル構築手段は、前記ガス化溶融炉に含まれる溶融炉の一次空気流量の前記第１時点での実績値を前記第１対象空気流量実績値とし、前記一次空気流量の前記第２時点での実績値を前記第２対象空気流量実績値とし、前記溶融炉の二次空気流量の前記第１時点での実績値を前記非対象空気流量実績値とし、前記溶融炉の一次空気供給口に接続された前記空気調節弁の操作量の前記第１時点での実績値を前記操作量実績値として、前記空気流量特性モデルを構築するように構成されており、前記測定値取得手段は、前記対象測定値として前記溶融炉の一次空気流量測定値を取得し、前記非対象測定値として前記溶融炉の二次空気流量測定値を取得するように構成され、前記目標値設定手段は、前記対象目標値として前記溶融炉の一次空気流量目標値を設定するように構成され、前記操作量決定手段は、前記空気流量特性モデルに前記対象測定値、前記非対象測定値及び前記対象目標値を適用して、前記空気調節弁の操作量を決定するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記モデル構築手段は、前記空気調節弁の操作量の前記第１時点での実績値の二乗、前記空気調節弁の操作量の実績値の時間変化率、前記一次空気流量の実績値の時間変化率、及び前記空気調節弁の操作量の実績値の時間変化率と前記一次空気流量の実績値の時間変化率との積の少なくとも１つにさらに基づいて、前記空気流量特性モデルを構築するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記モデル構築手段は、前記ガス化溶融炉に含まれるガス化炉バーナへの空気供給量の実績値、前記溶融炉に設けられた溶融炉始動バーナへの空気供給量の実績値、前記溶融炉に設けられた溶融炉補助バーナへの空気供給量の実績値、前記溶融炉から溶融スラグを排出するための出滓エゼクタへの空気供給量の実績値、及び前記一次空気と混合される酸素流量の実績値の少なくとも１つにさらに基づいて、前記空気流量特性モデルを構築するように構成されており、前記測定値取得手段は、前記ガス化炉バーナへの空気供給量測定値、前記溶融炉始動バーナへの空気供給量測定値、前記溶融炉補助バーナへの空気供給量測定値、前記出滓エゼクタへの空気供給量測定値、及び前記一次空気に混合される酸素流量測定値の少なくとも１つを、前記非対象測定値としてさらに取得するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記モデル構築手段は、前記一次空気流量の実績値が時間経過に伴って増加したか否かにさらに基づいて、前記空気流量特性モデルを構築するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記モデル構築手段は、前記ガス化溶融炉に含まれる溶融炉の二次空気流量の前記第１時点での実績値を前記第１対象空気流量実績値とし、前記二次空気流量の前記第２時点での実績値を第２対象空気流量実績値とし、前記溶融炉の一次空気流量の前記第１時点での実績値を前記非対象空気流量実績値とし、前記溶融炉の二次空気供給口に接続された前記空気調節弁の操作量の前記第１時点での実績値を前記操作量実績値として、前記空気流量特性モデルを構築するように構成されており、前記測定値取得手段は、前記対象測定値として前記溶融炉の二次空気流量測定値を取得し、前記非対象測定値として前記溶融炉の一次空気流量測定値を取得するように構成され、前記目標値設定手段は、前記対象目標値として前記溶融炉の二次空気流量目標値を設定するように構成され、前記操作量決定手段は、前記空気流量特性モデルに前記対象測定値、前記非対象測定値及び前記対象目標値を適用して、前記空気調節弁の操作量を決定するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記モデル構築手段は、前記空気調節弁の操作量の前記第１時点での実績値の平方根、前記空気調節弁の操作量の実績値の時間変化率、前記二次空気流量の実績値の時間変化率、及び前記空気調節弁の操作量の実績値の時間変化率と前記二次空気流量の実績値の時間変化率との積の少なくとも１つにさらに基づいて、前記空気流量特性モデルを構築するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記モデル構築手段は、前記ガス化溶融炉に含まれるガス化炉バーナへの空気供給量の実績値、前記溶融炉に設けられた溶融炉始動バーナへの空気供給量の実績値、前記溶融炉に設けられた溶融炉補助バーナへの空気供給量の実績値、前記溶融炉から溶融スラグを排出するための出滓エゼクタへの空気供給量の実績値、及び前記一次空気と混合される酸素流量の実績値の少なくとも１つにさらに基づいて、前記空気流量特性モデルを構築するように構成されており、前記測定値取得手段は、前記ガス化炉バーナへの空気供給量測定値、前記溶融炉始動バーナへの空気供給量測定値、前記溶融炉補助バーナへの空気供給量測定値、前記出滓エゼクタへの空気供給量測定値、及び前記一次空気に混合される酸素流量測定値の少なくとも１つを、前記非対象測定値としてさらに取得するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記モデル構築手段は、前記二次空気流量の実績値が時間経過に伴って増加したか否かにさらに基づいて、前記空気流量特性モデルを構築するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記モデル構築手段は、複数の線型モデルが結合された前記空気流量特性モデルを構築するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記操作量決定手段は、前記モデル構築手段によって構築された重回帰式である前記空気流量特性モデルを式変換して、前記操作量実績値を目的変数とし、前記第２対象空気流量実績値を説明変数とした操作量決定式を導出し、前記操作量決定式を用いて前記操作量を決定するように構成されていてもよい。

また、本発明の他の態様のガス化溶融炉プラントの空気量制御方法は、廃棄物を焼却し、焼却により生じた灰分を溶融させるガス化溶融炉に複数の空気供給口が設けられ、前記複数の空気供給口のそれぞれに共通の空気供給装置から空気が供給されるガス化溶融炉プラントの空気量制御方法であって、制御対象の空気供給口における空気流量の測定値である対象測定値と、非制御対象の空気供給口における空気流量の測定値である非対象測定値とを取得するステップと、前記制御対象の空気流量の目標値である対象目標値を設定するステップと、取得された前記対象測定値及び前記非対象測定値、並びに設定された前記対象目標値に基づいて、前記制御対象の空気供給口における空気流量を調節するために前記空気供給口に接続された空気調節弁の操作量を決定するステップとを有する。

本発明に係るガス化溶融炉プラントの空気量制御装置、空気量制御方法、及び空気流量特性モデルによれば、複数の空気供給先の空気流量特性を考慮して空気供給弁の開度操作を適切に行うことが可能となる。

実施の形態に係るガス化溶融炉プラントの概略構成を示す模式図。 実施の形態に係る空気量制御装置の構成を示すブロック図。 実施の形態に係る空気量制御装置による空気量制御処理の手順を示すフローチャート。 モデル構築処理の手順を示すフローチャート。 二次空気用の空気調節弁の空気流量特性を示すグラフ。 学習データ作成処理の手順を示すフローチャート。 操作量決定処理の手順を示すフローチャート。 一次空気操作量算出処理の手順を示すフローチャート。 二次空気操作量算出処理の手順を示すフローチャート。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す各実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための方法及び装置を例示するものであって、本発明の技術的思想は下記のものに限定されるわけではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。

＜ガス化溶融炉プラントの構成＞
図１は、ガス化溶融炉プラントの概略構成を示す模式図である。本実施の形態に係るガス化溶融炉プラント１０は、ガス化炉２０及び溶融炉３０を含むガス化溶融炉１５を備えている。ガス化溶融炉プラント１０は、廃棄物を貯留するごみピット４０を備えており、ごみ収集車４１から排出された廃棄物がごみピット４０に収容される。ごみピット４０にはごみクレーン４２が設けられている。ごみクレーン４２は、ごみピット４０に貯留された廃棄物を把持して上昇することにより、ごみピット４０から定量ずつ廃棄物を取り出す。

ごみピット４０の隣には、給じんホッパ５０が設けられている。ごみクレーン４２は、ごみピット４０から引き上げた廃棄物を給じんホッパ５０に投入する。給じんホッパ５０は、図示しない破砕機を備えており、投入された廃棄物を破砕する。給じんホッパ５０の下方には、ベルトコンベアである給じんコンベア５１が設けられており、破砕された廃棄物が定量ずつ給じんコンベア５１に供給される。給じんコンベア５１が廃棄物を搬送し、ガス化炉２０に投入する。

ガス化炉２０には、底部に流動粒子（例えば、砂）からなる流動床２１が設けられている。流動床２１の下部には風箱２２が設けられており、風箱２２内に連通された押込送風機２３により押込空気を導入すると、上向きに流動化空気が噴射され、流動床２１の流動粒子及び給じんコンベア５１により供給された廃棄物が流動撹拌される。このガス化炉２０は、鉄及びアルミニウムなどの金属を未酸化状態で回収するため、流動床２１の流動粒子の流動層温度（砂層温度）が、アルミニウムの融点（６００℃）以下である約５００〜６００℃となるように運転される。廃棄物は、流動床２１内で空気比０．２〜０．３程度の還元雰囲気の中で熱分解され、熱分解ガス（可燃性ガス）及び未燃固形分（チャー、灰分など）となる。ガス化炉２０の炉頂部分には溶融炉３０に連通する流路２４が設けられており、熱分解ガス及び未燃固形分が当該流路２４を通って溶融炉３０に供給される。

溶融炉３０は、ガス化炉２０で生成された熱分解ガス及び未燃固形分を約１３００〜１４００℃の高温で燃焼させる。流路２４には燃焼用空気を供給するための一次空気供給口２５が設けられており、一次空気供給口２５には一次空気供給装置である二次送風機２６が空気を供給するためのダクト２７を通じて接続されている。また、かかるダクト２７には、酸素富化装置２８が接続されており、二次送風機２６から供給された燃焼用空気と酸素富化装置２８から供給された酸素とが混合されて一次空気供給口２５から流路２４に供給され、流路２４から溶融炉３０に供給される。ダクト２７の一次空気供給口２５の近傍にはバタフライ弁である空気調節弁２９が設けられており、この空気調節弁２９の開度調整により溶融炉３０への一次空気供給量が調節される。

溶融炉３０は、流路２４に連通する部分が一次燃焼室３１になっており、供給された燃焼用空気が図の矢印に示すように強旋回される。この一次燃焼室３１では、ガス化炉から流入する熱分解ガスの一部が燃焼される。一次燃焼室３１の頂上部には、溶融炉補助バーナ３５が設けられており、熱分解ガスの燃焼が補助される。溶融炉補助バーナ３５は、ポートである空気供給口３５ａを通じてダクト２７が連通しており、二次送風機２６から空気が供給される。また、ダクト２７の空気供給口３５ａの近傍にはバタフライ弁である空気調節弁３５ｂが設けられており、この空気調節弁３５ｂの開度調整により溶融炉補助バーナ３５への空気供給量が調節される。

また、溶融炉３０は、一次燃焼室３１の下端に、断面積が他の部分よりも小さい絞部３６を有し、絞部３６の後段に二次燃焼室３２を有している。二次燃焼室３２には、ダクト２７のポートである二次空気供給口３３が設けられており、二次送風機２６から燃焼用空気が供給される。また、ダクト２７の二次空気供給口３３の近傍にはバタフライ弁である空気調節弁３４が設けられており、この空気調節弁３４の開度調整により溶融炉３０への二次空気供給量が調節される。

二次燃焼室３２において、未燃の熱分解ガスが燃焼用空気によって高温燃焼する。灰分は溶融し、スラグが生成されるとともに、ダイオキシン類を分解する。溶融炉３０の下部にはスラグ下流口３７が設けられており、スラグ下流口３７には出滓エゼクタ３８が付設されている。出滓エゼクタ３８には、空気供給口３８ａを通じてダクト２７が連通しており、二次送風機２６から空気が供給される。また、ダクト２７の空気供給口３８ａの近傍にはバタフライ弁である空気調節弁３８ｂが設けられており、この空気調節弁３８ｂの開度調整により出滓エゼクタ３８への空気供給量が調節される。なお、空気調節弁２９，３４，３５ｂ，３８ｂはバタフライ弁に限られず、他の種類の弁とすることもできる。出滓エゼクタ３８は二次送風機２６からの供給空気を用いてスラグ下流口３７から溶融スラグを排出する。溶融スラグは、スラグ下流口３７より炉外へと回収されることにより有用な資源として利用される。

ボイラ６０は、溶融炉３０に付属して設置されており、ガス化溶融のプロセスで発生した熱を回収する。ボイラ６０は、ガス化溶融のプロセスで発生した熱を利用して水を蒸発させ、図示されない蒸気タービン及び発電機を駆動して電力を生成する。また、溶融炉３０には排気用の煙突７０が接続されている。溶融炉３０と煙突７０の間には、図示されないガス冷却装置、排ガス処理装置（バグフィルタ等）、脱硝装置、誘引送風機が設置されており、溶融炉３０によって生じた排ガスを冷却、除塵して煙突７０へと送出する。なお、ここではボイラが設けられたガス化溶融炉プラントについて説明しているが、ボイラが設けられていないガス化溶融炉プラントであってもよい。

上記のようなガス化溶融炉プラント１０には、各種のセンサが設けられている。押込送風機２３から風箱２２へ繋がる流路には、風箱２２に導入される押込空気の温度を計測するための押込空気温度計７１と、押込空気の流量を計測するための押込空気流量計７２と、押込空気の圧力を計測するための押込空気圧力計７３とが設けられている。ダクト２７における二次送風機２６からの送風口付近には、二次送風機２６から吐出される空気の温度を計測するための吐出温度計７４と、当該空気の圧力を計測するための吐出圧力計７５とが設けられている。また、一次空気供給口２５には、二次送風機２６からダクト２７を通じて流路２４に供給される燃焼用空気（以下、「一次空気」という）の流量を計測するための一次空気流量計７６が設けられており、酸素富化装置２８には、酸素富化装置２８から供給されるＯ２ガスの流量（以下、「酸素流量」という）を計測するための酸素流量計７７が設けられている。溶融炉補助バーナ３５に開設された空気供給口３５ａには、溶融炉補助バーナ３５へ供給される空気の流量（以下、「補助バーナ空気流量」という）を計測するための補助バーナ空気流量計７８が設けられている。また、二次空気供給口３３には、二次送風機２６からダクト２７を通じて二次燃焼室３２に供給される燃焼用空気（以下、「二次空気」という）の流量を計測するための二次空気流量計７９が設けられている。出滓エゼクタ３８に開設された空気供給口３８ａには、出滓エゼクタ３８へ供給される空気の流量（以下、「エゼクタ空気流量」という）を計測するためのエゼクタ空気流量計８０が設けられている。

かかるガス化溶融炉プラント１０は、空気量制御装置１００に接続されている（図２参照）。空気量制御装置１００は、押込空気温度計７１、押込空気流量計７２、押込空気圧力計７３、吐出温度計７４、吐出圧力計７５、一次空気流量計７６、酸素流量計７７、補助バーナ空気流量計７８、二次空気流量計７９、及びエゼクタ空気流量計８０のそれぞれに接続されており、これらの出力データを受信するようになっている。また、空気量制御装置１００は、空気調節弁２９，３４，３５ｂ，３８ｂに接続されている。かかる空気量制御装置１００は、これらのセンサの出力データに基づいて空気調節弁２９，３４，３５ｂ，３８ｂの開度を調整し、溶融炉３０への空気供給量を制御する。

＜空気量制御装置の構成＞
次に、本実施の形態に係る空気量制御装置の構成について説明する。図２は、本実施の形態に係る空気量制御装置の構成を示すブロック図である。空気量制御装置１００は、コンピュータ２００によって実現される。図２に示すように、コンピュータ２００は、本体３００と、入力部４００と、表示部５００とを備えている。本体３００は、ＣＰＵ３０１、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、ハードディスク３０５、入出力インタフェース３０６、及び画像出力インタフェース３０７を備えており、ＣＰＵ３０１、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、ハードディスク３０５、入出力インタフェース３０６、及び画像出力インタフェース３０７は、バスによって接続されている。

ＣＰＵ３０１は、ＲＡＭ３０３にロードされたコンピュータプログラムを実行する。そして、空気量制御用のコンピュータプログラムである空気量制御プログラム３１０をＣＰＵ３０１が実行することにより、コンピュータ２００が空気量制御装置１００として機能する。また、空気量制御プログラム３１０には、一次空気の空気調節弁２９及び二次空気の空気調節弁３４の操作量を算出するための空気流量特性モデル３１１，３１２が含まれる。

ＲＯＭ３０２は、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、又はＥＥＰＲＯＭ等によって構成されており、ＣＰＵ３０１に実行されるコンピュータプログラム及びこれに用いるデータ等が記録されている。

ＲＡＭ３０３は、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等によって構成されている。ＲＡＭ３０３は、ハードディスク３０５に記録されている空気量制御プログラム３１０の読み出しに用いられる。また、ＲＡＭ３０３は、ＣＰＵ３０１がコンピュータプログラムを実行するときに、ＣＰＵ３０１の作業領域として利用される。

ハードディスク３０５は、オペレーティングシステム及びアプリケーションプログラム等、ＣＰＵ３０１に実行させるための種々のコンピュータプログラム及び当該コンピュータプログラムの実行に用いられるデータがインストールされている。空気量制御プログラム３１０も、このハードディスク３０５にインストールされている。

また、ハードディスク３０５には、上記の各センサから出力されたデータを格納する実績データベース（実績ＤＢ）３２０と、機械学習に使用する学習データを格納する学習データベース（学習ＤＢ）３３０と、機械学習により構築された空気流量特性モデル３１１，３１２のモデルパラメータを格納するモデル学習結果データベース（モデル学習結果ＤＢ）３４０と、一次及び二次空気供給用の空気調節弁２９，３４の操作量の決定に用いられるデータを格納する動作条件データベース（動作条件ＤＢ）３５０とが設けられている。

入出力インタフェース３０６は、例えばUSB，IEEE1394，又はRS-232C等のシリアルインタフェース、SCSI，IDE，又は IEEE1284等のパラレルインタフェース、及びＤ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器等からなるアナログインタフェース等から構成されている。入出力インタフェース３０６には、キーボード及びマウスからなる入力部４００が接続されており、ユーザが当該入力部４００を使用することにより、コンピュータ２００にデータを入力することが可能である。また、入出力インタフェース３０６には、上述した押込空気温度計７１、押込空気流量計７２、押込空気圧力計７３、吐出温度計７４、吐出圧力計７５、一次空気流量計７６、酸素流量計７７、補助バーナ空気流量計７８、二次空気流量計７９、及びエゼクタ空気流量計８０のそれぞれが接続されており、これらセンサから出力データを受信するように構成されている。さらに、入出力インタフェース３０６には、空気調節弁２９，３４，３５ｂ，３８ｂが接続されており、これらに制御信号を送信できるようになっている。

画像出力インタフェース３０７は、ＬＣＤまたはＣＲＴ等で構成された表示部５００に接続されており、ＣＰＵ３０１から与えられた画像データに応じた映像信号を表示部５００に出力するようになっている。表示部５００は、入力された映像信号にしたがって、画像（画面）を表示する。

＜空気量制御装置の動作＞
次に、空気量制御装置１００の動作について説明する。図３は、本実施の形態に係る空気量制御装置１００の動作の手順を示すフローチャートである。空気量制御装置１００は、ガス化溶融炉プラント１０に対する空気量制御処理を実行する。かかる空気量制御処理は、各種センサからの出力データに基づく一次及び二次空気の供給量制御であり、これにより溶融炉３０内の燃焼状態が適正に保たれる。

空気量制御装置１００は、上記の各センサ、具体的には、押込空気温度計７１、押込空気流量計７２、押込空気圧力計７３、吐出温度計７４、吐出圧力計７５、一次空気流量計７６、酸素流量計７７、補助バーナ空気流量計７８、二次空気流量計７９、エゼクタ空気流量計８０等から出力されたデータ（以下、「測定データ」という）を受信する（ステップＳ１０１）。ＣＰＵ３０１は、この測定データに対してノイズ除去、スムージング、補正などの前処理を実行する（ステップＳ１０２）。前処理では、式（１）にしたがって、一次空気流量計７６、酸素流量計７７、補助バーナ空気流量計７８、二次空気流量計７９、及びエゼクタ空気流量計８０の測定データの移動平均が算出され、また、式（２）にしたがって、空気流量の測定値が温度及び圧力により補正（温圧補正）され、立米からノルマル立米へと変換される。

なお、上記の式（２）において、ここでは温圧補正の対象は一次空気流量、酸素流量、補助バーナ空気流量、二次空気流量、及びエゼクタ空気流量である。この前処理により、一次空気流量、酸素流量、補助バーナ空気流量、二次空気流量、及びエゼクタ空気流量のそれぞれの運転データが取得される。その後、ＣＰＵ３０１は、取得された運転データを実績ＤＢ３２０に保存する（ステップＳ１０３）。

次にＣＰＵ３０１は、空気流量特性モデル３１１，３１２を構築するか否かを判定する（ステップＳ１０４）。例えば、ＣＰＵ３１１は、モデル学習結果ＤＢ３４０を参照し、空気流量特性モデル３１１，３１２のモデルパラメータが格納されていない場合（つまり、空気流量特性モデル３１１，３１２が構築されていない場合）、前回の空気流量特性モデル３１１，３１２の構築から所定時間が経過した場合、ユーザによって空気流量特性モデル３１１，３１２の構築が指示された場合等には、空気流量特性モデル３１１，３１２を構築すると判定する。空気流量特性モデル３１１，３１２を構築すると判定された場合（ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、モデル構築処理を実行する（ステップＳ１０５）。

以下、モデル構築処理について詳細に説明する。本実施の形態に係る空気量制御装置１００では、空気流量特性モデル３１１，３１２を重回帰式により定義する。一般化した空気流量特性モデルを次式（３）に示す。

但し、ｙ（ｔ）は時刻ｔにおける目的変数であり、ｘ_１（ｔ），ｘ_２（ｔ），…，ｘ_Ｉ（ｔ）は説明変数であり、θ_１，θ_２，…，θ_Ｉはモデルパラメータであり、θ_０はオフセット項（定数）であり、Ｉは説明変数の数である。本実施の形態に係る空気量制御装置１００では、一次空気の空気調節弁２９の空気流量特性モデル３１１と、二次空気の空気調節弁３４の空気流量特性モデル３１２とが構築される。

本実施の形態に係る空気流量特性モデル３１１は、具体的には次式（４）で表される。

但し、ｘ_ｐｐ（ｔ）は時刻ｔにおける一次空気流量の測定値（以下、「ＰＶ値」という）であり、ｘ_ｐｍ（ｔ）は時刻ｔにおける空気調節弁２９の操作量（以下、操作量を「ＭＶ値」といい、空気調節弁２９のＭＶ値を「一次空気流量ＭＶ値」という）であり、ｘ_ｓｐ（ｔ）は時刻ｔにおける二次空気流量ＰＶ値であり、ｘ_{ｏｔｈｅｒ}（ｔ）は時刻ｔにおける補助バーナ空気流量ＰＶ値及びエゼクタ空気流量ＰＶ値の和であり、ｘ_Ｏ２（ｔ）は時刻ｔにおける酸素流量ＰＶ値である。また、Ｔ_１は一次空気流量の時定数であり、Ｔ_２は二次空気流量の時定数であり、ΔＴは制御周期である。したがって、ｘ_ｐｐ（ｔ＋Ｔ_１）は、一次遅れ系である一次空気流量を時刻ｔにおける目標値（以下、「ＳＶ値」という）に応じて制御した結果収束した実測値であり、同様にｘ_ｓｐ（ｔ＋Ｔ_２）は、一次遅れ系である二次空気流量を時刻ｔにおける二次空気流量ＳＶ値に応じて制御した結果収束した実測値である。また、ｘ_ｐｐ（ｔ−ΔＴ）は、時刻ｔより一制御周期前の時点における一次空気流量ＰＶ値である。また、ｓｉｇｎ（）は符号関数である。ここで符号関数とは、入力された数値が正であれば「１」を、負であれば「−１」を出力する関数である。したがって、ｓｉｇｎ（ｘ_ｐｐ（ｔ+Ｔ_１）−ｘ_ｐｐ（ｔ））は、一次空気流量ＰＶ値が時刻ｔからｔ＋Ｔ_１にかけて増加したか否かを示している。

また、本実施の形態に係る空気流量特性モデル３１２は、具体的には次式（５−１）及び（５−２）で表される。

また、ｘ_ｓｍ（ｔ）は時刻ｔにおける空気調節弁２９のＭＶ値（以下、「二次空気流量ＭＶ値」という）である。式（５−１）はｘ_ｓｍ（ｔ）が閾値Ｔ_ｓｍ未満場合の線型モデルであり、式（５−２）はｘ_ｓｍ（ｔ）が閾値Ｔ_ｓｍ以上の場合の線型モデルであり、空気流量特性モデル３１２は、これらの２つの線型モデルが結合されたものである。

モデル構築処理では、最小二乗法により実績値を近似して、上記のような空気流量特性モデル３１１，３１２のモデルパラメータを特定する。最小二乗法では、目的変数の実測値に対する誤差を最小にするように近似が行われ、説明変数の実測値に対する誤差は考慮されない。ＭＶ値は空気量制御装置１００により算出される制御量であるので、制御の結果であるＳＰ値より実測値に対する誤差は少ない。本実施の形態では、式（４）、（５−１）及び（５−２）に示すようにＭＶ値を説明変数とし、ＳＰ値を目的変数としているため、かかる空気流量特性モデル３１１，３１２を最小二乗法により構築することで、ＭＶ値を目的変数とする場合に比べて構築された空気流量特性モデル３１１，３１２の確からしさが向上する。

空気流量特性モデル３１１は、一次空気用の空気調節弁２９の操作に用いられるため、空気流量特性モデル３１１に係る制御対象は一次空気供給口２５である。なお、ここでいう「制御対象」は、空気量制御装置１００全体の制御対象を指すのではなく、空気流量特性モデルが対象とする空気供給口における空気流量を指す。つまり、空気流量特性モデル３１１に係る制御対象は一次空気供給口２５における空気流量であり、二次空気供給口３３、及び空気供給口３５ａ，３８ａにおける空気流量は非制御対象である。同様に、空気流量特性モデル３１２に係る制御対象は二次空気供給口３３における空気流量であり、一次空気供給口２５、及び空気供給口３５ａ，３８ａにおける空気流量は非制御対象である。 一次空気用の空気調節弁２９の空気流量特性モデル３１１は、制御対象の一次空気供給口２５における一次空気流量ＰＶ値及びＳＶ値（これに対応するｘ_ｐｐ（ｔ＋Ｔ_１））だけでなく、非制御対象の空気供給口３３，３５ａ，３８ａにおける二次空気流量ＰＶ値、二次空気流量ＳＶ値（これに対応するｘ_ｓｐ（ｔ＋Ｔ_２））、補助バーナ空気流量ＰＶ値、及びエゼクタ空気流量ＰＶ値の各要素を含んでいる。つまり、空気流量特性モデル３１１は、一次空気と空気供給源である二次送風機２６を共有する二次空気、補助バーナ空気、及びエゼクタ空気の各空気流量を考慮して定義されている。このため、かかる空気流量特性モデル３１１を用いることで、空気調節弁２９の開度操作を適切に行うことができる。同様に、二次空気用の空気調節弁３４の空気流量特性モデル３１２は、制御対象の二次空気供給口３３における二次空気流量ＰＶ値及びＳＶ値（これに対応するｘ_ｓｐ（ｔ＋Ｔ_２））だけでなく、非制御対象の空気供給口２５，３５ａ，３８ａにおける一次空気流量ＰＶ値、一次空気流量ＳＶ値（これに対応するｘ_ｐｐ（ｔ＋Ｔ_１））、補助バーナ空気流量ＰＶ値、及びエゼクタ空気流量ＰＶ値の各要素を含んでいる。つまり、空気流量特性モデル３１２は、二次空気と空気供給源である二次送風機２６を共有する一次空気、補助バーナ空気、及びエゼクタ空気の各空気流量を考慮して定義されている。このため、かかる空気流量特性モデル３１２を用いることで、空気調節弁３４の開度操作を適切に行うことができる。

図４は、モデル構築処理の手順を示すフローチャートである。モデル構築処理において、ＣＰＵ３０１は、まず実績ＤＢ３２０から運転データを読み出す（ステップＳ２０１）。実績ＤＢ３２０には、上記のステップＳ１０３において格納された一次空気流量、酸素流量、補助バーナ空気流量、二次空気流量、及びエゼクタ空気流量の各ＰＶ値だけでなく、一次空気流量ＭＶ値及び二次空気流量ＭＶ値の実績値も時刻情報と対応付けられた運転データとして格納されている。ステップＳ２０１では、時刻ｔにおける一次空気流量、酸素流量、補助バーナ空気流量、二次空気流量、及びエゼクタ空気流量の各ＰＶ値、時刻ｔ＋Ｔ_１における一次空気流量ＰＶ値、時刻ｔ＋Ｔ_２における二次空気流量ＰＶ値、時刻ｔにおける一次及び二次空気流量の各ＭＶ値、並びに時刻ｔ−ΔＴにおける一次及び二次空気量それぞれのＰＶ値及びＭＶ値が読み出される。

次に、ＣＰＵ３０１は、前処理変数情報を作成する（ステップＳ２０２）。前処理変数情報の作成について説明する。式（４）に示したように、空気流量特性モデル３１１は、計算の必要のない説明変数（ｘ_ｐｐ（ｔ），ｘ_ｐｐ（ｔ＋Ｔ_１），ｘ_ｐｍ（ｔ），ｘ_ｓｐ（ｔ），ｘ_ｓｐ（ｔ＋Ｔ_２），ｘ_Ｏ２（ｔ））だけでなく、次のような計算する必要のある説明変数を含んでいる。

また、式（５−１）及び（５−２）に示したように、空気流量特性モデル３１２は、計算の必要のない説明変数（ｘ_ｐｐ（ｔ），ｘ_ｐｐ（ｔ＋Ｔ_１），ｘ_ｓｍ（ｔ），ｘ_ｓｐ（ｔ），ｘ_ｓｐ（ｔ＋Ｔ_２），ｘ_Ｏ２（ｔ））だけでなく、次のような計算する必要のある説明変数を含んでいる。

そこで、ＣＰＵ３０１は、読み出された運転データを用いて、上記の説明変数の実績値を算出する。これが前処理変数情報の作成である。

次にＣＰＵ３０１は、学習データ作成処理を実行する（ステップＳ２０３）。学習データ作成処理は、空気流量特性モデル３１１，３１２の機械学習に用いられるデータを作成するための処理である。

ここで、二次空気流量特性、つまり、空気調節弁３４の空気流量特性について説明する。一次空気流量特性、つまり、空気調節弁２９の空気流量特性は、概ね線形を示すため、式（４）に示す線形モデルによって実績値を近似できる。これに対して、二次空気流量特性は非線形である。したがって、単純に線型モデルによって二次空気流量特性を近似することはできない。

図５は、空気調節弁３４の空気流量特性を示すグラフである。図５において、縦軸は目的変数ｙ（ｔ）（つまり、時刻ｔ＋Ｔ２における二次空気流量ＰＶ値）を示し、横軸は二次空気流量ＭＶ値に関する説明変数ｊを示している。二次空気流量ＭＶ値に関する説明変数ｊとは、具体的には、次の各説明変数である。なお、図５には、横軸の説明変数が二次空気流量ＭＶ値である例を示している。

図５に示すように、二次空気流量特性は、説明変数ｊが閾値Ｔ（ｊ）未満の領域では、説明変数ｊに比例して目的変数ｙ（ｔ）が増加し、説明変数ｊが閾値Ｔ（ｊ）以上となると目的変数ｙ（ｔ）が一定値に収束する。このため、二次空気流量特性では、変曲点に閾値Ｔ（ｊ）を設定し、この閾値Ｔ（ｊ）を境界として上記の式（５−１）及び（５−２）に示した２つの線型モデルで実績値を近似する。よって、学習データの説明変数ｊが閾値Ｔ（ｊ）未満の場合には、式（５−１）のモデルに学習データを与えて式（５−２）のモデルには学習データを与えず、説明変数ｊが閾値Ｔ（ｊ）以上の場合には、式（５−１）のモデルには学習データを与えずに式（５−２）のモデルに学習データを与えるようにする。学習データ作成処理では、上記のような学習を行うための学習データ行列Ａを作成する。

学習データ行列Ａの一例を次に示す。

学習データ行列Ａは、一行が同一時刻（ｔ）についての各説明変数の実績値が含まれるデータセットとなっており、互いに異なる行には互いに異なる時刻の実績値のデータセットが含まれる。また、列は説明変数に対応しており、上記のような閾値Ｔ（ｊ）による場合分けが必要のない説明変数は一列に、場合分けが必要な説明変数は隣り合う二列に表現されている。場合分けが必要な説明変数は、左の列が閾値Ｔ（ｊ）未満の場合の学習データであり、右の列が閾値Ｔ（ｊ）以上の場合の学習データである。ある説明変数ｊの実績値ｘ（ｉ，ｊ）が閾値Ｔ（ｊ）未満であった場合、左の列の要素Ａ（ｉ，ｋ）に実績値ｘ（ｉ，ｊ）が格納され、右の列の要素Ａ（ｉ，ｋ＋１）には「０」が格納される。また、説明変数ｊの実績値ｘ（ｉ，ｊ）が閾値Ｔ（ｊ）以上であった場合、左の列の要素Ａ（ｉ，ｋ）には「０」が格納され、右の列の要素Ａ（ｉ，ｋ＋１）に実績値ｘ（ｉ，ｊ）が格納される。この学習データ行列Ａは、要素毎に学習ＤＢ３３０に格納される。

図６は、学習データ作成処理の手順を示すフローチャートである。学習データ作成処理において、ＣＰＵ３０１は、データインデックスｉ、つまり実績ＤＢ３２０から読み出されたレコードのインデックスｉ、説明変数インデックスｊ、及び機械学習に用いられる学習データ行列Ａの列成分インデックスｋのそれぞれを初期化する（ステップＳ３０１〜Ｓ３０３）。

次にＣＰＵ３０１は、説明変数ｊが二次空気流量ＭＶ値に関する説明変数であるか否かを判別し（ステップＳ３０４）、説明変数ｊが二次空気流量ＭＶ値に関する説明変数である場合（ステップＳ３０４においてＹＥＳ）、説明変数ｊの実績値ｘ（ｉ，ｊ）が閾値条件を満たすか否か、即ち、閾値Ｔ（ｊ）未満であるか否かを判別する（ステップＳ３０５）。閾値条件を満たしている場合、即ち、実績値ｘ（ｉ，ｊ）が閾値Ｔ（ｊ）未満である場合には（ステップＳ３０５においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は学習ＤＢ３３０における学習データ行列Ａの要素Ａ（ｉ，ｋ）に実績値ｘ（ｉ，ｊ）を格納し（ステップＳ３０６）、要素Ａ（ｉ，ｋ＋１）に「０」を格納する（ステップＳ３０７）。他方、閾値条件を満たしていない場合、即ち、実績値ｘ（ｉ，ｊ）が閾値Ｔ（ｊ）以上である場合には（ステップＳ３０５においてＮＯ）、ＣＰＵ３０１は学習ＤＢ３３０の要素Ａ（ｉ，ｋ）に「０」を格納し（ステップＳ３０８）、要素Ａ（ｉ，ｋ＋１）に実績値ｘ（ｉ，ｊ）を格納する（ステップＳ３０９）。ステップＳ３０７又はＳ３０８の処理の後、ＣＰＵ３０１は、ｋを２つインクリメントし（ステップＳ３１０）、ステップＳ３１３へ処理を移す。

説明変数ｊが二次空気流量ＭＶ値に関する説明変数でない場合（ステップＳ３０４においてＮＯ）、ＣＰＵ３０１は学習ＤＢ３３０の要素Ａ（ｉ，ｋ）に実績値ｘ（ｉ，ｊ）を格納し（ステップＳ３１１）、ｋを１つインクリメントして（ステップＳ３１２）、ステップＳ３１３へ処理を移す。

ＣＰＵ３０１は、ｊが説明変数の数Ｊに一致するか否かを判定し（ステップＳ３１３）、一致しなければ（ステップＳ３１３においてＮＯ）、ｊを１つインクリメントし（ステップＳ３１４）、ステップＳ３０４へ処理を戻す。これにより、次の説明変数の実績値が学習行列に格納される。

他方、ｊがＪに一致する場合には（ステップＳ３１３においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は目的変数ベクトルＢの要素Ｂ（ｉ）にデータｉにおける目的変数の実績値ｙ（ｉ）を格納し（ステップＳ３１５）、ｉが実績ＤＢ３２０から読み出されたレコードの数Ｉに一致するか否かを判定する（ステップＳ３１６）。ｉがＩに一致しない場合には（ステップＳ３１６においてＮＯ）、ＣＰＵ３０１はｉを１つインクリメントし（ステップＳ３１７）、ステップＳ３０２へ処理を戻す。他方、ｉがＩに一致する場合には（ステップＳ３１６においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は学習データ作成処理を終了する。

再び図４を参照する。学習データ作成処理を終了すると、ＣＰＵ３０１は、モデルパラメータを算出する（ステップＳ２０４）。モデルパラメータは、次式（６）にしたがって最小二乗法により算出される。

但し、Θはモデルパラメータベクトルであり、Ａは学習データ行列であり、Ｂは目的変数ベクトルである。

ＣＰＵ３０１は、算出されたモデルパラメータをモデル学習結果ＤＢ３４０に格納し（ステップＳ２０５）、モデル構築処理を終了する。

再び図３を参照する。モデル構築処理を終了すると、ＣＰＵ３０１は、ステップＳ１０１へ処理を戻す。これにより、ステップＳ１０１以降の処理が再び実行される。ステップＳ１０４において、空気流量特性モデル３１１，３１２を構築しないと判定された場合（ステップＳ１０４においてＮＯ）、ＣＰＵ３０１は、前回の制御処理（つまり、制御信号の送信）を実行した後、所定の制御周期ΔＴが経過したか否かを判定する（ステップＳ１０６）。制御周期ΔＴが経過していない場合（ステップＳ１０６においてＮＯ）、ＣＰＵ３０１は、ステップＳ１０１に処理を戻す。

他方、制御周期ΔＴが経過している場合（ステップＳ１０６においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、一次及び二次空気流量のＳＰ値をそれぞれ設定する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７の処理では、ガス化溶融炉プラント１０における一次及び二次空気流量のＳＰ値が算出される。このルールとしては、特願２０１６−２０６５６８に記載されたルールを利用することができる。設定された一次及び二次空気流量ＳＰ値は、動作条件ＤＢ３５０に格納される。

次にＣＰＵ３０１は、操作量決定処理を実行する（ステップＳ１０８）。操作量決定処理は、一次及び二次空気流量ＳＰ値に対する一次及び二次空気流量ＭＶ値を算出する処理である。図７は、操作量決定処理の手順を示すフローチャートである。操作量決定処理において、ＣＰＵ３０１は、まず、動作条件ＤＢ３５０から一次及び二次空気流量ＳＰ値と、動作条件データとを読み出し、また実績ＤＢ３２０から前処理後の運転データを読み出す（ステップＳ４０１）。動作条件データには、前回の一次及び二次空気流量ＭＶ値、一次空気流量ＭＶ値の上限値及び下限値等が含まれる。

次にＣＰＵ３０１は、一次空気操作量算出処理を実行する（ステップＳ４０２）。一次空気操作量算出処理は、空気流量特性モデル３１１に基づいて一次空気流量ＭＶ値を算出する処理である。図８は、一次空気操作量算出処理の手順を示すフローチャートである。一次空気操作量算出処理において、ＣＰＵ３０１は、まず中間変数Ｖを算出する（ステップＳ５０１）。中間変数Ｖは、次式（７ａ）乃至（７ｅ）にしたがって算出される。

上記の式（７ａ）乃至（７ｇ）は、式（４）をｘ_ｐｍ（ｔ）の式に変形することで得られる。なお、このときｘ_ｐｐ（ｔ＋Ｔ_１）がｘ_ｐｓ（ｔ）に、ｘ_ｓｐ（ｔ＋Ｔ_２）がｘ_ｓｓ（ｔ）に、ｘ_ｐｐ（ｔ−ΔＴ）がｘ_ｐｐ（ｔ−１）に、ｘ_ｐｍ（ｔ−ΔＴ）がｘ_ｐｍ（ｔ−１）にそれぞれ置き換えられる。これにより、目的変数が誤差の大きい一次空気流量ＰＶ値として精度よく求められた式（４）の形式の空気流量特性モデル３１１を、一次空気流量ＭＶ値を算出するための形式に変更できる。

次にＣＰＵ３０１は、Ｖが０以上であるか否かを判別する（ステップＳ５０２）。Ｖが０以上である場合（ステップＳ５０２においてＹＥＳ）、式（７ｆ）及び（７ｇ）にしたがって一次空気流量ＭＶ値の候補Ｃ_１１，Ｃ_１２を算出する（ステップＳ５０３）。さらにＣＰＵ３０１は、上下限リミッタ処理を実行する（ステップＳ５０４）。この処理では、一次空気流量ＭＶ値の候補Ｃ_１１，Ｃ_２２のそれぞれを一次空気流量ＭＶ値の上限値及び下限値と比較し、これらの一方又は両方が上限値又は下限値を超える場合にはその候補を上限値又は下限値に変更する処理である。

次にＣＰＵ３０１は、Ｃ_１１が０より大きいか否かを判別する（ステップＳ５０５）。Ｃ_１１が０より大きい場合（ステップＳ５０５においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は一次空気流量ＭＶ値をＣ_１１に決定し（ステップＳ５０６）、一次空気操作量算出処理を終了する。他方、Ｃ_１１が０以下である場合には（ステップＳ５０５においてＮＯ）、ＣＰＵ３０１はＣ_１２が０より大きいか否かを判別する（ステップＳ５０７）。Ｃ_１２が０より大きい場合（ステップＳ５０７においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は一次空気流量ＭＶ値をＣ_１２に決定し（ステップＳ５０８）、一次空気操作量算出処理を終了する。Ｃ_１２が０以下である場合（ステップＳ５０７においてＮＯ）、ＣＰＵ３０１は、前回の一次空気流量ＭＶ値を新たな一次空気流量ＭＶ値として再度決定し（ステップＳ５０９）、一次空気操作量算出処理を終了する。

また、ステップＳ５０２においてＶが０未満であった場合（ステップＳ５０２においてＮＯ）、ＣＰＵ３０１は、一次空気流量ＭＶ値を下限値に決定し（ステップＳ５１０）、一次空気操作量算出処理を終了する。

再び図７を参照する。一次空気操作量算出処理を終了すると、ＣＰＵ３０１は二次空気量算出処理を実行する（ステップＳ４０３）。二次空気操作量算出処理は、空気流量特性モデル３１２に基づいて二次空気流量ＭＶ値を算出する処理である。図９は、二次空気操作量算出処理の手順を示すフローチャートである。二次空気操作量算出処理において、ＣＰＵ３０１は、まず中間変数Ｗ_１，Ｗ_２を算出する（ステップＳ６０１）。中間変数Ｗ_１，Ｗ_２は、次式（８ａ）乃至（８ｊ）にしたがって算出される。

上記の式（８ａ）乃至（８ｎ）は、式（５−１）及び（５−２）をｘ_ｓｍ（ｔ）の式に変形することで得られる。なお、このときｘ_ｐｐ（ｔ＋Ｔ_１）がｘ_ｐｓ（ｔ）に、ｘ_ｓｐ（ｔ＋Ｔ_２）がｘ_ｓｓ（ｔ）に、ｘ_ｓｐ（ｔ−ΔＴ）がｘ_ｓｐ（ｔ−１）に、ｘ_ｓｍ（ｔ−ΔＴ）がｘ_ｓｍ（ｔ−１）にそれぞれ置き換えられる。これにより、目的変数が誤差の大きい一次空気流量ＰＶ値として精度よく求められた式（４）の形式の空気流量特性モデル３１１を、一次空気流量ＭＶ値を算出するための形式に変更できる。

次にＣＰＵ３０１は、Ｗ_１が０以上であるか否かを判別する（ステップＳ６０２）。ＣＰＵ３１１は、Ｗ_１が０以上である場合には（ステップＳ６０２においてＹＥＳ）、そのままステップＳ６０４に処理を移し、Ｗ_１が０未満である場合には（ステップＳ６０２においてＮＯ）、Ｗ_１を「０」に設定し（ステップＳ６０３）、ステップＳ６０４に処理を移す。

ＣＰＵ３０１は、Ｗ_２が０以上であるか否かを判別する（ステップＳ６０４）。ＣＰＵ３１１は、Ｗ_２が０以上である場合には（ステップＳ６０４においてＹＥＳ）、そのままステップＳ６０６に処理を移し、Ｗ_２が０未満である場合には（ステップＳ６０４においてＮＯ）、Ｗ_２を「０」に設定し（ステップＳ６０５）、ステップＳ６０６に処理を移す。

ＣＰＵ３０１は、式（８ｋ）乃至（８ｎ）にしたがって二次空気流量ＭＶ値の候補Ｃ_２１，Ｃ_２２，Ｃ_２３，Ｃ_２４を算出する（ステップＳ６０６）。さらにＣＰＵ３０１は、上下限リミッタ処理を実行する（ステップＳ６０７）。この処理では、二次空気流量ＭＶ値の候補Ｃ_２１，Ｃ_２２，Ｃ_２３，Ｃ_２４のそれぞれを二次空気流量ＭＶ値の上限値及び下限値と比較し、これらの一方又は両方が上限値又は下限値を超える場合にはその候補を上限値又は下限値に変更する処理である。

ＣＰＵ３０１は、Ｃ_２１，Ｃ_２２，Ｃ_２３，Ｃ_２４のそれぞれと前回の二次空気流量ＭＶ値との絶対値差分を算出し（ステップＳ６０８）、Ｃ_２１，Ｃ_２２，Ｃ_２３，Ｃ_２４のうち絶対値差分が最小のものを二次空気流量ＭＶ値として決定する（ステップＳ６０９）。以上で、二次空気操作量算出処理が終了する。

再び図７を参照する。二次空気操作量算出処理を終了すると、ＣＰＵ３０１は操作量決定処理を終了する。

再び図３を参照する。操作量決定処理を終了すると、ＣＰＵ３０１は、得られた一次及び二次空気流量ＭＶ値に応じた制御信号を送信し、空気調節弁２９の弁開度を操作する（ステップＳ１０９）。ＣＰＵ３０１は、処理結果として、一次及び二次空気流量ＭＶ値を実績ＤＢ３２０及び動作条件ＤＢ３５０に保存し（ステップＳ１１０）、空気量制御処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ１１１）。空気量制御処理を終了しない場合には（ステップＳ１１１においてＮＯ）、ＣＰＵ３０１は、ステップＳ１０１へ処理を戻す。例えば運転員から終了指示が与えられ、空気量制御処理を終了する場合には（ステップＳ１１１においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は空気量制御処理を終了する。

（その他の実施の形態）
上述した実施の形態では、空気流量特性モデル３１１が、二次空気流量ＰＶ値、二次空気流量ＳＶ値（これに対応するｘ_ｓｐ（ｔ＋Ｔ_２））、補助バーナ空気流量ＰＶ値、エゼクタ空気流量ＰＶ値、及び酸素流量ＰＶ値の各要素を含んで定義される構成について述べたが、これに限定されるものではない。二次空気流量ＳＶ値、補助バーナ空気流量ＰＶ値、エゼクタ空気流量ＰＶ値、及び酸素流量ＰＶ値を用いることなく、二次空気流量ＰＶ値を用いて空気流量特性モデル３１１を定義することもできるし、二次空気流量ＳＶ値、補助バーナ空気流量ＰＶ値、エゼクタ空気流量ＰＶ値、及び酸素流量ＰＶの少なくとも１つを用いて空気流量特性モデル３１１を定義することもできる。また、二次空気流量ＰＶ値、二次空気流量ＳＶ値（これに対応するｘ_ｓｐ（ｔ＋Ｔ_２））、補助バーナ空気流量ＰＶ値、エゼクタ空気流量ＰＶ値、及び酸素流量ＰＶ値とは異なる空気流量、例えば、溶融炉３０を始動するための始動バーナに二次送風機２６からの空気を供給する構成の場合には、始動バーナへ供給される空気流量（以下、「始動バーナ空気流量」という）、ガス化炉２０に設けられたバーナに二次送風機２６からの空気を供給する構成の場合には、当該バーナへ供給される空気流量（以下、「ガス化炉バーナ空気流量」という）を用いて空気流量特性モデル３１１を定義することもできる。具体的には、式（４）及び式（７ｄ）におけるｘ_{ｏｔｈｅｒ}（ｔ）を、時刻ｔにおける補助バーナ空気流量ＰＶ値、エゼクタ空気流量ＰＶ値、始動バーナ空気流量ＰＶ値、及びガス化炉バーナ空気流量ＰＶ値の和としてもよい。

また、上述した実施の形態では、空気流量特性モデル３１２が、一次空気流量ＰＶ値、一次空気流量ＳＶ値（これに対応するｘ_ｐｐ（ｔ＋Ｔ_１））、補助バーナ空気流量ＰＶ値、エゼクタ空気流量ＰＶ値、及び酸素流量ＰＶ値の各要素を含んで定義される構成について述べたが、これに限定されるものではない。一次空気流量ＳＶ値、補助バーナ空気流量ＰＶ値、エゼクタ空気流量ＰＶ値、及び酸素流量ＰＶ値を用いることなく、一次空気流量ＰＶ値を用いて空気流量特性モデル３１２を定義することもできるし、一次空気流量ＳＶ値、補助バーナ空気流量ＰＶ値、エゼクタ空気流量ＰＶ値、及び酸素流量ＰＶの少なくとも１つを用いて空気流量特性モデル３１２を定義することもできる。また、一次空気流量ＰＶ値、一次空気流量ＳＶ値（これに対応するｘ_ｐｐ（ｔ＋Ｔ_１））、補助バーナ空気流量ＰＶ値、エゼクタ空気流量ＰＶ値、及び酸素流量ＰＶ値とは異なる空気流量、例えば、始動バーナ空気流量、ガス化炉バーナ空気流量を用いて空気流量特性モデル３１１を定義することもできる。具体的には、式（５−１）及び（５−２）並びに式（８ｄ）及び（８ｈ）におけるｘ_{ｏｔｈｅｒ}（ｔ）を、時刻ｔにおける補助バーナ空気流量ＰＶ値、エゼクタ空気流量ＰＶ値、始動バーナ空気流量ＰＶ値、及びガス化炉バーナ空気流量ＰＶ値の和としてもよい。

また、上述した実施の形態では、空気流量特性モデル３１１，３１２を重回帰分析によって構築する構成について述べたが、これに限定されるものではない。運転員等が経験に基づいて空気流量特性モデル３１１，３１２を作成してもよい。また、上述した実施の形態では、線形最小二乗法によって空気流量特性モデル３１１，３１２を構築する構成について述べたが、他の線形フィッティング方法を用いる構成としてもよい。また、上述した実施の形態では、空気流量特性モデル３１２を２つの線型モデルとしてそれぞれ線形最小二乗法によって近似する構成としたが、非線形最小二乗法を用いて空気流量特性モデル３１２を構築する構成とすることもできる。また、重回帰分析ではなく、ニューラルネットワーク、決定木、遺伝的プログラミング等の機械学習によって空気流量特性モデルを構築してもよい。

また、上述した実施の形態では、単一のコンピュータ２００によって空気量制御プログラム３１０のすべての処理が実行される構成について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、空気量制御プログラム３１０と同様の処理を、複数の装置（コンピュータ）により分散して実行する分散システムとすることも可能である。

本発明のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置、空気量制御方法、及び空気流量特性モデルは、ガス化溶融炉プラントにおける燃焼空気供給量を制御するための空気量制御装置及び空気量制御方法並びにこれらに用いられる空気流量特性モデル等として有用である。

１０ ガス化溶融炉プラント
１５ ガス化溶融炉
２０ ガス化炉
２４ 流路
２５ 一次空気供給口
２６ 二次送風機
２７ ダクト
２８ 酸素富化装置
２９，３４，３５ｂ，３８ｂ 空気調節弁
３０ 溶融炉
３１ 一次燃焼室
３２ 二次燃焼室
３３ 二次空気供給口
３５ 溶融炉補助バーナ
３５ａ 空気供給口
３６ 絞部
３８ 出滓エゼクタ
３８ａ 空気供給口
７４ 吐出温度計
７５ 吐出圧力計
７６ 一次空気流量計
７７ 酸素流量計
７８ 補助バーナ空気流量計
７９ 二次空気流量計
８０ エゼクタ空気流量計
１００ 空気量制御装置
２００ コンピュータ
３０１ ＣＰＵ
３１０ 空気量制御プログラム
３１１，３１２ 空気流量特性モデル
３２０ 実績データベース

Claims (18)

1. 廃棄物を焼却し、焼却により生じた灰分を溶融させるガス化溶融炉に複数の空気供給口が設けられ、前記複数の空気供給口のそれぞれに共通の空気供給装置から空気が供給されるガス化溶融炉プラントの空気量制御装置であって、
   制御対象の空気供給口における空気流量の測定値である対象測定値と、非制御対象の空気供給口における空気流量の測定値である非対象測定値とを取得する測定値取得手段と、
   前記制御対象の空気流量の目標値である対象目標値を設定する目標値設定手段と、
   前記測定値取得手段によって取得された前記対象測定値及び前記非対象測定値、並びに前記目標値設定手段によって設定された前記対象目標値に基づいて、前記制御対象の空気供給口における空気流量を調節するために前記空気供給口に接続された空気調節弁の操作量を決定する操作量決定手段と
   を備える、
   ガス化溶融炉プラントの空気量制御装置。
2. 前記目標値設定手段は、前記非制御対象の空気流量の目標値である非対象目標値をさらに設定するように構成されており、
   前記操作量決定手段は、前記目標値設定手段によって設定された前記非対象目標値にさらに基づいて、前記操作量を決定するように構成されている、
   請求項１に記載のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置。
3. 前記測定値取得手段は、前記対象測定値として前記ガス化溶融炉に含まれる溶融炉の一次空気流量測定値を取得し、前記非対象測定値として前記溶融炉の二次空気流量測定値を取得するように構成され、
   前記目標値設定手段は、前記対象目標値として前記溶融炉の一次空気流量目標値を設定するように構成され、
   前記操作量決定手段は、前記溶融炉の一次空気供給口に接続された前記空気調節弁の操作量を決定するように構成されている、
   請求項１又は２に記載のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置。
4. 前記測定値取得手段は、前記対象測定値として前記ガス化溶融炉に含まれる溶融炉の二次空気流量測定値を取得し、前記非対象測定値として前記溶融炉の一次空気流量測定値を取得するように構成され、
   前記目標値設定手段は、前記対象目標値として前記溶融炉の二次空気流量目標値を設定するように構成され、
   前記操作量決定手段は、前記溶融炉の二次空気供給口に接続された前記空気調節弁の操作量を決定するように構成されている、
   請求項１又は２に記載のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置。
5. 前記測定値取得手段は、前記ガス化溶融炉に含まれるガス化炉バーナへの空気供給量測定値、前記溶融炉に設けられた溶融炉始動バーナへの空気供給量測定値、前記溶融炉に設けられた溶融炉補助バーナへの空気供給量測定値、前記溶融炉から溶融スラグを排出するための出滓エゼクタへの空気供給量測定値、及び前記一次空気に混合される酸素流量測定値の少なくとも１つを、前記非対象測定値としてさらに取得するように構成されている、
   請求項３又は４に記載のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置。
6. 前記制御対象及び前記非制御対象の空気流量それぞれの実績値、及び前記空気調節弁の操作量の実績値に基づいて、前記対象測定値、前記非対象測定値及び前記対象目標値に基づき前記空気調節弁の操作量を決定するための空気流量特性モデルを構築するモデル構築手段をさらに備え、
   前記操作量決定手段は、前記モデル構築手段によって構築された前記空気流量特性モデルに前記対象測定値、前記非対象測定値及び前記対象目標値を適用して前記操作量を決定するように構成されている、
   請求項１乃至５の何れかに記載のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置。
7. 前記モデル構築手段は、前記制御対象の空気流量の過去の第１時点での実績値である第１対象空気流量実績値、前記非制御対象の空気流量の前記第１時点での実績値である非対象空気流量実績値、及び前記空気調節弁における前記第１時点での操作量実績値のそれぞれを説明変数とし、前記制御対象の空気流量の前記第１時点より所定時間経過後の第２時点での実績値である第２対象空気流量実績値を目的変数として、重回帰分析により前記空気流量特性モデルを構築するように構成されており、
   前記操作量決定手段は、前記空気流量特性モデルにおける前記第１対象空気流量実績値を前記対象測定値に、前記第２対象空気流量実績値を前記対象目標値に、前記非対象空気流量実績値を前記非対象測定値に置き換えて、前記操作量を決定するように構成されている、
   請求項６に記載のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置。
8. 前記モデル構築手段は、前記ガス化溶融炉に含まれる溶融炉の一次空気流量の前記第１時点での実績値を前記第１対象空気流量実績値とし、前記一次空気流量の前記第２時点での実績値を前記第２対象空気流量実績値とし、前記溶融炉の二次空気流量の前記第１時点での実績値を前記非対象空気流量実績値とし、前記溶融炉の一次空気供給口に接続された前記空気調節弁の操作量の前記第１時点での実績値を前記操作量実績値として、前記空気流量特性モデルを構築するように構成されており、
   前記測定値取得手段は、前記対象測定値として前記溶融炉の一次空気流量測定値を取得し、前記非対象測定値として前記溶融炉の二次空気流量測定値を取得するように構成され、
   前記目標値設定手段は、前記対象目標値として前記溶融炉の一次空気流量目標値を設定するように構成され、
   前記操作量決定手段は、前記空気流量特性モデルに前記対象測定値、前記非対象測定値及び前記対象目標値を適用して、前記空気調節弁の操作量を決定するように構成されている、
   請求項７に記載のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置。
9. 前記モデル構築手段は、前記空気調節弁の操作量の前記第１時点での実績値の二乗、前記空気調節弁の操作量の実績値の時間変化率、前記一次空気流量の実績値の時間変化率、及び前記空気調節弁の操作量の実績値の時間変化率と前記一次空気流量の実績値の時間変化率との積の少なくとも１つにさらに基づいて、前記空気流量特性モデルを構築するように構成されている、
   請求項８に記載のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置。
10. 前記モデル構築手段は、前記ガス化溶融炉に含まれるガス化炉バーナへの空気供給量の実績値、前記溶融炉に設けられた溶融炉始動バーナへの空気供給量の実績値、前記溶融炉に設けられた溶融炉補助バーナへの空気供給量の実績値、前記溶融炉から溶融スラグを排出するための出滓エゼクタへの空気供給量の実績値、及び前記一次空気と混合される酸素流量の実績値の少なくとも１つにさらに基づいて、前記空気流量特性モデルを構築するように構成されており、
    前記測定値取得手段は、前記ガス化炉バーナへの空気供給量測定値、前記溶融炉始動バーナへの空気供給量測定値、前記溶融炉補助バーナへの空気供給量測定値、前記出滓エゼクタへの空気供給量測定値、及び前記一次空気に混合される酸素流量測定値の少なくとも１つを、前記非対象測定値としてさらに取得するように構成されている、
    請求項８又は９に記載のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置。
11. 前記モデル構築手段は、前記一次空気流量の実績値が時間経過に伴って増加したか否かにさらに基づいて、前記空気流量特性モデルを構築するように構成されている、
    請求項８乃至１０の何れかに記載のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置。
12. 前記モデル構築手段は、前記ガス化溶融炉に含まれる溶融炉の二次空気流量の前記第１時点での実績値を前記第１対象空気流量実績値とし、前記二次空気流量の前記第２時点での実績値を前記第２対象空気流量実績値とし、前記溶融炉の一次空気流量の前記第１時点での実績値を前記非対象空気流量実績値とし、前記溶融炉の二次空気供給口に接続された前記空気調節弁の操作量の前記第１時点での実績値を前記操作量実績値として、前記空気流量特性モデルを構築するように構成されており、
    前記測定値取得手段は、前記対象測定値として前記溶融炉の二次空気流量測定値を取得し、前記非対象測定値として前記溶融炉の一次空気流量測定値を取得するように構成され、
    前記目標値設定手段は、前記対象目標値として前記溶融炉の二次空気流量目標値を設定するように構成され、
    前記操作量決定手段は、前記空気流量特性モデルに前記対象測定値、前記非対象測定値及び前記対象目標値を適用して、前記空気調節弁の操作量を決定するように構成されている、
    請求項７に記載のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置。
13. 前記モデル構築手段は、前記空気調節弁の操作量の前記第１時点での実績値の平方根、前記空気調節弁の操作量の実績値の時間変化率、前記二次空気流量の実績値の時間変化率、及び前記空気調節弁の操作量の実績値の時間変化率と前記二次空気流量の実績値の時間変化率との積の少なくとも１つにさらに基づいて、前記空気流量特性モデルを構築するように構成されている、
    請求項１２に記載のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置。
14. 前記モデル構築手段は、前記ガス化溶融炉に含まれるガス化炉バーナへの空気供給量の実績値、前記溶融炉に設けられた溶融炉始動バーナへの空気供給量の実績値、前記溶融炉に設けられた溶融炉補助バーナへの空気供給量の実績値、前記溶融炉から溶融スラグを排出するための出滓エゼクタへの空気供給量の実績値、及び前記一次空気と混合される酸素流量の実績値の少なくとも１つにさらに基づいて、前記空気流量特性モデルを構築するように構成されており、
    前記測定値取得手段は、前記ガス化炉バーナへの空気供給量測定値、前記溶融炉始動バーナへの空気供給量測定値、前記溶融炉補助バーナへの空気供給量測定値、前記出滓エゼクタへの空気供給量測定値、及び前記一次空気に混合される酸素流量測定値の少なくとも１つを、前記非対象測定値としてさらに取得するように構成されている、
    請求項１２又は１３に記載のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置。
15. 前記モデル構築手段は、前記二次空気流量の実績値が時間経過に伴って増加したか否かにさらに基づいて、前記空気流量特性モデルを構築するように構成されている、
    請求項１２乃至１４の何れかに記載のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置。
16. 前記モデル構築手段は、複数の線型モデルが結合された前記空気流量特性モデルを構築するように構成されている、
    請求項７乃至１５の何れかに記載のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置。
17. 前記操作量決定手段は、前記モデル構築手段によって構築された重回帰式である前記空気流量特性モデルを式変換して、前記操作量実績値を目的変数とし、前記第２対象空気流量実績値を説明変数とした操作量決定式を導出し、前記操作量決定式を用いて前記操作量を決定するように構成されている、
    請求項７乃至１６の何れかに記載のガス化溶融炉プラントの空気量制御装置。
18. 廃棄物を焼却し、焼却により生じた灰分を溶融させるガス化溶融炉に複数の空気供給口が設けられ、前記複数の空気供給口のそれぞれに共通の空気供給装置から空気が供給されるガス化溶融炉プラントの空気量制御方法であって、
    制御対象の空気供給口における空気流量の測定値である対象測定値と、非制御対象の空気供給口における空気流量の測定値である非対象測定値とを取得するステップと、
    前記制御対象の空気流量の目標値である対象目標値を設定するステップと、
    取得された前記対象測定値及び前記非対象測定値、並びに設定された前記対象目標値に基づいて、前記制御対象の空気供給口における空気流量を調節するために前記空気供給口に接続された空気調節弁の操作量を決定するステップと
    を有する、
    ガス化溶融炉プラントの空気量制御方法。

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