JP6880144B2 - 燃焼状況評価方法及び燃焼制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、主として、火格子により廃棄物を搬送しながら焼却する火格子式の焼却炉において、安定な燃焼を適切に維持するために燃焼状況を評価する方法に関する。

焼却炉には、多種多様な廃棄物が投入されるため、投入された廃棄物の性状が変化した場合であっても、安定な燃焼を適切に維持できることが重要となる。また、火格子式の廃棄物焼却炉では、廃棄物を乾燥させる乾燥部と、廃棄物を火炎燃焼させる燃焼部と、廃棄物を後燃焼（オキ燃焼）させる後燃焼部と、に区分されている。安定な燃焼を適切に維持する燃焼制御を行うためには、例えば、火格子に堆積されている廃棄物に関する十分な情報を取得することが重要となる。特許文献１から９には、廃棄物に関する情報を取得して制御する方法が開示されている。

特許文献１の方法では、焼却炉の壁部に設けた２つの撮像手段により、火炎の可視画像と、火格子上の廃棄物の赤外線画像（熱画像）を取得し、この可視画像と熱画像とを燃焼制御のために用いる。特許文献２の方法では、２台のテレビカメラを用いて焼却炉内を撮影して可視画像を取得し、これらの画像に基づいて立体画像を作成し、この立体画像を燃焼制御のために用いる。特許文献３から５の方法では、１又は複数の熱画像撮像部により、火格子上の廃棄物の熱画像を撮像し、１又は複数の熱画像を燃焼制御のために用いる。特に、特許文献３及び４では、火炎の影響を除外するために、特定の波長の赤外線を検出する熱画像撮像部を用いることが記載されている。特許文献６の方法では、レーダ装置を用いて火格子上の燃料の３次元分布を取得するとともに、赤外線カメラを用いて火格子上の燃料の温度分布を取得し、これらの情報を燃焼制御のために用いる。特許文献７の方法では、火炎の波長を除去する光学フィルタを有しているステレオカメラを用いて火格子上の廃棄物の高さを取得して燃え切り位置を推定し、燃え切り位置を燃焼制御のために用いる。特許文献８の方法では、炉内を移動するごみの熱画像を炎越しに連続的に撮像し、熱画像データからごみの炉本体の両側の内壁面との境界線を検出することで、撮影領域におけるごみの推定体積を算出し、ごみの推定体積を燃焼制御に用いる。

特開平１０−５４５３２号公報 特開平５−１１８５２４号公報 特関２０１７−１８７２２８号公報 特開２０１８−２１６８６号公報 特開２０１７−１１６２５２号公報 特開平８−３５６３０号公報 特開２０１８−１５５４１１号公報 特許６４７２０３５号公報

特許文献１及び２のように可視画像を用いる場合、燃焼部で発生している火炎が邪魔となり、火格子上の廃棄物の形状及び動きを十分に取得できない。そもそも、特許文献２は、異常燃焼の位置を検出するために画像を取得し立体画像を作成しており、火格子上の廃棄物を検出対象としていない。特許文献３から５は、１又は複数の廃棄物の熱画像をそのまま用いるため、廃棄物の詳細な形状及びその動きを十分に取得できない。また、特許文献６のように火格子上の燃料をレーダで検出する場合、高温環境かつ火炎が存在する状況において、廃棄物で反射された電磁波を検出する必要があるため、レーダ自体のコストが高くなる。また、特許文献６では、赤外線カメラは、燃料の形状ではなく温度分布を取得するために用いられている。特許文献７では、廃棄物高さ情報を用いて燃え切り位置を推定しているが、廃棄物の性状に応じて廃棄物の高さだけでなく廃棄物の送り速度も変化するため、廃棄物高さのみからでは、燃焼状態制御を行うために適切な燃え切り位置を算出できないことがある。特許文献８では、ごみの推定体積の算出に使用する情報として、ごみの炉本体の両側の内壁面との境界線のみを使用するため、炉幅方向のごみ高さの違いが考慮されない。その結果、ごみの推定体積の精度が低くなるため、燃焼制御の指標とするためには、誤差が大き過ぎる可能性がある。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、燃焼制御の指標とするために適切な情報を算出する方法を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の燃焼状況評価方法が提供される。即ち、この燃焼状況評価方法は、乾燥部と燃焼部と後燃焼部とに区分されており、廃棄物が堆積した状態で間欠的に動作することで当該廃棄物を搬送する火格子を備える焼却炉に対して行われる。この燃焼状況評価方法は、作成工程と、分割工程と、第１算出工程と、第２算出工程と、第３算出工程と、第１予測工程と、第２予測工程と、を含む。前記作成工程では、複数の赤外線カメラを用いて、火炎が放射しない波長の光を選択的に透過させるフィルタを介して、少なくとも前記乾燥部及び前記燃焼部に堆積した前記廃棄物を観測して、視点が異なる複数の熱画像を取得し、当該複数の熱画像に基づいて、３次元熱画像を作成する。前記分割工程では、前記３次元熱画像の前記廃棄物を複数の要素にメッシュ分割する。前記第１算出工程では、前記３次元熱画像に基づいて、前記廃棄物の厚み、及び、前記廃棄物の表面移動速度を前記要素毎に算出する。前記第２算出工程では、前記第１算出工程の算出結果に基づいて、前記要素に位置する前記廃棄物が当該要素に位置するまでに厚みが時系列でどのように変化したかを示す厚み経過情報を、前記要素毎に算出する。前記第３算出工程では、前記第１算出工程及び前記第２算出工程の算出結果に基づいて、前記要素に位置する前記廃棄物が当該要素に位置するまでに体積流量が時系列でどのように変化したかを示す体積流量経過情報を、前記要素毎に算出する。前記第１予測工程では、前記要素毎の前記体積流量経過情報と、燃焼制御用に用いる値であって前記火格子の搬送速度を設定するための値を少なくとも含む制御値の時間変化と、に基づいて得られる体積流量の時間経過の傾向に基づいて、体積流量の将来の変化を前記要素毎に予測する。前記第２予測工程では、前記第１予測工程の予測結果に基づいて、焼却炉全体として燃焼が開始した位置の指標であって燃焼を評価するための位置である燃焼開始評価位置、及び、焼却炉全体として火炎燃焼が終了した位置の指標であって燃焼を評価するための位置である燃え切り評価位置の少なくとも一方の位置変化を予測する。

これにより、廃棄物の体積流量が時系列でどのように変化してきたかに基づいて、将来の体積流量の変化を予測して、燃焼開始評価位置／燃え切り評価位置の位置変化を予測するため、廃棄物の厚みのみを用いる方法等と比較して、高い信頼性で燃焼開始評価位置／燃え切り評価位置の位置変化を予測できる。更に、廃棄物をメッシュ分割して評価することで、炉幅方向の端部のみを評価する方法と比較して、より高い信頼性で燃焼開始評価位置／燃え切り評価位置の位置変化を予測できる。

本発明によれば、燃焼制御の指標とするために適切な情報を算出することができる。

本発明の方法を行う対象の焼却炉を含む廃棄物焼却設備の概略構成図。 焼却炉の機能ブロック図。 赤外線カメラの取付位置を示す焼却炉の立体模式図。 燃焼を安定させるために制御装置が行う制御の一部を示すフローチャート。 燃焼を安定させるために制御装置が行う制御の残りを示すフローチャート。 廃棄物の厚み、表面移動速度、及びメッシュ分割を示す斜視図。 厚み経過情報について説明する図。 体積流量経過情報及びその予測について説明する図。 燃焼開始可能状態と燃え切り状態の判定結果、燃焼開始評価位置と燃え切り評価位置、及びそれらの予測について説明する平面模式図。 燃焼開始位置及び燃え切り位置が上流側に移動したときの様子を示す廃棄物焼却設備の概略構成図。 燃焼開始位置及び燃え切り位置が下流側に移動したときの様子を示す廃棄物焼却設備の概略構成図。

＜廃棄物焼却設備の全体構成＞初めに、図１を参照して、本実施形態の焼却炉（廃棄物焼却炉）１０を含む廃棄物焼却設備（廃棄物焼却施設）１００について説明する。図１は、本発明の方法を行う対象の焼却炉１０を含む廃棄物焼却設備１００の概略構成図である。なお、以下の説明では、単に上流、下流と記載したときは、廃棄物、燃焼ガス、排ガス、一次空気、二次空気、循環排ガス等が流れる方向の上流及び下流を意味するものとする。

図１に示すように、廃棄物焼却設備１００は、焼却炉１０と、ボイラ３０と、蒸気タービン発電設備３５と、を備える。焼却炉１０は、供給された廃棄物を焼却する。なお、焼却炉１０の詳細な構成は後述する。

ボイラ３０は、廃棄物の燃焼によって発生した熱を利用して蒸気を生成する。ボイラ３０は、流路壁に設けられた多数の水管３１及び過熱器管３２で、炉内で発生した高温の燃焼ガスと水との熱交換を行うことにより蒸気（過熱蒸気）を生成する。水管３１及び過熱器管３２で生成された蒸気は、蒸気タービン発電設備３５へ供給される。

蒸気タービン発電設備３５は、図略のタービン及び発電装置を含んで構成されている。タービンは、水管３１及び過熱器管３２から供給された蒸気によって回転駆動される。発電装置は、タービンの回転駆動力を用いて発電を行う。

ここで、安定した発電を行うには、ボイラ３０での蒸気（過熱蒸気）の生成量を安定化させることが必要である。ボイラ３０での蒸気（過熱蒸気）の生成量を安定化させるためには、ボイラ３０への入熱を安定させる必要がある。つまり、発電量を一定に保つには、焼却炉１０からボイラ３０へ供給される燃焼ガスの保有熱量を安定させて、ボイラ３０への入熱を安定に保つ必要がある。

＜焼却炉１０の構成＞焼却炉１０は、廃棄物を炉内に供給するための給じん装置４０を備える。給じん装置４０は、廃棄物投入ホッパ４１と、給じん装置本体４２と、を備える。廃棄物投入ホッパ４１は、炉外から廃棄物が投入される部分である。給じん装置本体４２は、廃棄物投入ホッパ４１の底部分に位置し、水平方向に移動可能に構成されている。給じん装置本体４２は、廃棄物投入ホッパ４１に投入された廃棄物を下流側に供給する。この給じん装置本体４２の移動速度、単位時間あたりの移動回数、移動量（ストローク）、及びストローク端の位置（移動範囲）は、制御装置９０によって制御されている。なお、給じん装置は水平方向に対し多少の角度をもって移動する型式でもよい。

給じん装置４０によって炉内に供給された廃棄物は、搬送部２０によって、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３の順に供給されていく。搬送部２０は、乾燥部１１に設けられた乾燥火格子２１と、燃焼部１２に設けられた燃焼火格子２２と、後燃焼部１３に設けられた後燃焼火格子２３と、で構成されている。従って、搬送部２０は複数段の火格子から構成されている。それぞれの火格子は、各部の底面に設けられており、廃棄物が載置される。

火格子は、廃棄物搬送方向に並べて配置された可動火格子と固定火格子とから構成されており、可動火格子が前進、停止、後進、停止等の順で動作することで、廃棄物を下流側へ搬送するとともに、廃棄物を攪拌することができる。可動火格子の動作速度を増速（減速）させることで、廃棄物の搬送速度を増速（減速）させることができる。また、可動火格子の停止時間を短く（長く）することで、廃棄物の搬送速度を増速（減速）させることができる。また、火格子は、気体が通過可能な大きさの隙間を空けて並べて配置されている。

乾燥部１１は、焼却炉１０に供給された廃棄物を乾燥させる部分である。乾燥部１１の廃棄物は、乾燥火格子２１の下から供給される一次空気及び隣接する燃焼部１２における燃焼の輻射熱によって乾燥する。その際、熱分解によって乾燥部１１の廃棄物から熱分解ガスが発生する。また、乾燥部１１の廃棄物は、乾燥火格子２１によって燃焼部１２に向かって搬送される。

燃焼部１２は、乾燥部１１で乾燥した廃棄物を主に燃焼させる部分である。燃焼部１２では、廃棄物が主に火炎燃焼を起こし火炎が発生する。燃焼部１２における廃棄物及び燃焼により発生した灰及び燃焼しきれなかった未燃物は、燃焼火格子２２によって後燃焼部１３に向かって搬送される。また、燃焼部１２で発生した燃焼ガス及び火炎は、絞り部１７を通過して後燃焼部１３に向かって流れる。なお、燃焼火格子２２は、乾燥火格子２１と同じ高さに設けられているが、乾燥火格子２１よりも低い位置に設けられていてもよい。

後燃焼部１３は、燃焼部１２で燃焼しきれなかった廃棄物（未燃物）を燃焼させる部分である。後燃焼部１３では、燃焼ガスの輻射熱と一次空気によって、燃焼部１２で燃焼しきれなかった未燃物の燃焼が促進される。その結果、未燃物の殆どが灰となって、未燃物は減少する。なお、後燃焼部１３で発生した灰は、後燃焼部１３の底面に設けられた後燃焼火格子２３によってシュート２４に向かって搬送される。シュート２４に搬送された灰は、廃棄物焼却設備１００の外部に排出される。なお、本実施形態の後燃焼火格子２３は、燃焼火格子２２よりも低い位置に設けられているが、燃焼火格子２２と同じ高さに設けられていてもよい。

上述したように、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３では、生じる反応が異なるため、それぞれの壁面等は、生じる反応に応じた構成となっている。例えば、燃焼部１２では火炎燃焼が生じるため、乾燥部１１よりも耐火レベルが高い構造が採用されている。

再燃焼部１４は、燃焼ガスに含まれる未燃ガスを燃焼させる部分である。再燃焼部１４は、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３から上方に向かって延び、その途中に二次空気が供給される。これにより、燃焼ガスは二次空気と混合及び撹拌され、燃焼ガスに含まれる未燃ガスが再燃焼部１４で燃焼される。なお、燃焼部１２及び後燃焼部１３で生じる燃焼を一次燃焼と称し、再燃焼部１４で生じる燃焼（つまり、一次燃焼で残存した未燃ガスの燃焼）を二次燃焼と称する。

気体供給装置５０は、炉内に気体を供給する装置である。本実施形態の気体供給装置５０は、一次空気供給部５１と、二次空気供給部５２と、排ガス供給部５３と、を有している。それぞれの供給部は、気体を誘引又は送出するための送風機によって構成されている。

本明細書では、一次燃焼のために供給する気体を一次燃焼用気体と称する。一次燃焼用気体としては、一次空気、循環排ガス、それらの混合ガスが含まれる。一次空気とは、外部から取り込んだ空気であって、燃焼等に用いられていない（即ち、循環排ガスを除く）気体である。従って、一次空気には、外部から取り込んだ空気を加熱等した気体も含まれる。同様に、本明細書では、二次燃焼のために供給する気体を二次燃焼用気体と称する。二次燃焼用気体としては、二次空気、循環排ガス、それらの混合ガスが含まれる。二次空気の定義は一次空気と同様である。

一次空気供給部５１は、一次空気供給経路７１を介して炉内に一次空気を供給する。一次空気供給経路７１は、第１供給経路７１ａと、第２供給経路７１ｂと、第３供給経路７１ｃと、に分岐されている。なお、一次空気供給経路７１にヒータを設け、各部に供給する一次空気の温度を調整できるようにしてもよい。

第１供給経路７１ａは、乾燥火格子２１の下方に設けられた乾燥段風箱２５に一次空気を供給するための経路である。第１供給経路７１ａには第１ダンパ８１が設けられており、乾燥段風箱２５に供給する一次空気の供給量を調整することができる。また、第１ダンパ８１は制御装置９０によって制御されている。

第２供給経路７１ｂは、燃焼火格子２２の下方に設けられた燃焼段風箱２６に一次空気を供給するための経路である。第２供給経路７１ｂには第２ダンパ８２が設けられており、燃焼段風箱２６に供給する一次空気の供給量を調整することができる。また、第２ダンパ８２は制御装置９０によって制御されている。

第３供給経路７１ｃは、後燃焼火格子２３の下方に設けられた後燃焼段風箱２７に一次空気を供給するための経路である。第３供給経路７１ｃには第３ダンパ８３が設けられており、後燃焼段風箱２７に供給する一次空気の供給量を調整することができる。また、第３ダンパ８３は制御装置９０によって制御されている。

二次空気供給部５２は、二次空気供給経路７２を介して、焼却炉１０の空気ガス保有空間１６にその上部（天井部）から二次空気を供給するとともに、絞り部１７によって燃焼ガスが方向を転換する部分（絞り部１７の近傍）に二次空気を供給する。また、二次空気供給経路７２には、制御装置９０によって制御される第４ダンパ８４が設けられており、各部への二次空気の供給量を調整することができる。

排ガス供給部５３は、循環排ガス供給経路７３を介して、廃棄物焼却設備１００から排出された排ガスを炉内に供給する（再循環させる）。廃棄物焼却設備１００から排出された排ガスはろ過式の集じん器６０で浄化され、その一部が排ガス供給部５３によって燃焼部１２の両側面（紙面手前側及び紙面奥側の面）から焼却炉１０へ供給される。なお、排ガスが供給される位置は、特に限定されない。例えば、排ガスは焼却炉１０の上方（天井部）から供給されてもよく、一方の側面のみから供給されていてもよい。排ガスを焼却炉１０に供給することで、焼却炉１０内の酸素濃度が低下し、燃焼温度の局所的な過上昇を抑えることができる。その結果、ＮＯｘの発生を抑えることができる。循環排ガス供給経路７３には、制御装置９０によって制御される第５ダンパ８５が設けられており、循環排ガスの供給量を調整することができる。

焼却炉１０には、図１及び図２に示すように、燃焼状態等を把握するための複数のセンサが設けられている。具体的には、焼却炉内ガス温度センサ９１と、焼却炉出口ガス温度センサ９２と、ＣＯガス濃度センサ９３と、ＮＯｘガス濃度センサ９４と、赤外線カメラ９５と、が設けられている。

焼却炉内ガス温度センサ９１は、焼却炉１０内（例えば空気ガス保有空間１６よりも下流かつ後燃焼部１３よりも上流）に配置されており、焼却炉内ガス温度を検出して制御装置９０へ出力する。焼却炉出口ガス温度センサ９２は、焼却炉１０の出口近傍（例えば再燃焼部１４よりも下流かつボイラ３０よりも上流）に配置されており、焼却炉出口ガス温度を検出して制御装置９０へ出力する。ＣＯガス濃度センサ９３は、集じん器６０の下流に配置されており、排ガスに含まれるＣＯガス濃度（焼却炉排出ＣＯガス濃度）を検出して制御装置９０へ出力する。ＮＯｘガス濃度センサ９４は、集じん器６０の下流に配置されており、排ガスに含まれるＮＯｘガス濃度（焼却炉排出ＮＯｘガス濃度）を検出して制御装置９０へ出力する。

赤外線カメラ９５は、２つ１組で設けられている。それぞれの赤外線カメラ９５は同じ構造である。また、赤外線カメラ９５は、３つ以上が１組として設けられていてもよい。赤外線カメラ９５は、３次元熱画像（温度分布を３次元的に示す画像）を作成することを目的としているため、複数で１組となっている。そのため、同じ組の複数の赤外線カメラ９５の相対位置は予め記憶されている。なお、赤外線カメラ９５は、静止画を適切なインターバルで連続して撮像することを主目的とする機器であってもよいし、動画を撮像することを主目的とする機器であってもよい。動画は連続する複数の静止画であるため、何れの機器であっても、熱画像を取得するという機能は同じである。

赤外線カメラ９５は、炉内の物体から放射される赤外線を検出することで、炉内の熱画像を取得する。個々の赤外線カメラ９５が取得する熱画像は、赤外線カメラ９５の視点から見た炉内の温度分布を示す画像である。視点とは、計測器である赤外線カメラ９５が配置されている位置を示す。また、本実施形態の赤外線カメラ９５は、選択透過フィルタ（フィルタ）９５ａを介して、炉内の熱画像を取得する。選択透過フィルタ９５ａは、火炎が放射しない波長（例えば３．９μｍ帯）の光を選択的に透過させるフィルタである。なお、ここでの「火炎が放射しない」という文言は、火炎が放射する他の波長の光と比較して大幅に光強度が低い（殆ど照射しない）という意味であり、火炎が全く放射しないことを示すものではない。選択透過フィルタ９５ａを介して炉内の熱画像を取得することで、火炎以外の物体についての熱画像を取得できる。言い換えれば、火炎を透過して、その奥にある物体の熱画像を取得できる。なお、本実施形態において、選択透過フィルタ９５ａは、赤外線カメラ９５と一体的に構成されているが、別体であってもよい。つまり、炉内の光が通る経路上に選択透過フィルタ９５ａを配置し、この選択透過フィルタ９５ａを透過した透過光を通常の赤外線カメラで処理してもよい。

赤外線カメラ９５は、主に乾燥火格子２１及び燃焼火格子２２を搬送される廃棄物の熱画像を取得することを目的としている。具体的には、本実施形態では２組の赤外線カメラ９５が設けられており、１組目の赤外線カメラ９５が主に乾燥火格子２１を搬送される廃棄物（更に言えば燃焼開始位置を含む範囲の廃棄物）を取得することを目的としており、２組目の赤外線カメラ９５が主に燃焼火格子２２を搬送される廃棄物（更に言えば燃え切り位置を含む範囲の廃棄物）を取得することを目的としている。

また、火炎燃焼開始位置及び燃え切り位置は、供給される廃棄物の性状及び焼却炉１０の制御によって位置が変化する。そのため、１組目の赤外線カメラ９５の撮像範囲に燃焼火格子２２を搬送される廃棄物が含まれてもよいし、２組目の赤外線カメラ９５の撮像範囲に後燃焼火格子２３を搬送される廃棄物が含まれてもよい。また、廃棄物を漏れなく観察するために、１組目と２組目の赤外線カメラ９５の撮像範囲は、一部が重複することが好ましい。

また、赤外線カメラ９５は、画像の撮像範囲を変更可能な構成であってもよい。この場合、この赤外線カメラ９５は、焼却炉１０を停止させること無しに、撮像範囲を変更可能であってもよい。赤外線カメラ９５は、廃棄物の堆積量が多くなった場合でも適切に画像を取得する等の目的で、火格子及び廃棄物よりも高い位置に配置されている。従って、赤外線カメラ９５は、下側に向けて傾斜して配置されている。なお、赤外線カメラ９５を傾斜させずに配置してもよい。

図３に示すように、廃棄物の搬送方向と上下方向（鉛直方向）に垂直な方向を炉幅方向と称する。１組目の赤外線カメラ９５は、乾燥部１１の炉幅方向の端部に形成されている壁部である側壁１１ａに設けられている。２つの赤外線カメラ９５は、側壁１１ａに形成された窓部１１ｂを介して、廃棄物の表面の熱画像（赤外線）を取得する。本実施形態では、左右の側壁１１ａのうち一方の側壁１１ａのみに２つの赤外線カメラ９５が配置されているが、両方の側壁１１ａにそれぞれ１又は複数の赤外線カメラ９５が配置されていてもよい。

２組目の赤外線カメラ９５は、後燃焼部１３よりも搬送方向の下流側にある壁である奥壁１３ａに設けられている。２つの赤外線カメラ９５は、奥壁１３ａに形成された窓部１３ｂを介して、廃棄物の表面の熱画像（赤外線）を取得する。

また、１組目及び２組目の赤外線カメラ９５を設ける位置は一例であり、例えば、上記とは異なる壁又は天井に赤外線カメラ９５を設けてもよい。

＜制御装置が行う処理＞制御装置９０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等によって構成されており、種々の演算を行うとともに、廃棄物焼却設備１００全体を制御する。画像処理装置９６も同様に、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等によって構成されており、各組の２つの赤外線カメラ９５が取得した熱画像に基づいて３次元熱画像を作成する処理（画像合成処理）を行うことができる。本実施形態では、制御装置９０と画像処理装置９６は、個別のハードウェアであるが、１つのハードウェアが制御装置９０と画像処理装置９６の両方の機能を有していてもよい。以下、制御装置９０が行う燃焼制御であって、特に３次元熱画像を解析して行う制御について、図４及び図５のフローチャートに沿って説明する。図４及び図５は、燃焼を安定させるために制御装置９０が行う制御を示すフローチャートである。

＜Ｓ１０１＞初めに、制御装置９０は、赤外線カメラ９５が取得した熱画像に基づいて画像処理装置９６が作成した３次元熱画像を記憶する（Ｓ１０１）。本実施形態では、１組目の赤外線カメラ９５が取得した熱画像に基づいて、第１の３次元熱画像が作成され、２組目の赤外線カメラ９５が取得した熱画像に基づいて、第２の３次元熱画像が作成される。第１の３次元熱画像が作成される位置範囲（廃棄物の範囲、撮像範囲）を第１範囲と称し、第２の３次元熱画像が作成される位置範囲（廃棄物の範囲、撮像範囲）を第２範囲と称する。

複数の熱画像から３次元熱画像を作成する処理は公知の技術なので簡単に説明する。ここでは、各組の２つの赤外線カメラ９５を区別するためにα，βを付けて説明することがある。本実施形態の赤外線カメラ９５が取得する熱画像には、火炎は含まれないため、赤外線カメラαが取得する熱画像には、赤外線カメラαの位置から見た廃棄物の表面の温度分布が表れている。赤外線カメラβについても同様である。そして、廃棄物の表面の特定箇所Ａが、２つの熱画像のそれぞれ何処に表示されるかを特定する。上述したように赤外線カメラαと赤外線カメラβの位置関係は既知なので、三角法等に基づいて、赤外線カメラα及び赤外線カメラβから、廃棄物の特定箇所Ａまでの距離を計算できる。この処理を廃棄物の表面の他の部分についても行うことで、廃棄物の表面の位置（３次元座標）を特定できる。

＜Ｓ１０２＞次に、制御装置９０は、３次元熱画像の廃棄物の表面を複数の要素（分割単位）にメッシュ分割して、その要素毎に（１）廃棄物の厚みと（２）表面移動速度を算出して制御値と関連付けて記憶する（Ｓ１０２）。この処理は、第１の３次元熱画像（第１範囲）と第２の３次元熱画像（第２範囲）のそれぞれに対して個別に行われる。メッシュ分割とは、所定の条件で３次元熱画像の廃棄物を複数の領域に分割することである。本実施形態では、図６に示すように、搬送方向の平行線と炉幅方向の平行線をそれぞれ複数引くことで、廃棄物を格子状に分割している。本実施形態では、メッシュ分割された要素は四角形であるが、別の形状であってもよい。なお、複数の要素の形状や面積はそれぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、重要と考えられる部分だけを細かくメッシュ分割してもよい。また、廃棄物の厚みと表面移動速度は、後述のように燃焼制御の制御値を補正するために用いられるため、これらの値を補正データと称する。

上記の（１）に関し、廃棄物の厚みとは、図６に示すように、火格子から廃棄物の表面までの上下方向に沿う長さである。火格子の表面（上面）の位置は、予め制御装置９０等に記憶されている。また、３次元熱画像に基づいて、廃棄物の表面の位置を特定できる。従って、この２つの位置（座標）を比較することで、廃棄物の厚みを要素毎に算出できる。以上のようにして、１枚の３次元熱画像に基づいて、ある一時刻における、要素毎の廃棄物の厚みの分布を算出できる。なお、３次元熱画像は順次作成されるので、新たに作成された３次元熱画像に対しても同様に廃棄物の厚みが算出される。このようにして、制御装置９０は、要素毎の廃棄物の厚みを算出し、所定の記憶部に時系列で記憶する。

廃棄物の厚みを算出する意義は以下のとおりである。即ち、乾燥部１１に堆積した廃棄物は、乾燥火格子２１の乾燥操作（送り操作）に伴い、この廃棄物に含まれる水分が蒸発することで乾燥し、質量が低減するとともに体積も減少する。つまり、廃棄物の厚みの時間変化は、廃棄物が乾燥していく経過を示すものであり、乾燥操作の進行の程度の一種の指標となる。また、燃焼部１２に堆積した廃棄物は、燃焼火格子２２の燃焼操作（送り操作）に伴い、熱分解が生じて熱分解ガスが排出されることで、質量及び体積が低減する。つまり、廃棄物の厚みの時間変化は、廃棄物が熱分解していく経過を示すものであり、燃焼操作の進行の程度の一種の指標となる。

上記の（２）に関し、廃棄物の表面移動速度とは、図６に示すように、廃棄物の表面が搬送方向に移動する速度である。図６では、分かり易くするために比較的厚みが大きい部分に太線を描き、この部分が移動する様子を示している。３次元熱画像には、廃棄物の表面の形状が表れているため、時系列で作成された３次元熱画像に基づいて、廃棄物の表面がどのように動いているかを得ることができる。従って、廃棄物の表面の特定部分の移動距離と、３次元熱画像が取得された時間間隔等と、に基づいて、メッシュ分割された要素毎の表面移動速度を算出できる。以上のようにして、要素毎の廃棄物の表面移動速度の分布を算出できる。なお、３次元熱画像は順次作成されるので、新たに作成された３次元熱画像及びその過去の３次元熱画像を用いて、廃棄物の新たな表面移動速度が算出される。このようにして、制御装置９０は、廃棄物の表面移動速度を算出し、所定の記憶部に時系列で記憶する。

廃棄物の表面移動速度を算出する意義は以下のとおりである。即ち、乾燥部１１の廃棄物の移動速度の時間変化は、乾燥部１１に堆積した廃棄物が乾燥火格子２１の乾燥操作（送り操作）により、体積を減少させながら、搬送方向に送られていく実速度を示すものであり、乾燥操作によって、廃棄物がどう「動かされてきた」かの指標である。また、燃焼部１２の廃棄物の表面移動速度は、燃焼部１２に堆積した廃棄物が燃焼火格子２２の燃焼操作（送り操作）により、体積を減少させながら、送り方向に送られていく実速度を示すものであり、燃焼操作によって、廃棄物がどう「動かされてきた」かの指標である。なお、廃棄物の表面以外がどのように移動するかは３次元熱画像からは算出できないため、本実施形態では、「廃棄物の表面移動速度」が「廃棄物全体の移動速度」を示すとみなして、以降の計算を行う。

制御値とは、焼却炉１０の燃焼状態を制御するために変更される値であり、例えば、各火格子の搬送速度、一次燃焼用気体の供給量、及び二次燃焼用気体の供給量等を定めるための値である。廃棄物の厚み、表面移動速度、及び後述の体積流量は、この制御値の影響を受ける。そのため、制御値の影響を考慮して評価及び制御を行うために、制御装置９０は、廃棄物の厚み及び表面移動速度を、焼却炉１０に設定した制御値と関連付けて記憶している。また、メッシュ分割された要素に応じて制御値が異なる場合（例えば乾燥火格子２１上の要素と、燃焼火格子２２上の要素と、後燃焼火格子２３上の要素と、では火格子の搬送速度が異なる）、制御装置９０は、対応する要素に応じた制御値と関連付けて廃棄物の厚み及び表面移動速度を記憶する。

＜Ｓ１０３＞次に、制御装置９０は、要素毎の廃棄物の厚みと表面移動速度に基づいて、要素毎の厚み経過情報を算出して制御値と関連付けて記憶する（Ｓ１０３）。この処理は、第１範囲と第２範囲の情報に対して個別に行われる。厚み経過情報とは、図７に示すように、前記要素に位置する前記廃棄物が当該要素に位置するまでに、厚みが時系列でどのように変化したかを示す情報である。図７には、各要素の厚み経過情報がそれぞれグラフで模式的に示されている。このグラフに示すように、厚み経過情報は、「厚み」と「時間経過に伴う搬送方向位置」を対応付けた情報である。つまり、厚み経過情報とは、例えば要素Ａに着目した場合、現時点で要素Ａにある廃棄物が、過去に上流側の位置に存在していた時点でどのような厚みであったかを示す情報である。なお、厚み経過情報は、厚みと時刻を対応付けた情報であってもよい。

厚み経過情報は、例えば以下のようにして算出できる。例えば、ある要素Ａに着目した場合、現時点で要素Ａの位置にある廃棄物の搬送経過（つまり、どの時刻にどの要素に位置していたか）は、要素Ａ及びその上流側の要素の現在及び過去の表面移動速度に基づいて算出できる。また、要素毎かつ時刻毎の廃棄物の厚みは、ステップＳ１０２で算出されて記憶されている。従って、廃棄物の搬送経過が示す時刻及び要素と、廃棄物の厚みと、を対応付けることで、厚み経過情報を算出できる。このようにして、制御装置９０は、廃棄物の厚み及び表面移動速度に基づいて、厚み経過情報を算出する。なお、３次元熱画像は順次作成されるので、新たに作成された３次元熱画像を用いて同様の計算を行うことで、廃棄物の新たな厚み経過情報が算出される。制御装置９０は、算出した厚み経過情報を所定の記憶部に時系列で記憶する。なお、厚み経過情報を制御値と関連付ける処理及び理由は、ステップＳ１０２と同様である。

厚み経過情報を得る意義は以下のとおりである。即ち、乾燥部１１の厚み経過情報は、乾燥部１１に堆積した廃棄物が乾燥火格子２１の乾燥操作（送り操作）により、火格子上を堆積して通過していくなかで、どのように体積を減少させながら、送り方向に送られていく過程を示すものであり、乾燥操作によって、廃棄物がどう体積を減らしてきたのかの指標である。また、燃焼部１２の厚み経過情報は、燃焼部１２に堆積した廃棄物が燃焼火格子２２の燃焼操作（送り操作）により、火格子上を堆積して通過していくなかで、どのように体積を減少させながら、送り方向に送られていく過程を示すものであり、燃焼操作によって、廃棄物がどう体積を減らしてきたのかの指標である。

＜Ｓ１０４＞次に、制御装置９０は、要素毎の廃棄物の表面移動速度と厚み経過情報に基づいて、要素毎の体積流量経過情報を算出し、第１範囲と第２範囲の体積流量経過情報を合わせて制御値と関連付けて記憶する（Ｓ１０４）。初めに、第１範囲と第２範囲のそれぞれに対して、体積流量経過情報を算出する処理がそれぞれ行われる。

体積流量経過情報とは、図８に示すように、前記要素に位置する前記廃棄物が当該要素に位置するまでに体積流量が時系列でどのように変化したかを示す情報である。図８の上側の図には、各要素の体積流量経過情報がそれぞれグラフで模式的に示されている。このグラフに示すように、体積流量経過情報は、「体積流量」と「時間経過に伴う搬送方向位置」を対応付けた情報である。つまり、体積流量経過情報とは、例えば要素Ａに着目した場合、現時点で要素Ａにある廃棄物が、過去に上流側の位置に存在していた時点でどのような体積流量であったかを示す情報である。なお、体積流量経過情報は、体積流量と時刻の対応関係を示す情報であってもよい。

体積流量は、単位時間に移動する廃棄物の体積である。従って、体積流量は、「廃棄物の厚み」、「廃棄物の表面移動速度」、「炉幅長さ」をそれぞれ掛け合わせることで、算出できる。また、要素毎の体積流量を算出する場合の炉幅長さは、各要素の炉幅長さである。従って、体積流量経過情報は、「厚み経過情報が示す廃棄物の厚み」と「廃棄物の表面移動速度」を要素（位置）及び時刻を合わせて掛け合わせた値に、「各要素の炉幅長さ」を掛けることで算出できる。このようにして、制御装置９０は、要素毎の体積流量経過情報を算出する。

次に、制御装置９０は、第１範囲と第２範囲の体積流量経過情報を合わせて、１つの体積流量経過情報を生成する。また、第１範囲と第２範囲は一部が重複している。従って、重複している範囲については、平均をとったり、何れか一方の体積流量経過情報を用いる等して、値を決定する。これにより、第１範囲と第２範囲を含む（つまり、乾燥部１１から後燃焼部１３の一部までの範囲を含む）体積流量経過情報が算出できる。

制御装置９０は、この体積流量経過情報を所定の記憶部に記憶する。なお、３次元熱画像は順次作成されるので、新たに作成された３次元熱画像を用いて同様の計算を行うことで、廃棄物の新たな体積流量経過情報が算出される。制御装置９０は、算出した体積流量経過情報を制御値と関連付けて所定の記憶部に時系列で記憶する。なお、体積流量経過情報を制御値と関連付ける処理及び理由は、ステップＳ１０２と同様である。また、炉幅長さは定数なので、体積流量経過情報は、廃棄物の厚み及び表面移動速度のみの関数である。言い換えれば、体積流量経過情報は、廃棄物の厚みだけでなく、移動速度も含む概念の情報である。

なお、各火格子の炉幅長さが一定であって各要素の炉幅長さが一定である場合は、体積流量経過情報を算出する際に、炉幅長さを掛ける処理を省略してもよい。なぜなら、燃焼制御に必要となるのは、体積流量の具体的な値ではなく、その変化態様だからである。言い換えれば、図８の上側の図のグラフの縦軸は、具体的な体積流量に限られず、体積流量に比例する（相関する）値であってもよい。

体積流量経過情報を取得する意義は以下のとおりである。即ち、乾燥部１１に堆積した廃棄物は、乾燥火格子２１の乾燥操作（送り操作）に伴い、水分が蒸発することで圧縮されて、質量及び体積が低減する。つまり、体積流量経過情報は、廃棄物が乾燥していく経過を示すものであり、乾燥操作の進行の程度の直接的な指標である。ここで、廃棄物の乾燥が進行し、廃棄物からの水分が蒸発する状態（乾燥状態）から、水分の蒸発量が減少して廃棄物層の内部温度が上昇することで、廃棄物から熱分解ガスが発生する状態（熱分解状態）に移行する。また、熱分解状態となることで燃焼が開始可能となるため、熱分解状態に移行した後の状態を「燃焼開始可能状態」と称する。また、燃焼開始可能状態に移行することで、廃棄物の体積変化の程度が小さくなる。そのため、体積流量経過情報は、燃焼開始可能状態の程度を評価するのに最も適した指標である。

また、燃焼部１２に堆積した廃棄物は、燃焼火格子２２の燃焼操作（送り操作）に伴い、熱分解が生じて熱分解ガスが排出されることで、質量及び体積が低減する。つまり、体積流量経過情報は、廃棄物が熱分解していく経過を示すものであり、燃焼操作の進行の程度の直接的な指標である。特に、廃棄物燃焼反応が進行するに連れて、廃棄物の熱分解ガス化反応（廃棄物の体積変化の程度が大きい反応）が減少し、残留する未燃炭素の後燃焼反応（廃棄物の体積変化の程度が小さい反応）に移行する。従って、体積流量経過情報は、「燃え切り状態」の程度を評価するのに最も適した指標である。

＜Ｓ１０５＞次に、制御装置９０は、要素毎の体積流量経過情報とそれに関連付けられた制御値の時間変化とに基づいて、体積流量の時間変化の傾向を示す傾向データを作成する（Ｓ１０５）。廃棄物は、様々な性状の物質が様々な割合で混合したものであり、性状及び混合割合は不明である。また、廃棄物の体積変化は、焼却炉１０の構成及び制御にも依存する。そのため、一般的には、廃棄物の体積流量の変化の傾向を把握することは困難である。しかし、本実施形態では、廃棄物をメッシュ分割して要素毎の体積流量経過情報を算出しているため、体積流量の変化が平均化されにくい。更に、メッシュ分割することで、体積流量に関する詳細かつ多量の情報を得ることができる。そして、この体積流量経過情報に影響を及ぼす制御値を、体積流量経過情報と関連付けて記憶している。以上により、本実施形態では、体積流量の変化傾向と、制御値が体積流量に及ぼす影響と、をある程度特定することが可能な傾向データを作成できる。

ここで作成される傾向データは、記憶部に蓄積された体積流量経過情報及び制御値をデータベース化したものであってもよい。あるいは、記憶部に蓄積された体積流量経過情報及び制御値を機械学習させて構築されたモデルであってもよい。体積流量の予測を行うために、このモデルは、例えば現在までの体積流量と制御値を入力として、将来の体積流量の変化を出力するものであることが好ましい。

＜Ｓ１０６＞次に、制御装置９０は、傾向データに基づいて、体積流量の将来の変化を要素毎に予測する（Ｓ１０６）。図８に示すように、例えば要素Ａに着目した場合、要素Ａに位置する廃棄物の体積流量が今後どのように変化するかを予測する。

具体的には、制御装置９０は、初めに、着目した要素の現在までの体積流量の変化と制御値の変化を読み出す。また、上述した傾向データには、体積流量の変化傾向及び制御値が体積流量に及ぼす影響が含まれているので、傾向データを用いることで、この要素に位置する廃棄物の将来の体積流量の変化を予測できる。この予測を複数の要素に対して行うことで、焼却炉１０の廃棄物の全体の動きを予測できる。また、将来の体積流量の変化を予測することで、過去から将来までの期間の体積流量経過情報を算出できる。

なお、傾向データが体積流量経過情報のデータベースである場合、制御装置９０は、例えば着目する要素の「現在までの体積流量の変化及び制御値」に類似する過去のデータを検索する。そして、制御装置９０は、類似する１又は複数の過去のデータを抽出し、この抽出したデータにおいて体積流量がどのように変化しているかに基づいて、着目するデータの体積流量の変化を予測する。また、傾向データが機械学習により構築されたモデルである場合、着目する要素の「現在までの体積流量の変化及び制御値」を入力することで、着目するデータの将来の体積流量の変化が出力される。

＜Ｓ１０７＞次に、制御装置９０は、現在及び将来の要素毎の体積流量経過情報に基づいて、燃焼開始評価位置の位置変化を予測する（Ｓ１０７）。燃焼開始評価位置とは、焼却炉１０全体として燃焼が開始した位置の指標であって燃焼を評価するための位置である。言い換えれば、燃焼開始評価位置とは、廃棄物の焼却処理において「どこで燃焼が開始したか」を焼却炉１０全体で代表させる位置である。多様な性状の物質の混合物である廃棄物を焼却する場合、それぞれの物質が「燃焼開始可能状態」となるまでの時間も多様であるため、「燃焼開始可能状態となる位置」や「燃焼が開始する位置」も、多様となり、搬送方向における位置が一致するとは限らない。

燃焼開始評価位置を特定するために、制御装置９０は、初めに、要素毎の体積流量経過情報に基づいて、現在が燃焼開始可能状態か否かを要素毎に判定する。図９には、燃焼開始可能状態か否かの判定結果が示されている。図９は、搬送部２０を上下方向で見た模式図であり、図９に示す正方形の１つ１つがメッシュ分割された要素である。この図９には、燃焼可能状態となった要素には斜線が記載されている。上述したように、燃焼開始可能状態に移行するタイミングで、廃棄物の体積流量の変化の程度が大きく低下する。従って、体積流量の変化に基づいて、燃焼開始状態か否かを判定できる。ただし、体積流量の変化の程度は、焼却炉１０の制御値に応じて異なるため、制御値に応じた条件（例えば閾値）を用いて判定を行うことが好ましい。なお、廃棄物が燃焼開始可能状態となっても、実際に燃焼が開始しているとは限らない。なぜなら、廃棄物が燃焼開始可能状態となっても、廃棄物の周囲の酸素量や温度条件によっては、燃焼が発生しないからである。

次に、制御装置９０は、燃焼開始可能状態であるか否かの要素毎の判定結果に基づいて、燃焼開始評価位置を特定する。燃焼開始可能状態となる位置は搬送方向でバラツキがあるため、要素毎の燃焼開始可能状態か否かの判定結果を総括的に評価して、焼却炉１０全体としての燃焼開始評価位置を特定する。

以上により、現在の燃焼開始評価位置が特定される。また、予測した体積流量経過情報について同じ処理を行うことで、将来の燃焼開始評価位置が特定される。両者を比較することで、燃焼開始評価位置の位置変化を予測できる。また、図９では、燃焼開始評価位置が上流側に変化した例が示されている。

＜Ｓ１０８＞次に、制御装置９０は、現在及び将来の要素毎の体積流量経過情報に基づいて、燃え切り評価位置の位置変化を予測する（Ｓ１０８）。燃え切り評価位置とは、焼却炉１０全体として火炎燃焼が終了した位置の指標であって燃焼を評価するための位置である。言い換えれば、燃え切り評価位置とは、廃棄物の焼却処理において「どこで燃え切り状態となったか」を焼却炉１０全体で代表させる位置である。多様な性状の物質の混合物である廃棄物を焼却する場合、それぞれの物質が「燃え切り状態」となるまでの時間も多様であるため、「燃え切り状態」となる位置も多様となり、搬送方向における位置が一致するとは限らない。

燃え切り評価位置を特定するために、制御装置９０は、初めに、要素毎の体積流量経過情報に基づいて、現在が燃え切り状態か否かを要素毎に判定する。また、図９には、燃え切り状態か否かの判定結果が示されている。燃え切り状態に移行するタイミングで、廃棄物の体積流量の変化の程度が大きく低下する。従って、体積流量の変化に基づいて、燃え切り状態か否かを判定できる。この場合も、制御値に応じた条件（例えば閾値）を用いて判定を行うことが好ましい。

次に、制御装置９０は、燃え切り状態であるか否かの要素毎の判定結果に基づいて、燃え切り評価位置を特定する。燃え切り状態となる位置は搬送方向でバラツキがあるため、要素毎の燃え切り状態か否かの判定結果を総括的に評価して、焼却炉１０全体としての燃え切り評価位置を特定する。

以上により、現在の燃え切り評価位置が特定される。また、予測した体積流量経過情報について同じ処理を行うことで、将来の燃え切り評価位置が特定される。両者を比較することで、燃え切り評価位置の位置変化を予測できる。また、図９では、燃え切り評価位置が下流側に変化した例が示されている。

なお、本実施形態では、廃棄物の「塊り」内のそれぞれが含有する多様な性状の物質の性状・混合比率が変化した場合であっても同様の挙動を示す「体積流量経過情報」を用いて燃焼開始可能状態及び燃え切り状態の判定を行うため、これらの判定を高い信頼性で行うことができる。その結果、信頼性の高い燃焼開始評価位置及び燃え切り評価位置を特定することができる。

＜Ｓ１０９＞次に、制御装置９０は、燃焼開始評価位置の位置変化に基づいて、燃焼開始評価位置が将来的に上流側に移動していくか否かを判定する（Ｓ１０９）。ただし、燃焼開始評価位置の予測精度には限りがあるので、燃焼開始評価位置が将来的に僅かだけ位置変化する場合は、それに基づいて制御を行う必要性は低い。従って、制御装置９０は、燃焼開始評価位置の位置変化の程度が閾値以上であるか否かに基づいて、将来的に上流側に移動していくか否かを判定する。

例えば、焼却炉１０に供給される廃棄物に含まれる水分量が少なくなったり、燃え易い廃棄物が供給されるようになった場合、乾燥部１１で廃棄物を乾燥（及び乾燥に伴う熱分解を含む、以下同じ）させるために実際に必要な時間（実乾燥時間）が短くなる。従って、実乾燥時間が、予め想定されている廃棄物の想定乾燥時間よりも短くなる（差異が生じる）。この場合、図１０に示すように、乾燥部１１の中途部で乾燥が完了するため、乾燥部１１の中途部で火炎燃焼が発生する（燃焼開始位置が上流側に移動する）こととなる。

この状態を放置していると、乾燥部１１で火炎燃焼が進行してしまうために、燃焼部１２における火炎燃焼に必要な滞留時間が短くなることとなり、燃焼部１２の途中で火炎燃焼の次の段階である後燃焼が徐々に開始する。その結果、火格子上の乾燥、燃焼、後燃焼のそれぞれの位置が全体的に、上流側へ徐々に移動していくこととなり、燃え切り位置（火炎燃焼の終了位置）が適切な範囲から外れてしまい、安定な燃焼を維持できなくなる。

＜Ｓ１１０＞これを防止するため、制御装置９０は、基本的には燃焼開始評価位置が将来的に上流側に移動していくと判定した場合（Ｓ１０９でＹｅｓの場合）、乾燥火格子２１の廃棄物の搬送速度（以下、単に搬送速度）を増速させる（Ｓ１１０）。これにより、火格子上の乾燥、燃焼、後燃焼のそれぞれの位置が上流側に移動する事態を予防することができる。従って、燃え切り位置を適切な範囲に収めることができるので、安定な燃焼を維持することができる。なお、可動火格子の動作速度又は停止時間の変更は、搬送速度の制御における制御値の一例である。

制御装置９０は、この制御値を上記の補正データに基づいて補正する。例えば、燃焼開始評価位置及び燃え切り評価位置が適正であったとしても、局所的に廃棄物の厚さ等が大き過ぎる又は小さ過ぎる箇所が存在する場合、燃焼開始評価位置及び燃え切り評価位置を適切に維持し続けても適切な燃焼が維持できなくなる可能性がある。そのため、このような場合は、廃棄物の搬送速度を変更して、燃焼開始評価位置又は燃え切り評価位置を移動させることで、この局所的な廃棄物の厚さの変化を解消させる。

なお、焼却炉１０で生じる乾燥及び燃焼は、焼却炉１０の形状や構造、及び投入される廃棄物によって大きく異なる。また、要求される処理量、焼却炉１０の耐久性、及び排ガスに関する法規制等によっても、目標とする状態が大きく異なる。そのため、燃焼開始評価位置が将来的に上流側に移動すると予測した場合でも、搬送速度を増速させる制御が行われない場合も考えられる。なお、制御装置９０は、乾燥火格子２１の搬送速度の増速の要否及びその程度に関する制御値を、更に別の検出データ（例えば焼却炉内ガス温度センサ９１からＮＯｘガス濃度センサ９４等の検出データ）に基づいて補正することが好ましい。

＜Ｓ１１１＞制御装置９０は、燃焼開始評価位置が将来的に上流側に移動していかないと判定した場合（Ｓ１０９でＮｏの場合）、燃焼開始評価位置が将来的に下流側に移動していくか否かを判定する（Ｓ１１１）。この判定においても、ステップＳ１０９と同様に閾値を用いておこなうことが好ましい。

例えば、焼却炉１０に供給される廃棄物に含まれる水分量が多くなったり、燃えにくい廃棄物が供給されるようになった場合、乾燥部１１で廃棄物を乾燥させるための実乾燥時間が長くなる。従って、実乾燥時間が、予め想定されている廃棄物の想定乾燥時間よりも長くなる（差異が生じる）。この場合、図１１に示すように、乾燥部１１の下流側の端部でも乾燥が完了していないため、燃焼部１２の中途部で火炎燃焼が開始する（燃焼開始位置が下流側に移動する）こととなる。

この状態を放置していると、燃焼部１２で必要な火炎燃焼のための滞留時間が確保されないため、燃焼部１２で完結されるはずの火炎燃焼が後燃焼部１３にズレ込むこととなり、後燃焼部１３の中途部で後燃焼が開始することとなる。その結果、火格子上の乾燥、燃焼、後燃焼のそれぞれの位置が全体的に、下流側へ徐々に移動していくこととなり、燃焼開始位置及び燃え切り位置が適切な範囲から外れてしまい、安定な燃焼を維持できなくなる。

＜Ｓ１１２＞これを防止するため、制御装置９０は、基本的には燃焼開始評価位置が将来的に下流側に移動していくと判定した場合（Ｓ１１１でＹｅｓの場合）、乾燥火格子２１の搬送速度を減速させる（Ｓ１１２）。これにより、火格子上の各部の燃焼位置が下流側に移動する事態を防止することができる。従って、燃焼開始位置及び燃え切り位置を適切な範囲に収めることができるので、安定な燃焼を維持することができる。また、搬送速度の減速時の制御においても、この制御値を、上記の補正データ又は別の検出データに基づいて補正することが好ましい。

＜Ｓ１１３＞次に、制御装置９０は、燃え切り評価位置が将来的に上流側に移動していくか否かを特定する（Ｓ１１３）。この判定においても、ステップＳ１０９と同様に閾値を用いておこなうことが好ましい。

例えば、焼却炉１０に供給される廃棄物に含まれるガス化熱分解成分量（熱分解によりガス化する成分の量）が少なくなった場合、燃焼部１２で廃棄物が火炎燃焼するために実際に必要な時間（実燃焼時間）が短くなる。従って、実燃焼時聞が、予め想定されている廃棄物の想定燃焼時間よりも短くなる（差異が生じる）。この場合、図１０に示すように、燃焼部１２の中途部で燃焼が完了するため、燃焼部１２の中途部で燃え切り状態になる（燃え切り位置が上流側に移動する）。この状態を放置していると、燃焼部１２での燃焼が行われる位置、後燃焼部１３での後燃焼が行われる位置がそれぞれ上流側へ徐々に移動していくこととなり、安定な燃焼を維持できなくなる。

＜Ｓ１１４＞これを防止するため、制御装置９０は、基本的には燃え切り評価位置が将来的に上流側に移動していくと特定した場合（Ｓ１１３でＹｅｓの場合）、燃焼火格子２２の廃棄物の搬送速度（以下、単に搬送速度）を増速させる（Ｓ１１４）。これにより、火格子上の燃焼、後燃焼のそれぞれの位置が上流側に移動する事態を防止することができる。従って、燃え切り位置を適切な範囲に収めることができるので、安定な燃焼を維持することができる。

なお、燃え切り評価位置が上流側に移動していても、様々な要因によって、搬送速度を増速させる制御が行われない場合も考えられる。なお、制御装置９０は、燃焼火格子２２の搬送速度の増速の要否及びその程度について、燃え切り評価位置が将来的に上流側に移動していくか否かに基づく制御値を上記の補正データ又は別の検出データに基づいて補正することが好ましい。

＜Ｓ１１５＞制御装置９０は、燃え切り評価位置が将来的に上流側に移動していかないと特定した場合（Ｓ１１３でＮｏの場合）、燃え切り評価位置が将来的に下流側に移動していくか否かを判定する（Ｓ１１５）。この判定においても、ステップＳ１０９と同様に閾値を用いておこなうことが好ましい。

例えば、焼却炉１０に供給される廃棄物に含まれるガス化熱分解成分量が多くなった場合、燃焼部１２で廃棄物を燃焼させるための実燃焼時間が長くなる。従って、実燃焼時間が、予め想定されている廃棄物の想定燃焼時間よりも長くなる（差異が生じる）。この場合、図１１に示すように、燃焼部１２の下流側の端部でも燃焼が完了していないため、後燃焼部１３の中途部で燃え切り状態になる（燃え切り位置が下流側に移動する）こととなる。この状態を放置していると、火格子上の燃焼、後燃焼のそれぞれの位置が全体的に、下流側へ徐々に移動していくこととなり、安定な燃焼を維持できなくなる。

＜Ｓ１１６＞これを防止するため、制御装置９０は、基本的には燃え切り評価位置が将来的に下流側に移動していくと特定した場合（Ｓ１１５でＹｅｓの場合）、燃焼火格子２２の搬送速度を減速させる（Ｓ１１６）。これにより、火格子上の燃焼、後燃焼のそれぞれの位置が下流側に移動する事態を防止することができる。従って、燃え切り位置を適切な範囲に収めることができるので、安定な燃焼を維持することができる。また、搬送速度の減速時の制御においても、この制御値を、上記の補正データ又は別の検出データに基づいて補正することが好ましい。

＜Ｓ１１７＞また、燃焼開始評価位置／燃え切り評価位置の位置が変化するということは、焼却炉１０に供給されている廃棄物の性状の状態が変化していることを意味する。そのため、乾燥、燃焼、及び後燃焼に必要な時間は変化しているため、全体の火格子の搬送速度を変更する必要がある。従って、制御装置９０は、廃棄物の性状の変化の状態に応じて別の火格子の搬送速度を変更する（Ｓ１１７）。別の火格子とは、ステップＳ１０９からＳ１１６の処理で搬送速度を変更しなかった火格子である。基本的には、ステップＳ１０９からＳ１１６の処理で搬送速度を変更した乾燥火格子２１又は燃焼火格子２２と同様に、他の火格子の搬送速度を増速又は減速することが好ましいが、様々な要因により、上記とは異なる制御を行うことが好ましい場合も考えられる。また、制御装置９０は、他の火格子の搬送速度の変更の要否及び変更すべき量について、ステップＳ１０９からＳ１１６の処理で搬送速度を変更した乾燥火格子２１又は燃焼火格子２２の搬送速度だけではなく、他の検出データにも基づいて補正することが好ましい。

＜Ｓ１１８＞次に、制御装置９０は、燃焼開始評価位置／燃え切り評価位置の位置の変化の原因である廃棄物の性状の変化の状態に応じて、第１ダンパ８１から第５ダンパ８５の少なくとも何れかを調整することで、一次燃焼用気体及び二次燃焼用気体の供給量を調整する（Ｓ１１８）。即ち、この第１ダンパ８１から第５ダンパ８５の開度が制御値の一例である。従来では、例えば焼却炉内ガス温度センサ９１からＮＯｘガス濃度センサ９４の検出データ等を用いて、一次燃焼用気体及び二次燃焼用気体の供給量を調整している。

これに対し、本実施形態では、他の検出データに加えて、燃焼開始評価位置／燃え切り評価位置の移動方向（上流側に移動しているか、下流側に移動しているか）に基づいて、一次燃焼用気体及び二次燃焼用気体の供給量を調整する。ここで、燃焼開始評価位置が上流側に移動したり燃え切り評価位置が下流側に移動したりする場合、廃棄物の性状にも関係するが一般的には、熱分解ガスの時間あたりの発生量が多くなるとともに、一次燃焼が行われることで生じる一次燃焼ガス（ＣＯ等の未燃焼ガスを含む）の時間あたりの発生量が多くなる。従って、一次燃焼用気体及び二次燃焼用気体の供給量を増加させる必要がある。一方で、燃焼開始評価位置が下流側に移動したり燃え切り評価位置が上流側に移動したりする場合、廃棄物の性状にも関係するが一般的には、熱分解ガスの時間あたりの発生量が少なくなるとともに、一次燃焼が行われることで生じる時間あたりの一次燃焼ガス時間あたりの発生量が少なくなる。従って、一次燃焼用気体及び二次燃焼用気体の供給量を低減させる必要がある。

また、廃棄物の性状は常に変化する可能性があるため、制御装置９０は、ステップＳ１１５でＮｏの場合、及びステップＳ１１８の処理の後に、再びステップＳ１０１以降の処理を行う。これにより、廃棄物の性状が変化した場合であっても、廃棄物の乾燥及び燃焼の進行状況が適正になるように修正することができるため、燃焼開始位置及び燃え切り位置を適切な範囲に収め、安定な燃焼を維持することができる。

以上に説明したように、本実施形態の燃焼状況評価方法は、乾燥部１１と燃焼部１２と後燃焼部１３とに区分されており、廃棄物が堆積した状態で間欠的に動作することで当該廃棄物を搬送する火格子を備える焼却炉１０に対して行われる。この燃焼状況評価方法は、作成工程と、分割工程と、第１算出工程と、第２算出工程と、第３算出工程と、第１予測工程と、第２予測工程と、を含む。作成工程では、複数の赤外線カメラ９５を用いて、火炎が放射しない波長の光を選択的に透過させる選択透過フィルタ９５ａを介して、少なくとも乾燥部１１及び燃焼部１２に堆積した廃棄物を観測して、視点が異なる複数の熱画像を取得し、当該複数の熱画像に基づいて、３次元熱画像を作成する。分割工程では、３次元熱画像の廃棄物を複数の要素にメッシュ分割する。第１算出工程では、３次元熱画像に基づいて、廃棄物の厚み、及び、廃棄物の表面移動速度を要素毎に算出する。第２算出工程では、第１算出工程の算出結果に基づいて、要素に位置する廃棄物が当該要素に位置するまでに厚みが時系列でどのように変化したかを示す厚み経過情報を、要素毎に算出する。第３算出工程では、第１算出工程及び第２算出工程の算出結果に基づいて、要素に位置する廃棄物が当該要素に位置するまでに体積流量が時系列でどのように変化したかを示す体積流量経過情報を、要素毎に算出する。第１予測工程では、要素毎の体積流量経過情報と、燃焼制御用に用いる値であって火格子の搬送速度を設定するための値を少なくとも含む制御値の時間変化と、に基づいて得られる体積流量の時間経過の傾向に基づいて、体積流量の将来の変化を要素毎に予測する。第２予測工程では、第１予測工程の予測結果に基づいて、焼却炉１０全体として燃焼が開始した位置の指標であって燃焼を評価するための位置である燃焼開始評価位置、及び、焼却炉１０全体として火炎燃焼が終了した位置の指標であって燃焼を評価するための位置である燃え切り評価位置の少なくとも一方の位置変化を予測する。

これにより、廃棄物の体積流量が時系列でどのように変化してきたかに基づいて、将来の体積流量の変化を予測して、燃焼開始評価位置／燃え切り評価位置の位置変化を予測するため、廃棄物の厚みのみを用いる方法等と比較して、高い信頼性で燃焼開始評価位置／燃え切り評価位置の位置変化を予測できる。更に、廃棄物をメッシュ分割して評価することで、炉幅方向の端部のみを評価する方法と比較して、より高い信頼性で燃焼開始評価位置／燃え切り評価位置の位置変化を予測できる。

また、本実施形態の燃焼状況評価方法において、作成工程では、少なくとも２組の赤外線カメラ９５が用いられ、１組目の赤外線カメラ９５によって廃棄物の第１範囲が撮像され、２組目の赤外線カメラ９５によって廃棄物の第２範囲が撮像される。第１算出工程、第２算出工程、又は第３算出工程では、第１範囲の算出結果と、第２範囲の算出結果と、を合わせて、第１範囲と第２範囲を含む範囲の算出結果が作成される。

なお、本実施形態で示した例では、第３算出工程で第１範囲と第２範囲の体積流量経過情報をそれぞれ算出した後に、第１範囲と第２範囲を含む範囲の体積流量経過情報を算出する例を説明した。

これにより、第１範囲の３次元熱画像と第２範囲の３次元熱画像を合成する処理と比較して、演算を簡単にすることができる。

また、本実施形態の燃焼制御方法において、第２予測工程では、少なくとも燃焼開始評価位置の位置変化を予測する。燃焼開始評価位置が搬送方向上流側に移動すると予測された場合は、乾燥火格子２１による廃棄物の搬送速度を増速させる制御を行う。燃焼開始評価位置が搬送方向下流側に移動すると予測された場合は、乾燥火格子２１による廃棄物の搬送速度を減速させる制御を行う。

これにより、燃焼開始位置が適切になるように調整することができるため、安定な燃焼を維持することができる。特に、過去から現在にかけた燃焼開始評価位置の位置変化ではなく、現在から将来にかけた燃焼開始評価位置の位置変化に基づいて制御を行うため、非常に安定な燃焼を維持できる。

また、本実施形態の燃焼制御方法において、第２予測工程では、少なくとも燃え切り評価位置の位置変化を予測する。燃え切り評価位置が搬送方向上流側に移動すると予測された場合は、燃焼火格子２２による廃棄物の搬送速度を増速させる制御を行う。燃え切り評価位置が搬送方向下流側に移動すると予測された場合は、燃焼火格子２２による廃棄物の搬送速度を減速させる制御を行う。

これにより、燃え切り位置が適切になるように調整することができるため、安定な燃焼を維持することができる。特に、過去から現在にかけた燃え切り評価位置の位置変化ではなく、現在から将来にかけた燃え切り評価位置の位置変化に基づいて制御を行うため、非常に安定な燃焼を維持できる。

また、本実施形態の燃焼制御方法では、第１算出工程で算出した、廃棄物の厚み、及び、廃棄物の表面移動速度の少なくとも何れかに基づいて、燃焼火格子２２の搬送速度を変速させるための制御値を補正する。

これにより、例えば、燃焼開始評価位置又は燃え切り評価位置を適切な位置から敢えて変化させて対応すべき状況が生じた場合であっても、当該状況に対応できる。

また、本実施形態の燃焼制御方法において、第２予測工程で予測した評価位置の位置変化に基づいて乾燥部１１及び燃焼部１２の少なくとも一方の火格子による廃棄物の搬送速度を変更した場合は、評価位置の位置変化の原因である廃棄物の性状の変化の状態に応じて、別の火格子による廃棄物の搬送速度を変更する。

これにより、燃焼状態の全体の変動を予防できる。

また、本実施形態の燃焼制御方法では、第２予測工程で予測した評価位置（燃焼開始評価位置、燃え切り評価位置）の位置変化の原因となる廃棄物の性状の変化の状態に応じて、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３の少なくとも何れかへ供給する一次燃焼用気体の供給量を調整する。

これにより、廃棄物の搬送速度を変更したことに起因する一次燃焼用気体の過不足を予防することができるので、乾燥、燃焼、及び後燃焼をより適切に行うことができる。

また、本実施形態の燃焼制御方法において、焼却炉１０では、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３で行われる一次燃焼と、当該一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼と、が行われる。第２予測工程で予測した評価位置の位置変化の原因となる廃棄物の性状の変化の状態に応じて、二次燃焼用気体の供給量を調整する。

これにより、燃焼開始評価位置の移動方向に基づいて一次燃焼の進行状況（即ち一次燃焼ガスの発生量等）を推測することができるので、それに応じて二次燃焼用気体の供給量を調整することで、二次燃焼において一次燃焼ガスに含まれる未燃焼ガスを十分に燃焼させることができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記実施形態では、燃焼開始評価位置と燃え切り評価位置の両方を特定するが、何れか一方のみを特定する構成であってもよい。

上記実施形態では、２組の赤外線カメラ９５で乾燥部１１から後燃焼部１３の廃棄物を観察する構成であるが、１組又は３組以上の赤外線カメラ９５でこれらの廃棄物を観察する構成であってもよい。

上記実施形態では、燃焼開始位置／燃え切り評価位置の将来的な移動方向に基づいて、火格子の搬送速度と、一次燃焼用気体と二次燃焼用気体の供給量と、を変更する処理を行ったが、燃焼開始位置／燃え切り評価位置の将来的な移動速度を用いて、これらの値を変更する処理を行ってもよい。

上記実施形態で示したフローチャートは一例であり、一部の処理を省略したり、一部の処理の内容を変更したり、新たな処理を追加したりしてもよい。

例えば、上記実施形態では、第１と第２の３次元熱画像を作成し、それぞれの３次元熱画像に対して、ステップＳ１０２からＳ１０４の処理がそれぞれ行われる。これに代えて、２組の赤外線カメラ９５が取得した熱画像に基づいて、１つの３次元熱画像（乾燥部１１から後燃焼部１３までの廃棄物の３次元位置が表れる熱画像）を作成してもよい。この場合、１つの３次元熱画像に対して、ステップＳ１０２からＳ１０４の処理が行われる。

また、上記実施形態では、第１範囲及び第２範囲についてそれぞれ体積流量経過情報を算出してから両者を合成したが、それに代えて、第１範囲及び第２範囲について、厚みと表面移動速度（又は厚み経過情報）を算出した後に、両者を合成してもよい。

上記実施形態では、燃焼制御で用いる検出データとして、焼却炉内ガス温度センサ９１、焼却炉出口ガス温度センサ９２、ＣＯガス濃度センサ９３、及びＮＯｘガス濃度センサ９４の検出データを挙げて説明したが、少なくとも１つの検出データを省略して燃焼制御を行ってもよいし、上記とは別の検出データを加えて燃焼制御を行ってもよい。別の検出データとしては、例えば、排ガスからの熱量回収に伴うボイラ蒸発量、又は、水噴霧により冷却を行う場合は水噴霧冷却用水量等を用いることができる。

１０ 焼却炉
１１ 乾燥部
１２ 燃焼部
１３ 後燃焼部
２１ 乾燥火格子
２２ 燃焼火格子
２３ 後燃焼火格子
９０ 制御装置
９５ 赤外線カメラ
９６ 画像処理装置

Claims (8)

1. 乾燥部と燃焼部と後燃焼部とに区分されており、廃棄物が堆積した状態で間欠的に動作することで当該廃棄物を搬送する火格子を備える焼却炉に対して、
   複数の赤外線カメラを用いて、火炎が放射しない波長の光を選択的に透過させるフィルタを介して、少なくとも前記乾燥部及び前記燃焼部に堆積した前記廃棄物を観測して、視点が異なる複数の熱画像を取得し、当該複数の熱画像に基づいて、３次元熱画像を作成する作成工程と、
   前記３次元熱画像の前記廃棄物を複数の要素にメッシュ分割する分割工程と、
   前記３次元熱画像に基づいて、前記廃棄物の厚み、及び、前記廃棄物の表面移動速度を前記要素毎に算出する第１算出工程と、
   前記第１算出工程の算出結果に基づいて、前記要素に位置する前記廃棄物が当該要素に位置するまでに厚みが時系列でどのように変化したかを示す厚み経過情報を、前記要素毎に算出する第２算出工程と、
   前記第１算出工程及び前記第２算出工程の算出結果に基づいて、前記要素に位置する前記廃棄物が当該要素に位置するまでに体積流量が時系列でどのように変化したかを示す体積流量経過情報を、前記要素毎に算出する第３算出工程と、
   前記要素毎の前記体積流量経過情報と、燃焼制御用に用いる値であって前記火格子の搬送速度を設定するための値を少なくとも含む制御値の時間変化と、に基づいて得られる体積流量の時間経過の傾向に基づいて、体積流量の将来の変化を前記要素毎に予測する第１予測工程と、
   前記第１予測工程の予測結果に基づいて、焼却炉全体として燃焼が開始した位置の指標であって燃焼を評価するための位置である燃焼開始評価位置、及び、焼却炉全体として火炎燃焼が終了した位置の指標であって燃焼を評価するための位置である燃え切り評価位置の少なくとも一方の位置変化を予測する第２予測工程と、
   を含む処理を行うことを特徴とする燃焼状況評価方法。
2. 請求項１に記載の燃焼状況評価方法であって、
   前記作成工程では、少なくとも２組の前記赤外線カメラが用いられ、１組目の前記赤外線カメラによって前記廃棄物の第１範囲が撮像され、２組目の前記赤外線カメラによって前記廃棄物の第２範囲が撮像され、
   前記第１算出工程、前記第２算出工程、又は第３算出工程では、前記第１範囲の算出結果と、前記第２範囲の算出結果と、を合わせて、前記第１範囲と前記第２範囲を含む範囲の算出結果が作成されることを特徴とする燃焼状況評価方法。
3. 請求項１又は２に記載の燃焼状況評価方法を用いて、前記焼却炉の燃焼を制御する燃焼制御方法であって、
   前記第２予測工程では、少なくとも前記燃焼開始評価位置の位置変化を予測し、
   前記燃焼開始評価位置が搬送方向上流側に移動すると予測された場合は、前記乾燥部の前記火格子による前記廃棄物の搬送速度を増速させる制御を行い、
   前記燃焼開始評価位置が搬送方向下流側に移動すると予測された場合は、前記乾燥部の前記火格子による前記廃棄物の搬送速度を減速させる制御を行うことを特徴とする燃焼制御方法。
4. 請求項１又は２に記載の燃焼状況評価方法を用いて、前記焼却炉の燃焼を制御する燃焼制御方法であって、
   前記第２予測工程では、少なくとも前記燃え切り評価位置の位置変化を予測し、
   前記燃え切り評価位置が搬送方向上流側に移動すると予測された場合は、前記燃焼部の前記火格子による前記廃棄物の搬送速度を増速させる制御を行い、
   前記燃え切り評価位置が搬送方向下流側に移動すると予測された場合は、前記燃焼部の前記火格子による前記廃棄物の搬送速度を減速させる制御を行うことを特徴とする燃焼制御方法。
5. 請求項４に記載の燃焼制御方法であって、
   前記第１算出工程で算出した、前記廃棄物の厚み、及び、前記廃棄物の表面移動速度の少なくとも何れかに基づいて、前記燃焼部の前記火格子による前記廃棄物の搬送速度を変速させるための制御値を補正することを特徴とする燃焼制御方法。
6. 請求項３から５までの何れか一項に記載の燃焼制御方法であって、
   前記第２予測工程で予測した評価位置の位置変化に基づいて前記乾燥部及び前記燃焼部の少なくとも一方の前記火格子による前記廃棄物の搬送速度を変更した場合は、評価位置の位置変化の原因である前記廃棄物の性状の変化の状態に応じて、別の前記火格子による前記廃棄物の搬送速度を変更することを特徴とする燃焼制御方法。
7. 請求項３から６までの何れか一項に記載の燃焼制御方法であって、
   前記第２予測工程で予測した評価位置の位置変化の原因となる前記廃棄物の性状の変化の状態に応じて、前記乾燥部、前記燃焼部、及び前記後燃焼部の少なくとも何れかへ供給する一次燃焼用気体の供給量を調整することを特徴とする燃焼制御方法。
8. 請求項３から７までの何れか一項に記載の燃焼制御方法であって、
   前記焼却炉では、前記乾燥部、前記燃焼部、及び前記後燃焼部で行われる一次燃焼と、当該一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼と、が行われ、
   前記第２予測工程で予測した評価位置の位置変化の原因となる前記廃棄物の性状の変化の状態に応じて、二次燃焼用気体の供給量を調整することを特徴とする燃焼制御方法。

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