JP7351599B2 - ごみ焼却炉の燃切点推定方法及びごみ焼却炉の燃切点調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、ストーカ機構の上面で焼却されるごみを赤外線カメラで撮影した画像情報に基づいて燃切点を推定するごみ焼却炉の燃切点推定方法及びごみ焼却炉の燃切点調整方法に関する。

特許文献１には、燃焼領域よりも上流側における火格子上の廃棄物の状態を把握して、該廃棄物の状態の変動に対応して操業条件を適正に制御して、廃棄物を安定して燃焼することができる火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法が提案されている。

当該火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法は、燃焼室内に備えられた火格子上で廃棄物を燃焼し、給塵機により火格子上に廃棄物を供給し、燃焼用一次空気を上記火格子の下から上記燃焼室内に吹き込む火格子式廃棄物焼却炉による廃棄物焼却方法において、燃焼室の下流側壁面に設けられた赤外線カメラで火格子上の廃棄物の熱画像情報を取得し、熱画像情報をデータ処理して廃棄物状態情報を取得し、廃棄物状態情報にもとづき焼却炉の操業条件を制御装置で制御することを特徴とする。

特開２０１７－１１６２５２号公報

上述した従来技術は、赤外線カメラで得られた火格子上の廃棄物の熱画像情報をデータ処理して火格子上の廃棄物層の乾燥状態を示す廃棄物層乾燥情報及び廃棄物層の厚さを示す廃棄物層厚情報を廃棄物状態情報として取得する廃棄物状態情報取得工程を備えており、そのために必要となる膨大なデータ処理に適した高価な計算機が必要となる。

また、赤外線カメラにより得られた画像は、火炎を透過して廃棄物層の温度分布に対応する画像であり、火炎を検出することがないので、赤外線カメラにより得られた画像から燃切点を検出するような発想が無かった。

本発明の目的は、上述した従来技術に鑑み、ストーカ機構の上面で焼却されるごみを赤外線カメラで撮影した画像情報に基づいてごみの燃切点を推定するごみ焼却炉の燃切点推定方法及びごみ焼却炉の燃切点調整方法を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明によるごみ焼却炉の燃切点推定方法の第一の特徴構成は、ストーカ機構の上面で焼却されるごみを赤外線カメラで撮影した画像情報に基づいて燃切点を推定するごみ焼却炉の燃切点推定方法であって、前記ストーカ機構によるごみの搬送方向に沿う仮想基準線を少なくとも１本設定し、前記仮想基準線上で上流側から下流側に到る温度情報を前記画像情報から抽出する温度情報抽出ステップと、前記温度情報抽出ステップで抽出された温度情報に基づいて、上流側から下流側に到る温度分布特性線を算出する温度分布算出ステップと、前記温度分布算出ステップで算出された温度分布特性線の変曲点の位置に基づいてごみの燃切点を算出する燃切点算出ステップと、を備え、前記温度分布算出ステップは、ごみの搬送方向に沿う長さを一方の軸とし、温度を他方の軸とする２次元座標系に対して、前記仮想基準線の上流側の所定範囲に存在する温度情報から前記所定範囲で上流側近似直線を生成する第１処理と、前記所定範囲より下流側の任意の範囲に存在する温度情報から前記上流側近似直線の下流端を始点とする下流側近似直線を生成する第２処理を含むステップである点にある。

本願発明者らは、鋭意研究を行なった結果、画像に火炎が写らない赤外線カメラ画像から読み取れるごみの搬送方向に沿う表面温度の分布に基づいて簡素な演算処理を行なうことによって燃切点を適切に求めることができるという新知見を得た。温度情報抽出ステップでは、赤外線カメラで撮影した画像情報からストーカ機構の上流側から下流側に到る仮想基準線上での温度情報が抽出され、温度分布算出ステップでは、先に抽出された温度情報に基づいて上流側から下流側に到る温度分布特性線が求められる。具体的に、２次元座標系の一方の軸にごみの搬送方向に沿う長さを割り付け、他方の軸を赤外線カメラ画像から得られる仮想基準線に沿った温度を割り付けることにより、長さと温度の特性データを抽出し、第１処理で仮想基準線の上流側の所定範囲に存在する温度情報から上流側近似直線を生成し、第２処理で前記所定範囲より下流側の任意の範囲に存在する温度情報から上流側近似直線の下流端を始点とする下流側近似直線を生成することで、温度分布が算出される。燃切点算出ステップでは、温度分布特性線の変曲点の位置に基づいてごみの燃切点が算出される。

同第二の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記温度分布算出ステップは、前記第１処理の前記所定範囲を所定間隔で次第に大きくして繰返し、前記第１処理と前記第２処理の其々の近似直線の決定係数の合計が最大となるときの上流側近似直線及び下流側近似直線を前記温度分布特性線とするステップである点にある。

温度分布算出ステップでは、上述の所定範囲を所定間隔で次第に大きくして同様の処理を繰返し、第１処理と第２処理の其々の近似直線の決定係数の合計が最大となるときの上流側近似直線及び下流側近似直線を温度分布特性線とすることで、ごみの燃切点が適切に読み取れる温度分布特性線が得られる。

同第三の特徴構成は、上述の第二の特徴構成に加えて、前記上流側近似直線は前記一方の軸に平行な直線である点にある。

上流側近似直線と他方の軸との交点が燃焼エリアの温度として採用することができる。

同第四の特徴構成は、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記温度情報抽出ステップで設定される仮想基準線は、炉幅方向中央部と炉幅方向中央部を挟み炉幅方向左側と路幅方向右側の少なくとも３本設定される点にある。

仮想基準線は１本でもよいが、炉幅方向に燃焼状態の偏りがあるような場合に、その偏りを平準化することができない。しかし、仮想基準線を、炉幅方向中央部と炉幅方向中央部を挟み炉幅方向左側と路幅方向右側の少なくとも３本設定することにより、炉幅方向に燃焼状態の偏りがあるような場合でも、その偏りを平準化して適切に燃切点を求めることができる。

本発明によるごみ焼却炉の燃切点調整方法の特徴構成は、炉室にごみを投入する給じん装置と、前記給じん装置により炉室に投入されたごみを搬送しながら焼却するストーカ機構と、を備えたごみ焼却炉の燃切点調整方法であって、上述した第一から第四の何れかの特徴構成を備えたごみ焼却炉の燃切点推定方法を用いて前記燃切点を求める燃切点算出ステップと、前記燃切点算出ステップで算出された前記燃切点を所定燃切点範囲に維持するように前記ストーカ機構による搬送速度を調整する燃切点調整ステップと、を備えている点にある。

燃切点の適正範囲として所定燃切点範囲が予め設定され、燃切点算出ステップで算出された燃切点が所定燃切点範囲より下流側に位置すれば、ストーカ機構による搬送速度を低下させ、燃切点算出ステップで算出された燃切点が所定燃切点範囲より上流側に位置すれば、ストーカ機構による搬送速度を上昇させることにより燃切点を適正範囲に調整できる。

以上説明した通り、本発明によれば、ストーカ機構の上面で焼却されるごみを赤外線カメラで撮影した画像情報に基づいてごみの燃切点を推定するごみ焼却炉の燃切点推定方法及びごみ焼却炉の燃切点調整方法を提供することができるようになった。

ストーカ式のごみ焼却炉の説明図 ストーカ式のごみ焼却炉の要部拡大図。 燃焼制御装置及び燃切点推定部の機能ブロック構成図 温度情報抽出のために用いる仮想基準線の説明図 赤外線カメラで撮影された画像と仮想基準線との関係を示す説明図 （ａ）は仮想基準線に沿った燃切点特性を示す説明図、（ｂ）は演算手順の説明図

以下に、本発明による焼却炉及び焼却炉の排ガス処理方法を図面に基づいて説明する。

［ごみ焼却炉の構造］
図１には、ストーカ式のごみ焼却炉１が示されている。ごみ収集車が進入するプラットホームＡ、ごみ収集車により収集されたごみを集積するごみピットＢ、ごみ投入ホッパＤ、ごみピットＢからごみをごみ投入ホッパＤに移送するごみクレーンＣ、炉室Ｅ、炉室Ｅの上部空間に設置した廃熱ボイラＦ、エコノマイザＧなどを備え、炉室Ｅで生じた燃焼排ガスが煙道に流れ、煙道に沿って配された減温塔Ｈ、集塵機Ｉなどの排ガス処理設備で浄化された後に煙突Ｊから排気される。炉室Ｅを負圧に維持するべく、煙道には誘引送風機Ｌが設けられている。

プラットホームＡとごみピットＢの間に設けられた臭気漏洩防止及び安全確保のための観音開き式のごみ投入扉Ｋを開放することにより、ごみ収集車によって収集運搬されたごみがごみピットＢに投入される。

ごみピットＢに集積されたごみは、自動または制御室の運転員によって操作されるクラブバケット方式のごみクレーンＣによって把持されて、ごみ投入ホッパＤの上端に形成された開口部まで移送された後に落下投入される。

ごみ投入ホッパＤの底部に給じん装置Ｐが設けられ、ごみ投入ホッパＤに充填されたごみが炉室Ｅに押込み投入される。ごみ投入ホッパＤに充填されたごみが、ごみ投入ホッパＤから炉室Ｅへの外気の流入を遮断するシール機構として機能し、炉室が負圧に維持される。

炉室Ｅは、主燃焼室２と主燃焼室２で生じた燃焼排ガスを完全燃焼させる二次燃焼室３を備え、二次燃焼室３の壁部に廃熱ボイラＦの複数の水管ＷＴが埋め込まれている。

図２に示すように、主燃焼室２には、固定火格子と可動火格子がごみの搬送方向に沿って交互に配置されたストーカ機構Ｓが設けられている。油圧機構ｈ１，ｈ２，ｈ３によって可動火格子が固定火格子に対して前後方向に往復駆動されることにより、ごみが撹拌されながら下流側に搬送される。

ストーカ機構Ｓの下部に上流側から下流側に向けて順に四つの風箱Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４が設けられ、押込み送風機から主燃焼用空気が供給される。ストーカ機構Ｓのうち風箱Ｗ１に対応する上流領域が乾燥帯Ｓ１、風箱Ｗ２，Ｗ３に対応する中流領域が燃焼帯Ｓ２、風箱Ｗ４に対応する下流領域が後燃焼帯Ｓ３となる。

風箱Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４の其々に圧力センサＰＳ１，ＰＳ２１，ＰＳ２２，ＰＳ３が設けられるとともに、主燃焼室２に圧力センサＰＳが設けられ、各風箱と主燃焼室２の圧力差が検出可能に構成されている。図２には示していないが、各風箱の流入ダクトの其々に流量センサが設けられ、各流量センサにより検出した流量の合計値がストーカ機構Ｓを介して主燃焼室２に流入する燃焼空気流量として検出される。

給じん装置Ｐから主燃焼室２に押し込まれたごみは乾燥帯Ｓ１で主に加熱乾燥され、燃焼帯Ｓ２でガス化燃焼されて、ガス化燃焼により炭化されたごみは燃焼帯Ｓ２の下流側領域から後燃焼帯Ｓ３で固体燃焼されて灰化され、灰化された後に後燃焼帯Ｓ３の端部から灰シュートに落下する。

主燃焼室２から二次燃焼室３の入口部にかけて、炉室Ｅの前壁２Ｆ及び後壁２Ｒにくびれ部が形成され、当該くびれ部にガス供給機構４が設けられている。ガス供給機構４から供給されるガスにより二次燃焼室３に流入する燃焼排ガスが撹拌及び整流されて二次燃焼室３で完全燃焼される。

なお、ガス供給機構４から供給されるガスは二次燃焼用の空気であってもよいし、主燃焼室２から引抜かれた排ガス、集塵機Ｉより下流の煙道から分岐された再循環排ガス、或いはそれ以外の排ガス流路から分岐された排ガスであってもよいし、空気と前記各排ガスの混合ガスであってもよい。

被焼却物に対する理論空気比が約１．３～１．８となるように主燃焼用空気と二次燃焼用空気の総量が調整されていればよい。例えば理論空気比が約１．３となるように全ての空気が主燃焼用空気で賄われている場合にはガス供給機構４から供給されるガスは、煙道から引抜かれた排ガスのみであってもよく、主燃焼用空気で約１．０の空気が賄われ、二次燃焼用空気で約０．３の空気が賄われるように構成してもよい。二次燃焼室３の出口部には、温度センサ及びガスセンサが設けられている。

炉室Ｅの後壁２Ｒに冷却機構を備えた赤外線カメラ５が設置され、ストーカ機構Ｓの上面で搬送されつつ焼却されるごみが撮影される。当該赤外線カメラ５は、黒体輻射エネルギーに相当する炉内からの輻射エネルギーを検出して表面温度を画像として撮影するもので、火炎中の一酸化炭素、二酸化炭素、ＮＯｘ、ＳＯｘ、水分による赤外線エネルギー吸収帯域を回避すべく、透過波長が約３．９（３．６～４）μｍのフィルタが設けられている。従って、乾燥帯Ｓ１や燃焼帯Ｓ２で生じる燃焼火炎を透過してごみの表面から輻射されるエネルギーに応じた表面温度分布画像が得られる。

［燃焼制御装置の構成］
図３には、上述したごみ焼却炉１で焼却されるごみの燃焼状態や、廃熱ボイラＦで生成される蒸気量を制御する燃焼制御装置１０の構成が示されている。燃焼制御装置１０は、給じん装置Ｐによって主燃焼室２に供給されるごみの投入量を調整する給じん制御部１１、油圧機構ｈ１，ｈ２，ｈ３によって乾燥帯Ｓ１、燃焼帯Ｓ２、後燃焼帯Ｓ３それぞれの搬送速度を制御する搬送制御部１２、各風箱Ｗ１～Ｗ４から供給する主燃焼用空気の給気量を調整するとともにガス供給機構４からの給気量を調整する給気制御部１３、各制御部１１，１２，１３に制御指令を出力する演算処理部１４を備えている。

演算処理部１４は、燃焼帯Ｓ２上のごみの燃切点を推定する燃切点推定部１５、ストーカ機構Ｓの上面のごみの層厚を推定するごみの層厚推定部１６、廃熱ボイラＦで生成する蒸気量を調整する蒸気量調整部１７、燃切点推定部１５、層厚推定部１６及び蒸気量調整部１７による演算結果に基づいて各制御部１１，１２，１３に出力する制御指令を生成する制御指令生成部１８を備えている。上述した各圧力センサ、流量センサ、ガスセンサ、温度センサ、蒸気量センサの検出値や赤外線カメラ５で撮影された画像などが演算制御部１４に入力されている。

燃焼制御装置１０は、ＣＰＵボード、メモリボード、入出力インタフェースボード、表示装置、入力装置などを備えて構成され、メモリボード上のメモリに燃焼制御プログラムがインストールされ、ＣＰＵボード上のＣＰＵで燃焼制御プログラムが実行されることにより、上述した各機能ブロックが具現化される。

［燃切点推定部］
燃切点推定部１５は、ストーカ機構Ｓの上面で焼却されるごみを赤外線カメラ５で撮影した画像情報に基づいて燃切点を推定する演算ブロックである。

燃切点推定部１５では、ストーカ機構Ｓによるごみの搬送方向に沿って上流側から下流側に到る平面視で互いに平行な３本の仮想基準線Ｌｒ，Ｌｃ，Ｌｌを設定し、仮想基準線Ｌｒ，Ｌｃ，Ｌｌ上で上流側から下流側に到る温度情報を画像情報から抽出する温度情報抽出ステップと、温度情報抽出ステップで抽出された温度情報に基づいて、上流側から下流側に到る温度分布特性線を算出する温度分布算出ステップと、温度分布算出ステップで算出された温度分布特性線の変曲点の位置に基づいてごみの燃切点を算出する燃切点算出ステップとが実行される。

仮想基準線Ｌｃは炉幅方向中央部に設定され、仮想基準線Ｌｒは炉幅方向中央部と右側壁との中央部に設定され、仮想基準線Ｌｌは炉幅方向中央部と左側壁との中央部に設定されている。

図４には、ストーカ機構Ｓのうち乾燥帯Ｓ１から燃焼帯Ｓ２にかけて設定された仮想基準線Ｌｒ，Ｌｃ，Ｌｌが太い黒線で例示されている。実際には、燃焼帯Ｓ２の上面には、乾燥帯Ｓ１の上面と同様にごみが堆積しており、火格子は見えない状態である。当該ストーカ機構Ｓは図１，２に示した構成と異なって、乾燥帯Ｓ１と燃焼帯Ｓ２との間に段差部がある構成を例に示しているが、段差部の有無を問わず乾燥帯Ｓ１から燃焼帯Ｓ２にかけて仮想基準線Ｌｒ，Ｌｃ，Ｌｌを設定すればよい。また、ごみの量が減った場合には図４のように段差部が露出することがあるが、この場合は段差部を除いた温度である太い黒線部分の温度を採用すれば測定温度の精度を向上させることができる。

図５には、赤外線カメラ５で撮影されたストーカ機構Ｓの画像が例示されている。図中、奥から手前にかけて描かれた３本の白線が仮想基準線Ｌｒ，Ｌｃ，Ｌｌであり、さらに左右方向外側に描かれた黒線がストーカ機構の左右端部を示す線である。図５は、温度に応じて色が異なるカラー画像をグレースケールで表示した画像である。

温度情報抽出ステップでは、赤外線カメラで撮影した画像情報からストーカ機構Ｓの上流側から下流側に到る仮想基準線上での温度情報が抽出される。
赤外線カメラ５で撮影した画像情報は、温度情報を各画素の値とする画像である。従って、各仮想基準線Ｌｒ，Ｌｃ，Ｌｌを含む仮想垂直面と画像情報との交点の画素値が各仮想基準線Ｌｒ，Ｌｃ，Ｌｌ上の温度情報として抽出される。なお、仮想基準線は少なくとも１本設定すればよいが、炉幅方向に燃焼状態の偏りがあるような場合に、その偏りを平準化するためには複数本設定することが好ましい。

また、各仮想基準線が１画素に対応する太さで描かれる場合には上述したように、各仮想基準線Ｌｒ，Ｌｃ，Ｌｌを含む仮想垂直面と画像情報との交点の画素値を各仮想基準線Ｌｒ，Ｌｃ，Ｌｌ上の温度情報として抽出すればよいが、各仮想基準線を複数画素を含むような線幅に設定する場合には、仮想基準線上の炉幅方向に沿う複数画素から代表画素値を求めることで、ノイズの影響を排除して平準化することができる。代表画素値としてそれら複数画素の平均値や中央値などを採用することができる。

温度分布算出ステップでは、先に抽出された温度情報に基づいて上流側から下流側に到る温度分布特性線が求められる。図６（ａ）に温度分布特性線が示されている。
温度分布算出ステップは、ごみの搬送方向に沿う長さを一方の軸（本実施形態ではＸ軸）とし、温度を他方の軸（本実施形態ではＹ軸）とする２次元座標系に対して、仮想基準線Ｌｒ，Ｌｃ，Ｌｌの最上流側から下流側に向けた所定範囲に存在する温度情報から一方の軸方向に沿う上流側近似直線を生成する第１処理と、当該所定範囲より下流側に存在する温度情報から上流側近似直線の右端を始点とする下流側近似直線を生成する第２処理を、前記所定範囲を下流側に向けて所定間隔で次第に大きくして繰返し、第１処理と第２処理の其々の近似直線の決定係数の合計が最大となるときの上流側近似直線及び下流側近似直線を前記温度分布特性線とする。

例えば、図６（ｂ）に示すように、第１処理では、上流から下流側に向けて３０ｃｍの範囲の仮想基準線Ｌｃ上の温度情報の平均値を求めて、Ｘ軸に平行な上流側近似直線を描く。第２処理では、３０ｃｍよりも下流側の仮想基準線Ｌｃ上の温度情報に基づいて上流側近似直線の右端を始点とする下流側近似直線を描く。さらに、上流から下流側に向けて６０ｃｍの範囲の仮想基準線Ｌｃ上の温度情報の平均値を求めて、Ｘ軸に平行な上流側近似直線を描く。第２処理では、６０ｃｍよりも下流側の仮想基準線Ｌｃ上の温度情報に基づいて上流側近似直線の右端を始点とする下流側近似直線を描く。所定範囲を所定間隔で次第に大きくして同様の処理を繰返し、複数組の上流側近似直線と下流側近似直線から、第１処理と第２処理の其々の近似直線の決定係数Ｒ^２の合計が最大となるときの上流側近似直線及び下流側近似直線を温度分布特性線とする。

所定範囲として例示した３０ｃｍの値は特に限定される値ではなく、ストーカ機構Ｓの最上流から最下流までの長さを基準に、例えば上流側から５％ないし１０％刻みで所定範囲を設定すればよい。

このようにして仮想基準線Ｌｒ，Ｌｃ，Ｌｌ上で得られた近似直線が、図６（ａ）に描かれている。燃切点算出ステップでは、温度分布特性線の変曲点の位置、図６（ａ）では、上流側近似直線から下流側近似直線に到る右下がりの肩部の位置が其々の局所的なごみの燃切点として求められ、それらの平均値がストーカ機構Ｓのごみの燃切点として算出され、３本の上流側近似直線の平均値が燃焼帯Ｓ２のごみの温度、詳しくは実際にごみが燃えている燃焼エリアの代表温度として求められる。

上述したように、仮想基準線は１本でもよいが、炉幅方向に燃焼状態の偏りがあるような場合に、その偏りの影響を受けて平準化することができない。しかし、仮想基準線を、炉幅方向中央部と炉幅方向中央部を挟み炉幅方向左側と路幅方向右側の少なくとも３本設定することにより、炉幅方向に燃焼状態の偏りがあるような場合でも、その偏りを平準化して適切に燃切点を求めることができる。

同様の観点で、炉幅方向中央部を挟むように左右の２本の仮想基準線を設けてもよい。複数本の仮想基準線を設定する場合、各仮想基準線を互いに平行に配する必要はなく、上流側から下流側に向けてごみの搬送方向と交差する斜め方向に配してもよい。例えば上流側から下流側に向けて次第に間隔が広がるように、或いは狭まるように配してもよい。さらに、各仮想基準線が交差するように配してもよい。何れの場合も、少なくとも燃焼帯Ｓ２に仮想基準線が設けられていればよい。

複数本の仮想基準線を設定し、各仮想基準線でごみの燃切点を算出すると、炉幅方向に沿ってごみの燃切点がどの程度ばらついているかが把握でき、炉全体としての燃焼状態を把握することができるとともに、各仮想基準線で算出したごみの燃切点を平均化処理することにより、ストーカ機構Ｓに沿って平準化され、制御のための指標として適切なごみの燃切点が得られるようになる。

なお、温度分布算出ステップは、ごみの搬送方向に沿う長さを一方の軸とし、温度を他方の軸とする２次元座標系に対して、仮想基準線の上流側の所定範囲に存在する温度情報から所定範囲で上流側近似直線を生成する第１処理と、所定範囲より下流側の任意の範囲に存在する温度情報から上流側近似直線の下流端を始点とする下流側近似直線を生成する第２処理を、所定範囲を所定間隔で次第に大きくして繰返し、第１処理と第２処理の其々の近似直線の決定係数の合計が最大となるときの上流側近似直線及び下流側近似直線を前記温度分布特性線としてもよい。

［層厚推定部］
層厚推定部１６は、風箱Ｗ１～Ｗ４から供給される燃焼空気の圧力であるストーカ下圧力とストーカ機構Ｓの上方空間の圧力である炉内圧力との圧力差と、ストーカ機構Ｓを介して炉室２に流れる燃焼空気流量とに基づいて、ストーカ機構の上面のごみの層厚を算出するごみ層厚評価ステップを実行する。

風箱Ｗ１～Ｗ４から供給される燃焼空気の圧力であるストーカ下圧力とストーカ機構Ｓの上方空間の圧力である炉内圧力との圧力差に加えて、ストーカ機構Ｓを介して炉室に流れる燃焼空気流量を加味することにより、炉形状に起因する影響や経年劣化による影響を低減することができ、ストーカ機構の上面のごみの層厚を適切に算出することができる。

ストーカ下圧力とは、押込み送風機を介して主燃焼用空気が供給される風箱Ｗ１～Ｗ４の圧力で、圧力センサＰＳ１，ＰＳ２１，ＰＳ２２，ＰＳ３で検出された値をいう。乾燥帯Ｓ１に対応して風箱Ｗ１が設けられ、燃焼帯Ｓ２に対応して風箱Ｗ２，Ｗ３が設けられ、後燃焼帯Ｓ３に対応して風箱Ｗ４が設けられている。本実施形態では乾燥帯Ｓ１、燃焼帯Ｓ２、後燃焼帯Ｓ３の其々に対してストーカ下圧力が検出されるように、風箱Ｗ２，Ｗ３に設置された圧力センサＰＳ２１，ＰＳ２２の平均値が燃焼帯Ｓ２に対するストーカ下圧力として採用される。

また、主燃焼室２に備えた圧力センサＰＳの値が炉内圧力となり、各風箱の流入ダクトの其々に設けた流量センサにより検出した流量の合計値がストーカ機構Ｓを介して主燃焼室２に流入する燃焼空気流量となる。

具体的に、ごみ層厚評価ステップは、乾燥帯Ｓ１、燃焼帯Ｓ２、後燃焼帯Ｓ３の其々で圧力差と燃焼空気流量を変数とする所定の評価関数を規定する評価関数規定ステップと、評価関数の値がストーカ機構Ｓの上面のごみの層厚と相関を示すように評価関数をチューニングするチューニングステップと、を備え、予めチューニングされた評価関数の値に基づいてごみの層厚が適正範囲であるか否かを評価するように構成されている。

ごみ層厚を評価するごみ層厚指数Ｉを求める評価関数として、以下の数式が例示できる。
ごみ層厚指数Ｉ＝ΔＰ－ａ×Ｑ^ｂ
ここに、ΔＰ＝ストーカ下圧力－炉内圧力、Ｑは主燃焼用空気流量、ａ，ｂは定数である。主燃焼用空気流量Ｑが増えると圧損が上昇するという特性に基づき、ごみ層厚指数Ｉは静圧ΔＰに動圧を加味した指数として、乾燥帯Ｓ１、燃焼帯Ｓ２、後燃焼帯Ｓ３の其々で適正範囲が規定されている。

チューニングステップでは、ニューラルネットワークのような機械学習装置が好適に用いられ、予め準備された教師信号に基づいて繰返し学習することにより定数ａ，ｂの値が定められる。教師信号として、予めサンプリングされたΔＰとＱとそのときに決定したごみ層厚指数Ｉ（例えば、薄いごみ層厚から厚いごみ層厚を１－１００の１００段階で表した値）を多数組準備し、任意のΔＰとＱをニューラルネットワークに入力したときに出力されるごみ層厚指数Ｉが教師信号に収束するように定数ａ，ｂを調整する。

このようにしてチューニングされ、例えば、ごみ層厚指数Ｉが６０～８０の値が適正なごみ層厚として出力され、８０より大きいときにごみ層厚が厚過ぎ、６０未満のときにごみ層厚が薄過ぎると出力される機械学習装置が層厚推定部１６に組み込まれている。その結果、ストーカ機構Ｓに沿って風箱が複数設置され、ごみ層厚ステップで風箱ごとに、或いは乾燥帯、燃焼帯、後燃焼帯の其々に対応してごみ層厚指数Ｉが算出される。なお、本実施形態では燃焼帯Ｓ２の搬送速度を調整する油圧機構ｈ２が単一であるため、風箱Ｗ２，Ｗ３を一つの風箱として処理しているが、其々の風箱Ｗ２，Ｗ３に対応して燃焼帯Ｓ２の搬送速度を調整する油圧機構が２系統ある場合には、風箱ごとにごみ層厚指数Ｉを算出するように構成してもよい。なお、適正なごみ層厚を示すごみ層厚指数Ｉの値は、設備毎に設定される値であり、全ての設備に共通する値ではない。また同じ設備でも経年変化に伴って変化する値である。

ストーカ機構Ｓの上流から供給されたごみは、ストーカ機構Ｓによるごみの搬送方向に沿って順番に乾燥処理、ガス化処理、固体燃焼処理、灰化処理され、其々の領域に対応するように風箱が配置されている。そこで、各風箱ごとにごみ層厚の算出が可能になり、其々の風箱に対応して層厚を適切に調整することができるようになる。

なお、経年劣化によりストーカ機構を構成する火格子が摩耗し、焼損することにより圧損が小さくなるような場合や、逆に火格子の隙間が詰まって圧損が大きくなり場合があり、それらの状況に応じて定数ａ，ｂを調整し、或いは適正なごみ層厚と評価されるごみ層厚指数Ｉの範囲を何れかにシフトさせることが好ましく、これにより経年変化に適切に対応できるようになる。

［燃焼制御］
制御指令生成部１８は、燃切点推定部１５で推定された燃切点、層厚推定部１６で推定されたごみ層厚、蒸気量制御部１７で求められた給気量に基づいて、給じん制御部１１、搬送制御部１２、給気制御部１３に制御指令を出力する。その結果、給じん速度、搬送速度、給気量が調整され、燃切点が所定範囲に調整され、ごみの層厚が所定範囲に調整され、蒸気量の変動が所定範囲に調整される。

具体的に、制御指令部１８は、燃切点推定部１５で推定された燃切点を所定燃切点範囲に維持するようにストーカ機構Ｓによるごみの搬送速度を調整する燃切点調整ステップを実行するとともに、層厚推定部１６で推定されたごみ層厚指数Ｉに基づいてごみ層厚指数Ｉを適正範囲に維持するようにストーカ機構Ｓによるごみの搬送速度及び給じん速度を調整するごみ層厚調整ステップを実行する。

燃切点調整ステップでは、制御指令生成部１８から搬送制御部１２に制御指令が出されて、燃切点が所定燃切点範囲より下流側に位置していれば、ストーカ機構Ｓによる搬送速度を低下させ、燃切点が所定燃切点範囲より上流側に位置すれば、ストーカ機構Ｓによる搬送速度を上昇させる。

燃切点の適正範囲は燃焼帯Ｓ２の中央部より下流側の領域に設定され、燃切点算出ステップで算出された燃切点がこの領域に入るように、乾燥帯Ｓ１、燃焼帯Ｓ２の其々に備えた油圧機構ｈ１，ｈ２が制御される。なお、乾燥帯Ｓ１、燃焼帯Ｓ２、後燃焼帯Ｓ３の搬送速度は予め定めた所定の比率で連動して増速または減速するように制御され、連動して給じん装置Ｐからのごみの供給量が増減制御される。なお、乾燥帯Ｓ１、燃焼帯Ｓ２、後燃焼帯Ｓ３の搬送速度はそれぞれ独立して制御されるように構成してもよい。

ごみ層厚調整ステップでは、制御指令生成部１８から搬送制御部１２に制御指令が出されて、ごみ層厚が薄ければストーカ機構Ｓによる搬送速度を低下させ、ごみ層厚が厚ければストーカ機構Ｓによる搬送速度を上昇させる。同時に制御指令生成部１８から給じん制御部１１に制御指令が出されて、ごみ層厚が薄ければ給じん速度を上昇させてごみの供給量を増やし、ごみ層厚が厚ければ給じん速度を低下させてごみの供給量を減らす。

制御指令部１８は、このようにして、燃切点及びごみ層厚を調整しつつ、廃熱ボイラＦで生成される蒸気量が目標蒸気量となるように給気制御部１３を介して各風箱の流入ダクトに備えたダンパの開度を調整することで、主燃焼空気量を調整する燃焼空気量調整ステップを実行する。

さらに、制御指令部１８は燃切点推定部１５で推定された燃焼エリアの代表温度に基づいて、以下の態様の補正処理を実行する。
第１に、燃焼帯Ｓ２のごみ層厚が適正範囲より厚くなり、燃焼帯Ｓ２のごみの温度が適正範囲より低下すると、低質ごみが過剰供給状態にあると判断して、燃焼空気量を増量調整するとともに、給じん速度を減速補正する。
第２に、燃焼帯Ｓ２のごみ層厚が適正範囲より薄くなり、燃焼帯Ｓ２のごみの温度が適正範囲より上昇すると、高質ごみが供給不足状態にあると判断して、燃焼空気量を減量調整するとともに、給じん速度を増速補正する。
第３に、燃焼帯Ｓ２のごみ層厚が適正範囲より厚くなり、燃焼帯Ｓ２のごみの温度が適正範囲より上昇すると、高質ごみが過剰供給状態にあると判断して、燃焼空気量を減量調整するとともに、給じん速度を減速補正する。
第４に、燃焼帯Ｓ２のごみ層厚が適正範囲より薄くなり、燃焼帯Ｓ２のごみの温度が適正範囲より低下すると、低質ごみが供給不足状態にあると判断して、燃焼空気量を増量調整するとともに、給じん速度を増速補正する。

上述した実施形態では、ごみ層厚を評価するごみ層厚指数Ｉを求める評価関数として、ごみ層厚指数Ｉ＝ΔＰ－ａ×Ｑ^ｂを採用しているが、評価関数はこの例に限るものではなく、少なくともΔＰストーカ下圧力と炉内圧力の差圧ΔＰと主燃焼用空気流量Ｑを変数とする任意の関数とすることができる。そして、機械学習でチューニングする以外に、実験結果に基づく試行錯誤によりチューニングしてもよい。

また、上述の評価関数を適正に調整するためにニューラルネットワークのような機械学習装置を用いてチューニングする例を説明したが、ニューラルネットワーク以外の機械学習装置を用いることも可能である。

尚、上述した実施形態は、本発明の一例に過ぎず、本発明の作用効果を奏する範囲において各部の具体的な構成は適宜変更設計できることは言うまでもない。

１：ごみ焼却炉
２：主燃焼室
３：二次燃焼室
４：ガス供給機構
１０：燃焼制御装置
１１：給じん制御部
１２：搬送制御部
１３：給気制御部
１４：演算処理部
１５：燃切点推定部
１６：層厚推定部
１７：蒸気量制御部
１８：制御指令生成部
Ａ：プラットホーム
Ｂ：ごみピット
Ｃ：クレーン機構
Ｄ：ごみ投入ホッパ
Ｅ：焼却炉本体
Ｆ：廃熱ボイラ
Ｇ：エコノマイザ

Claims (5)

1. ストーカ機構の上面で焼却されるごみを赤外線カメラで撮影した画像情報に基づいて燃切点を推定するごみ焼却炉の燃切点推定方法であって、
   前記ストーカ機構によるごみの搬送方向に沿う仮想基準線を少なくとも１本設定し、前記仮想基準線上で上流側から下流側に到る温度情報を前記画像情報から抽出する温度情報抽出ステップと、
   前記温度情報抽出ステップで抽出された温度情報に基づいて、上流側から下流側に到る温度分布特性線を算出する温度分布算出ステップと、
   前記温度分布算出ステップで算出された温度分布特性線の変曲点の位置に基づいてごみの燃切点を算出する燃切点算出ステップと、を備え、
   前記温度分布算出ステップは、ごみの搬送方向に沿う長さを一方の軸とし、温度を他方の軸とする２次元座標系に対して、前記仮想基準線の上流側の所定範囲に存在する温度情報から前記所定範囲で上流側近似直線を生成する第１処理と、前記所定範囲より下流側の任意の範囲に存在する温度情報から前記上流側近似直線の下流端を始点とする下流側近似直線を生成する第２処理を含むステップであるごみ焼却炉の燃切点推定方法。
2. 前記温度分布算出ステップは、前記第１処理の前記所定範囲を所定間隔で次第に大きくして繰返し、前記第１処理と前記第２処理の其々の近似直線の決定係数の合計が最大となるときの上流側近似直線及び下流側近似直線を前記温度分布特性線とするステップである請求項１記載のごみ焼却炉の燃切点推定方法。
3. 前記上流側近似直線は前記一方の軸に平行な直線である請求項２記載のごみ焼却炉の燃切点推定方法。
4. 前記温度情報抽出ステップで設定される仮想基準線は、炉幅方向中央部と炉幅方向中央部を挟み炉幅方向左側と路幅方向右側の少なくとも３本設定される請求項１から３の何れかに記載のごみ焼却炉の燃切点推定方法。
5. 炉室にごみを投入する給じん装置と、前記給じん装置により炉室に投入されたごみを搬送しながら焼却するストーカ機構と、を備えたごみ焼却炉の燃切点調整方法であって、
   請求項１から４の何れかに記載のごみ焼却炉の燃切点推定方法を用いて前記燃切点を求める燃切点算出ステップと、
   前記燃切点算出ステップで算出された前記燃切点を所定燃切点範囲に維持するように前記ストーカ機構による搬送速度を調整する燃切点調整ステップと、
   を備えているごみ焼却炉の燃切点調整方法。
   

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