JPH02169908A - ごみ焼却炉の燃え切り点検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、円筒状の回転ストーカを用いたごみ焼却炉
の燃え切り点検出方法に関する。

［従来の技術］ 近年、都市ごみや固形産業廃棄物の多様化にとらない、
低カロリーから高カロリーのものまで確実かつ安定に焼
Ｊｕｌできる焼却炉か要請されている。

このような・四錆に応えるためには、ごみの燃焼状態を
計測し、ごみの供給速度、空気ｌｊ給Ｉｆ（、ごみの送
り速度等を制御する必要がある。

焼却状態を知る尺度の−っとして、燃え切り点かある。

これは、ごみが炉内にｌｊ給され、乾燥域→燃焼域→お
き燃焼域と移行していく場合の、燃焼域とおき燃焼域と
の境界であり、安定な燃焼を得るには、この燃え切り点
か、ある適正範囲内にくるように制御しなければならな
い。

たとえば、ボイラ付ごみ焼却炉において、燃焼を促進し
てボイラ蒸気流量を増加させたい場合は、乾燥域側の空
気流量を増して、おき燃焼域側の空気流量を減少させ、
反対に、燃焼を抑制してボイラ蒸気流ｍを減少させたい
場合は、上と逆の操作を行うか、これらの操作に応して
、ごみの供給ｆｉｌや空気ｉ％ｔｆｆｉを調節し、燃え
切り点が適正範囲内にくるように制御しなければならな
い。具体的には、回転ストーカ部への空気流１ｉ１に応
じてごみｍの供給、およびごみの移送速度を調節するこ
とにより、燃え切り点を調節する。

このように燃え切り点は、燃焼制御上、重要な意味をも
っている。したがって、燃え切り点を自動的に検出して
、燃焼を制御する装置が提案されている。

たとえば、川崎重工技報・９０号（１９８５年ｌＯ月号
）の２０頁以降には、「カラー画像処理技術を応用した
ごみ焼却プラント用自動燃焼制御（Ａ　ＣＣ）システム
の開発」と題した記事が記載されている。このシステム
は、カラーＩＴＶ（工業相１’　Ｖ　）カメラを用いて
、ごみ焼却炉内を撮像して火炎領域をとらえ、各走査線
ごとに赤色成分の積算値の分布を求め、この積算値の最
大値に適切な値ｋ　（０＜ｋ＜ｌ）を乗じて火炎部と天
部とを分ける閾値αを求め、閾値α以上の部分を火炎部
、閾値α未満の部分をわき燃焼を含む天部とする。また
、火炎部と天部の境界の走査Ｖ９　Ｋを求め、この走査
線Ｋに対応するこみ焼却炉内の位置を燃え切り点とする
ものである。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述した従来のシステムは、円筒状のストー
カではな（、一般の平型のストーカを使用しているため
、ストーカの上方向、あるいは左右方向の適当な位置に
ＴＶ右カメラ据え付けて、火炎部を撮像することが可能
であった。

しかしながら、円筒状の回転ストーカを用いた場合は、
第１図に示すように、上方向や左右方向からの撮像は不
可能であった。このため、回転ストーカ式焼却炉の場合
は、オペレータが、ストーカ下端部に設けられたのぞき
窓から火炎を目視し、感覚的に燃え切り点を認識してい
た。このため、オペレータによる個人差が生じていた。

また、燃え切り点を長時間にわたって連続的かつ定量的
に検出することができず、自動制御を行うことができな
かった。

さらに、回転ストーカの場合、カメラを設置しようとし
ても、ストーカの１一方向、左右方向には据え付けるこ
とができず、その据え付は位置は、たとえば、上記のぞ
き窓のところなどに局限されていた。よって、撮像した
画像も傾斜したものとなり、この２次元画像から３次元
空間内の燃え切り点の位置を同定することが困難であっ
た。

この発明は、このような背景の下になされたもので、カ
メラの据え付は位置が局限されている場合でも、燃え切
り点を連続的かつ定量的に検出することができる、ごみ
焼却炉の燃え切り点検出方法を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するためにこの発明は、円筒状の回転ス
トーカに廃棄物を供給し、該回転ストーカを回転しなが
ら、その内部にて廃棄物を焼却するようにしたごみ焼却
炉において、前記回転ストーカの外部に該回転ストーカ
の内部を撮像するカメラを設け、以下の１〜３の各過程
によってごみの燃え切り点を検出することを特徴とする
。

■　前記回転ストーカの内周面に該内周面の各位置を示
すマークを設け、該マークを前記カメラで撮像してマー
ク画像を得る過程と、 ■　ごみ焼却中に、前記回転ストーカの内部を撮像して
画像を得、この画像の中で炎と他の部分を区別して、前
記燃え切り点の画像の中における位置を検出する過程と
、 ■　該画像の中における・燃え切り点の位置と１１；Ｉ
記マーク画像とに）１（づいて、前記回転スト−カ内部
における前記燃え切り点の実際のＩ！２置を演算する過
程。

［作用］ １−記方法によれば、回転ストーカの内周面に設けられ
たマークを撮像した画像と、火炎部を撮像した画像とを
照合することによって、画像中の火突部の下端に対応す
る実際の位置、つまり燃え切り点の位置が認識される。

よって、前記マークをあらかじめ撮像し、位置の基準と
なるデータ（較正データ）を作成しておけば、カメラの
据え付は位置が局限されている場合でも、正確かつ安定
な燃え切り点の検出が可能となる。

［実施例コ 以下、図面を蓼照して、本発明の詳細な説明する。

第１図、第２図は、この発明による方法を適用した回転
ストーカ型焼却炉の構成を示す図で、第１図はその縦断
面図、第２図は横断面図である。

これらの図において、ごみ投入ホッパ１から没入された
ごみ２は、ごみ供給ブソンヤ３によって、円筒状の回転
ストーカ・１に供給される。回転ストーカ４は、円筒体
の軸心を中心に回転しながら、ごみ２を焼却するもので
ある。回転ストーカ４は、第２図に示すように、小さな
間隙５を隔てて円環状に配列された複数の水管６から構
成されている。

これらの水管６は下端部にて円環状の管６ａに合流し、
この管６ａは、管６ｂとロークリジヨイント６Ｃを通し
て、ボイラ７に連結されている。

コ”）して、水管６とボイラ７との間には、常時水が循
環し、水管６を保護する。また、回転ストーカ４の下方
には、分割風箱８が設けられ、この分割風箱８から送ら
れる熱風９が、間隙５の間から回転ストーカ４の中に送
り込まれるようになっている。

一方、ボイラ７を通過した燃焼ガス１０は、熱風９を発
生させるための空気予熱器ｌｌを通り、排煙処理装置の
方へ送られる。なお、図中１２は着火バーナ、１３は後
燃焼装置、１４はダンパである。

次に、第３図は、この実施例装置の電気的構成を示すブ
ロック図である。

図において、２１は工業用テレビカメラ（以下、カメラ
２１という）であり、第１図に示す位置に配置されて、
回転ストーカ４の内部を撮像する。

カメラ２１の据え付は位置は、管６ｂを避けて、回転ス
トーカ４の内部がよく見える位置でなげればならない。

したがって、カメラ２１は、回転ストーカ４の軸線に対
して斜めの位置に据え付けられることになる。こうして
、カメラ２１には、回転ストーカ４内部の状態が♀１め
から見た状態で映１、出される（第４図参照）。

カメラ２１からの画像信号（アナログ信号）は、画像処
Ｆ４１装置３０内のへ／Ｄ変像器（アナログ・ディジタ
ル変換器）３１に供給される。Δ／Ｄ変換器３１は、上
記画像信号をディジタル信号に変換し、このディジタル
信号（画像データ）を画像メモリ３２に供給する。画像
メモリ３２は、燃焼中の画像４面分の画像データを格納
できるものである。

画像メモリ３２に格納された画像データは、ＣＰＵ３３
に読み出され、後述する処理を受ける。

また、ＣＰＵ３３にはメモリ３４が接続されてお（′）
、プログラム格納用に使用される。ＣＰＵ３３で処理さ
れたデータのうち表示が必要なものは、インターフェー
ス３５を通してモニタ装置４０に表示される。また、Ｃ
Ｉ’Ｕ３３から制御装置５０に燃え切り点などの情報が
転送され、この燃焼炉の燃焼制御か実行される。

次に、この実施例の動作を説明する。

まず、第４図〜第６図を参照して動作の概要を説明する
。

第４図は、カメラ２１に撮像された回転ストーカ４の内
部の画像を示すものである。すでに説明したように、カ
メラ２１は回転ストーカ４の軸線にに４してずれた位置
にあるので、この内部画像は図のようにやや傾斜したも
のとなる。回転ストーカ、１の内部には、回転ストーカ
４の内部の位置を示す格「−状のマーク６０か、たとえ
ば５００ｆｆ＋ｍ間隔て′ＪＦき込まれており、これが
撮像されて図のような画像を形成する。このマーク６０
は、カメラ２１を据え付けたときに撮像するだけでよく
、撮像されたマーク６０の画像は、画像メモリ３４に格
納され、この画像から較正データが作成される。

なお、その詳細は後述する。

第５図は、燃焼中の状態を示す画像である。火炎６１は
、画像中では輝度の高い部分として現れるから、この画
像を２値化することによって、火炎６１と背景の部分と
を区別することができる。

この火炎６１の最下端の点Ｑが燃え切り点６５に相当す
る点であり、画像中での座標は（ｘ、ｙ）であるとする
。なお、画像の座標系としては、画像の左上の点を原点
とし、原点を通る水平右方向をＸ軸の正方向、原点を通
る垂直下方向をｙ軸の正方向と設定する。

第６図は、各走査線における火炎６１の画素数を示すも
のである。同図（ｂ）に示すように、火炎６１の幅が広
いところほど画素数が多（なり、この画素数が零となる
点（または零に近い一定値より少なくなる点）が画面下
部に１点得られる。その点Ｑ（ｘ、ｙ）を燃え切り点６
５として決めることができる。

次に、第７図〜第１２図を参照して、この実施例の動作
を説明する。

第７図は、本実施例のＣＰＵ３３　（第３図）の画像処
理動作を示すフローチャート′である。

この画像処理は、カメラ２１の据え付は時に、第４図に
示すような画像をとり、この画像から燃え切り点を較正
するための較正データを作成する段階（ステップ５ｌ−
３３）と、燃焼状態を撮像して燃え切り点を検出する段
階（ステップ８４〜Ｓ９）と、燃え切り点６５の出力値
を安定化するための処理（ステップ５１０）とからなっ
ている。

以下、これらに大別して説明する。

（１）　　較正データの作成 まず、ステップＳ１において画像処理装置３０をイニン
ヤライズした後、回転ストーブＪ４に書き込まれた格子
状のマーク６０をカメラ２１で撮像する。これが、第４
図に示すような較正画像として画像メモリ３２に格納さ
れ、ＣＰＵ３３から読み出し可能な状態となる。

このような較正画像に対して、第８図、第９図に示すよ
うな処理を施して燃え切り点の較正データを設定する（
ステップＳ２）。以下、その具体的方法につき説明する
。

■　較正点群の画像座標の決定 第４図の較正画像から格子点を抽出し、第８図に示すよ
うに、各格子点の画像空間ｘ−ｙにおける座標を決定す
る。

■　無限遠点Ｐ、の座標算出 第９図に示すように、各直線ｍｊ（ｊ＝１．２゜３・・
・・・・）の画像空間ｘ−ｙにおける方程式を最小二乗
法によって求め、これらの直線の交点として、再び最小
二乗法を用いて無限遠点１】、の座標を決し、これを記
憶する。

こうして、燃え切り点６５を算出するための較正データ
が得られたら、ｃｐｕ３３は、ステップＳ３に進み、画
像入力や２値化処理、および出力処理などのための諸デ
ータの入力が行われているか、また適正なものかなどの
画像チエツクを行う。

以上によって、燃焼状態を連続的に撮像して制御するた
めの準備が終了する。校正データ座標はデータファイル
としてメモリ３４に格納されるため■の作業は１度だけ
でよい。

（２）　燃え切り点６５の検出動作 ＣＩ）　Ｕ　３３は、ステップＳ４において、第１〜第
４の燃焼画像を画像メモリ３２に取り込み、これらの画
像に対してステップＳ５で加算処理を行なう。これは、
火炎６１や煙などの動いているものに比べて、燃え切り
点６５の位置の変動用が少ないという■■実に基つき、
画像を加算ケることで画像の５Ｆ滑化を行い、燃え切り
点６５をより安定に検出するための処理である。このよ
うにして得られた画像に対してステップＳ６でヒストグ
ラム処理、判別分析法による処理、２値化処理を施す。

続いて、加算処理でも除去できなかったノイズに対して
、検出精度をさらに上げるために、収縮、膨張といった
公知の画像処理手法を用いて、ノイズを除去する（ステ
ップＳ７）。また、燃え切り点６５は、火炎６１の最下
部であることを前提に、第６図（１））に示すような火
炎６１の水手プロファイルをとり、このプロファイルか
ら、燃え切り点６５の、画像空間中の座標Ｑ　（ｘ、　
ｙ）を決定する（ステップＳ８）。

次いで、ステップＳ９に進み、２次元→３次元変換処理
を実行する。すなわち、上記（１）項で求めた較正デー
タに基づいて、２次元の画像内の点Ｑ　（ｘ、　ｙ）が
回転ストーカ４内の３次元空間でどの位置を占めるかを
計算し、燃え切り点゛６５の位置を決定する。以下、第
１０図〜第１２図を参照して、この方法につき説明する
。

■　燃え切り点６５の補間領域の決定 ステップＳ８において、燃え切り点６５に対応する画像
中の点Ｑ（ｘ、ｙ）が求まったら、第１０図に示すよう
に、直線Ｐ、Ｑが画面垂直方向となす角αを算出する。

また、直線群ｍｊが画面垂直方向となす角θｊとすると
き、θｊ〉α〉θｊ＋ｌとなるような直線ｍｊ、ｍｊ＋
１をみいだす。

■　この直線ｍｊと直線ｍｊ＋Ｌ上の格子点の座標を順
番に調べ、第１１図に示すような、点Ｑを囲む形の３つ
の格子点Ｐ、、Ｐ、、Ｐ、をみつけ、これらの点Ｉ）。

、Ｐ、、Ｐ、を補間の基本点とする。

■　これらの基本点Ｐ０．Ｐ、、Ｐ、のそれぞれの座標
を（Ｘｏ、　ｙｏ）、　（Ｘ＋、ｙ＋）、（ｘｔ、ｙｔ
）とし、これらの値から点Ｑの座標（ｘ、　ｙ）を、−
次補間法によって求める。

まず、第１２図に示すように、基本点Ｐ。、Ｐ、。

Ｐ、と点Ｑのｘ、ｙ座標のそれぞれの差ΔＸ、Δｙ１Δ
ＸＩ＋Δｙ８、およびΔｘ２．Δｙ、を求める。次いで
、基本点Ｐ、、Ｐ、、Ｐ、の回転ストーカ４内の位置（
回転ストーカ４の出口端からの距１ｉＩｌ）を、それぞ
れり、、Ｌ、、Ｌ、とじ、点Ｑの位置をＬとすると、距
離りが求める値であり、他は既知の値である。このよう
な条件の下に、距離し＋　　ｌｊ　ｌ＋　　Ｉｙ　ｔの
値を次式で表現することができる。

Ｌ＝　Ｌ、　＋　（ａＬ／　ＪＸ）ＡＸ＋　（ＪＬ＃ｙ
）ＡｙＬ　、　−り。＋（ａｌ、／　ａｘ）Ａｘ、　＋
　（ｄｌ／ａｙ）Ａｙ。

し、＝＝　Ｌ。＋（几／ＪＸ）Δｘｔ＋　（ａＬ＃ｙ）
Δｙｔこれらの３式において、Ｌｏ＋　　Ｌ＋＋　　Ｌ
２、およびΔＸ、Δｙ１ΔＸＩ＋ΔＹｌｓΔｘ！、Δｙ
、は既知の値であるから、これらの式より、（ａＬ／ａ
ｘ）、（ａＬ／ａｙ）を消去して距離りを求めることが
できる。

こうして、燃え切り点６５の実際の位置りを求めること
ができた。

（３）　燃え切り点の検出安定化処理 燃え切り点位置として、毎回算出されるデータを用いる
と、ノイズなどの影響で、安定した値が得られない。そ
こでステップＳＩＯで平滑化等の出力信号処理を実行し
て実際の燃え切り点６５を決定している。平滑化処理と
して次の演算が行われる。

・１次処理 Ｆ、＝Ｆｂ＋　　Ｃ−Ｆｂ Ｆｃ　ｅ１次処理後の燃え切り点位置 Ｆｂ　：前回の１次処理後の燃え切り点位置Ｃ・今回の
燃え切り点算出位置（１次処理前）ｍ、移動量を調整す
る係数 ・２次処理（出力値） Ｏｃ＝Ｏｂ　十 Ｄ　−０、。

０ｃ　・今回の燃え切り点位置出力値 Ｏｏ：前回の燃え切り点位置出力値 ［）・１次処理データと１次処理前（今回の燃え切り点
算出位置）の値を比較して小さい方の値 ｎ、移動量を調整する係数 こうして、一連の処理が終了すると、ステップＳ１１で
表示、Ｓ１２でデータを出力しステップＳ　４に戻って
、上述した燃焼画像の処理を繰り返す。

こうして求めた燃え切り点位置データは、第３図の制御
装置５０に供給されて、燃焼制御に使用される。

［発明の効果］ 以−１−説明したように、この発明は、回転スト−１３
内周面上に、その位置を示すマークを書き込んでおき、
このマークの画像と、実際の燃焼時の画像とを照合して
、燃え切り点の位置を求めるようにしたので、次の効果
を得ることができる。

（１）　　回転ストーカのように円筒状で、その上方向
、あるいは左右方向からは、内部の見えないものの内部
状態を撮像して、燃え切り点を求めることができる。

（２）　燃え切り点位置データを自動制御のプロセスデ
ータとして使用することができる。

（３）　カメラの据え付は位置が局限され、たとえば、
斜めからみた画像しか得られないような場合でも、燃え
切り点の位置を正確に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法を適用した実施例装置の構成を
示す縦断面図、 第２図は同装置の回転ストーカ４の部分の横断面図、 第３図は同装置の電気的構成を示すブロック図、第４図
は同装置の回転ストーカ４の内部に書き込まれた格子状
のマーク６０をカメラ２１にて撮像したときの画像を示
す図、 第５図は燃焼中に回転ストーカ４の内部をカメラ２１に
て撮像したときの画像を示す図、第６図は火炎６１の画
像とそのプロファイルを示す図、 第７図は上記実施例装置の動作を説明するためのフロー
チャー１−１ 第８図および第９図は、回転ストーカ内のマーク６０を
撮像した画像から較正データを作成する方法を説明する
ための図、 第１Ｏ図〜第１２図は、燃焼画像から実際の燃え切り点
位置を算出する方法を説明するための図である。 ４・・・・・・回転ストーカ、２１・・・・、・カメラ
、３０・・・・・・画像処理装置、３２・・・・・・画
像メモリ、３３・・・・・・ＣＰＵ、４０・・・・・モ
ニタ装置、５０・・・・・・制御装置、６０・・・・・
・マーク。 第７図 第２図 第８図 第９図 第１Ｏ図 第１１図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 円筒状の回転ストーカに廃棄物を供給し、該回転ストー
   カを回転しながら、その内部にて廃棄物を焼却するよう
   にしたごみ焼却炉において、前記回転ストーカの外部に
   該回転ストーカの内部を撮像するカメラを設け、以下の
   １〜３の各過程によってごみの燃え切り点を検出するこ
   とを特徴とするごみ焼却炉の燃え切り点検出方法。 （１）前記回転ストーカの内周面に該内周面の各位置を
   示すマークを設け、該マークを前記カメラで撮像してマ
   ーク画像を得る過程と、 （２）ごみ焼却中に、前記回転ストーカの内部を撮像し
   て画像を得、この画像の中で炎と他の部分を区別して、
   前記燃え切り点の画像の中における位置を検出する過程
   と、 （３）該画像の中における燃え切り点の位置と前記マー
   ク画像とに基づいて、前記回転ストーカ内部における前
   記燃え切り点の実際の位置を演算する過程。