JPH02169909A - 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もない、
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
却できる焼却炉が要請されている。

このような要請に応えるためには、ごみの燃焼状態を計
測し、ごみの供給速度、空気供給債、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一つとして、燃え切り点がある。

これは、ごみが炉内に供給され、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、この燃え切り点が
、ある適正範囲内に（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量を減少させたい
場合は、上と逆の操作を行うが、これらの操作に応じて
、ごみの供給量や空気流量を調節し、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量に応じてごみ量の供給
、およびごみ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、川崎重工枝軸・９０号（１９８５年１０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（ＡＣＣ）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（工業用ＴＶ）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　（Ｑ＜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
未満の部分をお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線Ｋを求め、この走査線Ｋに対応す
るご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
カではなく、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、カメラを設置しようとしても、ストーカの上方向、
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。

特に、後述する第１０図に示すように、ごみは回転スト
ーカ中ではある厚さをもっているため、斜めの位置から
撮像した２次元画像からは、燃え切り点の正確な位置を
同定することができなかった。

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
り点の位置を正確に同定できるようにした、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１〜４の各過程によってごみ
の燃え切り点を補正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池の部分を区別して、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
、 ■　前記燃え切り点近傍のごみ厚に対応する画像中の距
離分だけ、前記画像の中の燃え切り点位置を平行移動し
て、画像の中における補正された燃え切り点位置を求め
る過程と、 ■　該画像の中における補正された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。

［作用］ 上記方法によれば、画像中の火炎部から、みかけの燃え
切り点（第１０図中の点Ｒ）に対応する画像中の点（第
１１図中の点Ｑ）を求めることができる。この画像中の
点Ｑに、ごみ厚ｄに対応する距離分ｐｃの平行移動を施
すことによって、実際の燃丸切り点Ｓに対応する画像中
の点Ｑｃを求めることができる。

次いで、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、画像中の点Ｑｃとを照合することによっ
て、この点Ｑｃに対応する位置、つまり実際の燃え切り
点の位置が認識される。

このように、ごみ厚ｄに対応する距離ｐ、、が分かり、
前記マークに対応する位置の基準となるデータ（較正デ
ータ）が作成されていれば、カメラの据え付は位置が局
限されている場合でも、正確な燃え切り点の検出が可能
となる。なお、ごみ厚ｄを知る方法としては、オペレー
タの目測による方法などかあり、これから画像中の距離
ｐｃを求めることができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して、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ｌから投入された
ごみ２は、ごみ供給ブツシャ３によって、円筒状の回転
ストーカ４に供給される。回転ストーカ、１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とロータリジヨイント６Ｃを通し
て、ボイラ７に連結されている。

こうして、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、■１隙５の間から回転スト−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ｌＯは、熱風９を発
生さぜるための空気予熱器ｌｌを通り、排煙処ｐｌｊ装
置の方へ送られる。なお、図中１２はｔ’ｔ　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・１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−カ４の内部がよく見える位置でなければならない。

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内部の状態が斜めか
ら見た状態で映し出される（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
理装置３０内のＡ／Ｄ変換器（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が接続されており、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３
５を通してモニタ装置４０に表示される。また、ＣＰＵ
３３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が実行される。

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ｈ−力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の軸線に対してずれた位置に
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４の内部には、回転ストーカ４の
内部の位置を示す格子状のマーク６０が、たとえば５０
０＋ｎｍ間隔で書き込まれており、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２
１を据え付けたときに撮像するだけでよ（、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６−１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
る点くまたは零に近い一定値より少なくなる点）が画面
の下部に１点得られる。

その点Ｑ　（Ｘ、　ｙ）を燃え切り点６５として決める
ことができる。

上記の説明は、燃え切り点６５の位置におけるごみ厚が
ないものとして説明したが、実際はごみ厚があるために
補正が必要となる。これについては第１０図、第１１図
のところで説明する。

次に、第７図〜第１４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、この画像が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８１〜
Ｓ３）と、燃焼状態を撮像１、てみかけ上の燃え切り点
を検出する段階（ステップ８４〜Ｓ８）と、このみかけ
上の燃え切り点にごみ厚による補正を施す段階（ステッ
プＳ９）と、補正された燃え切り点から実際の燃え切り
点の位置を求める段階（ステップ５ＩＯ）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５ｌ
ｌ）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３゜をイニシ
ャライズした後、回転ストーカ４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が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ｍＨｊ＝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Ｐ、の座標を決し、これを記憶す
る。

コウシて、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
像人力や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のみかけの位置Ｑ検出ＣＰＵ３
３は、ステップＳ４において、第１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Ｓ
５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の位置の変動量が少ないという事実に基
づき、画像を加算することで画像の平滑化を行ない、燃
丸切り点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
、検出精変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６３．５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の水平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）　　。

（３）燃え切り点６５の補正された位置Ｑｃ算出ステッ
プＳ８において、燃え切り点６５のみかけの位置Ｑ　（
ｘ、　ｙ）が求まったら、これにごみ厚による補正を施
す（ステップＳ９）。

第１０図および第１１図は、ごみ厚補正を説明するため
の図である。

カメラ２１によって撮像され、上記処理によって燃え切
り点６５の像として抽出された点Ｑは、ごみ２の表面上
の位置に対応するものである。したがって、この点Ｑに
対応する回転ストーカ４上の点を較正データによって求
めると、第１Ｏ図の点Ｒの位置が算出されてしまい、実
際の燃え切り点６５の位置Ｓを求めることができない。

このような不都合を避けるためには、点Ｓに対応する画
像中の点Ｑｃを求めればよい。つまり、ごみ厚ｄをカメ
ラ２１からみたときの距離ｐに対応する画像中の距離を
ｐｃとするとき、点Ｑを、この距ｆｉｐ。分だけ平行移
動した点Ｑｃを求め、この点Ｑｃに対応する回転ストー
カ４内の位置を求めればよい。

この場合、ごみ厚ｄは、オペレータが目測又は適当な計
測手段で求め、第３図のモニタ装置４０に設けられたキ
ーボード又は計測手段からＣＰＵ３３に入力する。これ
によって、カメラ２１は、ごみ厚ｄに対応する距離ｐと
画像中の距離ｐｃを算出する。すなわち、カメラ２１の
位置および傾きと、回転ストーカ４の傾きと、回転スト
ーカ４内における燃え切り点６５のあるべき位置とから
点Ｒ，Ｓが求まり、これによって距離ｐとｐｃとが求め
られる。

（４）燃え切り点６５の実際の位置の算出次いで、ステ
ップＳ１０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　Ｃ（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１２図〜第
１４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Ｓ９において燃え切り点６５に対応する画像中
の補正点Ｑ　Ｃ（Ｘ、　ｙ）か求まったら、第１０図に
示すように、直線Ｐ、Ｑｃ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θ
ｊとするとき、θｊ〉α〉θｊ＋ｌとなるような直線ｍ
ｊ、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
ＷＹ１．：調べ、第１１図に示すような、点Ｑｅを囲む
形の３つの格子点Ｐ、、Ｐ、、Ｐ、をみつけ、これらの
点Ｐ。、Ｐ、、Ｐ、を補間の基本点とする。

■　これらの基本点Ｐ。＋　　Ｐ　Ｉ＋　　Ｐ　２のそ
れぞれの座標を（ｘｏ＋　ｙｏ）、（Ｘ、ｙ＋）、（Ｘ
２．　ｙｔ）とし、これらの値から点Ｑｃの座標（Ｘ、
　ｙ）を、−次補間法によって求める。

まず、第１４図に示すように、基本点Ｐ。、Ｐｌ。

Ｐ、と点Ｑｃのｘ、ｙ座標のそれぞれの及ΔＸ、Δｙ、
ΔＸ、Δｙ１、およびΔＸｔ＋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の出口端からの距離）を、それぞれし。

、Ｌ、、Ｌ、とし、点Ｑｃ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、距離り、Ｌ、、Ｌ、の値を次式で表現するこ
とができる。

シー１、。＋　（ａＬ／　ａｘ）Ａｘ＋　（ａＬ／ａｙ
）Δｙ１、　＝　Ｌｏ　＋　（几／ａＸ）八Ｘ、　＋　
（ａＬ／Ｊｙ）ΔｙＩＬｔ　＝　Ｌｏ　＋　（ａＬ／　
ａｘ）Ａｘｔ　＋　（ＪＬ、＃ｙ）Ａｙｔこれらの３式
において、Ｌ、、Ｌ、、Ｌ、、およびΔＸ、Δｙ１ΔＸ
ｌｌΔｙ１１ΔＸｔ＋Δｙ、は既知の値であるから、こ
れらの式より、（ｄＬ／ａｘ）、（ａＬ＃ｙ）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。

（５）　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Ｓｉｔ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” ＦＣ：１次処理後の燃え切り点位置 Ｆ、：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） ０゜＝ｏ、　＋Ｄ　　Ｏｂ ０ｃ：今回の燃え切り点位置出力値 Ｏｂ：前回の燃え切り点位置出力値 Ｄ＝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Ｓ１２で
表示、Ｓ１３でデータを出力し、ステップＳ４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。

［発明の効果コ 以上説明したように、この発明は、回転ストーカ内周面
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場合に、ごみ厚に対応する補正を
施して燃え切り点の位置を求めるようにしたので、次の
効果を得ることかできる。

（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場合に、燃え切り点
の位置を高精度で求めることができる。

（２）　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さでも、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
チャート、 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図および第１１図は、ごみ厚補正を説明するため
の図で、第１０図は回転ストーカ４内の状態とカメラ２
１との位置関係を示す図、第１１図はこのときの画像中
の燃え切り点位置Ｑと補正された燃え切り点位置Ｑｃと
の関係を示す図、第１２図〜第１４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２図 第４図 第５図 第６図 第８図 第９図 第７図 第１０図 第１１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
   １〜４の各過程によってごみの燃え切り点を補正するこ
   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）前記燃え切り点近傍のごみ厚に対応する画像中の
   距離分だけ、前記画像の中の燃え切り点位置を平行移動
   して、画像の中における補正された燃え切り点位置を求
   める過程と、 （４）該画像の中における補正された燃え切り点の位置
   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。