JPH079288B2 - 固形燃焼装置の燃料供給制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ごみ焼却装置等の固形燃焼装置の自動燃焼制
御に適用される固形燃焼装置の燃料供給制御方法に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、ごみ焼却装置の炉はほぼ第５図に示すように構成
され、ごみピットからクレーンで搬送された燃料として
のごみは焼却炉（１）の投入ホッパ（２）に投入され
る。

そして、投入されたごみは後述の各火格子のごみ送り
（燃料送り）により、図中の斜線に示すように堆積した
状態で徐々に下方に送られる。

この送りに基づき、最初は投入されたごみが乾燥火格子
（３）に送られ、この火格子（３）により、下方の風箱
（４）からの熱風で乾燥される。

さらに、火格子（３）の乾燥されたごみは、燃焼火格子
（５）に送られて燃焼される。

なお、火格子（５）は前段格子（5a）と後段格子（5b）
とからなり、両格子（5a），（5b）にそれぞれの下方の
風箱（6a），（6b）からの燃焼用の熱風が送られる。

そして、火格子（５）で燃焼されたごみは、完全に燃焼
するため、後燃焼火格子（７）に送られてさらに燃焼さ
れる。

なお、火格子（７）にも下方の風箱（８）からの燃焼用
の熱風が送られる。

また、火格子（７）の燃焼により生じた灰は、炉内の灰
ピット（９）に堆積する。

そして、炉内の熱によりボイラ（10）で蒸気が発生し、
この蒸気が蒸気管路（11）を介して外部に送られ、利用
される。

ところで、各風箱（４），（6a），（6b），（８）に適
当な熱風を供給するため、空気管路（12）の１次空気が
エアヒータ（13）により加熱され、エアヒータダンパ
（14）及び風箱（４），（6a），（6b），（８）の下部
の乾燥火格子ダンパ（15），燃焼空気ダンパ（16a），
燃焼火格子ダンパ（16b），（17）により分配調整され
て風箱（４），（6a），（6b），（８）それぞれに送ら
れる。

また、炉内には空気管路（18）の２次空気が送風ダンパ
（19）を介して直接供給される。

一方、火格子（５）の燃焼ごみ供給及び空気量等を制御
するため、炉内の温度，圧力が温度センサ（20），圧力
センサ（21）により検出され、風箱（４），（6a）の圧
力が圧力センサ（22），（23）それぞれにより検出され
る。

また、ボイラ（10）の発生蒸気量が流量センサ（24）に
より検出され、１次空気,2次空気の量が流量センサ（25
a），（25b）により検出される。

なお、第５図において、（１）′は炉内の仕切壁、（2
6）はボイラ（10）に接続された水管群を示す。

そして、焼却炉（１）の各センサ（20）〜（25b）等の
検出信号（センサ出力）は、図外の自動燃焼の制御装置
に供給される。

この制御装置は、前記ごみ供給及び空気量等をフィード
バック制御するため、各センサ出力に基づくPID処理に
より、ダンパ（14），（15）…等に種々のアクチュエー
タの帰還制御の信号を形成する。

そして、各アクチュエータの制御により各火格子
（３），（５），（７）のごみ送りの火格子速度，風箱
（４），（6a），（6b），（８）の１次空気量及び炉内
の２次空気量等が調整される。

このとき、火格子（５）のごみ供給については、従来、
圧力センサ（21），（23）のセンサ出力に基づく風箱
（6a）内の圧力と炉内圧力との差圧を火格子（５）のご
み層厚とし、このごみ層厚が設定された目標値になるよ
うに火格子（３）の火格子速度（以下乾燥火格子速度と
いう）をフィードバック制御で調整して行われる。

なお、乾燥火格子速度と火格子（５）の火格子速度（以
下燃焼火格子速度という）とは、予め設定された加減速
比率決定用のすべり係数に基づき、所定の比率で連動し
て制御される。

そして、火格子（５）の従来のごみ供給制御のフローチ
ャートは第６図に示すようになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記従来のごみ焼却装置の燃焼制御方法の場合、火格子
（５）の燃焼中のごみ層厚に基づく乾燥火格子速度のフ
ィードバック制御のみで火格子（５）のごみ供給を制御
し、ごみ投入等に基づく火格子（３）のごみ層厚等を考
慮しないため、例えばごみ投入量の急増等が生じたとき
に、火格子（５）のごみ層厚が実際に増大して制御が乱
れてからその抑制が行われ、制御が遅れて定常制御状態
に戻るまでに時間を要し、燃焼が不安定になる問題点が
ある。

また、火格子（５）のごみ層厚と乾燥火格子速度との比
例関係に基づき、投入されるごみの質等によっては、フ
ィードバック制御に定常的な誤差（ずれ）が生じ、この
誤差によって制御精度が劣化する問題点もある。

さらに、前記のフィードバック制御のみでは、例えば投
入されるごみに不燃物が多く含まれたり、火格子（５）
にごみが一様に供給されずに部分的なごみの欠落が生じ
たりしたときに、作業員の手動操作でしか供給が調整さ
れず、制御の自動化，安定化が図れない問題点がある。

本発明は、燃焼の安定化を図るため、ごみ投入量の急増
等が生じたときの制御の乱れを強力少なくするようにし
た固形燃焼装置の燃料供給制御方法を提供することを目
的とする。

また、制御の定常的なずれの増大を抑えて制御精度の向
上を図るようにした固形燃焼装置の燃料供給制御方法を
提供することを目的とする。

さらに、燃料切れ等に基づく変動を自動制御で極力抑え
るようにした固形燃焼装置の燃料供給制御方法を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明の固形燃焼装置の燃
料供給制御方法においては、乾燥火格子の風箱内圧力と
炉内圧力との差圧を乾燥火格子のごみ層厚等の燃料層厚
の指標として計測し、 前記指標の変化率に基づくファジィ演算により乾燥火格
子の燃料層厚に応じた燃料供給の補正値を求め、 乾燥火格子速度の帰還制御量を前記補正値により修正
し、 燃料投入量の変動等に応じて燃焼火格子の燃料供給を補
正する。

また、燃焼火格子の燃料層厚の制御目標値からの定常的
なずれを層厚偏差として求め、 前記層厚偏差が所定値以上のときに、前記層厚偏差と燃
焼火格子の燃料層厚とに基づくファジィ演算により前記
層厚偏差に応じた乾燥火格子速度の補正値を求め、 乾燥火格子速度の帰還制御量を前記補正値により修正し
て前記層厚偏差を制御する。

さらに燃焼火格子の燃料層厚，炉温等の炉内燃焼状態の
各指標の異常時に、前記各指標に基づくファジィ演算に
より燃料切れ等の燃料急減を検出し、乾燥火格子速度を
無条件に最大に補正する。

〔作用〕

前記のように構成された本発明の固形燃焼装置の燃焼供
給制御方法によると、乾燥火格子の燃料層厚の変化に基
づくファジィ演算により、燃料投入量の急増等に基づく
燃焼火格子の燃料層厚の増大等を事前に予測して燃料供
給の補正値が形成される。

そして、形成された補正値に基づき、乾燥火格子速度の
制御が燃焼火格子の燃料層厚の増大等に遅れることなく
追従し、燃焼火格子の燃料層厚の増大等の変動が極力抑
えられて燃焼の安定化が図られる。

また、燃焼火格子の燃料層厚が所定値以上になると、フ
ァジィ演算に基づく補正値によって乾燥火格子速度が補
正され、この補正に基づき、前記燃料層厚の増大が抑え
られて制御精度の向上が図られる。

さらに、燃料切れ等の燃料急減が炉内燃焼状態の各指標
値のファジィ演算により検出されると、この検出に基づ
き、乾燥火格子速度が最大に補正されて燃料供給が自動
的かつ迅速に最大に調整され、前記燃料急減に基づき燃
焼変動が防止される。

〔実施例〕

１実施例について、第１図ないし第４図を参照して説明
する。

第１図は第５図のごみ焼却装置に適用した場合の制御構
成を示し、コンピュータ等で形成された制御装置（27）
はPID演算部（28），ファジィ制御部（29），加算部（3
0）からなる。

そして、第５図の各センサ（20）〜（25b）等が形成す
るセンサ部（31）の各センサの検出信号は演算部（28）
の入力処理部（28a）で収集処理され、検出量算出部（2
8b）によりフィードバック制御の信号の生成及び補正値
決定のファジィ演算等に必要な各検出値に加工されて制
御量算出部（28c）及びファジィ制御部（29）に供給さ
れる。

このとき、制御量算出部（28c）は各検出値に基づくPID
制御の各帰還制御量の演算により、従来と同様のPID処
理で各帰還制御の信号を形成する。

そして、制御量算出部（28c）の各信号は加算部（30）
を介して第５図の各ダンパ（14），（15），…等が形成
するアクチュエータ部（32）に供給され、この供給に基
づき、各ダンパ（14），…の調整量等が制御されてごみ
供給量，燃焼状態等が調整され、焼却炉（１）の燃焼が
フィードバック制御される。

ところで、火格子（５）のごみ供給量を制御するため、
算出部（28b）は圧力センサ（23）のセンサ出力に基づ
く風箱（6a）内圧力とセンサ（21）のセンサ出力に基づ
く炉内圧力との差圧を火格子（５）のごみ層厚として計
測するとともに、圧力センサ（22）のセンサ出力に基づ
く風箱（４）内圧力と前記炉内圧力との差圧を火格子
（３）のごみ層厚の指標（以下大山センサという）とし
て計測する。

この両計測は、ごみ投入周期に基づく火格子（３）のご
み滞留時間（20〜30分）等を考慮して間欠的（周期的）
に行われる。

また、ごみ質の向上に伴う火格子（３）での早期着火を
防止するため、火格子（３）にほとんど空気を供給せず
に焼却するときは、大山センサの計測時にのみ風箱
（４）に強制的に空気が供給される。

なお、火格子（３）のごみ滞留時間が20〜30分であれ
ば、火格子（３）の空気供給は、例えば２〜４分間隔で
10〜20秒間だけ一定風量の１次空気を送って行われる。

そして、火格子（５）のごみ層厚の計測結果等に基づ
き、制御量算出部（28c）は従来と同様のPID処理によ
り、目標値からのずれによって火格子（５）のごみ層厚
の状態を検出し、ずれに応じた制御量の燃焼火格子速度
のフィードバック制御信号を形成する。

この制御信号と設定されたすべり係数との組合せに基づ
くダンパ制御により、乾燥火格子速度，燃焼火格子速度
がフィードバック制御されて火格子（５）のごみ供給が
制御される。

また、火格子（５）のごみ層厚及び大山センサの計測結
果は、制御量補正用のファジィ制御部（29）に供給され
る。

この制御部（29）は主演算部（29a），定常偏差演算部
（29b），燃料切れ演算部（29c）及び補正値出力部（29
d）を有する。

そして、主演算部（29a）は大山センサの計測値の変化
率と火格子（５）のごみ層厚とに基づくフィードバック
処理のファジィ演算により、火格子（３）のごみ層厚の
増減にしたがう火格子（５）のごみ層厚のこれからの変
化を正確に予測する。

この予測に用いられるファジィ演算のマトリックスの組
合せは、例えば、つぎの表1,表２で示される。

なお、表１は乾燥火格子速度の補正値を求める組合せを
示し，表２はすべり係数の補正値を求める組合せを示
す。

また、両表のVE（Very Big）は非常に大きい,LB（Littl
e Big）はやや大きい,MB（Medium）は中間,LS（Little
Small）はやや小さい,VS（Very Small）は非常に小さい
を示し、（ ）は異常値（通常は使わない値）を示す。

そして、主演算部（29a）は第２図フローチャートに示
すように、予測結果と火格子（３），（５）の現在のご
み層厚等とに基づき、予測結果に応じた乾燥火格子速
度，すべり係数の補正値を求める。

なお、第２図において、大山とは火格子（３）のごみの
大きな山を示し、ごみ層厚から求まる。

そして、主演算部（29a）の補正値が補正値出力部（29
d），加算部（30）を介して乾燥火格子速度，燃焼火格
子速度の制御信号に加算され、この加算に基づき、両火
格子速度が火格子（５）のごみ層厚に基づくフィードバ
ック制御と火格子（３）のごみ層厚に基づくフィードフ
ォワード制御との組合せで調整される。

このとき、火格子（３）のごみ層厚の変化に基づく制御
量の予測補正により、従来は考慮されていなかったごみ
投入量の変動等を考慮して火格子（５）のごみ層厚が事
前に調整されるため、火格子（５）のごみ層厚が迅速な
制御応答で一定に保持され、燃焼が極めて安定化する。

一方、定常偏差演算部（29b）は火格子（３）のごみ層
厚のフィードバック制御の定常的なずれ（偏差）を層厚
偏差として求めるとともに、この層厚偏差が予め設定さ
れた一定値以上になるときに、偏差補正と火格子（５）
のごみ層厚とに基づくファジィ演算により、乾燥火格子
速度の偏差補正用の補正値（以下偏差補正値という）を
予測して求める。

この予測に用いるファジィ演算のマトリックスの組合せ
は、例えば、つぎの表３で示される。

そして、求められた偏差補正値が演算部（29b）から補
正値出力部（29d），加算部（30）を介して乾燥火格子
速度の制御の信号に加算され、この加算に基づき、フィ
ードバック制御の定常偏差が一定以下に抑えられて火格
子（５）のごみ層厚の定常的な偏差の増大が防止され
る。

ところで、火格子（３），（５）のごみに含まれる不燃
物が増加したり、ごみ投入の不均一等によってごみの欠
落が部分的に生じたりすると、前記のフィードフォワー
ド制御の補正，定常偏差の補正が施されていて、いわゆ
る燃料切れの状態となる。

そして、燃料切れの状態になると、火格子（３）のごみ
層厚，炉温，発生蒸気量等の炉内燃焼状態の各指標が全
て異常になり、燃焼が急変動する。

この急変動を作業員の監視等で検出して制御の手動調整
を行うと、この調整が作用するまでの時間遅れ等が生じ
る。

そこで、燃料切れ演算部（29c）により前記の各指標の
全ての異常の有無を検出し、異常時に、火格子（５）の
ごみ層厚及び温度センサ（20），流量計（24）のセンサ
出力に基づく炉温，発生蒸気量等の変化を利用するファ
ジィ演算により、前記燃料切れ等の燃料急減を検出して
乾燥火格子速度を最大にする補正値（以下燃料切れ補正
値という）を求める。

この検出に用いるファジィ演算のマトリックスの組合せ
は、例えば、つぎの表４又は表５で示される。

なお、表4,5中の−は補正なしを示す。

そして、演算部（29c）の燃料切れ補正値も補正値出力
部（29d），加算部（30）を介して火格子（３）のごみ
送り制御の信号に加算され、この加算に基づき、燃料切
れ等が生じたときは、乾燥火格子速度が無条件に最大速
度に補正される。

この補正により、自動的に火格子（５）へのごみ供給が
直ちに最大速度で行われるようになり、迅速な応答で燃
焼の変動が抑制される。

そして、演算部（29a）〜（29c）の各演算に基づく制御
装置（27）全体の補正処理は、第３図に示すようにな
る。

また、第１図の制御装置（27），従来の制御装置のごみ
供給制御に基づく制御特性の実測結果は、例えばごみ投
入量の変動時に第４図（ａ），（ｂ）に示すようになっ
た。

同図（ａ），（ｂ）において、実線α，βは炉温，蒸気
量の制御量を示し、それぞれの復旧までの時間，炉温変
動幅，蒸気量変動幅は、同図（ａ）で約20（分），約80
度，約２（T/H），同図（ｂ）で約50（分），約80度，
約３（T/H）になった。

そして、各ファジィ演算のマトリックスの組合せ等は実
施例に限定されるものではない。

また、前記実施例では演算部（29a）〜（29c）の各補正
を施したが、各補正のいずれか１つ又は２つのみを施す
ようにしてもよい。

そして、前記実施例ではごみ燃焼装置の制御に適用した
が、種々の固形燃料を使用するスカート式炉，キルン
炉，流動床炉等の種々の炉で構成される燃焼装置の制御
に適用できるのは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているため、以
下に記載する効果を奏する。

まず、乾燥火格子の燃料層厚の指標を計測し、この指標
の変化率に基づくファジィ演算により、乾燥火格子での
燃料層厚の変化から燃料投入量の変動等に基づく燃焼火
格子の燃料層厚の変動を正確に予測し、この予測に基づ
き、燃料供給の補正値を形成して乾燥火格子の火格子速
度を調整したため、燃料投入量の変動等を考慮したフィ
ードバック制御の自動的な補正により、迅速な応答で燃
料供給を安定化し、燃焼の安定化を図ることができる。

また、層厚偏差が所定値以上のときのファジィ演算によ
り、前記偏差を抑えるように乾燥火格子の火格子速度を
自動的に補正したため、帰還制御の定常的なずれに基づ
く制御誤差の増加を補正して抑え、制御精度の向上を図
ることができる。

さらに、炉内燃焼状態の各指標の異常に基づき、ファジ
ィ演算で燃料切れ等の燃料急減を検出して乾燥火格子の
火格子速度を最大にしたため、燃料切れ等の異常事態が
生じたときに、自動的に遅れなく燃料供給を最大にして
燃焼の変動を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の固形燃焼装置の燃料供給
制御方法の１実施例を示し、第１図はブロック図、第２
図，第３図はフローチャート、第４図（ａ），（ｂ）は
制御結果の特性図、第５図はごみ焼却装置のブロック
図、第６図は従来例のフローチャートである。 （１）……焼却炉、（３）……乾燥火格子、（５）……
燃焼火格子、（27）……制御装置、（28）……演算部、
（29）……ファジィ制御部、（30）……加算部、（31）
……センサ部、（32）……アクチュエータ部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 掛田 健二 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 嘉祥寺 隆夫 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 藤吉 誠 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】投入されたごみ等の固形の燃料を炉内の乾
   燥火格子，燃焼火格子等の各火格子に順に送って燃焼す
   るごみ焼却装置等の固形燃焼装置に適用され、 前記燃焼火格子のごみ層厚等の燃料層厚の変動を抑える
   ように前記乾燥火格子の火格子速度を帰還制御し、前記
   燃焼火格子の燃料供給を調整する固形燃焼装置の燃料供
   給制御方法において、 前記乾燥火格子の風箱内圧力と炉内圧力との差圧を前記
   乾燥火格子のごみ層厚等の燃料層厚の指標として計測
   し、 前記指標の変化率に基づくファジィ演算により前記乾燥
   火格子の燃料層厚に応じた燃料供給の補正値を求め、 前記乾燥火格子の火格子速度の帰還制御量を前記補正値
   により修正し、 燃料投入量の変動等に応じて前記燃焼火格子の燃料供給
   を補正する ことを特徴とする固形燃焼装置の燃料供給制御方法。
2. 【請求項２】投入されたごみ等の固形の燃料を炉内の乾
   燥火格子，燃焼火格子等の各火格子に順に送って燃焼す
   るごみ焼却装置等の固形燃焼装置に適用され、 前記燃焼火格子のごみ層厚等の燃料層厚の変動を抑える
   ように前記乾燥火格子の火格子速度を帰還制御し、前記
   燃焼火格子の燃料供給を調整する固形燃焼装置の燃料供
   給制御方法において、 前記燃焼火格子の燃料層厚の制御目標値からの定常的な
   ずれを層厚偏差として求め、 前記層厚偏差が所定値以上のときに、前記層厚偏差と前
   記燃焼火格子の燃料層厚とに基づくファジィ演算により
   前記層厚偏差に応じた前記乾燥火格子の火格子速度の補
   正値を求め、 前記乾燥火格子の火格子速度の帰還制御量を前記補正値
   により修正して前記層厚偏差を抑制する ことを特徴とする固形燃焼装置の燃料供給制御方法。
3. 【請求項３】投入されたごみ等の固形の燃料を炉内の乾
   燥火格子，燃焼火格子等の各火格子に順に送って燃焼す
   るごみ焼却装置等の固形燃焼装置に適用され、 前記燃焼火格子のごみ層厚等の燃料層厚の変動を抑える
   ように前記乾燥火格子の火格子速度を帰還制御し、前記
   燃焼火格子の燃料供給を調整する固形燃焼装置の燃料供
   給制御方法において、 前記燃焼火格子の燃料層厚，炉温等の炉内燃焼状態の各
   指標の異常時に、前記各指標に基づくファジィ演算によ
   り燃料切れ等の燃料急減を検出し、前記乾燥火格子の火
   格子速度を無条件に最大に補正する ことを特徴とする固形燃焼装置の燃料供給制御方法。