JPH08121757A - 燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼部における一酸化炭素の発生時期を燃焼
火炎の画像情報から捕らえて、燃焼部への燃焼用空気の
供給量を的確に調節し、一酸化炭素の排出量を低減しう
る燃焼制御装置を提供する。 【構成】 燃焼部Ｍにおける燃焼状態を入力する撮像手
段２０と、撮影された画像データから火炎領域を抽出す
る第一演算手段Ｃ１と、画像データを赤緑青の色成分に
分解し、前記第一演算手段Ｃ１により抽出された火炎領
域における青成分と緑成分の強度比を演算導出して、高
温領域の面積を抽出する第二演算手段Ｃ２と、前記火炎
領域の面積と前記高温領域の面積の面積比を演算導出
し、演算結果から一酸化炭素の発生時期を推定する第三
演算手段Ｃ３と、第三演算手段Ｃ３による推定結果に基
づいて、前記燃焼部Ｍへの燃焼用空気の供給量を調節す
る制御手段２２とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、焼却炉等の燃焼制御装
置に関し、特に、燃焼用空気の供給量を調節する燃焼制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、燃焼部への燃焼用空気の供給量
が不足すると不完全燃焼となり、過剰に供給するとＮＯ
ｘが生じるか、或いは、冷却効果により燃焼温度が低下
して、やはり不完全燃焼が生じる。特にゴミ焼却炉で
は、一酸化炭素の発生量と正の相関があるといわれてい
るダイオキシンの発生を阻止するために完全燃焼を促進
する必要があり、燃焼部への燃焼用空気の供給制御が重
要となる。

【０００３】そのために、従来のゴミ焼却炉等の燃焼制
御装置では、ばいじん等を除去する電気集塵機等の排ガ
ス処理装置の下流側の比較的低温となる箇所にガスセン
サを設置して、そのガスセンサによる一酸化炭素の検出
濃度に基づいて、燃焼部への燃焼用空気の供給量を調節
する制御手段を設けたものや、燃焼部を撮影する撮像手
段を設けて、撮像手段により撮影された画像データ、例
えば、輝度データから演算導出して得られる火炎面積に
基づいて燃焼状態を判断して、燃焼部への燃焼用空気の
供給量を調節する制御手段を設けたものがあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者では、検
出された一酸化炭素濃度が、燃焼部での燃焼時期から時
間的にずれた値であるために、そのような値に基づいて
制御すると燃焼用空気の供給時期を逸する場合があると
いう欠点があり、後者では、一酸化炭素の発生状況が全
く把握されていないという欠点があり、いずれも、ダイ
オキシンの発生を効果的に阻止できるものではないとい
う問題点があった。

【０００５】本発明の目的は上述した従来欠点を解消
し、燃焼部における一酸化炭素の発生時期を的確に捕ら
えて、燃焼部への燃焼用空気の供給量を的確に調節でき
る燃焼制御装置を提供することにより、ダイオキシン等
の有害物質の発生を極力低減させる点にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明による燃焼制御装置の特徴構成は、燃焼部に
おける燃焼状態を入力する撮像手段と、前記撮像手段に
よる画像データから火炎領域を抽出する第一演算手段
と、前記撮像手段による画像データを赤（Ｒ）緑（Ｇ）
青（Ｂ）の色成分に分解し、前記第一演算手段により抽
出された火炎領域における青（Ｂ）成分と緑（Ｇ）成分
の強度比（Ｉ_B ／Ｉ_G ）を画素毎に演算導出して、その
値から高温領域の面積（Ｓ_H ）を抽出する第二演算手段
と、前記第一演算手段により抽出された火炎領域の面積
（Ｓ_F ）と前記第二演算手段により抽出された高温領域
の面積（Ｓ_H ）の面積比（Ｓ_H ／Ｓ_F ）を演算導出し、
演算結果から一酸化炭素の発生時期を推定する第三演算
手段と、前記第三演算手段による推定結果に基づいて、
前記燃焼部への燃焼用空気の供給量を調節する制御手段
とからなる点にある。

【０００７】上述の構成において、前記第三演算手段
は、前記高温領域の面積（Ｓ_H ）又は前記面積比（Ｓ_H
／Ｓ_F ）が所定時間にわたり設定値以下となるとき、又
は、前記高温領域の面積（Ｓ_H ）又は前記面積比（Ｓ_H
／Ｓ_F ）の減少率が設定値以上となった時に、一酸化炭
素の発生時期であると推定するものであることが好まし
い。

【０００８】

【作用】一般に、物体は、約１０００Ｋ以上の温度で
は、目で見える量の可視光を放射しており、その温度が
上昇すると最初に赤、次に黄、緑、青、最後に紫という
具合に光のエネルギー、スペクトルに新しい色の部分が
付け加わる。従って、燃焼火炎の各波長毎の強度比を求
めることにより、局所的な高温燃焼部位と低温燃焼部位
の客観的な判別が可能となる。そこで、第二演算手段
は、撮像手段による画像データを赤（Ｒ）緑（Ｇ）青
（Ｂ）の色成分に分解し、背景の影響等を含む赤（Ｒ）
成分を除き、第一演算手段により炎領域として抽出され
た領域の各画素毎に、青（Ｂ）成分と緑（Ｇ）成分の強
度比（Ｉ_B ／Ｉ_G ）を演算導出して、その値が所定の閾
値より大なる値を示す画素を高温領域としてその面積
（Ｓ_H ）を抽出するのである。尚、第一演算手段による
火炎領域の抽出は、輝度データを二値化してもよいし、
任意の色成分を所定の閾値で二値化するものであっても
よい。

【０００９】第三演算手段は、第一演算手段により抽出
された炎領域の面積（Ｓ_F ）と第二演算手段により抽出
された高温領域の面積（Ｓ_H ）の面積比（Ｓ_H ／Ｓ_F ）
を演算導出して、演算結果から燃焼火炎の全体的な燃焼
状態、つまり燃焼温度の高低を把握して、燃焼温度が低
ければ炉内温度の低下により一酸化炭素の完全燃焼化が
阻害される状態にあると推定する。具体的には、前記面
積比（Ｓ_H ／Ｓ_F ）が所定時間にわたり設定値以下とな
るときに、火炎温度の低下、つまり炉内温度の低下によ
り不完全燃焼が生じ、又は、前記面積比（Ｓ_H ／Ｓ_F ）
の減少率が設定値以上となった時に、酸素不足により不
完全燃焼が生じて、一酸化炭素の発生量が増す時期であ
ると推定する。

【００１０】例えば、図５に示すように、焼却炉におけ
る午前１０時から１１時における排ガス中の一酸化炭素
濃度と、燃焼火炎の面積比（Ｓ_H ／Ｓ_F ）とを計測する
と、図６に示すように、面積比（Ｓ_H ／Ｓ_F ）が小とな
る時期、面積比（Ｓ_H ／Ｓ_F）の減少率が大なる時期が
一酸化炭素の発生時期を重なるのである。

【００１１】制御手段は、前記第三演算手段による推定
結果に基づいて、一酸化炭素の発生量が増す時期に、前
記燃焼部への燃焼用空気の供給量を増して燃焼を促進
し、炉内温度を上昇させることにより一酸化炭素の完全
燃焼化を促進するのである。

【００１２】

【発明の効果】従って本発明によれば、燃焼部における
一酸化炭素の発生時期を燃焼火炎の画像情報から捕らえ
て、燃焼部への燃焼用空気の供給量を的確に調節し、一
酸化炭素の排出量の低減、ひいてはダイオキシンの発生
を低減しうる燃焼制御装置を提供することができるよう
になった。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の燃焼制御装置の実施例を説
明する。ゴミ焼却炉は、図４に示すように、被焼却物で
ある都市ゴミを受け入れるホッパ３と、前記ホッパ３内
のゴミを下端部から炉内に投入するプッシャ４と、前記
プッシャ４により投入されたゴミを攪拌搬送しながら焼
却処理するストーカ式の焼却処理帯５を設け、その底部
から一次燃焼用の空気を供給する空気供給手段６を設け
て構成してある。

【００１４】前記焼却処理帯５は、固定の火格子（図示
せず）に対して斜め上方に往復移動する可動の火格子
（図示せず）を搬送方向に沿って交互に配する油圧駆動
式のストーカ機構により、ゴミを乾燥させつつ搬送する
乾燥帯Ｌ、燃焼させつつ搬送する燃焼帯Ｍ、灰化処理し
つつ搬送する後燃焼帯Ｎとから構成してあり、前記可動
の火格子の往復サイクルを可変とすることでゴミの搬送
速度を調節自在に構成してある。

【００１５】前記空気供給手段６は、ブロアファン６ａ
による誘引空気を、前記乾燥帯Ｌ、燃焼帯Ｍ、後燃焼帯
Ｎそれぞれの下方に各別に設けた風箱６ｃに送風路６ｂ
を介して供給するように構成してあり、送風路６ｂの各
風箱６ｃへの出口側にダンパ機構６ｄを設けて、送風量
を調節自在に構成してある。

【００１６】前記焼却処理帯５の上部を、ゴミを直接に
焼却処理する一次燃焼領域１に構成し、さらにその上方
空間に形成した煙道を、燃焼ガスを完全燃焼させる二次
燃焼領域２に構成してあり、前記煙道入口側に二次燃焼
用空気供給機構１３としてのノズル１３ａを設けて、ブ
ロアファン１３ｂからの誘引空気を前記煙道に供給する
とともに、前記煙道内の燃焼ガスを加熱するバーナ機構
１４を設けてある。

【００１７】前記二次燃焼領域２の下流側の空間に燃焼
排ガスの熱エネルギーを回収する廃熱ボイラ１２を設け
て燃焼により生じた熱量を蒸気として発電装置１１に供
する一方、さらに下流につながる排ガス路７から煙突１
０に至る流路途中にバグフィルタ８、洗煙装置９等でな
る排ガス処理装置を設けてある。

【００１８】図１及び図４に示すように、前記焼却処理
帯５の下流側の側壁中央上部に、前記燃焼帯Ｍにおける
燃焼状態を撮影入力する撮像手段２０としてのカラーＣ
ＣＤカメラを設け、その撮像手段２０による入力画像デ
ータから前記燃焼帯Ｍにおけるゴミの燃焼状態を判断す
るマイクロコンピュータ利用の画像処理手段２１を設け
て燃焼状態検出装置を構成してある。即ち、燃焼帯Ｍが
燃焼部となる。

【００１９】画像処理手段２１は、図１に示すように、
撮像手段２０から入力された画像データを赤（Ｒ）緑
（Ｇ）青（Ｂ）の色成分に分解し、緑（Ｇ）成分の画像
データから炎領域を抽出する第一演算手段Ｃ１と、前記
第一演算手段Ｃ１により抽出された炎領域における青
（Ｂ）成分と緑（Ｇ）成分の強度比を演算導出して、そ
の値から高温領域の面積を抽出する第二演算手段Ｃ２
と、前記第一演算手段Ｃ１により抽出された炎領域の面
積と前記第二演算手段Ｃ２により抽出された高温領域の
面積の面積比を演算導出して、その値から前記燃焼帯Ｍ
における燃焼状態を評価する第三演算手段Ｃ３とからな
る。

【００２０】以下、図３に示すフローチャートに基づい
て詳述する。撮像手段２０から入力された画像データを
赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の色成分に分解すると、図２
（イ）、（ロ）に示すように、各画素毎に赤（Ｒ）緑
（Ｇ）青（Ｂ）の強度データが得られる＜＃１＞。一般
に、物体は、約１０００Ｋ以上の温度では、目で見える
量の可視光を放射しており、その温度が上昇すると最初
に赤、次に黄、緑、青、最後に紫という具合に光のエネ
ルギー、スペクトルに新しい色の部分が付け加わる。燃
焼部、つまり、焼却炉における燃焼帯Ｍに対して、撮像
手段２０により得られた画像データには、火炎部分以外
に側壁やゴミ自身のデータも含まれ、それらの部位の温
度や反射光による色成分が混在するため、火炎のみを正
確に抽出するためには、比較的低温部位を示す赤（Ｒ）
成分を参照しない方が好ましい。一方、青（Ｂ）成分
は、火炎温度に応じて大きく変動するので、この成分の
みにより炎の領域を特定するのも好ましくない。そこ
で、前記第一演算手段Ｃ１は、緑（Ｇ）成分の強度デー
タが所定の閾値Ｇ _Thより大なる画素を炎領域に対応する
画素、即ち、面積（Ｓ_F ）として抽出する＜＃２＞，＜
＃３＞。ここに、閾値は特に限定するものではなく、炉
の規模や運転条件により適宜設定すればよい。

【００２１】前記第二演算手段Ｃ２は、前記第一演算手
段Ｃ１により抽出された火炎領域における青（Ｂ）成分
と緑（Ｇ）成分の強度比（Ｉ_B ／Ｉ_G ）を演算導出し
て、その値が所定の閾値以上となる画素を高温領域の面
積（Ｓ_H ）として抽出する＜＃４＞，＜＃５＞。

【００２２】前記第三演算手段Ｃ３は、前記第一演算手
段Ｃ１により抽出された炎領域の面積（Ｓ_F ）と前記第
二演算手段Ｃ２により抽出された高温領域の面積
（Ｓ_H ）の面積比（Ｓ_H ／Ｓ_F ）を演算導出して、その
値からから燃焼火炎の全体的な燃焼状態、つまり燃焼温
度の高低を間接的ながらも迅速に把握して、一酸化炭素
の完全燃焼化が阻害される状態にあるか否かを推定する
＜＃６＞，＜＃７＞。つまり、前記第三演算手段Ｃ３
は、前記面積比（Ｓ_H ／Ｓ_F ）が所定時間にわたり設定
値以下となるときに、火炎温度の低下、つまり炉内温度
の低下により不完全燃焼が生じ、又は、前記面積比（Ｓ
_H ／Ｓ_F ）の減少率が設定値以上となった時に、酸素不
足により不完全燃焼が生じて、一酸化炭素の発生量が増
す時期であると推定するものである。

【００２３】コンピュータ利用の制御手段２２は、前記
第三演算手段Ｃ３による推定結果に基づいて、前記空気
供給手段６のダンパ機構６ｄを調節して前記燃焼部Ｍへ
の燃焼用空気の供給量を調節する＜＃８＞。

【００２４】例えば、前記面積比（Ｓ_H ／Ｓ_F ）が０．
１５（１５％）以下となる時間が５分以上続く時、又
は、前記面積比（Ｓ_H ／Ｓ_F ）の減少率が１５パーセン
ト以上となる時に、前記ダンパ機構６ｄのダンパ開度を
大に設定して空気供給量を増加することにより、前記燃
焼帯Ｍでの完全燃焼を促進するとともに燃焼火炎温度を
上昇させ、ひいては炉内温度を上昇させて、前記煙道で
の二次燃焼温度を高温に維持することにより一酸化炭素
の完全燃焼化を促進する。尚、このときに同時にストー
カ機構の搬送速度を増して、火格子によるゴミの攪拌作
用を促すとともに新たなゴミの供給量を増すことにより
燃焼火炎温度を上昇させてもよい。

【００２５】ここに、制御手段２２による空気供給量や
搬送速度の制御方式は、特に限定するものではなく、Ｐ
ＩＤ制御方式、ファジィ制御、その他ＡＩ制御方式等適
宜公知の方式を用いることができる。即ち、前記撮像手
段２０と前記画像処理手段２１と前記制御手段２２とで
燃焼制御装置が構成される。

【００２６】以下に別実施例を説明する。先の実施例で
は面積比（Ｓ_H ／Ｓ_F ）を基準に一酸化炭素の発生時期
を判断するものを説明したが、面積比ではなく高温領域
の面積（Ｓ_H ）を基準に判断するものであってもよい。

【００２７】先の実施例では、前記第一演算手段Ｃ１
を、緑（Ｇ）成分の強度データが所定の閾値Ｇ_Thより大
なる画素を火炎領域に対応する画素、即ち、面積
（Ｓ_F ）として抽出するように構成したものを説明した
が、これに限定するものではなく、単にモノトーン画像
としての輝度データを所定の閾値で二値化して、火炎領
域を抽出するように構成してもよく、赤（Ｒ）成分の強
度データを所定の閾値で二値化して、火炎領域を抽出す
るように構成してもよい。

【００２８】先の実施例では、前記第三演算手段Ｃ３
は、前記面積比（Ｓ_H ／Ｓ_F ）が０．１５（１５％）以
下となる時間が５分以上続く時、又は、前記面積比（Ｓ
_H ／Ｓ _F ）の減少率が１５パーセント以上となる時に、
酸素不足により不完全燃焼が生じて、一酸化炭素の発生
量が増す時期であると推定するものを説明したが、これ
らの数値は特に限定するものではなく、炉の規模や形
状、ゴミ質等により適宜設定可能なものである。

【００２９】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】要部の斜視図

【図２】入力画像データの特性図

【図３】フローチャート

【図４】ゴミ焼却炉の概略構成図

【図５】計測結果の説明図

【図６】計測結果の説明図

【符号の説明】

２０ 撮像手段 ２２ 制御手段 Ｃ１ 第一演算手段 Ｃ２ 第二演算手段 Ｃ３ 第三演算手段 Ｍ 燃焼部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼部（Ｍ）における燃焼状態を入力す
   る撮像手段（２０）と、 前記撮像手段（２０）による画像データから火炎領域を
   抽出する第一演算手段（Ｃ１）と、 前記撮像手段（２０）による画像データを赤（Ｒ）緑
   （Ｇ）青（Ｂ）の色成分に分解し、前記第一演算手段
   （Ｃ１）により抽出された火炎領域における青（Ｂ）成
   分と緑（Ｇ）成分の強度比（Ｉ_B ／Ｉ_G ）を画素毎に演
   算導出して、その値から高温領域の面積（Ｓ_H ）を抽出
   する第二演算手段（Ｃ２）と、 前記第一演算手段（Ｃ１）により抽出された火炎領域の
   面積（Ｓ_F ）と前記第二演算手段（Ｃ２）により抽出さ
   れた高温領域の面積（Ｓ_H ）の面積比（Ｓ_H ／Ｓ_F ）を
   演算導出し、演算結果から一酸化炭素の発生時期を推定
   する第三演算手段（Ｃ３）と、 前記第三演算手段（Ｃ３）による推定結果に基づいて、
   前記燃焼部（Ｍ）への燃焼用空気の供給量を調節する制
   御手段（２２）とからなる燃焼制御装置。
2. 【請求項２】 前記第三演算手段（Ｃ３）は、前記高温
   領域の面積（Ｓ_H ）又は前記面積比（Ｓ_H ／Ｓ_F ）が所
   定時間にわたり設定値以下となるとき、又は、前記高温
   領域の面積（Ｓ_H ）又は前記面積比（Ｓ_H ／Ｓ_F ）の減
   少率が設定値以上となった時に、一酸化炭素の発生時期
   であると推定するものである請求項１又は２記載の燃焼
   制御装置。