JPH0949623A

JPH0949623A - ごみ焼却炉の燃焼制御装置及びその方法

Info

Publication number: JPH0949623A
Application number: JP8139292A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Fujii; 聡藤井; Yuichi Nogami; 祐一野上
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-06-02
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 1997-02-18
Anticipated expiration: 2016-05-31
Also published as: JP3425707B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ごみ焼却炉の炉内温度を安定にし、且つ、排
ガス中のＯ₂濃度，ＣＯ濃度，ＮＯｘ濃度が一定になる
ように制御し得るごみ焼却炉の燃焼制御装置及びその方
法を提供することを目的とするものである。【解決手段】ごみ焼却炉１は、炉出口４にボイラ５を
備え、炉内温度を計測する炉内温度センサ１３、排ガス
のＯ₂濃度を計測するＯ₂濃度センサ１８、ＮＯ _x濃度
を検出するＮＯｘ濃度センサ２２，ＣＯ濃度を計測する
ＣＯ濃度センサ２４とを備え、それらの出力がそれぞれ
炉内温度計１４，炉排出Ｏ₂濃度計１９，炉排出ＮＯｘ
濃度計２３，炉排出ＣＯ濃度計２５にそれぞれ入力さ
れ、これらの計測値がコンピュータ２１の二次燃焼空気
量制御手段２０に供給され、その二次空気量制御値に基
づいて流量調節機構１１を開閉制御して二次燃焼空気量
が操作されて炉内温度及び炉排出Ｏ₂濃度が一定となる
ように制御され、主燃焼系はボイラ５の蒸気量を蒸気流
量計１２によって計測し、一次燃焼空気制御手段１６に
よって流量調節機構９を開閉制御して発熱量を制御し、
Ｏ₂濃度，ＣＯ濃度，ＮＯｘ濃度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ごみ焼却炉及びそ
の燃焼制御方法に関し、詳しくは、火格子式焼却炉に二
次燃焼空気供給系及びその制御系を設け、二次燃焼空気
量を操作して炉内温度の安定と炉内の酸素（Ｏ₂）濃度
の変動を抑制し、燃焼排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）濃
度及びＮＯｘ濃度を基準値以下に設定し得るごみ焼却炉
の燃焼制御装置及びその方法に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】火格子式ごみ焼却炉は、都市清掃工場に
多く用いられる焼却炉であり、ごみ焼却処理に伴って発
生する膨大な熱エネルギを有効に回収して、省資源，省
エネルギ化を図る観点から蒸気タービン発電設備が設置
されたものが多い。このごみ焼却炉による発電では、安
定した発電を行うために安定した燃焼、即ち、炉内発熱
量を一定に維持する必要である。

【０００３】この種の火格子式ごみ焼却炉では、一定時
間に一定量のごみを投入して焼却する一定能率焼却を基
本的な運転方法としている。炉内発熱量を一定に制御す
る方法は、一定時間にごみ焼却炉に投入されるごみ投入
量とその投入されたごみの発熱量、即ち、燃焼負荷に応
じた状態量（例えば、蒸気量）を検出して、それが安定
するように、ごみ焼却炉の火格子に送り込まれる燃焼空
気量を調節している。

【０００４】図１３は、従来の火格子式ごみ焼却炉とそ
の燃焼制御系を示している。同図に於いて、ごみ焼却炉
１は、火格子１ａ〜１ｃ、ごみ投入口２、灰落下口３、
排ガスを放出する炉出口４、煙突６、二次空気（冷却空
気）の吸入口７が設けられ、排ガスが放出される炉出口
４には熱交換器５ａを備えた蒸気発生用のボイラ５が設
置されている。

【０００５】ごみ焼却炉１には、火格子１ａ〜１ｃに冷
却空気を供給する燃焼空気供給系と炉内に冷却空気を供
給する冷却空気供給系とがあり、燃焼空気供給系は、フ
ァン８から燃焼空気がダンパー等の流量調節機構９を介
して火格子１ａ〜１ｃに送り込む供給系である。又、冷
却空気供給系は、ファン１０からダンパー等の流量調節
機構１１を介して直接吸入口７から炉内に送り込む供給
系である。これら流量調節機構９，１１の開閉制御はコ
ンピュータ１７によって制御されている。

【０００６】流量調節機構９は、燃焼空気量制御手段１
６からの制御出力値（操作量）に基づいて制御されてい
る。ボイラ５から発生する蒸気量を蒸気流量計１２で計
測し、その計測値を燃焼空気制御手段１６に入力して演
算処理し、その蒸気流量が目標値を越える場合は、流量
調節機構９の燃焼空気流量を絞って炉内の発熱量を抑え
ようとし、これに伴い炉内温度も低下する。又、蒸気流
量が目標値を下回る場合は、流量調節機構９の燃焼空気
流量を増加させて炉内の発熱量を高めようとし、これに
伴い炉内温度は上昇する。

【０００７】又、流量調節機構１１は冷却空気制御手段
１５からの制御出力値（操作量）に基づいて制御されて
いる。燃焼空気供給系のみによる炉内温度を制御するの
は不十分であり、炉内温度をより安定化させるために
は、炉内温度計１４で炉内温度を計測して、その計測値
を冷却空気制御手段１５に入力して演算処理し、その出
力（冷却空気制御値）に基づいて流量調節機構１１の開
度調節をして炉内温度が一定になるようになされてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の火格子式ごみ焼
却炉では、主に火格子下から供給される燃焼空気量を操
作してボイラから発生する蒸発量を制御する制御手段
と、炉内に直接冷却空気を供給して炉内温度を制御する
制御手段とを備えている。しかしながら、ごみの発熱量
の変動や火格子上のごみ層分布状態等の炉内状況変動で
発生する炉内温度変化を一定に制御することは困難であ
る。

【０００９】更に、ごみ焼却炉から排出される有害物
質、例えば一酸化炭素（ＣＯ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）
の発生量を同じように低く抑えることが難しいという問
題があった。

【００１０】本発明は、上述のような課題に鑑みなされ
たものであり、ごみ焼却炉の炉内温度を安定にして炉内
のＯ₂濃度の変動幅を抑え、且つ、燃焼排ガスのＣＯ濃
度，ＮＯｘ濃度を一定の値より低くなるように制御し得
るごみ焼却炉の燃焼制御装置及びその方法を提供するこ
とを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであり、請求項１の発明は、
ごみ焼却炉が燃焼空気を供給する一次燃焼空気供給系と
二次燃焼空気供給系と、燃焼負荷に応じた状態量（例え
ば、蒸気量）に基づいて前記一次燃焼空気供給系から前
記ごみ焼却炉内に供給される一次燃焼空気量を操作する
制御手段と、前記ごみ焼却炉内の温度を測定する第１計
測手段と、前記ごみ焼却炉の燃焼排ガス中のＯ₂濃度を
測定する第２計測手段と、前記ごみ焼却炉の燃焼排ガス
中のＣＯ濃度を測定する第３計測手段と、前記ごみ焼却
炉の燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度を測定する第４計測手段
と、前記第１乃至第４計測手段による計測値によって二
次燃焼空気量を操作する非線形制御手段とを備えること
を特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御装置である。

【００１２】又、請求項２の発明は、請求項１の発明に
於いて、前記非線形制御手段がファジィ制御手段である
ことを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御装置である。

【００１３】又、請求項３の発明は、ごみ焼却炉に一定
時間に投入されるごみ量に対する発熱量に応じた状態量
に基づいて、前記ごみ焼却炉の一次燃焼空気量をフィー
ドフォワード乃至フィードバック制御によって操作し、
且つ、前記ごみ焼却炉の炉内温度、及び燃焼排ガス中の
Ｏ₂濃度，ＣＯ濃度，ＮＯｘ濃度をそれぞれ測定して、
これらの計測値に基づく非線形制御手段により二次燃焼
空気量を操作することを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制
御方法である。

【００１４】又、請求項４の発明は、ごみ焼却炉に燃焼
空気を供給する一次燃焼空気供給系と二次燃焼空気供給
系とを備え、前記一次燃焼空気供給系から供給される一
次燃焼空気量を燃焼負荷に応じた状態量に基づく制御手
段により操作し、且つ、前記ごみ焼却炉の炉内温度及び
燃焼排ガス中のＯ₂濃度，ＣＯ濃度，ＮＯｘ濃度をそれ
ぞれ測定して、これらの計測値をパラメータとする関数
に基づいた非線形制御手段により前記二次燃焼空気供給
系から供給される二次燃焼空気量を操作することを特徴
とするごみ焼却炉の燃焼制御方法である。

【００１５】又、請求項５の発明は、請求項３又は４の
発明に於いて、非線形制御がファジィ制御であることを
特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御方法である。

【００１６】次に、本発明の概要について説明すると、
ごみ焼却炉の火格子に一次燃焼空気を供給する一次燃焼
空気供給系と炉内に二次燃焼空気を供給する二次燃焼空
気供給系と、それらの制御系とを備え、一次燃焼空気制
御系は燃焼負荷に応じた状態量に基づいて燃焼による発
熱量を制御し副次的に炉内温度を概ね安定にし、更に、
二次燃焼空気を非線形制御手段で操作して、炉内温度と
燃焼排ガスのＯ₂濃度，ＣＯ濃度，ＮＯｘ濃度を所定範
囲内に収まるように制御するものである。

【００１７】本発明は、二次燃焼空気量に対する炉内温
度の関係は、図４に示すように、炉内温度が二次燃焼空
気量と正の相関特性を持つ領域と、負の相関特性とに分
けられ、２つの領域の間で最大値となる（例えば、二次
燃焼空気量が４０００〜５０００Ｎｍ³／ｈ）特性を有
する。正の相関特性をもつ領域では、一次燃焼により生
じた排ガス中の未燃焼分が二次燃焼をし、二次燃焼空気
量が多い程二次燃焼が活発化するために二次燃焼空気と
炉内温度とは正の関係となる。一方、一次燃焼による排
ガス中の未燃焼分が燃え尽くすとそれ以上の二次燃焼空
気は冷却空気として機能するため負の関係となる。又、
燃焼排ガス中のＯ₂濃度とは、図５に示すように、二次
燃焼空気量と正の相関特性がある。又、ＣＯ濃度は、図
６に示すように、二次燃焼空気量を低減して行くに連れ
て炉内酸素が不足してＣＯ濃度が増大する。又、燃焼排
ガス中のＮＯｘ濃度は、図７に示すように、二次燃焼空
気量と正の相関特性がある。

【００１８】このような観点から、炉内温度及び排ガス
中のＯ₂濃度，ＣＯ濃度，ＮＯｘ濃度を測定し、前述の
二次燃焼空気量に対する炉内温度特性及び排ガス特性に
応じて非線形制御（例えば、ファジィ制御）して、より
きめ細かく二次燃焼空気量を操作することによって炉内
温度及び炉内のＯ₂濃度をともに安定した状態に制御
し、排ガス中のＣＯ濃度，ＮＯ_X濃度をともに所定値よ
り低い値に制御する。即ち、一次燃焼空気量をフィード
バック制御やフィードフォワード制御によって炉内温度
を所定の制御目標値に追従制御し、更に、Ｏ₂濃度，Ｃ
Ｏ濃度，ＮＯｘ濃度が二次燃焼空気量との相関関係が顕
著であることから二次燃焼空気量を非線型制御して応答
特性を良好なものとし、Ｏ₂濃度，ＣＯ濃度，ＮＯｘ濃
度を制御目標値によりきめ細かく制御し得るごみ焼却炉
の燃焼制御方法である。又、この非線型制御は、炉内温
度及び排ガス中のＯ₂濃度，ＣＯ濃度，ＮＯｘ濃度を計
測値とし、二次燃焼空気量を操作量とした条件別増減制
御やファジィ制御とすることによって実現したものであ
るが、二次燃焼空気量の制御にはファジィ制御が最も適
している。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るご
み焼却炉及びその燃焼制御方法の一実施形態を示す図で
ある。同図は、火格子式ごみ焼却炉１であり、火格子１
ａ〜１ｃ、ごみ投入口２、灰落下口３、燃焼排ガスが放
出される炉出口４、炉出口４近傍には蒸気発生用ボイラ
５、燃焼排ガスを炉外に放出する煙突６、及び二次燃焼
空気が供給される吸入口７が備えられている。

【００２０】ごみ投入口２からごみ焼却炉１内に投入さ
れたごみは、火格子１ａ〜１ｃの下から吹き上げる一次
燃焼空気により、乾燥、燃焼段階を経て焼却され、灰落
下口３から灰として炉外へ排出される。又、吸入口７か
ら炉内に二次燃焼空気が供給され、炉内温度及び排ガス
中のＯ₂濃度，ＣＯ₂濃度，ＮＯｘ濃度が制御されてい
る。

【００２１】燃焼によって生じた燃焼排ガスは炉出口４
から煙突６に導かれて炉外へ放出される。その際に、そ
の高温の燃焼排ガスは熱交換器５ａを加熱してボイラ５
内の水を沸騰させてその蒸気を熱供給，発電等に用いら
れている。

【００２２】このごみ焼却炉１は、一次燃焼空気と二次
燃焼空気の２系統の燃焼空気供給系を備え、一次燃焼空
気供給系はファン８からダンパー等の流量調節機構９を
介して火格子１ａ〜１ｃに燃焼空気を送り込む系統であ
り、二次燃焼空気供給系はファン１０からダンパー等の
流量調節機構１１を介して二次燃焼空気を直接吸入口７
から炉内に吹き込む系統である。

【００２３】一次及び二次燃焼空気は、コンピュータ２
１による一次燃焼空気制御手段１６及び二次燃焼空気制
御手段２０からの制御値によって流量調節機構９，１１
を開閉制御してそれらの流量が設定されている。一次燃
焼空気制御系は、ボイラ５の蒸気流量を蒸気流量計１２
で計測してその計測値を一次燃焼空気制御手段１６で演
算処理し、流量調節機構９を開閉制御する制御系であ
る。又、二次燃焼空気制御系は、炉内温度センサ１３に
よって炉内温度を検出し、且つ、炉出口４内に設けたＯ
₂濃度センサ１８、ＮＯｘ濃度センサ２２，ＣＯ濃度セ
ンサ２４によってそれぞれ排ガス中のＯ₂濃度，ＮＯｘ
濃度，ＣＯ濃度をそれぞれ検知し、それらの出力をそれ
ぞれ炉内温度計１４，炉排出Ｏ₂濃度計１９，炉排出Ｎ
Ｏｘ濃度計２３，炉排出ＣＯ濃度計２５に入力し、これ
らの計測値を二次燃焼空気制御手段２０に入力して演算
処理し、これらの計測値に基づいて流量調節機構１１を
開閉制御する。

【００２４】次に、一次燃焼空気制御手段１６と二次燃
焼空気制御手段２０の制御系について、図２及び図３の
制御ブロックを参照して説明する。図２は蒸気量を安定
化させるための一次燃焼空気制御手段に炉内温度、炉内
Ｏ₂濃度安定及び炉排出ＮＯ ₂濃度，ＣＯ濃度を抑制す
るための二次燃焼空気制御を条件別増減制御とした二次
空気制御手段を組み合わせた制御系であり、図３は同じ
目的の二次空気制御手段をファジィ制御系とした場合で
ある。

【００２５】一次燃焼空気制御手段１６について、図２
に基づいて説明すると、蒸気量目標値とごみ焼却炉の燃
焼プロセスＡ２から得られる蒸気量との蒸気量偏差によ
って、一次燃焼空気量が一次燃焼空気量制御部Ａ１でフ
ィードフォワード乃至フィードバックによる比例・積分
制御され、その一次燃焼空気制御出力値によってごみ焼
却炉の燃焼プロセスＡ２への一次燃焼空気吹き込み量を
操作して蒸気量を制御している。

【００２６】一次燃焼空気量制御部Ａ１では、（１）式
に示す演算式に基づいて一次燃焼空気制御出力値F1が算
出されている。

【００２７】 F1＝（100 ／PB）×（１＋１／Tis ）×（STMset−STMnow）……（１）

【００２８】（但し、F1は一次燃焼空気制御出力値、ST
Msetは蒸気量目標値、STMnowは蒸気量計測値である。ま
た、PBは比例ゲイン、Tiは積分ゲインを表す調整パラメ
ータであり、s はラプラス演算子を表す。）

【００２９】（１）式によって算出された一次燃焼空気
制御出力値F1によって、一次燃焼空気量を制御する流量
調節機構９の開度が調節されて、炉内に供給される一次
燃焼空気量が制御されている。

【００３０】又、二次燃焼空気制御手段２０では、ごみ
焼却炉の燃焼プロセスＡ２からの炉内温度と炉内温度目
標値との炉内温度偏差値、炉排出Ｏ₂濃度と炉排出Ｏ₂
濃度に関する設定値との比較、炉排出ＮＯｘ濃度と炉排
出ＮＯｘ濃度設定値との比較、及びＣＯ濃度値とＣＯ濃
度設定値との比較によって、二次燃焼空気量制御部Ａ３
で条件別に増減制御され、その二次燃焼空気制御出力値
によってごみ焼却炉の燃焼プロセスＡ２の炉内温度及び
炉排出Ｏ₂濃度，ＮＯｘ濃度，ＣＯ濃度が制御されてい
る。

【００３１】次に、二次燃焼空気量制御部Ａ３の制御方
法についてより詳細に説明する。図２の実施形態は、条
件別増減制御である。その説明の前に、炉内温度，Ｏ₂
濃度，ＣＯ濃度，ＮＯｘ濃度と二次燃焼空気量との関係
について、図４乃至図７を参照して詳細に説明する。

【００３２】二次燃焼空気は、図４から明らかなよう
に、二次燃焼空気として機能する二次燃焼領域と、冷却
空気として作用する冷却領域とがある。二次燃焼領域
は、４０００Ｎｍ³／ｈ未満の領域であり、この燃焼領
域は二次燃焼が活発化して炉内温度が上昇する領域であ
る。更に、二次燃焼空気量の増加に伴って、概ね４００
０〜５０００Ｎｍ³／ｈの領域では二次燃焼空気量によ
る炉内温度上昇が最大領域に達する領域である。更に、
二次燃焼空気量が増加して、例えば５０００Ｎｍ³／ｈ
以上になると、炉内温度が低下する冷却領域がある。

【００３３】又、排ガス中のＯ₂濃度と二次燃焼空気量
との関係は、図５に示すように、二次燃焼空気量が増加
するにつれて排ガス中のＯ₂濃度が上昇し、二次燃焼空
気量とＯ₂濃度との間に正の相関関係が存在する。

【００３４】又、排ガス中のＣＯ濃度と二次燃焼空気量
との関係は、図６に示すように、二次燃焼空気量が増加
するにつれて排ガス中のＣＯ濃度は低下し、二次燃焼空
気量とＣＯ濃度には負の相関関係が存在する。

【００３５】又、排ガス中のＮＯｘ濃度と二次燃焼空気
量との関係は、図７に示すように、二次燃焼空気量が増
加するにつれて排ガス中のＮＯｘ濃度は増加し、二次燃
焼空気量とＮＯｘ濃度には正の相関関係が存在する。

【００３６】このような現象を利用して二次燃焼空気量
制御部Ａ３で二次燃焼空気量を制御する。二次燃焼空気
量制御部Ａ３では、炉内温度偏差が負又と正であるか
を、所定の偏差値で判定し、二次燃焼空気量が燃焼領域
（例えば、閾値を４０００Ｎｍ ³／ｈ未満と設定）、境
界領域（例えば、４０００〜５０００Ｎｍ³／ｈと設
定）又は冷却領域（例えば、閾値を５０００Ｎｍ³／ｈ
以上と設定）にあるかを判断してそれら２つの条件判断
の結果から二次燃焼空気量を増すか減ずるかという条件
別増減制御を実施する。

【００３７】又、ＮＯｘ濃度及びＣＯ濃度が上限値を越
えているか否かが判定され、ＮＯｘ濃度が上限値を越え
ている場合は二次燃焼空気量を一定量減じＣＯ濃度が上
限値を越えている場合は二次燃焼空気量を一定量増加さ
せるように調節してＮＯｘ濃度及びＣＯ濃度の上昇を抑
制するように制御する。

【００３８】以下に、表１に基づいて、二次燃焼空気量
制御部Ａ３の二次燃焼空気量の制御方法について詳細に
説明する。二次燃焼空気量は、(1) から(10)の条件で順
次演算及び検出して、(8) から(10)の条件を満たす場合
は、矢印（─＞）で示した制御を順次実行する。

【００３９】

【表１】

【００４０】なお、表１に示した制御方法は、(1) 〜
(6) は炉内温度偏差に対するものであり、二次燃焼空気
量を増減させる制御であり、二次燃焼空気量の一定値を
１周期毎の増分量あるいは減分量を調整する制御工程で
ある。(7) は二次燃焼空気量を現状維持する制御工程を
示している。(8) は酸素濃度の制御に対するものであ
り、(9) はＮＯｘ濃度上限設定値に対するもの、(10)の
ＣＯ濃度上限設定値に対する制御工程を示している。こ
れらの制御が個別に設定できるものとする。

【００４１】次に、二次燃焼空気量の制御部（二次燃焼
空気制御手段２０）の演算方法について、図１２のフロ
ーチャトに基づいて説明する。制御対象からの計測値が
一定周期でサンプリングされ、それらの計測値に基づい
て二次燃焼空気量が制御されている。図１２（ａ）〜
（ｄ）は、表１に示した二次燃焼空気量の具体的な制御
方法をフローチャトに図示したものであり、これらフロ
ーチャトには表１の各制御方法(1) 〜(10)が(1) 〜(10)
として図示されている。

【００４２】図１２（ａ）は表１の各制御方法(1) 〜
(7) を算出する制御方法を示しており、図１２（ｂ）は
表１の制御方法(8) 、図１２（ｃ）は表１の制御方法
(9) 、図１２（ｄ）は表１の制御方法(10)を示してい
る。図１２（ａ）〜（ｄ）はstart1, start2, start3
及びstart4から制御を開始して、フローチャートに従っ
て、各条件を満足しているか否かを判断し、各制御項目
に対する最終的な二次燃焼空気量の調整パラメータ（z1
〜z4）の値が決定される。二次燃焼空気量出力値は、以
下の式に示すように、二次燃焼空気量出力値の前回値
（F2(k−1)) 及び調整パラメータz1〜z4から二次燃焼空
気量出力値の今回値（ある周期の二次燃焼空気制御量）
（F2(k))が算出されている。

【００４３】 F2(k) ＝F2(k−1)＋z1＋z2＋z3＋z4 …………………（２）

【００４４】調整パラメータz1〜z4は、図１２（ａ）〜
（ｄ）のフローチャトに基づいて算出される。図１２
（ａ）〜（ｄ）において、Teは炉内温度偏差、F2now は
二次燃焼空気量、Ｏ2 は酸素濃度、ＮＯｘはＮＯｘ濃
度、ＣＯはＣＯ濃度を表す。また、Ｃ₁とＣ₂は二次燃
焼空気量が燃焼領域，境界領域，冷却領域を判別する調
整パラメータである。Ｏｘ1 は酸素濃度の上限設定値を
判別する調整パラメータであり、Ｏｘ2 は酸素濃度の下
限設定値を判別する調整パラメータであり、ＮＯｘ１は
ＮＯｘ濃度の上限設定値を判別する調整パラメータであ
り、ＣＯ１はＣＯ濃度の上限設定値を判別する調整パラ
メータである。ｙ１〜ｙ１０は二次燃焼空気量の増分，
減分量を与える調整パラメータである。

【００４５】図１２（ａ）について説明すると、先ず、
ステップＳ１では炉内温度偏差Ｔｅが制御条件（Ｔｅ＜
０）によって判定され、制御条件（Ｔｅ＜０）を満足す
る場合は、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では二次
燃焼空気量が制御条件（F2now ≧Ｃ₂）を満足する場合
は調整パラメータz1をｙ１とする。ステップＳ２の制御
条件（F2now ≧Ｃ₂）を満足しない場合はステップＳ３
に進み、制御条件（F2now ≦Ｃ₁）が判定される。制御
条件（F2now ≦Ｃ₁）を満たす場合は調整パラメータz1
をｙ３とし、制御条件（F2now ≦Ｃ₁）を満たさない場
合は調整パラメータz1をｙ７とする。ステップＳ１の制
御条件（Ｔｅ＜０）を満たさない場合はステップＳ４に
進む。ステップＳ４の制御条件（F2now ≧Ｃ₂）を満足
する場合は調整パラメータz1をｙ２とし、制御条件（F2
now ≧Ｃ₂）を満足しない場合はステップＳ５に進む。
ステップＳ５では制御条件（F2now ≦Ｃ₁）が判定さ
れ、満足される場合は調整パラメータz1をｙ４とし、制
御条件（F2now ≦Ｃ₂）を満足しない場合はステップＳ
６に進む。ステップＳ６では制御条件（Ｏ２≧Ｏｘ１）
が判定され、この制御条件を満足する場合は調整パラメ
ータz1をｙ５とし、この制御条件を満足しない場合は調
整パラメータz1をｙ６とする。

【００４６】図１２（ｂ）は、酸素濃度による二次燃焼
空気量の制御を示すフローチャトである。所定の周期で
計測された酸素濃度Ｏ２が酸素濃度の下限設定値Ｏｘ２
より低い濃度であるか否かを判定する制御条件（Ｏ２＜
Ｏｘ２）によって判定し、この制御条件を満足する場合
は、調整パラメータz2をｙ８とし、満足しない場合は、
調整パラメータz2は０とする。図１２（ｃ）は、ＮＯｘ
濃度によって二次燃焼空気量の制御を示すフローチャト
である。所定の周期で計測されたＮＯｘ濃度ＮＯｘ１が
ＮＯｘ濃度の上限設定値ＮＯｘ１より高い濃度であるか
否かを判定する制御条件（ＮＯｘ＞ＮＯｘ１）によって
判定し、この制御条件を満足する場合は、調整パラメー
タz3をｙ９とし、満足しない場合は、調整パラメータz3
は０とする。図１２（ｄ）は、ＣＯ濃度によって二次燃
焼空気量の制御を示すフローチャトである。所定の周期
で計測されたＣＯ濃度がＣＯ濃度の上限設定値ＣＯ１よ
り高い濃度であるか否かを判定する制御条件（ＣＯ＞Ｃ
Ｏ１）によって判定し、この制御条件を満足する場合
は、調整パラメータz4をｙ１０とし、満足しない場合
は、調整パラメータz4は０とする。

【００４７】図１２のフローチャートに従って算出され
た調整パラメータz1〜z4の値が、（２）式に代入され
て、二次燃焼空気量出力値F2(k) が算出される。

【００４８】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。この実施形態は、二次燃焼空気量制御Ａ３がファ
ジィ制御であり、図３の制御ブロックに基づいて説明す
る。ファジィ制御のルールは、表２に示されている。

【００４９】

【表２】

【００５０】図８は、表２のルール(1) 〜(10)を図示し
たものであり、これらのルール(1)〜(10)の演算は、図
９に示した前件部メンバーシップ関数に基づいて行われ
る。二次空気量制御手段２０によって求まった各ルール
の後件部推論結果を統合して、ルール全体の推論結果
（二次燃焼空気量制御値）が出力される。この制御出力
値に基づいて流量調節機構９が調節されて二次燃焼空気
量が制御されている。各ルールの後件部推論結果の統合
には、ファジィ演算の一般的な手法、例えば、min-maｘ
重心法あるいはproduct-sum 重心法用等が用いられ
る。

【００５１】又、表２のルール(1) 〜(10)の各演算結果
は、条件を満たさない場合はその出力を零とし、各ルー
ル(1) 乃至(10)の演算結果は、それらの演算結果の和に
よって二次燃焼空気量の変化分を算出して二次燃焼空気
量が調節される。これらのルール(1) 〜(10)までの演算
は連続して求められる。

【００５２】尚、ルール(4) と(8) では、互いに相反す
る方向の二次空気量の変化分の演算値が計算される。従
って、最終的な出力はその加算値により、二次燃焼空気
量を増加するか、減少させるか、あるいは現状維持にな
るように、二次燃焼空気量が操作されている。

【００５３】具体的なファジィ制御を適用した場合の二
次燃焼空気の制御部の演算方法を図９の前件部メンバー
シップ関数を用いて示す。先ず、前件部適合度について
計算する。炉内温度偏差の測定値Ｔｅは同図（ａ）の前
件部メンバーシップ関数において、「炉内温度偏差が負
である」と言う条件に対する適合度はａ₁である。同じ
く、「零」に対しては適合度はａ₂、「正」に対しては
適合度はａ₃（「０」）である。同図（ｂ）の前件部メ
ンバーシップ関数において、炉出口Ｏ₂濃度では測定値
がＯ２であり、「高」と言う条件に対する適合度はｂ₁
（「０」）であり、「適」に対して適合度はｂ
₂（「１」）、「低」に対する適合度はｂ₃（「０」）
である。二次燃焼空気量現在値については、同図（ｃ）
の前件部メンバーシップ関数において、測定値がF2now
であり、「小」と言う条件に対する適合度はｃ₁であ
り、「真中」に対する適合度はｃ₂であり、「大」に対
する適合度はｃ₃（「０」）である。炉出口ＮＯｘ濃度
については、同図（ｄ）の前件部メンバーシップ関数に
おいて、測定値がＮＯｘであり、「高い」の条件に対す
る適合度はｄ₁であり、「適」に対する適合度はｄ₂で
ある。炉出口ＣＯ濃度については、同図（ｅ）の前件部
メンバーシップ関数において、測定値がＣＯであり、
「高い」の条件に対する適合度はｅ₁（「０」）であ
り、「適」に対する適合度はｅ₂（「１」）である。

【００５４】これから、図８の規則(1) に適合度Ｘ₁を
式（３）により計算する。規則(1)は、「炉内温度偏差
が負、二次燃焼空気量現在値が大」であるから、適合度
ａ₁且つｃ₃である。同様に、規則(2) 〜(10)に対する
適合度Ｘ₂〜Ｘ₈を、以下の式（４）〜（１２）によっ
て計算式によって算出する。

【００５５】

【数１】規則(1) の適合度Ｘ₁＝ａ₁×ｃ₃ …………（３）規則(2) の適合度Ｘ₂＝ａ₃×ｃ₃ …………（４）規則(3) の適合度Ｘ₃＝ａ₁×ｃ₁ …………（５）規則(4) の適合度Ｘ₄＝ａ₃×ｃ₁ …………（６）規則(5) の適合度Ｘ₅＝ａ₃×ｃ₂×ｂ₁ …………（７）規則(6) の適合度Ｘ₆＝ａ₃×ｃ₂×ｂ₂ …………（８）規則(7) の適合度Ｘ₇＝ａ₁×ｃ₂ …………（９）規則(8) の適合度Ｘ₈＝ｄ₁ …………（１０）規則(9) の適合度Ｘ₉＝ｅ₁ …………（１１）規則(10)の適合度Ｘ₁₀＝ｂ₃ …………（１２）

【００５６】次に、後件部メンバーシップ関数におい
て、推論を行うために、二次燃焼空気量変更分Ｙ₁〜Ｙ
₁₀を定める。そして、次の（１１）式により推論を行い
推論結果Ｚを得る。

【００５７】

【数２】

【００５８】最後に推論結果から推論結果Ｚと二次燃料
空気量出力値の前回値（Ｆ２（ｋ−１））から二次燃焼
空気量出力値の今回値（Ｆ２（ｋ））を得る。

【００５９】Ｆ２（ｋ）＝Ｆ２（ｋ−１）＋Ｚ …………（１４）

【００６０】図１１は、本発明に係るごみ焼却炉の制御
方法による制御試験結果の一例を示すものであり、図１
０は従来のごみ焼却炉の比例制御方法による結果を示し
ている。

【００６１】これらの図から明らかなように、本発明を
適用した結果、排ガス中のＮＯｘ濃度平均値を１００ｐ
ｐｍレベルから７０ｐｐｍレベルと約３０ｐｐｍ近く低
減させることができた。一方、ＣＯ濃度にあっては、Ｃ
Ｏ濃度のピークは主に炉内温度低下により発生するが、
炉内温度変化幅を約２５％抑制したことで炉内温度低下
が起き難くなり、本発明ではＣＯ濃度ピーク発生が抑制
され、平坦な特性とすることができた。又、Ｏ₂濃度の
変動幅についても約３０％低減させることができ、極め
て満足すべき結果が得られた。尚、この実施形態では、
二次燃焼空気量の制御系への入力として炉内温度偏差を
用いているが、ごみ焼却炉にボイラを備える場合には、
炉内温度偏差の代わりに蒸気流量偏差を用いてもよい。

【００６２】

【発明の効果】上記説明したように、本発明によれば、
二次燃焼空気量を非線形制御、特に、二次燃焼空気量を
条件別増減制御又はファジィ制御することによって炉内
温度，炉内Ｏ₂濃度を安定化し、且つ、排出ガス中のＣ
Ｏ濃度，ＮＯｘ濃度を所定の値に制御して、排ガス中の
有害な成分を所定値以下に制御できる効果を有するとと
もに、ごみ焼却炉の寿命延長を図ることができる。又、
炉内温度を安定化できるのでボイラの蒸気量が安定する
効果を有し、排ガスのエネルギ有効利用を図ることがで
きる。

【００６３】更に、炉内温度が下がり過ぎた場合は、炉
内に酸素濃度が十分に有るにも関わらず二次燃焼が起き
難くなって、排出ガスのＣＯ濃度が増大する現象がある
が、二次燃焼空気量と相関関係がある排ガス中のＯ₂濃
度から二次燃焼空気量が冷却領域であることが検出でき
れば、二次燃焼空気量を減少させることによって炉内温
度を上昇させて、排ガス中のＣＯ濃度の増大を防止する
ことができる利点がある。

【００６４】又、本発明によれば、排ガス中のＯ₂濃度
の変動範囲が抑制され、更に、ＣＯ濃度、ＮＯｘ濃度の
上昇した場合、それに対処してそれぞれ濃度上昇を打ち
消す方向に二次燃焼空気量を調節することで、Ｏ₂濃度
の低下による不完全燃焼による排出ＣＯ濃度の増大の防
止、或いはＯ₂濃度増大による排出ＮＯｘ濃度の増大が
防止できる利点がある。

【００６５】又、ごみ焼却炉に投入されるごみ発熱量の
変動などがあったとしても炉内温度及び排ガス中のＯ₂
濃度がともに安定した状態に制御されるので、常に燃焼
効率のよい燃焼が可能となる利点がある。従って、発電
用等のボイラを備える火格子式ごみ焼却炉では発熱量が
安定するので、発電効率を向上させることができる効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るごみ焼却炉の燃焼制御装置及びそ
の方法の一実施形態を示す図である。

【図２】燃焼制御方法の制御ブロック図である。

【図３】ファジィ制御による燃焼制御方法の制御ブロッ
ク図である。

【図４】炉内温度と二次燃焼空気量との関係を示す線図
である。

【図５】排ガス中のＯ₂濃度と二次燃焼空気量との関係
を示す線図である。

【図６】排ガス中のＣＯ濃度と二次燃焼空気量との関係
を示す線図である。

【図７】排ガス中のＮＯｘ濃度と二次燃焼空気量との関
係を示す線図である。

【図８】ファジィ制御の前件部（入力）と後件部（出
力）を示す図である。

【図９】前件部メンバーシップ関数を示す図である。

【図１０】従来のごみ焼却炉によるＣＯ濃度とＮＯｘ濃
度の制御試験結果を示す図である。

【図１１】本発明のごみ焼却炉の燃焼制御装置によるＣ
Ｏ濃度とＮＯｘ濃度の制御試験結果を示す図である。

【図１２】本発明に係るごみ焼却炉の燃焼制御装置及び
その方法の一実施形態を説明するフローチャート図であ
る。

【図１３】従来のごみ焼却炉及びその燃焼制御方法を示
す図である。

【符号の説明】

１ごみ焼却炉１ａ〜１ｃ火格子２ごみ投入口３灰落下口４炉出口５ボイラ６煙突７吸入口８，１０ファン９，１１流量調節機構（ダンパー）１２蒸気流量計１３炉内温度センサ１４炉内温度計１６一次燃焼空気制御手段１８Ｏ₂濃度センサ１９炉排出Ｏ₂濃度計２０二次燃焼空気制御手段２１コンピュータ２２ＮＯｘ濃度センサ２３炉排出ＮＯｘ濃度計２４ＣＯ濃度センサ２５炉排出ＣＯ濃度計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ２３Ｇ 5/14 ＺＡＢＦ２３Ｇ 5/14 ＺＡＢＦ 5/46 ＺＡＢ 5/46 ＺＡＢＡ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ごみ焼却炉が燃焼空気を供給する一次燃
焼空気供給系と二次燃焼空気供給系と、燃焼負荷に応じ
た状態量に基づいて前記一次燃焼空気供給系から前記ご
み焼却炉内に供給される一次燃焼空気量を操作する制御
手段と、前記ごみ焼却炉内の温度を測定する第１計測手
段と、前記ごみ焼却炉の燃焼排ガス中のＯ₂濃度を測定
する第２計測手段と、前記ごみ焼却炉の燃焼排ガス中の
ＣＯ濃度を測定する第３計測手段と、前記ごみ焼却炉の
燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度を測定する第４計測手段と、
前記第１乃至第４計測手段による計測値によって二次燃
焼空気量を操作する非線形制御手段とを備えることを特
徴とするごみ焼却炉の燃焼制御装置。
【請求項２】前記非線形制御手段がファジィ制御手段
であることを特徴とする請求項１に記載のごみ焼却炉の
燃焼制御装置。
【請求項３】ごみ焼却炉に一定時間に投入されるごみ
量に対する発熱量に応じた状態量に基づいて、前記ごみ
焼却炉の一次燃焼空気量をフィードフォワード制御乃至
フィードバック制御によって操作し、且つ、前記ごみ焼
却炉の炉内温度、及び燃焼排ガス中のＯ₂濃度，ＣＯ濃
度，ＮＯｘ濃度をそれぞれ測定して、これらの計測値に
基づく非線形制御手段により二次燃焼空気量を操作する
ことを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御方法。
【請求項４】ごみ焼却炉に燃焼空気を供給する一次燃
焼空気供給系と二次燃焼空気供給系とを備え、前記一次
燃焼空気供給系から供給される一次燃焼空気量を燃焼負
荷に応じた状態量に基づく制御手段により操作し、且
つ、前記ごみ焼却炉の炉内温度、及び燃焼排ガス中のＯ
₂濃度，ＣＯ濃度，ＮＯｘ濃度をそれぞれ測定して、こ
れらの計測値をパラメータとする関数に基づいた非線形
制御手段により前記二次燃焼空気供給系から供給される
二次燃焼空気量を操作することを特徴とするごみ焼却炉
の燃焼制御方法。
【請求項５】上記非線形制御手段がファジィ制御によ
ることを特徴とする請求項３又は４に記載のごみ焼却炉
の燃焼制御方法。