JPH11257634A - ごみ焼却炉における燃焼制御装置の運転支援装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＡＣＣ装置用の計測器に異常が生じた時で
も、ＡＣＣ装置の能力の低下を最小限に抑制し、オペレ
ータの負担も軽減できるＡＣＣ装置用の運転支援装置を
提供すること。 【解決手段】 自動燃焼制御装置に関連する計測器に故
障のような異常が生じたときに、その異常を検知し、そ
の異常が操作出力及び制御系へ与える影響を評価し、そ
の評価を基に前記自動燃焼制御装置の能力低下を最小に
するよう前記自動燃焼制御装置の内部パラメータや操作
出力を調整する運転支援装置を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ごみ焼却炉におけ
る自動燃焼制御装置に関し、特に各種計測器に異常が生
じた場合にその運転を支援するための運転支援装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ごみ焼却炉では多種多様なごみ
を炉内に供給し燃焼させるため、燃焼状態が時間的に変
化する。すなわち、ごみ焼却炉においては、ホッパから
炉内へのごみの供給はフィーダにより行われる。炉内底
部にはストーカが設けられ、燃焼すべきごみを載置して
炉内をごみの入り口側から出口方向に移動させる。この
ストーカは通常、複数のゾーンに分割されている。炉内
へ供給されたごみは、各ゾーンのストーカの動きにより
移送され、その間に輻射熱を受けて乾燥、昇温し、着火
燃焼する。

【０００３】一般に、フィーダの動作は予め設定した周
期で繰り返し行われるが、ごみ質や炉内でのごみの堆積
状況の違いにより各周期において炉内に供給されるごみ
の量はかなり変化する。ごみの供給が過剰になるとフィ
ーダ動作により供給されるごみは、炉内に堆積したごみ
の表層だけを移送し、ストーカによる移送で行われてい
る乾燥・昇温・着火・燃焼プロセスを乱し、燃焼を不安
定にする。また、供給が過少になるとごみ枯れを起こし
燃焼が急激に悪化する。

【０００４】ストーカの各ゾーンのごみ層厚は、乾燥・
昇温・着火・燃焼のプロセスで、炉の出口側に進むにつ
れ徐々に薄くなる。しかし、ごみ質の変化によりゾーン
毎にそのプロセスの進行度合いが異なるため、各ゾーン
のごみ層厚、すなわちごみ層の形状は常に変化する。こ
の変化が大きくなると一時的な過剰燃焼やごみ枯れなど
を引き起こす。

【０００５】従来、このようなごみ焼却炉の燃焼を制御
するために、ごみ焼却炉にはＡＣＣ（自動燃焼制御）装
置が備えられている。ＡＣＣ装置は、余熱利用のために
設置されたボイラからの発生蒸気量、炉内温度、燃焼排
ガス酸素濃度などの操業情報や、炉内の火炎の画像情報
を利用して燃焼状態の時間的変化を捉え、これに応じて
ごみの供給量、ごみの移送量、一次燃焼空気流量・温度
とその各ゾーンへの配分比、二次燃焼空気量・温度など
を操作し燃焼を安定させるようにしている。

【０００６】図２を参照して、水平ストーカ式ごみ焼却
炉とその計装系について説明する。焼却すべきごみ１１
はホッパ１２に供給され、ホッパ１２の底部に設けられ
たフィーダ１３の周期的なオン／オフ動作により、焼却
炉の炉内１４に供給される。炉内１４の底部には炉内１
４に供給されたごみ１１を載置し、炉内１４の出口１
５、すなわち焼却灰の出口に向かってごみを移動させる
ストーカ１６が設けられている。ストーカ１６は、ここ
では４つのゾーン１６−１〜１６−４に分割され、各ゾ
ーン毎にストーカ１６の速度、すなわちごみの移送速度
を操作できる構成になっている。

【０００７】また、ストーカ１６の下側には一次燃焼空
気１７を供給するためのダクト１８が設けられている。
このダクト１８はストーカ１６の各ゾーン１６−１〜１
６−４の下側にそれぞれ開口する４つの開口部１８−１
〜１８−４を備えている。４つの開口部１８−１〜１８
−４のダクト１８からの分岐部には、ストーカ１６の各
ゾーン１６−１〜１６−４への一次燃焼空気１７の配分
量を制御するためのダンパ１９−１〜１９−４が設けら
れている。また、各ダンパ１９−１〜１９−４とストー
カ１６の各ゾーン１６−１〜１６−４間の開口部１８−
１〜１８−４内にはそれぞれ圧力計２０と流量計２１が
設置されており、ストーカ１６のゾーン１６−１〜１６
−４毎の圧力、空気流量を計測できるように構成されて
いる。

【０００８】他方、炉内１４には圧力計２２が設けられ
ており、炉内圧力を測定する。炉内１４にはまた、二次
燃焼空気供給口２３が設けられ、炉内１４に二次燃焼空
気２４が送り込まれる。更に、炉内１４の出口１５付近
の内壁には炉内１４のごみの堆積状態や燃焼状態を撮像
するための炉内カメラ２５が設けられている。炉内１４
の天井部分には燃焼排ガス２６の排出口２７が設けられ
ている。排出口２７には酸素濃度計２８が設けられてい
る。そして、一次燃焼空気１７を供給するダクト１８内
及び二次燃焼空気供給口２３内にはそれぞれ流量計２
９、３０が設置されている。

【０００９】次に、図３を参照して、ＡＣＣ装置につい
て簡単に説明する。ＡＣＣ装置は、演算装置４０、コン
トローラ５０に大別される。ＡＣＣ装置には、制御量目
標値として、ボイラからの発生蒸気量、ごみ処理量、一
酸化炭素濃度のような公害指標等が与えられる。これら
の制御量目標値は、前述の各種計測器で計測された値と
比較されてそれらの偏差値が入力される。演算装置４０
では、各種の偏差値と各種計測器で計測された値とを用
いて、ごみ層厚やごみ質を推定したり、燃え切り点等を
算出する。一方、コントローラ５０は、上記の偏差値、
演算装置４０からの演算結果、各種計測器で計測された
値とを用いて、一次燃焼空気（押込み空気）量及び温
度、二次燃焼空気量及び温度、ストーカ動作等の制御を
行う。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、ＡＣＣ
装置は、ボイラの発生蒸気量やごみ処理量などの操業目
標の達成と公害の発生を最小限に抑制することを目的と
し、各種流量計、温度計、圧力計など複数の計測器の計
測値やそれらを基にした物質収支・熱収支計算などで得
られる計算結果を利用して、ごみ移送・供給量、一次、
二次燃焼空気供給量・温度・配分などの複数の操作量を
決定する多入力多出力の制御装置である。

【００１１】従来のＡＣＣ装置は、燃焼状態の異常、計
測器の異常を検知した場合、警報等でオペレータに対応
を促すと共に、関連する操作を手動に切り替えるのが普
通である。そして、すべての計測が正常に行われている
場合はその能力を十分に発揮することができるが、ある
計測器に故障のような異常が発生した場合は能力の低下
が避けられない。この能力の低下は、異常を持つ計測器
の計測値が入力として各制御系に対してどの程度の影響
を持つかで大きく異なる。

【００１２】ここで、このような計測器異常に対する対
処法を考えたとき、影響を受ける操作端すべてを手動に
切り替えて運転するより、その影響を考慮して自動制御
を続けた方がオぺレータの手動操作熟練度、影響を受け
ていない制御系の操作出力との協調性を考えると、ＡＣ
Ｃ装置全体としての能力の低下が小さくなる場合があ
る。加えて、オペレータに対する負担も小さくなる。

【００１３】そこで、本発明の課題は、ＡＣＣ装置用の
計測器に異常が生じた時でも、ＡＣＣ装置の能力の低下
を最小限に抑制し、オペレータの負担も軽減できるＡＣ
Ｃ装置用の運転支援装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、炉内底
部に設けられ、燃焼すべきごみを載置して前記炉内をご
みの入り口側から出口方向に移動させる複数のゾーンか
らなるストーカと、前記複数のゾーン毎に前記ストーカ
の下側から燃焼空気を供給するためのダクトとを備え、
燃焼制御手段として、炉内温度計、炉内圧力計、一次、
二次燃焼空気流量計のような各種計測器からの計測値に
基づいて、炉内温度や燃焼排ガス酸素濃度などの操業情
報や、炉内の火炎の画像情報を利用して燃焼状態の時間
的変化を捉え、これに応じてごみの供給量、前記ストー
カでの移送量、一次燃焼空気流量・温度とその各ゾーン
への配分比、二次燃焼空気量・温度などを操作して燃焼
を安定させる自動燃焼制御装置を備えたごみ焼却炉にお
いて、前記自動燃焼制御装置に関連する計測器に故障の
ような異常が生じたときに、その異常を検知し、その異
常が操作出力及び制御系へ与える影響を評価し、その評
価を基に前記自動燃焼制御装置の能力低下を最小にする
よう前記自動燃焼制御装置の内部パラメータや操作出力
を調整する運転支援装置を備えたことを特徴とするごみ
焼却炉における燃焼制御装置の運転支援装置が提供され
る。

【００１５】前記運転支援装置はまた、計測器の異常の
内容、その異常の操作出力及び制御系へ与える影響をオ
ペレータにアナウンスする機能を有する。

【００１６】なお、前記運転支援装置は、計測器異常監
視システム、計測器異常対処システムから構成され、前
記計測器異常監視システムは、前記各種計測器から得ら
れる計測値についてその値の時系列的変化、統計的変
化、関連する他の計測値との整合性などに関してあらか
じめ作成された知識ベースに基づいて推論を行うための
第１の推論部と、ごみ焼却炉の物理モデルに基づいた物
質収支、熱収支等の演算結果に関してあらかじめ作成さ
れた知識ベースにより推論を行うための第２の推論部と
を有して、前記第１、第２の推論部により前記各種計測
器の異常の有無を判断し、前記計測器異常監視システム
は更に、前記各種計測器に関して異常と判断された場合
の代替値に関してあらかじめ作成されている代替値情報
知識ベースを有して、異常と判断された計測器の計測値
の代替値を前記代替値情報知識ベースを参照して求め、
前記自動燃焼制御装置に出力すると共に、異常情報と代
替値情報を前記計測器異常対処システムに出力する。

【００１７】一方、前記計測器異常対処システムは、計
測器の異常によって影響を受ける前記自動燃焼制御装置
の推定演算出力や操作出力に関してあらかじめ作成され
た第１の知識ベースを有して、前記異常情報及び代替値
情報を受け取ると、その異常によって影響を受ける前記
自動燃焼制御装置の推定演算出力や操作出力を、前記第
１の知識ベースを参照して特定し、前記計測器異常対処
システムは更に、変更すべき自動燃焼制御パラメータと
その値、調整すべき操作出力とその調整方法、オペレー
タガイダンスに関してあらかじめ作成されている計測器
異常対処知識ベースに基づいて推論を行う第３の推論部
を有して、前記異常情報及び代替値情報と前記特定され
た影響を受ける演算出力、操作出力の組み合わせを入力
として、前記計測器異常対処知識ベースに基づいて前記
変更すべき自動燃焼制御パラメータとその値、調整すべ
き操作出力とその調整方法、オペレータガイダンスを求
め、それぞれ変更、調整、表示を実行する。

【００１８】更に、前記計測器異常対処システムは、オ
ペレータから計測器毎に異常復帰の入力を受け取ると、
異常情報を更新して異常が無くなるまで前記動作をを繰
り返し、計測器の異常復帰情報を前記計測器異常監視シ
ステムに送り、前記計測器の異常復帰情報を受け取った
前記計測器異常監視システムは、該当する計測器の出力
を計測値に戻し監視を再開する。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明のＡＣＣ装置と運転支援装
置の関係を図１に示す。図２で説明したように、ＡＣＣ
装置は流量計、温度計、圧力計など各種の計測器の計測
値やそれらを基にした熱収支計算などで得られる計算結
果を利用してごみ移送・供給量、一次、二次燃焼空気供
給量・温度・配分などの複数の操作量を決定する多入力
多出力の制御装置である。ＡＣＣ装置は多数の制御パラ
メータを持ち、運転中に変更が可能になっている。

【００２０】一方、運転支援装置は、計測器異常監視シ
ステム１、計測器異常対処システム２から構成される。
計測器異常監視システム１は、各種計測器から得られる
計測値についてその値の時系列的変化、統計的変化、関
連する他の計測値との整合性などに関してあらかじめ作
成された知識ベースに基づいて推論を行うための第１の
推論部と、ごみ焼却炉の物理モデルに基づいた物質収
支、熱収支等の演算結果に関してあらかじめ作成された
知識ベースにより推論を行うための第２の推論部とを有
して、これら第１、第２の推論部により各種計測器の異
常の有無を判断する。計測器異常監視システム１は更
に、各種計測器に関して異常と判断された場合の代替値
に関してあらかじめ作成されている代替値情報知識ベー
スを有し、異常と判断された計測器の計測値の代替値
を、他の計測値の異常をも監視しながら前記代替値情報
知識ベースを参照して求める。計測器異常監視システム
１は、求めた代替値をＡＣＣ装置に出力すると共に、異
常情報と代替値情報を計測器異常対処システム２に出力
する。

【００２１】一度異常と判断された計測値については、
その後、異常復帰の信号を計測器異常対処システム２か
ら受け取るまで監視を中止し、全体システムの負荷を低
減する。

【００２２】計測器異常対処システム２は、計測器の異
常によって影響を受けるＡＣＣ装置の推定演算出力や操
作出力に関してあらかじめ作成された第１の知識ベース
を有して、計測器異常監視システム１から異常情報及び
代替値情報を受け取ると、その異常によって影響を受け
るＡＣＣ装置の推定演算出力や操作出力を、第１の知識
ベースを参照して特定する。計測器異常対処システム２
は更に、変更すべきＡＣＣパラメータとその値、調整す
べき操作出力とその調整方法、オペレータガイダンスに
関してあらかじめ作成されている計測器異常対処知識ベ
ースに基づいて推論を行う第３の推論部を有する。計測
器異常対処システム２は、異常情報及び代替値情報と上
記の特定された影響を受ける演算出力、操作出力の組み
合わせを入力として、計測器異常対処知識ベースに基づ
いて変更すべきＡＣＣパラメータとその値、調整すべき
操作出力とその調整方法、オペレータガイダンスを求
め、それぞれ変更、調整、表示を実行する。

【００２３】この後、計測器異常対処システム２は、オ
ペレータから計測器毎に異常復帰の入力を受け取り、異
常情報を更新して異常が無くなるまで対処を繰り返す。
また、計測器の異常復帰情報を計測器異常監視システム
１に送る。ここで調整とは、手動・自動の切替えや操作
出力固定などを意味する。また、図１には、計測器異常
対処システム２における上記の各機能を、ＡＣＣパラメ
ータ調整機能２−１、操作出力値調整機能２−２、オペ
レータガイダンス表示＆復帰入力機能２−３として示し
ている。

【００２４】計測器の異常復帰情報を受け取った計測器
異常監視システム１は、該当する計測器の出力を計測値
に戻し監視を再開する。

【００２５】なお、便宜上、運転支援装置を２つのシス
テムに分けて説明したが、構成は図１の構成にとらわれ
ない。また、推論部には、ファジー推論やＥＸＰＥＲＴ
のような手段が用いられる。

【００２６】以下、一次燃焼空気流量計の計測値に異常
が見られる場合を例にとって説明する。計測器異常監視
システム１において、一次燃焼空気流量計の計測値の異
常は、例えば、一次、二次燃焼空気量の計測値と、燃焼
反応モデル、物質収支モデルを基に求められた計算排出
ガス量と排出ガス量計測値の比較、前記物理化学モデル
に更に熱収支モデルを加えた結果から得られる燃焼ごみ
質、燃焼空気供給経路途中に設けられた流量計の計測値
や流量配分調整用のダンパ１９−１〜１９−４（図２）
の開度一ダンパ前後の圧力損失一流量関係を基にした推
定値等を入力として差異１、第２の推論部により判断さ
れる。具体的には、すべての計測器に異常が無いと判断
されている状態で、計算排出ガス量が排出ガス量計測値
を大きく下回り、燃焼ごみ質として推定可燃分比が小さ
くて水分比が大きく、さらに計測値が燃焼空気推定値よ
りもかなり小さい場合に、一次燃焼空気流量計の計測値
が異常に小さいと判断される。

【００２７】この場合、推定値計算に使われる計測値に
は異常情報が無いので、代替値として代替値情報知識ベ
ースから推定値が選択されて、ＡＣＣ装置に送られる。
同時に、一次燃焼空気流量計の異常と代替値として推定
値が選択されたという情報が、計測器異常対処システム
２に送られ、一次燃焼空気流量計の監視が中断される。

【００２８】計測器異常対処システム２は、計測器異常
監視システム１から送られた、一次燃焼空気流量計の異
常と代替値として推定値が選択されたという情報を基
に、例えば、影響を受ける操作出力として、第１の知識
ベースを参照して一次燃焼空気量及び二次燃焼空気量を
特定し、この操作出力を求める制御系が操作出力の増分
を求める速度型の制御系として構成されている場合に
は、対処法として一次燃焼空気量及び二次燃焼空気量操
作出力のための制御ゲインを小さくし自動運転を続ける
判断を下す。

【００２９】更に、オペレータに対しては、一次燃焼空
気流量計の計測値が異常に小さいという情報を知らせ、
一次燃焼空気流量計の清掃の指示を出す。合わせて、計
測値の異常の影響で操業目標の達成度が低下する可能性
があることを知らせる。オペレータから一次燃焼空気流
量計の異常復帰の入力を受け取ると、異常が無くなるの
で、一次燃焼空気量及び二次燃焼空気量操作出力のため
の制御ゲインを通常の値に戻し、計測器異常監視システ
ム１に一次燃焼空気流量計の異常復帰を知らせる。

【００３０】一次燃焼空気流量計の異常復帰を受け取っ
た計測器異常監視システム１は、一次燃焼空気流量計の
出力値を計測値に戻して計測器の監視を再開する。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、運転支援装置と一般のＡ
ＣＣ装置とを組み合わせることで、計測器の異常に対し
てＡＣＣ装置の能力低下を極力小さく抑え、操業目標達
成度の低下や公害発生、オペレータへの負担を最小限に
とどめることができる。また、実操業から得られるデー
タにより各知識ベースを更新することで、計測器の変更
等にも容易に対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による運転支援装置とＡＣＣ装置との関
係を示した図である。

【図２】本発明が適用される水平ストーカ式ごみ焼却炉
とその計装系の構成を示す概略断面図である。

【図３】図２に示すごみ焼却炉に適用される自動燃焼制
御装置の概略構成を示した図である。

【符号の説明】

１ 計測器異常監視システム ２ 計測器異常対処システム １１ ごみ １２ ホッパ １３ フィーダ １４ 炉内 １５ 出口 １６ ストーカ １６−１〜１６−４ ゾーン １７ 一次燃焼空気 ２０、２２ 圧力計 ２１、２９、３０ 流量計 ２３ 二次燃焼空気供給口 ２４ 二次燃焼空気 ２５ 炉内カメラ ２６ 燃焼排ガス ２７ 燃焼排ガス排出口 ２８ 酸素濃度計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ２３Ｇ 5/50 ＺＡＢ Ｆ２３Ｇ 5/50 ＺＡＢＰ ＺＡＢＳ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉内底部に設けられ、燃焼すべきごみを
   載置して前記炉内をごみの入り口側から出口方向に移動
   させる複数のゾーンからなるストーカと、前記複数のゾ
   ーン毎に前記ストーカの下側から燃焼空気を供給するた
   めのダクトとを備え、燃焼制御手段として、炉内温度
   計、炉内圧力計、一次、二次燃焼空気流量計のような各
   種計測器からの計測値に基づいて、炉内温度や燃焼排ガ
   ス酸素濃度などの操業情報や、炉内の火炎の画像情報を
   利用して燃焼状態の時間的変化を捉え、これに応じてご
   みの供給量、前記ストーカでの移送量、一次燃焼空気流
   量・温度とその各ゾーンへの配分比、二次燃焼空気量・
   温度などを操作して燃焼を安定させる自動燃焼制御装置
   を備えたごみ焼却炉において、 前記自動燃焼制御装置に関連する計測器に故障のような
   異常が生じたときに、その異常を検知し、その異常が操
   作出力及び制御系へ与える影響を評価し、その評価を基
   に前記自動燃焼制御装置の能力低下を最小にするよう前
   記自動燃焼制御装置の内部パラメータや操作出力を調整
   する運転支援装置を備えたことを特徴とするごみ焼却炉
   における燃焼制御装置の運転支援装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の燃焼制御装置の運転支援
   装置において、前記運転支援装置はまた、計測器の異常
   の内容、その異常の操作出力及び制御系へ与える影響を
   オペレータにアナウンスする機能を有することを特徴と
   するごみ焼却炉における燃焼制御装置の運転支援装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の燃焼制御装置の運転支援
   装置において、前記運転支援装置は、計測器異常監視シ
   ステム、計測器異常対処システムから構成され、 前記計測器異常監視システムは、前記各種計測器から得
   られる計測値についてその値の時系列的変化、統計的変
   化、関連する他の計測値との整合性などに関してあらか
   じめ作成された知識ベースに基づいて推論を行うための
   第１の推論部と、ごみ焼却炉の物理モデルに基づいた物
   質収支、熱収支等の演算結果に関してあらかじめ作成さ
   れた知識ベースにより推論を行うための第２の推論部と
   を有して、前記第１、第２の推論部により前記各種計測
   器の異常の有無を判断し、前記計測器異常監視システム
   は更に、前記各種計測器に関して異常と判断された場合
   の代替値に関してあらかじめ作成されている代替値情報
   知識ベースを有して、異常と判断された計測器の計測値
   の代替値を前記代替値情報知識ベースを参照して求め、
   前記自動燃焼制御装置に出力すると共に、異常情報と代
   替値情報を前記計測器異常対処システムに出力し、 前記計測器異常対処システムは、計測器の異常によって
   影響を受ける前記自動燃焼制御装置の推定演算出力や操
   作出力に関してあらかじめ作成された第１の知識ベース
   を有して、前記異常情報及び代替値情報を受け取ると、
   その異常によって影響を受ける前記自動燃焼制御装置の
   推定演算出力や操作出力を、前記第１の知識ベースを参
   照して特定し、前記計測器異常対処システムは更に、変
   更すべき自動燃焼制御パラメータとその値、調整すべき
   操作出力とその調整方法、オペレータガイダンスに関し
   てあらかじめ作成されている計測器異常対処知識ベース
   に基づいて推論を行う第３の推論部を有して、前記異常
   情報及び代替値情報と前記特定された影響を受ける演算
   出力、操作出力の組み合わせを入力として、前記計測器
   異常対処知識ベースに基づいて前記変更すべき自動燃焼
   制御パラメータとその値、調整すべき操作出力とその調
   整方法、オペレータガイダンスを求め、それぞれ変更、
   調整、表示を実行することを特徴とするごみ焼却炉にお
   ける燃焼制御装置の運転支援装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の燃焼制御装置の運転支援
   装置において、前記計測器異常対処システムは、オペレ
   ータから計測器毎に異常復帰の入力を受け取ると、異常
   情報を更新して異常が無くなるまで前記動作をを繰り返
   し、計測器の異常復帰情報を前記計測器異常監視システ
   ムに送り、 前記計測器の異常復帰情報を受け取った前記計測器異常
   監視システムは、該当する計測器の出力を計測値に戻し
   監視を再開することを特徴とするごみ焼却炉における燃
   焼制御装置の運転支援装置。