JPH11257635A - ごみ焼却炉におけるストーカ温度制御装置及びこれを備えたごみ焼却炉の燃焼制御装置 - Google Patents
ごみ焼却炉におけるストーカ温度制御装置及びこれを備えたごみ焼却炉の燃焼制御装置Info
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Abstract
ことのできるストーカ温度制御装置を提供すること。 【解決手段】 ごみ層厚指標計算部3は、ごみの無い状
態にて測定されたストーカの複数のゾーンの下側の圧力
と炉内の圧力との差圧に基づいて算出された複数のゾー
ン毎の圧損係数を用いて、燃焼状態にある時の複数のゾ
ーンの下側の圧力と炉内の圧力との差圧と燃焼空気量と
から複数のゾーン毎のごみ層厚指標を算出する。ストー
カ温度制御部1は、画像処理装置2から得られる炉内の
燃え切り点位置と、ごみ層厚指標とを用い、ゾーン毎の
ストーカ温度目標値とゾーン毎のストーカ温度との差に
応じて、あらかじめ作成されている知識ベースに基づい
てごみ層厚指標目標値を算出する。ごみ層厚制御部5
は、ごみ層厚指標目標値とごみ層厚指標とから各ゾーン
のごみ層厚を制御してストーカ温度の制御を行う。
Description
るストーカ温度の制御装置及びこれを備えた燃焼制御装
置に関し、特に、ストーカ上におけるごみの量を把握し
ながらストーカ温度を望ましい温度範囲内に維持すると
共に、最適な燃焼を行うための改良に関する。
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。
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。
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。
動制御は、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
るようにしていた。
めには、上述したような情報だけでは炉内のごみ量や、
ごみの堆積状況を把握することは難しく、結果として安
定した燃焼を継続するために不可欠な炉内における安定
したごみ層の形成が困難であった。
炉出口温度の安定化、ボイラからの発生蒸気量の安定化
などを目的としたACC(自動燃焼制御)システムが知
られており、このACCシステムに関して多くの提案が
なされている。しかし、これらの提案は、制御対象であ
る炉出口温度、発生蒸気量や、排ガス中の酸素濃度、有
害ガス濃度、あるいは炉内画像を画像処理して得られる
ごみの燃え切り点位置あるいは燃焼位置などの付加情報
で制御系を構成しているが、ごみ層の厚みそのものを計
測、制御しようとする方式は提案されていない。
燃焼制御方式の欠点を解決するために、炉内のごみの
量、特に堆積状況を把握して制御することにより、安定
した燃焼を確保し得るごみ焼却炉の燃焼制御方式を提案
した。これは、特願平8−209931号に開示されて
いる。
して説明する。図5は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。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14に供給されたごみ11を載置し、炉内14の出口
15、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。
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の供給
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Psi、空気流量Fiを計測できるように
構成されている。
ており、炉内圧力Po 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1
8内及び二次燃焼空気供給口23内にはそれぞれ流量計
29、30が設置されている。
うにして行われている。炉内及び各ゾーンのストーカ1
6下側の圧力計22、20により、ゾーン毎の炉内圧力
との差圧を求め、求めた差庄と、管内流圧力について一
般に成り立つ圧損式を利用し、ストーカ16とごみ層に
よる圧損係数を求める。これらの値から事前に求めたス
トーカ16だけの圧損係数を除き、ごみ層のみによる圧
損係数を求める。このようにしてゾーン毎に求めたごみ
層による圧損係数をごみ層厚の指標とする。
ず、あるダクトと炉内の2点a−b間を流れる気体の圧
力について、一般に、次のような圧損式が成り立つ。
点における圧力、ζabは圧損係数、ρは流体密度、そ
してωは流速である。
のうちのi番目のゾーン16−i上にごみが存在しない
場合には次式が成り立つ。
数、P0 *はストーカ上にごみが存在しない場合におい
て圧力計22で測定される炉内圧力、Psi*は同じく
ストーカ16−i上にごみが存在しない場合において圧
力計20により測定される、ストーカ下側のダクト開口
部18−i内の圧力、Aiは開口部18−iのダクトか
らの分岐部における面積、そしてFi*はごみが存在し
ない場合にiゾーンにおいて流量計21で測定される燃
焼空気量である。
る場合における、ごみ層のみによる圧損係数ζriは次
式により求められる。
ζriが炉内の目視によるごみ層厚と適合することか
ら、ストーカ16のゾ一ン毎のごみ層圧損係数をごみ層
厚の指標として用いることにより、炉内のごみ層形状を
推定出来る。
は、各ゾーンでの適正な値を経験的に求めることが出来
る。これは、実際に炉の運転を通して炉出口温度や発生
蒸気量の推移、炉内の観察などから得られるものであ
る。したがって、このごみ層厚指標を所望の目標値とな
るように制御することにより、燃焼制御が可能となる。
方法では、ごみ層厚指標の目標値をどのようにして設定
するかということまでは考慮していない。また、ゾーン
毎のごみ層形状の制御においては、ストーカの温度をも
考慮する必要がある。これは、ストーカの温度は、35
0℃以下に維持される必要があるからである。
み層形状を制御する場合において、各ゾーンのごみ層厚
さ指標の目標値を、各ストーカ温度、現在の各ごみ層厚
さ指標や炉内画像を画像処理して得られる燃え切り点位
置のような情報に基づいてあらかじめ作成された知識ベ
ースから求めることで、ストーカの温度を望ましい範囲
内に制御することのできるストーカ温度制御装置を提供
しようとするものである。
制御装置を備えたごみ焼却炉の燃焼制御装置を提供する
ことにある。
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
らなるストーカを備えたごみ焼却炉において、前記複数
のゾーン毎に前記ストーカの温度を測定する温度測定手
段と、炉内を撮像する撮像手段と、該撮像手段により得
られた炉内画像から画像処理によって炉内の燃え切り点
位置を算出する画像処理手段と、前記複数のゾーン毎の
ごみ層厚を検出する手段と、炉内の燃焼状況を示す指標
として、少なくとも前記算出された燃え切り点位置と、
前記検出されたごみ層厚とを用い、ゾーン毎のストーカ
温度目標値と前記温度測定手段により測定されたゾーン
毎のストーカ温度との差に応じて、あらかじめ作成され
ている知識ベースに基づいてごみ層厚指標目標値を算出
する手段と、前記算出されたごみ層厚指標目標値と前記
検出されたごみ層厚とから前記ストーカの各ゾーンのご
み層厚を制御してストーカ温度の制御を行うごみ層厚制
御手段とを備えたことを特徴とするストーカ温度制御装
置が提供される。
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たごみ焼却炉
において、前記複数のゾーン毎にその下側の圧力と前記
炉内の圧力との差圧を測定する差圧測定手段と、前記複
数のゾーン毎に前記ストーカの温度を測定する温度測定
手段と、炉内を撮像する撮像手段と、該撮像手段により
得られた炉内画像から画像処理によって炉内の燃え切り
点位置を算出する画像処理手段と、あらかじめごみの無
い状態にて測定された前記複数のゾーンの下側の圧力と
前記炉内の圧力との差圧に基づいて算出された前記複数
のゾーン毎の圧損係数を用いて、燃焼状態にある時の前
記複数のゾーンの下側の圧力と前記炉内の圧力との差圧
と前記燃焼空気の量とから前記複数のゾーン毎のごみ層
厚指標を算出する手段と、炉内の燃焼状況を示す指標と
して、少なくとも前記算出された燃え切り点位置と、前
記算出されたごみ層厚指標とを用い、ゾーン毎のストー
カ温度目標値と前記温度測定手段により測定されたゾー
ン毎のストーカ温度との差に応じて、あらかじめ作成さ
れている知識ベースに基づいてごみ層厚指標目標値を算
出する手段と、前記算出されたごみ層厚指標目標値と前
記算出されたごみ層厚指標とから前記ストーカの各ゾー
ンのごみ層厚を制御してストーカ温度の制御を行うごみ
層厚制御手段とを備えたことを特徴とするストーカ温度
制御装置が提供される。
されたごみ層厚指標目標値と前記算出されたごみ層厚指
標とから、ごみ供給用のフィーダのオン/オフ周期、前
記ストーカの速度を制御して前記複数のゾーン毎のごみ
層厚を目標値になるように制御する。
はファジー推論を用いることが好ましい。
ては更に、炉内温度、前記画像処理手段により算出され
る燃焼位置、前記炉内の排ガスの出口側に設けられるボ
イラの発生蒸気量の少なくとも1つを用いても良い。
制御装置を備えたごみ焼却炉の燃焼制御装置が提供され
る。
れるごみ焼却炉は、図5で説明したごみ焼却炉に更に、
温度測定装置が設けられている。すなわち、ストーカ1
6には各ゾーン毎にそれぞれ、ストーカの温度を測定す
るための温度測定装置31−1〜31−4が設けられて
いる。ここでは、各ゾーンを代表する位置のストーカに
直接熱電対が埋め込まれて温度測定が行われる。その他
の構成については、図5と同じなので同一番号を付して
説明は省略する。
は、以下のような観点に基づいている。ストーカ16に
おける各ゾーン16−1〜16−4は、そこに堆積して
いるごみの燃焼による輻射や接触により加熱され、燃焼
していないごみの接触や燃焼空気により冷却される。ま
た、燃焼の結果として生じる焼却灰は、断熱材として燃
焼火炎の輻射が直接ストーカ16を加熱することを防
ぐ。ストーカ16の温度はこれら加熱・冷却の結果とし
て上下するので、ごみ質の変動による燃焼状態の変化に
よって大きく影響を受ける。
めには、燃焼を抑制しつつごみの移送速度を大きくし、
燃焼位置を移動させ燃焼していないごみで冷却するとい
う第1の方法と、ごみの移送速度を小さくし、燃えてい
るごみを灰にして燃焼空気で冷却する第2の方法とが考
えられる。これらはそれぞれ、ごみ層を厚くする、薄く
することに対応する。
比較して、ごみ層形状制御の応答は十分速いので、ごみ
層厚指標の目標値を設定することでストーカ温度制御が
実現できる。
てごみ層厚指標の目標値を設定するためには、そのゾー
ンでの選択が次のゾーンのごみ層や発生蒸気量などに影
響することから、各ゾーンのストーカ温度、現在のごみ
層形状、燃え切り点位置、燃焼位置などの複数の計測値
を考慮する必要がある。
御装置は、図1に示すように、ストーカ温度制御部1を
備えており、特にストーカ温度制御部1内に、上記の考
慮すべき点をすべてEXPERTのような知識推論やフ
ァジー推論などを用いて知識ベースとしてあらかじめ作
成しておく。
置を実現するために必要な構成について説明する。各ゾ
ーン16−1〜16−4毎のストーカ温度を測定するた
めに温度測定装置31−1〜31−4が用いられる。複
数のゾーン16−1〜16−4毎にその下側の圧力と炉
内14の圧力との差圧を測定するために、圧力計20−
1〜20−4と圧力計22とが用いられる。複数のゾー
ン16−1〜16−4毎の一次燃焼空気量を測定するた
めに流量計21−1〜21−4が用いられる。炉内カメ
ラ25は、炉内画像を得るために用いられる。画像処理
装置2は、炉内カメラ25により得られた炉内画像から
画像処理によって炉内の燃え切り点位置あるいは燃焼位
置を算出するために用いられる。なお、燃え切り点位
置、燃焼位置の算出方法については、例えば特開平7−
55125公報等に開示されているので、ここでは詳し
い説明は省略する。
の無い状態にて測定された複数のゾーン16−1〜16
−4の下側の圧力と炉内14の圧力との差圧に基づいて
算出された複数のゾーン毎の圧損係数を用いて、燃焼状
態にある時の複数のゾーン16−1〜16−4の下側の
圧力と炉内14の圧力との差圧と燃焼空気量とから複数
のゾーン16−1〜16−4毎のごみ層厚指標を算出す
る。ごみの無い状態にて算出された圧損係数は、圧損係
数保持部4に保持されている。ごみ層厚指標計算部3に
おける計算方法も、上記公報に詳しく開示されているの
で、説明は省略する。
を示す指標として、少なくとも上記の燃え切り点位置
と、上記のごみ層厚指標とを用い、ゾーン毎に与えられ
るストーカ温度目標値と温度測定装置31−1〜31−
4により測定されたゾーン毎のストーカ温度との差に応
じて、あらかじめ作成されている知識ベースに基づいて
ごみ層厚指標目標値を算出する。
1から与えられるごみ層厚指標目標値とごみ層厚指標計
算部3から与えられるごみ層厚指標とからストーカ16
の各ゾーン16−1〜16−4のごみ層厚を制御してス
トーカ温度の制御を行う。
として、知識推論を利用してストーカ温度を一定の範囲
に制御する例を以下に説明する。図3においては、ゾー
ン16−1の温度が適温、ゾーン16−2の温度がやや
高温、ゾーン16−3の温度がやや低温、ゾーン16−
4の温度が適温、各ゾーンのごみ層厚指標がすべて標
準、燃え切り点位置が炉入口側の場合を想定する。
え易く、標準のごみ層形状ではゾーン16−2に燃焼が
偏ってしまった結果と推論される。この場合は、ゾーン
16−2のごみ層厚指標目標値を厚目に設定すること
で、そこでの燃焼プロセスの進行を遅くし、未燃焼のご
みでゾーン16−2の温度を適温に戻すことを試みる。
新しく送られてくるごみが現状のごみ質またはそれを下
回れば、ゾーン16−2の温度は低下して適温となり、
ゾーン16−2で燃え切れないごみがゾーン16−3に
移動してくるのでゾーン16−3の温度も適温になる。
この場合は炉内ごみ量が増える方向なので、発生蒸気
量、公害等への影響も小さい。
ン16−2において燃焼が抑制し切れず、さらに温度が
高くなる可能性がある。この場合は、図4に示されるよ
うに、前に述べた状態から、ゾーン16−2がごみ層や
や厚目で高温、ゾーン16−3がやや高温という状態に
変化することになる。この場合は、高質ごみが継続して
いると推論され、さらにごみ層を厚くする余裕が無いの
で、ゾーン16−2のごみ層を薄く設定し直し、ストー
カ温度を下げる。
置を一般の自動燃焼制御装置に組み込むことで、発生蒸
気量などの操業目標を安定して達成し、異常高温による
機器へのダメージを最小限にとどめ、さらに緊急避難的
な燃焼制御による公害の発生を無くすことが可能とな
る。
み焼却炉に関して説明したが、他の形状のストーカ式ご
み焼却炉にも適用することができる。また、ゾーンの数
は4つに制限されないことは言うまでもない。
部3において、あらかじめごみの無い状態にて測定され
た複数のゾーンの下側の圧力と炉内の圧力との差圧に基
づいて算出された複数のゾーン毎の圧損係数を用いて、
燃焼状態にある時の複数のゾーンの下側の圧力と炉内の
圧力との差圧と燃焼空気の量とから複数のゾーン毎のを
ごみ層厚指標を算出するようにしているが、これは、複
数のゾーン毎のごみ層厚を実際に計測するセンサで代用
することもできる。この場合、差圧を計測する手段や、
図1における圧損係数保持部4は不要である。
に対してもストーカの温度を常に一定範囲内に抑えなが
ら、全体のごみ層の変動も一定の範囲内の変動に抑える
ことが可能となる。また、知識ベースを実操業データに
あわせて更新することで、操業目標や公害への悪影響を
最小にするストーカ温度制御が実現できる。
適正に保つことにより、ストーカ上を移動するごみ層を
適正に形成することができ、これによってごみの燃焼を
炉内全体に亘って安定に維持することができる。したが
って、ストーカ温度制御装置を、一般の自動燃焼制御装
置に組み込むことにより、COやNOxなどの公害物質
の発生の抑制、安定した自動運転の継続、及び発生蒸気
量の制御等の操業目標を従来以上に確実に達成すること
ができる。
すブロック図である。
とその計装系の構成を示す概略断面図である。
して知識推論を用いる場合の動作例を説明するための図
である。
して知識推論を用いる場合の動作例を説明するための図
である。
の構成を示す概略断面図である。
Claims (7)
- 【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を備えたごみ焼却
炉において、 前記複数のゾーン毎に前記ストーカの温度を測定する温
度測定手段と、 炉内を撮像する撮像手段と、 該撮像手段により得られた炉内画像から画像処理によっ
て炉内の燃え切り点位置を算出する画像処理手段と、 前記複数のゾーン毎のごみ層厚を検出する手段と、 炉内の燃焼状況を示す指標として、少なくとも前記算出
された燃え切り点位置と、前記検出されたごみ層厚とを
用い、ゾーン毎のストーカ温度目標値と前記温度測定手
段により測定されたゾーン毎のストーカ温度との差に応
じて、あらかじめ作成されている知識ベースに基づいて
ごみ層厚指標目標値を算出する手段と、 前記算出されたごみ層厚指標目標値と前記検出されたご
み層厚とから前記ストーカの各ゾーンのごみ層厚を制御
してストーカ温度の制御を行うごみ層厚制御手段とを備
えたことを特徴とするストーカ温度制御装置。 - 【請求項2】 請求項1記載のストーカ温度制御装置を
備えたことを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御装置。 - 【請求項3】 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たごみ焼却炉において、 前記複数のゾーン毎にその下側の圧力と前記炉内の圧力
との差圧を測定する差圧測定手段と、 前記複数のゾーン毎に前記ストーカの温度を測定する温
度測定手段と、 炉内を撮像する撮像手段と、 該撮像手段により得られた炉内画像から画像処理によっ
て炉内の燃え切り点位置を算出する画像処理手段と、 あらかじめごみの無い状態にて測定された前記複数のゾ
ーンの下側の圧力と前記炉内の圧力との差圧に基づいて
算出された前記複数のゾーン毎の圧損係数を用いて、燃
焼状態にある時の前記複数のゾーンの下側の圧力と前記
炉内の圧力との差圧と前記燃焼空気の量とから前記複数
のゾーン毎のごみ層厚指標を算出する手段と、 炉内の燃焼状況を示す指標として、少なくとも前記算出
された燃え切り点位置と、前記算出されたごみ層厚指標
とを用い、ゾーン毎のストーカ温度目標値と前記温度測
定手段により測定されたゾーン毎のストーカ温度との差
に応じて、あらかじめ作成されている知識ベースに基づ
いてごみ層厚指標目標値を算出する手段と、 前記算出されたごみ層厚指標目標値と前記算出されたご
み層厚指標とから前記ストーカの各ゾーンのごみ層厚を
制御してストーカ温度の制御を行うごみ層厚制御手段と
を備えたことを特徴とするストーカ温度制御装置。 - 【請求項4】 請求項3記載のストーカ温度制御装置に
おいて、前記ごみ層厚制御手段は、前記算出されたごみ
層厚指標目標値と前記算出されたごみ層厚指標とから、
ごみ供給用のフィーダのオン/オフ周期、前記ストーカ
の速度を制御して前記複数のゾーン毎のごみ層厚を目標
値になるように制御することを特徴とするストーカ温度
制御装置。 - 【請求項5】 請求項4記載のストーカ温度制御装置に
おいて、前記知識ベースとして、知識推論あるいはファ
ジー推論を用いることを特徴とするストーカ温度制御装
置。 - 【請求項6】 請求項5記載のストーカ温度制御装置に
おいて、前記炉内の燃焼状況を示す指標として更に、炉
内温度、前記画像処理手段により算出される燃焼位置、
前記炉内の排ガスの出口側に設けられるボイラの発生蒸
気量の少なくとも1つを用いることを特徴とするストー
カ温度制御装置。 - 【請求項7】 請求項3記載のストーカ温度制御装置を
備えたことを特徴とするごみ焼却炉の燃焼制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06510198A JP3763963B2 (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | ごみ焼却炉におけるストーカ温度制御装置及びこれを備えたごみ焼却炉の燃焼制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06510198A JP3763963B2 (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | ごみ焼却炉におけるストーカ温度制御装置及びこれを備えたごみ焼却炉の燃焼制御装置 |
Publications (2)
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