JPS61143618A - 燃え切りレベル検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ごみ焼却炉などにおける央部と天部の境界、
すなわち燃え切りレベルの検出方法に関するものである
。

背景技術 本発明に関連するごみ焼却炉では、次のようにごみが焼
却される。−″み投入口から投入されたごみは、燃焼室
内の火格子上に導かれ、まずその下方から供給される熱
風によって乾燥され、燃焼室内を移動しつつ燃焼せしめ
られて、灰となる。

このようなごみ焼却処理では、ごみに含まれる物質やご
みの状態によって燃焼状態がたえす変化するので、ごみ
を完全燃焼するために、その燃焼を制御する必要がある
。そのためごみ焼却炉の燃焼室が、ごみの移動する上流
側から乾燥域、燃焼域、後燃焼域というように幾つかの
領域に分けられ、その各領域に供給される空気の量や温
度を調整して、燃焼制御が行なわれる。その燃焼制御を
行なうためのごみ焼却炉の燃焼状態の把握は、従来では
、炉内の直接目視またはテレビカメラで炉内を撮像して
得られる画像を目視して行なっていた。しかしこのよう
な先行技術では、焼却炉の燃焼状態を客観的に把握する
ことが困難であり、近年では、テレビカメラで炉内を撮
像して得られる画像情報に基づいて、燃焼制御が行なわ
れている。

発明が解決しようとする問題点 上述したような画像情報に基づく燃焼制御では、燃焼室
における被焼却物の央部と天部の境界、いわゆる燃え切
りレベルの検出が極めて重要となる。

この燃え切りレベルの検出は、テレビカメラから得られ
る画像情報で、焼却炉内の燃焼状態を輝度に対応した信
号に変換し、この信号を水平走査線毎に積分したものを
平均輝度とし、その平均輝度を燃焼室の位置に対応して
一両面分の輝度分布を求め、前記各位置の輝度値を基準
値と比較して行なわれている。このような従来の燃え切
９レベルの検出方法においては、前記基準値は定数とす
るか、輝度分布の最大値に定数に０を乗じて求めたり、
また輝度分布の最大最小輝度差に一定の分配比に、を乗
じて求めたりしでいる。

ところで、ごみは、その組成により焼却の強さすなわち
燃焼時の温度を示す火炎輝度が大きく変わる。その輝度
分布は、炎の分布だけではなく、炎の輝度にも依存して
変化する。したがって輝度分布によって燃え切りレベル
の基準値を設定する場合、基準値を塩焼の強さに応じて
修正しないと、燃え切りレベルの精度の良い検出ができ
ないことがある。

＄９図は、画像表示画面上の水平走査線番号で示すごみ
の移動方向の燃焼室内の位置と、その位置に対する平均
輝度との関係である輝度分布を示すグラフである。たと
えば、焼却炉の燃焼制御を考慮して低温燃焼に対応する
前記分配比に、に基づいて基準値ＫＭが、第９図（１）
に示されるように設定されると、第９図（２）で示され
る高温燃焼の状態では、評価の１つとなっている実炉で
の目視による燃え切りレベルＬ（以後実際の燃え切りレ
ベルと称す）より上流側の乾燥域方向に燃え切りレベル
ＬＩを検出してしまい、検出誤差Ｅ＋を生じる。第９１
！Ｉ（２）の基準値ＫＭ、を使用した燃焼制御では、未
燃ごみの排出が発生するなどの問題が生じる。また逆に
第９図（３）に示されるように高温燃焼に対応する分配
比に１に基づいて基準値ＫＭを設定すると、第９図（４
）に示されるように低温燃焼の状態では基準値ＫＭ、が
小さくなりすぎるため、炉内の燃焼としては無視すべき
局所的な小さな燃焼をも検知し、燃え切りレベルＬ２が
検出され、検出誤差Ｅ、が生じる。あるいは、第９図（
５）に示されるように基準値ＫＭとして定数に０を用い
た場合には、第９図（６）に示されるようにカメラレン
ズの汚れ、撮像管の劣化などにより輝度分布が実際の分
布とずれると柊、そのつと基準値ＫＭ、を最適に調整し
なおす必要があろという欠点を有している。

本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、焼却炉内
の燃え切りレベルを容易に、しかも確実にイ出する方法
を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明は、焼却炉内における被焼却物の移動方向に対し
て画面の走査線が垂直となるように設置したカラーテレ
ビカメラで炉内の燃焼部を撮像し、前記カラーテレビカ
メラから得られたカラー画像信号に含まれる赤色成分の
信号を赤色の強さに対応した多値化信号に変換し、これ
を水平走査線毎に積算し、この積算値を基準値と比較し
て燃え切りレベルを検出することを特徴とする燃え切り
レベル検出方法である。

作　　用 本発明に従えば、カラーテレビカメラによって炉内の燃
焼部を撮像し、そのカラー画像情報から赤色成分の情報
を分離し、この赤色成分の情報を用いて焼却炉の燃え切
りレベルを検出するので、燃え切りレベルの検出を確実
にしかも容易に行なうことができる。

実施例 第１図は、本発明に関連して実施されるごみ焼却炉Ｓの
系統図である。ごみ焼却炉Ｓに設けられているごみ投入
口１より投入されたごみ２は、自由に下降し、燃焼室人
口３を経て燃焼室４内に入る。乾燥段火格子５上に移動
したごみ２は、乾燥段火格子５の下方から供給される熱
風によって乾燥され、燃焼上段火格子６およびその下流
側に位置する燃焼下段火格子７においてＷ＆焼せしめら
れる。燃焼下段火格子７において燃え残ったごみ２は、
さらに後燃焼段火格子８で燃焼されて残灰９として定期
的に灰送り手段１０に落とされる。燃焼によって発生し
た高温〃スは、ボイラＢＬによって熱交換された後、外
部に排出される。ボイラＢＬからの蒸気は、管路ＰＬを
経てタービンなどに供給される。管路ＰＬに介在される
検出器ＤＴは、前記蒸気の流量を検出するために設けら
れている。

焼却炉Ｓの炉壁に設けられた窓１４に臨んで、カラー工
業用テレビカメラ１５が燃焼室４内を撮像するように設
置されている。テレビカメラ１５は、燃焼上段火格子６
と、燃焼下段火格子７との境界部１１付近に光学中心軸
１２を持ち、燃焼室４内の火炎１３の全体を撮像する１
本発明は、カメラ１５によって燃焼室４内を撮像し、そ
のカラー画像信号Ｓ１を画像信号処理装置１６によって
処理し、ごみ焼却炉Ｓ内の燃え切りレベルを検出するも
のである６表示処理装置Ｍおよびモニタテレビ１７は、
燃焼室４内の燃焼状態を画像表示するために設けられて
いる１表示処理装置Ｍは、テレビカメラ１５からの信号
Ｓ１と、画像信号処理装置１６から得られゐ信号Ｓ４と
を合わせてモニタテレビ１７に再生する機能を持つ、Ｗ
像信号処！！Ｉ装置１６から出力される信号Ｓ８は、焼
却炉の燃焼制御機構に与えられる。

まず本発明によるごみ焼却炉Ｓ内の燃え切りレベルの検
出原理について説明する。一般に物体は、７００℃以上
の温度になると発光し始め、火炎の色と温度との間には
第１表に示す関係が成立することが知られている。

（以下余白） 第１表 即ち、温度が高くなるにつれ火炎の色が赤色から赤黄色
さらに青みを帯びたまぶしい白色になることが知られて
いる。これは温度が高くなるに従って、光の中に含まれ
るｉｔ氏である青色波長の成分が相対的に多くなるため
である。

ごみ焼却炉において、ごみが燃焼している状態では、高
温燃焼の状態から低温燃焼の状態に至るまで炉内の炎に
含まれる赤色成分の強さには大きな変化はない、それに
対して、緑色あるいは青色成分の強さは、低温燃焼の場
合に比べ、高温燃焼の場合に非常に強くなる。赤色、緑
色および青色成分の強さの成分の和である輝度を用いて
炎の分布を求めると、単に炎の分布だけではな（、燃焼
温度を示す炎の強さをも加味した分布を求める事になる
。そこで、本発明によれば、炎と灰の境界である燃え切
りレベルを検出するために焼却炉内の炎の分布を求める
ときに、炎の赤色成分の強さだけを用いて炎の分布を求
めると、高温燃焼の状態から低温燃焼の状１ｍまで炎の
分布が精度よく求まる。

上述のことを踏まえ、本発明を実施すると次のようにな
る。ごみ焼却炉をカラーテレビカメラで撮像し、カラー
画像信号を赤色、緑色、青色の３原色の信号に分離し、
それらの信号をそれぞれの強さに対応した多値化信号に
変換し、各多値化信号を１水平走査線毎に積算し、この
積算値を基準値と比較して、燃え切りレベルを検出する
。

第２図は、第１図に示されでいるような構成を有するご
み焼却炉を用いた本発明者の実験によつて得られた前記
多値化信号の積算値の分布を示すグラフである。この実
験では、家庭から出される通常ごみの焼却を行い、その
燃焼条件を変えて、ボイラで蒸気を発生し、その蒸気流
量の検出を行なった。第２図（１）はごみ発熱量が約１
０００ｋｃａｌ／ｋｇ″Ｃ蒸気流量がｌｅｔ／Ｈの低温
燃焼を示し、第２図（２）はごみ発熱量が約１５００ｋ
ｃａｌ／ｋｇで蒸気流量が１９ｔ／Ｈの通常燃焼を示し
、第２図（３）はごみ発熱量が約２２００ｋｃａｌ／ｋ
ｇで蒸気流量が２４ｔ／Ｈの高温燃焼を示す。

ごみ焼却炉において、ごみは、燃焼室の乾燥段火格子か
ら後燃焼段火格子へ移動する。そのごみの移動方向に対
して、画像表示画面の水平走査の方向が垂直になるよう
に、燃焼室内が撮像された。

したがって、画像表示画面の走査線番号が、ごみの移動
方向の燃焼室内の位置を示す、また各色成分の強さを１
６階調とし、１水平走査線に含まれる画素数を１２８と
して、上述したような多値化信号の積算値が求められた
。第２図の縦軸である積算値は、１水平走査線毎に赤色
成分レベルＷＲ。

緑色成分レベルＷＧおよび青色成分レベルＷＢを積算し
た値である。第２図の横軸は、ごみの移動方向の燃焼室
内の位置に対応する走査線番号を示す、ラインＪ！１は
赤色成分を示し、ライン１２は赤色成分と緑色成分との
和の分布を示し、フィン！３は赤色成分と緑色成分と青
色成分との和である輝度の分布を示す、また参照符りは
基準値ＫＭに対する実際の燃え切りレベルおよび本発明
に従って検出された燃え切りレベルを示し、参照符Ｌａ
−Ｌｃは第９図を参照して述べた従来技術における基準
値ＫＭａ−ＫＭｅに対する検出燃え切りレベルを示し、
参照符Ｅａ＝Ｅ’ｃはその検出誤差を示す。

実際の燃え切りレベルＬがほぼ同じ場合であっても、前
記積算値の分布は、低温燃焼時には第２図（１）に示さ
れるようになり、通常燃焼時には第２図（２）に示され
るようになり、高温燃焼時には第２図（３）に示される
ようになる。

すなわち力２−画像信号の中で赤色の成分の分布は、燃
焼状態に依存せずほぼ同一となる。これに対して緑およ
び青色成分の分布は、赤色成分、緑色成分および青色成
分の和すなわち！！！１度である積算成分に占める割合
が、低温塩焼から高温燃焼になるに従って大きくなるの
で、燃焼状態によって変化する。したがって、特開昭５
９−１０７１１２に示される従来技術のように、輝度の
分布に基づいて輝度の積算値と基準値を比較して燻え切
りレベルＬａ”Ｌｃを検出する方法では、第２図（１）
〜第２図（３）に示されるように、各燃焼状態において
実際の燃え切りレベルＬに対する検出誤差Ｅａ−Ｅｃが
生じる。この検出誤差Ｅａ−Ｅｃを小さくするためには
、基準値ＫＭａ−ＫＭｃｔ７：＊焼の強さに応じて修正
するなどの必要がある。一方、本発オに従って、ライン
１１で示される赤色成分の分布に基づいて赤色成分レベ
ルＷＲと基準値ＫＭとを比較して燃え切９し°ベルＬの
検出を行う方法では、第２図（１）〜第２図（３）に示
すように赤色成分の分布の変動が緑色成分や青色成分の
分布に比べて極めで小さい、したがって低温燃焼から高
温燃焼の広範囲にわたって精度の良い央部と天部の境界
である燃え切りレベルＬの検出を行なうことができる。

本発明者の実験によれば、さらに第３図に示されるよう
に燃焼室４で局所的な高温燃焼部Ｈが生じることもある
。この場合もライン１１で示される赤色成分の分布は、
高温燃焼部Ｈでも他の部分でも大差は存在しないので、
本発明に従って赤色成分の分布に基づいて燃え切りレベ
ルＬを検出すると、局所的な高温燃焼部Ｈの有無にかか
わらず精度よくその検出を行なうことができる。従来の
輝度の分布を用いて燃え切りレベルＬｄを検出する方法
では、緑色成分あるいは青色成分が局所的な高温燃焼部
Ｈで大きく増加するので、実際の燃え切りレベルＬに対
して検出誤差Ｅｄが生シル。

したがって従来の輝度の分布を用いた燃え切りレベルＬ
ｄの検出においでは、基準値ＫＭｄを局所的な燃焼の強
さに応じて修正するなどの必要がある。

本発明は、上述のようにこの問題を解決する。

第４図は、ごみ焼却炉Ｓ内の燃え切りレベルを検出する
ために必要とされる画像信号処理装ｒ！Ｌ１６の一実施
例の構成を示すブロック図である。第４図に示された画
像信号処理装置１１６の構成を示すブロック図を参照し
て、上述の処理動作を具体的に説明する。テレビカメラ
１５からの画像信号Ｓ１は赤、緑、青の３原色の信号を
分離する色分離回路およびクロック同期信号発生回路９
６に入力される０画像信号Ｓ１に基づいてクロック同期
信号発生回路９６はカラー画像信号Ｓ１をサンプリング
するためのクロック信号ＣＯ１垂直同期信号Ｃ１お上り
水平同期信号Ｃ２を発生する０色分離回路９５によって
分離された赤色波長成分の信号Ｓ９は、多値化回路９７
に入力される。多値化回路９７はクロック信号ＣＯに同
期して、赤色波長成分の信号Ｓ９をアナログ／デジタル
変換し、多値化された赤色波長成分の信号５１２を画像
メモリ回路９８に出力する。

第５図には、画像処理装置１６に関連した信号波形が示
されている。第５図（１）は、カラー画像信号Ｓ１の信
号波形である。多値化回路９７は前記信号Ｓ１２を出力
すると同時に１５図（２）示されているようなアナログ
／デジタル（Ａ／Ｄ）出力タイミング信号Ｓ１０を出力
する。Ａ／Ｄ出力タイミング信号Ｓ１０は、画像メモリ
制御回路９９に入力される。演算処理回路１００によっ
て第５図（３）に示されているような画像メモリ書き込
み要求信号Ｓ１３がセットされているとき、画像メモリ
制御回路９９は、第５図（４）に示されているような画
像メモリ書き込みクロック信号Ｓｌｌを出力する。一方
画像メモリ回路９８に入力された信号Ｓ１２は、画像メ
モリ書き込みクロック信号Ｓｌｌに同期して画像メモリ
回路９８内の画像メモリに書き込まれる。一画面分の画
像が画像メモリに書き込まれると画像メモリ回路９８は
、第５図（５）に示されているような画像入力終了信号
Ｓ１４を画像メモリ制御回路９９に出力する。入力され
た前記信号８．１４に同期して画像メモリ制御回路９９
は、第５図（６）に示されているような画像メモリセッ
ト信号Ｓ１５を演算処理回路１００に出力する。前記信
号Ｓ１５に同期して演算処理回路１００は画像メモリ書
き込み要求信号Ｓ１３をリセットした後、画像メモリ回
路９８からの多値化された赤色波長成分の画像データＳ
１６を呼び込む。

第６図はモニタカラーテレビにおける走査状態を示す図
であり、ｔｊｉ７図は画像メモリにおいてデータがスト
アされる状態を示す図である。第６図に示すようにモニ
タテレビの１走査線におけるサンプル数がｎのとき、走
査ＭＬの鍮香目のサンプル点は第７図に示されでいる画
像メモリのＪｉ’ｎ十一番目に書き込まれている。この
ようにして画像メモリに書き込まれた前記画像データＳ
１６は、演算処理回路１００によって順次呼１込まれ演
算処理が行われる。このとき、演算処理回路１００は画
像データＳ１６を第６図に示されているモニタテレビの
画面に対応させ、第８図に示されているように多値化さ
れた赤色成分画像データを配置し、多値化された赤色波
長成分のデノタル画像として処理を行う。

演算処理回路１００では＠８図のように配置された赤色
成分の画像データを横方向に積算し、１水平走査線毎の
赤色成分の積算値を求める。次に１画面における各水平
走査線毎の赤色成分の積算値ＬＬから最大の積算値Ｌ　
ｗａｘを求める。この最大値り噛ａｘに対し一定比率α
を乗じた基準値ＬＴを次の第１式のように求める。

ＬＴ＝　　α　φ　Ｌ　ｗａｘ　　　　　　　　　−（
１）各走査線毎に積算値ＬＬと基準値Ｌ　Ｔを比較して
、ＬＬ≧ＬＴならば燃焼部（炎ｉ）、ＬＬ＜ＬＴならば
天部なる判別を行う０次に画面上方から、すなわち走査
線番号の小さい順に各走査線の特徴を調べ、央部の相当
する走査線が連続してＮ１回以上存在した後、天部に相
当する走査線が連続してＮ２回以上生じた場合、その境
界点の走査線番号Ｌｉ　を燃え切りレベルに対応させる
。なお、１画面において、複数の燃え切りレベルＬｉ＋
ｙＬ！ｚｔ・・・、Ｌｉｎが検出された場合、その中で
走査線番号が最も大きいものを最終的な燃え切りレベル
とする。ふたたび第４図を参照して、上述したような位
置検出が行われた後、演算処理回路１００は燃え切りレ
ベル情報信号Ｓ１７および燃え切りレベル情報信号出力
タイミング信号８１８をラッチ回路１０１にそれぞれ出
力する。また演算処理回路１００は、新たな多値化され
た赤色波長成分の信号−８１２を画像メモリ回路９８に
呼び込むために第５図（１）に示されているような垂直
同期信号に同期して、画像メモリ書き込み要求信号８１
３をセットする。画像メモリ制御回路９９は第６図（３
）および第６図（６）に示されるように、画像メモリ書
き込み要求信号３１３がセットされると同時に画像メモ
リセット信号Ｓ１５をリセットする。

一方、前記燃え切りレベルをも示す信号Ｓ１７および燃
え切りレベル信号出力タイミング信号８１８が入力され
たラッチ回路１０１は前記信号８１８に同期して燃え切
りレベル上方信号Ｓ１７を保持し、次に信号８１８が入
力されるまで燃え切りレベルを示すレベル信号Ｓ４およ
びＳ８としで出゛　　力する。以上のようにしてごみ焼
却炉１における燃え切りレベル信号Ｓ４およびＳ８が画
像処理装置１６から出力され、それぞれ表示処理装ｊ１
Ｍおよび焼却炉の燃焼制御機構へ入力される。

上述の実施例における基準値は、適宜変更することがで
きる。

上述の実施例では、本発明がごみ焼却炉に実施される場
合について述べたが、本発明はストーカ式石炭燃焼炉な
どにおける最終燃え切りレベルの検出にも実施されるこ
とができる。

また上述の実施例では、多値化信号を１水平走査線毎に
積算したが、本発明の他の実施例として多値化信号を複
数の走査線毎に積算しでもよい。

発明の効果 以上のように本発明によれば、燃焼状態が絶えず変化し
ても、正確に焼却炉の燃え切りレベルを検出することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関連して実施されるごみ焼却炉Ｓの構
成を示すの系統図、第２図は本発明者の実験による赤色
成分、緑色成分および青色成分の積算値の分布状態を示
すグラフ、第３図は局所的な高温燃焼部Ｈが生じる場合
の赤色成分、緑色成分および青色成分の積算値の分布状
態を示すグラフ、第４図は本発明に関連して実施される
画像信号処理装置１６の構成を示すブロック図、第５図
は画像処理装置１６に関連しで出力される信号波形を示
す図、ｌ’＄６図は撮像された画像の走査を説明するた
めの図、ＭＳ７図は画像メモリ回路９８に含まれる画像
メモリにおけるデータを説明するための図、第８図は画
像メモリ回路９８に含まれる画像メモリとモニタテレビ
１７の画面との対応を説明するための図、第９図は輝度
の積算値の分布状態を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 焼却炉内における被焼却物の移動方向に対して画面の走
   査線が垂直となるように設置したカラーテレビカメラで
   炉内の燃焼部を撮像し、前記カラーテレビカメラから得
   られたカラー画像信号に含まれる赤色成分の信号を赤色
   の強さに対応した多値化信号に変換し、これを水平走査
   線毎に積算し、この積算値を基準値と比較して燃え切り
   レベルを検出することを特徴とする燃え切りレベル検出
   方法。