JPS628683B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、焼却炉の燃焼ストーカ上でのごみ
の燃焼勾配を測定し、適正な燃焼勾配との差を減
少する方向へ、燃焼ストーカ速度を自動的に増減
するようにしたごみ焼却炉のストーカ速度の自動
制御方法に係る。

ごみ焼却炉は、従来より、手動操作による運転
がなされてきた。

しかし、最近では、省力化の必要性から、焼却
炉を自動運転する方法が研究され、諸々発表され
ている。

焼却炉の燃焼自動制御を行う上に於て、最も重
要なのは、燃焼ストーカ、乾燥ストーカ、後燃焼
ストーカの速度を適当に保つことである。ストー
カ速度が適切でないと、乾燥が十分でなく燃え難
いとか、燃焼しきらないで排出されるとか、燃焼
ストーカの一部分で燃え切るとか、さまざまの不
都合がある。

しかし、ごみ焼却炉の運転を自動化するには、
いろいろ困難な点がある。

炉内に送込まれるごみは、組成、性状が一定で
なく、刻々変動する。

このため、ストーカ上の乾燥、燃焼状態も刻々
変動し、ストーカ速度、空気送入量の適正値が変
わつてくる。このように連続して変動する要因を
内包するごみの燃焼を自動運転することは甚だむ
ずかしい。

現在行われているのは、炉内の燃焼状態を覗き
窓から目視するか、或は工業用テレビによつて観
察し、さらに炉内に配置した温度検出器によつて
炉内ガス温度を計測し、燃焼状態、温度に基いて
効率良く燃焼するようストーカ速度、空気送入量
を手動で制御する方法である。

燃却炉を自動運転するには、炉内のなんらかの
物理量を観測しなければならない。ストーカ上の
燃焼状態を判断する為の観測対象は諸々考えられ
る。

例えば、燃焼物に占める炎の量、炎の色、炎の
長さ、炎の中心の位置、燃焼物体の赤熱度等を観
測することができるであろう。

しかし、これらの物理量は、燃焼状態の一部分
を表現するのみで、包括的な情報ではない。さら
にまた、これらの量は、空気量、ごみ厚、ごみ発
熱量、ごみの性状によつて適正値そのものが変動
する。従つて、観測量を絶対値の大小によつて扱
う事は不適当である。

例えば、特公昭54―7386「ごみ焼却炉の制御方
法」は焼却炉の各ストーカ上の燃焼の強度を知る
ため赤外線を観測し、赤外線の分布を求めて、燃
焼の中心位置を計算する事としたものである。

これは、黒体輻射のエネルギーが温度の４乗に
比例する、というSeefan―Boltzmannの法則を利
用し、赤外線強度と温度とを１対１に対応させて
いるのである。

そして、ストーカ上を掃引する検出器で、全領
域の赤外線強度を知り、分布を求めて等高線表示
し、その中心位置を決定する。

中心位置を計算するには、赤外線強度にｘ，ｙ
座標を夫々掛けてｘ，ｙ軸にそつて二重積分し、
この値を赤外線強度のｘ，ｙ軸にそう二重積分で
除して求める。

この方法は、分母にも分子にも赤外線強度が入
つてくるので、正規化され、絶対値が捨象され
る、という長所がある。

しかし、中心位置と燃焼の最も旺盛な位置とは
異なる。縦に長い炎燃焼状態と、横に長い炎燃焼
状態とを、これでは区別できない。

しかしながら、前記方法の最大の難点は赤外線
を検出する、という所にある。

赤外線は、燃焼炎からのみならず、オキから
も、高温の炉壁からも大量に放射されている。可
視光とはこの点で大いに異なる。また赤外線は反
射や散乱が多く、ノイズが多い。炉の全域から赤
外線が放射されるが、これは炉内のさまざまな場
所で反射或は吸収され、散乱する。これらはノイ
ズとなつて信号を混乱させる。燃焼に基く赤外線
だけを分離して検出できない。

さらに赤外線は波長が長いので回折し易く、直
進性に欠ける。また波長の長い赤外線に対して、
一般に誘電率が高いから、反射率も大きく、炉内
のくり返し反射によつて容易に減衰しない。

このように、赤外線を検出するものではノイズ
が大きくなり、燃焼状態を正確に知るには、スト
ーカ上の全領域にわたつて赤外線強度を検出し、
積分操作によつてノイズをカツトする必要があ
る。要するに、必要な情報量が多すぎるのであ
る。

特公昭52―26067号「ごみ焼却炉におけるスト
ーカ速度自動制御法」は、燃焼ストーカの終端付
近側壁２個の受光素子を設け、燃焼ストーカ上の
「もえ切れ点」を観測するものである。

これは明確に「もえ切れ点」に着目した点で優
れている。情報量はたつた２つしか必要としな
い。甚だ簡単である。

しかしながら、受光素子は光量の絶対値を観測
し、ある値より上であるか、下であるかで、「も
え切れ点」を決定する判断の基礎とする。したが
つて、全体的に旺盛な燃焼状態の時は、燃焼の水
準が高いので、「もえ切れ点」は燃焼ストーカの
後端側へ片寄り、貧弱な燃焼状態では「もえ切れ
点」がストーカの前方へ片寄る傾向もある。

したがつて、より改良するとすればむしろ、相
対的な物理量を取扱う方が良い。

本発明者は、観測量に含まれるノイズをカツト
し、しかも絶対値ではなく燃焼水準の変動をあま
りうけない観測量が何であるのかを検討した。

それが「燃焼勾配」であることを本発明者は見
出した。すなわち、燃焼ストーカ上の燃焼エネル
ギーは長手方向に沿つて山を描くが、頂上をすぎ
てストーカ終端に至るまでの燃焼エネルギーの勾
配が、燃焼状態を忠実に表現する物理量である事
に気付いた。そこで、「燃焼勾配」によつて燃焼
状態を知り、燃焼ストーカ速度を制御する事がで
きる。

より詳しく説明する。

焼却炉に於て、所定の焼却量の確保、燃焼灰の
仕上り、炉内温度、排ガスボイラ蒸発量の最適状
態を作り出すには、燃焼ストーカ速度即ちごみの
燃焼ストーカ上の送り速度を操作する事が多い。

つまり、燃焼ストーカ上のごみの厚さ、燃焼の
度合をストーカ速度を変える事により適正な値へ
近づける。そして、燃焼ストーカ先端（終端）か
ら奥へ（乾燥ストーカへ近付く方向）行くに従つ
て、燃焼炎が均一に勢いよく立ち上つている事が
望ましい。

理想的な燃焼状態では、燃焼のエネルギーはな
だらかな山をなして燃焼ストーカ上に拡り、始端
と終端とになめらかに連続する。

しかし、理想的な燃焼状態は、ごみ質の差によ
つて燃焼時間が異なるので、バランスが崩れ易
い。投入されたごみの質は、常に一定ではなく、
刻々変動するから、以前のごみに対して最良であ
つたストーカ速度は、新しい異なるごみに対して
は必ずしも適合しないことが多い。

例えば、ごみの燃焼速度に比べごみ送り速度が
速い場合、燃焼によるごみ体積の減少よりも、新
しいごみの送り量が大となるから、燃焼ごみの厚
さが増加する。この結果、燃焼の終端位置が延
び、未燃物を残す結果となる。

逆に、ごみ送り速度が燃焼速度に比して遅い場
合、燃焼によつてごみ体積が速やかに減少するの
に、ごみの補給が追いつかず、燃焼ごみ層が薄く
なる。ために、もえ切れ点が奥へ引込まれ、燃焼
の度合も少なく、規定の焼却量を消化できなくな
る。炉内温度も漸減に向い、ボイラ蒸発量も減少
する。

それでは燃焼速度を知るには、どうすれば良い
のか？これが問題である。

燃焼ストーカ上の燃焼状態を観察すると、燃え
切れ点で、炎は殆ど消え、奥の方へ遡るに従つ
て、徐々に火炎の強度が増大してゆく。炎の赤熱
度も奥の方へゆくに従つて増加し、ある位置でピ
ークに達する。

そしてさらに前方では、生ごみの乾燥着火点が
存在する。燃焼エネルギーは、乾燥着火点と燃え
切れ点とを「すそ」とした山状の分布をとる。

しかし、炉壁の１箇所から、エネルギー分布を
観測する時、乾燥着火点からピークに至る立ち上
りの部分は見えない。燃焼エネルギーは火炎の高
さにほぼ比例し、ピーク点に於ける火炎は最も高
いので、それよりもさらに奥の部分は窺い知る事
ができない。

であるから、燃焼ストーカの終端の方向の炉壁
から燃焼エネルギーを観測すると、これは奥方へ
向つて増大するエネルギー勾配を形成する筈であ
る。これを本発明者は「燃焼勾配」と名付けた。

同一の焼却炉に於ても燃焼勾配は時々刻々変動
する。ごみ厚、ごみ送り速度、ごみカロリー（発
熱量）によつて燃焼速度が異なるからである。

第１図に示すように、ごみ厚及びごみ送り速度
を同一としても、ごみカロリー（Hu）の高いご
みは、Huの低いごみに比して燃焼速度が速い。
速くもえ切つてしまうので、Huの高いごみは燃
焼ストーカ上で急激にごみ厚が減少する。

ごみカロリー（Hu）の高いごみは、速くもえ
切り、しかも総発熱量が大きいから、燃焼エネル
ギーのピークも高い。

ここでＬは燃焼ストーカの終端から乾燥ストー
カ（上流）の方向へ遡る距離である。以下、Ｌの
定義は共通である。

第２図には、Huの大の時、小の時の、燃焼エ
ネルギー分布を例示する。

ごみカロリー（Hu）の小の時のエネルギーの
ピークをW₁、Huの大の時のエネルギーのピーク
をW₂とすると当然、 W₁＜W₂ である。

ここで、L₀はHuの大きい場合の燃焼エネルギ
ー最大点（ピーク）の座標、L₂はその場合の燃
え切れ点、L₁はHuの小さい場合の燃え切れ点で
ある。さきほどのべたように L₁＜L₂ である。Huの小さい場合の方がもえ切れ点が延
びる。

燃焼勾配αは α＝ｄＷ／ｄＬ で定義する。平均燃焼勾配αについていえば、 α_２＞α_１ である。つまり、ごみカロリー（Hu）の高いご
みに於ける燃焼勾配α_２は、ごみカロリー
（Hu）の低いごみの燃焼勾配α_１より大きい。

逆に、現象論的に言えば、燃焼勾配αが大きい
という事は、ごみカロリー（Hu）が高いという
事である。

さらに、先程のごみ厚、ごみ送り速度が一定で
あるという拘束条件を外して、より一般的に言う
と、燃焼勾配αが大きいというのは、ごみカロリ
ー（Hu）が高いか、ごみ厚が過大であるか、或
はごみ送り速度が遅すぎるか、という事を意味す
る。

従つて、この場合、燃焼ストーカ駆動速度を増
加させれば良い。そうすれば燃焼勾配αは減少に
向う筈である。

燃焼勾配αが小さい場合は、ごみカロリー
（Hu）が低いか、ごみ層が薄いか、送り速度が速
すぎるか、を意味する。この場合、燃焼ストーカ
速度を減少するよう制御すればよいわけである。

多様な燃焼状態を目視観察し、その時の燃焼勾
配αを測定すると、理想的な燃焼状態に対応し
て、一定の燃焼勾配α_０が決定される。これが理
想的な燃焼勾配である。

第３図に示すように、燃焼勾配の設定値α_０
と、実際の燃焼勾配αとの差に比例して、ストー
カ速度Ｖを増減（ΔＶ）するようにしてもよい。

この場合、ストーカ速度Ｖの変更（増・減）は
一定時間毎に行い、 ΔＶ＝ｋ（α_０−α） という簡単な一次式制御とすることができる。こ
こでｋは定数である。

一次式制御では変動が激しすぎるという場合が
ある。この場合α_０−α〓０附近に一定幅δの不
感帯をもうけて、 ｜α_０−α｜＜δ のとき、ストーカ速度の増減ΔＶを０とする。す
なわち としてもよい（第４図）。

しかしストーカ速度が離散的（discrete）な値
しか取れない事があり、実際には一次式制御がで
きない場合がある。

この場合、一定サンプリング時間ΔＴごとに燃
焼勾配αを測定し、ストーカ速度Ｖを変更設定す
る点は同様であるが、ストーカ速度の変化分ΔＶ
が離散的になり、たとえば、 とする事ができる。

上の例では、全て理想的な燃焼勾配α_０が既知
数でなければならなかつた。

しかし、理想燃焼勾配α_０が求まらない場合も
ある。この場合、上述の制御は不可能である。そ
こで燃焼勾配の時間微分として勾配変化率βを考
える。すなわち、 β＝ｄα／ｄｔ＝Δα／ΔＴ βが一定値η以内なら、ストーカ速度は不変と
し、βがη以上２η以下なら、燃焼勾配を減ずる
ようストーカ速度を増加させる。つまり のような制御をする（第５図）。

第６図に示すように燃焼勾配が最初、減少して
ゆく場合、サンプリング時に、−ｖの減速信号が
でる（第７図）。この為ストーカ速度Ｖは−ｖだ
け減少する（第８図）。

次のサンプリング時にも減速信号が発せられ、
ストーカ速度はさらに−ｖだけ減ずる。

ストーカ速度が減少するので、燃焼勾配は上昇
に転ずる。この上昇があまりに急であれば、＋2v
の増速信号がでて、ストーカ速度は一挙に2vだ
け増大する。

このようにして、理想的な設定値α_０が分らな
くても燃焼勾配を適正値に保つ方向に、ストーカ
速度を制御する事ができる。

この他、いくつかの燃焼勾配とストーカ速度と
の関係式を立てる事ができるが、ストーカ速度を
いかに変更しても、燃焼勾配が望ましい方向へ変
化しない場合がありうる。ごみカロリー（Hu）
があまりに高すぎたり、あまりに低すぎたりする
場合である。ストーカ速度は自由に変更できると
いつても、自ずから、可変領域が限られているか
らである。

ところが、以上の説明のごみカロリー（Hu）
とは、ごみの低位発熱量そのものではない。見か
けの発熱量であつて、燃焼ストーカへ送給される
空気量により、同じごみでも幾分変動する。

つまり同一のごみ質であつても、空気量が少な
かつたり、空気温度が低かつたりすると、あたか
もごみカロリー（Hu）が減退したのと同じ結果
となる。

そこでHuが低すぎる場合、ストーカ速度を減
少する事の他、送給空気量を増加し或は空気温度
を上昇させるような制御をしなければならない。

逆に、ごみカロリーHuが高すぎる場合、スト
ーカ速度を増加する他に、送給空気量を減じ、或
は空気温度を低下させるのが有効である。

このように、燃焼勾配αの理想値からの偏奇が
大きい時、ストーカ速度の増減の他、空気量・空
気温度を増減する事によつて、より完壁な制御が
可能となる。

燃焼エネルギーの勾配を知るには、ストーカの
進行方向に向つて前方の炉壁に２基の燃焼エネル
ギー検出装置を設け、２基の検出装置の出力の差
を、検出装置が注視している２点間の距離で除算
すればよい。

第９図に示すように、炉壁のＡ点、Ｂ点に検出
器Da，Dbが設置され、俯角をそれぞれθａ，θ
ｂとして燃焼ストーカ上を観測している。

第９図は燃焼ストーカ上の燃焼エネルギーを図
示するが、検出器はそれぞれ、延長線上のLa，
Lb点の燃焼エネルギーを観測するのではない。
火炎のエネルギーを検出するからである。火炎は
ストーカ面より上方にあるので、２つの検出器は
常に同じ地点の燃焼エネルギーを観測するという
訳にはゆかない。

検出器が、斜め前方から燃焼ストーカを観測す
る限り、このような不都合を避ける事ができな
い。

炉壁の天井近くから、垂直下方の燃焼エネルギ
ーを観測するようにすれば、常に同一地点の燃焼
エネルギーを知る事ができる。

しかし、炉壁の天井は、高所でありすぎ、しか
も高温で、もともと覗き窓がないので、このよう
な検出器を設置する事が難しい。

実際、燃焼エネルギーと火炎の高さは正の相関
を有している。粗い近似でいえば、正比例すると
いつてよい。

第９図では、ごみカロリー（Hu）の高いもの
Hu₂と、低いものHu₁の燃焼エネルギー勾配を示
すが、火炎の高さと燃焼エネルギーが略比例する
ので、２つの検出器の観測するエネルギー差は、
夫々ΔW₁，ΔW₂で示す事ができる。

これに対応する、観測点の長手方向距離はΔ
L₁，ΔL₂である。燃焼勾配はそれぞれ α_１＝ΔＷ_１／ΔＬ_１ α_２＝ΔＷ_２／ΔＬ_２ で求める事ができる。しかしΔL₁，ΔL₂は予め
決定できないし、αによつて異なる。定まつてい
るのは、観測線の俯角θａ，θｂだけである。

しかし、αが増大すると、ΔＬが減ずる方向に
あるから、αはエネルギー差ΔＷの１乗以上に正
比例するといえる。そこで α∝ΔＷ と考える事にする。

つまり、２つの検出器の出力差が燃焼勾配αを
表わすと考える。そうすれば先述したαとα_０と
のずれを補償する自動制御方法は、ΔＷとΔW₀
のずれを補償する自動制御方法と合致する。ここ
でΔW₀は理想的な燃焼エネルギー出力差であ
る。第１０図は第３図に対応する制御函数図であ
る。単にαをΔＷで置きかえたものにすぎない。

次に燃焼エネルギー検出装置について述べる。

燃焼物体の燃焼エネルギーは、燃焼物体から放
出される放射エネルギーがその大部分を占める。
勿論、伝導、対流による熱の拡散もあるが、伝導
は焼却炉の場合僅かである。対流は伝導より重要
な役割を果すが、対流によるエネルギーの散迭
は、ほぼ放射に比例する。そこで、燃焼エネルギ
ーを知るには放射エネルギーを観測すれば良いこ
とになる。本発明は、放射エネルギーを光電素子
により電気信号に変換する光強度検出装置を用い
る事にした。

この場合、光電素子の感度特性が重要な因子に
なる。

燃焼物体の放射エネルギーの大部分は赤外領域
にある。可視領域、紫外領域の光量は少い。

光電変換素子は、おのおの異なる分光感度特性
を持つており、全波長領域に関し、同一の重みで
エネルギーを検出する事は難しい。サーモパイ
ル、カロリーメーター等は比較的均一にエネルギ
ーを検出できるが、赤外領域にやや感度のピーク
が片寄つている。

しかし、実際、全波長領域のエネルギーを同一
の重みで検出するのは望ましい事ではない。

既に述べたように、赤外線は比較的温度の低い
発熱体からも放射されるから、炉壁のレンガ等か
らも多量に放射される。またオキ燃焼状態の部分
からも赤外線は生ずる。

赤外線は、波長が長いので回折しやすいし、ま
た吸収が少いので多重反射される。

つまり赤外線は燃焼によるもの以外に、回折
光、反射光、散乱光として含まれ、ノイズとして
作用するのである。

本発明の目的は燃焼ストーカ上の燃焼勾配を知
る事であるから、ことさら激しく燃焼している場
合のみに発生する可視光、紫外光領域に注目した
方が良い。勿論、赤外光領域を検出しても良い。

プランクの輻射の法則から、黒体輻射に於て、
最大分布を持つ波長λｍは温度Ｔと反比例関係に
ある。

すなわち、 λmT＝一定 であるから、絶対温度Ｔの特に高い燃焼ストーカ
上を観測するにはλｍの短い光線束に着目すべき
である。

たとえば、ひとつの実施例では、感度特性が
400〜650nmのフオトダイオードを選ぶ。これは
可視光（青〜桃）領域にピークを持ち紫外にも若
干の感度を有する。しかし、赤外光に対して殆ん
ど感じない。

フオトダイオード以外にも、フオトセル、フオ
トダイオード、光電管、光電子増倍管等の光学的
検出装置を使う事ができる。いずれも、赤外光に
対しては感度が零近くになるように、検出装置自
身の分光感度特性を選んだり、或は検出装置の前
段に赤外線を遮断するフイルターを入れたりする
必要がある。赤外光を検出する場合は事情が逆に
なる。

光強度検出装置の構造を第１１図によつて例示
する。

筒状の収納ケース５３の中に、光電素子５２
（フオトダイオード、フオトセル、……）レンズ
５１、検出視野調節筒５４等が収納されている。
外部からの光線束は、レンズ５１を通つて集光さ
れ、光電素子５２の上に像を結ぶ。

検出視野調節筒５４は進退自在で、視野の広さ
を適当に変えることができる。筒先端をレンズの
中心から見込む立体角Ωが視野の広さを与える。

検出視野調節筒をレンズの前方に設ける替わり
に、レンズの後方に絞りを設けて視野を調節して
も差支えない。

勿論、レンズと光電素子との間隔は、標準的な
位置にある火炎が光電素子上に結像するよう設定
するだけでよい。前或いは後の位置の火炎は光電
素子上に像を結ばないが、光量は変わらないか
ら、光電変換能にリニアリテイがあれば、光量に
比例した起電力を生ずる。

本発明はこのような光強度検出装置を２基、ス
トーカ進行方向の炉壁に設け、火炎エネルギーの
光強度を測定し、エネルギーの差をとつて燃焼勾
配とする。

従つて、光強度検出装置の２つの出力を差動増
幅してその差をとればよい。しかし、燃焼状態は
短い時間で激しく揺動するから、一定時間間隔で
時間平均をとらなければならない。

第１２図は２つの光強度検出装置の出力を時間
平均、差動増幅する回路を例示する。

２つの光電素子５２，５２の光電流は増幅器５
５，５５によつて電流増幅される。コンデンサ５
６，５６があるので、時間平均される。差動増幅
器５７は、両出力l₁，l₂の差を増幅し、さらにバ
ツフアアンプ５８で電力増幅する。

２つの光電素子の光電変換能や、増幅器５５，
５５にバラツキのあるのは避け難い。そこで、最
初、同一位置へ光強度検出装置を向けて、検出視
野調節筒５４を出入し、或は増幅器５５，５５の
増幅率を変える等して、バツフアアンプ５８の出
力がθになるよう較正しておく。

例えば、光電素子の電流信号を０〜400μＡ程
度とし、増幅器５５，５５及び差動増幅器５７、
バツフアアンプ５８で４〜20mA程度の工業計器
ベースの信号として取り出すようにする。

また、コンデンサと増幅器との組合わせになる
一次遅れ変換器の伝達式は Ｔ／１＋ＴＳ であるが、時定数Ｔは、コンデンサ又は抵抗の選
択によつて30秒、100秒、200秒、400秒の４段階
に切換可能とする。

時定数Ｔは火炎の揺動周期よりもずつと長いの
で、これらの揺動信号を平均化する事ができる。

第１３図によつて、本発明方法の作用を説明す
る。

この焼却炉は、投入ホツパ１、塵芥フイーダ
２、乾燥ストーカ３、燃焼ストーカ４、後燃焼ス
トーカ５等よりなる。

投入ホツパ１より投入されたごみは、塵芥フイ
ーダ２によつてストーカ内へ順次送られ、乾燥ス
トーカ３上で乾燥する。ついで、燃焼ストーカ４
に送りこまれ、着火して燃焼する。燃焼に必要な
空気は燃焼ストーカ４の底部より燃焼空気ダクト
６を経て送給される。他のストーカ底部にも、乾
燥・燃焼用の空気が送り込まれている（図示せ
ず）。

また、各ストーカを駆動する駆動装置も夫々設
けられているが、ここでは燃焼ストーカ駆動装置
１２のみを図示した。

Da，Dbは、ストーカの進行方向前方の炉壁の
覗き窓に取りつけられた光強度検出装置である。
前述のように、２基の光強度検出装置は、上下に
ある角度をもたせて、燃焼ストーカ４の異なる２
点（手前と奥）を狙つて取りつけなければならな
い。

光強度検出装置Da，Dbは、燃焼ストーカ４上
の異なる２点の燃焼状態に応じた出力信号を生じ
る。

燃焼勾配検出装置９は、光強度検出装置Da，
Dbの２つの信号を比較し、燃焼（エネルギー）
勾配を計算する。前記第１２図の回路はその一例
である。

燃焼ストーカ速度演算装置１０は、燃焼勾配検
出装置９の燃焼勾配信号αから、燃焼ストーカ上
のごみを均一に安定して燃焼させるための燃焼ス
トーカ速度を演算する。

燃焼ストーカ速度制御装置１１は、燃焼ストー
カ速度演算装置１０の速度演算信号に基づき、燃
焼ストーカの運動の往復時間を決定する。

燃焼ストーカ駆動装置１２は燃焼ストーカ速度
制御装置１１によつて制御されて燃焼ストーカ上
のごみを前進移送させる。

空気量演算装置１３は燃焼ストーカへ送給する
空気量を決定する。他の因子を含めて手動操作す
る場合が多いが、前述したように、燃焼勾配検出
装置９の燃焼勾配信号もその判断の因子に追加す
る。

ダンパ駆動装置１４は、空気量演算装置１３か
らの信号によつて、燃焼ストーカ底部に連通する
空気ダクト６のダンパを開度調節し、送入空気量
を増減する。

以上の説明では、別個のものとして説明した
が、燃焼勾配検出装置９の一部、燃焼ストーカ速
度演算装置１０、燃焼ストーカ速度制御装置１１
の一部、空気量演算装置１３等はミニコンピユー
タ、マイクロコンピユータを使う事によつて一括
して構成できる。

光強度検出装置Da，Dbが燃焼ストーカ上のど
の地点へ向けて据えられるべきかについては若干
の制限がある。第１４図は、燃焼ストーカの拡大
縦断面図で、検出装置Da，Dbが、ストーカ終端
よりLa，Lbの地点を観察している図を示す。

ごみには層の厚さがあり、また火炎もごみ表面
から舞い上るので、斜前方から検出装置がストー
カ表面を観察しても、常に同一地点の燃焼エネル
ギーを見ているわけではない。

しかしながら、下方を狙う検出器は、最大燃焼
勾配時の燃え切れ点Lnより奥を窺い、上方を狙
う検出器は、最小燃焼勾配時の燃焼エネルギーの
ピーク点Lpより前方を窺うようにしなければな
らない。

すなわち、Lnは燃え切れ点の最大値、Lpはピ
ーク点の最小値であり、観察点La，Lbはごみ
厚、火炎によつて変動するが常に Ln＜Lb＜La＜Lp の不等式が成立するよう検出装置Da，Dbの方向
を決める。

次に、ストーカ上の検出面積Sa，Sbを第１５
図により説明する。

ここで、検出面積というのは、検出器の視野に
入るストーカ表面の面積のことである。

ごみ燃焼の放射エネルギーは、火炎による放射
エネルギーと、オキ燃焼（赤燃部分）の放射エネ
ルギーとより構成される。燃焼ストーカ上で、オ
キ燃焼部分はほぼ一様に拡つている。

火炎はストーカ上に点在している。

オキ燃焼部分は時間的変動の少ない安定な放射
を続ける。火炎部分は旺盛な燃焼状態を示すか
ら、時間変動が著しい。

検出面積Sa，Sbを広くすると、オキ燃焼に対
する火炎部分の放射エネルギーの占める割合が小
さくなる。光強度信号の時間的変動は少いが、
刻々変化する燃焼状態の変化を的確に把む事がで
きない。

反対に、検出面積Sa，Sbを狭くすると、燃焼
状態の変化がそのまま出力に現われるから、時間
的変化率が大きい。３点間の放射エネルギーの差
は必ずしも燃焼勾配を反映しなくなる。

そこで、検出面積は狭くして、演算増幅回路で
時間平均をとる事によつて時間的変動（揺動）を
除く事にした。

こうすれば、周期の高い揺動信号は除去できる
し、また燃焼状態変化を比較的忠実に把握でき
る。

先述のように、コンデンサー抵抗よりなる一次
遅れ変換器を入れて出力信号を平均化するわけで
ある。

一次遅れ変換器の時定数は実験の結果100秒程
度が最適のようである。前記したように時定数を
100秒を含む４段階に切り換えうる事とした。ご
みカロリー（Hu）の高いものは時定数が短くな
るし、ごみカロリーの低いものは時定数を長くし
た方が良いからである。

また検出面積の最適値は約１m²であつた。

さて、２つの光強度検出装置の光軸とごみ層と
の交角は、Da，Dbに於て異なる。第１４図から
Sa＞Sbである。しかし、こはDaの光軸とごみ層
との交角が狭い事に起因し、Saからの光がDaに
届く確率は、Sbの光がDbに届く確率より小さい
から正確にキヤンセルされる。

光軸に沿う視野の立体角Ωａ，Ωｂが等しけれ
ば、実質的に同一の検出面積を観察することにな
る。

また、光強度検出装置Da，Dbの信号から、燃
焼エネルギー勾配αを計算した時、これを適正値
α_０へ近づけるためにとられる方法はいくつもあ
つて、既に説明したように (1) ストーカ速度を少しずつ連続的に増加・減少
ΔＶし、これは ΔＶ＝ｋ（α_０−α） という式による方法。

(2) ｜α_０−α｜が一定値δより小さいときは不
感帯とし、δを越えるときに、これを打消す方
向へストーカ速度を増減する方法。

(3) 上記(1)，(2)を一定サンプリング時間ごとに離
散的に行う制御方法。

(4) 適正値α_０の設定を排除し、微分 β＝ｄα／ｄｔ が一定値±ηをこえるときに修正信号を出し、
ストーカ速度（ΔＶ）を増減する方法 等がある。

本発明によれば、燃焼ストーカ上の燃焼エネル
ギーの勾配を測定し、これによつて燃焼ストーカ
速度を制御する事としたので、焼却炉を自動運転
する上で至極く便利である。

燃焼エネルギー勾配を観測するから、観測に必
要な量は少なくてすむ。ストーカ上のあらゆる点
ではなく、たつた２点のエネルギーのみを測定す
ればよい。

また、２つの観測量の差をとるから、両者へ共
通に含まれる雑音（ノイズ）をカツトできる。ゆ
えに信頼性が高い。

さらに、光強度検出装置で、可視光又は紫外光
のみを観察することとすれば、ノイズの源となる
赤外線の影響を除くことができ、適確な燃焼エネ
ルギー勾配の情報を求めることができる。

このように優れて有用な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図はストーカ上のごみ層厚分布例図。第２
図は燃焼ストーカ上の燃焼エネルギー分布例図。
第３図は燃焼勾配と燃焼ストーカ速度との制御関
係例を示すグラフで、正比例連続制御の場合に対
応する。第４図は同じ制御関係例を示すグラフで
あるが、燃焼勾配の基準値の両側に不感帯を設け
た場合に対応する。第５図は燃焼勾配の微分とス
トーカ速度の増減を対応させる制御関係例図。第
６図は第５図の制御に於ける燃焼勾配の時間変化
を示すグラフ。第７図はサンプリング時間ごとに
発せられる燃焼ストーカの増減信号パルス図。第
８図は第７図のパルス信号によつて変動する燃焼
ストーカ速度図。第９図は燃焼ストーカ上の燃焼
勾配と２つの検出器の配置を示す略図。第１０図
は２点間のエネルギー差ΔＷの値と燃焼ストーカ
速度Ｖの制御関係例を示すグラフで、正比例連続
制御の場合に対応する。第１１図は光強度検出装
置の内部構造を例示する断面図。第１２図は２基
の光強度検出装置の電流出力を時間平均、差演
算、増幅する回路例図。第１３図は本発明の制御
方法の全体を例示する焼却炉の系統断面図。第１
４図は燃焼ストーカと２基の光強度検出装置の位
置関係を示す縦断面図。第１５図は第１４図の平
面図。 １……ごみ投入ホツパ、２……塵芥フイーダ、
３……乾燥ストーカ、４……燃焼ストーカ、５…
…後燃焼ストーカ、６……燃焼空気ダクト、９…
…燃焼勾配検出装置、１０……燃焼ストーカ速度
演算装置、１１……燃焼ストーカ速度制御装置、
１２……燃焼ストーカ駆動装置、１３……空気量
演算装置、１４……ダンパ駆動装置、５１……レ
ンズ、５１……光電素子、５３……収納ケース、
５４……検出視野調整筒、５５……増幅器、５６
……コンデンサ、５７……差動増幅器、５８……
バツフアアンプ、Da，Db……光強度検出装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 投入ホツパーと、塵芥フイーダーと、乾燥ス
   トーカと、燃焼ストーカと、後燃焼ストーカと、
   各ストーカの駆動機構と、各ストーカの底部へ空
   気を送給する空気送入装置とよりなるごみ焼却炉
   において、焼却炉の前方の炉壁に２基設けた光強
   度検出装置によつて燃焼ストーカ上の２点の光強
   度を測定し、両光強度の差から燃焼ストーカ上の
   ２点間の燃焼勾配を求め、前記２点間の光強度の
   差から求めた燃焼勾配が、適正な値に近づく方向
   へ燃焼ストーカ駆動速度を制御するようにした事
   を特徴とするごみ焼却炉におけるストーカ速度の
   自動制御方法。 ２ 投入ホツパーと、塵芥フイーダーと、乾燥ス
   トーカと、燃焼ストーカと、後燃焼ストーカと、
   各ストーカの駆動機構と、各ストーカの底部へ空
   気を送給する空気送入装置とよりなるごみ焼却炉
   において、焼却炉の前方の炉壁に２基設けた光強
   度検出装置によつて燃焼ストーカ上の２点の光強
   度を測定し、両光強度の差から燃焼ストーカ上の
   ２点間の燃焼勾配を求め、前記２点間の光強度の
   差から求めた燃焼勾配が、適正な値に近づく方向
   へ燃焼ストーカ駆動速度と燃焼ストーカへの空気
   供給量とを制御するようにしたことを特徴とする
   ごみ焼却炉におけるストーカ速度の自動制御方
   法。