KR100338544B1

KR100338544B1 - 산업폐기물소각로의급진량제어방법및그장치

Info

Publication number: KR100338544B1
Application number: KR1019980710119A
Authority: KR
Inventors: 미노루 다나베; 하지메 아키야마; 마사노부 기무라
Original assignee: 닛폰 고칸 가부시키가이샤
Priority date: 1997-05-12
Filing date: 1998-05-11
Publication date: 2002-08-22
Also published as: EP0919770A1; KR20000016531A; EP0919770A4; WO1998051968A1

Abstract

복수의 폐기물 투입경로를 갖는 산업폐기물 소각로의 급진량 제어방법 및 그 장치에 있어서, 소각로 본체(1)에 설치된 투입구(2∼5)로부터 각종 폐기물이 투입되어 소각되고, 순환모래(8)와 소각재가 반송되어 순환하는 과정에서 소각재가 배출되고, 폐열보일러(6)로부터의 증기발생량을 계측하여, 급진량 제어장치(7)에 입력하고, 소각로의 제어대상인 증기발생량의 목표치와 그 관측치와의 편차량을 구하여, 증기발생량 편차로부터 편차속도와 편차가속도를 산출하고, 상기 편차량, 편차속도, 편차가속도에 의거하여, 발열량이 다른 각 폐기물의 급진량을 비선형제어에 의해 조작하여, 상기 제어대상을 목표치로 설정하는 산업폐기물 소각로의 급진량 제어방법이고, 연소상태의 급격한 변동을 일으키지 않고, 노내부온도 혹은 증기발생량을 안정화할 수가 있다.

Description

산업폐기물 소각로의 급진량 제어방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING REFUSE FEEDING QUANTITY OF INDUSTRIAL WASTE INCINERATOR}

일반적으로 산업폐기물 소각로에서는 도시쓰레기 소각로 등의 폐기물 소각로와는 달리, 고형 폐기물 외에 진창상태의 폐기물이나, 폐유, 폐액, 폐수 등 액상의 폐기물을 처리하는 일이 많다. 통상, 이들 폐기물은 미리 개별로 설정한 처리량에 따라 각각의 투입경로로부터 소각로내에 투입되어 소각된다. 이와 같은 산업폐기물 소각로에서는, 자동연소제어에 의한 노내부온도의 안정화와 산업폐기물 소각로에 병설되어 있는 폐열보일러의 증기량의 안정화가 도모되도록, 각 폐기물의 처리량을 증감하여 목표치를 유지하도록 제어된다.

종래예로서, 예를 들면 일본 특개평 제6-300238호 공보에는 수도오니(汚泥) 소각로에 있어서의 오니만으로 자기연소를 유지하는 혼합오니 연소로가 개시되어 있다. 도 7을 참조하여, 종래의 혼합오니 연소로에 대하여 설명한다. 도 7은 유동식의 혼합오니 소각로(25)이고, 탈수케이크와 탈수케이크를 건조시킨 건조케이크를 혼합하여 소각로내에 투입된다. 소정의 함수율을 가진 탈수케이크는 정량피더(feeder)(21)의 스크루컨베이어(F1)로부터 컨베이어(C1, C2, C6)를 경유하여 투입호퍼(24)에 투입된다. 탈수케이크의 일부는 스크루컨베이어(F2)로부터 컨베이어(C3)를 경유하여 건조기(22)에 투입되어 건조케이크가 된다. 건조케이크는 컨베이어(C4)를 경유하여 건조케이크 호퍼(23)에 투입되어 스크루컨베이어(F3)로부터 소정량의 건조케이크가 컨베이어(C5, C6)를 경유하여 투입호퍼(24)에 공급된다. 투입호퍼(24)에 공급된 혼합케이크는 스크루컨베이어(F4)로부터 오니소각로(25)내로 공급된다. 각 케이크의 공급량은 중량센서(S1∼S3)로 계측되고, 그 계측치는 중량조절기(W1∼W3)에 입력된다. 중량조절기(W1∼W3)로부터의 조작신호에 의거하여 제어장치(P1∼P4)에 의해 전동기(M1∼M4)가 구동하여, 탈수 및 건조케이크의 소각량이 제어된다.

소각량 설정부(26)에서는 단위시간당의 소각량(u)이 설정되고, 오니배분연산부(27)에서는 오니 및 건조케이크의 비율연산출력(x2, x3)이 설정되어 있다. 중량조절기(W1∼W3)에서는 연산기(31∼33)의 출력에 의하여 각각 제어된다. 연산기(32, 33)는 보정량 연산부(28)로부터의 보상량(c2, c3)에 의거하여 비율연산출력(x2, x3)이 조정되어 건조케이크와 탈수케이크의 초기혼합비가 설정된다. 이 초기혼합비는 유동상(流動床)식 오니소각로(25)에 설치된 온도센서(S5)에 의하여 연소로내의 온도(T)가 검출되어 조정된다. 연소로 내부의 온도(T)는 보정량 연산부(28)에 입력되어, 온도(T)에 의거하여 건조케이크의 보정량(α1 또는 α2)이 구해진다. 그리고, 보정량(α1 및 α2)에 의한 레지스터값(C2, C3)이 연산부(29,30)에서 설정되고, 목표치(y1∼y3)가 설정되어 있다. 이와 같은 수순으로, 탈수케이크와 건조케이크의 혼합비가 설정되고, 유동식 오니소각로(25) 내부의 온도가 일정하게 되도록 조작된다.

본 발명은 산업폐기물 소각로의 급진량(給塵量) 제어방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히 폐열보일러가 부설되고, 복수의 폐기물 투입경로를 갖는 산업폐기물 소각로의 폐기물 급진량 제어방법 및 그 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 관한 산업폐기물 소각로의 급진량 제어장치의 일실시형태를 도시하는 도면,

도 2는 증기발생량이 목표치로부터 강하한 경우의 편차, 편차속도, 편차가속도와 급진량을 도시하는 도면,

도 3은 증기발생량이 목표치로부터 상승한 경우의 편차, 편차속도, 편차가속도와 급진량을 도시하는 도면,

도 4(a)∼도 4(c)는 멤버십 함수를 도시하는 도면,

도 5(a)∼도 5(c)는 멤버십 함수를 도시하는 도면,

도 6은 본 발명에 관한 산업폐기물 소각로의 급진량 제어장치의 다른 실시형태를 도시하는 도면,

도 7은 종래의 산업폐기물 소각로의 급진량 제어장치의 일예를 도시하는 도면.

(발명이 해결하려고 하는 과제)

종래의 산업폐기물 소각로는 노내부온도의 안정화, 혹은 폐열보일러의 증기량 안정화를 도모하기 위하여, 각각의 폐기물의 공급량을 적절하게 제어할 필요가 있다. 산업폐기물 소각로에서는 고형의 폐기물에 비하여, 폐유와 같은 높은 발열량의 폐기물이나, 폐액, 폐수와 같이 낮은 발열량의 액상 폐기물을 소각하는 경우가 많고, 노내부온도나 증기발생량에 미치는 영향이 크다. 또, 산업폐기물에 차지하는 높은 발열량의 폐기물의 비율이 많은 경우는, 일반적으로 고형 폐기물, 진창 상태의 폐기물에 비하여 급진량 제어에 대한 노내부온도나 증기량의 응답이 빠른 특징을 갖고 있고, 노내부온도나 증기량 안정화가 곤란하다.

특히, 연소속도가 빠른 유동상식 소각로에서는, 노내부온도의 안정화, 폐열보일러의 증기량 안정화를 도모하는데 폐유 등의 액상 폐기물을 소각하는 것은 즉응성의 점에서 효과적인 반면, 급격한 연소상태의 변동을 일으키기 쉬운 문제가 있다. 이와 같은 액상 폐기물의 공급에 의하여 노내부온도가 급격히 상승하는 경우, 노내부온도를 급속히 저하시키는데는 주수(注水) 제어장치를 충실시킬 필요가 있다. 그러나, 주수제어장치를 작동시켜 온도의 상승을 억제하는 것은 연소효율에는 바람직한 것은 아니다.

또, 도 7에 도시한 유동상식 소각로의 하수도 오니소각로에서는 소각량(u)이 설정되고, 노내부온도(T)에 따라서 건조기(2)에 탈수케이크를 공급하는 공급량(y2)과, 투입호퍼(24)에 건조케이크를 공급하는 공급량(y3)이 설정되어, 투입호퍼(24)에 수분을 함유하는 탈수케이크의 공급량(y1)이 설정되어 있다. 이와 같이 탈수케이크와 건조케이크의 공급비율이 노내부온도에 의하여 피드백 제어된다. 그러나, 이 연소제어는 발열량이 다른 2종의 연소대상물의 공급비율을 제어하는 것이고, 다수의 연소대상물을 제어하는 연소제어방법에는 적합하지 않다. 따라서 발열량이 다른 다수의 연소대상물이 존재하는 경우는, 이 오니소각로와 같은 연소제어에서는 노내부온도의 즉응성이 있는 제어는 곤란하고, 노내부온도가 크게 흔들릴 염려가 있다.

본 발명은 상술의 과제를 감안하여 이루어진 것이고, 각종 폐기물의 발열량에 따라서 급진량을 제어하고, 연소상태의 급격한 변동을 일으키지 않고, 노내부온도 혹은 증기발생량을 안정화할 수 있는 산업폐기물 소각로의 급진량 제어방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

(발명의 개시)

본 발명은 상기 과제를 달성한 것이고, 청구항 1의 발명은, 복수의 폐기물 투입경로를 갖는 산업폐기물 소각로의 급진량 제어방법에 있어서,

상기 산업폐기물 소각로에 있어서의 제어대상의 목표치와 그 관측치와의 편차량을 구하고, 상기 편차량으로부터 편차속도와 편차가속도를 산출하고, 상기 편차량, 편차속도, 편차가속도에 의거하여 발열량이 다른 각 페기물을 비선형제어에의하여 각 급진량을 조작하여, 상기 제어대상을 목표치로 설정하고,

상기 비선형제어는 상기 복수의 폐기물 투입경로로부터 각 폐기물을 공급함에 있어서, 상기 편차량, 편차속도, 편차가속도에 대한 상기 각 급진량의 증감을, 복수의 퍼지규칙을 설정하고, 각각의 조건부의 적합도와 비교하여, 상기 복수의 퍼지규칙으로부터 적용하여야 할 퍼지규칙을 선택하여, 각 폐기물의 급진량을 설정하는 것을 특징으로 하는 산업폐기물 소각로의 급진량 제어방법이다.

본 발명에서는 관측치로부터 편차량을 구하여, 편차속도와 편차가속도를 산출하여 편차의 변동을 두드러지게 함으로써, 변동에 대하여 급속히 응답하여 발열량이 다른 각 폐기물을 비선형 제어하는 것이고, 제어대상의 변동에 대하여 급속히 대응할 수 있고,

각 멤버십 함수로 각 폐기물의 적합도를 구하여 각 적합도를 비교하는 것으로, 복수의 퍼지규칙으로부터 최적의 퍼지규칙을 선택하여 제어한다.

또 청구항 2의 발명은, 복수의 폐기물 투입경로를 갖는 산업폐기물 소각로의 급진량 제어방법에 있어서,

상기 산업폐기물 소각로에 있어서의 제어대상의 목표치와 그 관측치와의 편차량을 구하고, 상기 편차량으로부터 편차속도와 편차가속도를 산출하고, 상기 편차량, 편차속도, 편차가속도에 의거하여 발열량이 다른 각 페기물을 비선형제어에 의하여 각 급진량을 조작하여, 상기 제어대상을 목표치로 설정하고,

상기 비선형제어는 상기 복수의 폐기물 투입경로로부터 각 폐기물을 공급함에 있어서, 각 폐기물의 공급량의 증감을 복수의 퍼지규칙으로 기술하여, 퍼지추론에 의한 각각의 조건부의 적합도를 합성하여 급진량을 설정하는 것을 특징으로 하는 산업폐기물 소각로의 급진량 제어방법이다.

각 계측치에 대한 각 폐기물의 각 적합도를 합성하여, 복합적으로 퍼지함수를 제어한다.

또, 청구항 3의 발명은, 산업폐기물 소각로의 급진량 제어장치에 있어서,

상기 산업폐기물 소각로의 제어대상의 목표치와 그의 관측치와의 편차량을 구하여, 상기 편차량으로부터 편차속도와 편차가속도를 산출하는 연산수단과,

상기 편차량, 편차속도, 편차가속도에 의거하여, 발열량이 다른 각 폐기물을 비선형 제어하는 퍼지추론부와,

상기 퍼지추론부로부터의 각 급진량의 조작량에 의거하여 상기 제어대상을 목표치로 조작하는 조작량 출력수단을 구비하고 있고,

상기 비선형제어는 상기 복수의 폐기물 투입경로로부터 각 폐기물을 공급함에 있어서, 상기 편차량, 편차속도, 편차가속도에 대한 상기 각 급진량의 증감을, 복수의 퍼지규칙을 설정하고, 각각의 조건부의 적합도와 비교하여, 상기 복수의 퍼지규칙으로부터 적용하여야 할 퍼지규칙을 선택하여, 각 폐기물의 급진량을 설정하는 것을 특징으로 하는 산업폐기물 소각로의 급진량 제어장치이다.

본 발명에서는 제어대상의 편차를 연산처리하여, 편차속도, 편차가속도를 산출하여 편차의 변동을 두드러지게 함으로써 온도변화에 대하여 급속히 응답할 수 있고, 각 멤버십 함수로 각 폐기물의 적합도를 구하여 각 적합도를 비교하는 것으로, 복수의 퍼지규칙으로부터 최적의 퍼지규칙을 선택하여 제어하는 산업폐기물 소각로의 급진량 제어장치이다.

또 청구항 4의 발명은, 산업폐기물 소각로의 급진량 제어장치에 있어서,

상기 비선형제어는 상기 복수의 폐기물 투입경로로부터 각 폐기물을 공급함에 있어서, 각 폐기물의 공급량의 증감을 복수의 퍼지규칙으로 기술하여, 퍼지추론에 의한 각각의 조건부의 적합도를 합성하여 급진량을 설정하는 것을 특징으로 하는 산업폐기물 소각로의 급진량 제어장치이다.

본 발명에서는 제어대상의 편차를 연산처리하여, 편차속도, 편차가속도를 산출하여 편차의 변동을 두드러지게 함으로써 온도변화에 대하여 급속히 응답할 수 있고, 각 계측치에 대한 각 폐기물의 각 적합도를 합성하여, 복합적으로 퍼지함수를 제어하는 산업폐기물 소각로의 급진량 제어장치이다.

(발명의 실시형태)

이하, 본 발명에 관한 산업폐기물 소각로의 급진량 제어방법 및 그 장치의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1의 산업폐기물 소각로는 유동상 폐기물 소각로의 개요를 도시하고 있다. 동도면에 있어서, 소각로 본체(1)는 고온의 순환모래(循環砂)(8)와 상부연소실(이하, 프리보드(freeboard))(9)이 설치되고, 고형폐기물(파쇄쓰레기)을 소각로 본체(1)내에 투입하는 투입구(2), 고온발열량의 액상폐기물(폐유)을 노내부에 투입하는 투입구(3), 낮은 발열량의 액상폐기물(폐액)을 노내부에 투입하는 투입구(4), 진창 상태 폐기물(오니)을 노내부에 투입하는 투입구(5)가 설치되고, 소각로 본체(1)내 상부에는 온도센서(12)가 설치되어 있다. 모래유동화용 공기는 소각로 저부로부터 공급되고, 2차 연소공기는 프리보드(9)내에 공급된다. 소각재는 모래배출기에 의하여 순환모래(8)와 함께 배출되고, 순환모래(8)는 모래순환 컨베이어 등에 의하여 다시 프리보드(9)내에 투입된다(도시 안함). 연소가스는 폐열보일러(6)를 경유하여 배출가스처리수단(10)으로 이송되어 연소가스중에 유해물질이 제거되어 굴뚝(11)에서 옥외로 배출된다.

각 폐기물(파쇄쓰레기, 폐유, 폐액, 오니)은 급진량 제어장치(7)에 의하여 설정된 급진량에 따라 각 투입구로부터 소각로 내부에 투입된다. 파쇄쓰레기는 전동기(M1)로 구동하는 스크루컨베이어 등을 구비하는 정량공급기(16)에 공급되고, 폐유, 폐액, 오니는 각각 제어밸브(17∼19)를 경유하여 프리보드(9)내에 투입된다. 공급된 이들 폐기물은 고온의 유동모래(8)나 프리보드(9)내의 고온의 연소가스와 접촉하여 열분해하고, 프리보드(9)에서 완전연소하여 소각된다. 연소가스는 증기발생용 보일러(6)에 유도되어 열회수된 후, 배출가스 처리수단(10)을 경유하여 굴뚝(11)으로부터 배출된다.

소각로 본체(1)내에는 노내부온도를 검출하기 위한 온도센서(12)가 설치되고, 그 출력이 온도검출기(13)에 입력되어 노내부온도가 검출된다. 또, 증기배출배관에는 증기유량센서(14)가 설치되고, 그 검출신호가 급진량 제어장치(7)에 입력된다. 급진량 제어장치(7)에는 노내부온도 목표치, 증기발생량 목표치가 입력되고, 각 폐기물의 처리량(y1∼y4)이 입력되고, 비선형제어수단에 의해, 각 폐기물의 급진량의 증분(α1∼α4)이 산출된다. 처리량(y1∼y4)과 급진량의 증분(α1∼α4)에 의한 조작량에 의거하여, 정량공급기(16), 제어밸브(17∼19)가 조작되고, 노내부온도 혹은 증기발생량이 목표치로 안정화되도록 조작된다.

다음에 본 실시형태의 급진량 제어방법에 대하여 설명한다. 이 제어에서는 제어대상을 증기발생량으로 해서 그 안정화에 대하여 설명한다. 보일러(6)의 증기유량을 검출하는 증기유량센서(14)의 출력은 증기발생량 검출기(15)에 입력되어, 증기발생량이 검출된다. 급진량 제어장치(7)에는 주기적으로 증기발생량의 데이터가 전송되고, 증기발생량 편차연산수단(7a)에서 연산처리되어, 증기발생량 목표치(SV)와의 편차(증기발생량 편차)(V)가 구해진다. 증기발생량 편차(V)는 편차속도 연산수단(7b)에 입력되어, 전번에 산출된 증기발생량 편차(V1)와 금번에 산출된 증기발생량 편차(V2)와의 증기발생량 편차의 차(편차속도)(dV)가 산출된다. 더욱이, 편차속도(dV)는 편차가속도 연산수단(7c)에 입력되어, 전번의 편차속도(dV1)와 금번의 편차속도(dV2)와의 차(편차가속도)(d²V)가 연산처리된다. 이들 증기발생량편차(V), 편차속도(dV), 편차가속도(d²V)가 급진량 제어수단(7d)에 입력된다. 급진량 제어수단(7d)은 비선형제어수단이고, 바람직하게는 퍼지추론부로 구성된다. 급진량 제어수단(7d)으로부터의 출력은 각 급진량 조작량 출력수단(7f)에 공급되고, 각 급진량 조작량 출력수단(7f)으로부터의 출력에 의하여 정량공급기(16)와 제어밸브(17∼19)가 조작되고, 증기유량이 안정하도록 연소상태가 제어된다.

계속해서, 급진량 제어수단(7d)에 대하여 설명한다. 급진량 제어수단(7d)은 비선형 제어수단이고, 바람직하게는 퍼지추론부로 구성되어, 이하의 표 1에 표시한 퍼지규칙에 의거하여 실행한다. 우선, 급진량 제어수단(7d)에서 실행되는 표 1의 퍼지규칙을 설명된다. 더욱이, 퍼지규칙은 조건부(전건부)와 결과(후건부)로 구성되어 있다.

각 급진량을 설정하기 위한 퍼지 규칙

(1) V와 dV가 모두 음의 경향에 있는 경우, 파쇄쓰레기의 급진량 증분을 양으로 한다.(2) V와 dV가 모두 음인 경우, 폐유의 급진량 증분을 양으로 한다.(3) V가 음이고, d²V가 양인 경우, 파쇄쓰레기의 급진량 증분을 양으로 하고, 폐유급진량 증분을 음으로 한다. 단, 통상의 급진량보다 작아지지 않도록 한다.(4) V와 dV가 모두 양의 경향에 있는 경우, 오니의 급진량 증분을 양으로 한다.(5) V와 dV가 모두 양인 경우, 폐액의 급진량 증분을 양으로 한다.(6) V가 양이고, d²V가 음인 경우, 오니의 급진량 증분을 양으로 하고, 폐액의 급진량 증분을 음으로 한다. 단, 통상의 급진량보다 작아지지 않도록 한다.

이하, 표 1의 퍼지 규칙에 있어서, 퍼지규칙(1)∼(3)은 증기발생량이 목표치보다 저하한 경우에 적용되는 규칙이고, 퍼지규칙(4)∼(6)은 증기발생량이 목표치보다 큰 경우에 적용되는 규칙이다.

우선, 이 퍼지규칙의 기본적인 사고방식에 대하여 설명한다. 증기발생량이 목표치보다 작은 경우는 발열량이 큰 폐기물을 공급하고, 목표치보다 큰 경우, 발열량이 적은 폐기물을 공급하는 것으로, 제어량(노내부온도, 증기발생량)을 안정하게 하는 것이다. 더욱이 증기발생량 편차가속도를 도입하는 것으로, 그 값이 양에서 음, 음에서 양으로 반전하는 것으로, 목표치로 향하고 있는 상태라고 판단하여,이 시점에서 통상의 급진량으로 되돌리는 조작을 개시함으로써, 목표증기량의 회복후의 초과량(overshoot)을 작게 억제한다. 이와 같이 편차가 음 또는 양으로 되었을 경우에, 증기발생량을 목표치로 되돌리려면, 폐유 혹은 오니와 같은 발열량에 큰 영향을 주는 연소물을 사용하는 것으로 목표치에 급속히 접근한다.

더욱더 상세히 설명하면, 퍼지규칙(1)의 조건인 「V와 dV가 모두 음의 경향에 있는 경우」는 증기발생량이 목표치로부터 작아지기 시작한 경우에 상당하고, 이때에는, 파쇄쓰레기와 폐유의 급진량을 함께 증가시켜 연소를 활발하게 하고, 증기발생량을 증가시킨다. 퍼지규칙(2)의 조건인 「V와 dV가 음인 경우」는 증기발생량이 목표치로부터 상당히 저하한 경우에 상당하고, 이때에는 파쇄쓰레기와 폐유의 급진량을 함께 증가시켜 연소를 활발하게 하고, 증기발생량을 증가시킨다. 그리고, 퍼지규칙(3)의 조건인 「V가 음이고, d²V가 양인 경우」는 퍼지규칙(1) 및 (2)에 의한 조작 결과, 증기발생량이 목표치를 향하여 회복하기 시작한 때에 성립하고, 폐유의 급진량을 감소시켜, 이 이후의 보상을 파쇄쓰레기만으로 행하도록 전환한다.

한편, 퍼지규칙(4)의 조건인 「V와 dV가 모두 양의 경향에 있는 경우」는, 증기발생량이 목표치로부터 커지기 시작한 경우에 상당하고, 이때에는 오니와 폐액의 급진량을 함께 증가시켜 노내부온도를 저하시켜, 증기발생량을 감소시키도록 제어한다. 퍼지규칙(5)의 조건인 「V와 dV가 모두 양인 경우」는, 증기발생량이 목표치로부터 커지고, 오니와 폐액의 급진량을 함께 증가시켜 노내부를 냉각하여 증기발생량을 감소시킨다. 그리고, 퍼지규칙(6)의 조건인 「V가 양이고, d²V가 음인 경우」는 퍼지규칙(4) 및 (5)에 의한 조작 결과, 증기발생량이 목표치를 향하여 회복하기 시작한 때에 성립한다. 이와 같은 경우에는 폐액의 급진량을 계획처리량만큼 감소시켜, 그 이후의 보상을 폐액만으로 행하도록 전환한다. 이와 같이 제어하는 것으로 소각로 내의 연소상태를 안정하게 하여 증기 발생량의 초과량(overshoot)을 억제하여 안정하게 유지할 수 있다.

도 2, 도 3은 본 실시형태의 증기발생량이 증감한 경우의 증기편차, 증기편차속도, 증기편차가속도와, 폐유 및 파쇄쓰레기 등의 급진량의 증감을 파형으로 도시하고 있다. 도 2(a)∼(c)는 증기발생량이 음의 방향으로 변동한 경우의 증기발생량 편차(V)와 증기발생량 편차속도(dV)와 증기발생량 편차 가속도(d²V)를 도시하고 있다. 도 2(d), 도 2(e)는 급진량제어수단(퍼지추론부)(7d)에 의하여 연산처리한 결과가 각 급진량 조작량 출력수단(7f)으로부터 출력되고, 정량공급기(16)와 제어밸브(17∼19)가 조작되고, 각 급진량이 제어되어 증기발생량이 안정하도록 되어 있다. 또, 도 3(a)∼(f)는 증기발생량이 목표치보다 상회하였을 경우이고, 증기발생량 편차(V)와 증기발생량 편차속도(dV)와 증기발생량 편차가속도(d²V)가 도시되고, 이들의 값으로부터 오니급진량, 폐액급진량이 파형으로 도시되어 있다. 도 3의 파형도로 도시한 바와 같이, 증기발생량이 목표치보다 상승한 경우에 낮은 발열량의 오니나 폐액을 소각처리하였다 하더라도, 증기발생량의 큰 변동을 동반하지 않고 제어할 수 있음을 도시하고 있다.

도 2에 대하여, 표 1의 퍼지규칙(1)∼(6)을 참조하여 설명한다. 도 2중, 시간(t1)에서는 증기발생량의 감소가 검출되고, 증기량 편차(V)와 편차속도(dV)가 함께 음으로 된다. 우선, 퍼지규칙(1)이 적용되고, 폐유 및 파쇄쓰레기의 급진량을 증가시키고, 더욱이 이 경향이 현저하게 되면 퍼지규칙(2)이 적용되어 폐유 및 파쇄쓰레기의 급진량이 증가한다. 다음에, 시간(t2)에서는 편차가속도(d²V)가 음에서 양으로 되고, 퍼지규칙(3)이 적용되고, 파쇄쓰레기의 급진량은 증가한 대로 폐유의 급진량을 감소시킨다. 시간(t3)에서 폐유의 급진량은 통상의 급진량으로 되돌리고, 그것보다 감소하지 않도록 조작한다. 시간(t3) 이후는 파쇄쓰레기의 급진량의 증가로 증기발생량의 감소를 보상하고, 시간(t4)에서는 증기발생량이 목표치까지 회복하고, 파쇄쓰레기의 급진량도 통상의 급진량으로 되돌아간다.

계속하여, 표 1의 퍼지규칙의 조건부에 대하여 설명한다. 퍼지규칙의 조건부는 예를 들면 도 4의 멤버십 함수로서 표시된다. 도 4(a)∼(c)는 증기발생량 편차(V)와 증기발생량 편차속도(dV)와 증기발생량 편차가속도(d²V)의 연산치에 의거하여, 각 연산치가 양 또는 음으로 되는 멤버십함수 및 증감없는 멤버십함수를 나타내고 있다. 더욱이 도 4(a)∼(c)의 가로축이 연산치이고, 세로축은 적합도를 나타내고 있다.

도 4(a)는 편차없음(ㄱ), 편차음(ㄴ), 편차양(ㄷ)의 각 멤버십함수가 표시되어 있다. 예를 들면, 도 4(a)에서는 증기발생량 편차(V)의 연산치(관측치)(T1)일 때의 편차음으로 되는 적합도는 0.5이다. 또 도 4(b)의 멤버십함수에서는 증기발생량 편차속도(dV)가 편차속도음으로 되는 적합도는 0.5이다. 이 때는 퍼지규칙(1)을 채용하여 파쇄쓰레기량을 증가시켜 증기발생량이 안정하도록 제어한다.

그리고, 연산치(T2)의 경우는 도 4(a)에 있어서, 증기발생량 편차음의 적합도가 0.9이고, 도 4(b)에 있어서, 증기발생량 편차속도음의 적합도가 1.0이므로, 퍼지규칙(1)과 (2)을 합성하여 파쇄쓰레기량, 폐유량을 증가시켜, 증기발생량이 안정하도록 제어된다. 또, 도 4(a)에 있어서, 연산치(T3)의 경우, 증기발생량 편차음의 적합도는 1.0이고, 도 4(b)에서는 증기발생량 편차속도음의 적합도가 1.0이다. 동시에 도 4(c)에서는 편차가속도가 양으로 되는 적합도는 0.5이고, 증기발생량이 목표치로 향하고 있는 것을 가리키고 있다. 이 경우, 퍼지규칙(3)을 적용하여, 파쇄쓰레기의 급진량 증분을 양으로 하고, 폐유급진량증분을 음으로 한다. 단, 통상의 급진량보다 작아지지 않도록 한다.

더욱이, 도 4의 멤버십함수에는 편차없음(ㄱ), 편차증감없음(ㄱ), 편차가속도증감없음(ㄱ)에 대한 멤버십함수가 설치되고, 제어상태가 빈번하게 전환하고, 채터링(chattering) 상태로 되는 것을 방지하고 있다. 또 각 조건부를 만족하는 경우에는 대소관계의 비교에 의하여 최적제어가 실행된다.

물론, 도 4의 멤버십함수는 급진량제어수단(퍼지추론부)(7d)에 기록되고, 증기발생량 편차 연산수단(7a), 편차속도 연산수단(7b), 편차가속도 연산수단(7c)에 의하여 구해진 증기발생량 편차(V)와 증기발생량 편차속도(dV)와 증기발생량 편차 가속도(d²V)가 각각 급진량 제어수단(퍼지추론부)(7d)에 입력되어, 적합도가 판정된다. 그 적합도에 대응하여, 퍼지규칙이 선택되어 증기발생량이 목표치로 되도록 제어되어 있다.

다음에, 본 발명에 관한 산업폐기물 소각로의 급진량 제어방법의 다른 실시형태에 대하여 도 5의 멤버십함수에 의거하여 설명한다. 더욱이, 이 급진량 제어장치는 도 1과 거의 동일 구성이므로, 그 구성의 설명은 생략한다. 다만, 급진량 제어수단(퍼지추론부)(7d)에 기록된 멤버십함수는 다르다. 이 멤버십함수는 그 산업폐기물 소각로의 형태, 급진량, 혹은 급진대상에 따라서도 다르다. 따라서, 도 5 혹은 도 4에 도시한 실시예에 한정하는 것은 아니다.

도 5(a)∼도 5(c)는 증기량편차(V), 편차속도(dV) 및 편차가속도(d²V)에 대한 각 폐기물의 증량분, 유지, 증량억제에 관한 멤버십함수이다. 우선 도 5(a)의 각 멤버십함수에 대하여 설명한다. 도면중 (ㄱ)∼(ㅁ)는 증기량편차(V)에 대한 각 급진량의 증량 등에서의 멤버십함수이고, (ㄱ)는 폐유증량, (ㄴ)는 파쇄쓰레기증량, (ㄷ)는 현재의 급진상태를 유지, (ㄹ)은 오니증량, (ㅁ)은 폐액증량의 멤버십함수를 도시하고 있다. 관측치가 양인 경우, 증기발생량 편차는 양이고, 관측치가 음인 경우, 증기발생량 편차는 음이다.

도 5(b)는 증기발생량 편차속도(dV)에 대한 멤버십함수를 도시한 것이다. 도면중, (ㄱ)은 폐유증량, (ㄴ)는 파쇄쓰레기증량, (ㄷ)는 현재의 상태를 유지, (ㄹ)은 폐액증량, (ㅁ)은 오니증량의 각 멤버십함수를 도시하고 있다. 또, 도 5(c)는 증기발생량 편차 가속도(d²V)에 대한 급진량증량 억제에 관한 각 멤버십함수이다. 도면중, (ㄱ)은 증기발생량 편차가 목표치보다 상승한 경우의 증량억제에 관한 것이고, (ㄴ)은 증기발생량 편차가 목표치보다 강하한 경우의 증량억제에 관한 멤버십함수이다.

계속해서, 도 5를 참조하여 퍼지제어에 대하여 설명한다. 급진량 제어장치(7)는 증기발생량이 있는 주기에서 계측되고, 그 계측치에 의거하여 연산처리하여 얻어진 연산치를 관측치(P1∼P3)로서 나타낸다. 도 5(a)에 있어서, 증기발생량 편차(V)에 대한 관측치(P1)에서는, 「파쇄쓰레기증량(ㄴ)」에 대한 적합도가 0.5이고, 다른 집합에 대한 적합도는 0이다. 더욱이, 「현재의 상태를 유지(ㄷ)」에 대한 적합도는 0.5이지만, 「파쇄쓰레기증량(ㄴ)」에 대한 적합도가 채용된다. 도 5(b)에 있어서, 증기발생량 편차속도(dV)에 대한 관측치(P1)에서는 「파쇄쓰레기증량(ㄴ)」에 대한 적합도가 0.5이고, 다른 집합에 대한 적합도는 0이다. 도 5(c)에 있어서, 증기발생량 편차 가속도(d²V)에 대한 관측치(P1)에서는 「증량억제(ㄴ)」에 대한 적합도가 0이다. 이 경우, 증기발생량편차(V)와 증기발생량 편차속도(dV)가 음이므로, 표 1의 퍼지규칙(1)을 채용하여 파쇄쓰레기를 증량한다.

다음에, 이해를 용이하게 하기 위하여, 관측치(P2)에 대하여 설명한다. 관측치(P2)의 경우는 관측치(P1)일 때와 동일하게, 증기발생량편차(V)에 대한 「파쇄쓰레기증량(ㄴ)」의 적합도(g1)는 0.5이고, 증기발생량 편차속도(dV)에 대한 「파쇄쓰레기증량(ㄴ)」의 적합도(g2)는 0.5이다. 그러나, 관측치(P2)의 경우의 「증량억제(ㄴ)」에 대한 적합도(g3)은 0.7이다. 따라서, 적합도(g1∼g3)는 g1＜g3 동시에 g2＜g3의 관계에 있다. 이 경우에는 퍼지규칙(3)의 조작량을 채용하여, 목표치로 회복중인 것으로 판단하여 폐유증량분을 억제하고, 파쇄쓰레기를 통상의 공급량보다 증대한 상태로 유지한다.

관측치(P3)의 경우, 도 5(a)에 있어서, 증기발생량 편차(V)에 대한 「폐유증량(ㄱ)」의 멤버십함수로부터 구해지는 적합도는 0.7이고, 다른 멤버십함수에 대한 적합도는 0이다. 도 5(b)에 있어서, 관측치(P3)의 경우, 증기발생량 가속편차(dV)에 대한 「폐유증량(ㄱ)」의 멤버십함수로부터 구해진 관측치(P3)에 대한 적합도는 1이고, 다른 멤버십함수에 대한 적합도는 0이다. 그리고, 도 5(c)에 대한 「증량억제」의 관측치(P3)에 대한 적합도는 0이다. 이 경우, 파쇄쓰레기의 증량분을 유지하여, 폐유증량을 증가하도록 조작한다. 또, 관측치가 급진량을 통상의 상태로 유지하기 위한 멤버십함수(ㄷ)로부터 구해진 적합도가 0.5 이상이면, 미리 설정한 급진량을 유지한다.

한편, 각 급진량 증분을 도 5의 멤버십함수로 관측치로부터 얻어지는 적합도(g1∼g3)의 대소관계를 비교하여, 가장 적합도가 높은 퍼지함수 (1)∼(3)중 하나를 선택하여, 증기발생량이 목표치로 되도록 제어하여도 좋다. 따라서, 증기발생량이 감소한 것부터 회복하기까지의 사이에, 퍼지규칙(1)∼(3)의 조건을 동시에 만족하는 경우에는, 퍼지규칙(1), (2)의 조합, 혹은 퍼지규칙(3)중 어느 한쪽을 선택하여 적용하여도 좋다.

예를 들면 퍼지규칙(1), (2)의 조합, 혹은 퍼지규칙(3)중 하나를 선택하는 경우에는 퍼지규칙(1)의 적합도(g1), 퍼지규칙(2)의 적합도(g2), 퍼지규칙(3)의 적합도(g3)을 구하여, 적합도(g1∼g3)의 대소관계를 비교하여, 가장 적합도가 높은 퍼지규칙을 선택하여, 조작량을 설정한다.

또, 퍼지규칙(1)∼(3)의 조작량(r1∼r3)은 적합도(g1, g2, g3)에 의한 가중평균치(r)를 조작량으로 한다. 즉 r＝(g1r1＋g2r2＋g3r3)／(g1＋g2＋g3)를 조작량으로 한다. 이 가중에 대하여, 도 1에서 설명하면, 초기급진량(y1∼y4)에 대하여, 가중된 조작량(r1∼r4)의 가중이 행해지고, α1∼α4의 증감량이 비선형제어에 의해 설정되어 있다.

더욱이, 퍼지추론에 있어서의 비퍼지화에 대하여 상세히 설명한다. 퍼지규칙(1), (2)의 조합, 혹은 퍼지규칙(3)중 하나를 선택하고, 비퍼지화하여 조작량을 설정하는 경우는 퍼지규칙(1)의 적합도(g1), 퍼지규칙(2)의 적합도(g2), 퍼지규칙(3)의 적합도(g3)를 각각 구하여, 적합도 (g1∼g3)의 대소관계를 비교하여 g3가 가장 큰 경우에는 퍼지규칙(3), 그 이외의 경우에는 퍼지규칙(1), (2)의 조합을 선택하여 조작량을 결정한다.

퍼지규칙(1)과 퍼지규칙(2)의 출력을 퍼지추론에 의하여 합성하는 수순은 다음과 같다.

우선, 제1 스텝으로서, 퍼지규칙(1)의 적합도(g1), 퍼지규칙(2)의 적합도(g2)를 구한다. 계속하여, 제2 스텝으로서, 퍼지규칙(1)의 조작량(r1), 퍼지규칙(2)의 조작량(r2)를 g1, g2에 의하여 보정한다. 즉, 증기발생량편차를 분쇄쓰레기만으로 보정하려 하는 조작량(r1)과, 폐유만으로 보정하려 하는 조작량(r2)에 대하여 r1과 r2를 동시에 조작량으로 한 경우에는 과대한 조작량을 가하여 버린다. 이에 대하여, 가중 중심법에 의하여 α1＝g1r1／(g1r1＋g2r2), α2＝g2r2／(g1r1＋g2r2)와 같이 조작량을 보정하는 것으로, 적정한 조작량으로 할 수가 있다. 도 1에서 설명하면, 초기급진량(y1, y2)에 대하여 α1, α2의 증감량이 비선형제어에 의해 설정되어 있다.

더욱이, 퍼지규칙(1), 퍼지규칙(2), 퍼지규칙(3)의 모두를 사용하여 조작하는 것도 가능하다. 이 경우에는 퍼지규칙(3)으로부터는 파쇄쓰레기에 대한 조작량(r3)과 폐유에 대한 조작량(r4)이 동시에 얻어지기 때문에, 퍼지규칙(1)의 조작량(r1, r3)을 합성하고, 또 퍼지규칙(2)의 조작량(r2, r4)을 합성하고, 더욱더 그 결과를 퍼지규칙(1)의 조작량(r1), 퍼지규칙(2)의 조작량(r2)를 g1, g2에 의하여 보정하는 것으로 된다. 즉, 가중중심법에 의하여, r1과 r3을 합성하여, r1'＝(g1r1＋g3r3)／(g1＋r3), r2와 r4를 합성하여 r2'＝(g2r2＋g3r4)／(g2＋g3)인 합성된 조작량을 얻은 후, α1＝g1r1'／(g1r1'＋g2r2'), α2＝g2r2'／(g1r1'＋g2r2')로 하여 퍼지규칙(1), 퍼지규칙(2), 퍼지규칙(3)의 모두를 사용한 조작량(α1, α2)을 얻을 수가 있다.

이상, 증기발생량편차가 음인 경우에 대하여 설명하였지만, 증기발생량 편차가 양인 경우에 대하여는 퍼지규칙(4)∼퍼지규칙(6)을 사용하여 동일한 형태의 조작이 이루어지고, 초기급진량(y3, y4)에 대하여 α3, α4의 증감량이 비선형제어에 의하여 설정된다.

더욱이, 도 6은 본 발명의 다른 실시형태를 도시하는 도면이다. 상기 실시형태에서는 증기발생량을 제어대상으로 한 것에 대하여, 도 6의 산업폐기물 소각로의 급진량 제어장치에서는, 노내부온도를 제어대상으로 하는 것이다. 도 6에 있어서, 소각로 본체(1)내에는 노내부온도를 검출하기 위한 온도센서(12)가 설치되고, 그 출력이 온도검출기(13)에 공급되어, 노내부온도가 검출된다. 그 검출신호는 급진량 제어장치(7)에 입력된다. 급진량 제어수단(7)에는 노내부온도 편차연산수단(7a'), 편차속도 연산수단(7b'), 편차가속도 연산수단(7c')이 설치되어 있다.

이들 연산수단은 상기의 연산수단과 실질적으로 동일하고, 연산대상을 노내부온도로 한 것이다. 상기 실시형태와 동일한 퍼지함수에 의한 비선형제어가 이루어져 있고, 노내부온도편차, 편차속도, 편차가속도가 산출되어, 노내부온도가 제어된다. 이 비선형제어에서는 제어대상이 온도인 것도 상기와 동일한 제어에 의하여 노내온도의 목표치로 제어할 수가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 온도변동 및 증기발생 변동량으로부터 속도와 가속도를 구하여 이들 값에서 비선형제어에 의하여 노내부의 온도변동 및 폐열보일러의 증기발생 변동량이 안정하도록 제어되어 있고, 폐열보일러로부터의 증기량이 안정하므로 발전으로서 유효하게 이용할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 온도변동 및 증기발생량 변동에 대한 영향이 큰 폐유, 폐액 등의 액상폐기물의 급진량을 조작하는 것으로, 폐유 등이 액상이기 때문에 제어성이 좋은 이점이 있고, 파쇄쓰레기 등을 합해서 비선형제어에 의하여 변동을 신속하게 보상함으로써, 온도변동 및 증기발생량을 안정하게 유지할 수 있으므로, 이들 변동에 대하여 신속히 급진량을 정상의 처리량으로 복귀시킬 수가 있는 효과를 갖는다.

또, 본 발명에 의하면 제어대상이 목표치보다 상승할 경우에는, 발열량이 낮은 고형폐기물이나 오니폐기물의 급진량을 증가하여 신속히 목표치로 제어할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 미리 발열량이 높은 폐기물을 공급한 다음에, 발열량이 낮은 고형폐기물이나 오니폐기물을 소각처분하였다 하더라도 노내부온도 및 증기발생량을 안정화할 수 있으므로 각 급진량을 효율좋게 제어할 수 있는 이점이 있다.

Claims

복수의 폐기물 투입경로를 갖는 산업폐기물 소각로의 급진량 제어방법에 있어서,

상기 산업폐기물 소각로에 있어서의 제어대상의 목표치와 그 관측치와의 편차량을 구하고, 상기 편차량으로부터 편차속도와 편차가속도를 산출하고, 상기 편차량, 편차속도, 편차가속도에 의거하여 발열량이 다른 각 폐기물을 비선형제어에 의해 각 급진량을 조작하여, 상기 제어대상을 목표치로 설정하고,

상기 비선형제어는 상기 복수의 폐기물 투입경로로부터 각 폐기물을 공급함에 있어서, 상기 편차량, 편차속도, 편차가속도에 대한 상기 각 급진량의 증감을, 복수의 퍼지규칙을 설정하여, 각각의 조건부의 적합도와 비교하며, 상기 복수의 퍼지규칙으로부터 적용하여야 할 퍼지규칙을 선택하여, 각 폐기물의 급진량을 설정하는 것을 특징으로 하는 산업폐기물 소각로의 급진량 제어방법.
복수의 폐기물 투입경로를 갖는 산업폐기물 소각로의 급진량 제어방법에 있어서,

상기 산업폐기물 소각로에 있어서의 제어대상의 목표치와 그 관측치와의 편차량을 구하고, 상기 편차량으로부터 편차속도와 편차가속도를 산출하고, 상기 편차량, 편차속도, 편차가속도에 의거하여 발열량이 다른 각 폐기물을 비선형제어에 의해 각 급진량을 조작하여, 상기 제어대상을 목표치로 설정하고,

상기 비선형제어는 상기 복수의 폐기물 투입경로로부터 각 폐기물을 공급함에 있어서, 각 폐기물의 공급량의 증감에 대해서 복수의 퍼지규칙을 적용하고, 퍼지추론에 의한 각각의 조건부의 적합도를 합성하여 급진량을 설정하는 것을 특징으로 하는 산업폐기물 소각로의 급진량 제어방법.
산업폐기물 소각로의 급진량 제어장치에 있어서,

상기 산업폐기물 소각로의 제어대상의 목표치와 그 관측치와의 편차량을 구하여, 상기 편차량으로부터 편차속도와 편차가속도를 산출하는 연산수단;

상기 편차량, 편차속도, 편차가속도에 의거하여, 발열량이 다른 각 폐기물을 비선형 제어하는 퍼지추론부; 및

상기 퍼지추론부로부터의 각 급진량의 조작량에 의거하여, 상기 제어대상을 목표치로 조작하는 조작량 출력수단을 구비하고 있고,

상기 비선형제어는 상기 복수의 폐기물 투입경로로부터 각 폐기물을 공급함에 있어서, 상기 편차량, 편차속도, 편차가속도에 대한 상기 각 급진량의 증감을, 복수의 퍼지규칙을 설정하여, 각각의 조건부의 적합도와 비교하며, 상기 복수의 퍼지규칙으로부터 적용하여야 할 퍼지규칙을 선택하여, 각 폐기물의 급진량을 설정하는 것을 특징으로 하는 산업폐기물 소각로의 급진량 제어장치.
산업폐기물 소각로의 급진량 제어장치에 있어서,

상기 산업폐기물 소각로의 제어대상의 목표치와 그 관측치와의 편차량을 구하여, 상기 편차량으로부터 편차속도와 편차가속도를 산출하는 연산수단;

상기 편차량, 편차속도, 편차가속도에 의거하여, 발열량이 다른 각 폐기물을 비선형 제어하는 퍼지추론부; 및

상기 퍼지추론부로부터의 각 급진량의 조작량에 의거하여, 상기 제어대상을 목표치로 조작하는 조작량 출력수단을 구비하고 있고,

상기 비선형제어는 상기 복수의 폐기물 투입경로로부터 각 폐기물을 공급함에 있어서, 각 폐기물의 공급량의 증감에 대해서 복수의 퍼지규칙을 적용하고, 퍼지추론에 의한 각각의 조건부의 적합도를 합성하여 급진량을 설정하는 것을 특징으로 하는 산업폐기물 소각로의 급진량 제어장치.