WO2024042839A1 - 制御装置、制御方法、焼却炉設備および予測モデル作成装置 - Google Patents

制御装置、制御方法、焼却炉設備および予測モデル作成装置 Download PDF

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WO2024042839A1
WO2024042839A1 PCT/JP2023/023338 JP2023023338W WO2024042839A1 WO 2024042839 A1 WO2024042839 A1 WO 2024042839A1 JP 2023023338 W JP2023023338 W JP 2023023338W WO 2024042839 A1 WO2024042839 A1 WO 2024042839A1
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WO
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control
value
temperature
steam
amount
Prior art date
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PCT/JP2023/023338
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English (en)
French (fr)
Inventor
忠幸 新井
拓朗 佐藤
裕司 白石
Original Assignee
日立造船株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G5/00—Controlling superheat temperature
    • F22G5/12—Controlling superheat temperature by attemperating the superheated steam, e.g. by injected water sprays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/50—Control or safety arrangements
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators

Definitions

  • the present invention relates to a control device and the like that control a control amount in an incinerator facility.
  • steam is generated in a boiler using the exhaust gas generated when waste is incinerated in an incinerator, and the generated steam is superheated by a superheater and reduced in temperature by a desuperheater.
  • the steam is supplied to a steam turbine power generation device or the like.
  • controlled variables such as steam temperature are controlled to predetermined values.
  • Patent Document 1 describes performing feedforward control based on boiler heat input in conjunction with PID control of main steam temperature feedback.
  • control variables such as steam temperature are affected by various process values in boilers, superheaters, incinerators, etc. Therefore, as described in Patent Document 1, it is not possible to reduce the influence of process values only by performing feedforward control using the boiler heat input and the main steam temperature on the outlet side of the two superheaters. and insufficient control.
  • One aspect of the present invention aims to perform control to reduce the influence of process values.
  • a control device includes an incinerator, a boiler that generates steam using exhaust gas from the incinerator, and a superheater that superheats the steam generated by the boiler. and a desuperheater that lowers the temperature of steam superheated by the superheater.
  • a prediction unit that predicts a predicted value of the controlled variable at the time of control based on a process value of the controlled variable; and an input value indicating the magnitude of an input to be applied to the controlled object for controlling the controlled variable based on the predicted value.
  • a control unit that calculates the control amount based on the input value and controls the control amount based on the input value.
  • control can be performed to reduce the influence of process values.
  • 1 is a diagram showing the configuration of incinerator equipment according to an embodiment of the present invention. It is a flowchart which shows the procedure of the process which controls a control amount by the control device in the said incinerator equipment.
  • 7 is a graph showing a comparison between the current value of the control amount and the predicted value of the control amount one minute later based on predictive control of the control device.
  • 7 is a graph showing a comparison between the current value of the control amount and the predicted value of the control amount two minutes later based on predictive control of the control device.
  • It is a graph showing a comparison between the current value of the control amount and the predicted value of the control amount after 3 minutes based on the predictive control of the control device.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an incinerator facility 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the incinerator equipment 100 includes an incinerator 1, a steam generator 2, and a control device 3.
  • the incinerator 1 is a stoker-type incinerator that burns waste while transporting it.
  • combustion of waste and combustion of combustion gas mainly composed of carbon and hydrogen generated from the waste are performed.
  • Exhaust gas discharged from the combustion chamber as a result of combustion is subjected to predetermined exhaust gas treatment in an exhaust path 1a, and then guided to a steam generator 2.
  • the steam generator 2 generates steam using a boiler 21 that uses exhaust gas as a heat source.
  • the steam generator 2 superheats the steam using the superheating section 23 and lowers the temperature of the superheated steam using the temperature reducing section 24 to generate outlet steam at an appropriate temperature.
  • the outlet steam is used for power generation, heating, etc.
  • the control device 3 is a device that controls the control amount of the controlled object in the incinerator equipment 100.
  • the control device 3 predicts a predicted value of the controlled variable at the time of control based on a plurality of process values in the incinerator equipment 100 that affect the controlled variable, and controls the controlled variable based on the predicted value. Further, the control device 3 performs feedback control so that the control amount becomes a target value.
  • the control device 3 switches between predicted value control and feedback control based on predicted values as necessary. This will be explained in .
  • the incinerator 1 includes a hopper 11, a dust supply device 12, a grate section 13, an air supply device 14, an air preheater 15, an air supply pipe 16, thermometers 17 and 18, and dampers 19a to 19c. It has
  • the hopper 11 is an input port into which waste is input by a crane or the like.
  • the dust supply device 12 supplies the waste thrown in from the hopper 11 to the grate section 13. By controlling the rate at which the dust supply device 12 supplies waste, the amount of waste to be incinerated can be adjusted.
  • the grate section 13 carries waste loaded therein, and dries and burns the waste.
  • the grate section 13 includes a drying grate 131 (grate), a combustion grate 132 (grate), and a post-combustion grate 133 (grate).
  • the drying grate 131 is a grate that dries the waste supplied from the dust supply device 12, and is arranged at the highest position.
  • the combustion grate 132 is provided at a lower position than the drying grate 131 in the preceding stage of the combustion grate 132, and is a grate for burning the waste after drying.
  • the post-combustion grate 133 is provided at a lower position than the combustion grate 132 in the preceding stage of the post-combustion grate 133, and is a grate for completely burning waste that has not been completely combusted. Air for drying and combustion is supplied from below to the drying grate 131, the combustion grate 132, and the post-combustion grate 133, respectively.
  • the air supply device 14 is a device that supplies air to the air preheater 15 to generate combustion air to be supplied to the grate section 13.
  • the air supply device 14 is composed of a blower or the like.
  • the air preheater 15 is a device that heats and discharges the air supplied from the air supply device 14.
  • the air supply pipe 16 branches to supply heated air discharged from the air preheater 15 to each of the drying grate 131, the combustion grate 132, and the post-combustion grate 133.
  • the thermometer 17 measures the temperature of the air flowing through the air supply pipe 16.
  • the thermometer 17 is arranged upstream of the branch part of the air supply pipe 16.
  • the thermometer 18 measures the temperature of each of the drying grate 131, the combustion grate 132, and the post-combustion grate 133 of the grate section 13.
  • the thermometer 18 is depicted as being typically arranged at one location, but the thermometer 18 is individually arranged above each of the drying grate 131, the combustion grate 132, and the post-combustion grate 133. ing.
  • the temperature of the combustion air supplied to each of the drying grate 131, the combustion grate 132, and the post-combustion grate 133 is controlled by the control device 3 based on the temperature measured by the thermometers 17 and 18.
  • the damper 19a is provided at a branch portion of the air supply pipe 16 that supplies air to the drying grate 131, and adjusts the flow rate of air supplied to the drying grate 131.
  • the damper 19b is provided at a branch portion of the air supply pipe 16 that supplies air to the combustion grate 132, and adjusts the flow rate of air supplied to the combustion grate 132.
  • the damper 19c is provided at a branch portion of the air supply pipe 16 that supplies air to the post-combustion grate 133, and adjusts the flow rate of air supplied to the post-combustion grate 133.
  • the steam generator 2 includes a boiler 21, a water supply valve 22, a superheating section 23, a temperature reduction section 24, a water injection section 25, a temperature measurement system 26, a flow rate measurement system 27, a pressure gauge 28, and an oxygen concentration system. 29 in total.
  • the boiler 21 is a steam generator that generates steam using exhaust gas from the incinerator 1.
  • the boiler 21 generates saturated steam by heating water stored therein by exhaust gas.
  • the water supply valve 22 is a valve that adjusts the amount of water supplied to the boiler 21.
  • the superheating section 23 superheats the steam generated by the boiler 21 using the heat of the exhaust gas.
  • the superheater 23 includes a primary superheater 231 (superheater), a secondary superheater 232 (superheater), and a tertiary superheater 233 (superheater).
  • the primary superheater 231 superheats the steam from the boiler 21.
  • the secondary superheater 232 heats the steam that has passed through the primary superheater 231.
  • the tertiary superheater 233 heats the steam that has passed through the secondary superheater 232.
  • the exhaust gas from the incinerator 1 is supplied to the primary superheater 231, the secondary superheater 232, and the tertiary superheater 233 via an exhaust gas supply pipe (not shown).
  • the tertiary superheater 233 is supplied with exhaust gas at a position closest to the exhaust gas outlet of the incinerator 1 .
  • the exhaust gas is supplied to the secondary superheater 232 at a position next to the tertiary superheater 233 and close to the exhaust gas outlet.
  • the primary superheater 231 is supplied with exhaust gas at a position farthest from the exhaust gas outlet. Thereby, the temperature of the exhaust gas supplied to the superheating section 23 is the highest in the tertiary superheater 233, the second highest in the secondary superheater 232, and the lowest in the primary superheater 231.
  • the temperature reduction section 24 reduces the temperature of the steam superheated by the primary superheater 231 and the secondary superheater 232.
  • the temperature reduction section 24 includes a primary temperature reduction device 241 and a secondary temperature reduction device 242.
  • the primary attemperator 241 reduces the temperature of the steam superheated by the primary superheater 231 by injected water.
  • the secondary attemperator 242 reduces the temperature of the steam superheated by the secondary superheater 232 by injected water.
  • the water injection unit 25 injects water into the primary attemperator 241 and the secondary attemperator 242 of the temperature reduction unit 24, respectively.
  • the water injection part 25 has a primary water injection valve 251 (water injection valve) and a secondary water injection valve 252 (water injection valve).
  • the primary water injection valve 251 is a water injection valve that adjusts the amount of cooling water injected into the primary desuperheater 241 by spraying water.
  • the secondary water injection valve 252 is a water injection valve that adjusts the amount of cooling water injected into the secondary attemperator 242 by spraying water.
  • the primary water injection valve 251 and the secondary water injection valve 252 are control valves whose opening degrees are controlled by the control device 3.
  • the temperature measurement system 26 measures the temperature at various locations in the steam generator 2.
  • the temperature measurement system 26 includes a plurality of thermometers 261 to 268.
  • Thermometer 261 measures the temperature of water supplied to water supply valve 22 .
  • the thermometer 262 measures the temperature of the exhaust gas supplied near the outlet of the boiler 21.
  • Thermometer 263 measures the temperature of main steam, which is steam discharged from boiler 21 .
  • Thermometer 264 measures the temperature of steam at the outlet of primary superheater 231.
  • Thermometer 265 measures the temperature of the steam at the outlet of primary attemperator 241, that is, at the inlet of secondary superheater 232.
  • Thermometer 266 measures the temperature of the steam at the outlet of secondary superheater 232.
  • thermometer 267 measures the temperature of the steam at the outlet of the secondary attemperator 242, that is, at the inlet of the tertiary superheater 233.
  • thermometer 268 measures the temperature of the steam (exit steam) at the outlet of the tertiary superheater 233, that is, the outlet of the steam generator 2.
  • the flow rate measurement system 27 measures the flow rate of fluid flowing in the steam generator 2.
  • the flow rate measurement system 27 includes flowmeters 271 and 272.
  • the flow meter 271 measures the flow rate of water supplied to the water supply valve 22.
  • the flow meter 272 measures the flow rate of exhaust gas flowing near the exhaust section 1b that discharges exhaust gas in the incinerator 1.
  • the pressure gauge 28 measures the pressure of the outlet steam.
  • the oxygen concentration meter 29 measures the oxygen concentration of the exhaust gas flowing near the exhaust portion 1b.
  • the control device 3 includes a prediction section 31, a control section 32, and a switching section 33.
  • the controlled object is the secondary water injection valve 252
  • the control amount is the temperature of the outlet steam (outlet steam) of the tertiary superheater 233.
  • the switching unit 33 is a switching device such as a switch that switches between the connection between the first control unit 321 and the controlled object (secondary water injection valve 252) and the connection between the second control unit 322 and the controlled object.
  • the prediction unit 31 predicts the predicted value of the control amount at the time of control based on a plurality of process values that affect the control amount of the control target described above in the incinerator equipment 100.
  • the prediction unit 31 performs the above prediction based on the prediction model created by the prediction model creation device 4.
  • the prediction model for example, a model created by multiple regression analysis using a controlled variable as an objective variable and a plurality of process values as explanatory variables is used.
  • the prediction unit 31 may be configured as shown in (1) to (4) below.
  • the prediction unit 31 predicts, as a predicted value, the amount of change in the control amount from now until a first predetermined time later.
  • the prediction unit 31 predicts the controlled variable based on a prediction model in which the objective variable is the difference between the value of the controlled variable a first predetermined time after the current value and the current value of the controlled variable, and the process value is the explanatory variable. do.
  • the first predetermined time is a delay time based on a control delay element.
  • the explanatory variable is the difference between the current value of the process value and the value of the process value a second predetermined time ago from the current value.
  • the objective variable is the difference between the value of the steam temperature after the first predetermined time from the current value and the current value of the steam temperature.
  • the controlled variable in this case is the temperature of the outlet steam.
  • the control unit 32 includes a first control unit 321, a second control unit 322, and a switching control unit 323 in order to control the control amount.
  • the first control unit 321 calculates, based on the predicted value, an input value indicating the magnitude of the input to be applied to the controlled object in order to control the control amount, and controls the control amount based on the input value. Specifically, the first control unit 321 controls the water injection amount of the secondary water injection valve 252 using the opening degree (%) of the secondary water injection valve 252 as an input value, thereby controlling the tertiary superheater 233 as a controlled variable. to control the outlet steam temperature. For this reason, the prediction unit 31, the first control unit 321, the switching unit 33, and the secondary water injection valve 252 constitute a predictive control system PCS that controls the control amount based on the predicted value. Of course, if the controlled object and the controlled amount differ, the configuration of the predictive control system PCS will also differ accordingly.
  • the second control unit 322 performs feedback control to control the control amount so that the control amount matches the target value. Specifically, the second control unit 322 controls the opening degree of the secondary water injection valve 252 so that the deviation of the control amount (outlet steam temperature) from the target value becomes zero. Therefore, the second control section 322, the switching section 33, the secondary water injection valve 252, and the thermometer 268 constitute a feedback control system FBCS that controls the control amount by feedback control. Of course, if the controlled object and the controlled amount differ, the configuration of the feedback control system FBCS will also differ accordingly.
  • the switching control unit 323 When the control unit 32 is performing control using the predictive control system PCS by the first control unit 321, the switching control unit 323 performs feedback control when the deviation of the current value of the control amount from the predicted value exceeds a predetermined value. The switching operation of the switching unit 33 is controlled to switch to the grid FBCS. In addition, when the control unit 32 is performing control using the feedback control system FBCS, the switching control unit 323 monitors the above deviation, and when the deviation becomes equal to or less than the above predetermined value, the switching control unit 323 performs predictive control. The switching operation of the switching unit 33 is controlled to switch to the system PCS.
  • the prediction model creation device 4 is a device that creates a prediction model for the prediction unit 31 of the control device 3 to predict a predicted value, and is configured by a computer.
  • the predictive model creation device 4 creates a predictive model by performing machine learning using the measured process value as input data and the measured control amount as output data.
  • the predictive model creation device 4 includes a weight determination unit 41 in order to create a predictive model.
  • the weight determination unit 41 determines the weight of the prediction model that minimizes the deviation of the predicted value predicted using the input data from the output data. For example, when a regression equation of multiple regression analysis is used as a prediction model, the weight corresponds to a regression coefficient in the regression equation. Furthermore, the weight determination unit 41 determines the intercept in the regression equation as well as the weight. By including the weight determination unit 41 as described above, the prediction model creation device 4 can create a prediction model with high prediction accuracy.
  • the weight determination unit 41 may determine the weights using other machine learning techniques, such as deep learning.
  • Other machine learning methods that can be applied include Extreme Learning Machine (ELM) and Support Vector Regression (SVR).
  • ELM Extreme Learning Machine
  • SVR Support Vector Regression
  • the predictive model creation device 4 includes a time setting section 42.
  • the time setting unit 42 sets the second predetermined time by parameter study so that the accuracy of the prediction model is highest for each process value.
  • the explanatory variable is the difference between the current value of the process value and the value of the process value a second predetermined time ago from the current value.
  • the time setting unit 42 sets the same difference width, that is, the second predetermined time, to the explanatory variables X1, X2, and X3 according to the following procedure. Determine according to A to D.
  • “now” represents the current value
  • "before” represents the value before the current value.
  • Step B The width of the difference between the explanatory variables X2 and X3 is fixed at the width determined in step A, and the width of the difference between the explanatory variables X1 is examined.
  • Step C Fix the width of the difference in explanatory variable X1 to the width determined in step B, fix the width of the difference in explanatory variable X3 to the width determined in step A, and consider the width of the difference in explanatory variable X2. do.
  • Step D Fix the width of the difference in explanatory variable X1 to the width determined in step B, fix the width of the difference in explanatory variable X2 to the width determined in step C, and consider the width of the difference in explanatory variable X3. do.
  • case D2 is the most accurate prediction. If the number of explanatory variables increases, repeat the same operations as steps B to D.
  • the prediction model creation device 4 can improve the accuracy of prediction by the prediction section using the prediction model.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for controlling the control amount by the control device 3. As shown in FIG.
  • control device 3 when the control device 3 is activated, it sets the predictive control system PCS (step S1).
  • the predictive control system PCS is set by the switching control unit 323 of the control device 3 controlling the switching unit 33 so that the switching unit 33 switches the connection to the first control unit 321.
  • the prediction unit 31 acquires process values from various locations in the incinerator equipment 100 (step S2).
  • the prediction unit 31 uses the prediction model created by the prediction model creation device 4 to predict a prediction value based on the acquired process value (step S3, prediction step).
  • the first control unit 321 of the control unit 32 calculates an input value to be given to the controlled object based on the predicted value predicted by the prediction unit 31 (step S4, control step).
  • the first control unit 321 controls the control amount based on the input value by giving the calculated input value to the controlled object (step S5, control step).
  • the switching control unit 323 monitors the deviation (absolute value) of the current value of the control amount from the predicted value, and determines whether the deviation exceeds a predetermined value (step S6). In step S6, if the switching control unit 323 determines that the deviation exceeds the predetermined value (YES), the switching unit 33 switches from the predictive control system PCS to the feedback control system FBCS (step S7). In this switching, the switching unit 33 switches the connection with the controlled object from the first control unit 321 to the second control unit 322 under the control of the switching control unit 323. Then, the second control unit 322 controls the control amount using the feedback control system FBCS (step S8), and returns the process to step S6.
  • control when the control amount changes excessively under control by the predictive control system PCS and the above deviation exceeds a predetermined value, control is switched to control by the feedback control system FBCS. This allows the control amount to be reduced.
  • step S6 when the switching control unit 323 determines that the above deviation does not exceed the predetermined value (NO), the switching control unit 323 determines whether the switching unit 33 is connected to the first control unit 321 or not. is determined (step S9).
  • step S9 if the switching control unit 323 determines that the switching unit 33 is connected to the first control unit 321 (YES), the process returns to step S2. Further, in step S9, when the switching control unit 323 determines that the switching unit 33 is not connected to the first control unit 321 (NO), the switching control unit 323 switches the switching unit 33 from the feedback control system FBCS to the predictive control system PCS ( Step S10), the process returns to step S2.
  • control by the feedback control system FBCS functions effectively.
  • control is performed to eliminate the deviation of the current value of the controlled variable from the target value, so if the control is unable to immediately follow changes in the target value and a delay occurs, it becomes difficult to eliminate the deviation. As a result, hunting and overshoot are likely to occur.
  • the expansion of the deviation is predicted, and the control amount is controlled using the predicted value at a point when there are signs of a still small deviation. Thereby, the deviation can be controlled to be small.
  • the predictive model created by the predictive model creating device 4 is a regression equation of multiple regression analysis.
  • the objective variable is the temperature of the outlet steam of the tertiary superheater 233 (hereinafter simply referred to as "outlet steam temperature")
  • the process value that is, the explanatory variable, is the flow rate of exhaust gas at the discharge section 1b of the incinerator 1. (measured value of the flow meter 272), exhaust gas temperature, etc. are used.
  • the prediction unit 31 calculates and predicts the predicted value of the outlet steam temperature by applying the acquired process value as an explanatory variable to the above regression equation as a prediction model.
  • the first control unit 321 in the control unit 32 calculates the opening degree of the secondary water injection valve 252 as an input value based on the predicted value.
  • the first control unit 321 calculates the difference between the current value of the outlet steam temperature and the predicted value, and calculates the difference and the opening degree. Outputs the opening degree value corresponding to the calculated difference using a table that associates the .
  • the first control unit 321 calculates the input value by performing PID control based on the deviation between the current value and the predicted value of the control amount.
  • P (proportional) control is mainly applied to the deviation between the current value and the predicted value of the outlet steam temperature, and at least one of I (integral) control and D (differential) control is applied as necessary. Apply and calculate the input value.
  • PID control is mainly applied to the deviation between the current value and the predicted value of the outlet steam temperature
  • I (integral) control and D (differential) control is applied as necessary. Apply and calculate the input value.
  • input value calculation based on PID control is advantageous in that it is easier to reflect the effects of various disturbances than the above-described simple input value calculation.
  • the first control unit 321 provides the input value calculated as described above to the secondary water injection valve 252.
  • the secondary water injection valve 252 drives the valve to increase or decrease the opening degree given as the input value.
  • the amount of water supplied to the tertiary superheater 233 increases or decreases in accordance with the changed opening degree of the secondary water injection valve 252, and the outlet steam temperature changes accordingly.
  • control based on predicted values is performed based on predicted values predicted based on a plurality of process values that affect the outlet steam temperature.
  • the outlet steam temperature can be controlled to reduce the influence of process values.
  • the prediction unit 31 predicts, as a predicted value, the amount of change in the control amount from now until a first predetermined time later, and adds the predicted amount of change to the current value of the control amount. Thereby, the predicted value of the controlled variable after the first predetermined time period can be obtained. Therefore, the prediction unit 31 predicts the amount of change after the first predetermined time based on the current value. Therefore, by setting the first predetermined time to be short, control accuracy can be further improved.
  • FIG. 3 is a graph showing a comparison between the current value of the outlet steam temperature (control amount) and the predicted value of the outlet steam temperature one minute later.
  • FIG. 4 is a graph showing a comparison between the current value of the outlet steam temperature and the predicted value of the outlet steam temperature after 2 minutes.
  • FIG. 5 is a graph showing a comparison between the current value of the outlet steam temperature and the predicted value of the outlet steam temperature after 3 minutes.
  • the predicted value after 1 minute has the smallest deviation between the current value and the predicted value
  • the predicted value after 2 minutes has the second smallest deviation
  • the predicted value after 3 minutes has the largest deviation. deviation was obtained.
  • the prediction unit 31 predicts the controlled variable based on a prediction model in which the objective variable is the difference between the value of the controlled variable after a first predetermined time from the current value and the current value of the controlled variable, and the process value is the explanatory variable. do.
  • a predicted value can be obtained by a prediction model using an objective variable that takes delay time into account.
  • the delay time a time difference of about 1 minute to 1.5 minutes occurs when delay elements such as measurement delays by measuring instruments are taken into account. Considering such a time difference, it is preferable to set the first predetermined time to about 2 minutes. In this way, by reflecting the delay time in the control, the control amount can be controlled with higher precision.
  • the explanatory variable is the difference between the current value of the process value and the value of the process value a second predetermined time ago from the current value.
  • the time range for taking the above difference is set depending on the scale, characteristics, etc. of the incinerator equipment. For example, such a time range is set to a time range that allows the incinerator equipment to be controlled with the highest accuracy for each explanatory variable. Thereby, more accurate control suitable for each incinerator equipment can be performed.
  • the objective variable is the difference between the value of the outlet steam temperature after a first predetermined time from the current value and the current value of the outlet steam temperature.
  • the first control unit 321 calculates the input value to be given to the secondary water injection valve 252 based on the predicted value, and calculates the input value to be given to the secondary water injection valve 252 based on the predicted value.
  • the opening degree of the secondary water injection valve 252 is controlled.
  • the first control unit 321 controls the opening degree according to the difference between the current value of the outlet steam temperature and the value after a first predetermined time from the current value of the outlet steam temperature, by performing step control in a plurality of fine steps. For example, if the above difference is +3° C., the first control unit 321 controls the opening degree to increase by 3%.
  • controlling the outlet steam temperature as a control variable examples include, in addition to controlling the opening degree of the secondary water injection valve 252, the amount of incineration in the incinerator 1, the amount of heat exchange between steam and a low-temperature heat source, and the amount of steam passing through the boiler 21. It may also be the temperature of piping. As described above, the amount of waste to be incinerated in the incinerator 1 can be adjusted by controlling the speed at which the dust supply device 12 supplies waste. Further, the amount of heat exchange between the steam and the low-temperature heat source is the amount of heat exchanged by a heat exchanger that exchanges heat between the steam of the boiler 21 and a low-temperature heat source such as air or water in a pipe through which the steam passes. Further, the temperature of the piping through which the steam passes can be cooled by, for example, a Peltier element (temperature regulator), and heated by, for example, a heater (temperature regulator). Therefore, it is sufficient to control the set temperatures of these temperature regulators.
  • a Peltier element temperature regulator
  • explanatory variables include the amount of steam (PV, MV), the flow rate of exhaust gas, the temperature of exhaust gas, the temperature inside the incinerator 1, the amount of water supplied to the boiler 21, and the like.
  • explanatory variables include NOx (PV, MV), the temperature inside the incinerator 1, the oxygen concentration of the exhaust gas, and the like.
  • the first control unit 321 controls the temperature of the combustion air supplied to the grate unit 13 based on the predicted value of the outlet steam temperature described above. (hereinafter referred to as combustion air temperature) may be controlled.
  • the controlled variable is the outlet steam temperature
  • the first control unit 321 controls the input given to the air preheater 15 in the incinerator 1 based on the predicted value of the outlet steam temperature predicted by the prediction unit 31. A value is calculated, and the temperature of the air preheater 15 is controlled based on the input value.
  • the combustion air temperature by controlling the combustion air temperature by linking the fluctuations in the predicted value of the outlet steam temperature with the fluctuations in the combustion air temperature, the combustion temperature and exhaust gas flow rate in the incinerator 1 can be stabilized. As a result, the outlet steam temperature can be stabilized.
  • the first control unit 321 controls the temperature of the combustion air to be a constant value of 20°C when the temperature of the grate section 13 measured by the thermometer 18, especially the temperature of the drying grate 131, is 250°C or higher. It may be controlled as follows. Thereby, damage to the grate portion 13 can be reduced.
  • the steam generator 2 in this embodiment has a three-stage superheating configuration including a primary superheater 231, a secondary superheater 232, and a tertiary superheater 233, even if it has a two-stage superheating configuration, The present invention can be applied.
  • the incinerator facility 100 can be efficiently operated. Therefore, it can contribute to achieving Goal 9 of the Sustainable Development Goals (SDGs), ⁇ Create a foundation for industry and technological innovation (infrastructure, system development, etc.)''.
  • control device 3 and the predictive model creation device 4 are programs for making a computer function as the devices, and programs for making the computer function as each control block of the device. This can be realized by
  • the device includes a computer having at least one processor and at least one storage device (for example, memory) as hardware for executing the program.
  • a computer having at least one processor and at least one storage device (for example, memory) as hardware for executing the program.
  • the above program may be recorded on one or more computer-readable recording media instead of temporary.
  • This recording medium may or may not be included in the above device. In the latter case, the program may be supplied to the device via any transmission medium, wired or wireless.
  • each of the control blocks described above can also be realized by a logic circuit.
  • a logic circuit for example, an integrated circuit in which a logic circuit functioning as each of the control blocks described above is formed is also included in the scope of the present invention.
  • each of the processes described in the above embodiments may be executed by AI (Artificial Intelligence).
  • AI Artificial Intelligence
  • the AI may operate on the control device, or may operate on another device (for example, an edge computer or a cloud server).
  • the control device includes an incinerator, a boiler that generates steam using exhaust gas from the incinerator, a superheater that superheats the steam generated by the boiler, and a pre-stage
  • a control device for controlling a controlled amount in an incinerator equipment comprising: a desuperheater that lowers the temperature of steam superheated by the superheater, the control device comprising: a plurality of processes in the incinerator equipment that affect the controlled amount; a prediction unit that predicts a predicted value of the control amount at the time of control based on the control value; and a prediction unit that calculates an input value indicating the magnitude of an input to be given to the controlled object for controlling the control amount based on the predicted value. and a control section that controls the control amount based on the input value.
  • control is performed based on a predicted value predicted based on a plurality of process values that influence the control amount.
  • the control amount can be controlled so as to reduce the influence of the process value.
  • the prediction unit may predict, as the predicted value, an amount of change in the control amount from now until after a first predetermined time.
  • the accuracy of control can be further improved by setting the first predetermined time short.
  • the first predetermined time is a delay time based on a delay element of control
  • the prediction unit The control amount may be predicted based on a prediction model that uses a difference between a subsequent value and a current value of the control amount as an objective variable, and uses the process value as an explanatory variable.
  • a predicted value can be obtained by a prediction model using an objective variable that takes delay time into consideration.
  • the control amount can be controlled with higher precision.
  • the explanatory variable may be a difference between a current value of the process value and a value of the process value a second predetermined time ago from the current value.
  • more accurate control suitable for each incinerator equipment can be achieved by setting the time range for taking the difference in process values in the explanatory variables according to the scale, characteristics, etc. of the incinerator equipment. It can be carried out.
  • the objective variable may be a difference between a value of the steam temperature after the first predetermined time from the current value and a current value of the steam temperature.
  • a predicted value can be obtained by a predictive model using an objective variable that takes delay time into consideration.
  • the steam temperature can be controlled with higher precision.
  • the explanatory variable may be a difference between a current value of the process value and a value of the process value a second predetermined time ago from the current value.
  • control amount is the steam temperature at the outlet of the superheater
  • control unit adjusts the amount of cooling water injected into the desuperheater.
  • the input value to be given to the water injection valve may be calculated based on the predicted value, and the opening degree of the water injection valve may be controlled in a plurality of stages according to the difference in the steam temperature based on the input value. .
  • control amount is the steam temperature at the outlet of the superheater
  • control unit is configured to provide a control device that adjusts the amount of waste to be incinerated in the incinerator.
  • the input value given to the dust device is calculated based on the predicted value, and the rate at which the dust supply device supplies waste is determined in a plurality of stages depending on the difference in the steam temperature based on the input value. May be controlled.
  • control amount is the steam temperature at the outlet of the superheater
  • control unit is configured to perform heat exchange with the steam of the boiler using a low-temperature heat source.
  • the input value to be given to the heat exchanger that adjusts the heat exchange amount of the vessel is calculated based on the predicted value, and the heat exchange amount is calculated based on the input value and a plurality of values corresponding to the difference in the steam temperature are calculated. It may be controlled in stages.
  • control amount is a steam temperature at an outlet of the superheater
  • control unit is a temperature at which the temperature of a pipe through which the steam of the boiler passes is adjusted.
  • the input value given to the regulator may be calculated based on the predicted value, and the set temperature of the temperature regulator may be controlled in a plurality of stages according to the difference in the steam temperature based on the input value. .
  • the accuracy of controlling the steam temperature at the outlet of the superheater can be improved.
  • the incinerator includes a grate and an air preheater that adjusts the temperature of combustion air supplied to the grate, and the control amount is , the steam temperature at the outlet of the superheater, and the control unit calculates the input value given to the air preheater based on the predicted value, and controls the temperature of the air preheater based on the input value. You may.
  • the combustion temperature and exhaust gas flow rate in the incinerator can be stabilized by controlling the combustion air temperature by linking the fluctuations in the predicted value of the steam temperature at the outlet of the superheater to the fluctuations in the combustion air temperature. I can do it. As a result, the outlet steam temperature can be stabilized.
  • control unit performs control using a predictive control system that controls the control amount based on the predicted value.
  • control may be performed by switching to a feedback control system that controls the controlled variable so that the controlled variable matches the target value. good.
  • the control amount when the control amount changes excessively due to control using the predictive control system, the control amount can be reduced using control using the feedback control system.
  • Incinerator equipment includes the control device according to any one of aspects 1 to 8 above, an incinerator, a boiler that generates steam using exhaust gas from the incinerator, and the boiler. It includes a superheater that superheats the generated steam, and the desuperheater that lowers the temperature of the steam superheated by the superheater.
  • a predictive model creating device is a predictive model creating device that creates the predictive model used in the control device according to any one of aspects 3 to 11 above, and which generates the measured process value.
  • a weight determination unit that determines, by learning, a weight of the prediction model that minimizes a deviation of the predicted value predicted using the input data from the output data, using the input data and the measured control amount as output data; It is equipped with
  • the explanatory variable is a difference between the current value of the process value and the value of the process value a second predetermined time ago from the current value
  • the predictive model creation device may further include a time setting unit that sets the second predetermined time so that the predictive model has the highest accuracy for each of the process values.
  • a control method includes: an incinerator; a boiler that generates steam using exhaust gas from the incinerator; at least two superheaters that superheat the steam generated by the boiler;
  • a control method for controlling a controlled variable of a controlled object in an incinerator facility comprising: a desuperheater for lowering the temperature of steam superheated by the preceding superheater between two superheaters; a prediction step of predicting a predicted value of the control amount at the time of control based on a plurality of influencing process values in the incinerator equipment; and a control step of calculating an input value indicated based on the predicted value, and controlling the control amount based on the input value.
  • control amount can be controlled so as to reduce the influence of the process value.
  • Incinerator 3 Control device 4 Prediction model creation device 31 Prediction section 41 Weight determination section 42 Time setting section 100 Incinerator equipment 131 Dry grate (grate) 132 Combustion grate (grate) 133 Post-combustion grate (grate) 241 Primary desuperheater (desuperheater) 242 Secondary desuperheater (desuperheater) 231 Primary superheater (superheater) 232 Secondary superheater (superheater) 233 Tertiary superheater (superheater) 251 Primary water injection valve (water injection valve) 252 Secondary water injection valve (water injection valve) PCS Predictive control system FBCS Feedback control system

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Abstract

プロセス値の影響を軽減するように制御を行う。制御装置（３）は、制御量に影響を及ぼす焼却炉設備（１００）における複数のプロセス値に基づいて制御時点での制御量の予測値を予測する予測部（３１）と、制御量を制御するための制御対象に与える入力の大きさを示す入力値を前記予測値に基づいて算出し、制御量を入力値に基づいて制御する制御部（３２）と、を備えている。

Description

制御装置、制御方法、焼却炉設備および予測モデル作成装置
　本発明は、焼却炉設備における制御量を制御する制御装置等に関する。
　廃棄物処理設備では、廃棄物が焼却炉で焼却されたことにより発生する排ガスを用いてボイラで蒸気を発生させ、発生した蒸気に過熱器による過熱と減温器による減温とを施して、当該蒸気を蒸気タービン発電装置などに供給することが行われる。このような廃棄物処理設備において、安定した蒸気の供給を行うために、蒸気温度などの制御量を所定値に制御する。
　例えば、特許文献１には、主蒸気温度のフィードバックのＰＩＤ制御と併せて、ボイラ入熱量に基づくフィードフォワード制御を行うことが記載されている。
日本国特開２００７－１８７３４０号公報
　しかしながら、蒸気温度などの制御量は、ボイラ、過熱器、焼却炉などにおける各種のプロセス値の影響を受ける。このため、特許文献１に記載されているように、ボイラ入熱量と、２つの過熱器の出口側の主蒸気温度とを用いてフィードフォワード制御するのみでは、プロセス値の影響を軽減することができず、制御が不十分である。
　本発明の一態様は、プロセス値の影響を軽減するように制御を行うことを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る制御装置は、焼却炉と、前記焼却炉からの排ガスを用いて蒸気を発生させるボイラと、前記ボイラにより発生した蒸気を過熱する過熱器と、前記過熱器により過熱された蒸気の温度を低下させる減温器とを備える焼却炉設備における制御量を制御する制御装置であって、前記制御量に影響を及ぼす前記焼却炉設備における複数のプロセス値に基づいて制御時点での前記制御量の予測値を予測する予測部と、前記制御量を制御するための前記制御対象に与える入力の大きさを示す入力値を前記予測値に基づいて算出し、前記制御量を前記入力値に基づいて制御する制御部と、を備えている。
　本発明の一態様によれば、プロセス値の影響を軽減するように制御を行うことができる。
本発明の一実施形態に係る焼却炉設備の構成を示す図である。 上記焼却炉設備における制御装置により制御量を制御する処理の手順を示すフローチャートである。 制御量の現在値と、上記制御装置の予測制御による１分後の制御量の予測値との比較を示すグラフである。 制御量の現在値と、上記制御装置の予測制御による２分後の制御量の予測値との比較を示すグラフである。 制御量の現在値と、上記制御装置の予測制御による３分後の制御量の予測値との比較を示すグラフである。
　〔焼却炉設備〕
　まず、本発明の各実施形態に共通する焼却炉設備について詳細に説明する。
　〈焼却炉設備の概要〉
　図１は、本発明の一実施形態に係る焼却炉設備１００の構成を示す図である。
　図１に示すように、焼却炉設備１００は、焼却炉１と、蒸気発生装置２と、制御装置３とを備えている。
　焼却炉１は、廃棄物を搬送しながら燃焼させるストーカ式の焼却炉である。焼却炉１は、その内部に形成される燃焼室において、廃棄物の燃焼と、廃棄物から発生した炭素および水素を主成分とした燃焼生成ガスの燃焼とが行われる。燃焼の結果として燃焼室から排出される排ガスは、排出経路１ａにて所定の排ガス処理が施され、蒸気発生装置２に導かれる。
　蒸気発生装置２は、排ガスを熱源とするボイラ２１により蒸気を発生する。蒸気発生装置２は、当該蒸気を過熱部２３により過熱するとともに、過熱された蒸気の温度を減温部２４により低下することで、適温の出口蒸気を生成する。出口蒸気は、発電、暖房などに利用される。
　制御装置３は、焼却炉設備１００における制御対象の制御量を制御する装置である。制御装置３は、制御量に影響を及ぼす焼却炉設備１００における複数のプロセス値に基づいて制御時点での制御量の予測値を予測し、当該予測値に基づいて制御量を制御する。また、制御装置３は、制御量を目標値となるようにフィードバック制御する。制御装置３は、予測値に基づく予測値制御とフィードバック制御とを必要に応じて切り替えて行う。
において説明する。
　〈焼却炉の詳細〉
　焼却炉１は、ホッパ１１と、給塵装置１２と、火格子部１３と、空気供給装置１４と、空気予熱器１５と、空気供給管１６と、温度計１７，１８と、ダンパ１９ａ～１９ｃとを有している。
　ホッパ１１は、クレーンなどによって廃棄物が投入される投入口である。給塵装置１２は、ホッパ１１から投入された廃棄物を火格子部１３に供給する。給塵装置１２が廃棄物を供給する速度を制御することにより、廃棄物の焼却量を調整することができる。
　火格子部１３は、廃棄物を積載した状態で搬送し、廃棄物の乾燥および燃焼を行う。火格子部１３は、乾燥火格子１３１（火格子）と、燃焼火格子１３２（火格子）と、後燃焼火格子１３３（火格子）とを有している。
　乾燥火格子１３１は、給塵装置１２から供給される廃棄物を乾燥させる火格子であり、最も高い位置に配置されている。燃焼火格子１３２は、燃焼火格子１３２の前段の乾燥火格子１３１より低い位置に設けられており、乾燥後の廃棄物を燃焼させる火格子である。後燃焼火格子１３３は、後燃焼火格子１３３の前段の燃焼火格子１３２より低い位置に設けられており、完全に燃焼していない廃棄物を完全に燃焼させる火格子である。乾燥火格子１３１、燃焼火格子１３２および後燃焼火格子１３３には、それぞれ乾燥および燃焼のための空気が下方より供給される。
　空気供給装置１４は、火格子部１３に供給する燃焼用の空気を生成するための空気を空気予熱器１５に供給する装置である。空気供給装置１４は、ブロアなどにより構成される。
　空気予熱器１５は、空気供給装置１４から供給される空気を加熱して排出する機器である。空気供給管１６は、空気予熱器１５から排出される加熱された空気を、乾燥火格子１３１、燃焼火格子１３２および後燃焼火格子１３３のそれぞれに供給するように分岐している。
　温度計１７は、空気供給管１６を流れる空気の温度を計測する。温度計１７は、空気供給管１６の分岐部よりも上流側に配置されている。温度計１８は、火格子部１３の乾燥火格子１３１、燃焼火格子１３２および後燃焼火格子１３３のそれぞれの温度を計測する。温度計１８は、図１において、代表して１箇所に配置されるように描かれているが、乾燥火格子１３１、燃焼火格子１３２および後燃焼火格子１３３のそれぞれの上方に個別に配置されている。乾燥火格子１３１、燃焼火格子１３２および後燃焼火格子１３３のそれぞれに供給される燃焼空気の温度は、温度計１７，１８の計測温度に基づいて制御装置３によって制御される。
　ダンパ１９ａは、空気供給管１６の乾燥火格子１３１に空気を供給する分岐部分に設けられており、乾燥火格子１３１に供給する空気の流量を調整する。ダンパ１９ｂは、空気供給管１６の燃焼火格子１３２に空気を供給する分岐部分に設けられており、燃焼火格子１３２に供給する空気の流量を調整する。ダンパ１９ｃは、空気供給管１６の後燃焼火格子１３３に空気を供給する分岐部分に設けられており、後燃焼火格子１３３に供給する空気の流量を調整する。
　〈蒸気発生装置の詳細〉
　蒸気発生装置２は、ボイラ２１と、給水弁２２と、過熱部２３と、減温部２４と、注水部２５と、温度計測系２６と、流量計測系２７と、圧力計２８と、酸素濃度計２９とを有している。
　ボイラ２１は、焼却炉１からの排ガスを用いて蒸気を発生させる蒸気発生器である。ボイラ２１は、内部に貯留した水が排ガスによって加熱されることで飽和水蒸気を発生する。給水弁２２は、ボイラ２１に供給する水の量を調整する弁である。
　過熱部２３は、ボイラ２１によって発生した蒸気を排ガスの熱によって過熱する。過熱部２３は、１次過熱器２３１（過熱器）と、２次過熱器２３２（過熱器）と、３次過熱器２３３（過熱器）とを有している。１次過熱器２３１は、ボイラ２１からの蒸気を過熱する。２次過熱器２３２は、１次過熱器２３１を経た蒸気を加熱する。３次過熱器２３３は、２次過熱器２３２を経た蒸気を加熱する。
　１次過熱器２３１、２次過熱器２３２および３次過熱器２３３には、図示しない排ガス供給管を介して焼却炉１からの排ガスが供給されている。３次過熱器２３３には、焼却炉１の排ガス出口に最も近い位置で排ガスが供給される。２次過熱器２３２には、３次過熱器２３３に次いで排ガス出口に近い位置で排ガスが供給される。１次過熱器２３１には、排ガス出口から最も遠い位置で排ガスが供給される。これにより、過熱部２３に供給される排ガスの温度は、３次過熱器２３３で最も高く、２次過熱器２３２でそれに次いで高く、１次過熱器２３１で最も低い。
　減温部２４は、１次過熱器２３１および２次過熱器２３２によって過熱された蒸気の温度を低減する。減温部２４は、１次減温器２４１と、２次減温器２４２とを有している。１次減温器２４１は、１次過熱器２３１によって過熱された蒸気の温度を注入される水によって低減する。２次減温器２４２は、２次過熱器２３２によって過熱された蒸気の温度を注入される水によって低減する。
　注水部２５は、減温部２４の１次減温器２４１および２次減温器２４２にそれぞれ注水を行う。注水部２５は、１次注水弁２５１（注水弁）と、２次注水弁２５２（注水弁）とを有している。１次注水弁２５１は、スプレー注水により１次減温器２４１への冷却水の注入量を調整する注水弁である。２次注水弁２５２は、スプレー注水により２次減温器２４２への冷却水の注入量を調整する注水弁である。１次注水弁２５１および２次注水弁２５２は、制御装置３によって開度が制御される制御弁である。
　温度計測系２６は、蒸気発生装置２における各所の温度を計測する。温度計測系２６は、複数の温度計２６１～２６８を有している。温度計２６１は、給水弁２２に供給される水の温度を計測する。温度計２６２は、ボイラ２１の出口付近に供給される排ガスの温度を計測する。温度計２６３は、ボイラ２１から排出される蒸気である主蒸気の温度を計測する。温度計２６４は、１次過熱器２３１の出口における蒸気の温度を計測する。温度計２６５は、１次減温器２４１の出口、すなわち２次過熱器２３２の入口における蒸気の温度を計測する。温度計２６６は、２次過熱器２３２の出口における蒸気の温度を計測する。温度計２６７は、２次減温器２４２の出口、すなわち３次過熱器２３３の入口における蒸気の温度を計測する。温度計２６８は、３次過熱器２３３の出口、すなわち蒸気発生装置２の出口における蒸気（出口蒸気）の温度を計測する。
　流量計測系２７は、蒸気発生装置２において流れる流体の流量を計測する。流量計測系２７は、流量計２７１，２７２を有している。流量計２７１は、給水弁２２に供給される水の流量を計測する。流量計２７２は、焼却炉１において排ガスを排出する排出部１ｂ付近を流れる排ガスの流量を計測する。
　圧力計２８は、出口蒸気の圧力を計測する。酸素濃度計２９は、排出部１ｂ付近を流れる排ガスの酸素濃度を計測する。
　〈制御装置の詳細〉
　制御装置３は、予測部３１と、制御部３２と、切替部３３とを有している。なお、以降に説明する例では、制御対象を２次注水弁２５２とし、制御量を３次過熱器２３３の出口蒸気の温度（出口蒸気）としている。また、切替部３３は、第１制御部３２１および制御対象（２次注水弁２５２）の接続と、第２制御部３２２および制御対象の接続とを切り替えるスイッチのような切替器である。
　予測部３１は、焼却炉設備１００において上述した制御対象の制御量に影響を及ぼす複数のプロセス値に基づいて制御時点での制御量の予測値を予測する。予測部３１は、予測モデル作成装置４によって作成された予測モデルに基づいて上記の予測を行う。予測モデルとしては、例えば、制御量を目的変数として用いるとともに、複数のプロセス値を説明変数として用いた重回帰分析により作成されたモデルが用いられる。
　予測部３１は、以下の（１）～（４）のように構成されていてもよい。
　（１）予測部３１は、予測値として、制御量の現在から第１所定時間後までの変化量を予測する。
　（２）予測部３１は、制御量の現在から第１所定時間後の値と制御量の現在値との差を目的変数とし、プロセス値を説明変数とする予測モデルに基づいて制御量を予測する。この場合、第１所定時間は、制御の遅れ要素に基づく遅延時間である。
　（３）説明変数は、プロセス値の現在値とプロセス値の現在から第２所定時間前の値との差である。
　（４）目的変数は、前記蒸気温度の現在から前記第１所定時間後の値と前記蒸気温度の現在値との差である。この場合の制御量は、出口蒸気の温度である。
　制御部３２は、制御量を制御するために、第１制御部３２１と、第２制御部３２２と、切替制御部３２３とを有している。
　第１制御部３２１は、制御量を制御するために制御対象に与える入力の大きさを示す入力値を予測値に基づいて算出し、制御量を入力値に基づいて制御する。具体的には、第１制御部３２１は、２次注水弁２５２の開度（％）を入力値として２次注水弁２５２の注水量を制御することにより、制御量としての３次過熱器２３３の出口蒸気温度を制御する。このため、予測部３１、第１制御部３２１、切替部３３および２次注水弁２５２は、予測値に基づいた制御量の制御を行う予測制御系統ＰＣＳを構成している。制御対象および制御量が異なれば、それに応じて予測制御系統ＰＣＳの構成も異なるのは勿論である。
　第２制御部３２２は、制御量が目標値に一致するように制御量を制御するフィードバック制御を行う。具体的には、第２制御部３２２は、目標値に対する制御量（出口蒸気温度）の偏差が０になるように２次注水弁２５２の開度を制御する。このため、第２制御部３２２、切替部３３、２次注水弁２５２および温度計２６８は、フィードバック制御により制御量を制御するフィードバック制御系統ＦＢＣＳを構成している。制御対象および制御量が異なれば、それに応じてフィードバック制御系統ＦＢＣＳの構成も異なるのは勿論である。
　切替制御部３２３は、制御部３２が第１制御部３２１による予測制御系統ＰＣＳを用いて制御を行っている場合、予測値に対する制御量の現在値の偏差が所定値を超えるときに、フィードバック制御系統ＦＢＣＳに切り替えるように切替部３３の切替動作を制御する。また、切替制御部３２３は、制御部３２がフィードバック制御系統ＦＢＣＳを用いて制御を行っている場合、上記の偏差を監視しており、当該偏差が上記の所定値以下となるときに、予測制御系統ＰＣＳに切り替えるように切替部３３の切替動作を制御する。
　〈予測モデル作成装置〉
　予測モデル作成装置４は、制御装置３の予測部３１が予測値を予測するための予測モデルを作成する装置であり、コンピュータによって構成されている。予測モデル作成装置４は、計測されたプロセス値を入力データとし、計測された制御量を出力データとして機械学習を行うことにより予測モデルを作成する。予測モデル作成装置４は、予測モデルを作成するために、重み決定部４１を備えている。
　重み決定部４１は、入力データを用いて予測される予測値の出力データに対する偏差を最小にする予測モデルの重みを決定する。重みは、例えば、重回帰分析の回帰式を予測モデルとする場合、回帰式における回帰係数に相当する。また、重み決定部４１は、重みとともに回帰式における切片も決定する。予測モデル作成装置４は、このような重み決定部４１を備えることにより、予測精度の高い予測モデルを作成することができる。
　重み決定部４１は、他の機械学習の手法、例えばディープラーニングを用いて重みを決定してもよい。他の機械学習の手法としては、Extreme Learning Machine（ＥＬＭ）、Support Vector Regression（ＳＶＲ）などが適用可能である。
　また、予測モデル作成装置４は時間設定部４２を備えている。時間設定部４２は、プロセス値のそれぞれについて予測モデルの精度が最も高くなるようにパラメータスタディによって第２所定時間を設定する。説明変数は、プロセス値の現在値とプロセス値の現在から第２所定時間前の値との差である。
　予測モデル作成装置４が例えば以下のような重回帰分析の予測モデルを作成する場合、時間設定部４２は、説明変数Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３について同じ差分の幅、すなわち第２所定時間を以下の手順Ａ～Ｄにしたがって決定する。ここで、「ｎｏｗ」は現在値を表し、「ｂｅｆｏｒｅ」は現在より前の値を表す。
　　Ｙ＝ａ０
　　　　＋ａ１＊（Ｘ１＿ｎｏｗ－Ｘ１＿ｂｅｆｏｒｅ）
　　　　＋ａ２＊（Ｘ２＿ｎｏｗ－Ｘ２＿ｂｅｆｏｒｅ）
　　　　＋ａ３＊（Ｘ３＿ｎｏｗ－Ｘ３＿ｂｅｆｏｒｅ）
　（手順Ａ）説明変数Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３について同じ差分の幅で精度が良くなる差分の幅を決定する。
　（ケースＡ１）
　Ｘ１：１ｍｉｎ，Ｘ２：１ｍｉｎ，Ｘ３：１ｍｉｎ
　（ケースＡ２）
　Ｘ１：２ｍｉｎ，Ｘ２：２ｍｉｎ，Ｘ３：２ｍｉｎ
　（ケースＡ３）
　Ｘ１：３ｍｉｎ，Ｘ２：３ｍｉｎ，Ｘ３：３ｍｉｎ
　ここで、ケースＡ２が最良であるとする。
　（手順Ｂ）説明変数Ｘ２，Ｘ３のそれぞれの差分の幅については、手順Ａで決定した幅で固定して、説明変数Ｘ１の差分の幅を検討する。
　（ケースＢ１）
　Ｘ１：１ｍｉｎ，Ｘ２：２ｍｉｎ，Ｘ３：２ｍｉｎ
　（ケースＢ２）
　Ｘ１：２ｍｉｎ，Ｘ２：２ｍｉｎ，Ｘ３：２ｍｉｎ
　（ケースＢ３）
　Ｘ１：３ｍｉｎ，Ｘ２：２ｍｉｎ，Ｘ３：２ｍｉｎ
　ここで、ケースＢ１が最良であるとする。
　（手順Ｃ）説明変数Ｘ１の差分の幅を手順Ｂで決定した幅で固定し、説明変数Ｘ３の差分の幅を手順Ａで決定した幅で固定して、説明変数Ｘ２の差分の幅を検討する。
　（ケースＣ１）
　Ｘ１：１ｍｉｎ、Ｘ２：１ｍｉｎ、Ｘ３：２ｍｉｎ
　（ケースＣ２）
　Ｘ１：１ｍｉｎ、Ｘ２：２ｍｉｎ、Ｘ３：２ｍｉｎ
　（ケースＣ３）
　Ｘ１：１ｍｉｎ、Ｘ２：３ｍｉｎ、Ｘ３：２ｍｉｎ
　ここで、ケースＣ３が最良であるとする。
　（手順Ｄ）説明変数Ｘ１の差分の幅を手順Ｂで決定した幅で固定し、説明変数Ｘ２の差分の幅を手順Ｃで決定した幅で固定して、説明変数Ｘ３の差分の幅を検討する。
　（ケースＤ１）
　Ｘ１：１ｍｉｎ、Ｘ２：３ｍｉｎ、Ｘ３：１ｍｉｎ
　（ケースＤ２）
　Ｘ１：１ｍｉｎ、Ｘ２：３ｍｉｎ、Ｘ３：２ｍｉｎ
　（ケースＤ３）
　Ｘ１：１ｍｉｎ、Ｘ２：３ｍｉｎ、Ｘ３：３ｍｉｎ
　ここで、ケースＤ２が最良であるとする。
　以上より、ケースＤ２が最も高精度な予測となる。説明変数の数が増えた場合には、手順Ｂ～Ｄと同じ操作を繰り返す。
　予測モデル作成装置４は時間設定部４２を備えることにより、予測モデルを用いた予測部による予測の精度を向上させることができる。
　〈制御動作の概要〉
　制御装置３による制御量の動作の概要（制御方法）について説明する。図２は、制御装置３により制御量を制御する処理の手順を示すフローチャートである。
　図２に示すように、制御装置３は、起動すると、予測制御系統ＰＣＳをセットする（ステップＳ１）。予測制御系統ＰＣＳのセットは、制御装置３の切替制御部３２３が切替部３３を制御することよって、切替部３３が第１制御部３２１への接続に切り替えることで行われる。
　次いで、予測部３１は、焼却炉設備１００における各所からプロセス値を取得する（ステップＳ２）。予測部３１は、予測モデル作成装置４によって作成された予測モデルを用いて、取得したプロセス値に基づいて予測値を予測する（ステップＳ３，予測工程）。
　制御部３２の第１制御部３２１は、予測部３１によって予測された予測値に基づいて、制御対象に与える入力値を算出する（ステップＳ４，制御工程）。第１制御部３２１は、算出した入力値を制御対象に与えることによって、入力値に基づく制御量の制御を行う（ステップＳ５，制御工程）。
　切替制御部３２３は、予測値に対する制御量の現在値の偏差（絶対値）を監視しており、当該偏差が所定値を超えたか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６において、切替制御部３２３により当該偏差が所定値を超えたと判定されると（ＹＥＳ）、切替部３３は、予測制御系統ＰＣＳからフィードバック制御系統ＦＢＣＳに切り替える（ステップＳ７）。この切り替えにおいて、切替部３３は、切替制御部３２３の制御により、制御対象との接続を第１制御部３２１から第２制御部３２２に切り替える。そして、第２制御部３２２は、フィードバック制御系統ＦＢＣＳにより制御量を制御して（ステップＳ８）、処理をステップＳ６に戻す。
　このように、予測制御系統ＰＣＳによる制御で制御量が過大に変化して上記の偏差が所定値を超えた場合に、フィードバック制御系統ＦＢＣＳによる制御に切り替える。これにより、制御量を小さくすることができる。
　ステップＳ６において、切替制御部３２３により上記の偏差が所定値を超えていないと判定されると（ＮＯ）、切替制御部３２３は、切替部３３が第１制御部３２１に接続されているか否かを判定する（ステップＳ９）。ステップＳ９において、切替制御部３２３は、切替部３３が第１制御部３２１に接続されていると判定すると（ＹＥＳ）、処理をステップＳ２に戻す。また、ステップＳ９において、切替制御部３２３は、切替部３３が第１制御部３２１に接続されていないと判定すると（ＮＯ）、切替部３３をフィードバック制御系統ＦＢＣＳから予測制御系統ＰＣＳに切り替えて（ステップＳ１０）、処理をステップＳ２に戻す。
　プロセス値に対する制御量の変動が少なければ、フィードバック制御系統ＦＢＣＳによる制御は有効に機能する。しかしながら、フィードバック制御では、目標値に対する制御量の現在値の偏差をなくすように制御が行われるので、制御が目標値の変化に即時に追従できずに遅れを生じると、偏差の解消が困難になり、ハンチングやオーバーシュートが発生しやすくなる。
　これに対し、予測制御系統ＰＣＳによる予測値に基づく制御では、偏差の拡大を予測して、まだ小さい偏差の兆しがある程度の時点で予測値を用いて制御量を制御する。これにより、偏差を小さく制御することができる。
　〈制御動作の詳細〉
　制御装置３の制御動作について詳細に説明する。ここでは、蒸気発生装置２の出口蒸気すなわち３次過熱器２３３の出口蒸気の温度を制御量として制御する例について説明する。
　予測モデル作成装置４によって作成された予測モデルは、重回帰分析の回帰式である。回帰式において、目的変数は３次過熱器２３３の出口蒸気の温度（以降、単に「出口蒸気温度」と称する）であり、プロセス値すなわち説明変数として、焼却炉１の排出部１ｂにおける排ガスの流量（流量計２７２の計測値）、排ガスの温度などが用いられる。
　予測部３１は、取得したプロセス値を説明変数として予測モデルとしての上記の回帰式に適用することにより、出口蒸気温度の予測値を算出して予測する。制御部３２における第１制御部３２１は、当該予測値に基づいて２次注水弁２５２の開度を入力値として算出する。
　第１制御部３２１は、簡易的には、例えば、ある値の出口蒸気温度を予測値として直接予測した場合、出口蒸気温度の現在値と予測値との差分を算出し、差分と開度とを対応付けたテーブルなどで、算出した差分に対応する開度の値を出力する。あるいは、第１制御部３２１は、制御量の現在値と予測値との偏差に基づいてＰＩＤ制御を行うことにより、入力値を算出する。具体的には、出口蒸気温度の現在値と予測値との偏差に主にＰ（比例）制御を適用し、必要に応じてＩ（積分）制御およびＤ（微分）制御の少なくともいずれか一方を適用して、入力値を算出する。このように、ＰＩＤ制御に基づく入力値の算出は、上記の簡易的な入力値の算出と比べて、様々な外乱の影響を反映させやすい点で有利である。
　第１制御部３２１は、上記のようにして算出した入力値を２次注水弁２５２に与える。これにより、２次注水弁２５２は、入力値として与えられた開度を増減するように弁を駆動する。この結果、変更された２次注水弁２５２の開度に応じて３次過熱器２３３への給水量が増減するので、それに応じて出口蒸気温度が変化する。
　このように、予測値に基づく制御では、出口蒸気温度に影響を及ぼす複数のプロセス値に基づいて予測された予測値に基づいて制御が行われる。これにより、プロセス値の影響を軽減するように出口蒸気温度の制御を行うことができる。
　ここで、予測部３１が上述した（１）～（４）のように構成される場合、それぞれ以下のような効果が得られる。
　（１）予測部３１が、予測値として、制御量の現在から第１所定時間後までの変化量を予測することにより、制御量の現在値に予測した変化量を加算する。これにより、制御量の現在から第１所定時間後の予測値を求めることができる。それゆえ、予測部３１は、現在値を基準とした第１所定時間後の変化量を予測する。したがって、第１所定時間を短く設定することで、制御の精度をより高めることができる。
　ここで、第１所定時間をそれぞれ１分、２分、３分に設定することにより、出口蒸気温度の現在値と予測値とを比較した結果について説明する。図３は、出口蒸気温度（制御量）の現在値と１分後の出口蒸気温度の予測値との比較を示すグラフである。図４は、出口蒸気温度の現在値と２分後の出口蒸気温度の予測値との比較を示すグラフである。図５は、出口蒸気温度の現在値と、３分後の出口蒸気温度の予測値との比較を示すグラフである。
　図３から図５に示すように、１分後、２分後、３分後のそれぞれの予測値（破線）は、出口蒸気温度の現在値（実線）に対して右側にわずかにオフセットしている。このように、予測値に基づいて出口蒸気温度を制御することに問題なく利用できることがわかる。その結果、現在値と予測値との偏差が、従来のフィードバック制御による現在値と目標値との偏差と比べて改善されていることが確認された。
　また、１分後の予測値では、最も小さい現在値と予測値の偏差が得られ、２分後の予測値では、２番目に小さい偏差が得られ、３分後の予測値では、最も大きい偏差が得られた。これにより、現在値に近い未来の予測値ほど予測精度が高くなると言える。
　（２）予測部３１が、制御量の現在から第１所定時間後の値と制御量の現在値との差を目的変数とし、プロセス値を説明変数とする予測モデルに基づいて制御量を予測する。これにより、遅延時間が考慮された目的変数を用いた予測モデルにより予測値が得られる。遅延時間としては、計測器による計測の遅れなどの遅延要素を総合すると１分から１分半程度の時間差が生じる。このような時間差を考慮すれば、第１所定時間は２分程度に設定することが好ましい。このように、遅延時間が制御に反映されることにより、制御量をより精度高く制御することができる。
　（３）説明変数が、プロセス値の現在値とプロセス値の現在から第２所定時間前の値との差である。これにより、焼却炉設備の規模、特性などに応じて、上記の差をとる時間幅を設定する。例えば、このような時間幅を、各説明変数について、焼却炉設備において最も精度が高く制御できる時間幅に設定する。これにより、各焼却炉設備に適した、より精度の高い制御を行うことができる。
　（４）目的変数が、出口蒸気温度の現在から第１所定時間後の値と出口蒸気温度の現在値との差である。これにより、遅延時間が考慮された目的変数を用いて重回帰分析により予測値が得られる。したがって、出口蒸気温度をより精度高く制御することができる。
　また、第１制御部３２１は、予測部３１が上記の（３）のように構成される場合、２次注水弁２５２に与える入力値を予測値に基づいて算出し、当該入力値に基づいて２次注水弁２５２の開度を制御する。第１制御部３２１は、出口蒸気温度の現在から第１所定時間後の値と出口蒸気温度の現在値との差に応じた開度の制御を、細かい複数の段階で行うステップ制御により行う。第１制御部３２１は、例えば、上記の差が＋３℃であれば、開度を３％増大するように制御する。
　従来、このような制御は、フィードバック制御において行われていたが、本実施形態では、予測値に基づく制御に適用される。これにより、第１所定時間で設定される近い未来における出口蒸気温度を予測値に基づいて補正することにより、出口蒸気温度の制御の精度を高めることができる。したがって、出口蒸気温度の制御の安定性を向上することができる。
　制御量として出口蒸気温度を制御する例としては、２次注水弁２５２の開度を制御する以外に、焼却炉１の焼却量、蒸気と低温熱源との熱交換量、ボイラ２１の蒸気を通す配管の温度などであってもよい。焼却炉１の焼却量は、上述したように、給塵装置１２が廃棄物を供給する速度を制御することにより、廃棄物の焼却量を調整することができる。また、蒸気と低温熱源との熱交換量は、ボイラ２１の蒸気と空気、水などの低温熱源との熱交換を、蒸気を通す配管などにおいて行う熱交換器の熱交換量である。また、蒸気を通す配管の温度は、例えばペルチェ素子（温度調整器）によって冷却する一方、例えばヒータ（温度調整器）によって加熱することができる。したがって、これらの温度調整器の設定温度を制御すればよい。
　なお、本実施形態では、上述したように、制御量として出口蒸気温度を制御する例を記載したが、本実施形態により制御される制御量はこれに限らず、例えば、蒸気量や排ガス値（ＮＯｘ値）であってもよい。蒸気量を目的変数として制御する場合、説明変数としては、蒸気量（ＰＶ，ＭＶ）、排ガス流量、排ガス温度、焼却炉１内の温度、ボイラ２１への給水量などが挙げられる。また、排ガス値を目的変数として制御する場合、説明変数としては、ＮＯｘ（ＰＶ，ＭＶ）、焼却炉１内の温度、排ガスの酸素濃度などが挙げられる。
　また、第１制御部３２１は、予測部３１が上記の（３）のように構成される場合、上述した出口蒸気温度の予測値に基づいて、火格子部１３に供給される燃焼空気の温度（以降、燃焼空気温度と称する）を制御してもよい。具体的には、制御量は出口蒸気温度であり、第１制御部３２１は、予測部３１によって予測される出口蒸気温度の予測値に基づいて、焼却炉１内の空気予熱器１５に与える入力値を算出し、当該入力値に基づいて空気予熱器１５の温度を制御する。
　このように、出口蒸気温度の予測値の変動を燃焼空気温度の変動に結び付けて燃焼空気温度を制御することにより、焼却炉１内の燃焼温度や排ガス流量を安定させることができる。その結果として、出口蒸気温度を安定させることができる。
　なお、第１制御部３２１は、温度計１８によって計測される火格子部１３の温度、特に乾燥火格子１３１の温度が２５０℃以上である場合、燃焼空気の温度が２０℃の一定値となるように制御してもよい。これにより、火格子部１３の損傷を低減することができる。
　また、本実施形態における蒸気発生装置２は、１次過熱器２３１、２次過熱器２３２および３次過熱器２３３を有する３段の過熱構成であるが、２段の過熱構成であっても、本発明を適用できる。
　〔ＳＤＧsへの貢献〕
　上述の実施形態の構成によれば、焼却炉設備１００の効率的な運営が可能になる。したがって、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標９「産業と技術革新の基盤をつくろう（インフラ、システム整備等）」の達成に貢献できる。
　〔ソフトウェアによる実現例〕
　制御装置３および予測モデル作成装置４（以下、「装置」と呼ぶ）の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロックとしてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。
　この場合、上記装置は、上記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つの記憶装置（例えばメモリ）を有するコンピュータを備えている。このプロセッサおよび記憶装置により上記プログラムを実行することにより、上記実施形態で説明した各機能が実現される。
　上記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、１または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、上記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、上記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して上記装置に供給されてもよい。
　また、上記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、上記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本発明の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより上記各制御ブロックの機能を実現することも可能である。
　また、上記実施形態で説明した各処理は、ＡＩ（Artificial Intelligence：人工知能）に実行させてもよい。この場合、ＡＩは上記制御装置で動作するものであってもよいし、他の装置（例えばエッジコンピュータまたはクラウドサーバ等）で動作するものであってもよい。
　〔まとめ〕
　以上のように、本発明の態様１に係る制御装置は、焼却炉と、前記焼却炉からの排ガスを用いて蒸気を発生させるボイラと、前記ボイラにより発生した蒸気を過熱する過熱器と、前段の前記過熱器により過熱された蒸気の温度を低下させる減温器とを備える焼却炉設備における制御量を制御する制御装置であって、前記制御量に影響を及ぼす前記焼却炉設備における複数のプロセス値に基づいて制御時点での前記制御量の予測値を予測する予測部と、前記制御量を制御するための前記制御対象に与える入力の大きさを示す入力値を前記予測値に基づいて算出し、前記制御量を前記入力値に基づいて制御する制御部と、を備えている。
　上記構成によれば、制御量に影響を及ぼす複数のプロセス値に基づいて予測された予測値に基づいて制御が行われる。これにより、プロセス値の影響を軽減するように制御量の制御を行うことができる。
　本発明の態様２に係る制御装置は、上記態様１において、前記予測部が、前記予測値として、前記制御量の現在から第１所定時間後までの変化量を予測してもよい。
　上記構成によれば、現在値を基準とした第１所定時間後の変化量を予測するので、第１所定時間を短く設定することで、制御の精度をより高めることができる。
　本発明の態様３に係る制御装置は、上記態様２において、前記第１所定時間が、制御の遅れ要素に基づく遅延時間であり、前記予測部が、前記制御量の現在から前記第１所定時間後の値と前記制御量の現在値との差を目的変数とし、前記プロセス値を説明変数とする予測モデルに基づいて前記制御量を予測してもよい。
　上記構成によれば、遅延時間が考慮された目的変数を用いた予測モデルにより予測値が得られる。これにより、制御量をより精度高く制御することができる。
　本発明の態様４に係る制御装置は、上記態様３において、前記説明変数が、前記プロセス値の現在値と前記プロセス値の現在から第２所定時間前の値との差であってもよい。
　上記の構成によれば、焼却炉設備の規模、特性などに応じて、説明変数においてプロセス値の差をとる時間幅を設定することにより、各焼却炉設備に適した、より精度の高い制御を行うことができる。
　本発明の態様５に係る制御装置は、上記態様３において、前記目的変数が、前記蒸気温度の現在から前記第１所定時間後の値と前記蒸気温度の現在値との差であってもよい。
　上記構成によれば、遅延時間が考慮された目的変数を用いて予測モデルにより予測値が得られる。これにより、蒸気温度をより精度高く制御することができる。
　本発明の態様６に係る制御装置は、上記態様５において、前記説明変数が、前記プロセス値の現在値と前記プロセス値の現在から第２所定時間前の値との差であってもよい。
　上記の構成によれば、焼却炉設備の規模、特性などに応じて、説明変数においてプロセス値の差をとる時間幅を設定することで、各焼却炉設備に適した、より精度の高い制御を行うことができる。
　本発明の態様７に係る制御装置は、上記態様３において、前記制御量が、前記過熱器の出口の蒸気温度であり、前記制御部が、前記減温器への冷却水の注入量を調整する注水弁に与える前記入力値を前記予測値に基づいて算出し、前記注水弁の開度を前記入力値に基づいて前記蒸気温度についての前記差に応じた複数の段階で制御してもよい。
　本発明の態様８に係る制御装置は、上記態様３において、前記制御量が、前記過熱器の出口の蒸気温度であり、前記制御部が、前記焼却炉における廃棄物の焼却量を調整する給塵装置に与える前記入力値を前記予測値に基づいて算出し、前記給塵装置が廃棄物を供給する速度を、前記入力値に基づいて前記蒸気温度についての前記差に応じた複数の段階で制御してもよい。
　本発明の態様９に係る制御装置は、上記態様３において、前記制御量が、前記過熱器の出口の蒸気温度であり、前記制御部が、前記ボイラの蒸気と低温熱源により熱交換する熱交換器の熱交換量を調整する前記熱交換器に与える前記入力値を前記予測値に基づいて算出し、前記熱交換量を前記入力値に基づいて前記蒸気温度についての前記差に応じた複数の段階で制御してもよい。
　本発明の態様１０に係る制御装置は、上記態様３において、前記制御量が、前記過熱器の出口の蒸気温度であり、前記制御部が、前記ボイラの蒸気を通す配管の温度を調整する温度調整器に与える前記入力値を前記予測値に基づいて算出し、前記温度調整器の設定温度を前記入力値に基づいて前記蒸気温度についての前記差に応じた複数の段階で制御してもよい。
　上記の態様７～１０の構成によれば、過熱器の出口における蒸気温度の制御の精度を高めることができる。
　本発明の態様１１に係る制御装置は、上記態様３において、前記焼却炉が、火格子と、当該火格子に供給する燃焼空気の温度を調整する空気予熱器とを有し、前記制御量が、前記過熱器の出口の蒸気温度であり、前記制御部が、前記空気予熱器に与える前記入力値を前記予測値に基づいて算出し、前記入力値に基づいて前記空気予熱器の温度を制御してもよい。
　上記の構成によれば、過熱器の出口の蒸気温度の予測値の変動を燃焼空気温度の変動に結び付けて燃焼空気温度を制御することで、焼却炉内の燃焼温度や排ガス流量を安定させることができる。その結果として、出口蒸気温度を安定させることができる。
　本発明の態様１２に係る制御装置は、上記態様１から１１のいずれかにおいて、前記制御部が、前記予測値に基づいた前記制御量の制御を行う予測制御系統を用いて制御を行っている場合、前記予測値に対する前記制御量の現在値の偏差が所定値を超えるときに、前記制御量が目標値に一致するように前記制御量を制御するフィードバック制御系統に切り替えて制御を行ってもよい。
　上記の構成によれば、予測制御系統による制御で制御量が過大に変化した場合に、フィードバック制御系統による制御で制御量を小さくすることができる。
　本発明の態様１３に係る焼却炉設備は、上記態様１から８のいずれかに記載の制御装置と、焼却炉と、前記焼却炉からの排ガスを用いて蒸気を発生させるボイラと、前記ボイラにより発生した蒸気を過熱する過熱器と、前記過熱器により過熱された蒸気の温度を低下させる前記減温器と、を備えている。
　本発明の態様１４に係る予測モデル作成装置は、上記態様３から１１のいずれかに記載の制御装置に用いられる前記予測モデルを作成する予測モデル作成装置であって、計測された前記プロセス値を入力データとし、計測された前記制御量を出力データとして、前記入力データを用いて予測される前記予測値の前記出力データに対する偏差を最小にする前記予測モデルの重みを学習により決定する重み決定部を備えている。
　上記の構成によれば、予測精度の高い予測モデルを作成することができる。
　本発明の態様１５に係る予測モデル作成装置は、上記態様１４において、前記説明変数が、前記プロセス値の現在値と前記プロセス値の現在から第２所定時間前の値との差であり、前記予測モデル作成装置が、プロセス値のそれぞれについて前記予測モデルの精度が最も高くなるように前記第２所定時間を設定する時間設定部をさらに備えていてもよい。
　上記の構成によれば、予測モデルを用いた予測部による予測の精度を向上させることができる。
　本発明の態様１６に係る制御方法は、焼却炉と、前記焼却炉からの排ガスを用いて蒸気を発生させるボイラと、前記ボイラにより発生した蒸気を過熱する少なくとも２つの過熱器と、隣り合う２つの前記過熱器の間で前段の前記過熱器により過熱された蒸気の温度を低下させる減温器とを備える焼却炉設備における制御対象の制御量を制御する制御方法であって、前記制御量に影響を及ぼす前記焼却炉設備における複数のプロセス値に基づいて制御時点での前記制御量の予測値を予測する予測工程と、前記制御量を制御するために前記制御対象に与える入力の大きさを示す入力値を前記予測値に基づいて算出し、前記制御量を前記入力値に基づいて制御する制御工程と、を含んでいる。
　これにより、態様１に係る制御装置と同じく、プロセス値の影響を軽減するように制御量の制御を行うことができる。
　〔付記事項〕
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。また、実施形態にそれぞれ開示された異なる技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　１　焼却炉
　３　制御装置
　４　予測モデル作成装置
　３１　予測部
　４１　重み決定部
　４２　時間設定部
　１００　焼却炉設備
　１３１　乾燥火格子（火格子）
　１３２　燃焼火格子（火格子）
　１３３　後燃焼火格子（火格子）
　２４１　１次減温器（減温器）
　２４２　２次減温器（減温器）
　２３１　１次過熱器（過熱器）
　２３２　２次過熱器（過熱器）
　２３３　３次過熱器（過熱器）
　２５１　１次注水弁（注水弁）
　２５２　２次注水弁（注水弁）
　ＰＣＳ　予測制御系統
　ＦＢＣＳ　フィードバック制御系統

Claims (16)

  1. 　焼却炉と、前記焼却炉からの排ガスを用いて蒸気を発生させるボイラと、前記ボイラにより発生した蒸気を過熱する過熱器と、前記過熱器により過熱された蒸気の温度を低下させる減温器とを備える焼却炉設備における制御量を制御する制御装置であって、
    　前記制御量に影響を及ぼす前記焼却炉設備における複数のプロセス値に基づいて制御時点での前記制御量の予測値を予測する予測部と、
    　前記制御量を制御するための制御対象に与える入力の大きさを示す入力値を前記予測値に基づいて算出し、前記制御量を前記入力値に基づいて制御する制御部と、を備えていることを特徴とする制御装置。
  2. 　前記予測部は、前記予測値として、前記制御量の現在から第１所定時間後までの変化量を予測することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記第１所定時間は、制御の遅れ要素に基づく遅延時間であり、
    　前記予測部は、前記制御量の現在から前記第１所定時間後の値と前記制御量の現在値との差を目的変数とし、前記プロセス値を説明変数とする予測モデルに基づいて前記制御量を予測することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
  4. 　前記説明変数は、前記プロセス値の現在値と前記プロセス値の現在から第２所定時間前の値との差であることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
  5. 　前記制御量は前記過熱器の出口における蒸気温度であり、
    　前記目的変数は、前記蒸気温度の現在から前記第１所定時間後の値と前記蒸気温度の現在値との差であることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
  6. 　前記説明変数は、前記プロセス値の現在値と前記プロセス値の現在から第２所定時間前の値との差であることを特徴とする請求項５に記載の制御装置。
  7. 　前記制御量は、前記過熱器の出口の蒸気温度であり、
    　前記制御部は、前記減温器への冷却水の注入量を調整する注水弁に与える前記入力値を前記予測値に基づいて算出し、前記注水弁の開度を前記入力値に基づいて前記蒸気温度についての前記差に応じた複数の段階で制御することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
  8. 　前記制御量は、前記過熱器の出口の蒸気温度であり、
    　前記制御部は、前記焼却炉における廃棄物の焼却量を調整する給塵装置に与える前記入力値を前記予測値に基づいて算出し、前記給塵装置が廃棄物を供給する速度を、前記入力値に基づいて前記蒸気温度についての前記差に応じた複数の段階で制御することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
  9. 　前記制御量は、前記過熱器の出口の蒸気温度であり、
    　前記制御部は、前記ボイラの蒸気と低温熱源により熱交換する熱交換器の熱交換量を調整する前記熱交換器に与える前記入力値を前記予測値に基づいて算出し、前記熱交換量を前記入力値に基づいて前記蒸気温度についての前記差に応じた複数の段階で制御することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
  10. 　前記制御量は、前記過熱器の出口の蒸気温度であり、
    　前記制御部は、前記ボイラの蒸気を通す配管の温度を調整する温度調整器に与える前記入力値を前記予測値に基づいて算出し、前記温度調整器の設定温度を前記入力値に基づいて前記蒸気温度についての前記差に応じた複数の段階で制御することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
  11. 　前記焼却炉は、火格子と、当該火格子に供給する燃焼空気の温度を調整する空気予熱器とを有し、
    　前記制御量は、前記過熱器の出口の蒸気温度であり、
    　前記制御部は、前記空気予熱器に与える前記入力値を前記予測値に基づいて算出し、前記入力値に基づいて前記空気予熱器の温度を制御することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
  12. 　前記制御部は、前記予測値に基づいた前記制御量の制御を行う予測制御系統を用いて制御を行っている場合、前記予測値に対する前記制御量の現在値の偏差が所定値を超えるときに、前記制御量が目標値に一致するように前記制御量を制御するフィードバック制御系統に切り替えて制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
  13. 　請求項１から１２のいずれか１項に記載の制御装置と、
    　焼却炉と、
    　前記焼却炉からの排ガスを用いて蒸気を発生させるボイラと、
    　前記ボイラにより発生した蒸気を過熱する過熱器と、
    　前記過熱器により過熱された蒸気の温度を低下させる前記減温器と、を備えていることを特徴とする焼却炉設備。
  14. 　請求項３から１１のいずれか１項に記載の制御装置に用いられる前記予測モデルを作成する予測モデル作成装置であって、
    　計測された前記プロセス値を入力データとし、計測された前記制御量を出力データとして、前記入力データを用いて予測される前記予測値の前記出力データに対する偏差を最小にする前記予測モデルの重みを学習により決定する重み決定部を備えていることを特徴とする予測モデル作成装置。
  15. 　前記説明変数は、前記プロセス値の現在値と前記プロセス値の現在から第２所定時間前の値との差であり、
    　前記予測モデル作成装置は、プロセス値のそれぞれについて前記予測モデルの精度が最も高くなるように前記第２所定時間を設定する時間設定部をさらに備えていることを特徴とする請求項１４に記載の予測モデル作成装置。
  16. 　焼却炉と、前記焼却炉からの排ガスを用いて蒸気を発生させるボイラと、前記ボイラにより発生した蒸気を過熱する過熱器と、前記過熱器により過熱された蒸気の温度を低下させる減温器とを備える焼却炉設備における制御量を制御する制御方法であって、
    　前記制御量に影響を及ぼす前記焼却炉設備における複数のプロセス値に基づいて制御時点での前記制御量の予測値を予測する予測工程と、
    　前記制御量を制御するための制御対象に与える入力の大きさを示す入力値を前記予測値に基づいて算出し、前記制御量を前記入力値に基づいて制御する制御工程と、を含んでいることを特徴とする制御方法。
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