CN112219065A - 燃烧设备的状态量推定方法、燃烧控制方法及燃烧控制装置 - Google Patents

Abstract

推定在使被燃烧物燃烧的燃烧设备中难以直接计测的状态量。使用状态空间模型来推定目标变量，其中该状态空间模型将在使被燃烧物燃烧的燃烧设备中难以直接计测的一个以上的状态量设为上述目标变量，将在设置于上述燃烧设备的一个以上的观测点能够直接计测的一个以上的观测量及/或能够根据上述一个以上的观测量通过运算求出的一个以上的运算量设为解释变量。

Description

燃烧设备的状态量推定方法、燃烧控制方法及燃烧控制装置

技术领域

本发明涉及燃烧设备的状态量推定方法、燃烧控制方法及燃烧控制装置。

背景技术

以往，在垃圾焚烧设施和生物质焚烧设施等的燃烧设备中，使用燃烧设备内的各种状态量进行燃烧设备的燃烧控制。燃烧设备的各种状态量是使用与该状态量相应的计测器而计测的(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-021686号公报

发明内容

但是，在燃烧设备的状态量中也存在使用计测器难以直接计测的状态量。

本发明是鉴于上述方面而做出的，其目的之一在于推定在使被燃烧物燃烧的燃烧设备中难以直接计测的状态量。

为了解决上述课题，本发明的一个方案是一种燃烧设备的状态量推定方法，推定在使被燃烧物燃烧的燃烧设备中难以直接计测的一个以上的状态量，该方法的特征在于，使用状态空间模型推定目标变量，其中该状态空间模型将上述一个以上的状态量设为上述目标变量，将在设置于上述燃烧设备的一个以上的观测点能够直接计测的一个以上的观测量及/或能够根据上述一个以上的观测量通过运算求出的一个以上的运算量设为解释变量。

根据这样的方案，通过对燃烧设备适用状态空间模型，能够推定在燃烧设备中难以直接计测的状态量。

另外，本发明的其他一个方案的特征在于，在上述一个方案中，使用了上述状态空间模型的上述目标变量的推定通过利用计算机的处理器执行以下步骤而进行：使表示第k-1个时间步中的上述状态量与第k个时间步中的上述状态量之间的关系的状态方程式存储于上述计算机的存储器的步骤；使表示第k个时间步中的上述状态量与第k个时间步中的上述观测量及/或上述运算量之间的关系的观测方程式存储于上述存储器的步骤；从上述存储器读出上述状态方程式，并将第k-1个时间步中的上述状态量适用于上述状态方程式而对第k个时间步中的上述状态量的推定值进行运算的步骤；从上述存储器读出上述观测方程式，并将第k个时间步中的上述状态量的上述推定值适用于上述观测方程式而对第k个时间步中的上述观测量及/或上述运算量的预测值进行运算的步骤；在上述观测点使用计测器获取上述观测量的实际的观测值的步骤；对上述观测量的上述预测值与上述观测值的差值进行运算的步骤；和基于上述差值对第k个时间步中的上述状态量的上述推定值进行修正的步骤。

根据这样的方案，通过基于观测量的预测值与实际计测出的观测值的差值对状态量的推定值进行修正，而能够高精度地推定在燃烧设备中难以直接计测的状态量。

另外，本发明的其他一个方案的特征在于，在上述一个方案中，上述观测量的上述实际的观测值是在第k+N个时间步中计测出的值，上述差值是第k+N个时间步中的上述预测值与上述观测值的差值。

另外，本发明的其他一个方案的特征在于，在上述一个方案中，上述N表示与上述燃烧设备中的上述状态量的时间变化与上述观测量的时间变化的相关关系相应的时间差。

根据这样的方案，在燃烧设备中状态量与观测量的表现存在时间差的情况下，也能够高精度地推定状态量。

另外，本发明的其他一个方案的特征在于，在上述一个方案中，上述状态量包含上述被燃烧物的状态量、催化剂的状态量以及与流化介质的流化状态相对应的状态量中的至少一个。

另外，本发明的其他一个方案的特征在于，在上述一个方案中，上述被燃烧物的状态量包含上述被燃烧物的低位发热量、高位发热量、水分含量、可燃成分含量、灰分含量、碳含量、氢含量、氮含量、硫含量、氯含量、汞含量、垃圾类别以及垃圾类别组成比例中的至少一个。

根据这样的方案，能够推定在燃烧设备中难以直接计测的各种状态量。

另外，本发明的其他一个方案的特征在于，在上述一个方案中，上述观测量及上述运算量包含上述被燃烧物的重量、体积、密度及供给量、上述燃烧设备的内部温度、出口温度、内部压力、供给空气量、供给水量、供给药剂量及产生热量、从上述燃烧设备排出的废气的流量、流速、密度及温度、上述废气所包含的一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氮氧化物浓度、硫氧化物浓度、氯化氢浓度、水分浓度、汞浓度、煤尘浓度、氧气浓度及氮气浓度、冷却上述废气的锅炉设备的蒸汽流量、蒸汽压力、蒸汽温度、供水流量及保有水量、以及向上述废气供给的药剂量中的至少一个。

根据这样的方案，能够使用这些各种观测量及/或运算量，推定在燃烧设备中难以直接计测的状态量。

另外，本发明的其他一个方案是一种燃烧设备的燃烧控制方法，其特征在于，基于遵照上述一个方案的燃烧设备的状态量推定方法推定出的状态量进行上述燃烧设备的燃烧控制。

根据这样的方案，能够基于在燃烧设备中难以直接计测的状态量的推定进行燃烧设备的燃烧控制。

另外，本发明的其他一个方案是进行使被燃烧物燃烧的燃烧设备的燃烧控制的燃烧控制装置，上述燃烧控制装置构成为使用状态空间模型，推定状态量，并基于推定出的上述状态量进行上述燃烧设备的燃烧控制，其中该状态空间模型将在上述燃烧设备中难以直接计测的一个以上的上述状态量设为目标变量，将在设置于上述燃烧设备的一个以上的观测点能够直接计测的一个以上的观测量及/或能够根据上述一个以上的观测量通过运算求出的一个以上的运算量设为解释变量，上述燃烧控制装置具备处理器及存储器，上述存储器存储表示第k-1个时间步中的上述状态量与第k个时间步中的上述状态量之间的关系的状态方程式、和表示第k个时间步中的上述状态量与第k个时间步中的上述观测量及/或上述运算量之间的关系的观测方程式，上述处理器构成为为了进行使用了上述状态空间模型的上述状态量的推定而执行以下步骤：从上述存储器读出上述状态方程式，并将第k-1个时间步中的上述状态量适用于上述状态方程式而对第k个时间步中的上述状态量的推定值进行运算的步骤；从上述存储器读出上述观测方程式，并将第k个时间步中的上述状态量的上述推定值适用于上述观测方程式而对第k个时间步中的上述观测量及/或上述运算量的预测值进行运算的步骤；在上述观测点使用计测器获取上述观测量的实际的观测值的步骤；对上述观测量的上述预测值与上述观测值的差值进行运算的步骤；和基于上述差值对第k个时间步中的上述状态量的上述推定值进行修正的步骤。

根据这样的方案，能够基于在燃烧设备中难以直接计测的状态量的推定进行燃烧设备的燃烧控制。

附图说明

图1是作为燃烧设备的一个例子的炉排式焚烧设施的结构图。

图2是用于实施推定燃烧设备中的状态量的方法的状态量推定处理的流程图。

图3是炉排式焚烧设施中的几个例示性的状态量、观测量及运算量的时间推移的一个例子。

具体实施方式

以下一边参照附图一边详细地说明本发明的实施方式。

图1是作为燃烧设备的一个例子的炉排式焚烧设施20的结构图。以下说明将本发明适用于炉排式焚烧设施20的实施方式，但本发明的适用对象并不限定于炉排式焚烧设施20。本发明的技术思想例如能够适用于炉排式以外的方式的垃圾焚烧设施(例如流化床式焚烧设施)、生物质焚烧设施或其他的用于使被燃烧物燃烧的任意形态的燃烧设备。

通过垃圾吊22的作用被投入到垃圾料斗23中的被燃烧物(垃圾)a通过垃圾供给装置24的作用而被送入到炉排式焚烧炉21的内部。垃圾供给装置24通过液压缸而被驱动，能够通过使其油量或液压变化来调节被燃烧物a的供给速度。

被送入到炉排式焚烧炉21的内部的被燃烧物a通过垃圾输送装置25a～25c的作用，被依次向干燥带21a、燃烧带21b、后燃烧带21c移送，在该过程中与一次燃烧空气ba～bc发生反应，由此被焚烧。另外，从干燥带21a、燃烧带21b、后燃烧带21c产生的可燃气体成分在它们的上部空间即二次燃烧室中，与二次燃烧空气bd发生反应而被完全燃烧。燃渣作为底灰c被排出。在此，垃圾输送装置25a～25c通过液压缸而被驱动，能够通过使其油量或液压变化来调节被燃烧物a的移送速度。

一次燃烧空气ba～bc通过一次燃烧空气鼓风机26升压至规定压力，并在此基础上经过一次燃烧空气调节风门27a～27c，从干燥带21a、燃烧带21b、后燃烧带21c各自的下部向炉排式焚烧炉21的内部供给。另外，二次燃烧空气bd通过二次燃烧空气鼓风机28升压至规定压力，并在此基础上经过二次燃烧空气调节风门29，向炉排式焚烧炉21的内部供给。在此，所供给的一次燃烧空气ba、bb、bc及二次燃烧空气bd的流量能够通过使一次燃烧空气鼓风机26或二次燃烧空气鼓风机28的转速、一次燃烧空气调节风门27a～27c或二次燃烧空气调节风门29的开度变化而进行调节。

通过炉排式焚烧炉21内部的被燃烧物a的燃烧而产生的燃烧废气d被从炉排式焚烧炉21的出口排出，在经由废热锅炉30被冷却后，经由由药剂喷雾设备、袋滤器、脱硝催化剂塔等构成的废气净化装置31被除去有害物质和飞灰，在此基础上被从烟囱32向大气排出。

此外，燃烧废气d的一部分在废气净化装置31的内部或其下游分支，经由废气再循环送风机33，作为再循环废气f而返回到焚烧炉21。在此，返回的再循环废气f的流量能够通过使废气再循环送风机33的转速、再循环废气量调节风门34的开度变化而进行调节。

另外，在废热锅炉30中，通过与燃烧废气d的热交换而产生蒸汽g，其被引导到汽轮发电机35而进行发电利用。

而且，在焚烧炉21的二次燃烧室中，被供给为了降低炉内温度而供给的炉内冷却水h、和用于炉内的脱硝反应的脱硝药剂i。作为脱硝药剂i，通常使用尿素水或氨水。在此，炉内冷却水h及脱硝药剂i的流量能够分别通过使炉内冷却水量调节阀36及脱硝药剂量调节阀37的开度变化而进行调节。

另外，在本实施例中的焚烧设施20中，从检测是否恰当地保持着焚烧炉21内的垃圾的燃烧状态、且在废热锅炉30中得到了所期望的蒸汽量的目的出发，设置有温度计、压力计、流量计、废气浓度计等多个计测器。作为该多个计测器中的、尤其用于燃烧状态的管理的计测器，在图2中图示了火焰位置检测装置41、焚烧炉出口废气温度计42、锅炉出口废气氧浓度计43、烟囱废气浓度计44、蒸汽流量计45。

火焰位置检测装置41构成并设置为通过对关于炉排式焚烧炉21的内部状况所得到的图像信息进行规定的图像处理而有效地检测焚烧炉21内部的火焰位置的装置。

焚烧炉出口废气温度计42构成并设置为能够有效地测定炉排式焚烧炉21的出口处的燃烧废气d的温度。

锅炉出口废气氧浓度计43构成并设置为能够有效地测定废热锅炉30的出口处的燃烧废气d的氧气浓度。

烟囱废气浓度计44构成并设置为能够有效地测定烟囱32中的燃烧废气d所包含的各种气体成分的浓度、具体为氧气、一氧化碳、氮氧化物、硫氧化物、氯化氢、汞等的浓度。

蒸汽流量计45构成并设置为能够有效地测定废热锅炉30中的蒸汽产生量。

从这些计测器得到的信息被发送到燃烧控制装置50，该燃烧控制装置50基于该信息进行焚烧炉21的运转控制。

在燃烧控制装置50中，将以上述的火焰位置、焚烧炉出口废气温度、锅炉出口废气氧浓度、烟囱废气浓度、蒸汽流量等管理指标不脱离规定的管理范围的方式运转控制焚烧炉21设为目的，设置有将这些管理指标本身或与这些管理指标关联深的物理量作为控制量的控制逻辑。具体而言，参照上述的火焰位置、焚烧炉出口废气温度、锅炉出口废气氧浓度、烟囱废气浓度、蒸汽流量等计测值，调节上述的垃圾供给装置24及垃圾输送装置25a～25c的油量和/或液压、一次燃烧空气鼓风机26、二次燃烧空气鼓风机28及废气再循环送风机33的转速、以及一次燃烧空气调节风门27a～27c、二次燃烧空气调节风门29、再循环废气量调节风门34、炉内冷却水量调节阀36及脱硝药剂量调节阀37的开度等。由此，进行恰当地保持焚烧炉21内的垃圾的燃烧状态、且得到所期望的蒸汽流量那样的焚烧炉21的运转控制。

除了这些功能以外，本实施例中的燃烧控制装置50还构成为，能够使用状态空间模型推定在炉排式焚烧炉21中通常无法直接计测或难以直接计测的状态量，即炉内的被燃烧物a的状态量、更具体为被供给到炉排式焚烧炉21的炉排片上的上述被燃烧物a的供给量、以及滞留在炉排式焚烧炉21的炉排片上的上述被燃烧物a的低位发热量、高位发热量、水分含量、可燃成分含量、灰分含量、碳含量、氢含量、氮含量、硫含量、氯含量、汞含量、垃圾类别、以及垃圾类别组成比例中的至少一个，并基于该推定出的一个或多个状态量进行焚烧炉21的燃烧控制。

因此本实施例中的燃烧控制装置50为了推定这些无法直接计测或难以直接计测的状态量，而利用在设置于炉排式焚烧设施20的各处的观测点直接计测出的一个以上的观测量、及/或能够根据该观测量通过运算理论地或凭经验地求出的一个以上的运算量。具体而言，作为在炉排式焚烧设施20内的观测点直接计测的观测量，例如能够利用上述的基于各种计测器计测出的计测值、即由焚烧炉出口废气温度计42测定出的炉排式焚烧炉21的出口处的燃烧废气d的温度、由锅炉出口废气氧浓度计43测定出的废热锅炉30的出口处的燃烧废气d的氧气浓度、由烟囱废气浓度计44测定出的烟囱32中的燃烧废气d所包含的各种气体成分(氧气、一氧化碳、氮氧化物、硫氧化物、氯化氢、汞等)的浓度、以及由蒸汽流量计45测定出的废热锅炉30中的蒸汽产生量中的一个以上。

另外，例如炉排式焚烧设施20也可以具备用于对由垃圾吊22投入到垃圾料斗23中的被燃烧物a的重量进行测定的投入被燃烧物重量计46，也能够将由该投入被燃烧物重量计46测定出的被燃烧物a的重量用作用于推定炉排式焚烧炉21中的状态量的观测量之一。而且，也能够根据由投入被燃烧物重量计46测定出的被燃烧物a的重量，遵照规定的理论公式或经验法则，导出例如残留在垃圾料斗23内的被燃烧物a的容量、被燃烧物a的密度、以及通过被燃烧物a在炉排式焚烧炉21的炉排片上热分解及/或燃烧反应而产生的热量等的运算量，并将所得到的运算量与上述各种观测量一起用于推定炉排式焚烧炉21中的状态量。

用于供本实施例的燃烧控制装置50推定炉排式焚烧炉21中无法直接计测或难以直接计测的状态量的观测量及运算量并不限于上述的观测量及运算量。本实施例的燃烧控制装置50作为观测量及运算量，能够利用被燃烧物a的重量、体积、密度及供给量、焚烧炉21的内部温度、出口温度、内部压力、供给空气量、供给水量、供给药剂量及产生热量、从焚烧炉21排出的燃烧废气d的流量、流速、密度及温度、燃烧废气d所包含的一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氮氧化物浓度、硫氧化物浓度、氯化氢浓度、水分浓度、汞浓度、煤尘浓度、氧气浓度及氮气浓度、冷却燃烧废气d的废热锅炉30的蒸汽流量、蒸汽压力、蒸汽温度、供水流量及保有水量以及向燃烧废气d供给的药剂量中的至少一个。为了恰当地计测这些观测量，炉排式焚烧设施20在设施内的规定观测点处配备温度计、压力计、流量计、废气浓度计等计测器，为了推定状态量而将通过各计测器得到的观测量的值向燃烧控制装置50发送。

燃烧控制装置50构成为使用状态空间模型推定上述一个以上的状态量，其中该状态空间模型将在炉排式焚烧炉21中无法直接计测或难以直接计测的上述一个以上的状态量设为目标变量，将在设置于炉排式焚烧设施20的各处的观测点直接计测出的上述一个以上的观测量及/或能够根据该观测量通过运算理论地或凭经验地求出的上述一个以上的运算量设为解释变量。

作为具体结构，燃烧控制装置50构成为至少具备处理器及存储器的计算机。燃烧控制装置50的存储器构成为存储用于执行后述的状态量推定处理的各步骤的程序、以及后述的状态方程式及观测方程式。燃烧控制装置50的处理器构成为从上述存储器读出上述程序，遵照所读出的程序执行后述的状态量推定处理的各步骤。

图2示出了本发明的一个实施方式的、用于实施推定燃烧设备中的状态量的方法的状态量推定处理的流程图。以下说明将本发明的方法适用于上述图1的炉排式焚烧设施20的实施方式，但本发明的适用对象并不限定于炉排式焚烧设施20。本发明的技术思想能够适用于例如炉排式以外的方式的垃圾焚烧设施、生物质焚烧设施或其他的用于使被燃烧物燃烧的任意形态的燃烧设备。

首先，在步骤1中，燃烧控制装置50的处理器确定在燃烧设备(炉排式焚烧设施20)中无法直接计测或难以直接计测的状态量Xi(i是正整数)的初始值Xi(0/0)。初始值Xi(0/0)期望尽可能接近实际值，但因为通过重复实施以下的各步骤会将状态量Xi修正成正确的值，因此可以将初始值确定为适当的值。

接着，在步骤2中，燃烧控制装置50的处理器确定表示第k-1个时间步中的状态量Xi(k-1/k-1)与第k个时间步中的状态量Xi(k/k-1)之间的关系的状态方程式Xi(k/k-1)＝F(Xi(k-1/k-1)，u，A(k))，使所确定的状态方程式存储于燃烧控制装置50的存储器。在此，F是规定状态方程式的函数，u是白噪声，A(k)是根据燃烧设备的结构、特性及环境条件等确定的函数。状态量Xi(k/k-1)表示根据状态方程式推定的第k个时间步中的状态量Xi。例如，在状态量Xi(k/k-1)与状态量Xi(k-1/k-1)之间具有线性关系的情况下，状态方程式能够记述为以下。

Xi(k/k-1)＝A₁(k)Xi(k-1/k-1)+A₂(k)u

接着，在步骤3中，燃烧控制装置50的处理器确定表示第k个时间步中的状态量Xi(k/k-1)与第k+N个时间步(N为整数)中的观测量Yj(k+N)(j是正整数)之间的关系的观测方程式Yj(k+N)＝G(Xi(k/k-1)，v，B(k))，使所确定的观测方程式存储于燃烧控制装置50的存储器。在此，G是规定状态方程式的函数，v是在计测观测量时产生的作为观测噪声的白噪声，B(k)是根据燃烧设备的结构、特性及环境条件等确定的函数。观测量Yj(k+N)表示预想在后述的步骤6中在燃烧设备内的规定观测点处计测的、观测量Yj的预测值。此外Yj(k+N)可以包含能够根据观测量通过运算理论地或凭经验地求出的运算量，或者也可以被置换成这样的运算量。例如，在观测量Yj(k+N)与状态量Xi(k/k-1)之间具有线性关系的情况下，观测方程式能够记述成以下。

Yj(k+N)＝B₁(k)Xi(k/k-1)+v

N的值优选设定成表示与燃烧设备中的状态量Xi的时间变化与观测量Yj的时间变化的相关关系相应的时间差的值。状态量Xi与观测量Yj的时间差N有可能会因例如燃烧设备的工艺上的原因、计测器的测定延迟等而产生。这样的时间差作为设为对象的燃烧设备的特性而能够预先凭实验或理论获知。例如，在某个状态量Xi示出了特定的时间变化并经过一小时后在某个观测量Yj中显现出与该时间变化相关的时间变化那样的燃烧设备中，N的值优选设定为表示一小时这一时间差的值。由此，在状态量和观测量的表现存在时间差那样的燃烧设备中，也能够高精度地推定状态量。

接着，在步骤4中，燃烧控制装置50的处理器从燃烧控制装置50的存储器读出状态方程式，并将第k-1个时间步中的状态量Xi(k-1/k-1)适用于状态方程式，由此对第k个时间步中的状态量的推定值Xi(k/k-1)进行运算。例如，通过将状态量的初始值Xi(0/0)(即第0个时间步中的状态量)适用于状态方程式而得到推定值Xi(1/0)，通过将第1个时间步中的状态量Xi(1/1)适用于状态方程式而得到推定值Xi(2/1)，通过将第2个时间步中的状态量Xi(2/2)适用于状态方程式而得到推定值Xi(3/2)，以下是同样的。

接着，在步骤5中，燃烧控制装置50的处理器从燃烧控制装置50的存储器读出观测方程式，并将在步骤4中得到的第k个时间步中的状态量的推定值Xi(k/k-1)适用于观测方程式，由此对第k+N个时间步中的观测量(及/或运算量)的预测值Yj(k+N)进行运算。例如，通过将第1个时间步中的状态量的推定值Xi(1/0)适用于观测方程式而得到观测量的预测值Yj(1+N)，通过将第2个时间步中的状态量的推定值Xi(2/1)适用于观测方程式而得到观测量的预测值Yj(2+N)，以下是同样的。

接着，在步骤6中，燃烧控制装置50的处理器从设置于燃烧设备内的一个以上的观测点的计测器，获取在第k+N个时间步中直接计测出的观测量的实际观测值Yj*(k+N)。另外，根据需要，燃烧控制装置50的处理器也可以根据所获取的观测值Yj*(k+N)通过运算理论地或凭经验地求出上述的运算量。以下，设为Yj*(k+N)这种表述存在也包含这样的运算量的情况。

接着，在步骤7中，燃烧控制装置50的处理器对在步骤5中得到的观测量的预测值Yj(k+N)与在步骤6中得到的观测量的实际观测值Yj*(k+N)的差值ej(k+N)进行运算。例如，在将N的值设定为N＝0的实施例中，在第1个时间步中得到差值ej(1)，在第2个时间步中得到差值ej(2)，以下是同样的。另外例如，在将N的值设定为N≠0的实施例中，在第1个时间步中得到差值ej(1+N)，在第2个时间步中得到差值ej(2+N)，以下是同样的。

接着，在步骤8中，燃烧控制装置50的处理器基于在步骤7中得到的观测量的预测值与实际观测值的差值ej(k+N)对在步骤4中得到的第k个时间步中的状态量的推定值Xi(k/k-1)进行修正。更具体地说，燃烧控制装置50的处理器遵照下述算式

Xi(k/k)＝E(Xi(k/k-1)，Yj*(k+N)，K(k+N))

对修正后的状态量Xi(k/k)进行运算。在此，K(k)是根据观测量的预测误差(即在步骤7中得到的差值)ej(k)和观测误差v确定的函数，更具体而言，使用预测误差ej(k)的方差协方差矩阵P(k)和观测误差v的方差Q(k)表示成

K(k)＝P(k)B₁(k)^T(B₁(k)P(k)B₁(k)^T+Q(k))^-1。

例如，函数E能够记述成以下。

Xi(k/k)＝Xi(k/k-1)+K(k+N)(Yj*(k+N)-B₁(k+N)Xi(k+N/k+N-1))

在步骤8之后，燃烧控制装置50的处理器通过重复执行步骤4到步骤8的处理，而能够依次确定任意时间步中的状态量Xi(k/k)。在上述的步骤6中无法从计测器获取观测值Yj*(k+N)的情况下，对于该时间步，代替执行步骤7及8，为了方便看作Xi(k/k)＝Xi(k/k-1)，对于下一时间步再从步骤4执行处理，由此即使观测数据存在缺损也能够持续进行状态量的推定。

根据本实施方式的状态量推定方法，考虑状态量Xi与观测量Yj的表现的时间差N来推定状态量，因此在状态量Xi的变化不会立刻反映到观测量Yj的变化而状态量Xi的时间变化与观测量Yj的时间变化的相关关系存在比较大的时间差那样的燃烧设备中，也能够高精度地推定状态量。此外，时间差N可以是不变的值，也可以是经时地或根据其他条件发生变化的值。

图3示出了图1所示的炉排式焚烧设施20中的几个例示性的状态量、观测量及运算量的时间推移的一个例子。图3作为观测量之一而示出被燃烧物料斗投入量。被燃烧物料斗投入量表示由垃圾吊22投入到垃圾料斗23中的被燃烧物a的重量，由投入被燃烧物重量计46以规定时间间隔进行测定。图3还作为根据观测量通过规定运算得到的运算量而示出被燃烧物料斗剩余容量、被燃烧物密度及燃烧炉产生热量。被燃烧物料斗剩余容量表示残留在垃圾料斗23内的被燃烧物a的容量，燃烧炉产生热量表示通过被燃烧物a在炉排式焚烧炉21的炉排片上热分解及/或燃烧反应而产生的热量。其中的被燃烧物料斗剩余容量及被燃烧物密度能够根据由投入被燃烧物重量计46测定出的观测量即上述的被燃烧物料斗投入量，遵照规定的理论公式或经验法则而计算出。另外，燃烧炉产生热量能够根据废热锅炉30中的蒸汽g的产生量遵照规定的理论公式或经验法则而计算出。图3还示出了被燃烧物燃烧炉投入量及被燃烧物发热量。被燃烧物燃烧炉投入量表示从暂时蓄存被燃烧物a的垃圾料斗23通过垃圾供给装置24向炉排式焚烧炉21每单位时间投入的被燃烧物a的重量，被燃烧物发热量表示使被燃烧物a燃烧时预计产生的每单位重量的发热量。被燃烧物燃烧炉投入量及被燃烧物发热量是通过将上述的被燃烧物料斗投入量、被燃烧物料斗剩余容量、被燃烧物密度及燃烧炉产生热量作为观测量或运算量而实施本实施方式的状态量推定方法来进行推定的状态量。

燃烧控制装置50基于这样推定出的状态量、例如被燃烧物燃烧炉投入量或被燃烧物发热量，进行炉排式焚烧炉21的燃烧控制。

例如，燃烧控制装置50基于所推定出的被燃烧物燃烧炉投入量，调节垃圾供给装置24或垃圾输送装置25a～25c的动作速度，由此进行炉排式焚烧炉21的炉排片上的被燃烧物a的滞留量成为固定那样的控制。更具体而言，例如在被燃烧物燃烧炉投入量具有减少倾向的情况下，通过加快垃圾供给装置24的动作速度，而进行使炉排式焚烧炉21的炉排片上的被燃烧物a的滞留量增加那样的调节。或者，在被燃烧物燃烧炉投入量具有增加倾向的情况下，通过减慢垃圾输送装置25a的动作速度，而进行使炉排式焚烧炉21的炉排片上的被燃烧物a的滞留量减少那样的调节。

另外例如，燃烧控制装置50基于所推定出的被燃烧物发热量，调节垃圾供给装置24或垃圾输送装置25a～25c的动作速度，由此进行在炉排式焚烧炉21内通过被燃烧物a的燃烧而产生的热量成为固定那样的控制。更具体而言，例如在被燃烧物发热量具有减少倾向的情况下，通过加快垃圾供给装置24的动作速度，而使炉排式焚烧炉21的炉排片上的被燃烧物a的滞留量增加，由此进行使焚烧炉21内的产生热量增加那样的调节。或者，在被燃烧物发热量具有增加倾向的情况下，通过减慢垃圾输送装置25a的动作速度，而使炉排式焚烧炉21的炉排片上的被燃烧物a的滞留量减少，由此进行使焚烧炉21内的产生热量减少那样的调节。

此外，进行炉排式焚烧炉21的燃烧控制的方法并不限于调节垃圾供给装置24或垃圾输送装置25a～25c的动作速度。例如，燃烧控制装置50也可以构成为，基于所推定出的状态量，调节一次燃烧空气调节风门27a～27c的开度、二次燃烧空气调节风门29的开度、为了调整焚烧炉21内的温度而供给的炉内冷却水h的流量、用于焚烧炉21内的脱硝反应的反应药剂i的供给量等。

在上述实施方式中，燃烧控制装置50构成为对炉排式焚烧炉21的炉内的被燃烧物a的状态量进行推定，但也能够以与上述相同的方法推定其他状态量，例如废气净化装置31中的脱硝催化剂的状态量、作为不同于图1所示的炉排式焚烧设施20的方式的焚烧设施的流化床式焚烧设施的焚烧炉内的、与滞留在流化层内的被燃烧物的状态量或流化介质的流化状态相对应的状态量。

以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并不限定于此，能够在不脱离其要旨的范围内进行各种变更。

附图标记说明

20 炉排式焚烧设施

21 炉排式焚烧炉

21a 干燥带

21b 燃烧带

21c 后燃烧带

22 垃圾吊

23 垃圾料斗

24 垃圾供给装置

25a～25c 垃圾输送装置

26 一次燃烧空气鼓风机

27a～27c 一次燃烧空气调节风门

28 二次燃烧空气鼓风机

29 二次燃烧空气调节风门

30 废热锅炉

31 废气净化装置

32 烟囱

33 废气再循环送风机

34 再循环废气量调节风门

35 汽轮发电机

36 炉内冷却水量调节阀

37 脱硝药剂量调节阀

41 火焰位置检测装置

42 焚烧炉出口废气温度计

43 锅炉出口废气氧浓度计

44 烟囱废气浓度计

45 蒸汽流量计

46 投入被燃烧物重量计

50 燃烧控制装置

a 被处理物

ba～bc 一次燃烧空气

bd 二次燃烧空气

c 底灰

d 燃烧废气

f 再循环废气

g 蒸汽

h 炉内冷却水

i 脱硝药剂

Claims (9)

1.一种燃烧设备的状态量推定方法，推定在使被燃烧物燃烧的燃烧设备中难以直接计测的一个以上的状态量，所述燃烧设备的状态量推定方法的特征在于，

使用状态空间模型推定目标变量，其中该状态空间模型将所述一个以上的状态量设为所述目标变量，将在设置于所述燃烧设备的一个以上的观测点能够直接计测的一个以上的观测量及/或能够根据所述一个以上的观测量通过运算求出的一个以上的运算量设为解释变量。

2.如权利要求1所述的燃烧设备的状态量推定方法，其特征在于，

通过利用计算机的处理器执行以下步骤而进行使用了所述状态空间模型的所述目标变量的推定：

使表示第k-1个时间步中的所述状态量与第k个时间步中的所述状态量之间的关系的状态方程式存储于所述计算机的存储器的步骤；

使表示第k个时间步中的所述状态量与第k个时间步中的所述观测量及/或所述运算量之间的关系的观测方程式存储于所述存储器的步骤；

从所述存储器读出所述状态方程式，并将第k-1个时间步中的所述状态量适用于所述状态方程式而对第k个时间步中的所述状态量的推定值进行运算的步骤；

从所述存储器读出所述观测方程式，并将第k个时间步中的所述状态量的所述推定值适用于所述观测方程式而对第k个时间步中的所述观测量及/或所述运算量的预测值进行运算的步骤；

在所述观测点使用计测器获取所述观测量的实际的观测值的步骤；

对所述观测量的所述预测值与所述观测值的差值进行运算的步骤；和

基于所述差值对第k个时间步中的所述状态量的所述推定值进行修正的步骤。

3.如权利要求2所述的燃烧设备的状态量推定方法，其特征在于，

所述观测量的所述实际的观测值是在第k+N个时间步中计测出的值，所述差值是第k+N个时间步中的所述预测值与所述观测值的差值。

4.如权利要求3所述的燃烧设备的状态量推定方法，其特征在于，

所述N表示与所述燃烧设备中的所述状态量的时间变化与所述观测量的时间变化的相关关系相应的时间差。

5.如权利要求1至4中任一项所述的燃烧设备的状态量推定方法，其特征在于，

所述状态量包含所述被燃烧物的状态量、催化剂的状态量以及与流化介质的流化状态相对应的状态量中的至少一个。

6.如权利要求5所述的燃烧设备的状态量推定方法，其特征在于，

所述被燃烧物的状态量包含所述被燃烧物的低位发热量、高位发热量、水分含量、可燃成分含量、灰分含量、碳含量、氢含量、氮含量、硫含量、氯含量、汞含量、垃圾类别以及垃圾类别组成比例中的至少一个。

7.如权利要求1至6中任一项所述的燃烧设备的状态量推定方法，其特征在于，

所述观测量及所述运算量包含所述被燃烧物的重量、体积、密度及供给量、所述燃烧设备的内部温度、出口温度、内部压力、供给空气量、供给水量、供给药剂量及产生热量、从所述燃烧设备排出的废气的流量、流速、密度及温度、所述废气所包含的一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氮氧化物浓度、硫氧化物浓度、氯化氢浓度、水分浓度、汞浓度、煤尘浓度、氧气浓度及氮气浓度、冷却所述废气的锅炉设备的蒸汽流量、蒸汽压力、蒸汽温度、供水流量及保有水量、以及向所述废气供给的药剂量中的至少一个。

8.一种燃烧设备的燃烧控制方法，其特征在于，

基于遵照权利要求1至7中任一项所记载的燃烧设备的状态量推定方法推定出的状态量进行所述燃烧设备的燃烧控制。

9.一种燃烧设备的燃烧控制装置，进行使被燃烧物燃烧的燃烧设备的燃烧控制，所述燃烧控制装置的特征在于，

所述燃烧控制装置构成为使用状态空间模型，推定状态量，并基于推定出的所述状态量进行所述燃烧设备的燃烧控制，其中该状态空间模型将在所述燃烧设备中难以直接计测的一个以上的状态量设为目标变量，将在设置于所述燃烧设备的一个以上的观测点能够直接计测的一个以上的观测量及/或能够根据所述一个以上的观测量通过运算求出的一个以上的运算量设为解释变量，

所述燃烧控制装置具备处理器及存储器，

所述存储器存储表示第k-1个时间步中的所述状态量与第k个时间步中的所述状态量之间的关系的状态方程式、和表示第k个时间步中的所述状态量与第k个时间步中的所述观测量及/或所述运算量之间的关系的观测方程式，

所述处理器构成为为了进行使用了所述状态空间模型的所述状态量的推定而执行以下步骤：

从所述存储器读出所述状态方程式，并将第k-1个时间步中的所述状态量适用于所述状态方程式而对第k个时间步中的所述状态量的推定值进行运算的步骤；

从所述存储器读出所述观测方程式，并将第k个时间步中的所述状态量的所述推定值适用于所述观测方程式而对第k个时间步中的所述观测量及/或所述运算量的预测值进行运算的步骤；

在所述观测点使用计测器获取所述观测量的实际的观测值的步骤；

对所述观测量的所述预测值与所述观测值的差值进行运算的步骤；和

基于所述差值对第k个时间步中的所述状态量的所述推定值进行修正的步骤。

Images