JP2001241635A - ごみ焼却炉の制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ダイオキシンと相関関係がある指標
成分の濃度と操作量の関係を表わすモデルを利用してご
み焼却炉の操作量を決定することにより、精度よく、低
レベルにダイオキシンの発生を抑制できる制御方法及び
それを用いた制御装置を提供する。 【解決手段】ごみ焼却炉の操作量と前記ごみ焼却炉の排
ガス中のダイオキシン濃度と相関関係がある指標成分の
少なくとも１成分の濃度の因果関係をモデル化した指標
成分濃度推定モデルを有し、前記指標成分濃度推定モデ
ルを利用してごみ焼却炉の操作量を決定する制御方法で
あって、排ガス中における前記指標成分の濃度の計測
値、及び/または前記焼却炉の運転状態を表す状態量の
計測値に基づき、前記指標成分濃度推定モデルのモデル
パラメータを変更することを特徴とするごみ焼却炉の制
御方法及び装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般廃棄物および
産業廃棄物を焼却処理するごみ焼却炉の制御方法及び制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ごみ焼却炉の燃焼制御技術に関して、特
開平１１‐７２２１９号公報及び特開平１１‐７２２２
０号公報はクロロベンゼン類又はダイオキシン類の濃度
を計測し、その濃度と酸素濃度、炉内温度に基づいて焼
却炉へのごみの供給量及び空気量の過不足を判定し、ご
みの供給量及び空気量を調整することを開示する。

【０００３】クロロベンゼン類はＣＯに比べダイオキシ
ンとの相関が強く、また、少なくとも１種類のダイオキ
シンを直接計測することでより正確にダイオキシン総量
又は毒性係数を乗じた毒性等量（ＴＥＱ：Toxic Equiv
alents）を求めることができる。

【０００４】特開平１１‐２３７０２３号公報は燃焼炉
で発生したクロロベンゼン類を測定する手段と制御量を
制御する手段、パラメータ制御手段を有する燃焼装置を
開示する。

【０００５】上記の従来技術はＣＯを指標としたダイオ
キシン抑制制御に比べ、より低レベルにダイオキシンを
抑制制御ができる利点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ダイオ
キシン濃度と空気量及びストーカ速度との相関関係は非
常に複雑である。例えば、同じように空気量を増加させ
た場合であっても、ごみ質の違い、炉内の燃焼状態の違
いにより、ダイオキシンが減少する場合もあれば増加す
る場合もある。更に、ごみの燃焼においては、例えば、
燃焼が激しくなることによってさらに燃焼が加速すると
いったポジティブフィードバックがあるため、現時点の
空気量を増加させるなどの操作量の変更がしばらく後の
炉内の燃焼状態を大きく変化させる恐れがある。したが
って、時間的に少し先の状態を考慮した制御が必要とな
る。従来の方法ではこのような複雑さを全て考慮して、
ファジー制御等の非線型制御アルゴリズムを構築するこ
とは非常に難しく、かつ長時間を要する。

【０００７】また、ダイオキシン類又はダイオキシン前
駆物質を計測する場合、対象とする物質によってダイオ
キシン類又はダイオキシン前駆物質の濃度に大きなばら
つきがあり、一般に前者は後者に比べ１０００分の１程
度の低い濃度である。したがって、これら低濃度の物質
を計測する場合、現時点では計測装置の検出限界のため
数秒オーダーのリアルタイム計測は困難であり、一定時
間（１０分〜１時間程度）に排出された排ガス中のダイ
オキシンを濃縮して計測する等の工夫が必要となる。し
たがって、計測間隔も１０分〜１時間程度となり、その
計測値を利用した一般的なフィードバック制御は困難と
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
する有効な制御方法及び制御装置を提供する。

【０００９】その第１の発明は、ごみ焼却炉の排ガス中
における芳香族系有機塩素化合物の少なくとも１種を含
む指標成分の濃度と前記ごみ焼却炉の操作量との因果関
係をモデル化した指標成分濃度推定モデルを有し、前記
指標成分濃度推定モデルを利用してごみ焼却炉の操作量
を決定する制御方法であって、前記排ガス中における前
記指標成分の濃度の計測値、及び/または前記焼却炉の
運転状態を表す状態量の計測値に基づき、前記指標成分
濃度推定モデルのモデルパラメータを推定モデルの出力
値が計測値と一致するように変更するごみ焼却炉の制御
方法である。

【００１０】第２の発明は、ごみ焼却炉の操作量を入力
とし、前記ごみ焼却炉の排ガス中のダイオキシン濃度と
相関関係がある指標成分の中の少なくとも１成分の濃度
を出力し、前記入力値と前記出力値の関係をモデル化し
た指標成分濃度推定モデルを有し、前記指標成分濃度推
定モデルに操作量の候補を入力し、前記指標成分濃度推
定モデルから出力された指標成分濃度の値により前記ご
み焼却炉の操作量を決定する制御方法であって、前記排
ガス中における前記指標成分の濃度の計測値、及び/ま
たは前記焼却炉の運転状態を表す状態量の計測値に基づ
き、前記指標成分濃度推定モデルのモデルパラメータを
前と同一になるように変更することを特徴とするごみ焼
却炉の制御方法である。

【００１１】また、前記指標成分濃度推定モデルはごみ
焼却炉の操作量を入力とし、前記ごみ焼却炉の排ガス中
のダイオキシン濃度と相関関係がある指標成分の中の少
なくとも１成分の濃度を出力した場合の入力と出力の動
的な関係を模擬するモデルであり、前記指標成分濃度推
定モデルに一定時間先までの操作パターンの候補を入力
し、前記指標成分濃度推定モデルから出力された一定時
間先までの指標成分濃度の予測値により前記ごみ焼却炉
の操作量を決定する制御方法であっても良い。

【００１２】そして、第３の発明は第1の制御方法を利
用した制御装置に関する。

【００１３】前記ごみ焼却炉の排ガス中のタ゛イオキシン濃度
と相関関係がある指標成分の中の少なくとも１成分の濃
度を計測する排ガス分析装置と、前記ごみ焼却炉の状態
量のうち、前記指標成分以外の状態量を計測する状態量
センサと、前記ごみ焼却炉の操作量と上記指標成分の濃
度の因果関係をモデル化した指標成分濃度推定モデルを
用いて該ごみ焼却炉の操作量を決定する操作量決定手段
と、前記排ガス分析装置で計測された前記指標成分濃
度、及び/又は前記状態量センサで計測した計測値に基
づき、前記指標成分濃度推定モデルの出力値が前記排ガ
ス分析装置で計測された濃度と一致するように、前記指
標成分濃度推定モデルのモデルパラメータを変更するモ
デル調整手段とを有するごみ焼却装置の制御装置であ
る。

【００１４】また、第４の発明は前記第２の制御方法を
利用した制御装置である。

【００１５】前記ごみ焼却炉の排ガス中のタ゛イオキシン濃度
と相関関係がある指標成分の中の少なくとも１成分の濃
度を計測する排ガス分析装置と、前記ごみ焼却炉の状態
量のうち、前記指標成分以外の状態量を計測する状態量
センサと、前記ごみ焼却炉の操作量と上記指標成分の濃
度の因果関係をモデル化した指標成分濃度推定モデルを
用いて該ごみ焼却炉の操作量を決定する操作量決定手段
と、前記排ガス分析装置で計測された前記指標成分濃
度、及び/又は前記状態量センサで計測した計測値に基
づき、前記指標成分濃度推定モデルの出力値が前記排ガ
ス分析装置で計測された濃度と一致するように、前記指
標成分濃度推定モデルのモデルパラメータを変更するモ
デル調整手段とを有することを特徴とするごみ焼却装置
の制御装置である。

【００１６】上記の指標成分は、ＣＯ、炭化水素類及び
芳香族系有機塩素化合物の中の少なくともひとつである
ことが好ましい。前記の芳香族系有機塩素化合物とはク
ロロフェノール類、クロロベンゼン類、ダイオキシン類
等である。

【００１７】また、前記指標成分が炭化水素類と芳香族
系有機塩素化合物の中の少なくともひとつである場合、
前記排ガス分析装置は、前記排ガスを大気圧下でイオン
化する大気圧イオン化手段と、前記大気圧イオン化手段
でイオン化された排ガス中の、前記指標成分の質量分析
を行う質量分析手段とを有する排ガス分析装置であって
もよい。更に、排ガス分析装置は排ガス中の指標成分を
濃縮する排ガス濃縮手段を備えていてもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】

【００１９】

【実施例１】図１に本発明の第1の実施例を示す。本実
施例はごみ焼却炉１と制御装置２からなる。ごみ焼却炉
１は、ごみを燃焼させる燃焼炉と燃焼炉から排出された
排ガスを処理する排ガス処理設備からなっている。制御
装置２は排ガス分析装置２１、状態量センサ２２、指標
成分濃度推定モデル２３、モデルパラメータ調整手段２
４、最適操作量探索手段２５よりなる。

【００２０】排ガス分析装置２１、状態量センサ２２は
計測手段であるが、本実施例では制御装置２の一部とし
た。

【００２１】ごみ焼却炉１では投入したごみを乾燥、燃
焼させる。その結果、ごみは焼却灰と排ガスとなる。焼
却灰は随時燃焼炉から搬出され、排ガスはごみ焼却炉１
内に設置された排ガス処理装置１２に送られて処理され
る。

【００２２】排ガス分析装置２１では、燃焼ガス中の指
標成分の濃度を計測する。本実施例ではクロロフェノール類の濃
度を計測した。

【００２３】状態量センサ２２では、排ガス注のＯ２濃
度、ＣＯ濃度、ＨＣＬ濃度を計測する。また、燃焼炉内
の各所の温度やガス流量を計測する。

【００２４】指標成分濃度推定モデル２３は、モデルの
入力の中にストーカ速度、燃焼空気量などごみ焼却炉の
操作量が入っており、出力の１つがクロロフェノール類
の濃度となっているモデルである。その他の入力項目に
はごみ組成などの境界条件、排ガスＯ２濃度などの状態
量などがある。また、排ガスＯ２濃度などの状態量は、
モデル出力としてモデルを構築してもよい。

【００２５】モデルパラメータ調整手段２４は排ガス分
析装置２１で計測したクロろフェノールの濃度及び状態
量センサで得た計測値に基づき、指標成分濃度推定モデ
ルのモデルパラメータを変更する。

【００２６】最適操作量探索手段２５では、指標成分濃
度推定モデル２３に操作量の候補を入力し、モデル出力
であるクロ炉フェノール濃度が最も小さくなる操作量を
探索する。探索した操作量をごみ焼却炉１の操作量の指
令値としてごみ焼却炉１に渡される。

【００２７】ごみ焼却炉では、投入されるごみ質の変動
などにより、操作量とクロロフェノール類の関係が変化
する可能性がある。本実施例のように操作量とクロロフ
ェノール類の濃度の関係を表わす指標成分濃度推定モデ
ル２３を逐次修正することにより、モデルが実炉の状態
をより正確に模擬できる。したがって、このモデルを利
用して操作量を決定することでクロロフェノール類が小
さくなる操作量を見つけることが可能となり、ダイオキ
シン類の排出を抑制するごみ焼却炉の運転制御が可能と
なる。

【００２８】次に、本実施例の制御装置２についてより
詳細に説明する。

【００２９】まず、排ガス分析装置２について説明す
る。排ガス分析装置２では、クロロフェノール類の濃度
を計測した。クロロフェノール類は排ガス中の微量成分
であるため、採取したガスを安定にかつ一定流量でモニ
タ部に送り込む必要がある。また、途中でクロロフェノ
ール類が吸着したり凝縮して損失することがないように
しなければならない。したがって、その前処理は通常の
ガス分析装置とは異なったものになる。

【００３０】高精度未燃分計測装置の構成を図２に示
す。

【００３１】高精度未燃分計測装置は主に３つの部位よ
り成り立っている。採取された試料ガスを搬送し、前処
理するガス前処理部２２１、採取した試料ガス中からク
ロロフェノール類を検出するモニタ部２２２、さらに検
出、取得したデータを処理するデータ処理部２２３であ
る。ガス前処理部２２１は全体をヒーターにより１００
度〜２００度程度に加熱され、排ガス中の不純物や非灰
を取り除く。モニタ部２２２に送り込まれた試料ガス
は、大気圧化学イオン源２２２ａに送り込まれ、コロナ
放電により試料ガス中のクロロフェノール類を選択的に
かつ高い効率でイオン化を行い、中間圧力室等を経て質
量分析部２２２ｂで質量分析し、クロロフェノール類を
検出（モニタ）する。本実施例では、大気圧化学イオン
源により負にイオン化した。なお、指標物質が炭化水素
類の場合は正にイオン化する。検出された信号はデータ
処理部２２３に送られ、必要に応じて検量線から濃度に
換算される。

【００３２】データ処理部２２３では、質量分析部２２
２がらの信号を増幅器２２３ａにより増幅し、さらに必
要であれば演算器２２３ｂで演算処理する。

【００３３】次に状態量センサ２２について説明する。
状態量センサ２２は、排ガス中のガス成分センサ、燃焼
炉内の各所の温度センサ、各所のガス流量センサなどか
らなっている。ガス成分センサは、排ガス分析装置２で
計測した微量成分以外の排ガス中のガス成分濃度を計測
する。本実施例では、Ｏ２濃度、ＣＯ濃度、ＨＣＬ濃度
を計測した。また、温度センサは燃焼炉内、燃焼炉出
口、ストーカ下部等に設置されており、それぞれ、炉内
ガス温度、炉内出口ガス温度、ストーカ温度を計測す
る。ガス流量センサは、各ストーカ毎の空気流量、排ガ
スの総空気流量等を計測する。

【００３４】次に指標成分濃度推定モデル２３について
説明する。本実施例では、モデルの枠組みとして３層の
階層型ニューラルネットワークを利用した。モデルの入
力にはストーカ速度、燃焼空気量、燃焼空気温度などの
ごみ焼却炉の操作量と、ボイラ蒸発量、排ガス中Ｏ２濃
度の状態量を選択した。また、モデル出力はクロロフェ
ノール類の濃度１つとした。このモデルの入力と出力の
関係はモデル内部の重み係数によって決定される。重み
係数は蓄えられた過去の運転実機データを教師データと
し、バックプロパゲーション法により決定した。

【００３５】次にモデルパラメータ調整手段２４につい
て説明する。本実施例では、指標成分濃度推定モデル２
３モデルをニューラルネットワークで構築したため、モ
デルパラメータの調整は新しい運転データによる再学習
により実施する。すなわち、投入されるごみ質の変動な
どにより、モデルから出力されるクロロフェノール濃度
と排ガス分析装置２１で計測したクロロフェノール濃度
の偏差が、ある基準値よりも大きくなった場合、偏差が
大きくなっている時間のデータを利用してニューラルネ
ットモデルの重み係数を再度決定する。重みの決定方法
は通常の学習と同様バックプロパゲーション法による。

【００３６】最後に最適操作量探索手段２５について説
明する。最適操作量探索手段２５では指標成分濃度推定
モデル２３に操作量の候補を入力し、モデル出力である
クロロフェノール濃度が目標値以下となる操作量を探索する。本
実施例では指標成分濃度推定モデル２３に試行錯誤的に
操作量の侯補を入力して探索した。ただし、予めモデル
の各入力が出力に与える影響（感度）を解析しておき、
感度の高い入力を変更して、最適な操作量を探索しても
よい。また、山登り法、遺伝アルコ゛リス゛ムなどの最適値探索
アルコ゛リス゛ムを利用してもよい。

【００３７】このようにして探索した操作量はごみ焼却
炉１の操作量の指令値としてごみ焼却炉１に渡される。

【００３８】

【実施例２】次に本発明の第二の実施例について説明す
る。第二のが第一の実施例と異なる点は、指標成分濃度
推定モデル２３、モデルパラメータ調整手段２４、最適
操作量探索手段２５である。以下にこれらについて説明
する。

【００３９】第二の実施例の指標成分濃度推定モデル２
３の概要を図３に示す。本実施例のモデルは、ストーカ
上のごみを模擬したごみモデル、ごみ上部のガス領域を
模擬したガスモデル、ボイラおよび炉壁の伝熱を模擬し
た伝熱モデルからなる。ごみモデルは、ごみ移送方向に
対してｎ分割されている。本実施例では、乾燥ストー
カ、及び後燃焼ストーカ上のごみを４分割、燃焼ストー
カ上のごみを８分割し、合計１６のごみモデルとした。
また、ガスモデルはごみモデルからの流入ガスが反応す
る一次燃焼領域のガスモデルと二次燃焼領域のガスモデ
ルからなり、本実施例では一次燃焼領域のガスモデルが
４つ、二次燃焼領域のガスモデルが１つとした。以下に
ごみモデルとガスモデルの詳細について説明する。

【００４０】各ごみモデルは以下の仮定をして、物質収
支式および熱収支式に基づきモデル化した。 １）ごみは水分、揮発分、チャー(固定炭素分)、灰分の
４成分に別れている。 ２）各ごみモデル内の温度は同じである。 ３）ごみ中から蒸発した水分および揮発した揮発分は一
次空気とともに二次燃焼領域に持ち込まれる。 ４）十分な温度に達したチャーはごみモデル内で表面燃
焼する。 ５）灰分は熱を加えても温度が上昇するのみで反応しな
い。

【００４１】ごみモデルはごみ部と一部空気部に分かれ
ており、それぞれについて物質収支式及び熱収支式を立
てる。以下に各モデルのモデル式の一例を示す。

【００４２】（１）ごみ部の物質収支式

【００４３】

【数１】

【００４４】（２）ごみ部の熱収支式

【００４５】

【数２】

【００４６】（３）一次空気部の物質収支式

【００４７】

【数３】

【００４８】（４）一次空気部の熱収支式

【００４９】

【数４】

【００５０】ただし、添え字ｉ（ｉ＝ｗ，ｂ，ｃ，ａ）
はごみの各成分（ｗ：水分、ｂ：揮発分、ｃ：チャー
（固定炭素分）、ａ：灰分）を表わしている。また、i
n：各ごみモデルへの流入する量、out：流出量、loss：
損失量を表わしている。

【００５１】また、添え字ｊ（ｊ＝Ｏ_２，ＣＯ_２，
ｂ_２，ｈ_２ｏ，ｎ_２，ｃｈ_４）はガスの各成分(Ｏ_２：
酸素、ＣＯ_２：二酸化炭素、ｂ_２：揮発分、ｈ_２ｏ：水
分、ｎ_２：窒素、ｃｈ_４：メタン）を表わしている。そ
の他の記号の意味は以下の通りである。

【００５２】Ｇ：ごみ移送量［Kg／ｓ］、Ｍ：ごみ滞留
量［Kg］、Ｒ：相変化、および反応による変化量、Ｆ：
一次空気ガス流量［Kg／ｓ］、Ｈ：エンタルピー［Ｊ／
Kg］、Ｃｐ：比熱［Ｊ／KgK］、Ｑｗ：水の蒸発によっ
て奪われる潜熱［Ｊ］、Ｑｂ：揮発分の熱分解による吸
熱量［Ｊ］、Ｑｃ：チャーの燃焼による発熱量［Ｊ］、
Ｑgr：一次空気がごみに与えた熱量［Ｊ］、Ｑ２：ガス
モデルがごみに与えた輻射熱［Ｊ］、Ｑ３：炉壁がごみ
に与えた輻射熱［Ｊ］、Ｋo2_c：チャーの燃焼量から酸
素消費量を求めるための係数、Ｋco_c：チャーの燃焼量
からＣＯ発生量を求めるための係数である。なお、Ｑ２
は各ガスモデルがごみに与えた熱量の総和である。

【００５３】また、ごみの流入量Giinは各ストーカの上
流から送られてくるごみの量と組成によって決まる量で
ある。すなわち、乾燥ストーカに対応するごみモデルの
ごみ流入量は給塵装置から供給されるごみの量と組成か
ら決まる。また、燃焼ストーカに対応するごみモデルの
ごみ流入量は、乾燥ストーカに対応するごみモデルのご
み流出量と組成から決まる。

【００５４】したがって、各ストーカに対応するごみの
組成は、給塵装置から供給されるごみの組成と後段の燃
焼状態によって決まる。また、Ｒiはごみ滞留量Ｍiとご
み温度Ｔによって決まる量である。ここでは、Ｍi が大
きいほどＲiは大きく、またごみ温度Ｔが大きいほどＲi
は大きくなるような関数でＲiを表現した。その一例は
式中に示した通りである。

【００５５】ガスモデルは、以下の仮定をしてモデル化
した。

【００５６】１）ごみから揮発した揮発分はガスモデル
内で燃焼し、ＣＯ，ＣＨ_４，Ｈ_２Ｏになる。２）クロロ
フェノールの初期濃度はガス状の揮発分に比例して発生
する。 ３）クロロフェノール及びダイオキシンの濃度は以下の
３つの反応により決定される。 反応１：クロロフェノール（ＰＣＰ）からダイオキシン
（ＤＸＮ）の生成反応２ＰＣＰ → ＤＸＮ＋ｎＨＣＬ 反応２：クロロフェノールの燃焼反応 ＰＣＰ＋Ｏ_２ → ｎＨＣＬ＋ｍＨ_２Ｏ＋ｋＣＯ_２ 反応３：ダイオキンの燃焼反応 ＤＸＮ＋Ｏ_２ → ｎＨＣＬ＋ｍＨ_２Ｏ＋ｋＣＯ_２ ４）これらの反応の反応速度式は、ＣＨ_４等の速度式と
同様とする。 ５）上記反応により消費されるＯ_２等の変化、反応熱は
非常に小さいため、全体の物質収支及び熱収支式には反
映しない。

【００５７】以下にガスモデルのモデル式を示す。

【００５８】＜物質収支式＞

【００５９】

【数５】

【００６０】＜熱収支式＞

【００６１】

【数６】

【００６２】だたし、式中に用いた記号は以下の通り。
Ｆ_in：ガスモデルの流入空気流量［Kg／ｓ］、Ｆ_ou
t：ガスモデルの流出空気流量［Kg／ｓ］、Ｖ：ガス体
積［ｍ ^３］、ρ：密度［Kg／ｍ^３］、Ｘ：ガス濃度
［−］、Ｔg：ガス温度［Ｋ］、Ｑ３：ガスモデルから
の輻射熱量［Ｊ］、ＱＲ：ガスモデル内反応熱量
［Ｊ］。

【００６３】ガスの反応速度定数Ｋj は、Ａ：頻度因
子、Ｅ：活性化エネルギー、Ｒ：ガス定数、Ｔg ：ガス
温度で決まる量である。一般にこれらの値は定数である
が、本実施例では頻度因子Ａを次のように仮定した。 Ａ＝Ｂ×Ｆ（二次空気量）

【００６４】すなわち、二次空気量の関数に補正係数Ｂ
を掛けた式とした。これは二次空気量による撹拌効果を
模擬するものであり、二次空気量が大きくなると頻度因
子Ａが大きくなる関係とした。また、補正係数Ｂは炉内
の燃焼状態に影響を及ぼすパラメータのうち、二次空気
量以外のパラメータを集約した係数である。

【００６５】このようなモデルによりクロロフェノール
の濃度を計算すると、ある程度二次空気を入れることに
より炉出口のクロロフェノールの濃度は減少するが、あ
る一定量を超えて二次空気を投入すると、ガス温度が低
下するため、炉出口のクロロフェノールの濃度が上昇す
るというシミュレーション結果が得られる。

【００６６】炉壁モデルは輻射による熱の移動を模擬す
るモデルである。モデル式は以下に示した通りである。

【００６７】

【数７】

【００６８】ここで、Ｖwall：炉壁の体積［ｍ^３］、Ｃ
pwall：炉壁の比熱［Ｊ／ｍ^３・Ｋ］、Ｔwall：炉壁温
度［Ｋ］、Ｑ４：ごみ、ガスとの輻射熱［Ｊ］、Ｑ５：
系外への熱損失［Ｊ］である。

【００６９】以上は、物理式をベースに構築したモデル
の一例である。これらの式はより詳細にしても良いし、
また簡略化してもよい。

【００７０】次に第２の実施例におけるモデルパラメー
タ調整手段２４について説明する。モデルパラメータ調
整手段２４では、ごみ組成と反応定数を調整パラメータ
として、実測した指標成分濃度と指標成分濃度推定モデ
ルで推定した値が一致するように調整する。調整パラメ
ータ及び調整対象量を表１に、調整アルゴリズムを図４
に示す。

【００７１】

【表１】

【００７２】調整は大きく分けると３ステップとなる。
第１ステップではごみ組成を調整パラメータとして「炉
出口排ガス温度」「蒸発量」を実機データに合わせる。
定常状態においてはごみの投入量は一定であるため、
「炉出口排ガス温度」「蒸発量」から炉出口の排ガスが
持つエンタルピーを求め、エネルギーバランスが取れる
ようにごみの発熱量すなわち、ごみ組成を調整する。第
１ステップでごみ組成を調整することにより、指標成分
濃度推定モデル２３における炉内のガス温度が実際のガ
ス温度を模擬することができる。

【００７３】第２ステップでは、「排ガスＣＯ濃度」を
実機データに合わせる。排ガスＣＯ濃度のモデル出力値
が実機データとずれている場合、反応定数の補正係数を
調整する。これは、炉内温度が模擬できている場合であ
っても、その他の要因により反応の進み具合が変化する
場合があるためである。

【００７４】第３ステップでは「指標成分濃度」のモデ
ル出力を実機データに合わせる。基本的には第２ステッ
プまでの調整により炉内の燃焼状態が模擬されるため、
「指標成分濃度」は一致することが多い。しかし、一致
しない場合もある。その原因としては、元々ごみ中に含
まれている指標物質の量が変化したことが考えられる。
従って、第３ステップでは指標成分初期濃度を調整パラ
メータとして指標成分濃度を実機データに一致させる。

【００７５】以上のようにモデルパラメータを調整する
ことで、指標成分濃度推定モデル２３が実機データを模
擬できるようになる。

【００７６】最後に第２の実施例における最適操作量探
索手段２５について説明する。最適操作量探索手段２５
では、ごみ焼却装置運転時の操作量を決定する。最適操
作量探索手段２５の構成は、図５に示したように操作パ
ターン発生部と判定部がある。操作パターン発生部で
は、ある一定時間の操作量のパターン（以下操作パター
ンと称する）を発生させる。本実施例での操作パターン
は、１０分間の操作パターンとした。操作パターン発生
部には、例えば以下のような操作パターンがいくつか登
録されている。 操作パターンＡ：操作量一定 操作パターンＢ：二次空気量１０％増加 操作パターンＣ：一次空気量１０％減少

【００７７】また、これらのパターンから例えば以下の
ような新しいパターンを作成する。 操作パターンＤ：二次空気量１０％増加かつ一次空気量
１０％減少 操作パターンＥ：ｔ＝０〜ｔ＝３の間、二次空気量１０
％増加、ｔ＝１〜ｔ＝４の間、一次空気量減少

【００７８】これらの操作パターンの候補は指標成分濃
度推定モデル２３に入力される。指標成分濃度推定モデ
ル２３では、それぞれの操作パターン毎にクロロフェノールの濃
度の発生パターンを出力し、最適操作量探索手段２５の
判定部に渡す。

【００７９】判定部では、クロロフェノールの発生パタ
ーンから操作パターンの善し悪しを判定する。本実施例
では、操作後１０分間のクロロフェノール濃度の平均値
を評価値とし、評価値がもっとも小さい操作パターンを
最適操作パターンとした。ただし、最適な操作パターン
の侯補はパターン発生部で発生した操作パターンとのみ
ではない。操作パターンデータベースに過去の運転実績
データとして操作パターンとそのときのクロロフェノー
ル発生パターンが蓄えられている場合、操作パターンデ
ータベース中の操作パターンも候補となる。ただし、こ
こで選択する操作パターンは、「蒸発量、Ｏ２濃度など
炉内の状態を表わす状態量が現在の焼却炉の状態量と類
似しており、かつクロロフェノールの濃度を低減できた
操作パターン」という条件を満たすものである。

【００８０】また、操作パターンデータベースに蓄えら
れている操作パターンは、その操作をした場合のクロロ
フェノールの発生パターンも同時に蓄えられているた
め、指標成分濃度推定モデル２３を使ってクロロフェノ
ールの発生パターンを計算する必要はない。

【００８１】選択された操作パターンはごみ焼却装置１
の各操作量の設定値として、ごみ焼却装置１に送られ
る。以上はオンラインで、燃焼モデルを利用して操作量
を決定する場合であるが、オフラインでいくつかの操作
パターンの効果を検討しておいてもよい。また、オフラ
インでの検討や、オンラインであっても、燃焼モデルの
計算が非常に短時間で終了する場合には、ＧＡ（遺伝ア
ルゴリズム）などの手法を利用して、最適な操作パター
ンを求めてもよい。

【００８２】

【発明の効果】以上のように、本発明は、ダイオキシン
と相関関係がある指標成分の濃度と操作量の関係を表わ
すモデルを利用してごみ焼却炉の操作量を決定すること
により、短時間に精度よく、低レベルにダイオキシンの
発生を抑制できる制御方法及びそれを用いた制御装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示す図である。

【図２】排ガス分析装置の概要を示す図である。

【図３】指標成分濃度推定モデルの概要を示す図であ
る。

【図４】モデルパラメータ調整手段の調整アルゴリズム
を示す。

【図５】最適操作量探索手段の概要を示す図である。

【符号の説明】

１…ごみ焼却装置、２…制御装置、２１…排ガス分析装
置、２２…状態量センサ、２３…指標成分濃度推定モデ
ル、２４…モデルパラメータ調整手段、２５…最適操作
量探索手段、２１１…ガス前処理部、２１２…モニタ
部、２１３…データ処理部、２１２ａ…大気圧化学イオ
ン源、２１２ｂ…質量分析部、２１３ａ…増幅器、２１
３ｂ…データ処理装置、２２１…ガス前処理部、２２２
…モニタ部、２２２ａ…大気圧化学イオン源、２２２ｂ
…質量分析部、２２３…データ処理部、２２３ａ…増幅
器、２２３ｂ…演算器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水本 守 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 武川 茂樹 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器グループ内 Ｆターム(参考） 3K062 AA24 AB01 AC01 BA02 CB08 DA01 DA21 DA23 DA36 DB03 DB05

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ごみ焼却炉の排ガス中における芳香族系有
   機塩素化合物の少なくとも１種を含む指標成分の濃度と
   前記ごみ焼却炉の操作量との因果関係をモデル化した指
   標成分濃度推定モデルを有し、前記指標成分濃度推定モ
   デルを利用してごみ焼却炉の操作量を決定する制御方法
   であって、排ガス中における前記指標成分の濃度の計測
   値、及び/または前記焼却炉の運転状態を表す状態量の
   計測値に基づき、前記指標成分濃度推定モデルのモデル
   パラメータを変更することを特徴とするごみ焼却炉の制
   御方法。
2. 【請求項２】ごみ焼却炉の操作量を入力とし、前記ごみ
   焼却炉の排ガス中のダイオキシン濃度と相関関係がある
   指標成分の少なくとも１成分の濃度を出力し、該入力と
   該出力の関係をモデル化した指標成分濃度推定モデルを
   有し、前記指標成分濃度推定モデルに操作量の候補を入
   力し、前記指標成分濃度推定モデルから出力された指標
   成分濃度の値により前記ごみ焼却炉の操作量を決定する
   制御方法であって、排ガス中における前記指標成分の濃
   度の計測値、及び/または前記焼却炉の運転状態を表す
   状態量の計測値に基づき、前記指標成分濃度推定モデル
   のモデルパラメータを変更することを特徴とするごみ焼
   却炉の制御方法。
3. 【請求項３】請求項１又は請求項２において、前記指標
   成分がＣＯと炭化水素類と芳香族系有機塩素化合物の少
   なくともひとつであることを特徴とするごみ焼却炉の制
   御方法。
4. 【請求項４】ごみ焼却炉の排ガス中のダイオキシン濃度
   と相関関係がある指標成分の少なくとも１成分の濃度を
   計測する排ガス分析装置と、前記ごみ焼却炉の状態量の
   うち、前記指標成分以外の状態量を計測する状態量セン
   サと、前記ごみ焼却炉の操作量と上記指標成分の濃度の
   因果関係をモデル化した指標成分濃度推定モデルを用い
   て該ごみ焼却炉の操作量を決定する操作量決定手段と、
   前記排ガス分析装置で計測された前記指標成分濃度、及
   び/または前記状態量センサで計測した計測値に基づ
   き、前記指標成分濃度推定モデルの出力値が前記排ガス
   分析装置で計測された濃度と一致するように、前記指標
   成分濃度推定モデルのモデルパラメータを変更するモデ
   ル調整手段とを有することを特徴とするごみ焼却装置の
   制御装置。
5. 【請求項５】ごみ焼却炉の排ガス中のタ゛イオキシン濃度と相
   関関係がある指標成分の少なくとも１成分の濃度を計測
   する排ガス分析装置と、前記ごみ焼却炉の状態量のう
   ち、前記指標成分以外の状態量を計測する状態量センサ
   と、前記ごみ焼却炉の操作量と上記指標成分の濃度の因
   果関係をモデル化した指標成分濃度推定モデルと、前記
   指標成分濃度推定モデルに操作量の候補を入力し、前記
   指標成分濃度推定モデルから出力された指標成分濃度の
   値により前記ごみ焼却炉の操作量を決定する操作量探索
   手段と、前記排ガス分析装置で計測された前記指標成分
   濃度、及び/または前記状態量センサで計測した計測値
   に基づき、前記指標成分濃度推定モデルの出力値が前記
   排ガス分析装置で計測された濃度と一致するように、前
   記指標成分濃度推定モデルのモデルパラメータを変更す
   るモデル調整手段とを有することを特徴とするごみ焼却
   装置の制御装置。
6. 【請求項６】請求項４又は請求項５において、前記指標
   成分がＣＯと炭化水素類と芳香族系有機塩素化合物の少
   なくともひとつであることを特徴とするごみ焼却炉の制
   御装置。
7. 【請求項７】請求項４又は請求項５において、前記指標
   成分が炭化水素類と芳香族系有機塩素化合物の少なくと
   もひとつであり、前記排ガス分析装置は、前記排ガスを
   大気圧下でイオン化する大気圧イオン化手段と、前記大
   気圧イオン化手段でイオン化された排ガス中の、前記指
   標成分の質量分析を行う質量分析手段とを有する排ガス
   分析装置であることを特徴とするごみ焼却炉の制御装
   置。
8. 【請求項８】請求項４又は請求項５において、前記指標
   成分が炭化水素類と芳香族系有機塩素化合物の少なくと
   もひとつであり、前記排ガス分析装置は、前記排ガス中
   の指標成分を濃縮する排ガス濃縮手段と、前記排ガスを
   大気圧下でイオン化する大気圧イオン化手段と、前記大
   気圧イオン化手段でイオン化された排ガス中の、前記指
   標成分の質量分析を行う質量分析手段とを有する排ガス
   分析装置であることを特徴としたごみ焼却炉の制御装
   置。
9. 【請求項９】請求項１又は請求項２において、前記指標
   成分濃度推定モデルが、該指標成分濃度推定モデルの入
   力と出力の動的な関係を模擬するモデルであり、前記指
   標成分濃度推定モデルに一定時間先までの操作パターン
   の候補を入力し、前記指標成分濃度推定モデルから出力
   された一定時間先までの指標成分濃度の予測値により前
   記ごみ焼却炉の操作量を決定する制御方法。
10. 【請求項１０】ごみ焼却炉と、請求項３又は請求項４記
    載のごみ焼却制御装置を具備することを特徴とするごみ
    焼却設備。