JP5277036B2 - 汚泥焼却炉の温度制御装置および汚泥焼却炉の温度制御方法 - Google Patents
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Description
図1は、この発明の実施の形態1にかかる制御装置を含む汚泥燃焼システムの概要構成を示す模式図である。図1に示すように、この汚泥燃焼システム1は、汚泥焼却炉2を有する。汚泥焼却炉2は、略円筒形状をなし、炉内には、流動床を形成する砂層部5と、砂層部5の上部空間であるフリーボード中部3と、フリーボード中部3の上部空間であるフリーボード上部4とを有する。
AFR=fair/(ηcake・fcake+ηfuel・ffuel)
として示される。ここで、ηcakeは、汚泥を完全燃焼させるに必要な汚泥理論空気比であり、fcakeは、汚泥の流量であり、ηfuelは、燃料を完全燃焼させるに必要な燃料理論空気比であり、ffuelは、燃料の流量である。そして、空気比AFRは、上限空気比rmaxと下限空気比rminとの範囲内に収まる制約条件が記載される。
実施の形態1によるモデル予測制御では、制約条件を付して演算を行っていたが、厳しい制約条件を与えると、評価関数の最適化演算結果が、演算不可あるいは制約条件内に解なし、となり最適化演算が停止してしまう場合がある。
f=ρε2
を加えて最適化演算を行う。ここで、εは許容誤差の値であり、ρは重みの値である。
min(J) subject to ymin≦y(τ)≦ymax
これに対して、この実施の形態2では、ペナルティ関数f=ρε2を用いて次のような演算を行う。すなわち、
min(J+ρε2) subject to ymin−ε≦y(τ)≦ymax+ε
である。これは、上限値と下限値とを許容誤差ε分だけそれぞれ広げ、評価関数(J+ρε2)の最小値も、評価関数Jのみの最小値に比べて実質的に大きくし、ペナルティ関数を加えて最小値を求めた場合であっても、最小値として選択されないようにしている。これによって、評価関数の演算が停止することがなくなる。
2 汚泥焼却炉
3 フリーボード中部
4 フリーボード上部
5 砂層部
10 汚泥
11 汚泥供給部
12 燃料
13 燃料供給部
14 流動ブロア
15 流動空気
16 1次空気
17 2次空気
18 3次空気
19 熱交換器
20 汚泥流量検出器
21 燃料流量検出器
22 1次空気風量検出器
23 2次空気風量検出器
24 3次空気風量検出器
25 流動空気風量検出器
26,27 熱電対群
28 排ガス
31 燃料流量調節器
32 1次空気風量調節器
33 2次空気風量調節器
34 3次空気風量調節器
41〜44,51 バルブ
50 流動空気風量調節器
100 モデル予測演算部
C 制御装置
Claims (10)
- 砂層部とフリーボード部とを有し、前記砂層部に供給される汚泥を燃焼し、前記フリーボード部でさらに燃焼させる流動床式の汚泥焼却炉の温度制御装置であって、
前記砂層部の温度と、前記フリーボード部の温度と、前記砂層部に供給される燃料の流量と、前記砂層部下部に供給される流動空気の風量と、前記フリーボード中部、および前記フリーボード上部に供給される空気の風量とを制御入力とし、前記燃料の流量および前記流動空気および供給空気の風量を制御出力とし、前記燃料の流量および/または前記流動空気および供給空気の風量を所定範囲内に収める制約条件下で、前記砂層部および前記フリーボード部の各温度をそれぞれ異なる目標値としてモデル予測制御を行うことを特徴とする汚泥焼却炉の温度制御装置。 - 前記制約条件は、前記汚泥の燃焼に必要な供給空気の理論風量と前記燃料の燃焼に必要な供給空気の理論風量との合計理論風量に対する供給空気の実風量の比である空気比を所定範囲内にすることを特徴とする請求項1に記載の汚泥焼却炉の温度制御装置。
- 前記制御出力である前記燃料の流量および前記流動空気および供給空気の風量の予測結果を示す評価関数の値が所定値以下で最小となるようにモデル予測制御を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の汚泥焼却炉の温度制御装置。
- 前記制約条件下で前記評価関数の最小値を求める場合に該評価関数の要素が前記制約条件外となる場合、前記制約条件の所定範囲の上限および下限に許容誤差を与えて該制約条件の所定範囲を広げ、該広げた制約条件を修正制約条件とし、該許容誤差の2乗に所定の重みを乗算したペナルティ関数を前記評価関数に加えた関数を修正評価関数とし、前記修正制約条件下で前記修正評価関数の最小値を求めることを特徴とする請求項3に記載の汚泥焼却炉の温度制御装置。
- 前記砂層部の温度および/または前記フリーボード部の温度は、それぞれ複数点の温度であり、異なる各温度をそれぞれ目標値としてモデル予測制御を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の汚泥焼却炉の温度制御装置。
- 砂層部とフリーボード部とを有し、前記砂層部に供給される汚泥を燃焼し、前記フリーボード部でさらに燃焼させる流動床式の汚泥焼却炉の温度制御方法であって、
前記砂層部の温度と、前記フリーボード部の温度と、前記砂層部下部に供給される燃料の流量と、前記砂層部下部に供給される流動空気の風量と、前記フリーボード中部、および前記フリーボード上部に供給される空気の風量とを制御入力とし、前記燃料の流量および前記流動空気および供給空気の風量を制御出力とし、前記燃料の流量および/または前記流動空気および供給空気の風量を所定範囲内に収める制約条件下で、前記砂層部および前記フリーボード部の各温度をそれぞれ異なる目標値としてモデル予測制御を行うことを特徴とする汚泥焼却炉の温度制御方法。 - 前記制約条件は、前記汚泥の燃焼に必要な供給空気の理論風量と前記燃料の燃焼に必要な供給空気の理論風量との合計理論風量に対する供給空気の実風量の比である空気比を所定範囲内にすることを特徴とする請求項6に記載の汚泥焼却炉の温度制御方法。
- 前記制御出力である前記燃料の流量および前記流動空気および供給空気の風量の予測結果を示す評価関数の値が所定値以下で最小となるようにモデル予測制御を行うことを特徴とする請求項6または7に記載の汚泥焼却炉の温度制御方法。
- 前記制約条件下で前記評価関数の最小値を求める場合に該評価関数の要素が前記制約条件外となる場合、前記制約条件の所定範囲の上限および下限に許容誤差を与えて該制約条件の所定範囲を広げ、該広げた制約条件を修正制約条件とし、該許容誤差の2乗に所定の重みを乗算したペナルティ関数を前記評価関数に加えた関数を修正評価関数とし、前記修正制約条件下で前記修正評価関数の最小値を求めることを特徴とする請求項8に記載の汚泥焼却炉の温度制御方法。
- 前記砂層部の温度および/または前記フリーボード部の温度は、それぞれ複数点の温度であり、異なる各温度をそれぞれ目標値としてモデル予測制御を行うことを特徴とする請求項6〜9のいずれか一つに記載の汚泥焼却炉の温度制御方法。
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