JPH10253031A - ゴミ焼却炉の燃焼制御装置 - Google Patents

ゴミ焼却炉の燃焼制御装置

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JPH10253031A
JPH10253031A JP5469497A JP5469497A JPH10253031A JP H10253031 A JPH10253031 A JP H10253031A JP 5469497 A JP5469497 A JP 5469497A JP 5469497 A JP5469497 A JP 5469497A JP H10253031 A JPH10253031 A JP H10253031A
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incinerator
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JP5469497A
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Kazuo Nagahama
和男 長濱
Toshiyuki Hamanaka
敏之 浜中
Yoshihiro Matsuda
圭博 松田
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Kubota Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 適切なパラメータで、且つ適切な工数でスト
ーカ式ゴミ焼却炉の燃焼部Bへの空気供給量(F1) を制
御することを可能とする。 【解決手段】 ストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼部における
燃焼状態をカラー画像として入力する撮像手段21と、
それからの画像データの緑成分の輝度階調が閾値以上で
ある火炎領域を抽出する第一演算手段23と、青成分と
緑成分の輝度階調の比が設定値を超える画素集合を強燃
焼領域として抽出する第二演算手段24と、強燃焼領域
の面積と火炎領域の面積の比から燃焼強度を求める第三
演算手段25とを備え、炉出口温度と、その変化率と、
ゴミの燃切り位置と、その移動速度と、給塵速度の目標
速度からの偏差とから選択したデータと、燃焼強度とを
入力して燃焼用空気の供給量を出力するファジィ推論手
段26と、その出力に基づいて燃焼用空気の供給量を調
節する燃焼用空気制御手段27とを備えてある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゴミ焼却炉の燃焼
制御方法に関し、詳しくは、ストーカ式ゴミ焼却炉の燃
焼部への燃焼用空気の供給量を調節するゴミ焼却炉の燃
焼制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ゴミ焼却炉は、図3に示すよう
に、被処理物であるゴミを受け入れるホッパ3と、前記
ホッパ3内のゴミを下端部から炉内に投入するプッシャ
4を備えた給塵装置と、前記プッシャ4により投入され
たゴミを攪拌搬送しながら焼却処理するストーカ式の焼
却処理帯5を設け、その底部から炉内に空気を供給する
空気供給手段7を設けて構成してある。前記焼却処理帯
5は、固定の火格子(図示省略)に対して斜め上方に往
復移動する可動の火格子(図示省略)を搬送方向に沿っ
て交互に配する油圧駆動式のストーカ機構6により、ゴ
ミを乾燥させつつ搬送する乾燥帯、燃焼させつつ搬送す
る燃焼帯、灰化処理しつつ搬送する後燃焼帯とから構成
してあり、前記ストーカ機構6は、前記乾燥帯を形成す
る乾燥帯ストーカ6Aと、前記燃焼帯を形成する燃焼帯
ストーカ6Bと、前記後燃焼帯を形成する後燃焼帯スト
ーカ6Cに分割されて、前記可動の火格子の往復サイク
ルを可変とすることでゴミの搬送速度を調節自在に構成
してあり、前記空気供給手段7は、押込送風機7aから
の一次空気を、前記乾燥帯ストーカ6A、前記燃焼帯ス
トーカ6B、前記後燃焼帯ストーカ6C夫々の下方に設
けた風箱7cに送風路7bを介して供給するように構成
してあり、前記送風路7bの前記風箱7cへの出口側に
ダンパ機構7dを設けて、送風量を調節自在に構成して
ある。さらに、前記送風路7bには、供給する一次空気
を予熱可能に、空気予熱器(図示省略)を設けて、一次
空気の温度を変更自在に構成してある。前記燃焼帯が燃
焼部Bを形成している。前記焼却処理帯5の上部を、ゴ
ミを直接に焼却処理する一次燃焼領域1に構成し、さら
にその上方空間に形成した煙道を、燃焼ガスを完全燃焼
させる二次燃焼領域2に構成してあり、前記煙道入口側
に二次燃焼用の二次空気供給機構14としてのノズル1
4aを設けて、押込送風機14bからの二次空気をダン
パ機構14cを介して前記煙道に供給するように構成
し、前記二次燃焼領域2の下流側の空間に燃焼排ガスの
熱エネルギーを回収する廃熱ボイラ13を設けて、燃焼
により生じた熱量を蒸気として発電装置12に供する一
方、さらに下流につながる排ガス路8から煙突11に至
る流路途中に、バグフィルタ9及び洗煙装置10を備え
た排ガス処理装置を設けてある。さらに、燃焼制御装置
20を設けて、炉出口温度、ストーカ機構7上のゴミの
燃切り位置、及び前記ストーカ機構7へのプッシャ4に
よる給塵速度等を入力して、これらに基づき燃焼部Bへ
の空気供給量を調節している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の入力デ
ータのうち、炉出口温度は燃焼部の温度低下を検出でき
るものであるが、その原因は、燃焼帯ストーカ上におい
てゴミが不足して燃焼すべきゴミがなくなる所謂ゴミ切
れ又は燃焼しきれないゴミが前記ストーカ上に堆積して
ゴミが燃えにくくなっている所謂ゴミ山盛りの何れかに
あり、それだけでは確定できない。また、燃切り位置に
ついても、それが上流側に移動すれば前記ゴミ切れと
し、下流側に移動すれば前記ゴミ山盛りとして判断する
のが一般的であるが、ゴミ山盛りであっても鎮火傾向に
あれば上流側に移動することになり、それだけで確定す
ることはできない。さらに、給塵速度は燃焼部へのゴミ
供給量(容積)の判断指標であり、それが大きければ燃
焼部に供給されるゴミの量が多く、それが小さければ供
給されるゴミの量が少ないと判断されるものであるが、
ゴミの燃焼状態は供給されるゴミの質によっても変化す
るので、これだけで燃焼部に存在するゴミの量を推定す
るのは困難である。そこで、間欠的にオペレータが介入
してオペレータによる判断に委ねているのであるが、例
えば、可視画像から観測される火炎領域の面積が小さい
場合に、二つの相反する判断が可能となる。つまり、燃
焼用空気量が不足して燃焼そのものに勢いがないと判断
する場合と、燃焼用空気量が過剰なためにゴミが少ない
にも拘わらず勢いよく燃焼していると判断する場合とで
ある。つまり、前記火炎領域の面積が小さいというデー
タは、燃焼用空気量の過剰と不足の両方の情報となり得
るのである。そこで、赤外線画像を用いてストーカ上の
ゴミの量を観測することも考えられるが、前記赤外線画
像は、オペレータの視覚的な判断に馴染みにくい。つま
り、赤外線画像は、可視画像と視覚的に異なるものであ
るから、前記赤外線画像に視覚的な判断基準を導入する
ことが困難なのである。これに対して、燃焼用空気の充
足状態の指標となる燃焼強度を判断指標として燃焼制御
に組み入れることも考えられるが、この燃焼強度と、前
記炉出口温度と、前記燃切り位置と、前記給塵速度とを
パラメータとして線型分離することは極めて煩雑な処理
となり現実的ではない。つまり、これらのデータを入力
して線型分離するには長時間と多大の工数を要するので
ある。そこで、本発明のゴミ焼却炉の燃焼制御装置は、
上記の問題点を解決し、適切なパラメータで、且つ適切
な工数で燃焼部への空気供給量を制御することが可能な
手段を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
〔特徴構成〕上記の目的のための本発明のゴミ焼却炉の
燃焼制御装置の特徴構成は、請求項1又は2にに記載の
如く、ストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼部における燃焼状態
をカラー画像として入力する撮像手段と、前記撮像手段
による画像データを赤、緑、青の色成分に分解して、緑
成分の輝度階調が閾値以上である画素集合を火炎領域と
して抽出する第一演算手段と、請求項1に記載の如く青
成分の輝度階調と緑成分の輝度階調の比が設定値を超え
る画素集合、或いは、請求項2に記載の如く前記火炎領
域中で青成分の輝度階調が閾値以上である画素集合、即
ち、前記火炎領域内で特に燃焼温度の高い領域を強燃焼
領域として抽出する第二演算手段と、前記強燃焼領域の
面積と前記火炎領域の面積の比として定義する燃焼強度
を求める第三演算手段とを備え、焼却炉の炉出口温度
と、前記炉出口温度の変化率と、ストーカ上のゴミの燃
切り位置と、前記燃切り位置の移動速度と、前記ストー
カへの給塵速度の目標速度からの偏差と、又はそれらか
ら選択したデータと、前記燃焼強度とを入力して燃焼用
空気の供給量を出力するファジィ推論手段と、前記ファ
ジィ推論手段による出力に基づいて燃焼用空気の供給量
を調節する燃焼用空気制御手段とを備えてある点にあ
る。 〔作用効果〕上記特徴構成によれば、一意的に燃焼状況
を把握することが困難な、燃焼強度を含む複数の線型分
離困難なプロセスデータを入力しながら、一意的に燃焼
部への空気供給量を決定できるようになる。つまり、フ
ァジィ制御ルールによって、前記燃焼部への空気供給量
の所要増減を判断し、操作量を導出できるからである。
ここに、燃焼強度は、火炎領域の面積に対して特に高温
で燃焼している強燃焼領域の面積の割合を示しており、
前記強燃焼領域は、前記火炎領域におけるカラー画像の
色分解した画素の青色成分の緑色成分に対する比率とし
て弁別が可能であり(請求項1)、また、火炎領域とし
て抽出された緑色成分の強度が閾値以上の画素におい
て、青色成分の強度がその閾値以上のものとして弁別す
ることも可能である(請求項2)。そこで、例えば、入
力するプロセスデータとして、焼却炉の炉出口温度、ス
トーカ上のゴミの燃切り位置、ストーカへの給塵速度を
選択して、これと共に燃焼強度を入力すれば、前記ファ
ジィ制御ルールから各入力データの値の組み合わせを基
に燃焼部におけるゴミ量を判断することなく前記燃焼部
への空気供給量を決定できる。従って、前述のような相
反する判断が可能な上記各入力データからでも的確な判
断ができるようになる。尚、上に例示した入力データに
加えて、炉出口温度の変化率(ここでは変化方向も含
む)、前記燃切り位置の移動速度(ここでは移動方向も
含む)の両者又は何れかを入力データとすれば、前記操
作量の導出はさらに精度を増すようになる。さらに、給
塵速度の偏差を加えれば、前記給塵速度の補正制御が可
能になる。上記ファジィ制御ルールは、経験則的に定め
ることが可能である。尚、上記入力データに、ボイラ蒸
気量、排ガス中の酸素濃度の変化を加えれば、より制御
精度を高めることができる。しかも、制御を中断するオ
ペレータの介入を要しないから、安定して自動制御を実
施することが可能になる。尚、炉の操業条件の変化、燃
焼部の環境変化等に対しては、ファジィルールのチュー
ニングを行えば簡単に対処できる。その結果、適切なパ
ラメータで、且つ適切な工数で燃焼部への空気供給量を
制御することが可能となる。
【0005】
【発明の実施の形態】上記本発明のゴミ焼却炉の燃焼制
御方法の実施の形態の一例について、以下に、図面を参
照しながら説明する。尚、前記従来の技術において説明
した要素と同じ要素並びに同等の機能を有する要素に関
しては、先の図3に付したと同一の符号を付し、詳細の
説明の一部は省略する。
【0006】本発明の燃焼制御装置は、図1に示すよう
に、前記焼却処理帯5の下流側の側壁中央上部に、前記
燃焼帯における燃焼状態を撮影入力する撮像手段21と
してカラーCCDカメラを設け、そのカラーCCDカメ
ラ21による入力画像データから前記燃焼帯におけるゴ
ミの燃焼状態を判断するマイクロコンピュータ利用の画
像処理手段22を設けて、燃焼状態を検出可能に構成し
てある。
【0007】画像処理手段22は、図2に示すように、
撮像手段21から入力された画像データを赤(R) 緑
(G) 青(B)の色成分に分解し、緑(G)成分の画像デー
タの輝度階調(GG) が閾値(GTh)以上である領域を火
炎領域として抽出する第一演算手段23と、前記第一演
算手段22により抽出された火炎領域における青(B)成
分と緑(G)成分の強度比(IB/IG)を演算導出して、そ
の値から前記火炎領域内の高温領域の面積(SH) を抽出
する第二演算手段24と、前記第二演算手段24により
抽出された高温領域の面積(SH) の前記第一演算手段2
3により抽出された火炎領域の面積(SF) に対する面積
比(SH/SF)を燃焼強度(IF) として演算導出する第三
演算手段25とを備えている。
【0008】前記第三演算手段25で求めた燃焼強度
(IF) と、焼却炉の炉出口温度(T2)と、前記炉出口温
度(T2) の正負の変化率(T2D)と、別途検出するストー
カ機構6上のゴミの燃切り位置(PBO)と、前記燃切り位
置(PBO)の正負の移動速度(PB D)と、前記プッシャ4の
押込サイクル即ち給塵速度(CF) の目標速度からの偏差
(CFD)とを入力して、予め定めてあるファジィ制御ルー
ルに基づいて前記燃焼部Bへの空気供給量(F1) を導出
するファジィ推論手段26を設けてあり、さらに、前記
ファジィ推論手段26で導出した空気供給量(F1) に基
づき、空気供給手段7のダンパ機構7dの開度を調節す
る燃焼用空気制御手段27を設けてある。
【0009】前記ファジィ制御ルールは、表1のように
定めてある。
【0010】
【表1】
【0011】表1の制御ルールは以下を意味する。 IF FD2 2DBOBD 前件部:1: 小 低 低 低 上流 上流 2: 適 適 適 適 適 適 3: 大 高 高 高 下流 下流 後件部:1:激減 2:減 3:微減 4:不変 5:微増 6:増 7:激増 尚、各制御ルールのヒット率(適合率)を掛け合わせた
後件部の荷重平均で空気供給量(F1)の増減量を定め
る。
【0012】上記のように、プロセスデータの変化を入
力するようにしたので、複雑に影響し合うプロセスデー
タを用いていながら、予測制御を含む動的制御が可能と
なった。
【0013】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。 〈1〉上記実施の形態に於いては、画像処理手段22
に、撮像手段21から入力された画像データを赤(R)
緑(G) 青(B)の色成分に分解し、緑(G)成分の画像デ
ータの輝度階調(GG) が閾値(GTh)以上である領域を火
炎領域として抽出する第一演算手段23と、前記第一演
算手段22により抽出された火炎領域における青(B)成
分と緑(G)成分の強度比(IB/IG)を演算導出して、そ
の値から前記火炎領域内の高温領域の面積(SH) を抽出
する第二演算手段24と、前記第二演算手段24により
抽出された高温領域の面積(SH) の前記第一演算手段2
3により抽出された火炎領域の面積(SF) に対する面積
比(SH/SF)を燃焼強度(IF) として演算導出する第三
演算手段25とを備えている例を示したが、前記画像処
理手段としては異なる構成のものであってもよく、高温
領域の面積(SH) と火炎領域の面積(SF) との面積比
(SH/SF)を燃焼強度(IF) として演算導出するもので
あればよい。 〈2〉上記実施の形態に於いては、火炎領域における青
(B)成分と緑(G)成分の強度比(IB/IG)を演算導出し
て、その値から前記火炎領域内の高温領域の面積(SH)
を抽出する例を示したが、図2に付記したように、青
(B)成分の輝度階調が閾値(BTh)以上の領域を、前記高
温領域として抽出して高温領域の面積(SH)を求めるよ
うにしてあってもよい。このようにしても前記高温領域
の面積(SH)は差異なく求められる。 〈3〉上記実施の形態におけるファジィ制御ルールの前
件部には、燃焼強度(IF) と、炉出口温度(T2) と、前
記炉出口温度(T2) の変化率(T2D)と、燃切り位置(P
BO)と、前記燃切り位置(PBO)の移動速度(PBD)と、給
塵速度(CF) の目標速度からの偏差(CFD)とで構成した
例を示したが、前回の検出値を記憶する手段を設けて、
炉出口温度(T2) の変化率(T2D)に代えて前回の炉出口
温度(T2) に対する炉出口温度の偏差を、燃切り位置
(PBO)の移動速度(PBD)に代えて前回の燃切り位置(P
BO)に対する偏差を夫々用いるように構成してあっても
よい。このようにしても予測制御は可能である。 〈4〉上記実施の形態或いは前記〈3〉の構成に給塵速
度(CF) の目標速度からの偏差(CFD)の移動を前記前件
部に加えてあってもよい。このようにすれば、燃焼部B
におけるゴミ量の変動を予測することも可能となる。 〈5〉上記実施の形態におけるファジィ制御ルールの前
件部から炉出口温度(T2) の変化率(T2D)と、燃切り位
置(PBO)の移動速度(PBD)とを省いて、前記前件部を、
燃焼強度(IF) と、炉出口温度(T2) と、燃切り位置
(PBO)と、給塵速度(CF) の目標速度からの偏差(CFD)
とで構成してあってもよい。このようにしても、フィー
ドバック制御は可能である。 〈6〉上記実施の形態に於いては、ファジィ制御ルール
の後件部を燃焼部Bへの空気供給量(F1) だけで構成し
た例を示したが、前記後件部に他の操作量を追加するこ
とも可能である。例えば、給塵速度を追加すれば、前記
燃焼部Bにおけるゴミ切れ、ゴミ山盛り等の障害を予防
するために前記燃焼部Bへのゴミの供給量を同時に制御
することも可能となる。 〈7〉上記の他に、ファジィ制御ルールの前件部に排ガ
ス中酸素濃度を加えれば、一酸化炭素、窒素酸化物の排
出抑制を目的とした燃焼用空気の供給量制御が可能とな
る。 〈8〉前記ファジィ制御ルールの前件部の炉出口温度に
代えてボイラ発生蒸気量を用いるようにすれば、発生蒸
気量に基づく燃焼用空気の供給量制御が可能となる。
【0014】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】要部の斜視図
【図2】入力画像データの特性図
【図3】従来の制御形態を示すゴミ焼却炉の概略構成図
【符号の説明】
21 撮像手段 23 第一演算手段 24 第二演算手段 25 第三演算手段 26 ファジィ推論手段 27 燃焼用空気制御手段

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼部における
    燃焼状態をカラー画像として入力する撮像手段(21)
    と、 前記撮像手段(21)による画像データを赤、緑、青の
    色成分に分解して、緑成分の輝度階調が閾値以上である
    画素集合を火炎領域として抽出する第一演算手段(2
    3)と、 青成分の輝度階調と緑成分の輝度階調の比が設定値を超
    える画素集合を強燃焼領域として抽出する第二演算手段
    (24)と、 前記強燃焼領域の面積と前記火炎領域の面積の比として
    定義する燃焼強度を求める第三演算手段(25)とを備
    え、 焼却炉の炉出口温度と、前記炉出口温度の変化率と、ス
    トーカ上のゴミの燃切り位置と、前記燃切り位置の移動
    速度と、前記ストーカへの給塵速度の目標速度からの偏
    差と、又はそれらから選択したデータと、前記燃焼強度
    とを入力して燃焼用空気の供給量を出力するファジィ推
    論手段(26)と、 前記ファジィ推論手段(26)による出力に基づいて燃
    焼用空気の供給量を調節する燃焼用空気制御手段(2
    7)とを備えてあるゴミ焼却炉の燃焼制御装置。
  2. 【請求項2】 ストーカ式ゴミ焼却炉の燃焼部における
    燃焼状態をカラー画像として入力する撮像手段(21)
    と、 前記撮像手段(21)による画像データを赤、緑、青の
    色成分に分解して、緑成分の輝度階調が閾値以上である
    画素集合を火炎領域として抽出する第一演算手段(2
    3)と、 前記火炎領域中で青成分の輝度階調が閾値以上である画
    素集合を強燃焼領域として抽出する第二演算手段(2
    4)と、 前記強燃焼領域の面積と前記火炎領域の面積の比として
    定義する燃焼強度を求める第三演算手段(25)とを備
    え、 焼却炉の炉出口温度と、前記炉出口温度の変化率と、ス
    トーカ上のゴミの燃切り位置と、前記燃切り位置の移動
    速度と、前記ストーカへの給塵速度の目標速度からの偏
    差と、又はそれらから選択したデータと、前記燃焼強度
    とを入力して燃焼用空気の供給量を出力するファジィ推
    論手段(26)と、 前記ファジィ推論手段(26)による出力に基づいて燃
    焼用空気の供給量を調節する燃焼用空気制御手段(2
    7)とを備えてあるゴミ焼却炉の燃焼制御装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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