(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却炉内の炉内明るさを測定する炉内明るさ測定手段と，
上記炉内明るさ測定手段により測定された炉内明るさに基づいて上記焼却炉内の燃焼状態の非定常な変化を判別し，炉内の未燃ガスを燃焼させるべく吹き込まれる２次空気量をインパルス状に変化させる燃焼状態判別制御手段とを具備してなる焼却炉の燃焼制御装置において，
上記焼却炉の炉内酸素濃度を測定する炉内酸素濃度測定手段を具備し，
上記燃焼状態判別制御手段が，上記炉内酸素濃度測定手段により測定された上記焼却炉の炉内酸素濃度に基づいて上記インパルス状に変化させる２次空気量を定めてなることを特徴とする焼却炉の燃焼制御装置。
【請求項２】
上記焼却炉の炉内温度を測定する炉内温度測定手段を更に具備し，
上記燃焼状態判別制御手段が，上記炉内温度測定手段により測定された上記焼却炉の炉内温度に基づいて上記インパルス状に変化させる２次空気量に関するゲインを補正してなる請求項１に記載の焼却炉の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，焼却炉の燃焼制御装置に係り，例えば都市ごみ，産業廃棄物等を焼却，溶融または熱分解する流動床式焼却炉において，炉内で生じた未燃ガスを燃焼させるべく吹き込まれる２次空気量の制御を行なう焼却炉の燃焼制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生活様式の変化に伴って近年ますます増大する都市ごみや産業廃棄物等を焼却又は熱分解して効率的に処理すべく様々な焼却炉が開発されている。例えば流動床式焼却炉は，炉内に充填された砂等の下方から吹き込まれる１次空気により上記砂を流動化させ，その中にごみ等を投入して均一に加熱・熱分解させるものである。ここに，図３は上記流動床式焼却炉の概略構成を示したものである。
図３に示されるように，上記流動床式焼却炉では，ごみ供給装置１から焼却炉２内に投入されたごみ等が，焼却炉２の下部に充填された砂層３０に落下する。該砂層３０へはその下方から１次空気が吹き込まれて砂層３０が流動化され，その流動化された砂層３０の中で上記ごみ等が燃料と共に燃焼される。また，その時生じたＣＯ等の未燃ガスには砂層３０上方で２次空気が吹き込まれて，未燃ガスが完全燃焼され，排ガスとなって焼却炉２から排出される。
ところで，上記のような焼却炉において，安定した燃焼状態が確保されている状態とは，上記未燃ガスの発生が抑制されている状態であるということができる。例えば炉内の酸素濃度は，上記未燃ガスの量と相関を有しており，この炉内酸素濃度が一定となるように制御を行うことにより，上記未燃ガスの発生量を軽減することが可能である。
より具体的には，炉内酸素濃度検出装置３１により炉内酸素濃度を検出し，検出された炉内酸素濃度に応じて，ごみ供給装置２によるごみ等の投入量や２次空気量操作装置３による２次空気量を変化させることにより，燃焼状態の制御が可能である。
ただし，上記炉内酸素濃度は燃焼量と相関があるとはいえ，その相関には時間的な遅れが生じる。この相関の遅れは，即ち制御の応答の遅れとなる。このため，上記２次空気量のベース量を上記炉内酸素濃度を基本制御量として制御する場合には，フィードフォワード制御を行うことが望ましい。
しかしながら，上記フィードフォワード制御を行っても，例えば投入路にて詰まった多量のごみが一度に上記焼却炉２内に落下する等して，燃焼状態に予測できない非定常な変動が生じた場合には，制御精度が低下してしまい，上記２次空気量の供給量に過不足が生じてしまう恐れがある。
【０００３】
これについて，本発明者等は，比較的応答の速い炉内の明るさを用いて上記非定常な燃焼状態の変動を判別し，非定常な燃焼状態の変動が判別されると上記２次空気量をインパルス状に変化させ，２次空気量を迅速に調整する焼却炉の燃焼制御装置を，特許出願（特願平１０−１３６９９２号）において提案した。その概略構成を図４に，炉内明るさに基づく２次空気量の制御に関するタイムチャートを図５にそれぞれ示す。
図４に示すように，上記焼却炉の燃焼制御装置は，焼却炉２内の明るさを測定する明るさ測定装置４と，該明るさ測定装置４により測定された炉内明るさに基づいて上記２次空気量を操作する制御演算装置５とを具備する。
上記明るさ測定装置４により測定される炉内明るさは，未燃ガス発生量と対応し，燃焼状態の変動にも比較的速く応答するものであり，例えば投入路にて詰まった多量のごみが一度に上記焼却炉２内に落下すると，図５（ｂ）に示すように，その大きさが急激に変動する。
上記制御演算装置５は，上記明るさ測定装置４により測定された炉内明るさが，例えば所定のしきい値以上になったことを判別すると，上記２次空気量を図５（ａ）に示すように，インパルス状に変化させる。ここで，２次空気量をインパルス状に変化させるとは，炉内温度を低下させない程度の短時間に矩形的に２次空気量を変化させることをいう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，上記のようにインパルス状に変化させる際の２次空気量の大きさも，適切に設定しなければ，２次空気量過多又は不足の状態を招き，逆に未燃ガス発生を引き起こしかねない。
しかしながら，炉内明るさと未燃ガス発生量とは厳密に線形の関係にないため，炉内明るさに基づいて上記インパルス状に変化させる際の２次空気量を定めることは困難である。
本発明は，このような従来の技術における課題を解決するために，焼却炉の燃焼制御装置を改良し，未燃ガス発生量とほぼ線形の関係を有する炉内酸素濃度を基に上記インパルス状に変化させる際の２次空気量を定めることにより，燃焼状態に非定常な変動が起きた場合にも，適切な量の２次空気量を供給し，未燃ガスの発生を抑制することができる焼却炉の燃焼制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために，請求項１に係る発明は，焼却炉内の炉内明るさを測定する炉内明るさ測定手段と，上記炉内明るさ測定手段により測定された炉内明るさに基づいて上記焼却炉内の燃焼状態の非定常な変化を判別し，炉内の未燃ガスを燃焼させるべく吹き込まれる２次空気量をインパルス状に変化させる燃焼状態判別制御手段とを具備してなる焼却炉の燃焼制御装置において，上記焼却炉の炉内酸素濃度を測定する炉内酸素濃度測定手段を具備し，上記燃焼状態判別制御手段が，上記炉内酸素濃度測定手段により測定された上記焼却炉の炉内酸素濃度に基づいて上記インパルス状に変化させる２次空気量を定めてなることを特徴とする焼却炉の燃焼制御装置として構成されている。
上記請求項１に記載の焼却炉の燃焼制御装置によれば，未燃ガスの発生量とほぼ線形の関係を有する炉内酸素濃度に基づいてインパルス状に変化させる際の２次空気量が定められるため，燃焼状態に非定常な変動が生じても，適切な量の２次空気量をインパルス状に供給することができ，炉内温度の低下，更には未燃ガスの発生を抑制し，安定した燃焼を実現することができる。
また，請求項２に係る発明は，上記請求項１に記載の焼却炉の燃焼制御装置において，上記焼却炉の炉内温度を測定する炉内温度測定手段を更に具備し，上記燃焼状態判別制御手段が，上記炉内温度測定手段により測定された上記焼却炉の炉内温度に基づいて上記インパルス状に変化させる２次空気量に関するゲインを補正してなることをその要旨とする。
上記請求項２に記載の焼却炉の燃焼制御装置によれば，上記炉内酸素濃度に基づいて定めた２次空気量が多少不適切であっても，炉内温度を基に上記２次空気量に関するゲインが補正されるので，燃焼状態を更に安定させることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下，添付図面を参照して，本発明の実施の形態につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明の具体的な一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
まず，図１に本発明の一実施の形態に係る焼却炉の燃焼制御装置の概略構成を示す。
図１に示す如く，本発明の一実施の形態に係る焼却炉の燃焼制御装置は，炉内で生じた未燃ガスを燃焼させるべく吹き込まれる２次空気量を制御する焼却炉２の燃焼制御装置であって，焼却炉２内の炉内明るさを測定する明るさ測定装置４（炉内明るさ測定手段に相当）と，明るさ測定装置４により測定された炉内明るさに基づいて上記焼却炉２内の燃焼状態の非定常な変化を判別し，上記２次空気量をインパルス状に変化させる制御演算装置５（燃焼状態判別制御手段に相当）とを具備する点で従来のものとほぼ同様である。
本実施の形態に係る焼却炉の燃焼制御装置が，従来のものと異なるのは，上記焼却炉２の炉内酸素濃度を測定する炉内酸素濃度測定装置６（炉内酸素濃度測定手段に相当）と，上記焼却炉２の炉内温度を測定する炉内温度測定装置（炉内温度測定手段に相当）と，上記炉内酸素濃度測定装置６により測定された炉内酸素濃度と上記炉内温度測定装置７により測定された炉内温度とに基づいて上記インパルス状に変化させる２次空気量を定める補正値演算装置８と，上記補正値演算装置８により定められたインパルス状の２次空気量を上記制御演算装置５の出力に加算する加算装置９とを具備する点である。
尚，上記焼却炉の燃焼制御装置における，定常的な燃焼状態の制御は，例えば上記炉内酸素濃度測定装置６により測定される炉内酸素濃度に基づいて行われる。
【０００７】
上記焼却炉の燃焼制御装置において，ごみが一度にまとめて炉内に落下する，いわゆるどか落ち等は，炉内明るさにより監視される。炉内明るさＩｉは，上記明るさ測定装置６により一定のサンプリング間隔で逐次測定される。上記明るさ測定装置６により測定された炉内明るさＩｉは制御演算装置５へ出力される。
上記制御演算装置５では，上記炉内明るさＩｉと予め設定されたしきい値Ｉｓとの比較が逐次行われる。
例えば図２（ａ）及び（ｂ）に示すように，制御演算装置５によってどか落ちが検出された時間Ｔ１には，どか落ち状態の期間（Ｔ１からＴ１＋Ｔａ１），２次空気量の設定値Ａｉがベース２次空気量Ａｓから次式（１）及び（２）に従って，所定量ΔＡだけインパルス状に変更される。
Ａｉ＝Ａｓ＋ΔＡ（Ｔ１＜ｉ＜Ｔ１＋Ｔａ１）                  （１）
Ａｉ＝Ａｓ      （Ｔ１＋Ｔａ１＜ｉ）                        （２）
このように設定値Ａｉを変更することにより，燃焼状態悪化に伴う未燃ガスの発生が抑制され，さらにインパルス状に変化させることにより，ステップ状に変化させた場合に起こる２次空気による炉内温度の低下が抑制される。また，炉内明るさを用いて制御を行うことにより，ほとんど遅れ時間なく燃焼状態の変化が検出されるため，即応性の高い制御が可能となる。
上記制御演算装置５により上記（１）及び（２）式に基づいて演算された２次空気量Ａｉは上記加算装置９を介して２次空気量操作装置３へ出力される。
また，上記炉内酸素濃度測定装置６によって，焼却炉２の炉内酸素濃度が逐次測定され，上記補正値演算装置８に出力される。上記補正値演算装置８では，次式（３）に従って酸素濃度値Ｏｉからその微分値ＤＯｉが逐次計算される。
ＤＯｉ＝Ｏｉ−Ｏi-1                                         （３）
そして，酸素濃度の現在値と微分値からＮステップ先の炉内酸素濃度値が次式に従って演算される。
Ｏest ＝Ｏｉ＋αn ×ＤＯｉ                                  （４）
ここで，Ｏest は現在の炉内酸素濃度を用いて，現状のまま２次空気量を維持したときの酸素濃度変化の予測値であり，この予測値と目標とする酸素濃度目標値Ｏtaget とを用いて計算される（Ｏtaget −Ｏest ）の定数倍が未燃ガスを発生させたいために必要となる空気量といえる。
これに従い，上記補正値演算装置８では，次式（５）に従って，適正な空気量の増加量ΔＡが演算され，これに基づいて上記制御演算装置５に設定された増加量ΔＡを補正するための補正量が演算される。
ΔＡ＝Ｋ×（Ｏtaget −Ｏest ）                              （５）
そして，上記補正値演算装置８から出力された補正値が上記加算装置９により上記制御演算装置５の出力に加算され，上記２次空気量操作装置３に出力される。
これにより，図２（ａ）及び（ｃ）に示すように，炉内酸素濃度の予測値と目標値とから上記２次空気量の増加量ΔＡが定められることになり，上記焼却炉の燃焼制御装置によれば，安定した燃焼を実現することができる。
【０００８】
ただし，上式（５）におけるゲインＫが不適切な場合，空気量の増加量ΔＡが必要以上な量となり，炉内温度を低下させ，燃焼を不安定にし未燃ガスを発生させる恐れがある。
そこで，上記焼却炉の燃焼制御装置では，上記炉内温度測定装置７により逐次測定された炉内温度を用いて上記ゲインＫが調整される。上記空気量の増加量ΔＡに基づく炉内温度への影響が上記炉内温度測定装置７及び上記補正値演算装置８によりΔｔｅｍｐであると定められると，下記の（Ａ）〜（Ｃ）の調整を上記ゲインＫに加えられる。
（Ａ）  Δｔｅｍｐ  ＞  ０  の場合  Ｋの変更を行わず
（Ｂ）  Δｔｅｍｐ  ＝  ０  の場合  Ｋの変更を行わず
（Ｃ）  Δｔｅｍｐ  ＜  ０  の場合  Ｋを（１−β）Ｋに変更する
ただし，βは０＜β＜１の定数である。
これにより，炉内温度低下が生じた際には空気増加分が多いと判断され，上記ゲインＫが減少する方向に調整が行われる。また，これを繰り返すことにより，適切なゲインＫを特定装置に対して定めることができる。
このように，本実施の形態に係る焼却炉の燃焼制御装置によれば，未燃ガスの発生量とほぼ線形の関係を有する炉内酸素濃度に基づいてインパルス状に変化させる際の２次空気量が定められるため，燃焼状態に非定常な変動が生じても，適切な量の２次空気量をインパルス状に供給することができ，炉内温度の低下，更には未燃ガスの発生を抑制し，安定した燃焼を実現することができる。しかも，上記炉内酸素濃度に基づいて定めた２次空気量が多少不適切であっても，炉内温度を基に上記２次空気量に関するゲインが補正されるので，燃焼状態を更に安定させることができる。
【０００９】
【実施例】
上記実施の形態では，流動床式焼却炉を例にとって説明を行なったが，２次空気を吹き込むことによって，未燃ガスを完全燃焼させる他の焼却炉にも，本発明に係る焼却炉の燃焼制御装置は適用可能である。
【００１０】
【発明の効果】
上記のように，上記請求項１に記載の焼却炉の燃焼制御装置によれば，未燃ガスの発生量とほぼ線形の関係を有する炉内酸素濃度に基づいてインパルス状に変化させる際の２次空気量が定められるため，燃焼状態に非定常な変動が生じても，適切な量の２次空気量をインパルス状に供給することができ，炉内温度の低下，更には未燃ガスの発生を抑制し，安定した燃焼を実現することができる。
また，上記請求項２に記載の焼却炉の燃焼制御装置によれば，上記炉内酸素濃度に基づいて定めた２次空気量が多少不適切であっても，炉内温度を基に上記２次空気量に関するゲインが補正されるので，燃焼状態を更に安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態に係る焼却炉の燃焼制御装置の概略構成を示す図。
【図２】  上記焼却炉の燃焼制御装置の２次空気量の制御を説明するためのタイムチャート。
【図３】  従来の焼却炉の燃焼制御装置の一例を示す図。
【図４】  従来の焼却炉の燃焼制御装置の他の例を示す図。
【図５】  従来の焼却炉の燃焼制御装置の他の例における２次空気量の制御を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
１…ごみ供給装置
２…焼却炉
４…明るさ検出装置（炉内明るさ検出手段）
５…制御演算装置（燃焼状態判別制御手段）
６…炉内酸素濃度測定装置（炉内酸素濃度測定手段）
７…炉内温度測定装置（炉内温度測定手段）
８…補正値演算装置
９…加算装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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