(57)【要約】【課題】フリーボード部での燃焼率を大きくして焼却炉から排出されるＮ２Ｏを低減する。【解決手段】砂層部と砂層部の上側に形成されたフリーボード部とを有し、投入された汚泥を燃焼させる流動床式焼却炉の燃焼制御方法において、砂層部を流動させることができる下限の砂層温度である限界砂層温度に基づく最低砂層温度目標値ＳＶを決定する最低砂層温度目標値決定工程Ｓ８と、排ガス中の酸素濃度に基づいて、砂層部に供給される一次空気の流量である一次空気量とフリーボード部に供給される二次空気の流量である二次空気量との合計である全空気量の制御量を決定する全空気量制御量決定工程Ｓ９と、最低砂層温度目標値ＳＶとなるように一次空気量の制御量を決定する一次空気量制御量決定工程Ｓ１１と、全空気量の制御量及び一次空気量の制御量に基づいて、全空気量及び一次空気量を制御する空気量制御工程Ｓ１２と、を含む流動床式焼却炉の制御方法を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂層部と前記砂層部の上側に形成されたフリーボード部とを有し、投入された汚泥を燃焼させる流動床式焼却炉の制御方法において、
前記砂層部を流動させることができる下限の砂層温度である限界砂層温度に基づく最低砂層温度目標値を決定する最低砂層温度目標値決定工程と、
排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記砂層部に供給される一次空気の流量である一次空気量と前記フリーボード部に供給される二次空気の流量である二次空気量との合計である全空気量の制御量を決定する全空気量制御量決定工程と、
前記最低砂層温度目標値となるように前記一次空気量の制御量を決定する一次空気量制御量決定工程と、
前記全空気量の制御量及び前記一次空気量の制御量に基づいて、前記全空気量及び前記一次空気量を制御する空気量制御工程と、を含む流動床式焼却炉の制御方法。
【請求項２】
前記最低砂層温度目標値は、
砂層部を流動させることができる最低限の空塔速度である限界空塔速度と、前記限界空塔速度と前記砂層部の面積から算出される限界一次空気量と、から仮定される限界砂層温度の仮定値と、
前記限界砂層温度の仮定値と前記限界空塔速度と、前記限界一次空気量と、汚泥含水率及び汚泥投入量と、から求められる限界空気比と、
前記限界空気比と、前記限界空塔速度と、砂層の水分負荷と、から求められる限界砂層燃焼率と、
汚泥含水率及び汚泥投入量と、一次空気温度と、焼却炉の熱収支と、から求められる限界砂層温度と、から求められる値である請求項１に記載の流動床式焼却炉の制御方法。
【請求項３】
前記空気量制御工程の後での制御後砂層温度と前記最低砂層温度目標値とを比較する制御後砂層温度比較工程と、
前記制御後砂層温度と前記最低砂層温度目標値との差の絶対値が所定の温度よりも小さい場合に、前記酸素濃度と、前記砂層温度と、前記フリーボード温度とを制御入力とし、一次空気量と、二次空気量と、一次空気温度とを制御出力としたファジイ推論に基づき、前記一次空気量、前記二次空気量、前記一次空気温度の増減を決定するファジイ制御工程と、を含む請求項１又は請求項２に記載の流動床式焼却炉の制御方法。
【請求項４】
砂層部と、前記砂層部の上側に形成されたフリーボード部と、を有する焼却炉本体と、
前記焼却炉本体に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給装置と、
前記燃焼用空気供給装置から供給される全空気のうち前記砂層部に一次空気を供給する一次空気供給配管と、
前記燃焼用空気供給装置から供給される全空気のうち前記フリーボード部に二次空気を供給する二次空気供給配管と、
前記砂層部の温度を測定する砂層温度センサと、
前記焼却炉本体から排出される排ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度センサと、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記砂層部を流動させることができる下限の砂層温度である限界砂層温度に基づく最低砂層温度目標値を決定する最低砂層温度目標値決定部と、
前記排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記砂層部に供給される一次空気の流量である一次空気量と前記フリーボード部に供給される二次空気の流量である二次空気量との合計である全空気量の制御量を決定する全空気量制御量決定部と、
前記最低砂層温度目標値となるように前記一次空気量の制御量を決定する一次空気量制御量決定部と、
前記全空気量の制御量及び前記一次空気量の制御量に基づいて、前記全空気量及び一次空気量を制御する空気量制御部と、を有する流動床式焼却炉。
【請求項５】
前記汚泥の投入量を測定する汚泥投入量センサと、
前記汚泥の含水率を測定する汚泥含水率センサと、を有し、
前記最低砂層温度目標値は、
砂層部を流動させることができる最低限の空塔速度である限界空塔速度と、前記限界空塔速度と前記砂層部の面積から算出される限界一次空気量と、から仮定される限界砂層温度の仮定値と、
前記限界砂層温度の仮定値と前記限界空塔速度と、前記限界一次空気量と、汚泥含水率及び汚泥投入量と、から求められる限界空気比と、
前記限界空気比と、前記限界空塔速度と、砂層の水分負荷と、から求められる限界砂層燃焼率と、
汚泥含水率及び汚泥投入量と、一次空気温度と、焼却炉の熱収支と、から求められる限界砂層温度と、から求められる値である請求項４に記載の流動床式焼却炉。
【請求項６】
砂層部と前記砂層部の上側に形成されたフリーボード部とを有し、投入された汚泥を燃焼させる流動床式焼却炉の制御装置のコンピュータに、
前記砂層部を流動させることができる下限の砂層温度である限界砂層温度に基づく最低砂層温度目標値を決定させ、
排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記砂層部に供給される一次空気の流量である一次空気量と前記フリーボード部に供給される二次空気の流量である二次空気量との合計である全空気量の制御量を決定させ、
前記最低砂層温度目標値となるように前記一次空気量の制御量を決定させ、
前記全空気量の制御量及び前記一次空気量の制御量に基づいて、前記全空気量及び前記一次空気量を制御させる、ためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動床式焼却炉の制御方法、流動床式焼却炉およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、下水処理場においては、下水汚泥を燃やすために流動床式焼却炉などの汚泥焼却炉を設けて汚泥を有効利用するなどしている。流動床式焼却炉は、流動媒体として砂を使用した砂層部（流動層）と、燃焼室であるフリーボード部とを有する筒状の焼却炉本体を備えている多段燃焼式の焼却炉である。
【０００３】
ところで、下水汚泥は窒素成分に富んでいることからその燃焼排ガスには温暖化効果の高いＮ２Ｏを含むため、焼却炉から排出されるＮ２Ｏを極力少なくすることが望まれている。
特許文献１には、フリーボード部の温度が８５０℃程度となるように制御を行うことによって、Ｎ２Ｏなどの有害物質の少ない良好な排ガスを排出するようにした流動床式焼却炉が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２４７０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の流動床式焼却炉においては、砂層部の温度に関しては、下限値を設定しているものの汚泥性状に合わせて設定値の変更は行っていなかった。そのため、砂層部の温度の設定値が高めに設定されており、砂層部において必要以上に汚泥の持つ熱量が消費されてしまい、フリーボード部の高温化ができていなかった。そのため、多段燃焼式の燃焼炉のＮ２Ｏ低減効果を最大限発揮できていなかった。
【０００６】
この発明は、フリーボード部での燃焼率を大きくして焼却炉から排出されるＮ２Ｏを低減することができる流動床式焼却炉の制御方法、流動床式焼却炉およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様によれば、流動床式焼却炉の制御方法は、砂層部と前記砂層部の上側に形成されたフリーボード部とを有し、投入された汚泥を燃焼させる流動床式焼却炉の燃焼制御方法において、前記砂層部を流動させることができる下限の砂層温度である限界砂層温度に基づく最低砂層温度目標値を決定する最低砂層温度目標値決定工程と、排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記砂層部に供給される一次空気の流量である一次空気量と前記フリーボード部に供給される二次空気の流量である二次空気量との合計である全空気量の制御量を決定する全空気量制御量決定工程と、前記最低砂層温度目標値となるように前記一次空気量の制御量を決定する一次空気量制御量決定工程と、前記全空気量の制御量及び前記一次空気量の制御量に基づいて、前記全空気量及び前記一次空気量を制御する空気量制御工程と、を含む。
【０００８】
このような構成によれば、砂層部の温度が砂層部を流動させることができる限界砂層温度に基づく最低砂層温度となるように、流動床式焼却炉が運転される。即ち、限界砂層温度に近い運転を行い、砂層燃焼率を最小限とすることができるため、フリーボード部での燃焼率を大きくすることができ、焼却炉から排出されるＮ２Ｏを低減することができる。
【０００９】
上記流動床式焼却炉の制御方法において、前記最低砂層温度目標値は、砂層部を流動させることができる最低限の空塔速度である限界空塔速度と、前記限界空塔速度と前記砂層部の面積から算出される限界一次空気量と、から仮定される限界砂層温度の仮定値と、前記限界砂層温度の仮定値と前記限界空塔速度と、前記限界一次空気量と、汚泥含水率及び汚泥投入量と、から求められる限界空気比と、前記限界空気比と、前記限界空塔速度と、砂層の水分負荷と、から求められる限界砂層燃焼率と、汚泥含水率及び汚泥投入量と、一次空気温度と、焼却炉の熱収支と、から求められる限界砂層温度と、から求められる値であってよい。
【００１０】
このような構成によれば、最低砂層温度目標値を算出するのに用いられる限界砂層燃焼率を、限界空気比と、限界空塔速度と、砂層の水分負荷とから求めることによって、より正確に最低砂層温度目標値を設定することができる。
【００１１】
上記流動床式焼却炉の制御方法において、前記空気量制御工程の後での制御後砂層温度と前記最低砂層温度目標値とを比較する制御後砂層温度比較工程と、前記制御後砂層温度と前記最低砂層温度目標値との差の絶対値が所定の温度よりも小さい場合に、前記酸素濃度と、前記砂層温度と、前記フリーボード温度とを制御入力とし、一次空気量と、二次空気量と、一次空気温度とを制御出力としたファジイ推論に基づき、前記一次空気量、前記二次空気量、前記一次空気温度の増減を決定するファジイ制御工程と、を含んでよい。
【００１２】
このような構成によれば、ファジイ制御を用いての制御を行うことによって、砂層温度が最低砂層温度目標値に近づくように制御することができる。
【００１３】
本発明の第二の態様によれば、流動床式焼却炉は、砂層部と、前記砂層部の上側に形成されたフリーボード部と、を有する焼却炉本体と、前記焼却炉本体に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給装置と、前記燃焼用空気供給装置から供給される全空気のうち前記砂層部に一次空気を供給する一次空気供給配管と、前記燃焼用空気供給装置から供給される全空気のうち前記フリーボード部に二次空気を供給する二次空気供給配管と、前記砂層部の温度を測定する砂層温度センサと、前記焼却炉本体から排出される排ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度センサと、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記砂層部を流動させることができる下限の砂層温度である限界砂層温度に基づく最低砂層温度目標値を決定する最低砂層温度目標値決定部と、前記排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記砂層部に供給される一次空気の流量である一次空気量と前記フリーボード部に供給される二次空気の流量である二次空気量との合計である全空気量の制御量を決定する全空気量制御量決定部と、前記最低砂層温度目標値となるように前記一次空気量の制御量を決定する一次空気量制御量決定部と、前記全空気量の制御量及び前記一次空気量の制御量に基づいて、前記全空気量及び一次空気量を制御する空気量制御部と、を有する。
【００１４】
上記流動床式焼却炉において、前記汚泥の投入量を測定する汚泥投入量センサと、前記汚泥の含水率を測定する汚泥含水率センサと、を有し、前記最低砂層温度目標値は、砂層部を流動させることができる最低限の空塔速度である限界空塔速度と、前記限界空塔速度と前記砂層部の面積から算出される限界一次空気量と、から仮定される限界砂層温度の仮定値と、前記限界砂層温度の仮定値と前記限界空塔速度と、前記限界一次空気量と、汚泥含水率及び汚泥投入量と、から求められる限界空気比と、前記限界空気比と、前記限界空塔速度と、砂層の水分負荷と、から求められる限界砂層燃焼率と、汚泥含水率及び汚泥投入量と、一次空気温度と、焼却炉の熱収支と、から求められる限界砂層温度と、から求められる値であってよい。
【００１５】
本発明の第三の態様によれば、プログラムは、砂層部と前記砂層部の上側に形成されたフリーボード部とを有し、投入された汚泥を燃焼させる流動床式焼却炉の制御装置のコンピュータに、前記砂層部を流動させることができる下限の砂層温度である限界砂層温度に基づく最低砂層温度目標値を決定させ、排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記砂層部に供給される一次空気の流量である一次空気量と前記フリーボード部に供給される二次空気の流量である二次空気量との合計である全空気量の制御量を決定させ、前記最低砂層温度目標値となるように前記一次空気量の制御量を決定させ、前記全空気量の制御量及び前記一次空気量の制御量に基づいて、前記全空気量及び前記一次空気量を制御させる、ためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、砂層部の温度が砂層部を流動させることができる限界砂層温度に基づく最低砂層温度となるように、流動床式焼却炉が運転される。即ち、限界砂層温度に近い運転を行い、砂層燃焼率を最小限とすることができるため、フリーボード部での燃焼率を大きくすることができ、焼却炉から排出されるＮ２Ｏを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の流動床式焼却炉の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態の流動床式焼却炉の制御方法を説明するフローチャートである。
【図３】砂層燃焼率評価実験装置の概略構成図である。
【図４】砂層燃焼率評価実験装置を用いて行った実験により得られた砂層燃焼率と空気比との関係を示すグラフである。
【図５】砂層燃焼率評価実験装置を用いて行った実験により得られた砂層燃焼率と空塔速度との関係を示すグラフである。
【図６】砂層燃焼率評価実験装置を用いて行った実験により得られた砂層燃焼率と砂層水分負荷との関係を示すグラフである。
【図７】焼却炉の熱収支を説明する図である。
【図８】ファジイ制御工程にて参照されるメンバーシップ関数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態の流動床式焼却炉、及び流動床式焼却炉の制御方法、及びプログラムについて図面を参照して詳細に説明する。図１は本実施形態の流動床式焼却炉１００の概略構成図である。流動床式焼却炉１００は、砂粒を熱媒体として汚泥Ｍとともに気泡流動層を形成して燃焼する焼却炉である。
【００１９】
図１に示すように、流動床式焼却炉１００は、被焼却物である汚泥Ｍ（汚泥ケーキ）が供給される焼却炉本体１と、焼却炉本体１に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給装置２と、燃焼用空気を予熱する空気予熱器３と、焼却炉本体１から排出される排ガスの処理を行う排ガス処理装置４と、流動床式焼却炉１００の制御を行う制御装置５と、を有している。
制御装置５は、流動床式焼却炉１００の各部を制御して各種機能を実行する。制御装置５は、例えば流動床式焼却炉１００が備えるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ、中央処理装置）が、記憶部からプログラムを読み出して実行することで構成される。
【００２０】
制御装置５は、後述する最低砂層温度目標値を決定する最低砂層温度目標値決定部５ａと、砂層部Ｓに供給される一次空気の流量である一次空気量とフリーボード部Ｆに供給される二次空気の流量である二次空気量との合計である全空気量の制御量を決定する全空気量制御量決定部５ｂと、最低砂層温度目標値となるように一次空気量の制御量を決定する一次空気量制御量決定部５ｃと、全空気量の制御量及び一次空気量の制御量に基づいて、全空気量及び一次空気量を制御する空気量制御部５ｄと、を有している。
【００２１】
焼却炉本体１は、焼却炉本体１の下部に設けられた砂層部Ｓ（流動層）と砂層部Ｓより上方に設けられたフリーボード部Ｆと、を有している。流動床式焼却炉１００は、汚泥Ｍを砂層部Ｓに投入する汚泥供給装置７を有している。
汚泥Ｍは、汚泥供給装置７から焼却炉本体１の内部の砂層部Ｓに投入される。汚泥供給装置７には、汚泥Ｍの投入量Ｑを測定する汚泥投入量センサ８ｂと、汚泥Ｍの含水率Ｍ（投入水分量）を測定する汚泥含水率センサ８ａと、が設けられている。
【００２２】
焼却炉本体１から排出される燃焼ガス（燃焼後の排ガス）は、炉上部の炉出口６から煙道９を介して、例えば、ガス冷却塔や、バグフィルタなどの排ガス処理装置４に導入される。
【００２３】
燃焼用空気供給装置２から供給される燃焼用空気が導入される配管は、上流側に配置されている全空気供給配管１０と、全空気供給配管１０の下流側で分岐する一次空気供給配管１１及び二次空気供給配管１２と、を有している。燃焼用空気供給装置２は、全空気供給配管１０を介して一次空気供給配管１１及び二次空気供給配管１２に空気を供給する。
【００２４】
一次空気供給配管１１は、散気管１３を介して砂層部Ｓに一次空気を供給する。二次空気供給配管１２は、フリーボード部Ｆに二次空気を供給する。全空気供給配管１０を流れる全空気（砂層部Ｓ及びフリーボード部Ｆに供給される全ての空気）の流量（全空気量）は、一次空気の流量（一次空気量）とフリーボード部Ｆに供給される二次空気の流量（二次空気量）との合計である。
【００２５】
全空気供給配管１０には、全空気量を調整する全空気量調節弁１５が設けられている。二次空気供給配管１２には、二次空気量を調整する二次空気量調節弁１６が設けられている。二次空気量調整弁が調整されることにより、二次空気量が調整され、その結果、一次空気量が調整される。二次空気量調整弁によって二次空気量が調整された場合においても、全空気量調整弁が操作されない限り、全空気量は変化しない。全空気量調節弁１５及び二次空気量調整弁は、制御装置５によって制御される。
【００２６】
空気予熱器３は、全空気供給配管１０を流れる全空気を予熱する。空気予熱器３は、例えば、焼却炉本体１から排出される排ガスから熱を回収して空気を予熱する。
【００２７】
流動床式焼却炉１００は、砂層部Ｓの温度Ｔｓを検出する砂層温度センサ１７と、フリーボード部Ｆの温度Ｔｆを検出するフリーボード温度センサ１８と、煙道９を流れる排ガスの酸素濃度を検出する第一酸素濃度センサ１９と、炉出口６から排出された直後の煙道９を流れる排ガスの温度を検出する排ガス温度センサ２０と、排ガス処理装置４から排出された排ガスの酸素濃度を検出する第二酸素濃度センサ２１と、を備えている。
これらセンサは、制御装置５と電気的に接続されている。制御装置５は、これらセンサによって測定された測定値に基づいて、全空気量調節弁１５及び二次空気量調節弁１６を制御する。
【００２８】
次に、汚泥燃焼のプロセスを説明する。
汚泥Ｍは図示しない脱水プロセスによって脱水され、汚泥供給装置７により焼却炉本体１に供給される。また、燃焼用空気が燃焼用空気供給装置２の吐出圧により全空気供給配管１０に導入された後、空気予熱器３で加熱され、砂層部Ｓ及びフリーボード部Ｆに供給される。
燃焼用空気により加熱された砂層部Ｓの砂粒は、燃焼用空気と発生する燃焼ガスによって、供給された汚泥Ｍとともに流動し、汚泥Ｍは流動しながら燃焼する。さらに、燃焼ガスはフリーボード部Ｆの内部を上昇しながら、二次空気供給配管１２を介して供給される二次空気で燃焼を完結する。燃焼後の排ガスは炉出口６を介して煙道９に導入され、排ガス処理装置４へ排出される。
【００２９】
次に本実施態様における、流動床式焼却炉１００の制御方法について説明する。
まず、本実施形態の流動床式焼却炉１００を起動し、運転を安定させるまでの流動床式焼却炉１００の立ち上げ工程について説明する。
流動床式焼却炉１００の立ち上げ工程では、焼却炉本体１に汚泥Ｍ及び一次空気（燃焼用空気）を供給する。即ち、流動床式焼却炉１００の立ち上げ工程においては、二次空気は使用しない。汚泥Ｍ及び一次空気の供給後、流動床式焼却炉１００の各部温度が上昇し、流動床式焼却炉１００の各部温度が安定した状態になった場合に流動床式焼却炉１００の立ち上げ工程は終了する。
【００３０】
次に、流動床式焼却炉１００の立ち上げ工程後の流動床式焼却炉の制御方法について説明する。
流動床式焼却炉の制御方法は、砂層部Ｓを流動させることができる下限の砂層温度である限界砂層温度に基づく最低砂層温度目標値ＳＶを決定する工程（図２のＳ１〜Ｓ８）と、最低砂層温度目標値ＳＶに基づいて全空気量及び一次空気量を決定する工程（図２のＳ９〜Ｓ１１）と、砂層温度などに基づいて一次空気量などの制御を行う工程（図２のＳ１２〜Ｓ１７）と、を有している。
【００３１】
最低砂層温度目標値ＳＶは、砂層部Ｓの温度を可能な限り低く維持するための砂層温度の設定値（ＳＶ値、Ｓｅｔｔｉｎｇ  Ｖａｌｕｅ）である。本実施形態の流動床式焼却炉の制御方法は、砂層温度を可能な限り低く維持することによって、フリーボード部Ｆの高温化を図るものである。
【００３２】
図２に示すように、最低砂層温度目標値ＳＶを決定する工程は、限界空塔速度設定工程Ｓ１と、限界一次空気量計算工程Ｓ２と、限界砂層温度仮定工程Ｓ３と、限界空気比計算工程Ｓ４と、限界砂層燃焼率計算工程Ｓ５と、限界砂層温度計算工程Ｓ６と、限界砂層温度比較工程Ｓ７と、最低砂層温度目標値決定工程Ｓ８と、を備えている。
【００３３】
限界空塔速度設定工程Ｓ１は、焼却炉本体１の形状、流動床式焼却炉１００の稼働実績、及び経験則などから決定することができる限界空塔速度Ｕ（ｍ／ｓ）を設定する工程である。
限界空塔速度Ｕとは、一次空気を導入することによって得られる空塔速度であって、砂層部Ｓを流動させることができる最低限の空塔速度である。限界空塔速度Ｕは、例えば、０．４ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓに設定することができる。ここで設定される限界空塔速度Ｕは、最低砂層温度目標値ＳＶの算出に用いられる。
【００３４】
限界一次空気量計算工程Ｓ２は、限界空塔速度設定工程Ｓ１で設定された限界空塔速度Ｕから限界一次空気量Ａ（ｍ３／ｓ）を計算する工程である。限界一次空気量計算工程Ｓ２では、数式（１）を用いて限界一次空気量Ａを計算する
Ｕ（ｍ／ｓ）  ×  Ｓａ（ｍ２）  ＝  Ａ（ｍ３／ｓ）  ・・・  （１）
Ｓａ：砂層部Ｓの面積［ｍ２］
【００３５】
限界砂層温度仮定工程Ｓ３は、限界砂層温度の仮定値Ｔ（℃）の設定を行う工程である。限界砂層温度とは、限界一次空気量Ａ（ｍ３／ｓ）の一次空気を砂層部Ｓに供給した場合になりうると考えられる砂層温度であり、砂層部Ｓを流動させることができる下限の砂層温度である。限界砂層温度の仮定値Ｔは、例えば、７００℃に設定することができる。
【００３６】
限界空気比計算工程Ｓ４は、限界空気比λを計算する工程である。限界空気比計算工程Ｓ４では、汚泥投入量Ｑ（ｋｇ／ｈ）、汚泥含水率Ｍ、限界空塔速度Ｕ（ｍ／ｓ）、限界一次空気量Ａ（ｍ３／ｓ）、及び仮定値Ｔ（℃）を用いて限界空気比λを計算する。具体的には、限界空気比計算工程Ｓ４では、数式（２）を用いて限界空気比λを計算する。
【００３７】
【数１】
2018173188.tif 000003
【００３８】
Ｑ：汚泥投入量［ｋｇ／ｈ］
Ｍ：含水率［−］
Ｃ１：単位固形分を燃焼するのに必要な空気量［ｍ３Ｎ／ｋｇ］
単位固形分を燃焼するのに必要な空気量であるＣ１（ｍ３Ｎ）は、固形物の元素組成から計算することができる。
【００３９】
ここで、汚泥投入量Ｑと汚泥含水率Ｍとのうち少なくとも一方は、センサーによる計測値でもよいし、固定値でもよい。汚泥含水率Ｍは、例えば、汚泥含水率センサ８ａを用いて連続的に計測してもよいし、作業者により計測してもよいし、経験則から入力してもよい。
【００４０】
限界砂層燃焼率計算工程Ｓ５は、限界砂層燃焼率αを計算する工程である。
砂層燃焼率とは、燃料となる汚泥の発熱量のうち、砂層部Ｓ内で発熱した割合である。流動床式焼却炉では、砂層部Ｓ及びフリーボード部Ｆで燃焼が行われるため、砂層燃焼率は、次のように定義される。
砂層燃焼率  ＝  砂層部燃焼発熱量  ／  投入汚泥の発熱量
【００４１】
ただし、投入された汚泥Ｍは、砂層部Ｓとフリーボード部Ｆとで完全燃焼する前提であり、完全燃焼する場合は、フリーボード燃焼率は、１から砂層燃焼率を引いた値に等しい。限界砂層燃料率αは、限界空気比λ、限界空塔速度Ｕである場合の、砂層燃焼率である。
限界砂層燃焼率計算工程Ｓ５では、数式（３）を用いて限界砂層燃料率αを計算する。
【００４２】
α  ＝  Ｃ２  ＋  Ｃ３×λ  ＋  Ｃ４×Ｕ  ＋  Ｃ５×Ｌｍｏｉｓ  ・・・  （３）
Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５：実験係数
Ｌｍｏｉｓ  ＝  Ｑ×Ｍ／Ｃ６
Ｃ６：流動砂量［ｔ］
【００４３】
Ｌｍｏｉｓは、汚泥投入量Ｑに含水率Ｍを乗じた値を、流動砂量Ｃ６［ｔ］で割った値であり、砂１ｔに対してどれだけの水が担保できるかを示した水分負荷である。流動砂量Ｃ６は、焼却炉本体１の形状によって決まる値であり、実際に流動し、汚泥Ｍの燃焼に寄与する砂の量である。
【００４４】
限界砂層燃料率αの計算式は、図３に示すような砂層燃焼率評価実験装置３０を用いて発明者らにより実施された実験で得られたデータに基づいて得られた近似式である。
砂層燃焼率評価実験装置３０は、流動床式焼却炉であり、燃焼器３１と、風箱３２と、気体分散板３３と、砂層部Ｓと、フリーボード部Ｆと、を有している。
【００４５】
風箱３２には、流動化気体供給管３４が接続されている。また、燃焼器３１には、汚泥供給装置７が設けられている。汚泥Ｍは、汚泥供給装置７を介して砂層部Ｓに投入される。流動化気体供給管３４には、気体の温度を測定する温度センサＴ１、気体の圧力を測定する圧力センサＰ１、気体の流量を計測する流量センサＧ１が設けられている。
砂層燃焼率評価実験装置３０は、砂層部Ｓの温度を測定する温度センサＴ２、フリーボード部Ｆの温度を測定する温度センサＴ３、砂層部Ｓの圧力を測定する圧力センサＰ２、燃焼器３１から排出された排ガスの圧力を測定する圧力センサＰ３を有している。
【００４６】
発明者らは、汚泥投入量、流動空気量、及びガス空塔速度を変化させて燃焼実験を行った。燃焼実験の結果、砂層燃焼率と空気比とが、図３に示すような比例関係にあることを見出した。図３は、横軸を空気比、縦軸を砂層燃焼率として、実験結果をプロットしたグラフである。
また、砂層燃焼率と空塔速度とが、図４に示すような比例関係にあることを見出した。図４は、横軸を空塔速度、縦軸を砂層燃焼率として、実験結果をプロットしたグラフである。また、砂層燃焼率と砂層水分負荷とが、図５に示すような比例関係にあることを見出した。図５は、横軸を砂層水分負荷、縦軸を砂層燃焼率として、実験結果をプロットしたグラフである。
以上の結果をもとに、砂層燃焼率が、空気比、砂層水分負荷、空塔速度との関係式である数式（３）で表示できることを見出した。このような方法で砂層燃焼率を算出することによって、砂層温度の予測精度を向上させることに成功した。
【００４７】
限界砂層温度計算工程Ｓ６は、上記工程により得られた値などを用いて限界砂層温度Ｔｃを計算する工程である。
限界砂層温度計算工程Ｓ６で用いる限界砂層温度Ｔｃの算出式は、焼却炉の熱収支から誘導することができる。
【００４８】
ここで、焼却炉における熱エネルギーの出入りを示す熱収支について説明する。図７は、焼却炉の熱収支を説明する図である。図７にローマ数字で記載した熱エネルギーは、以下の通りである。
Ｉ：入口汚泥顕熱
ＩＩ：流動空気顕熱
ＩＩＩ：漏込空気顕熱
ＩＶ：砂層内燃焼による発熱
Ｖ：蒸発潜熱
ＶＩ：放熱
ＶＩＩ：砂層出口ガス顕熱
【００４９】
熱収支は、以下の数式（４）で表すことができる。
Ｉ＋ＩＩ＋ＩＩＩ＋ＩＶ−Ｖ−ＶＩ  ＝  ＶＩＩ  ・・・（４）
また、各々の熱エネルギーは、以下の数式で表すことができる。
Ｉ      ＝  ｛Ｑ（１−Ｍ）・ＣＰＳ＋Ｑ・Ｍ・ＣＰＨ２Ｏ｝ＴＳＯ
ＩＩ    ＝  Ａ’・ρｆ・ＣＰｆ・ＡＴ
ＩＩＩ  ＝  Ａ’ｌｅａｋ・ρｆ・ＣＰｆ・ＡＴｌｅａｋ
ＩＶ    ＝  α・Ｑ（１−Ｍ）・ＬＨＶ
Ｖ      ＝  Ｑ・Ｍ・Ｈｅｖａ
ＶＩ    ＝  αｌｏｓｓ（Ｉ＋ＩＩ＋ＩＩＩ＋ＩＶ−Ｖ）
ＶＩＩ  ＝  （Ｑ＋Ａ’・ρｆ＋Ａ’ｌｅａｋ・ρｆ）ＣＰｂ・Ｔｓ
【００５０】
上記数式の記号の定義は以下である。
Ａ’：流動空気量（一次空気量）［ｍ３Ｎ／ｈ］
Ａ’ｌｅａｋ：漏れ込み空気量［ｍ３Ｎ／ｈ］
ρｆ：空気密度［ｋｇ／ｍ３Ｎ］
ＣＰＳ：汚泥中乾分比熱［Ｊ／ｋｇ／Ｋ］
ＣＰＨ２Ｏ：水分比熱［Ｊ／ｋｇ／Ｋ］
ＣＰｆ：空気比熱［Ｊ／ｋｇ／Ｋ］
ＣＰｂ：燃焼ガス比熱［Ｊ／ｋｇ／Ｋ］
ＴＳＯ：汚泥入口温度［℃］
Ａ：温度［℃］
ＡＴ：流動空気温度［℃］
ＡＴｌｅａｋ：漏れ込み空気温度［℃］
Ｔｓ：砂層温度［℃］
ＬＨＶ：低位発熱量（ドライベース）［Ｊ／ｋｇ／ＤＳ］
Ｈｅｖａ：蒸発潜熱［Ｊ／ｋｇ・mois］
α：砂層燃焼率［−］
αｌｏｓｓ：放熱率（全入熱量に対する放散量の比率）［−］
【００５１】
限界砂層温度Ｔｃは、上記した焼却炉の熱収支を用いた以下の数式（５）、数式（６）を用いて計算することができる。
【００５２】
【数２】
2018173188.tif 000004
【００５３】
【数３】
2018173188.tif 000005
【００５４】
限界砂層温度比較工程Ｓ７は、限界砂層温度計算工程Ｓ６で計算した限界砂層温度Ｔｃと、限界砂層温度仮定工程Ｓ３で仮定した限界砂層温度の仮定値Ｔとを比較する工程である。
限界砂層温度比較工程Ｓ７では、制御装置５は、仮定値Ｔから限界砂層温度Ｔｃを減じた値が０℃より大きく、かつ、Ｙ℃より小さいか否かを判定する。即ち、以下の数式（７）を満たすか否かを判定する。
０℃  ＜  Ｔ−Ｔｃ  ＜  Ｙ℃  ・・・  （７）
ここで、Ｙ℃は、例えば、５℃程度に設定することができる。
【００５５】
Ｔ−ＴｃがＹ℃以上である場合（ＮＯ）、Ｔ＝Ｔ−Ｙ１とした上で、限界砂層温度仮定工程Ｓ３に戻る。また、Ｔ−Ｔｃが０℃以下である場合（ＮＯ）、Ｔ＝Ｔ＋Ｙ１とした上で、限界砂層温度仮定工程Ｓ３に戻る。ここで、Ｙ１は、正の定数である。
【００５６】
数式（７）を満たす場合（ＹＥＳ）、最低砂層温度目標値決定工程Ｓ８を実行する。最低砂層温度目標値決定工程Ｓ８は、計算された限界砂層温度Ｔｃに基づいて、最低砂層温度目標値ＳＶを決定する工程である。最低砂層温度目標値決定工程Ｓ８では、制御装置５の最低砂層温度目標値決定部５ａは最低砂層温度目標値ＳＶを、以下の数式（８）を用いて計算する。
ＳＶ  ＝  Ｔｃ＋Ｙ２  ・・・  （８）
ここで、Ｙ２は、許容幅であり、例えば、１０℃に設定することができる。
以上の工程を経て、最低砂層温度目標値ＳＶを決定することができる。
【００５７】
次に、最低砂層温度目標値ＳＶに基づいて、燃焼用空気量を調整する制御方法について説明する。
図２に示すように、全空気量及び一次空気量を決定する工程は、全空気量制御量決定工程Ｓ９と、第一砂層温度比較工程Ｓ１０と、一次空気量制御量決定工程Ｓ１１と、を有している。
また、砂層温度などに基づいて制御を行う工程は、空気量制御工程Ｓ１２と、砂層温度測定値更新工程Ｓ１３と、制御後砂層温度比較工程Ｓ１４と、ファジイ制御工程Ｓ１５と、計測値情報更新工程Ｓ１６と、限界砂層温度設定工程Ｓ１７と、を有している。
【００５８】
全空気量制御量決定工程Ｓ９は、排ガス中の酸素濃度に基づいて、一次空気量と二次空気量の合計である全空気量の制御量を決定する工程である。
全空気量制御量決定工程Ｓ９では、制御装置５の全空気量制御量決定部５ｂが、第一酸素濃度センサ１９によって測定された排ガス中の酸素濃度が予め設定した濃度範囲（５％程度）になるように全空気量調節弁１５の開度を制御する。
【００５９】
第一砂層温度比較工程Ｓ１０は、砂層温度センサ１７によって測定された砂層温度の測定値ＰＶと最低砂層温度目標値ＳＶとを比較する工程である。第一砂層温度比較工程Ｓ１０では、制御装置５は、以下の数式（９）を満たすか否かを判定する。
（ＰＶ−ＳＶ）の絶対値  ＞  Ｔｍ（℃）  ・・・  （９）
ここで、Ｔｍ（℃）は所定の温度であり、例えば、１０℃に設定することができる。
【００６０】
砂層温度の測定値ＰＶと最低砂層温度目標値ＳＶとの差がＴｍ（℃）よりも大きい場合（ＹＥＳ）、即ち、数式（９）を満たす場合は、一次空気量を調整して砂層部Ｓの温度を急速に変化させる制御を行う。
砂層温度の測定値ＰＶと最低砂層温度目標値ＳＶとの差がＴｍ（℃）以下である場合（ＮＯ）、即ち、数式（９）を満たさず、砂層温度の測定値ＰＶが最低砂層温度目標値ＳＶとが近い温度である場合は、一次空気量を大きく調整することなく、後述するファジイ制御を用いて、一次空気量、一次空気温度、二次空気量を微調整する。
【００６１】
数式（９）を満たす場合（ＹＥＳ）、制御装置５の一次空気量制御量決定部５ｃは、一次空気量制御量決定工程Ｓ１１を実行する。一次空気量制御量決定工程Ｓ１１は、砂層温度の測定値ＰＶが最低砂層温度目標値ＳＶとなるように、一次空気量の制御量を決定する工程である。
一次空気量制御量決定工程Ｓ１１は、一次空気量計算工程Ｓ１１Ａと、一次空気量比較工程Ｓ１１Ｂと、を備えている。
【００６２】
一次空気量計算工程Ｓ１１Ａは、砂層温度の計測値ＰＶと最低砂層温度目標値ＳＶとの差が大きい場合に、一次空気量の制御量Ａ’を計算する工程である。
一次空気量の制御量Ａ’は、上記した焼却炉の熱収支を用いた以下の数式（１０）を用いて計算することができる。
【００６３】
【数４】
2018173188.tif 000006
【００６４】
一次空気量比較工程Ｓ１１Ｂは、一次空気量計算工程Ｓ１１Ａで算出された一次空気量Ａ’と、限界一次空気量Ａとを比較する工程である。
一次空気量Ａ’が限界一次空気量Ａよりも大きい場合（ＹＥＳ）、一次空気量の制御量をＡ’に設定する。
一次空気量Ａ’が限界一次空気量Ａ以下である場合（ＮＯ）、一次空気量の制御量を限界一次空気量Ａに設定する。
【００６５】
空気量制御工程Ｓ１２は、全空気量制御量決定工程Ｓ９で決定した全空気量の制御量と、一次空気量制御量決定工程Ｓ１１で決定した一次空気量の制御量Ａ’に基づいて、全空気量及び一次空気量を制御する工程である。
空気量制御工程Ｓ１２では、制御装置５の空気量制御部５ｄは、全空気量調節弁１５と二次空気量調節弁１６とを制御することによって、全空気量及び一次空気量を制御する。
これにより、砂層温度が最低砂層温度目標値ＳＶに近づくように制御される。
【００６６】
砂層温度測定値更新工程Ｓ１３では、制御装置５は、砂層温度の測定値ＰＶの更新を行う。
制御後砂層温度比較工程Ｓ１４は、空気量制御工程Ｓ１２の後の制御後の砂層温度の測定値ＰＶと最低砂層温度目標値ＳＶとを比較する工程である。
制御後砂層温度比較工程Ｓ１４では、制御装置５は、以下の数式（１１）を満たすか否かを判定する。
（ＰＶ−ＳＶ）の絶対値  ＜  Ｔｍ’（℃）  ・・・  （１１）
ここで、Ｔｍ’（℃）は所定の温度であり、例えば、２０℃に設定することができる。また、Ｔｍ’は、上記Ｔｍと比較して、Ｔｍ≦Ｔｍ’となるように設定する。
【００６７】
砂層温度の測定値ＰＶと最低砂層温度目標値ＳＶとの差がＴｍ’（℃）よりも小さい場合（ＹＥＳ）、即ち、数式（１２）を満たす場合、後述するファジイ制御を用いて、一次空気量、一次空気温度、二次空気量を微調整する。
砂層温度の測定値ＰＶと最低砂層温度目標値ＳＶとの差がＴｍ’（℃）以上である場合（ＮＯ）、即ち、数式（１２）を満たさない場合は、計測値情報更新工程Ｓ１６にて、各計測値情報を更新し、次いで、限界砂層温度設定工程Ｓ１７にて、限界砂層温度の仮定値Ｔを砂層温度の計測値ＰＶに設定（Ｔ＝ＰＶ）した後、限界砂層温度仮定工程Ｓ３に戻る。
【００６８】
次に、ファジイ制御工程Ｓ１５について説明する。
ファジイ制御工程Ｓ１５は、制御後の砂層温度の測定値ＰＶと、排ガスの酸素濃度と、フリーボード温度と、を制御入力とし、一次空気量と、二次空気量と、一次空気温度とを制御出力としたファジイ推論に基づき、一次空気量と、二次空気量と、一次空気温度の増減を決定する工程である。
具体的には、ファジイ制御工程Ｓ１５は、砂層温度の測定値ＰＶ、排ガス温度センサ２０によって測定された炉出口６の排ガス温度に基づいて一次空気量及び一次空気温度の制御を行い、フリーボード温度、第二酸素濃度センサ２１によって測定された排ガスの酸素濃度に基づいて二次空気量の制御を行う工程である。
【００６９】
制御装置５は、砂層温度及び炉出口６の排ガス温度に基づいて一次空気量を制御する一次空気量ファジイ制御部Ｆ１を有している。
また、制御装置５は、砂層温度及び炉出口６の排ガス温度に基づいて一次空気温度を制御する一次空気温度ファジイ制御部Ｆ２を有している。
また、制御装置５は、フリーボード温度及び排ガス処理装置４から排出された排ガスの酸素濃度に基づいて二次空気量を制御する二次空気量ファジイ制御部Ｆ３を有している。
【００７０】
ここで、一次空気量ファジイ制御部Ｆ１について説明する。
制御装置５の一次空気量ファジイ制御部Ｆ１は、図８（ａ）に示すような、砂層温度がファジイ集合に所属する度合いを表すメンバーシップ関数、及び図８（ｂ）に示すような、炉出口６の排ガス温度がファジイ集合に所属する度合いを表すメンバーシップ関数を記憶している。ファジイ集合は、焼却炉の複数回の運転により蓄積された運転データにより求めることができる。
【００７１】
一次空気量ファジイ制御部Ｆ１は、排ガス温度センサ２０によって測定された炉出口６の排ガス温度及び砂層温度から、メンバーシップ関数によりそれぞれの集合における適合度を求め、表１に示すファジイルールにより、一次空気量の制御量を演算する。
【００７２】
【表１】
2018173188.tif 000007
【００７３】
本実施形態では、砂層温度を、最低砂層温度目標値ＳＶ以上：Ｂ（Ｂｉｇ）、最低砂層温度目標値ＳＶ：Ｍ（Ｍｉｄｄｌｅ）、最低砂層温度目標値ＳＶ以下：Ｓ（Ｓｍａｌｌ）とし、炉出口６の排ガス温度を、排ガス温度目標値ＳＶ以上：Ｂ（Ｂｉｇ）、排ガス温度目標値ＳＶ：Ｍ（Ｍｉｄｄｌｅ）、排ガス温度目標値ＳＶ以下：Ｓ（Ｓｍａｌｌ）としている。
【００７４】
表１において、Ｐは、増加（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ）を意味し、Ｚは、変更なし（Ｚｅｒｏ）を意味し、Ｎは、減少（Ｎｅｇａｔｉｖｅ）を意味する。
例えば、砂層温度がＳＶ以上、炉出口６の排ガス温度がＳＶ以下である場合、制御装置５の一次空気量ファジイ制御部Ｆ１は、二次空気量調節弁１６を制御することによって、一次空気量を増加させる制御を行う。
【００７５】
次に、一次空気温度ファジイ制御部Ｆ２について説明する。
制御装置５の一次空気温度ファジイ制御部Ｆ２は、一次空気量ファジイ制御部Ｆ１と同様に、砂層温度がファジイ集合に所属する度合いを表すメンバーシップ関数、及び炉出口６の排ガス温度がファジイ集合に所属する度合いを表すメンバーシップ関数を記憶している。
【００７６】
一次空気温度ファジイ制御部Ｆ２は、炉出口６の排ガス温度及び砂層温度から、メンバーシップ関数によりそれぞれの集合における適合度を求め、表２に示すファジイルールにより、一次空気温度の制御量を演算する。
【００７７】
【表２】
2018173188.tif 000008
【００７８】
例えば、砂層温度がＳＶ以上、炉出口６の排ガス温度がＳＶ以下である場合、制御装置５の一次空気温度ファジイ制御部Ｆ２は、空気予熱器３を制御することによって、一次空気温度を増加させる制御を行う。
【００７９】
次に、二次空気量ファジイ制御部Ｆ３について説明する。
制御装置５の二次空気量ファジイ制御部Ｆ３は、フリーボード温度がファジイ集合に所属する度合いを表すメンバーシップ関数、及び排ガス処理装置４から排出された排ガスの酸素濃度がファジイ集合に所属する度合いを表すメンバーシップ関数を記憶している。
【００８０】
二次空気量ファジイ制御部Ｆ３は、フリーボード温度センサ１８によって測定されたフリーボード温度及び排ガス処理装置４から排出された排ガスの酸素濃度から、メンバーシップ関数によりそれぞれの集合における適合度を求め、表３に示すファジイルールにより、二次空気量の制御量を演算する。
【００８１】
【表３】
2018173188.tif 000009
【００８２】
本実施形態では、排ガス処理装置４から排出された排ガスの酸素濃度を、酸素濃度目標値ＳＶ以上：Ｂ（Ｂｉｇ）、酸素濃度目標値ＳＶ：Ｍ（Ｍｉｄｄｌｅ）、酸素濃度目標値ＳＶ以下：Ｓ（Ｓｍａｌｌ）とし、フリーボード温度を、フリーボード温度目標値ＳＶ以上：Ｂ（Ｂｉｇ）、フリーボード温度目標値ＳＶ：Ｍ（Ｍｉｄｄｌｅ）、フリーボード目標値ＳＶ以下：Ｓ（Ｓｍａｌｌ）としている。
【００８３】
表３において、ＰＢは、大きく増加（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｂｉｇ）を意味し、ＮＢは、大きく減少（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｂｉｇ）を意味する。
例えば、排ガスの酸素濃度がＳＶ以上、フリーボード温度がＳＶ以下である場合、制御装置５の二次空気量ファジイ制御部は、二次空気量調節弁１６を制御することによって、二次空気量を大きく減少させる制御を行う。
【００８４】
以上のファジイ制御によって、一次空気量、一次空気温度、二次空気量を微調整されて、砂層温度が最低砂層温度目標値ＳＶに近づくように制御される。
【００８５】
上記実施形態によれば、砂層部Ｓの温度が、砂層部Ｓを流動させることができる下限の砂層温度である限界砂層温度に基づく最低砂層温度目標値となるように運転される。これにより、砂層部Ｓの温度が限界砂層温度に近い温度となる。即ち、限界砂層温度に近い運転を行い、砂層燃焼率を最小限とすることができるため、フリーボード部Ｆでの燃焼率を大きくすることができ、焼却炉から排出されるＮ２Ｏを低減することができる。
【００８６】
また、最低砂層温度目標値ＳＶを算出するために用いられる限界砂層燃焼率αを、限界空気比λと、限界空塔速度Ｕと、砂層の水分負荷Ｌｍｏｉｓとから求めることによって、より正確に最低砂層温度目標値ＳＶを設定することができる。
特に、砂層燃焼率評価実験装置３０を用いて、汚泥投入量、流動空気量、及びガス空塔速度を変化させて燃焼実験を行い、砂層燃焼率が、空気比、砂層水分負荷、空塔速度との関係式で表されることを見出したことによって、砂層温度の予測精度を向上させることができた。
【００８７】
また、ファジイ制御を用いて、一次空気量、二次空気量、一次空気温度の増減を決定することによって、一次空気量、一次空気温度、二次空気量を微調整することができる。
【００８８】
なお、制御部装置の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することで各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【００８９】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００９０】
１  焼却炉本体
２  燃焼用空気供給装置
３  空気予熱器
４  排ガス処理装置
５  制御装置
５ａ  最低砂層温度目標値決定部
５ｂ  全空気量制御量決定部
５ｃ  一次空気量制御量決定部
５ｄ  空気量制御部
６  炉出口
７  汚泥供給装置
８  汚泥含水率センサ
９  煙道
１０  全空気供給配管
１１  一次空気供給配管
１２  二次空気供給配管
１３  散気管
１５  全空気量調節弁
１６  二次空気量調節弁
１７  砂層温度センサ
１８  フリーボード温度センサ
１９  第一酸素濃度センサ
２０  排ガス温度センサ
２１  第二酸素濃度センサ
３０  砂層燃焼率評価実験装置
３１  燃焼器
３２  風箱
３３  気体分散板
３４  流動化気体供給管
１００  流動床式焼却炉
Ｆ  フリーボード部
Ｍ  汚泥
Ｓ  砂層部
【図１】
2018173188.tif 000010
【図２】
2018173188.tif 000011
【図３】
2018173188.tif 000012
【図４】
2018173188.tif 000013
【図５】
2018173188.tif 000014
【図６】
2018173188.tif 000015
【図７】
2018173188.tif 000016
【図８】
2018173188.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月24日(2018.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂層部と前記砂層部の上側に形成されたフリーボード部とを有し、投入された汚泥を燃焼させる流動床式焼却炉の制御方法において、
前記砂層部を流動させることができる下限の砂層温度である限界砂層温度に基づく最低砂層温度目標値を決定する最低砂層温度目標値決定工程と、
排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記砂層部に供給される一次空気の流量である一次空気量と前記フリーボード部に供給される二次空気の流量である二次空気量との合計である全空気量の制御量を決定する全空気量制御量決定工程と、
前記最低砂層温度目標値となるように前記一次空気量の制御量を決定する一次空気量制御量決定工程と、
前記全空気量の制御量及び前記一次空気量の制御量に基づいて、前記全空気量及び前記一次空気量を制御する空気量制御工程と、を含み、
前記最低砂層温度目標値は、
前記砂層部を流動させることができる最低限の空塔速度である限界空塔速度と、前記限界空塔速度と前記砂層部の面積から算出される限界一次空気量と、から仮定される限界砂層温度の仮定値と、
前記限界砂層温度の仮定値と前記限界空塔速度と、前記限界一次空気量と、汚泥含水率及び汚泥投入量と、から求められる限界空気比と、
前記限界空気比と、前記限界空塔速度と、砂層の水分負荷と、から求められる限界砂層燃焼率と、
汚泥含水率及び汚泥投入量と、一次空気温度と、焼却炉の熱収支と、から求められる限界砂層温度と、から求められる値である流動床式焼却炉の制御方法。
【請求項２】
前記空気量制御工程の後での制御後砂層温度と前記最低砂層温度目標値とを比較する制御後砂層温度比較工程と、
前記制御後砂層温度と前記最低砂層温度目標値との差の絶対値が所定の温度よりも小さい場合に、前記酸素濃度と、前記砂層温度と、前記フリーボード温度と、前記焼却炉の炉出口の排ガス温度と、を制御入力とし、一次空気量と、二次空気量と、一次空気温度とを制御出力としたファジイ推論に基づき、前記一次空気量、前記二次空気量、前記一次空気温度の増減を決定するファジイ制御工程と、を含む請求項１に記載の流動床式焼却炉の制御方法。
【請求項３】
砂層部と、前記砂層部の上側に形成されたフリーボード部と、を有し、投入された汚泥を燃焼させる焼却炉本体と、
前記焼却炉本体に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給装置と、
前記燃焼用空気供給装置から供給される全空気のうち前記砂層部に一次空気を供給する一次空気供給配管と、
前記燃焼用空気供給装置から供給される全空気のうち前記フリーボード部に二次空気を供給する二次空気供給配管と、
前記砂層部の温度を測定する砂層温度センサと、
前記焼却炉本体から排出される排ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度センサと、
前記汚泥の投入量を測定する汚泥投入量センサと、
前記汚泥の含水率を測定する汚泥含水率センサと、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記砂層部を流動させることができる下限の砂層温度である限界砂層温度に基づく最低砂層温度目標値を決定する最低砂層温度目標値決定部と、
前記排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記砂層部に供給される一次空気の流量である一次空気量と前記フリーボード部に供給される二次空気の流量である二次空気量との合計である全空気量の制御量を決定する全空気量制御量決定部と、
前記最低砂層温度目標値となるように前記一次空気量の制御量を決定する一次空気量制御量決定部と、
前記全空気量の制御量及び前記一次空気量の制御量に基づいて、前記全空気量及び一次空気量を制御する空気量制御部と、を有し、
前記最低砂層温度目標値は、
砂層部を流動させることができる最低限の空塔速度である限界空塔速度と、前記限界空塔速度と前記砂層部の面積から算出される限界一次空気量と、から仮定される限界砂層温度の仮定値と、
前記限界砂層温度の仮定値と前記限界空塔速度と、前記限界一次空気量と、汚泥含水率及び汚泥投入量と、から求められる限界空気比と、
前記限界空気比と、前記限界空塔速度と、砂層の水分負荷と、から求められる限界砂層燃焼率と、
汚泥含水率及び汚泥投入量と、一次空気温度と、焼却炉の熱収支と、から求められる限界砂層温度と、から求められる値である流動床式焼却炉。
【請求項４】
砂層部と前記砂層部の上側に形成されたフリーボード部とを有し、投入された汚泥を燃焼させる流動床式焼却炉の制御装置のコンピュータに、
前記砂層部を流動させることができる下限の砂層温度である限界砂層温度に基づく最低砂層温度目標値を決定させ、
排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記砂層部に供給される一次空気の流量である一次空気量と前記フリーボード部に供給される二次空気の流量である二次空気量との合計である全空気量の制御量を決定させ、
前記最低砂層温度目標値となるように前記一次空気量の制御量を決定させ、
前記全空気量の制御量及び前記一次空気量の制御量に基づいて、前記全空気量及び前記一次空気量を制御させる、ためのプログラムであって、
前記最低砂層温度目標値は、
前記砂層部を流動させることができる最低限の空塔速度である限界空塔速度と、前記限界空塔速度と前記砂層部の面積から算出される限界一次空気量と、から仮定される限界砂層温度の仮定値と、
前記限界砂層温度の仮定値と前記限界空塔速度と、前記限界一次空気量と、汚泥含水率及び汚泥投入量と、から求められる限界空気比と、
前記限界空気比と、前記限界空塔速度と、砂層の水分負荷と、から求められる限界砂層燃焼率と、
汚泥含水率及び汚泥投入量と、一次空気温度と、焼却炉の熱収支と、から求められる限界砂層温度と、から求められる値であるプログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の第一の態様によれば、流動床式焼却炉の制御方法は、砂層部と前記砂層部の上側に形成されたフリーボード部とを有し、投入された汚泥を燃焼させる流動床式焼却炉の制御方法において、前記砂層部を流動させることができる下限の砂層温度である限界砂層温度に基づく最低砂層温度目標値を決定する最低砂層温度目標値決定工程と、排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記砂層部に供給される一次空気の流量である一次空気量と前記フリーボード部に供給される二次空気の流量である二次空気量との合計である全空気量の制御量を決定する全空気量制御量決定工程と、前記最低砂層温度目標値となるように前記一次空気量の制御量を決定する一次空気量制御量決定工程と、前記全空気量の制御量及び前記一次空気量の制御量に基づいて、前記全空気量及び前記一次空気量を制御する空気量制御工程と、を含み、前記最低砂層温度目標値は、前記砂層部を流動させることができる最低限の空塔速度である限界空塔速度と、前記限界空塔速度と前記砂層部の面積から算出される限界一次空気量と、から仮定される限界砂層温度の仮定値と、前記限界砂層温度の仮定値と前記限界空塔速度と、前記限界一次空気量と、汚泥含水率及び汚泥投入量と、から求められる限界空気比と、前記限界空気比と、前記限界空塔速度と、砂層の水分負荷と、から求められる限界砂層燃焼率と、汚泥含水率及び汚泥投入量と、一次空気温度と、焼却炉の熱収支と、から求められる限界砂層温度と、から求められる値である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記流動床式焼却炉の制御方法において、前記空気量制御工程の後での制御後砂層温度と前記最低砂層温度目標値とを比較する制御後砂層温度比較工程と、前記制御後砂層温度と前記最低砂層温度目標値との差の絶対値が所定の温度よりも小さい場合に、前記酸素濃度と、前記砂層温度と、前記フリーボード温度と、前記焼却炉の炉出口の排ガス温度と、を制御入力とし、一次空気量と、二次空気量と、一次空気温度とを制御出力としたファジイ推論に基づき、前記一次空気量、前記二次空気量、前記一次空気温度の増減を決定するファジイ制御工程と、を含んでよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の第二の態様によれば、流動床式焼却炉は、砂層部と、前記砂層部の上側に形成されたフリーボード部と、を有し、投入された汚泥を燃焼させる焼却炉本体と、前記焼却炉本体に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給装置と、前記燃焼用空気供給装置から供給される全空気のうち前記砂層部に一次空気を供給する一次空気供給配管と、前記燃焼用空気供給装置から供給される全空気のうち前記フリーボード部に二次空気を供給する二次空気供給配管と、前記砂層部の温度を測定する砂層温度センサと、前記焼却炉本体から排出される排ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度センサと、前記汚泥の投入量を測定する汚泥投入量センサと、前記汚泥の含水率を測定する汚泥含水率センサと、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記砂層部を流動させることができる下限の砂層温度である限界砂層温度に基づく最低砂層温度目標値を決定する最低砂層温度目標値決定部と、前記排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記砂層部に供給される一次空気の流量である一次空気量と前記フリーボード部に供給される二次空気の流量である二次空気量との合計である全空気量の制御量を決定する全空気量制御量決定部と、前記最低砂層温度目標値となるように前記一次空気量の制御量を決定する一次空気量制御量決定部と、前記全空気量の制御量及び前記一次空気量の制御量に基づいて、前記全空気量及び一次空気量を制御する空気量制御部と、を有し、前記最低砂層温度目標値は、砂層部を流動させることができる最低限の空塔速度である限界空塔速度と、前記限界空塔速度と前記砂層部の面積から算出される限界一次空気量と、から仮定される限界砂層温度の仮定値と、前記限界砂層温度の仮定値と前記限界空塔速度と、前記限界一次空気量と、汚泥含水率及び汚泥投入量と、から求められる限界空気比と、前記限界空気比と、前記限界空塔速度と、砂層の水分負荷と、から求められる限界砂層燃焼率と、汚泥含水率及び汚泥投入量と、一次空気温度と、焼却炉の熱収支と、から求められる限界砂層温度と、から求められる値である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の第三の態様によれば、プログラムは、砂層部と前記砂層部の上側に形成されたフリーボード部とを有し、投入された汚泥を燃焼させる流動床式焼却炉の制御装置のコンピュータに、前記砂層部を流動させることができる下限の砂層温度である限界砂層温度に基づく最低砂層温度目標値を決定させ、排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記砂層部に供給される一次空気の流量である一次空気量と前記フリーボード部に供給される二次空気の流量である二次空気量との合計である全空気量の制御量を決定させ、前記最低砂層温度目標値となるように前記一次空気量の制御量を決定させ、前記全空気量の制御量及び前記一次空気量の制御量に基づいて、前記全空気量及び前記一次空気量を制御させる、ためのプログラムであって、前記最低砂層温度目標値は、前記砂層部を流動させることができる最低限の空塔速度である限界空塔速度と、前記限界空塔速度と前記砂層部の面積から算出される限界一次空気量と、から仮定される限界砂層温度の仮定値と、前記限界砂層温度の仮定値と前記限界空塔速度と、前記限界一次空気量と、汚泥含水率及び汚泥投入量と、から求められる限界空気比と、前記限界空気比と、前記限界空塔速度と、砂層の水分負荷と、から求められる限界砂層燃焼率と、汚泥含水率及び汚泥投入量と、一次空気温度と、焼却炉の熱収支と、から求められる限界砂層温度と、から求められる値である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
発明者らは、汚泥投入量、流動空気量、及びガス空塔速度を変化させて燃焼実験を行った。燃焼実験の結果、砂層燃焼率と空気比とが、図４に示すような比例関係にあることを見出した。図４は、横軸を空気比、縦軸を砂層燃焼率として、実験結果をプロットしたグラフである。
また、砂層燃焼率と空塔速度とが、図５に示すような比例関係にあることを見出した。図５は、横軸を空塔速度、縦軸を砂層燃焼率として、実験結果をプロットしたグラフである。また、砂層燃焼率と砂層水分負荷とが、図６に示すような比例関係にあることを見出した。図６は、横軸を砂層水分負荷、縦軸を砂層燃焼率として、実験結果をプロットしたグラフである。
以上の結果をもとに、砂層燃焼率が、空気比、砂層水分負荷、空塔速度との関係式である数式（３）で表示できることを見出した。このような方法で砂層燃焼率を算出することによって、砂層温度の予測精度を向上させることに成功した。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
砂層温度の測定値ＰＶと最低砂層温度目標値ＳＶとの差がＴｍ’（℃）よりも小さい場合（ＹＥＳ）、即ち、数式（１１）を満たす場合、後述するファジイ制御を用いて、一次空気量、一次空気温度、二次空気量を微調整する。
砂層温度の測定値ＰＶと最低砂層温度目標値ＳＶとの差がＴｍ’（℃）以上である場合（ＮＯ）、即ち、数式（１１）を満たさない場合は、計測値情報更新工程Ｓ１６にて、各計測値情報を更新し、次いで、限界砂層温度設定工程Ｓ１７にて、限界砂層温度の仮定値Ｔを砂層温度の計測値ＰＶに設定（Ｔ＝ＰＶ）した後、限界砂層温度仮定工程Ｓ３に戻る。