(57)【要約】【課題】  ストーカ式ごみ焼却炉において、ごみの移動速度を検出することにより、ごみ送り速度を適正化し得る、燃焼制御装置を提供する・【解決手段】  ストーカ５上を搬送されるごみの熱画像を炎越しに連続的に撮像するための撮像手段１０と、撮像手段１０によって撮像された熱画像からストーカ５上を移動するごみの移動速度を演算し、演算された移動速度が所要値となるように、ストーカ駆動装置５ｃ及び給じん装置４の少なくとも一方を制御するコントローラ１１と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストーカ上を搬送されるごみの熱画像を炎越しに連続的に撮像するための撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された熱画像データからストーカ上を移動するごみの移動速度を演算し、演算されたごみの移動速度が所要値となるように、ストーカ駆動装置及び給じん装置の少なくとも一方を制御するコントローラと、
を備えることを特徴とする、ごみ移動速度検出機能を備えた燃焼制御装置。
【請求項２】
前記撮像手段が、１．６μｍ付近を中心波長とする狭帯域波長の赤外線を選択透過させるフィルタを備える近赤外線カメラと、３．９μｍ付近を中心波長とする狭帯域波長の赤外線を選択透過させるフィルタを備える中赤外線カメラと、を備えることを特徴とする請求項１に記載のごみ移動速度検出機能を備えた燃焼制御装置。
【請求項３】
前記ストーカ上で燃焼させたごみの燃焼排ガスと熱交換する廃熱ボイラを更に備え、
前記コントローラは、前記廃熱ボイラの蒸発量の設定値及び測定値からごみ移動速度の最適値を演算し、該最適値を前記所要値とすることを特徴とする請求項１に記載のごみ移動速度検出機能を備えた燃焼制御装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記撮像手段によって撮像された熱画像データからオプティカルフローを求めることにより、ストーカ上を移動するごみの移動速度を演算することを特徴とする請求項１に記載のごみ移動速度検出機能を備えた燃焼制御装置。
【請求項５】
前記ストーカ上で燃焼させたごみの燃焼排ガスと熱交換する廃熱ボイラを更に備え、
前記コントローラは、前記演算されたごみの移動速度、前記ストーカ駆動装置の制御指令値、および前記廃熱ボイラの蒸発量設定値の其々の蓄積データの相関関係に基づいて、前記ストーカ駆動装置の制御指令を補正することを特徴とする請求項１に記載のごみ移動速度検出機能を備えた燃焼制御装置。
【請求項６】
前記コントローラは、演算したごみ移動速度が所定速度を超える速度を異常値と判定し、異常値のデータを記憶部に記憶して蓄積することを特徴とする請求項１に記載のごみ移動速度検出機能を備えた燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストーカ式ごみ焼却炉のストーカ上をごみが移動する速度を検出する機能を備えた燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ストーカ式ごみ焼却炉内の監視は、可視光カメラで行われていたが、可視光では炎越し状況把握ができなかった（特許文献１等）。
【０００３】
また、炉内のごみ移動速度を検出する方法も確立しておらず、炉内のごみ送り速度の最適化を図る指標もなかった。
【０００４】
ごみは雑多であることから、投入するごみ性状は刻々と変化しており、同じごみ送り速度設定であっても、軽い（燃えやすい）ごみと重い（燃えにくい）ごみの場合とでは、ごみ移動速度は大きく異なるが、最適化を図る指標がないため、炉内のごみ送り速度の適正化は実現できていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２５０３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ストーカ式ごみ焼却炉において、ごみの移動速度を検出することにより、ごみ送り速度を適正化し得る、燃焼制御装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るごみ移動速度検出機能を備えた燃焼制御装置は、ストーカ上を搬送されるごみの熱画像を炎越しに連続的に撮像するための撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された熱画像データからストーカ上を移動するごみの移動速度を演算し、演算された移動速度が所要値となるように、ストーカ駆動装置及び給じん装置の少なくとも一方を制御するコントローラと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
前記撮像手段は、１．６μｍを中心波長とする狭帯域波長の赤外線を選択透過させるフィルタを備える近赤外線カメラと、３．９μｍを中心波長とする狭帯域波長の赤外線を選択透過させるフィルタを備える中赤外線カメラと、を備えることが好ましい。
【０００９】
前記ストーカ上で燃焼させたごみの燃焼排ガスと熱交換する廃熱ボイラを更に備え、前記コントローラは、前記廃熱ボイラの蒸発量の設定値と測定値とからごみ移動速度の最適値を演算し、該最適値を前記所要値とすることが好ましい。
【００１０】
前記コントローラは、前記撮像手段によって撮像された熱画像データからオプティカルフローを求めることにより、ストーカ上を移動するごみの移動速度を演算することが好ましい。
【００１１】
前記ストーカ上で燃焼させたごみの燃焼排ガスと熱交換する廃熱ボイラを更に備え、前記コントローラは、前記演算されたごみの移動速度、前記ストーカ駆動装置の制御指令値、および前記廃熱ボイラの蒸発量設定値の其々の蓄積データの相関関係に基づいて、前記ストーカ駆動装置の制御指令を補正することが好ましい。
【００１２】
前記コントローラは、演算したごみ移動速度が所定速度を超える速度を異常値と判定し、異常値のデータを記憶部に記憶して蓄積することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、炎越しの熱画像からごみの移動速度を計測することにより、実際のごみの移動速度を正確に検出することができ、ごみ送り速度を最適化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る移動速度検出機能を備えた燃焼制御装置を有するストーカ式焼却炉の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る移動速度検出機能を備えた燃焼制御装置の構成要素である撮像手段により撮像された熱画像の一例である。
【図３】本発明に係る移動速度検出機能を備えた燃焼制御装置の構成要素である撮像手段により撮像された熱画像の他の例である。
【図４】本発明に係る移動速度検出機能を備えた燃焼制御装置の構成要素であるコントローラにより演算されたオプティカルフロー画像の一例である。
【図５】本発明に係る移動速度検出機能を備えた燃焼制御装置の制御ブロック図の一例である。
【図６】本発明に係る移動速度検出機能を備えた燃焼制御装置における、ストーカ速度指令値とごみ移動速度演算値との時間変化を示すグラフである。
【図７】本発明に係る移動速度検出機能を備えた燃焼制御装置の制御ブロック図の他の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態について、以下に図１〜図７を参照して説明する。図１は、本発明に係る移動速度検出機能を備えた燃焼制御装置を有するストーカ式焼却炉１の一実施形態を示しており、炉本体２、ホッパー３、給じん装置４、ストーカ５、主灰シュート６、廃熱ボイラ７、燃焼用空気系統８等を備えている。
【００１６】
図示例のストーカ５は、ごみ送り方向に、可動火格子５ａと固定火格子５ｂが交互に階段状に配列された階段式ストーカであり、ストーカ駆動装置５ｃによって可動火格子５ａを往復動させることにより、ごみを攪拌しながら移送する。可動火格子５ａが往復動する速度、即ちストーカ速度は、コントローラ１１により制御され得る。ストーカ５は、一般に、上流側から下流側にかけて、乾燥段、燃焼段、後燃焼段の３つに区分される。
【００１７】
図示例の給じん装置４は、プッシャー４ａの往復動により、ホッパー３内のごみを炉内に押し込むプッシャー方式であって、プッシャー４ａのストローク、作動速度、作動間隔を制御することにより、燃焼量に応じたゴミ量を供給する。プッシャー４ａは、油圧シリンダー等のプッシャー駆動装置４ｂによって往復動する。
【００１８】
燃焼用空気系統８は、ごみ焼却炉に必要な空気を炉内に送り込む装置であり、押込送風機８ａ、空気予熱器８ｂ、空気ダクト８ｃ、ダンパ８ｄ等によって構成されている。燃焼用空気は、ストーカ５の下から送られる１次空気と、燃焼室部に送られる２時空気とに分けられる。風量制御は、ダンパ８ｄの制御又は押込送風機８ａの電動機の回転数制御により行われる。
【００１９】
ストーカ５上を搬送されるごみの熱画像を炎越しに連続的に撮像するための撮像手段１０が、炉本体２に取り付けられている。
【００２０】
炎や燃焼ガスで充満されている炉内で大半を占めるのがＨ２ＯとＣＯ２である。Ｈ２ＯとＣＯ２からの熱放射は、特定の波長領域でゼロ又はほぼゼロになることが知られており、そのような波長領域は、赤外領域である１．６μｍ付近及び３．９μｍ付近に存在する。
【００２１】
従って、炎や燃焼ガスが充満した炉内で、炎や燃焼ガスが放射しない波長を中心波長とする狭帯域波長の赤外線だけを検出する撮像手段１０を用いて炉内を撮影することにより、可視光カメラでは撮影しにくいごみを炎や燃焼ガスの影響を受けずに、炎越しに撮影することができる。
【００２２】
そのため、撮像手段１０は、１．６μｍ付近を中心波長とする狭帯域波長の近赤外線を選択透過させるフィルタを備える近赤外線カメラ１０ａと、３．９μｍ付近を中心波長とする狭帯域波長の中赤外線を選択透過させるフィルタを備える中赤外線カメラ１０ｂと、を備えることにより、炎や燃焼ガスを通して炉内の内部状況をリアルタイムでビデオ映像として連続的に撮影することができる。
【００２３】
ある実施例において、近赤外線カメラ１０ａは１．５１１μｍ〜１．６６４μｍの波長帯域の近赤外線のみを選択的に透過させるフィルタを備え、中赤外線カメラ１０ｂは３．８３２μｍ〜３．９４２μｍの波長帯域の近赤外線のみを選択的に透過させるフィルタを備えている。
【００２４】
撮像手段１０によって撮像された熱画像データは、リアルタイムでコントローラ１１に送られる。コントローラ１１は、リアルタイムで送られてくる熱画像データから、ストーカ上を移動するごみの移動速度をリアルタイムで演算する。
【００２５】
熱画像データからごみ移動速度を演算する方法としては、例えばオプティカルフローを用いることにより演算することができる。
【００２６】
このオプティカルフローを用いる方法は、例えば次の（１）〜（４）の画像処理手順によって処理される。
（１）数秒〜数分前の炎越しの熱画像で判明するごみ状況（図２の基準画像）と、現在のごみ状況（図３の現在画像）を比較する。図２は、図３の１０秒前の画像である。
（２）上記画像間の各画素のオプティカルフロー（図４のオプティカルフロー画像）を計算し、そのうち想定されるごみ流れと合致する移動画素量を計測する。この移動画素量は、図４のオプティカルフロー画像では、濃淡の濃い部分でベクトル（矢印）が↓（図の上下方向の下向き）に向いている部分に相当する。なお、図４では、画像解像度の関係で矢印の先が四角に表示されている。
（３）別途設定する、画像のサンプリング間隔（例えば、５秒又は１０秒）と１画素あたりの実距離を用いて、計測した移動画素量からごみ移動速度（０〜１００ｃｍ／分）を演算することにより、ごみ移動速度をリアルタイム測定する。
（４）上記（１）〜（３）を繰り返すことで、ごみ移動速度を連続して測定する。
【００２７】
コントローラ１１は、演算された移動速度が所要値Ｖとなるように、ストーカ駆動装置５ｃ及び給じん装置４の少なくとも一方を制御する。ストーカ駆動装置５ｃを制御することにより、可動火格子５ａの作動速度及び作動間隔の一方又は双方を制御することができる。給じん装置４を制御することにより、ゴミの供給量が制御される。前記所要値Ｖは、例えば焼却炉の規模やボイラ蒸発量設定値（燃焼量設定値に相当）から算出される最適値（例えば３０ｃｍ／分）とすることができる。
【００２８】
図５は、最適制御の一例としてＰＩＤ制御によるフィードバック制御系を示す制御ブロック図である。コントローラ１１の第１ＰＩＤ調節器１２に廃熱ボイラ７の蒸発量に関する測定値ＰＶ１および設定値ＳＶ１が入力され、第１ＰＩＤ調節器１２からごみ移動速度の最適値ＭＶ１が操作量として出力される。図示しないが、廃熱ボイラ７には、ボイラ出口に蒸発量を測定する流量計等が備えられている。
【００２９】
ごみ移動速度の最適値ＭＶ１は、ＰＩＤ制御において最適なＰＩＤ値、即ち最適な比例ゲイン、積分ゲイン（または積分時間）、微分ゲイン（または微分時間）によって得られるが、これらのゲイン定数の最適値は、オートチューニング、セルフチューニング、数値シミュレーション、実証機による試験等によって求められる。
【００３０】
第１ＰＩＤ調節器１２から操作量として出力されたごみ移動速度の最適値ＭＶ１は、第２ＰＩＤ調節器１３に目標値ＳＶ２（＝所要値Ｖ）として入力される。撮像装置１０で撮像された熱画像データが速度演算部１４に入力され、速度演算部１４が熱画像データからごみ移動速度を演算する。速度演算部１４において演算されたごみ移動速度は、測定値ＰＶ２として第２ＰＩＤ調節器１３に入力される。第２ＰＩＤ調節器１３は、ごみ移動速度の目標値ＳＶ２とごみ移動速度の測定値ＰＶ２が入力されて、測定値ＰＶ２が目標値ＳＶ２（所要値Ｖ）となるように、ストーカ速度指令ＭＶ２を操作量としてストーカ駆動装置５ｃに出力する。第２ＰＩＤ調節器１３におけるストーカ速度指令ＭＶ２の最適値は上記と同様に最適なゲイン定数を求めることにより得られる。なお、ストーカ駆動装置５ｃは、油圧シリンダーで構成されており、油圧をコントロールする比例電磁弁１５にストーカ速度指令ＭＶ２が送られ、比例電磁弁１５が制御されることでストーカ速度が制御される。
【００３１】
また、詳細を図示しないが、廃熱ボイラ７の蒸気温度、燃焼室ガス温度、排ガス分析値等が検出され、これらの検出データも、撮像手段１０からの熱画像データとともにコントローラ１１に供給され得る。コントローラ１１は、目標焼却量、目標蒸発量、空気過剰率等が設定され、ファジイ制御システムや自己回帰モデル制御システム等により、いわゆる自動燃焼制御（ＡＣＣ：Automatic Combustion Control）を行うことができる。自動燃焼制御では、ストーカ速度、ごみ供給量、燃焼用空気供給量が制御され得る。
【００３２】
上記構成を有する燃焼制御装置によれば、ごみ送り速度の最適化が可能となり、燃焼の安定化（むら防止）及び局部的な高温燃焼による火格子損傷、炉壁損傷を防止することができる。
【００３３】
また、最適な燃焼制御が実現できるため、発電設備を有するごみ処理施設では、蒸発量の安定と排ガス量の最小化により発電効率のアップが実現可能となる。
【００３４】
ストーカ式焼却炉の場合、ストーカ５の可動火格子５ａが摺動する速度（ストーカ速度）は通常０〜７０ｃｍ／分である。ある実施態様において、コントローラ１１は、計測したごみ移動速度が７０ｃｍ／分を超える場合にそのごみ移動速度を異常値と判断する。異常値のデータは、コントローラ１１の記憶部（図示せず。）にデータベースとして蓄積され、蓄積されたデータから異常傾向が把握され得る。
【００３５】
前記異常傾向の蓄積データは、施設のトラブル回避、予防保全の精度向上と長寿命化計画策定に採用できる。例えば、ストーカ５の乾燥段、燃焼段上流側部、燃焼段下流側部のごみ移動速度のデータを蓄積し、一か所だけが異常に早い場合は、炉壁にクリンカが付着することで燃焼床面積が減少してごみの移動速度が局所的に速くなっていると判断でき、また、その速度変化の度合いからクリンカの成長度合いが予測でき、トラブル回避や予防保全の精度向上への指針とすることができる。
【００３６】
更に、ある実施形態において、コントローラ１１は、ストーカ速度指令値（ＭＶ２）と演算したごみ移動速度（目標値ＳＶ２）とを比較し、ごみ質を判定することができる。例えば、軽い即ち密度の小さい（燃えやすい）ごみであれば、ごみ移動速度の方がストーカ速度より早く、逆に、重い即ち密度の大きい（燃えにくい）ごみであれば、ごみ移動速度の方がストーカ速度より遅いので、ストーカ速度と演算したごみ移動速度を比較することにより、重さ（密度）に関するごみ質をある程度判定することができる。図６は、ストーカ速度指令と測定されたごみ移動速度の時間変化を示すグラフである。
【００３７】
第２ＰＩＤ調節器１３から出力されたストーカ速度指令ＭＶ２と、速度演算部１４で演算されたごみ移動速度測定値ＰＶ２と、廃熱ボイラの蒸発量設定値ＳＶ１（燃焼量設定値に相当する。）とを、長期間データ蓄積した上で、相関関係を解析して関数化し、そこからごみ質を判断するための閾値を求め、該閾値を用いて判定したごみ質により、ストーカ速度を補正することもできる。
【００３８】
例えば、ストーカ速度指令ＭＶ２、ごみ移動速度演算値ＰＶ２、およびボイラ蒸発量設定値ＳＶ１を、長期間データ蓄積し、相関関係を解析して、ストーカ速度指令ＭＶ２とボイラ蒸発量設定値ＳＶ１から閾値Ｚを算出する関数ｆ（ＭＶ１，ＳＶ１）を求め、ＰＶ２≧Ｚの場合はごみが軽めと判断してストーカ速度指令ＭＶ２を減速補正し、ＰＶ２＜Ｚの場合はごみが重めと判断してストーカ速度指令ＭＶ２を増速補正する。
【００３９】
図７は、図５の制御ブロック図にストーカ速度の補正制御を追加した制御ブロック図である。ストーカ速度指令ＭＶ１（＝ＳＶ２）、ごみ移動速度演算値ＰＶ２、およびボイラ蒸発量設定値ＳＶ１が、補正演算部１６に入力され、補正演算部１６は、補正値Ｑを出力し、第２ＰＩＤ調整器１３から出力されたストーカ速度指令ＭＶ２を補正する。
【００４０】
本発明は、上記実施形態に限定解釈されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ストーカ式焼却炉
４  給じん装置
５  ストーカ
５ｃ  ストーカ駆動装置
１０  撮像手段
１１  コントローラ
１０ａ  近赤外線カメラ
１０ｂ  中赤外線カメラ
【図１】
2018021686.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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