(57)【要約】【課題】運転員の技量に頼ることなく、ＮＯｘガスの排出量を抑制できるガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置及び排ガス制御方法を提供する。【解決手段】  ガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置は、ガス化溶融炉プラントの溶融炉内の空気比と、溶融炉の入口側におけるＯ２ガスの流量と、ガス化溶融炉内の温度とを取得し、取得された空気比、Ｏ２ガスの流量、及び温度に基づいて、ガス化溶融炉プラントからの高濃度のＮＯｘガスの排出を予測する。ガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置は、高濃度のＮＯｘガスの排出が予測された場合に、ＮＯｘガスの濃度を抑制するように溶融炉に流入させる空気量を設定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を焼却するためのガス化炉と、前記ガス化炉に連通され、前記ガス化炉によって生じた炭分を溶融させる溶融炉とを含むガス化溶融炉を有するガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置であって、
前記溶融炉内の空気比と、前記溶融炉の入口側におけるＯ２ガスの流量と、前記ガス化溶融炉内の温度とを取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段によって取得された前記空気比、前記Ｏ２ガスの流量、及び前記温度に基づいて、前記ガス化溶融炉プラントからの高濃度のＮＯｘガスの排出を予測する予測手段と、
前記予測手段によって高濃度のＮＯｘガスの排出が予測された場合に、前記ＮＯｘガスの濃度を抑制するように前記溶融炉に流入させる空気量を設定する設定手段と、
を備える、
ガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置。
【請求項２】
前記溶融炉は、断面積が他の部分よりも小さい絞部を有し、
前記温度は、前記ガス化炉出口の温度、前記溶融炉炉頂の温度、及び前記絞部の温度のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１に記載のガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置。
【請求項３】
前記予測手段は、排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度の制御目標値及び前記溶融炉に連通するボイラの主蒸気流量のうちの少なくとも１つにさらに基づいて、前記高濃度のＮＯｘガスの排出を予測するように構成されている、
請求項２に記載のガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置。
【請求項４】
前記溶融炉は、前記ガス化炉において発生し、前記ガス化炉から流入する熱分解ガスの一部を燃焼させる一次燃焼室と、前記一次燃焼室で燃焼されなかった熱分解ガスを燃焼させる二次燃焼室とを有し、
前記予測手段は、前記ガス化溶融炉プラントの排ガス流量、前記二次燃焼室における排ガス温度、前記ガス化炉に接続された風箱内の温度、前記二次燃焼室の下流に設けられた垂直煙道における排ガス温度、及び前記ガス化炉内に設けられた砂層の温度のうちの少なくとも１つにさらに基づいて、前記高濃度のＮＯｘガスの排出を予測するように構成されている、
請求項２又は３に記載のガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置。
【請求項５】
前記空気比、前記Ｏ２ガスの流量、及び前記温度を含む条件と、前記高濃度のＮＯｘガスの排出の有無を示す結果とを有する予測ルールを、前記空気比、前記Ｏ２ガスの流量、前記温度、及び排ガス中のＮＯｘガスの濃度の実績値に基づいて生成する生成手段をさらに備え、
前記予測手段は、前記生成手段によって生成された前記予測ルールを用いて、前記高濃度のＮＯｘガスの排出を予測するように構成されている、
請求項１乃至４の何れかに記載のガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置。
【請求項６】
前記生成手段は、決定木学習により前記予測ルールを生成するように構成されている、
請求項５に記載のガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置。
【請求項７】
前記空気比及び前記排ガス中のＮＯｘガスの濃度の実績値に基づいて、前記ガス化溶融炉プラントにおけるＮＯｘの反応時間ＴＲを同定する同定手段をさらに備え、
前記生成手段は、時刻ｔにおける前記空気比、前記Ｏ２ガスの流量、及び前記温度を含む前記条件と、時刻ｔ＋ＴＲにおける前記高濃度のＮＯｘガスの排出の有無を示す前記結果とを有する予測ルールを生成するように構成されている、
請求項５又は６に記載のガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置。
【請求項８】
前記予測手段は、前記結果が前記高濃度のＮＯｘガスの排出が有ることを示す前記予測ルールである第１予測ルールを用いて、前記高濃度のＮＯｘガスの排出を予測するように構成されており、
前記設定手段は、前記結果が前記高濃度のＮＯｘガスの排出が無いことを示す前記予測ルールである第２予測ルールを用いて、前記溶融炉に流入させる空気量を設定するように構成されている、
請求項５乃至７の何れかに記載のガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置。
【請求項９】
前記設定手段は、前記第２予測ルールの条件に適合する前記空気比、前記Ｏ２ガスの流量、及び前記温度の実績値の代表値のうち、前記データ取得手段によって取得された前記空気比、前記Ｏ２ガスの流量、及び前記温度を含む現在値に最も近い代表値を特定し、特定された代表値に基づいて、前記溶融炉に流入させる空気量を設定するように構成されている、
請求項８に記載のガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置。
【請求項１０】
前記設定手段は、前記空気比、前記Ｏ２ガスの流量、及び前記温度を含む前記条件の各項目を座標軸とした場合における複数の前記代表値の座標と、前記現在値の座標との距離に基づいて、前記現在値に最も近い代表値を特定するように構成されている、
請求項９に記載のガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置。
【請求項１１】
前記設定手段は、前記座標軸によって規定される座標空間において複数の前記代表値をクラスタリングし、得られた複数のクラスタの重心座標と、前記現在値の座標との距離に基づいて、前記現在値に最も近いクラスタを特定し、特定されたクラスタに含まれる複数の前記代表値の座標と、前記現在値の座標との距離に基づいて、前記現在値に最も近い代表値を特定するように構成されている、
請求項１０に記載のガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置。
【請求項１２】
前記溶融炉は、前記ガス化炉において発生し、前記ガス化炉から流入する熱分解ガスの一部を燃焼させる一次燃焼室と、前記一次燃焼室で燃焼されなかった熱分解ガスを燃焼させる二次燃焼室とを有し、
前記設定手段は、特定された前記最も近い代表値に含まれる前記Ｏ２ガスの流量に基づいて、前記一次燃焼室に供給する一次空気量を設定し、前記一次空気量及び前記最も近い代表値に含まれる前記空気比に基づいて、前記二次燃焼室に供給する二次空気量を設定するように構成されている、
請求項９乃至１１の何れかに記載の溶融炉プラントの排ガス制御装置。
【請求項１３】
廃棄物を焼却するためのガス化炉と、前記ガス化炉に連通され、前記ガス化炉によって生じた炭分を溶融させる溶融炉とを含むガス化溶融炉を有するガス化溶融炉プラントの排ガス制御方法であって、
前記溶融炉内の空気比と、前記溶融炉の入口側におけるＯ２ガスの流量と、前記ガス化溶融炉内の温度とを取得するステップと、
取得された前記空気比、前記Ｏ２ガスの流量、及び前記温度に基づいて、前記ガス化溶融炉プラントからの高濃度のＮＯｘガスの排出を予測するステップと、
高濃度のＮＯｘガスの排出が予測された場合に、前記ＮＯｘガスの濃度を抑制するように前記溶融炉に流入させる空気量を設定するステップと、
を有する、
ガス化溶融炉プラントの排ガス制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化溶融炉プラントにおけるＮＯｘガスの発生を抑制するための排ガス制御装置及び排ガス制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物処理プラントでは、ＣＯ，ＮＯｘ等の規制対象ガスの排出量を抑制することが要求される。従来、廃棄物処理プラントの運転制御にはＰＩＤをベースとしたフィードバック制御系が適用されてきた。特許文献１には、該プラントの運転中に取得されるプロセス値のフィードバック情報を用いて、予め規定したごみ質と制御目標値との相関情報の中から最適な制御目標値を選択し、操作入力とする方法が開示されている。この特許文献１に記載された方法では、プロセス情報から予めごみ質を推定しておき、そのごみ質に応じた操作条件を用いてプラントを制御することで排ガスの排出量を抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１８５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ガス化溶融炉プラントのような比較的燃焼変動が急峻なプロセスではごみ質の変化のみに依らず急激に燃焼状態が不安定化し、結果、規制対象物質の排出量が突発的に増加する場合がある。しかしながら、特許文献１に記載された方法では、プラントにおける急激な燃焼状態の変動に十分に対応することができず、規制対象物質の排出を十分に抑制できない虞がある。
【０００５】
また、規制対象物質の排出量が規制値を超過しないように運転員が制御システムを手動で操作する場合があるが、運転員の技量によって規制対象物質の排出量が左右されるため、技量の低い運転員では規制値を超えてしまう虞がある。また、運転員の負担が大きいという問題もある。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、運転員の技量に頼ることなく、ＮＯｘガスの排出量を抑制できるガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置及び排ガス制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の一の態様のガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置は、廃棄物を焼却するためのガス化炉と、前記ガス化炉に連通され、前記ガス化炉によって生じた炭分を溶融させる溶融炉とを含むガス化溶融炉を有するガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置であって、前記溶融炉内の空気比と、前記溶融炉の入口側におけるＯ２ガスの流量と、前記ガス化溶融炉内の温度とを取得するデータ取得手段と、前記データ取得手段によって取得された前記空気比、前記Ｏ２ガスの流量、及び前記温度に基づいて、前記ガス化溶融炉プラントからの高濃度のＮＯｘガスの排出を予測する予測手段と、前記予測手段によって高濃度のＮＯｘガスの排出が予測された場合に、前記ＮＯｘガスの濃度を抑制するように前記溶融炉に流入させる空気量を設定する設定手段と、を備える。
【０００８】
この態様において、前記溶融炉は、断面積が他の部分よりも小さい絞部を有し、前記温度は、前記ガス化炉出口の温度、前記溶融炉炉頂の温度、及び前記絞部の温度のうちの少なくとも１つを含んでもよい。
【０００９】
また、上記態様において、前記予測手段は、排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度の制御目標値及び前記溶融炉に連通するボイラの主蒸気流量のうちの少なくとも１つにさらに基づいて、前記高濃度のＮＯｘガスの排出を予測するように構成されていてもよい。
【００１０】
また、上記態様において、前記溶融炉は、前記ガス化炉において発生し、前記ガス化炉から流入する熱分解ガスの一部を燃焼させる一次燃焼室と、前記一次燃焼室で燃焼されなかった熱分解ガスを燃焼させる二次燃焼室とを有し、前記予測手段は、前記ガス化溶融炉プラントの排ガス流量、前記二次燃焼室における排ガス温度、前記ガス化炉に接続された風箱内の温度、前記二次燃焼室の下流に設けられた垂直煙道における排ガス温度、及び前記ガス化炉内に設けられた砂層の温度のうちの少なくとも１つにさらに基づいて、前記高濃度のＮＯｘガスの排出を予測するように構成されていてもよい。
【００１１】
また、上記態様において、前記排ガス制御装置は、前記空気比、前記Ｏ２ガスの流量、及び前記温度を含む条件と、前記高濃度のＮＯｘガスの排出の有無を示す結果とを有する予測ルールを、前記空気比、前記Ｏ２ガスの流量、前記温度、及び排ガス中のＮＯｘガスの濃度の実績値に基づいて生成する生成手段をさらに備え、前記予測手段は、前記生成手段によって生成された前記予測ルールを用いて、前記高濃度のＮＯｘガスの排出を予測するように構成されていてもよい。
【００１２】
また、上記態様において、前記生成手段は、決定木学習により前記予測ルールを生成するように構成されていてもよい。
【００１３】
また、上記態様において、前記排ガス制御装置は、前記空気比及び前記排ガス中のＮＯｘガスの濃度の実績値に基づいて、前記ガス化溶融炉プラントにおけるＮＯｘの反応時間ＴＲを同定する同定手段をさらに備え、前記生成手段は、時刻ｔにおける前記空気比、前記Ｏ２ガスの流量、及び前記温度を含む前記条件と、時刻ｔ＋ＴＲにおける前記高濃度のＮＯｘガスの排出の有無を示す前記結果とを有する予測ルールを生成するように構成されていてもよい。
【００１４】
また、上記態様において、前記予測手段は、前記結果が前記高濃度のＮＯｘガスの排出が有ることを示す前記予測ルールである第１予測ルールを用いて、前記高濃度のＮＯｘガスの排出を予測するように構成されており、前記設定手段は、前記結果が前記高濃度のＮＯｘガスの排出が無いことを示す前記予測ルールである第２予測ルールを用いて、前記溶融炉に流入させる空気量を設定するように構成されていてもよい。
【００１５】
また、上記態様において、前記設定手段は、前記第２予測ルールの条件に適合する前記空気比、前記Ｏ２ガスの流量、及び前記温度の実績値の代表値のうち、前記データ取得手段によって取得された前記空気比、前記Ｏ２ガスの流量、及び前記温度を含む現在値に最も近い代表値を特定し、特定された代表値に基づいて、前記溶融炉に流入させる空気量を設定するように構成されていてもよい。
【００１６】
また、上記態様において、前記設定手段は、前記空気比、前記Ｏ２ガスの流量、及び前記温度を含む前記条件の各項目を座標軸とした場合における複数の前記代表値の座標と、前記現在値の座標との距離に基づいて、前記現在値に最も近い代表値を特定するように構成されていてもよい。
【００１７】
また、上記態様において、前記設定手段は、前記座標軸によって規定される座標空間において複数の前記代表値をクラスタリングし、得られた複数のクラスタの重心座標と、前記現在値の座標との距離に基づいて、前記現在値に最も近いクラスタを特定し、特定されたクラスタに含まれる複数の前記代表値の座標と、前記現在値の座標との距離に基づいて、前記現在値に最も近い代表値を特定するように構成されていてもよい。
【００１８】
また、上記態様において、前記溶融炉は、前記ガス化炉において発生し、前記ガス化炉から流入する熱分解ガスの一部を燃焼させる一次燃焼室と、前記一次燃焼室で燃焼されなかった熱分解ガスを燃焼させる二次燃焼室とを有し、前記設定手段は、特定された前記最も近い代表値に含まれる前記Ｏ２ガスの流量に基づいて、前記一次燃焼室に供給する一次空気量を設定し、前記一次空気量及び前記最も近い代表値に含まれる前記空気比に基づいて、前記二次燃焼室に供給する二次空気量を設定するように構成されていてもよい。
【００１９】
また、本発明の他の態様のガス化溶融炉プラントの排ガス制御方法は、廃棄物を焼却するためのガス化炉と、前記ガス化炉に連通され、前記ガス化炉によって生じた炭分を溶融させる溶融炉とを含むガス化溶融炉を有するガス化溶融炉プラントの排ガス制御方法であって、前記溶融炉内の空気比と、前記溶融炉の入口側におけるＯ２ガスの流量と、前記ガス化溶融炉内の温度とを取得するステップと、取得された前記空気比、前記Ｏ２ガスの流量、及び前記温度に基づいて、前記ガス化溶融炉プラントからの高濃度のＮＯｘガスの排出を予測するステップと、高濃度のＮＯｘガスの排出が予測された場合に、前記ＮＯｘガスの濃度を抑制するように前記溶融炉に流入させる空気量を設定するステップと、を有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置及び排ガス制御方法によれば、運転員の技量に頼ることなく、ＮＯｘガスの排出量を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ガス化溶融炉プラントの概略構成を示す模式図。
【図２】実施の形態に係る排ガス制御装置の構成を示すブロック図。
【図３】実施の形態に係る排ガス制御装置の動作の手順を示すフローチャート。
【図４】予測ルール生成処理の手順を示すフローチャート。
【図５】ある期間における溶融炉空気比及び排ガス中のＮＯｘ濃度を示すグラフ。
【図６】ＮＯｘ反応時間同定処理の手順を示すフローチャート。
【図７】学習データ作成処理の手順を示すフローチャート。
【図８】予測ルール生成処理の手順を示すフローチャート。
【図９】予測ルール選別処理の手順を示すフローチャート。
【図１０】目標値ベクトルを説明するための概念図。
【図１１Ａ】目標値ベクトル作成処理の手順を示すフローチャート（前半）。
【図１１Ｂ】目標値ベクトル作成処理の手順を示すフローチャート（後半）。
【図１２】予測ルールデータベースにおける第１予測ルールの構成を示す概念図。
【図１３】高濃度ＮＯｘ排出予測処理の手順を示すフローチャート。
【図１４Ａ】制御操作決定処理の手順を示すフローチャート（前半）。
【図１４Ｂ】制御操作決定処理の手順を示すフローチャート（後半）。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す各実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための方法及び装置を例示するものであって、本発明の技術的思想は下記のものに限定されるわけではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。
【００２３】
＜ガス化溶融炉プラントの構成＞
図１は、ガス化溶融炉プラントの概略構成を示す模式図である。本実施の形態に係るガス化溶融炉プラント１０は、ガス化炉２０及び溶融炉３０を含むガス化溶融炉１５を備えている。ガス化溶融炉プラント１０は、廃棄物を貯留するごみピット４０を備えており、ごみ収集車４１から排出された廃棄物がごみピット４０に収容される。ごみピット４０にはごみクレーン４２が設けられている。ごみクレーン４２は、ごみピット４０に貯留された廃棄物を把持して上昇することにより、ごみピット４０から定量ずつ廃棄物を取り出す。
【００２４】
ごみピット４０の隣には、給じんホッパ５０が設けられている。ごみクレーン４２は、ごみピット４０から引き上げた廃棄物を給じんホッパ５０に投入する。給じんホッパ５０は、図示しない破砕機を備えており、投入された廃棄物を破砕する。給じんホッパ５０の下方には、ベルトコンベアである給じんコンベア５１が設けられており、破砕された廃棄物が定量ずつ給じんコンベア５１に供給される。給じんコンベア５１が廃棄物を搬送し、ガス化炉２０に投入する。
【００２５】
ガス化炉２０には、底部に流動粒子（例えば、砂）からなる流動床２１が設けられている。流動床２１の下部には風箱２２が設けられており、風箱２２内に図示されない送風機により押込空気を導入すると、上向きに流動化空気が噴射され、流動床２１の流動粒子及び給じんコンベア５１により供給された廃棄物が流動撹拌される。このガス化炉２０は、鉄及びアルミニウムなどの金属を未酸化状態で回収するため、流動床２１の流動粒子の流動層温度（砂層温度）が、アルミニウムの融点（６００℃）以下である約５００〜６００℃となるように運転される。廃棄物は、流動床２１内で空気比０．２〜０．３程度の還元雰囲気の中で熱分解され、熱分解ガス（可燃性ガス）及び未燃固形分（チャー、灰分など）となる。ガス化炉２０の炉頂部分には溶融炉３０に連通する流路２３が設けられており、熱分解ガス及び未燃固形分が当該流路を通って溶融炉３０に供給される。
【００２６】
溶融炉３０は、ガス化炉２０で生成された熱分解ガス及び未燃固形分を約１３００〜１４００℃の高温で燃焼させる。流路２３には燃焼用空気を供給するための一次空気供給口２４が設けられており、また酸素富化装置２５が接続されている。一次空気供給口２４には一次空気供給装置２６が設けられ、一次空気供給装置２６から供給された燃焼用空気と酸素富化装置２５から供給された酸素とが混合され、流路２３を通じて溶融炉３０に供給される。溶融炉３０は、流路２３に連通する部分が一次燃焼室３１になっており、供給された燃焼用空気が図の矢印に示すように強旋回される。この一次燃焼室３１では、ガス化炉から流入する熱分解ガスの一部が燃焼される。一次燃焼室３１の頂上部には、溶融炉補助バーナ３５が設けられており、熱分解ガスの燃焼が補助される。また、溶融炉３０は、一次燃焼室３１の下端に、断面積が他の部分よりも小さい絞部３６を有し、絞部３６の後段に二次燃焼室３２を有している。二次燃焼室３２には、二次空気供給口３３が設けられ、二次空気供給口３３には二次空気供給装置３４が接続されている。二次燃焼室３２には、二次空気供給装置３４から燃焼用空気が供給される。二次燃焼室３２において、未燃の熱分解ガスが燃焼用空気によって高温燃焼する。灰分は溶融し、スラグが生成されるとともに、ダイオキシン類を分解する。溶融スラグは、溶融炉３０の下部に設けられたスラグ下流口３７より炉外へと回収されることにより有用な資源として利用される。
【００２７】
ボイラ６０は、溶融炉３０に付属して設置されており、ガス化溶融のプロセスで発生した熱を回収する。ボイラ６０は、ガス化溶融のプロセスで発生した熱を利用して水を蒸発させ、図示されない蒸気タービン及び発電機を駆動して電力を生成する。また、溶融炉３０には排気用の煙突７０が接続されている。溶融炉３０と煙突７０の間には、図示されないガス冷却装置、排ガス処理装置（バグフィルタ等）、脱硝装置、誘引送風機が設置されており、溶融炉３０によって生じた排ガスを冷却、除塵して煙突７０へと送出する。なお、ここではボイラが設けられたガス化溶融炉プラントについて説明しているが、ボイラが設けられていないガス化溶融炉プラントであってもよい。
【００２８】
上記のようなガス化溶融炉プラント１０には、各種のセンサが設けられている。風箱２２には、風箱２２内の温度（以下、「風箱温度」という）を計測するための風箱温度計７１と、風箱２２に導入される押込空気の流量（以下、「押込空気流量」という）を計測するための押込空気流量計７２と、砂層温度を計測するための砂層温度計７３とが設けられている。また、ガス化炉２０の出口部分には、当該出口部分の温度（以下、「ガス化炉出口温度」という）を計測するためのガス化炉出口温度計７４が設けられている。一次空気供給口２４には、流路２３を通流する空気（以下、「一次空気」という）の流量を計測するための一次空気流量計７５が設けられており、酸素富化装置２５には、酸素富化装置２５から供給されるＯ２ガスの流量（以下、「供給Ｏ２流量」という）を計測するためのＯ２流量計７６が設けられている。一次燃焼室３１の頂上部には、当該部分の温度（以下、「溶融炉炉頂温度」という）を計測するための溶融炉炉頂温度計７７と、溶融炉補助バーナ３５から供給される空気の流量（以下、「補助バーナ空気流量」という）を計測するための補助バーナ空気流量計７８とが設けられている。また、溶融炉３０の絞部３６には絞部３６における温度（以下、「絞部温度」という）を計測するための絞部温度計７９が設けられている。二次空気供給口３３には、二次空気供給装置３４から供給される燃焼用空気（以下、「二次空気」という）の流量を計測するための二次空気流量計８０が設けられており、二次燃焼室３２には、二次燃焼室３２の排ガス温度（以下、「二次燃焼室排ガス温度」という）を計測するための二次燃焼室排ガス温度計８１が設けられている。また、ボイラ６０には、主蒸気の流量を計測するための主蒸気流量計８２と、ボイラ６０の垂直煙道を通る排ガスの温度（以下、「垂直煙道排ガス温度」という）を計測するための垂直煙道排ガス温度計８３とが設けられている。溶融炉３０とボイラ６０との接続部分には、当該部分の酸素濃度（以下、「二次燃焼室出口Ｏ２濃度」という）を計測するためのＯ２濃度計８６が設けられている。なお、上記のようにボイラ６０がない設備においては、二次燃焼室３２の下流側に設けられた垂直煙道に温度計を設け、この温度計によって計測された当該垂直煙道を通る排ガスの温度を、垂直煙道排ガス温度として使用できる。また、ボイラ６０がない設備において、溶融炉３０の出口にＯ２濃度計を設け、このＯ２濃度計によって計測されたＯ２濃度を、二次燃焼室出口Ｏ２濃度として使用できる。また、溶融炉３０から煙突７０に繋がる流路には、排ガスの流量を計測するための排ガス流量計８４が設けられ、煙突７０には、排ガス中のＮＯｘ濃度を計測するためのＮＯｘ濃度計８５が設けられている。
【００２９】
かかるガス化溶融炉プラント１０は、排ガス制御装置１００に接続されている（図２参照）。排ガス制御装置１００は、上記の風箱温度計７１、押込空気流量計７２、砂層温度計７３、ガス化炉出口温度計７４、一次空気流量計７５、Ｏ２流量計７６、溶融炉炉頂温度計７７、補助バーナ空気流量計７８、絞部温度計７９、二次空気流量計８０、二次燃焼室排ガス温度計８１、主蒸気流量計８２、垂直煙道排ガス温度計８３、排ガス流量計８４、ＮＯｘ濃度計８５、及びＯ２濃度計８６に接続されており、これらの出力データを受信するようになっている。また、排ガス制御装置１００は、一次空気供給装置２６及び二次空気供給装置３４に接続されている。かかる排ガス制御装置１００は、これらのセンサの出力データに基づいて一次空気供給装置２６及び二次空気供給装置３４を駆動し、ガス化溶融炉プラント１０の排ガスの状態（燃焼状態）をフィードバック制御する。
【００３０】
＜排ガス制御装置の構成＞
次に、本実施の形態に係る排ガス制御装置の構成について説明する。図２は、本実施の形態に係る排ガス制御装置の構成を示すブロック図である。排ガス制御装置１００は、コンピュータ２００によって実現される。図２に示すように、コンピュータ２００は、本体３００と、入力部４００と、表示部５００とを備えている。本体３００は、ＣＰＵ３０１、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、読出装置３０４、ハードディスク３０５、入出力インタフェース３０６、及び画像出力インタフェース３０７を備えており、ＣＰＵ３０１、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、読出装置３０４、ハードディスク３０５、入出力インタフェース３０６、及び画像出力インタフェース３０７は、バスによって接続されている。
【００３１】
ＣＰＵ３０１は、ＲＡＭ３０３にロードされたコンピュータプログラムを実行する。そして、排ガス制御用のコンピュータプログラムである排ガス制御プログラム３１０を当該ＣＰＵ３０１が実行することにより、コンピュータ２００が排ガス制御装置１００として機能する。
【００３２】
ＲＯＭ３０２は、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、又はＥＥＰＲＯＭ等によって構成されており、ＣＰＵ３０１に実行されるコンピュータプログラム及びこれに用いるデータ等が記録されている。
【００３３】
ＲＡＭ３０３は、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等によって構成されている。ＲＡＭ３０３は、ハードディスク３０５に記録されている排ガス制御プログラム３１０の読み出しに用いられる。また、ＲＡＭ３０３は、ＣＰＵ３０１がコンピュータプログラムを実行するときに、ＣＰＵ３０１の作業領域として利用される。
【００３４】
ハードディスク３０５は、オペレーティングシステム及びアプリケーションプログラム等、ＣＰＵ３０１に実行させるための種々のコンピュータプログラム及び当該コンピュータプログラムの実行に用いられるデータがインストールされている。排ガス制御プログラム３１０も、このハードディスク３０５にインストールされている。
【００３５】
また、ハードディスク３０５には、上記の各センサから出力されたデータを格納する実績データベース（実績ＤＢ）３２０と、機械学習に使用する学習データを格納する学習データベース（学習ＤＢ）３３０と、機械学習により生成された予測ルールを一時的に格納するルール一時保存データベース（ルール一時保存ＤＢ）３４０と、排ガス制御に使用する予測ルールを格納する予測ルールデータベース（予測ルールＤＢ）３５０と、予測ルールの評価用のデータを格納する評価データベース（評価ＤＢ）３６０と、一次及び二次空気の供給量の決定に用いられるデータを格納する動作条件データベース（動作条件ＤＢ）３７０とが設けられている。
【００３６】
入出力インタフェース３０６は、例えばUSB，IEEE1394，又はRS-232C等のシリアルインタフェース、SCSI，IDE，又は IEEE1284等のパラレルインタフェース、及びＤ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器等からなるアナログインタフェース等から構成されている。入出力インタフェース３０６には、キーボード及びマウスからなる入力部４００が接続されており、ユーザが当該入力部４００を使用することにより、コンピュータ２００にデータを入力することが可能である。また、入出力インタフェース３０６には、上述した風箱温度計７１、押込空気流量計７２、砂層温度計７３、ガス化炉出口温度計７４、一次空気流量計７５、Ｏ２流量計７６、溶融炉炉頂温度計７７、補助バーナ空気流量計７８、絞部温度計７９、二次空気流量計８０、二次燃焼室排ガス温度計８１、主蒸気流量計８２、垂直煙道排ガス温度計８３、排ガス流量計８４、ＮＯｘ濃度計８５、及びＯ２濃度計８６が接続されており、これらセンサから出力データを受信するように構成されている。さらに、入出力インタフェース３０６には、一次空気供給装置２６及び二次空気供給装置３４が接続されており、これらに制御信号を送信できるようになっている。
【００３７】
画像出力インタフェース３０７は、ＬＣＤまたはＣＲＴ等で構成された表示部５００に接続されており、ＣＰＵ３０１から与えられた画像データに応じた映像信号を表示部５００に出力するようになっている。表示部５００は、入力された映像信号にしたがって、画像（画面）を表示する。
【００３８】
＜排ガス制御装置の動作＞
次に、排ガス制御装置１００の動作について説明する。図３は、本実施の形態に係る排ガス制御装置１００の動作の手順を示すフローチャートである。排ガス制御装置１００は、ガス化溶融炉プラント１０の通常の制御処理（以下、「通常制御処理」という）を行う。かかる通常制御処理は各種センサからの出力データに基づくＰＩＤ制御であり、これにより排ガスの状態、つまり燃焼状態が一定に保たれる。
【００３９】
上記の通常制御を実行している間に、排ガス制御装置１００は、上記の各センサから出力されたデータを受信する（ステップＳ１０１）。ＣＰＵ３０１は、この出力データに対してノイズ除去、スムージングなどの前処理を実行する（ステップＳ１０２）、前処理では、溶融炉３０内の空気比（以下、「溶融炉空気比」という）が式（１）にしたがって、溶融炉３０の入口側におけるＯ２ガスの流量（以下、「一次側Ｏ２流量」という）が式（２）にしたがって、それぞれ生成される。なお、ここでいう溶融炉３０の入口側とは、溶融炉３０における流路２３の開口部及びその近傍をいい、溶融炉補助バーナ３５を含む。つまり、一次側Ｏ２流量は、流路２３から溶融炉３０に供給されるＯ２ガスの流量と、溶融炉補助バーナ３５から溶融炉３０に供給されるＯ２ガスの流量との和である。
【数１】
2018066530.tif 000003
但し、上式の「全空気流量」は、一次空気流量、二次空気流量、押込空気流量、及び補助バーナ空気流量の総和である。また、「一次側空気流量」は、全空気流量から二次空気流量を差し引いた値、即ち、溶融炉３０の入口より上流側の空気量の合計である。この前処理により、溶融炉空気比、一次側Ｏ２流量、風箱温度、押込空気量、砂層温度、排ガス流量、ガス化炉出口温度、一次空気流量、供給Ｏ２流量、溶融炉炉頂温度、補助バーナ空気流量、絞部温度、二次空気流量、二次燃焼室排ガス温度、主蒸気流量、二次燃焼室出口Ｏ２濃度、垂直煙道排ガス温度、ＮＯｘ濃度のそれぞれ（以下、「運転データ」という）が取得される。その後、ＣＰＵ３０１は、取得された運転データを実績ＤＢ３２０に保存する（ステップＳ１０３）。
【００４０】
次にＣＰＵ３０１は、予測ルールＤＢ３５０を参照し、予測ルールが格納されているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。予測ルールＤＢ３５０に予測ルールが格納されていない場合（ステップＳ１０４においてＮＯ）、ＣＰＵ３０１は、予測ルール生成処理を実行する（ステップＳ１０５）。
【００４１】
図４は、予測ルール生成処理の手順を示すフローチャートである。予測ルール生成処理において、ＣＰＵ３０１は、まず実績ＤＢ３２０から運転データを読み出す（ステップＳ２０１）。次に、ＣＰＵ３０１は、ＮＯｘ反応時間同定処理を実行する（ステップＳ２０２）。
【００４２】
本実施の形態に係る排ガス制御装置１００では、ガス化溶融炉プラント１０から高濃度のＮＯｘガスが排出されることを抑制するように排ガス制御を行う。このため、高濃度のＮＯｘの排出を予測するが、そのためにはガス化溶融炉プラント１０におけるＮＯｘの反応時間を考慮する必要がある。ＮＯｘ反応時間は、ＮＯｘ濃度計８５における分析に要する時間、及びガス化溶融炉プラント１０の構成に依存したプロセスのむだ時間によって決まるため、プラント毎に異なる。したがって、プラントから得られた実績データに基づいて反応時間を同定する必要がある。
【００４３】
図５は、ある期間における溶融炉空気比及び脱硝装置上流側のＮＯｘ濃度を示すグラフである。なお、脱硝装置上流側のＮＯｘ濃度とは、溶融炉３０と煙突７０との間に設けられた脱硝装置より上流側におけるＮＯｘ濃度のことである。図５において、横軸は時間を、縦軸は溶融炉空気比及びＮＯｘ濃度のレベルを示す。溶融炉３０から排出されるＮＯｘ濃度は、溶融炉空気比と強い相関を示すことが知られている。つまり、溶融炉空気比が高値を示してから反応時間ＴＲ経過後に、ＮＯｘ濃度値は上昇する。このグラフでは、観測開始約１００秒後において溶融炉空気比が上昇しており、それから反応時間ＴＲ（約７５秒）後において、ＮＯｘ濃度値が５０ｐｐｍ程度から２００ｐｐｍまで急激に上昇している。かかる知見に鑑み、ＮＯｘ反応時間同定処理では、溶融炉空気比とＮＯｘ濃度との相関係数を利用して、ＮＯｘ反応時間を探索的に決定する。
【００４４】
以下、ＮＯｘ反応時間同定処理の手順について説明する。図６は、ＮＯｘ反応時間同定処理の手順を示すフローチャートである。まず、ＣＰＵ３０１は、時間パラメータｔ１を「０」にセットして初期化し（ステップＳ３０１）、時刻インデックスｔ２を「０」にセットして初期化する（ステップＳ３０２）。
【００４５】
次にＣＰＵ３０１は、実績ＤＢ３２０から時刻ｔ２における溶融炉空気比を読み出し（ステップＳ３０３）、時刻ｔ２＋ｔ１におけるＮＯｘ濃度値を読み出す（ステップＳ３０４）。さらにＣＰＵ３０１は、得られた時刻ｔ２における溶融炉空気比のデータと、時刻ｔ２＋ｔ１におけるＮＯｘ濃度値のデータとを結合し、データセットを生成する（ステップＳ３０５）。
【００４６】
ＣＰＵ３０１は、時刻ｔ２が所定の最大値Ｔ２に達したか否かを判定し（ステップＳ３０６）、時刻ｔ２が最大値Ｔ２未満であれば（ステップＳ３０６においてＮＯ）、時刻ｔ２をインクリメントし（ステップＳ３０７）、ステップＳ３０２へ処理を戻す。他方、時刻ｔ２が最大値Ｔ２に達している場合は（ステップＳ３０６においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、生成された複数のデータセットから溶融炉空気比とＮＯｘ濃度との相関係数を算出する（ステップＳ３０８）。
【００４７】
次に、ＣＰＵ３０１は、時刻ｔ１が所定の最大値Ｔ１に達したか否かを判定し（ステップＳ３０９）、時刻ｔ１が最大値Ｔ１未満であれば（ステップＳ３０９においてＮＯ）、時刻ｔ１をインクリメントし（ステップＳ３１０）、ステップＳ３０１へ処理を戻す。他方、時刻ｔ１が最大値Ｔ１に達している場合は（ステップＳ３０９においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、相関係数が最大となるｔ１を特定し、これを反応時間ＴＲに決定する（ステップＳ３１１）。つまり、ＣＰＵ３０１は、ｔ１を０からＴ１の範囲で変化させ、その範囲において相関係数が最大となるｔ１を反応時間ＴＲとする。その後、ＣＰＵ３０１は、ＮＯｘ反応時間同定処理を終了する。
【００４８】
再び図４を参照する。ＮＯｘ反応時間同定処理を終了すると、ＣＰＵ３０１は、取得された運転データを用いて学習データ作成処理を実行する（ステップＳ２０３）。
【００４９】
図７は、学習データ作成処理の手順を示すフローチャートである。この学習データ作成処理では、高濃度ＮＯｘの排出予測用の予測ルールを機械学習するための学習データが作成される。学習データには、入力データと、出力データとが含まれる。
【００５０】
ＣＰＵ３０１は、時刻インデックスｔを初期化する（ステップＳ４０１）。次に、ＣＰＵ３０１は、時刻ｔの運転データに基づいて、時刻ｔの入力データを作成する（ステップＳ４０２）。また、ＣＰＵ３０１は、時刻ｔ＋ＴＲのＮＯｘ濃度値を実績ＤＢ３２０から取得する（ステップＳ４０３）。
【００５１】
ＣＰＵ３０１は、取得されたＮＯｘ濃度値が所定の閾値Ｃ１（図５参照）以上であるか否かを判別し（ステップＳ４０４）、Ｃ１以上である場合（ステップＳ４０４においてＹＥＳ）、時刻ｔの出力データを「１」に決定し（ステップＳ４０５）、Ｃ１未満である場合（ステップＳ４０４においてＮＯ）、時刻ｔの出力データを「０」に決定する（ステップＳ４０６）。
【００５２】
次にＣＰＵ３０１は、得られた入力データと出力データとを結合して学習データを作成し（ステップＳ４０７）、学習ＤＢ３３０に格納する。さらにＣＰＵ３０１は、時刻ｔが所定の最大値Ｔに達したか否かを判定し（ステップＳ４０８）、時刻ｔが最大値Ｔ未満であれば（ステップＳ４０８においてＮＯ）、時刻ｔをインクリメントし（ステップＳ４０９）、ステップＳ４０２へ処理を戻す。他方、時刻ｔが最大値Ｔに達している場合は（ステップＳ４０８においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、学習データ作成処理を終了する。
【００５３】
再び図４を参照する。学習データ作成処理を終了すると、ＣＰＵ３０１は、評価用データ作成処理を実行する（ステップＳ２０４）。評価用データは、予測ルールの中から精度の高いルールを選別するために使用されるデータであり、データの形式は学習データと同様である。評価用データ作成処理は、学習データ作成処理と同様の処理であるので、その説明を省略する。但し、評価用データ作成処理では、学習データとは異なるデータのみを評価用データとして作成し、学習ＤＢ３３０ではなく評価ＤＢ３６０に格納する。
【００５４】
次にＣＰＵ３０１は、予測ルール生成処理を実行する（ステップＳ２０５）。図８は、予測ルール生成処理の手順を示すフローチャートである。まずＣＰＵ３０１は、学習データセットのインデックスｍを初期化する（ステップＳ５０１）。ここで、学習データセットとは、出力データが高濃度ＮＯｘガスの排出があることを示す、つまり「１」である学習データと、出力データが高濃度ＮＯｘガスの排出がないことを示す、つまり「０」である学習データとを所定の比率（以下、「データ比率」という）で含むデータセットのことである。ここでは、データ比率がそれぞれ異なる複数の学習データセットが定義される。例えば、ある学習データセットにおけるデータ比率は「１」（つまり、出力データが「１」の学習データと「０」の学習データとの比率が１：１）であり、他の１つの学習データセットにおけるデータ比率は「２」（つまり、出力データが「１」の学習データと「０」の学習データとの比率が１：２）である。
【００５５】
次にＣＰＵ３０１は、データ比率のインデックスｌを初期化する（ステップＳ５０２）。データ比率は、関数Ｒ（ｌ）として定義され、例えば、Ｒ（１）＝１，Ｒ（２）＝２，Ｒ（３）＝５，Ｒ（４）＝１０の４つの値が予め設定されている。
【００５６】
次にＣＰＵ３０１は、出力データが「１」の学習データを学習ＤＢ３３０から所定数取得する（ステップＳ５０３）。また、ＣＰＵ３０１は、出力データが「０」の学習データを、データ比率Ｒ（ｌ）に従った数だけ学習ＤＢ３３０から取得する（ステップＳ５０４）。例えば、ｌ＝１のときは、出力データが「１」の学習データと同数だけ、出力データが「０」の学習データが取得され、ｌ＝３のときは、出力データが「１」の学習データの５倍の数だけ、出力データが「０」の学習データが取得される。
【００５７】
次にＣＰＵ３０１は、取得された学習データセットを用いて、決定木学習により予測ルールを生成する（ステップＳ５０５）。この決定木による学習には、ＩＤ３、Ｃ４．５、ＣＡＲＴ等の公知の学習アルゴリズムを採用できる。生成された予測ルールは、運転データのうちの溶融炉空気比、一次側Ｏ２流量、風箱温度、砂層温度、ガス化炉出口温度、溶融炉炉頂温度、絞部温度、二次燃焼室排ガス温度、主蒸気流量、排ガス流量、及び垂直煙道排ガス温度、並びに排ガス中のＮＯｘ濃度の制御目標値の各項目（以下、「入力変数」という）に関する条件と、高濃度ＮＯｘガスの排出の有無を示す結果とを有するＩＦ−ＴＨＥＮルールである。例えば、条件が「溶融炉空気比が閾値Ａ１以上であり、且つ、一次側Ｏ２流量が閾値Ｆ１以上であり、且つ、ガス化炉出口温度が閾値Ｔ１以上」であり、結果が「１（高濃度ＮＯｘガスの排出有り）」のようなルールとなる。
【００５８】
ＣＰＵ３０１は、インデックスｌが所定の最大値Ｌに達したか否かを判定し（ステップＳ５０６）、ｌが最大値Ｌ未満であれば（ステップＳ５０６においてＮＯ）、ｌをインクリメントし（ステップＳ５０７）、ステップＳ５０３へ処理を戻す。他方、ｌが最大値Ｌに達している場合は（ステップＳ５０６においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、インデックスｍが所定の最大値Ｍに達したか否かを判定し（ステップＳ５０８）、ｍが最大値Ｍ未満であれば（ステップＳ５０８においてＮＯ）、ｍをインクリメントして（ステップＳ５０９）、ステップＳ５０２に処理を戻す。ｍが最大値Ｍに到達している場合は（ステップＳ５０８においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、予測ルール生成処理を終了する。
【００５９】
再び図４を参照する。予測ルール生成処理を終了すると、ＣＰＵ３０１は、生成された予測ルールをルール一時保存ＤＢ３４０に格納し（ステップＳ２０６）、予測ルール選別処理を実行する（ステップＳ２０７）。図９は、予測ルール選別処理の手順を示すフローチャートである。まずＣＰＵ３０１は、予測ルールのインデックスｉ及びカウンタｃ（ｉ）を初期化し（ステップＳ６０１）、評価用データのインデックスｊを初期化する（ステップＳ６０２）。
【００６０】
次にＣＰＵ３０１は、評価データｊに対して予測ルールｉを適用し、予測ルールｉの評価を行う（ステップＳ６０３）。ＣＰＵ３０１は、評価結果が「適合」の場合、つまり評価データｊに予測ルールｉが合致した場合（ステップＳ６０４においてＹＥＳ）、カウンタｃ（ｉ）をインクリメントし（ステップＳ６０５）、ステップＳ６０６へと処理を移す。一方、評価結果が「不適合」の場合、つまり評価データｊに予測ルールｉが合致しない場合（ステップＳ６０４においてＮＯ）、ＣＰＵ３０１は、そのまま処理をステップＳ６０６へ移す。
【００６１】
ＣＰＵ３０１は、インデックスｊが所定の最大値Ｊに達したか否かを判定し（ステップＳ６０６）、ｊが最大値Ｊ未満であれば（ステップＳ６０６においてＮＯ）、ｊをインクリメントし（ステップＳ６０７）、ステップＳ６０３へ処理を戻す。他方、ｊが最大値Ｊに達している場合は（ステップＳ６０６においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、支持度及び信頼度を計算する（ステップＳ６０８）。ここで、支持度は式（３）により与えられ、信頼度は式（４）により与えられる。
支持度＝予測ルールに適合した評価データ数÷評価データの総数Ｊ  …（３）
信頼度＝予測ルールに適合した評価データ数÷予測ルールに分類された評価データ数  …（４）
但し、予測ルールに適合した評価データ数はカウンタｃ（ｉ）の計数結果として与えられる。また、「予測ルールに分類された評価データ」とは、入力データが予測ルールの条件と適合した評価データをいう。つまり、「予測ルールに分類された評価データ」には、出力データが予測ルールの結果と適合した評価データだけでなく、適合していない評価データも含む。
【００６２】
ＣＰＵ３０１は、インデックスｉが所定の最大値Ｉに達したか否かを判定し（ステップＳ６０９）、ｉが最大値Ｉ未満であれば（ステップＳ６０９においてＮＯ）、ｉをインクリメントし（ステップＳ６１０）、ステップＳ６０２へ処理を戻す。他方、ｉが最大値Ｉに達している場合は（ステップＳ６０９においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、支持度及び信頼度のそれぞれが所定の閾値以上である予測ルールを、高濃度ＮＯｘ排出の予測に使用する予測ルールに選別し（ステップＳ６１１）、ルール一時保存ＤＢ３４０にこれを格納し、予測ルール選別処理を終了する。
【００６３】
再び図４を参照する。予測ルール選別処理を終了すると、ＣＰＵ３０１は、目標値ベクトル作成処理を実行する（ステップＳ２０８）。目標値ベクトルとは、高濃度ＮＯｘガスの排出を抑制するための操作量（一次及び二次空気供給量の設定値）の取得に利用される情報である。予測ルールには、結果が「１」、つまり「高濃度ＮＯｘガスの排出が有る」ことを示す第１予測ルールと、結果が「０」、つまり「高濃度ＮＯｘガスの排出が無い」ことを示す第２予測ルールとが含まれる。本実施の形態に係る排ガス制御装置１００では、第１予測ルールを用いて、高濃度のＮＯｘガスの排出を予測し、第２予測ルールを用いて、一次及び二次空気の供給量設定値を決定する。目標値ベクトルは、第２予測ルールに適合する過去の運転データの実績値の代表値（具体的には、平均値）であり、第２予測ルール毎に作成される。
【００６４】
図１０は、目標値ベクトルを説明するための概念図である。図１０の縦軸は、運転データに含まれる１つの変数（以下、「第１入力変数」という）の座標軸であり、横軸は他の１つの変数（以下、「第２入力変数」という）の座標軸である。なお、ここでは説明を簡単にするために２変数としているが、本実施の形態では、溶融炉空気比、一次側Ｏ２流量、風箱温度、砂層温度、ガス化炉出口温度、溶融炉炉頂温度、補助バーナ空気流量、絞部温度、二次燃焼室排ガス温度、主蒸気流量、排ガス流量、及び垂直煙道排ガス温度の１２変数が運転データに含まれる。また、目標値ベクトルの作成には、これらの１２変数に、ＮＯｘ濃度の制御目標値を加えた１３変数が用いられる。目標値ベクトルは、１つの第２予測ルールに適合する複数の実績値を入力変数毎に平均したものである。つまり、目標値ベクトルには、溶融炉空気比、一次側Ｏ２流量、風箱温度、砂層温度、ガス化炉出口温度、溶融炉炉頂温度、補助バーナ空気流量、絞部温度、二次燃焼室排ガス温度、主蒸気流量、垂直煙道排ガス温度、排ガス流量、及びＮＯｘ濃度の制御目標値のそれぞれの平均値が含まれる。かかる目標値ベクトルは、第２予測ルール毎に作成される。したがって、図１０に示すように、目標値ベクトルは各入力変数によって規定される座標空間に分布することになる。
【００６５】
各目標値ベクトルは、第２予測ルールに対応している。つまり、目標値ベクトルに含まれる入力変数の値は、高濃度ＮＯｘガスの排出がないときのガス化溶融炉プラント１０の状態を反映している。そこで、本実施の形態では、高濃度ＮＯｘガスの排出が予測される場合に、運転データを目標値ベクトルに近づけるように一次及び二次空気の供給量を設定することで、高濃度ＮＯｘガスの排出を抑制する。ここで、何れの目標値ベクトルに運転データを近づけても、高濃度ＮＯｘガスの排出を抑制することができるが、ＮＯｘの排出特性はＣＯの排出特定などと比べて時定数が長く、急峻な操作変化は外乱となり、帰って燃焼状態を悪化させてしまう。よって、現在の運転状態から可能な限り少ない操作でＮＯｘ排出量を所望の状態へ制御することが望まれる。また、制御目標とする目標値ベクトルが入力変数の現在値と著しく異なっていると、一部の入力変数（温度等の直接操作できない入力変数）の収束に時間がかかる。そこで、本実施の形態では、運転データの現在値に最も近い目標値ベクトル（以下、「最近傍目標値ベクトル」という）を制御目標として選択する。最近傍目標値ベクトルの探索には距離評価を実施する。
【００６６】
また、予測ルールが複雑化した場合、目標値ベクトルの数が大きくなるため、全ての目標値ベクトルとの距離評価を実施すると計算コストが大きくなる。そこで、本実施の形態では、目標値ベクトルをクラスタリングし、各クラスタの重心位置との距離評価から、入力変数の現在値に最も近いクラスタ（以下、「最近傍クラスタ」という）を特定し、最近傍クラスタに含まれる目標値ベクトルのそれぞれに対して現在値との距離評価を実施し、最近傍目標値ベクトルを特定する。これにより、最近傍目標値ベクトルの探索にかかる計算コストを抑制できる。
【００６７】
目標値ベクトル作成処理では、上記のような目標値ベクトルを作成し、また、複数の目標値ベクトルのクラスタリングを行う。図１１Ａ及び図１１Ｂは、目標値ベクトル作成処理の手順を示すフローチャートである。まずＣＰＵ３０１は、第２予測ルールのインデックスｉを初期化し（ステップＳ７０１）、評価用データのインデックスｊを初期化する（ステップＳ７０２）。
【００６８】
次にＣＰＵ３０１は、評価データｊに対して第２予測ルールｉを適用し、第２予測ルールｉの評価を行う（ステップＳ７０３）。ＣＰＵ３０１は、評価結果が「適合」の場合、つまり評価データｊに第２予測ルールｉが合致した場合（ステップＳ７０４においてＹＥＳ）、評価データｊをＲＡＭ３０３又はハードディスク３０５に一時的に格納し（ステップＳ７０５）、ステップＳ７０６へと処理を移す。一方、評価結果が「不適合」の場合、つまり評価データｊに第２予測ルールｉが合致しない場合（ステップＳ７０４においてＮＯ）、ＣＰＵ３０１は、そのまま処理をステップＳ７０６へ移す。
【００６９】
ＣＰＵ３０１は、インデックスｊが所定の最大値Ｊに達したか否かを判定し（ステップＳ７０６）、ｊが最大値Ｊ未満であれば（ステップＳ７０６においてＮＯ）、ｊをインクリメントし（ステップＳ７０７）、ステップＳ７０３へ処理を戻す。上記のステップＳ７０３〜Ｓ７０７の処理を繰り返し実行することで、複数の評価データの中から第２予測ルールに適合する評価データが探索される。なお、ここで全ての評価データに適合しない第２予測ルールは破棄される。
【００７０】
他方、ｊが最大値Ｊに達している場合は（ステップＳ７０６においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、一時的に保存した評価データを入力変数毎に平均し、得られた平均値のデータセットを第２予測ルールｉの目標値ベクトルとしてハードディスク３０５に格納する（ステップＳ７０８）。
【００７１】
次にＣＰＵ３０１は、インデックスｉが所定の最大値Ｉに達したか否かを判定し（ステップＳ７０９）、ｉが最大値Ｉ未満であれば（ステップＳ７０９においてＮＯ）、ｉをインクリメントし（ステップＳ７１０）、ステップＳ７０２へ処理を戻す。他方、ｉが最大値Ｉに達している場合は（ステップＳ７０９においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、ステップＳ７１１へ処理を移す。
【００７２】
目標値ベクトルは、空気比、温度、流量等、入力変数毎に単位及び値のスケールが異なる。そこで、本実施の形態では、目標値ベクトルを標準化する。かかる標準化目標値ベクトルを使用することで、クラスタリング処理及び距離評価が容易となる。ＣＰＵ３０１は、目標値ベクトルの入力変数毎に平均値μ及び標準偏差σを算出し（ステップＳ７１１）、算出された平均値μ及び標準偏差σを用いて、下式にしたがって各目標値ベクトルを標準化する（ステップＳ７１２）。
【数２】
2018066530.tif 000004
但し、ｚｉは、標準化された目標値ベクトルの各入力変数の値を、ｘｉは、標準化前の目標値ベクトルの各入力変数の値をそれぞれ示している。
【００７３】
次にＣＰＵ３０１は、得られた複数の標準化目標値ベクトルをクラスタリングする（ステップＳ７１３）。クラスタリングには、ｋ−ｍｅａｎｓ法、最短距離法、最長距離法、群平均法、ウォー度法等、公知のクラスタリング手法を用いることができる。さらにＣＰＵ３０１は、以上で得られた平均値μ、標準偏差σ、及び各クラスタの重心位置を動作条件ＤＢ３７０に格納する（ステップＳ７１４）。平均値μ及び標準偏差σを保存するのは、標準化目標値ベクトルを目標値ベクトルへ復元する際に必要となるためである。その後、ＣＰＵ３０１は、目標値ベクトル作成処理を終了する。
【００７４】
再び図４を参照する。ＣＰＵ３０１は、予測ルール選別処理において選別された第１予測ルール及び目標値ベクトル作成処理において作成された標準化目標値ベクトルを予測ルールＤＢ３５０に格納し（ステップＳ２０９）、予測ルール生成処理を終了する。なお、第２予測ルールはこの時点で破棄される。図１２は、予測ルールＤＢ３５０における第１予測ルールの構成を示す概念図である。第１予測ルールは、運転データにおける各入力変数についての閾値（上限値又は下限値）によって規定される。図１２に示すように、予測ルールＤＢ３５０では、レコード（ルール）毎に、ルールを識別するためのルールＩＤと、上下限識別情報と、各変数の閾値とを格納するようになっている。上下限識別情報は、そのレコードに含まれる閾値が、上限値であるのか下限値であるのかを識別するための情報である。上下限識別情報が「０」の場合、そのレコードに含まれる閾値は下限値であり、上下限識別情報が「１」の場合、そのレコードに含まれる閾値は上限値である。例えば、ルールＩＤが「１」、上下限識別情報が「０」のレコードでは、変数１の下限値が「−１０００」、変数２の下限値が「１．５」、変数３の下限値が「３００」、変数Ｍの下限値が「−１０００」である。「−１０００」は下限値の初期値であり、これはその変数に対して十分に小さい値である。他方、ルールＩＤが「１」、上下限識別情報が「１」のレコードでは、変数１の上限値が「３．２」、変数２の上限値が「１０００」、変数３の上限値が「４１１」、変数Ｍの下限値が「１０００」である。「１０００」は上限値の初期値であり、これはその変数に対して十分に大きい値である。
【００７５】
再び図３を参照する。予測ルール生成処理を終了後、ＣＰＵ３０１は、ステップＳ１０１に処理を戻す。ステップＳ１０４において予測ルールＤＢ３５０に予測ルールが格納されている場合（ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、前回の制御処理（つまり、制御信号の送信）を実行した後、所定の制御周期が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０６）。制御周期が経過していない場合（ステップＳ１０６においてＮＯ）、ＣＰＵ３０１は、ステップＳ１０１に処理を戻す。
【００７６】
他方、制御周期が経過している場合（ステップＳ１０６においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、高濃度ＮＯｘ排出予測処理を実行する（ステップＳ１０７）。図１３は、高濃度ＮＯｘ排出予測処理の手順を示すフローチャートである。まず、ＣＰＵ３０１は、現在時刻ｔ’における運転データから入力データを作成する（ステップＳ８０１）。次に、ＣＰＵ３０１は、作成された入力データに対して第１予測ルールを評価する（ステップＳ８０２）。この処理では、入力データが、第１予測ルールの条件に適合するか否かが判定される。その後、ＣＰＵ３０１は高濃度ＮＯｘ排出予測処理を終了する。
【００７７】
再び図３を参照する。ＣＰＵ３０１は、高濃度ＮＯｘ排出予測処理において、入力データが第１予測ルールの条件に適合すると評価されたか否かを判定する（ステップＳ１０８）。入力データが第１予測ルールの条件に適合すると評価された場合（ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、高濃度ＮＯｘの排出が予測される。したがって、ＣＰＵ３０１は、高濃度ＮＯｘ排出抑制のための操作量を決定するため、制御操作決定処理を実行する（ステップＳ１０９）。
【００７８】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、制御操作決定処理の手順を示すフローチャートである。まずＣＰＵ３０１は、動作条件ＤＢ３７０から平均値μ及び標準偏差σを読み出し、入力データを標準化する（ステップＳ９０１）。これは、標準化目標値ベクトル及びクラスタと入力データのスケールを合わせ、これらとの距離評価を可能とするためである。
【００７９】
次にＣＰＵ３０１は、クラスタのインデックスｋを初期化する（ステップＳ９０２）。さらにＣＰＵ３０１は、クラスタｋの重心位置（重心座標）と標準化された入力データ（現在値の座標）との距離ｄ１（ｋ）を算出する（ステップＳ９０３）。
【００８０】
ここで、距離ｄ１（ｋ）の算出について説明する。距離計算には、ユークリッド距離、マンハッタン距離、マハラノビス距離等の各種の距離を使用できる。なお、ここではユークリッド距離による距離計算について説明する。
【００８１】
入力変数には、溶融炉空気比、及び一次側Ｏ２流量のように直接操作可能な変数と、風箱温度、砂層温度、ガス化炉出口温度、溶融炉炉頂温度、絞部温度、二次燃焼室排ガス温度、主蒸気流量、及び垂直煙道排ガス温度のような直接操作不可能な変数とがある。直接操作可能な入力変数については、現在値が目標値ベクトルの値とある程度乖離していても、目標値ベクトルと同一の値に操作量を設定できるため問題はない。しかし、直接操作不可能な入力変数について、現在値が目標値ベクトルの値と乖離し過ぎていると、目標値ベクトルの値に収束するのに時間がかかる。したがって、直接操作不可能な入力変数については、現在値と目標値ベクトルの値とが可能な限り近いことが望ましい。このため、本実施の形態においては、入力変数毎に重み付けをした距離を計算する。
【００８２】
クラスタの重心座標と現在値の座標との距離ｄ１（ｋ）は、次式にしたがって計算される。
【数３】
2018066530.tif 000005
但し、ｎは変数のインデックスを、Ｎは変数の数を、ｗｎは変数ｎの重み係数を、ｘｎは入力データにおける変数ｎの値を、ｚｎ（ｋ）はクラスタｋの重心における変数ｎの値をそれぞれ示している。
【００８３】
距離ｄ１（ｋ）を算出すると、ＣＰＵ３０１は、算出された距離ｄ１（ｋ）をＲＡＭ３０３又はハードディスク３０５に一時的に格納し（ステップＳ９０４）、インデックスｋが所定の最大値Ｋに達したか否かを判定し（ステップＳ９０５）、ｋが最大値Ｋ未満であれば（ステップＳ９０５においてＮＯ）、ｋをインクリメントし（ステップＳ９０６）、ステップＳ９０３へ処理を戻す。
【００８４】
他方、ｋが最大値Ｋに達している場合は（ステップＳ９０５においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、距離ｄ１（ｋ’）が最小となるインデックスｋ’を特定する（ステップＳ９０７）。重みｗｎが大きいほど距離計算における比重が大きくなるため、距離ｄ１（ｋ’）が最小のクラスタｋ’が選択されると、その変数ｎに関してはより近傍となる目標値ベクトルが選択されることになる。
【００８５】
次にＣＰＵ３０１は、目標値ベクトルのインデックスｓを初期化する（ステップＳ９０８）。さらにＣＰＵ３０１は、クラスタｋ’に属する標準化目標値ベクトルｓの座標と標準化された入力データの座標との距離ｄ２（ｓ）を算出する（ステップＳ９０９）。ここで、距離ｄ２（ｓ）は、次式にしたがって計算される。
【数４】
2018066530.tif 000006
但し、ｙｎ（ｓ）は標準目標値ベクトルｓにおける変数ｎの値を示している。
【００８６】
距離ｄ２（ｓ）を算出すると、ＣＰＵ３０１は、算出された距離ｄ２（ｓ）をＲＡＭ３０３又はハードディスク３０５に一時的に格納し（ステップＳ９１０）、インデックスｓが所定の最大値Ｓに達したか否かを判定し（ステップＳ９１１）、ｓが最大値Ｓ未満であれば（ステップＳ９１１においてＮＯ）、ｓをインクリメントし（ステップＳ９１２）、ステップＳ９０９へ処理を戻す。
【００８７】
他方、ｓが最大値Ｓに達している場合は（ステップＳ９１１においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、距離ｄ２（ｓ’）が最小となるインデックスｓ’を特定する（ステップＳ９１３）。これにより、最近傍目標値ベクトルｓ’が特定される。さらにＣＰＵ３０１は、動作条件ＤＢ３７０に格納された平均値μ及び標準偏差σを用いて標準化目標値ベクトルｓ’に対して標準化の逆処理を施し、目標値ベクトルｓ’を復元する（ステップＳ９１４）。
【００８８】
次に、ＣＰＵ３０１は、目標値ベクトルｓ’に含まれる「一次側Ｏ２流量」から、一次空気の供給量設定値を決定する（ステップＳ９１５）。一次空気の供給量設定値Ｆ１（ｔ’）は、次式にしたがって算出される。
【数５】
2018066530.tif 000007
但し、ＧｐＯ２（ｔ’）は目標値ベクトルｓ’に含まれる一次側Ｏ２流量を、ｆＯ２（ｔ’）は現在時刻ｔ’における入力データに含まれる供給Ｏ２流量を、ｆｐｓｕｐ（ｔ’）は同入力データに含まれる補助バーナ空気流量をそれぞれ示している。
【００８９】
さらにＣＰＵ３０１は、上記によって得られた一次空気の供給量設定値Ｆ１（ｔ’）、及び目標値ベクトルｓ’に含まれる「溶融炉空気比」から、二次空気の供給量設定値を決定する（ステップＳ９１６）。二次空気の供給量設定値Ｆ２（ｔ’）は、各入力変数を用いた次の線形予測式にしたがって算出される。
【数６】
2018066530.tif 000008
但し、ｃｏｎｓｔ１（ｔ’）〜ｃｏｎｓｔ９（ｔ’）のそれぞれは中間変数であり、ａ１〜ａ１２のそれぞれはモデルパラメータである。なお、モデルパラメータａ１〜ａ１２は、運転データから最小二乗法等で導出される。また、Ｇａｒ（ｔ’）は目標値ベクトルｓ’に含まれる溶融炉空気比を、ｄＯ２（ｔ’）は現在時刻ｔ’の入力データに含まれる二次燃焼室出口Ｏ２濃度を、ｆｏｓｈ（ｔ’）は同入力データに含まれる押込空気量をそれぞれ示している。
【００９０】
上記のようにして一次及び二次空気の供給量設定値が決定されると、ＣＰＵ３０１は、制御操作決定処理を終了する。再び図３を参照する。次にＣＰＵ３０１は、制御操作決定処理において決定された操作量によって、一次空気供給装置２６及び二次空気供給装置３４を操作するよう制御信号を送信し（ステップＳ１１０）、ハードディスク３０５に処理結果を保存する（ステップＳ１１１）。
【００９１】
処理結果を保存した場合、又は、入力データが第１予測ルールの条件に適合しないと評価された場合（つまり、高濃度ＮＯｘの排出が予測されないと判定された場合。ステップＳ１０８においてＮＯ）、ＣＰＵ３０１は、排ガス制御を終了するか否かを判定する（ステップＳ１１２）。排ガス制御を終了しない場合には（ステップＳ１１２においてＮＯ）、ＣＰＵ３０１は、ステップＳ１０１へ処理を戻す。例えば運転員から終了指示が与えられ、排ガス制御を終了する場合には（ステップＳ１１２においてＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は排ガス制御の動作を終了する。
【００９２】
以上のような制御動作により、高濃度ＮＯｘの排出が事前に予測され、高濃度ＮＯｘの排出を抑制するように一次及び二次空気が溶融炉３０に供給される。よって運転員の技量に頼ることなく、自動的に高濃度ＮＯｘの排出量を抑制できる。
【００９３】
（その他の実施の形態）
上述した実施の形態では、現在時刻における溶融炉空気比、一次側Ｏ２流量、風箱温度、砂層温度、ガス化炉出口温度、溶融炉炉頂温度、絞部温度、二次燃焼室排ガス温度、主蒸気流量、排ガス流量、及び垂直煙道排ガス温度、並びに排ガス中のＮＯｘ濃度の制御目標値が含まれる入力データを用いて、高濃度ＮＯｘガスの排出を予測する構成について述べたが、これに限定されるものではない。例えば、現在時刻における溶融炉空気比及び一次側Ｏ２流量と、ガス化炉出口温度、溶融炉炉頂温度、及び絞部温度のうちの少なくとも１つだけを用いてもよい。また、これらに加え、排ガス中のＮＯｘ濃度の制御目標値と主蒸気流量とを用いてもよい。さらにこれらに加えて、風箱温度、砂層温度、二次燃焼室排ガス温度、排ガス流量、及び垂直煙道排ガス温度の少なくとも１つを用いてもよい。
【００９４】
また、上述した実施の形態では、予測ルールを機械学習によって生成する構成について述べたが、これに限定されるものではない。運転員等が経験に基づいて予測ルールを作成してもよい。また、上述した実施の形態では、決定木学習によって予測ルールを生成する構成としたが、決定木以外の機械学習、例えば遺伝的プログラミング等によって予測ルールを生成することもできる。
【００９５】
また、上述した実施の形態では、現在値の最近傍クラスタを特定し、最近傍クラスタに属する目標値ベクトルから最近傍目標値ベクトルを特定する構成について述べたが、これに限定されるものではない。現在値の最近傍目標値ベクトルを直接特定することも可能である。
【００９６】
また、上述した実施の形態では、単一のコンピュータ２００によって排ガス制御プログラム３１０のすべての処理が実行される構成について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、排ガス制御プログラム３１０と同様の処理を、複数の装置（コンピュータ）により分散して実行する分散システムとすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明のガス化溶融炉プラントの排ガス制御装置及び排ガス制御方法は、ガス化溶融炉プラントにおけるＮＯｘガスの発生を抑制するための排ガス制御装置及び排ガス制御方法等として有用である。
【符号の説明】
【００９８】
１０  ガス化溶融炉プラント
１５  ガス化溶融炉
２０  ガス化炉
２６  一次空気供給装置
３０  溶融炉
３１  一次燃焼室
３２  二次燃焼室
３４  二次空気供給装置
７１  風箱温度計
７２  押込空気流量計
７３  砂層温度計
７４  ガス化炉出口温度計
７５  一次空気流量計
７６  Ｏ２流量計
７７  溶融炉炉頂温度計
７９  絞部温度計
８０  二次空気流量計
８１  二次燃焼室排ガス温度計
８２  主蒸気流量計
８３  垂直煙道排ガス温度計
８４  排ガス流量計
８５  ＮＯｘ濃度計
８６  Ｏ２濃度計
１００  排ガス制御装置
２００  コンピュータ
３０１  ＣＰＵ
３０５  ハードディスク
３１０  排ガス制御プログラム
３２０  実績データベース
３３０  学習データベース
３５０  予測ルールデータベース
【図１】
2018066530.tif 000009
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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