(57)【要約】【課題】燃焼室で現在発生している熱量の正確な指標を取得する方法を提供する。【解決手段】炉内状況判定方法は、映像取得工程と、３次元映像作成工程と、火炎断面積算出工程と、火炎流速算出工程と、を含む。映像取得工程では、視点が異なる複数の撮像装置９６を用いて、一次燃焼ゾーン１０から二次燃焼ゾーン１４へ到達した火炎の映像をそれぞれ取得する。３次元映像作成工程では、映像取得工程で取得された異なる視点からの複数の映像に画像合成処理を行うことで、二次燃焼ゾーン１４の火炎を含む３次元映像を作成する。火炎断面積算出工程では、３次元映像を解析することで、燃焼ガスの流路と交差する所定の仮想平面で切った二次燃焼ゾーン１４の火炎断面積の時間変化を算出する。火炎流速算出工程では、３次元映像を解析することで、燃焼ガスの流路に沿う方向の火炎流速の時間変化を算出する。【選択図】図１
2019219108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次燃焼用気体を用いて一次燃焼を行うための一次燃焼ゾーン、及び、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを二次燃焼用気体を用いて燃焼させる二次燃焼を行うための二次燃焼ゾーンを有する燃焼室を備える廃棄物焼却設備に対して、
視点が異なる複数の撮像装置を用いて、前記一次燃焼ゾーンから前記二次燃焼ゾーンへ到達した火炎の映像をそれぞれ取得する映像取得工程と、
前記映像取得工程で取得された異なる視点からの複数の映像に画像合成処理を行うことで、前記二次燃焼ゾーンの火炎を含む３次元映像を作成する３次元映像作成工程と、
前記３次元映像を解析することで、一次燃焼又は二次燃焼で発生した燃焼ガスの流路と交差する所定の仮想平面で切った前記二次燃焼ゾーンの火炎断面積の時間変化を算出する火炎断面積算出工程と、
前記３次元映像を解析することで、一次燃焼又は二次燃焼で発生した燃焼ガスの流路に沿う方向の火炎流速の時間変化を算出する火炎流速算出工程と、
を含む処理を行うことを特徴とする炉内状況判定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の炉内状況判定方法であって、
前記二次燃焼ゾーンの温度である二次燃焼温度の時間変化を検出する二次燃焼温度検出工程と、
火炎断面積、火炎流速、及び二次燃焼温度のそれぞれの時間変化に基づいて、定常値に対する瞬時値の大きさである相対変化量を算出する処理をそれぞれ行う解析工程と、
を含むことを特徴とする炉内状況判定方法。
【請求項３】
請求項２に記載の炉内状況判定方法であって、
前記燃焼室から排出された排ガスからの熱量回収に伴うボイラ蒸発量を取得するボイラ蒸発量取得工程を含み、
前記解析工程では、更に、
火炎断面積、火炎流速、及び二次燃焼温度のそれぞれについて、前記相対変化量と、時間遅れ後のボイラ蒸発量の変化量と、の関係を示す相関関係情報を算出し、
火炎断面積、火炎流速、及び二次燃焼温度のそれぞれについて、算出又は検出された瞬時値と前記相関関係情報とに基づいてボイラ蒸発量の予測変化量を算出することを特徴とする炉内状況判定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の炉内状況判定方法を用いてボイラ蒸発量を制御する蒸発量制御方法であって、
前記解析工程で算出されたボイラ蒸発量の予測変化量と、前記ボイラ蒸発量取得工程で取得されたボイラ蒸発量と、に基づいて、前記一次燃焼用気体及び前記二次燃焼用気体の少なくとも一方の供給条件を調整する制御工程を含むことを特徴とする蒸発量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、燃焼室で現在発生している熱量の指標を取得する炉内状況判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、一次燃焼と、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼と、を行う燃焼室を備える廃棄物焼却設備が知られている。特許文献１から４には、様々なデータに基づいて、炉内の状況、特に燃焼室で発生する熱量の指標を取得することが記載されている。
【０００３】
特許文献１には、廃棄物の燃焼により発生した熱を用いて蒸気を発生させるボイラを備える設備において、時系列で取得したボイラ蒸発量に基づいてボイラ蒸発量の変化を予測することが開示されている。なお、燃焼室で発生した熱量が多くなるほどボイラ蒸発量は多くなる。
【０００４】
特許文献２には、廃棄物を燃焼することで発生する排ガスの成分濃度から、廃棄物の発熱量を求め、廃棄物の発熱量に基づいてボイラ蒸発量を推定することが開示されている。
【０００５】
特許文献３には、燃焼室内の火炎の映像を１つのカメラで撮像し、この撮像された火炎の映像に基づいて、火炎の明るさ、色彩、及び火炎形状等を数値化することが開示されている。なお、燃焼室で発生する火炎は、燃焼室で発生する熱量と関係がある。
【０００６】
特許文献４には、燃焼室内の火炎の映像を１つのカメラで撮像し、この撮像された火炎の映像に基づいて、火炎の高さ及び所定範囲における火炎の面積を計算することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２８９４０１号公報
【特許文献２】特開２０１７−９６５１７号公報
【特許文献３】特開２０１６−１８６３８２号公報
【特許文献４】特開平７−１５８８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１で用いるボイラ蒸発量は、燃焼室で発生する熱量と比較的高い相関性がある一方で、燃焼室で発生した熱量がボイラの蒸発に寄与するまでには時間が掛かるため、ボイラ蒸発量は、燃焼室で現在発生している熱量ではなく、それより前に発生していた熱量と相関性がある。そのため、燃焼室で現在発生している熱量の指標としてボイラ蒸発量を用いることは適切でない場合がある。
【０００９】
また、特許文献２の方法では、投入された廃棄物の性状が変化して、排ガスの成分濃度と熱量の関係が変化した場合において、燃焼室で現在発生している熱量の指標を適切に求めることができない。
【００１０】
また、特許文献３及び４の方法では、火炎の形状を適切に取得できないため、燃焼室で現在発生している熱量の指標を適切に求めることができない可能性がある。具体的には、この方法では、映像の奥行方向において、局所的に火炎が高くなっている状態と、奥行方向の全体にわたって火炎が高くなっている状態と、を区別することができない。
【００１１】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、燃焼室で現在発生している熱量の正確な指標を取得する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１３】
以上に説明したように、本発明の観点によれば、以下の炉内状況判定方法が提供される。即ち、この炉内状況判定方法は、一次燃焼用気体を用いて一次燃焼を行うための一次燃焼ゾーン、及び、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを二次燃焼用気体を用いて燃焼させる二次燃焼を行うための二次燃焼ゾーンを有する燃焼室を備える廃棄物焼却設備に対して行われる。この炉内状況判定方法では、映像取得工程と、３次元映像作成工程と、火炎断面積算出工程と、火炎流速算出工程と、を含む処理を行う。前記映像取得工程では、視点が異なる複数の撮像装置を用いて、前記一次燃焼ゾーンから前記二次燃焼ゾーンへ到達した火炎の映像をそれぞれ取得する。前記３次元映像作成工程では、前記映像取得工程で取得された異なる視点からの複数の映像に画像合成処理を行うことで、前記二次燃焼ゾーンの火炎を含む３次元映像を作成する。前記火炎断面積算出工程では、前記３次元映像を解析することで、一次燃焼又は二次燃焼で発生した燃焼ガスの流路と交差する所定の仮想平面で切った前記二次燃焼ゾーンの火炎断面積の時間変化を算出する。前記火炎流速算出工程では、前記３次元映像を解析することで、一次燃焼又は二次燃焼で発生した燃焼ガスの流路に沿う方向の火炎流速の時間変化を算出する。
【００１４】
これにより、二次燃焼ゾーンの火炎断面積及び火炎流速を用いることで、燃焼室で現在発生している熱量の正確な指標を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、燃焼室で現在発生している熱量の正確な指標を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の方法を行う対象の廃棄物焼却設備の概略構成図。
【図２】焼却炉の機能ブロック図。
【図３】撮像装置の取付位置及び仮想平面を示す焼却炉の立体模式図。
【図４】ボイラ蒸発量を安定させるために制御装置が行う制御を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜廃棄物焼却設備の全体構成＞初めに、図１を参照して、本実施形態の廃棄物焼却設備１００について説明する。図１は、本発明の一実施形態の廃棄物焼却設備１００の概略構成図である。なお、以下の説明では、単に上流、下流と記載したときは、廃棄物、燃焼ガス、燃焼用気体、排ガス等が流れる方向の上流及び下流を意味するものとする。
【００１８】
図１に示すように、廃棄物焼却設備１００は、焼却炉（廃棄物焼却炉）１と、ボイラ３０と、蒸気タービン発電設備３５と、を備える。焼却炉１は、供給された廃棄物を焼却する。なお、焼却炉１の詳細な構成は後述する。
【００１９】
ボイラ３０は、廃棄物の燃焼によって発生した熱を利用して蒸気を生成する。ボイラ３０は、流路壁に設けられた多数の水管３１及び過熱器管３２で、炉内で発生した高温の燃焼ガスと水との熱交換を行うことにより蒸気（過熱蒸気）を生成する。水管３１及び過熱器管３２で生成された蒸気は、蒸気タービン発電設備３５へ供給される。
【００２０】
蒸気タービン発電設備３５は、図略のタービン及び発電装置を含んで構成されている。タービンは、水管３１及び過熱器管３２から供給された蒸気によって回転駆動される。発電装置は、タービンの回転駆動力を用いて発電を行う。
【００２１】
＜焼却炉の構成＞焼却炉１は、廃棄物を炉内に供給するための給じん装置４０を備える。給じん装置４０は、廃棄物投入ホッパ４１と、給じん装置本体４２と、を備える。廃棄物投入ホッパ４１は、炉外から廃棄物が投入される部分である。給じん装置本体４２は、廃棄物投入ホッパ４１の底部分に位置し、水平方向に移動可能に構成されている。給じん装置本体４２は、廃棄物投入ホッパ４１に投入された廃棄物を下流側に供給する。この給じん装置本体４２の移動速度、単位時間あたりの移動回数、移動量（ストローク）、及びストローク端の位置（移動範囲）は、図２に示す制御装置９０によって制御されている。なお、給じん装置は水平方向に対し多少の角度をもって移動する型式でもよい。
【００２２】
給じん装置４０によって炉内に供給された廃棄物は、燃焼室２に供給される。燃焼室２は、一次燃焼ゾーン１０と、二次燃焼ゾーン１４と、を含んでいる。一次燃焼ゾーン１０は、一次燃焼のための空間である。一次燃焼とは、投入された廃棄物を一次燃焼用気体（ｇａｓ  ｆｏｒ  ｐｒｉｍａｒｙ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）と反応させて燃焼させることである。一次燃焼用気体とは、一次燃焼のために供給される酸素を含んだ気体である。一次燃焼用気体としては、一次空気、循環排ガス、それらの混合ガスが含まれる。一次空気とは、外部から取り込んだ空気であって、燃焼等に用いられていない（即ち、循環排ガスを除く）気体である。従って、一次空気には、外部から取り込んだ空気を加熱等した気体も含まれる。また、一次燃焼により、ＣＯ等の未燃焼ガスを含む一次燃焼ガス（ｆｌｕｅ  ｇａｓ  ａｆｔｅｒ  ｐｒｉｍａｒｙ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）が発生する。
【００２３】
一次燃焼ゾーン１０は、乾燥部１１と、燃焼部１２と、後燃焼部１３と、から構成されている。廃棄物は、搬送部２０によって、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３の順に供給されていく。搬送部２０は、乾燥部１１に設けられた乾燥火格子２１と、燃焼部１２に設けられた燃焼火格子２２と、後燃焼部１３に設けられた後燃焼火格子２３と、で構成されている。従って、搬送部２０は複数段の火格子から構成されている。それぞれの火格子は、各部の底面に設けられており、廃棄物が載置される。火格子は、廃棄物搬送方向に並べて配置された可動火格子と固定火格子とから構成されており、可動火格子が間欠的に前進及び後進を行うことで、廃棄物を下流側へ搬送するとともに、廃棄物を攪拌することができる。なお、火格子の動作は、制御装置９０によって制御されている。また、火格子には、気体が通過可能な大きさの隙間が形成されている。
【００２４】
乾燥部１１は、焼却炉１に供給された廃棄物を乾燥させる部分である。乾燥部１１の廃棄物は、乾燥火格子２１の下から供給される一次空気及び隣接する燃焼部１２における燃焼の輻射熱によって乾燥する。その際、熱分解によって乾燥部１１の廃棄物から熱分解ガスが発生する。また、乾燥部１１の廃棄物は、乾燥火格子２１によって燃焼部１２に向かって搬送される。
【００２５】
燃焼部１２は、乾燥部１１で乾燥した廃棄物を主に燃焼させる部分である。燃焼部１２では、廃棄物が主に火炎燃焼を起こし火炎が発生する。燃焼部１２における廃棄物及び燃焼により発生した灰及び燃焼しきれなかった未燃物は、燃焼火格子２２によって後燃焼部１３に向かって搬送される。また、燃焼部１２で発生した一次燃焼ガス及び火炎は、絞り部１７を通過して後燃焼部１３に向かって流れる。なお、燃焼火格子２２は、乾燥火格子２１と同じ高さに設けられているが、乾燥火格子２１よりも低い位置に設けられていてもよい。
【００２６】
後燃焼部１３は、燃焼部１２で燃焼しきれなかった廃棄物（未燃物）を燃焼させる部分である。後燃焼部１３では、一次燃焼ガスの輻射熱と一次空気によって、燃焼部１２で燃焼しきれなかった未燃物の燃焼が促進される。その結果、未燃物の殆どが灰となって、未燃物は減少する。なお、後燃焼部１３で発生した灰は、後燃焼部１３の底面に設けられた後燃焼火格子２３によってシュート２４に向かって搬送される。シュート２４に搬送された灰は、廃棄物焼却設備１００の外部に排出される。なお、本実施形態の後燃焼火格子２３は、燃焼火格子２２よりも低い位置に設けられているが、燃焼火格子２２と同じ高さに設けられていてもよい。
【００２７】
上述したように、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３では、生じる反応が異なるため、それぞれの壁面等は、生じる反応に応じた構成となっている。例えば、燃焼部１２では火炎燃焼が生じるため、乾燥部１１よりも耐火レベルが高い構造が採用されている。
【００２８】
以上で説明したように、本実施形態の焼却炉１の一次燃焼ゾーン１０では、投入された廃棄物に対して、乾燥、燃焼、及び後燃焼が行われる。本実施形態の焼却炉１では、各構成段が明確に分かれているため、上記の３つの処理が段階的に行われる。なお、本発明は、様々な構成の焼却炉に適用可能である。例えば、本発明は、各構成段が明確に区分されていない焼却炉にも適用可能である。また、本発明は、乾燥段及び後燃焼段の少なくとも一方が存在しない焼却炉にも適用可能である。また、本発明は、火格子を備えない焼却炉、例えば、流動床式焼却炉又は固定床式焼却炉等にも適用可能である。
【００２９】
二次燃焼ゾーン１４は、二次燃焼のための空間である。二次燃焼とは、一次燃焼ガスに含まれる未燃焼ガスを二次燃焼用気体と反応させて燃焼させることである。二次燃焼用気体とは、二次燃焼のために供給される酸素を含んだ気体である。二次燃焼用気体としては、二次空気、循環排ガス、それらの混合ガスが含まれる。二次空気とは、外部から取り込んだ空気であって、燃焼等に用いられていない（即ち、循環排ガスを除く）気体である。二次燃焼を行うことにより、燃焼完結性を進めることができる。二次燃焼ゾーン１４は、乾燥部１１、燃焼部１２、及び後燃焼部１３から上方に向かって延び、その途中に二次空気が供給される。これにより、一次燃焼ガスは二次空気と混合及び撹拌され、一次燃焼ガスに含まれる未燃ガスが二次燃焼ゾーン１４で燃焼される。
【００３０】
＜一次燃焼用気体と二次燃焼用気体の供給＞気体供給装置５０は、燃焼室２内に気体（一次燃焼用気体、二次燃焼用気体）を供給する装置である。本実施形態の気体供給装置５０は、一次空気供給部５１と、二次空気供給部５２と、排ガス供給部５３と、を有している。それぞれの供給部は、気体を誘引又は送出するための送風機によって構成されている。
【００３１】
一次空気供給部５１は、一次供給経路７１を介して燃焼室２に一次空気を供給する。一次供給経路７１は、乾燥火格子２１の下方に設けられた乾燥段風箱２５、燃焼火格子２２の下方に設けられた燃焼段風箱２６、及び後燃焼火格子２３の下方に設けられた後燃焼段風箱２７にそれぞれ一次空気を供給するための経路である。一次供給経路７１には、乾燥段風箱２５に供給する一次空気の供給量を調整する第１ダンパ８１と、燃焼段風箱２６に供給する一次空気の供給量を調整する第２ダンパ８２と、後燃焼段風箱２７に供給する一次空気の供給量を調整する第３ダンパ８３と、がそれぞれ設けられている。図２に示すように、第１ダンパ８１、第２ダンパ８２、及び第３ダンパ８３は制御装置９０によって制御されている。
【００３２】
また、一次供給経路７１にヒータを設け、燃焼室２に供給する一次空気の温度を調整できるようにしてもよい。また、上述のように、一次燃焼用気体には、循環排ガス及び混合ガスも含まれるため、それらが燃焼室２に供給される構成であってもよい。また、本実施形態では、一次燃焼用気体は、一次燃焼ゾーン１０に下方から供給されるが、一次燃焼ゾーン１０の側方等から供給されてもよい。また、一次燃焼用気体は、一次燃焼に用いられるのであれば、一次燃焼ゾーン１０よりも上流側に供給されてもよい。
【００３３】
二次空気供給部５２は、二次供給経路７２を介して、二次空気を燃焼室２に供給する。具体的には、二次空気供給部５２は、焼却炉１の空気ガス保有空間１６にその上部（天井部）から二次空気を供給するとともに、絞り部１７によって燃焼ガスが方向を転換する部分（絞り部１７の近傍）に二次空気を供給することで、二次燃焼ゾーン１４に二次空気を供給する。二次供給経路７２には、空気ガス保有空間１６及び絞り部１７の近傍に供給する二次空気の供給量を調整する第５ダンパ８５が設けられている。図２に示すように、第５ダンパ８５は制御装置９０によって制御されている。
【００３４】
排ガス供給部５３は、循環排ガス供給経路７３を介して、廃棄物焼却設備１００から排出された排ガスを炉内に供給する（再循環させる）。廃棄物焼却設備１００から排出されて集じん器６で浄化された排ガスの一部が排ガス供給部５３によって燃焼部１２の両側面（紙面手前側及び紙面奥側の面）から焼却炉１へ供給される。なお、排ガスが供給される位置は、特に限定されない。例えば、排ガスは焼却炉１の上方（天井部）から供給されてもよく、一方の側面のみから供給されていてもよい。排ガスを焼却炉１に供給することで、焼却炉１内の酸素濃度が低下し、燃焼温度の局所的な過上昇を抑えることができる。その結果、ＮＯｘの発生を抑えることができる。また、循環排ガス供給経路７３には、循環排ガスの供給量を調整する第４ダンパ８４が設けられている。図２に示すように、第４ダンパ８４は制御装置９０によって制御されている。
【００３５】
＜各種センサ及び制御装置＞焼却炉１には、図１及び図２に示すように、燃焼状態等を把握するための複数のセンサが設けられている。具体的には、焼却炉１には、一次燃焼温度センサ９１と、二次燃焼温度センサ９２と、ＣＯガス濃度センサ９３と、ＮＯｘガス濃度センサ９４と、ボイラ蒸気量センサ９５と、撮像装置９６と、が設けられている。
【００３６】
一次燃焼温度センサ９１は、例えば空気ガス保有空間１６よりも下流かつ後燃焼部１３よりも上流である一次燃焼ゾーン１０に配置されており、一次燃焼ゾーン１０の温度である一次燃焼温度を検出して制御装置９０へ出力する。二次燃焼温度センサ９２は、後燃焼部１３よりも下流かつボイラ３０よりも上流である二次燃焼ゾーン１４に配置されており、二次燃焼ゾーン１４の温度である二次燃焼温度を検出して制御装置９０へ出力する。ＣＯガス濃度センサ９３は、集じん器６の下流に配置されており、排ガスに含まれるＣＯガス濃度（焼却炉排出ＣＯガス濃度）を検出して制御装置９０へ出力する。ＮＯｘガス濃度センサ９４は、集じん器６の下流に配置されており、排ガスに含まれるＮＯｘガス濃度（焼却炉排出ＮＯｘガス濃度）を検出して制御装置９０へ出力する。ボイラ蒸気量センサ９５は、ボイラ３０から蒸気タービン発電設備３５へ向かう経路に配置されている。ボイラ蒸気量センサ９５は、この経路を通過する蒸気量、即ちボイラ３０が発生させた蒸気量（ボイラ蒸発量）を検出して制御装置９０へ出力する。
【００３７】
本実施形態では、撮像装置９６が２つ設けられている。それぞれの撮像装置９６は同じ構造である。また、撮像装置９６は、３つ以上設けられていてもよい。撮像装置９６は、３次元映像を作成することを目的として、複数設けられている。そのため、複数の撮像装置９６の相対位置は予め記憶されている。なお、撮像装置９６は、静止画を適切なインターバルで連続して撮像することを主目的とする機器であってもよいし、映像（動画）を撮像することを主目的とする機器であってもよい。連続して取得された静止画により得られる画像情報は映像（動画）情報と同等であるため、何れの機器であっても、映像を取得するという機能を有していることとなる。
【００３８】
また、撮像装置９６は、温度等を検出するための赤外線カメラではなく、火炎の外観（色や輝度等）の映像を取得するためのカメラである。従って、撮像装置９６が取得する映像は、撮像装置９６の視点から見た炉内の火炎の色や輝度等を示す映像である。なお、視点とは、計測器である撮像装置９６が配置されている位置を示す。それぞれの撮像装置９６は、一次燃焼で発生した火炎であって、一次燃焼ゾーン１０から二次燃焼ゾーン１４に到達した火炎の映像を取得することを目的としている。そのため、撮像装置９６は、撮像範囲の少なくとも一部に二次燃焼ゾーン１４が含まれる位置に配置されている。具体的には、撮像装置９６は、二次燃焼ゾーン１４を構成する壁部に配置されている。ここで、図３に示すように、火格子上における廃棄物の搬送方向と上下方向（鉛直方向）の両方に垂直な方向を炉幅方向と称する。本実施形態の撮像装置９６は、搬送方向の下流側の端部に設けられている奥壁１４ａに形成された窓部１４ｂを介して、映像を取得する。なお、窓部１４ｂとは、炉内を観察するための部分であり、具体的には、奥壁１４ａの一部を開口させ、透明（半透明を含む）な耐熱ガラス等で当該開口を塞いだ構成の部分である。また、奥壁１４ａに代えて、炉幅方向の端部である側壁１４ｃに撮像装置９６が設けられていてもよい。
【００３９】
後述のように本実施形態では、火炎の３次元映像に基づいて火炎断面積を算出するが、火炎断面積の具体的な数値ではなく、その変化量を用いて制御を行うため、火炎を取り囲むように撮像装置９６を配置する必要はない。そのため、本実施形態のように奥壁１４ａのみに撮像装置９６が配置されていても本発明の目的を達成できる。しかし、奥壁１４ａに加えて、例えば側壁１４ｃにも複数の撮像装置９６を配置することで、より広い範囲の火炎の映像を作成することもできる。なお、２つの撮像装置９６の上下方向の位置は同じであってもよいし、撮像範囲が大きく異ならなければ上下方向の位置が異なっていてもよい。
【００４０】
＜制御装置が行う処理＞制御装置９０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等によって構成されており、種々の演算を行うとともに、廃棄物焼却設備１００全体を制御する。画像処理装置９７も同様に、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等によって構成されており、２つの撮像装置９６が取得した映像に基づいて３次元映像を作成する処理（画像合成処理）を行うことができる。本実施形態では、制御装置９０と画像処理装置９７は、個別のハードウェアであるが、１つのハードウェアが制御装置９０と画像処理装置９７の両方の機能を有していてもよい。以下、制御装置９０が行う燃焼制御であって、特に３次元映像を解析して行う制御について、図４のフローチャートに沿って説明する。図４は、ボイラ蒸発量を安定させるために制御装置９０が行う制御を示すフローチャートである。
【００４１】
初めに、制御装置９０は、複数（２つ）の撮像装置９６が取得した映像に基づいて画像処理装置９７が作成した３次元映像を記憶する（Ｓ１０１）。複数の映像（各画像）から３次元映像（時間的に連続する複数の３次元画像）を作成する処理は公知の技術なので簡単に説明する。ここでは、２つの撮像装置９６を区別するために第１及び第２を付けて説明することがある。第１撮像装置が取得する映像には、第１撮像装置の位置から見た火炎の表面の色及び形状等が表れている。第２撮像装置が取得する映像についても同様である。そして、画像処理装置９７は、火炎の表面の特定箇所Ａが、２つの映像のそれぞれ何処に表示されるかを特定する。上述したように第１撮像装置と第２撮像装置の位置関係は既知なので、三角法等に基づいて、第１又は第２撮像装置から、火炎の特定箇所Ａまでの距離を計算できる。この処理を火炎の表面の他の部分についても行うことで、火炎の表面の位置（３次元座標）を特定できる。
【００４２】
次に、制御装置９０は、ステップＳ１０１で記憶した３次元映像に基づいて、（１）火炎断面積の時間変化、（２）火炎流速の時間変化を算出する（Ｓ１０２）。
【００４３】
火炎断面積とは、３次元映像の火炎を所定の仮想平面で切ったときの断面積である。一般的に二次燃焼ゾーン１４の火炎が大きいほど、燃焼室２で発生している熱量が多くなる。従って、火炎断面積は、現在発生している熱量の指標となる。特に、３次元画像の火炎から得られる断面積は、従来の火炎の２次元画像とは異なり、撮像装置９６から見た奥行方向の火炎の大きさを考慮した熱量の指標となる。
【００４４】
図３に示すように、仮想平面１０１は、燃焼ガス（詳細には、一次燃焼で発生した一次燃焼ガス及び二次燃焼で発生した二次燃焼ガス）の流路に交差する平面である。なお、燃焼ガスの流路とは、燃焼ガスが全体として向かう方向（言い換えれば二次燃焼ゾーン１４においてボイラ３０へ向かう方向）である。また、仮想平面１０１は、この燃焼ガスの流路に対して直交することが更に好ましい。また、図３では仮想平面１０１の位置を分かり易くするために、仮想平面１０１の輪郭を描画して仮想平面１０１の範囲を区切っている。しかし、実際には、火炎の位置又は形状が変化しても火炎断面積を適切に算出するために、炉幅方向及び搬送方向に大きな広がりを持った範囲を仮想平面１０１とすべきであるため、輪郭等を規定せずに無限遠まで広がる仮想平面を設定することが好ましい。
【００４５】
３次元映像の火炎をこの仮想平面１０１で切ったときの仮想断面１０２の面積が火炎断面積である。ここで、上述したように本実施形態では火炎の周囲の全体の映像を取得していないため、例えば絞り部１７側の火炎の形状は特定できない。従って、制御装置９０は、３次元映像で作成された火炎の範囲において仮想断面１０２の輪郭を描画し、３次元映像で特定されていない部分については直線補間等を行うことで仮想断面１０２を作成する。制御装置９０は、算出した火炎断面積を時刻と対応付けて記憶する。制御装置９０は、この処理を各時刻の３次元映像に対して行うことで火炎断面積の時間変化（各時刻の火炎断面積）を算出して記憶する。
【００４６】
火炎流速とは、上述した仮想平面１０１の位置における、火炎面を通過する燃焼ガスの流路に沿う方向のガス流速である。一般的に、燃焼室２で多くの燃焼ガスが発生しているほど（即ち、燃焼室２で発生している熱量が多くなるほど）、火炎流速が速くなり易い。従って、火炎流速は、現在発生している熱量の指標となる。
【００４７】
制御装置９０は、仮想平面１０１及びその上下方向の近傍の３次元映像に基づいて火炎の動きから火炎流速を算出する。なお、火炎流速は仮想平面１０１の水平方向の位置に応じて異なるが、例えば所定の範囲の平均の流速等を算出することで、該当の時刻の火炎流速を決定する。また、本実施形態では火炎流速を算出する位置は、火炎断面積を算出する位置と一致しているが、異なっていてもよい。即ち、制御装置９０は、仮想平面１０１よりも上流側又は下流側で火炎流速を算出する処理を行ってもよい。制御装置９０は、この処理を各時刻の３次元映像に対して行うことで火炎流速の時間変化（各時刻の火炎流速）を算出して記憶する。
【００４８】
なお、火炎断面積及び火炎流速を算出して、燃焼室２で現在発生している熱量の指標を取得する方法は、二次燃焼ゾーン１４ではなく一次燃焼ゾーン１０に存在する火炎を用いて行うこともできる。しかし、一次燃焼ゾーン１０では未燃焼の多種多様な廃棄物が存在するため火炎が安定しておらず、この指標の精度が大幅に低下する可能性があるため、本実施形態では、二次燃焼ゾーン１４に到達した火炎を用いている。
【００４９】
制御装置９０は、二次燃焼温度センサ９２が検出した二次燃焼温度を取得する（Ｓ１０３）。制御装置９０は、二次燃焼温度の時間変化（各時刻の二次燃焼温度）を記憶する。当然であるが、二次燃焼温度が高いほど燃焼室２で発生している熱量が多くなる。従って、二次燃焼温度は、現在発生している熱量の指標となる。
【００５０】
また、制御装置９０は、ボイラ蒸気量センサ９５が検出したボイラ蒸発量を取得する（Ｓ１０４）。制御装置９０は、ボイラ蒸発量の時間変化（各時刻のボイラ蒸発量）を記憶する。燃焼室２で発生した熱量に応じてボイラ３０で蒸気が発生するため、燃焼室２で発生した熱量とボイラ蒸発量とは高い相関性がある。しかし、燃焼室２で発生した熱に起因してボイラ３０で蒸気が発生するまでにはタイムラグが存在するため、厳密には、燃焼室２で少し前に発生した熱量と、現在のボイラ蒸発量と、に高い相関性がある。そのため、例えば現在のボイラ蒸発量に基づいて一次空気又は二次空気の供給量を変化させた場合であっても、この供給量を変化させたことの効果がボイラ蒸発量に影響するまでには時間が掛かるため、ボイラ蒸発量を十分に安定させることは容易ではない。この点、本実施形態では、以下のステップＳ１０５以降の処理を行うことにより、燃焼室２で現在発生している熱量に基づいて燃焼状態を制御することができるので、ボイラ蒸発量をより安定させることが可能となる。
【００５１】
次に、制御装置９０は、火炎断面積／火炎流速／二次燃焼温度のそれぞれについて、相対変化量を算出する（Ｓ１０５、解析工程）。相対変化量とは、定常値に対する瞬時値の差異である。定常値とは、焼却炉１に投入される廃棄物の量及び性状や、廃棄物の燃焼状態が平均的な状態で取得される値の目安である。定常値は、例えば比較的長い期間の平均値を求めること等によって算出される。なお、平均値を求める際には、他と比較して明らかに高い又は低いデータを除外して平均値を求めてもよい。瞬時値とは、ある時刻で取得される値である。上述したように、火炎断面積／火炎流速／二次燃焼温度は、何れも燃焼室２で現在発生している熱量に関する値である。従って、相対変化量は、過去の平均的な状態と比較して、燃焼室２で現在発生している熱量がどの程度多いか少ないかを示す指標となる。制御装置９０は、火炎断面積／火炎流速／二次燃焼温度のそれぞれについて、算出した相対変化量の時間変化（各時刻の相対変化量）を記憶する。
【００５２】
次に、制御装置９０は、火炎断面積／火炎流速／二次燃焼温度のそれぞれについて、相対変化量と、ボイラ蒸発量の変化量と、の関係を示す相関関係情報を算出する（Ｓ１０６、解析工程）。火炎断面積／火炎流速／二次燃焼温度のそれぞれは燃焼室２で現在発生している熱量に関係する値であり、ボイラ蒸発量の変化量は、燃焼室２で少し前に発生した熱量に関係する値である。従って、相対変化量が時刻に応じて上下する挙動と、ボイラ蒸発量が時刻に応じて上下する挙動と、を比較することで時間遅れの目安を算出することができる。その後、時間遅れ分だけボイラ蒸発量をオフセットさせて、相対変化量の大きさと、ボイラ蒸発量の変化量の大きさと、を比較することで、相対変化量がボイラ蒸発量の変化量に及ぼす影響を具体的に算出できる。例えば、相対変化量を変数としてボイラ蒸発量の変化量を求めるための関係式（相関関係情報に相当）を算出することができる。なお、例えば火炎断面積が変化した時間帯であって、火炎流速及び二次燃焼温度が殆ど変化していない時間帯では、火炎断面積の相対変化量とボイラ蒸発量の変化量との相関関係情報をより適切に求めることができる。火炎断面積／火炎流速／二次燃焼温度のそれぞれの相関関係情報は、ボイラ蒸発量の変化量を予測する毎に新たに算出してもよいし、一度算出した相関関係情報を少なくとも所定の時間において使い続けてもよい。
【００５３】
次に、制御装置９０は、火炎断面積／火炎流速／二次燃焼温度のそれぞれについて、直近の相対変化量と相関関係情報に基づいて、ボイラ蒸発量の予測変化量を算出する（Ｓ１０７、解析工程）。相関関係情報は、相対変化量とボイラ蒸発量の変化量との関係を示す。従って、直近の相対変化量と相関関係情報とに基づいて、ボイラ蒸発量がこれからどの程度変化するかを算出できる。特に、本実施形態では、火炎断面積／火炎流速／二次燃焼温度のそれぞれにこの処理を行うため、ボイラ蒸発量の的確な予測変化量を算出できる。
【００５４】
次に、制御装置９０は、ボイラ蒸発量の瞬時値と予測変化量とに基づいて、ボイラ蒸発量を安定化させるための一次燃焼用気体及び二次燃焼用気体の供給条件を決定する（Ｓ１０８、制御工程）。ボイラ蒸発量の瞬時値と予測変化量との両方に基づいて、ボイラ蒸発量の予測値を推定できる。例えばこの予測値と目標値とを比較することで、ボイラ蒸発量を増加させるべきか減少させるべきかの判断を的確に行うことができる。例えばボイラ蒸発量を増加させるべきと判断した場合、制御装置９０は、燃焼を促進させるために、例えば一次燃焼用気体及び二次燃焼用気体の供給量を増加させる。なお、気体の供給量を変化させる処理に加えて又は代えて、例えば一次燃焼用気体に占める循環排ガスの比率、一次燃焼用気体をヒータで加熱する場合のヒータの設定、又は、一次燃焼用気体に対する二次燃焼用気体の比率等（供給条件）を変化させてもよい。この処理を行うことにより、燃焼室２で過去に発生した熱量（現在のボイラ蒸発量）ではなく、燃焼室２で現在発生している熱量に基づいて燃焼制御を行うことができるので、ボイラ蒸発量をより安定させることが可能となる。
【００５５】
また、制御装置９０は、ステップＳ１０８の後に、新たにデータを取得して（Ｓ１０１−Ｓ１０４）、必要に応じて相関関係情報を更新し（Ｓ１０５，Ｓ１０６）、新たに算出したボイラ蒸発量の予測変化量等に基づいて一次燃焼用気体及び二次燃焼用気体の供給条件を更に変更する（Ｓ１０７，Ｓ１０８）。これにより、燃焼室２で発生する熱量が変化した場合においても、その変化に即座に対応して、ボイラ蒸発量を安定させるために必要な制御を行うことができる。
【００５６】
なお、焼却炉１で生じる燃焼は、焼却炉１の形状や構造、及び投入される廃棄物によって大きく異なる。また、要求される処理量、焼却炉１の耐久性、及び排ガスに関する法規制等によっても、目標とする状態が大きく異なる。更に、一次燃焼用気体及び二次燃焼用気体の供給条件は、ボイラ蒸発量だけでなく、他のセンサ（例えば一次燃焼温度センサ９１からＮＯｘガス濃度センサ９４）の検出結果も考慮して決定される。このような事情があるため、ボイラ蒸発量の予測値が目標値より低い場合であっても一次燃焼用気体及び二次燃焼用気体を増加させる制御が行われない場合もあり得る。
【００５７】
以上に説明したように、本発明の観点によれば、以下の炉内状況判定方法が提供される。即ち、この炉内状況判定方法は、一次燃焼用気体を用いて一次燃焼を行うための一次燃焼ゾーン１０、及び、一次燃焼で発生した未燃焼ガスを含む一次燃焼ガスを二次燃焼用気体を用いて燃焼させる二次燃焼を行うための二次燃焼ゾーン１４を有する燃焼室２を備える廃棄物焼却設備１００に対して行われる。この炉内状況判定方法は、映像取得工程と、３次元映像作成工程と、火炎断面積算出工程と、火炎流速算出工程と、を含む処理を行う。映像取得工程では、視点が異なる複数の撮像装置９６を用いて、一次燃焼ゾーン１０から二次燃焼ゾーン１４へ到達した火炎の映像をそれぞれ取得する。３次元映像作成工程では、映像取得工程で取得された異なる視点からの複数の映像に画像合成処理を行うことで、二次燃焼ゾーン１４の火炎を含む３次元映像を作成する。火炎断面積算出工程では、３次元映像を解析することで、一次燃焼又は二次燃焼で発生した燃焼ガスの流路と交差する所定の仮想平面で切った二次燃焼ゾーン１４の火炎断面積の時間変化を算出する。火炎流速算出工程では、３次元映像を解析することで、一次燃焼又は二次燃焼で発生した燃焼ガスの流路に沿う方向の火炎流速の時間変化を算出する。
【００５８】
これにより、二次燃焼ゾーン１４の火炎断面積及び火炎流速を用いることで、燃焼室２で現在発生している熱量の正確な指標を得ることができる。
【００５９】
また、本実施形態の炉内状況判定方法は、二次燃焼温度検出工程と、解析工程と、を含む。二次燃焼温度検出工程では、二次燃焼ゾーン１４の温度である二次燃焼温度の時間変化を検出する。解析工程では、火炎断面積、火炎流速、及び二次燃焼温度のそれぞれの時間変化に基づいて、定常値に対する瞬時値の大きさである相対変化量を算出する処理をそれぞれ行う。
【００６０】
これにより、平均的な状態（通常の状態）と比較した、燃焼室２で現在発生している熱量の正確な指標を用いて炉内状況を判定できる。
【００６１】
また、本実施形態の炉内状況判定方法は、燃焼室２から排出された排ガスからの熱量回収に伴うボイラ蒸発量を取得するボイラ蒸発量取得工程を含む。解析工程では、更に、火炎断面積、火炎流速、及び二次燃焼温度のそれぞれについて、相対変化量と、時間遅れ後のボイラ蒸発量の変化量と、の関係を示す相関関係情報を算出する。火炎断面積、火炎流速、及び二次燃焼温度のそれぞれについて、算出又は検出された瞬時値と相関関係情報とに基づいてボイラ蒸発量の予測変化量を算出する。
【００６２】
これにより、燃焼室２で現在発生している熱量の正確な指標を用いてボイラ蒸発量を推定できる。
【００６３】
また、本実施形態の蒸発量制御方法では、炉内状況判定方法を用いて得られた情報に基づいてボイラ蒸発量を制御する。この蒸発量制御方法は、解析工程で算出されたボイラ蒸発量の予測変化量と、ボイラ蒸発量取得工程で取得されたボイラ蒸発量と、に基づいて、一次燃焼用気体及び二次燃焼用気体の少なくとも一方の供給条件を調整する制御工程を含む。
【００６４】
これにより、推定した正確なボイラ蒸発量を用いて気体の供給条件を調整することができるので、ボイラ蒸発量を安定させることができる。
【００６５】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００６６】
なお、ステップＳ１０１からＳ１０４の処理は、ステップＳ１０５以降の処理に必要なデータを取得したり記憶（更新）したりする処理であるため、行う順序は異なっていてもよい。また、ステップＳ１０２において、火炎断面積を算出する処理と火炎流速を算出する処理は何れが先であってもよいし同時に行ってもよい。
【００６７】
上記実施形態では、ボイラ蒸発量の予測値に基づいて、一次燃焼用気体及び二次燃焼用気体の供給条件を変化させる構成である。これに加えて、ボイラ蒸発量の予測値に基づいて、乾燥火格子２１、燃焼火格子２２、及び後燃焼火格子２３の速度等を制御してもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１  焼却炉（廃棄物焼却炉）
９０  制御装置
９５  ボイラ蒸気量センサ
９６  撮像装置
９７  画像処理装置
１００  廃棄物焼却設備
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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