(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物焼却プラントの運転制御方法であって、
操作因子と、制御因子と、センサによって計測される計測データと、を含む複数のプロセスデータを収集するステップと、
前記プロセスデータ間の相関性を解析するステップと、
前記制御因子の目標値と現状値との偏差を検出するステップと、
前記検出された前記偏差に基づいて、調整が必要な制御因子を検出するステップと、
調整が必要な前記制御因子と相関する前記操作因子を特定するステップと、
前記特定された操作因子と調整が必要な前記制御因子以外の前記制御因子との関係性を評価するステップと、
前記関係性の評価の結果に基づいて、前記特定された操作因子を調整するステップと、
評価された前記関係性に基づいて、前記特定された操作因子を調整することにより前記廃棄物焼却プラントの運転に悪影響が生じるか否かを判定するステップを有し、
前記特定された操作因子を調整するステップは、前記悪影響が生じないと判定されたときに、前記特定された操作因子を調整し、
前記廃棄物焼却プラントの運転制御方法は、さらに、
前記悪影響が生じると判定されたときに、前記プロセスデータ間の相関性の解析結果に基づいて、前記特定された操作因子以外に調整が必要な前記制御因子と相関する他の候補因子が存在するか否かを判定するステップと、
前記他の候補因子が存在しないと判定されたとき、前記特定された操作因子の制御調整により悪影響を受ける阻害因子を出力するステップと、
を有する、
廃棄物焼却プラントの運転制御方法。
【請求項２】
廃棄物焼却プラントの運転制御方法であって、
操作因子と、制御因子と、センサによって計測される計測データと、を含む複数のプロセスデータを収集するステップと、
前記プロセスデータ間の相関性を解析するステップと、
前記制御因子の目標値と現状値との偏差を検出するステップと、
前記検出された前記偏差に基づいて、調整が必要な制御因子を検出するステップと、
調整が必要な前記制御因子と相関する前記操作因子を特定するステップと、
前記特定された操作因子と調整が必要な前記制御因子以外の前記制御因子との関係性を評価するステップと、
前記関係性の評価の結果に基づいて、前記特定された操作因子を調整するステップと、
前記特定された操作因子を調整することができるか否かを判定するステップと、
前記特定された操作因子を調整することができないと判定されたときに、前記プロセスデータ間の相関性の解析結果に基づいて、前記特定された操作因子以外に調整が必要な前記制御因子と相関する他の候補因子が存在するか否かを判定するステップと、
前記他の候補因子が存在しないと判定されたとき、前記特定された操作因子の制御調整を行うことを阻害する阻害因子を出力するステップと、を有する、
廃棄物焼却プラントの運転制御方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された廃棄物焼却プラントの運転制御方法において、
前記特定された操作因子を調整するステップによる前記調整の結果を評価するステップを有する、
廃棄物焼却プラントの運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物処理プラントの運転制御方法に関し、特に、廃棄物処理プラントの運転状態を連続的に解析することにより、廃棄物処理プラントの長期的に安定な運転状態を維持する運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物焼却プラントにおいては、排ガス中の一酸化炭素及び窒素酸化物などの有害物質の発生を極力低減させることと共に熱回収の高効率化などが求められている。一方、廃棄物焼却プラントは雑多なごみを燃料としているため、燃料性状の変動が大きく、燃焼状態が変動し易い。安定で高効率なプラント操業には安定燃焼が不可欠である。そのために、ピットでごみを攪拌し均一化させるなどの操業上の取組や、変動に対応する様々な運転制御技術の開発などがなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、燃焼炉の操作量から制御量を予測するためのモデルを用いて制御量の予測値を算出し、制御量の目標値と制御量の実測値とから予測される制御量の目標軌道を設定し、この目標軌道と制御量の予測値とのずれに基づき、操作量の制御を行う技術が開示されている。
【０００４】
また、センサ等により検出されるプロセスデータを基に、炉内温度等の制御指標についてのシミュレーションを行い、最適な燃焼条件とシミュレーション結果との比較結果に基づいて燃焼炉を燃焼制御する技術が知られている（特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、特許文献３には、廃棄物処理プラント設備の運転制御の学習モデルを作成する廃棄物処理プラント設備の運転制御方法及び運転制御装置において、学習モデルを更新する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−７６０１２号公報
【特許文献２】特開２００９−１５０６２６号公報
【特許文献３】特開２００５−２４９３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したとおり、従来技術の多くはモデルを使用して運転状態を予測しており、一般的には試運転時などにモデルのパラメーターの調整を行う。例えば各部の温度、圧力、流量などセンサにより検出されるデータや機器の運転データなどの種々のプロセスデータから、各部の制御に必要な物理量を計算し、計算された物理量と各部の操作因子との関係性を表すモデルに基づき、操作因子の制御を行う。具体的には、炉の出口温度を制御する場合、出口温度（プロセスデータ）と関係があるゴミの投入量、カロリー、空気量など（物理量）を計算し、例えばゴミの投入量を調節する給塵装置及び空気量を調節する送風機等に関する操作因子とゴミの投入量（物理量）との関係性を表すモデルに基づいて、操作因子を制御する。そのため、制御性能はモデルの精度に依存するので、燃料性状の変化、機器の劣化、及び機器の異常などによって、運転条件やプロセス条件が大幅に変動してモデルが想定している範囲を超えた場合、モデルの再調整や変更などが必要となる。また焼却プロセスにおいては多数の操作因子と制御因子があり、互いに関連するものがあるため、ある制御因子に対して実施したモデル調整および変更が、他の制御因子に悪影響を及ぼす場
合が生じる。
【０００８】
実際の廃棄物焼却プラントにおいては、季節に応じたゴミ質の変動および廃棄物の収集形態の変更、並びに装置の経年劣化などによって、想定を超える変動が起こり得る。例えば、焼却炉に投入したゴミの量、カロリー、及び消費された酸素量などから明らかに炉内の温度が上昇する場合に、例えば熱電対に灰が堆積・付着したために熱電対が想定される温度よりも遥かに低い温度を示す場合などがある。同様に、熱電対が正確ではない場合は、この熱電対を用いて得られる演算値を正しく得ることができない。この様に、予め設定されたモデルでは対応できないケースが生じる。そのため、想定を超える挙動や変動に対しては、人（オペレータ）による制御調整などが必要となる。しかも制御因子および操作因子が互いに複雑に関連するため、調整には習熟した技術が要求される。
【０００９】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、習熟した技術者による制御調整を最小限に留めると共に、容易な制御調整を可能にし、長期的に安定で良好な燃焼状態を維持する廃棄物焼却プラントの運転制御方法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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る廃棄物焼却プラントの運転制御方法は、操作因子と、制御因子と、センサによって計測される計測データと、を含む複数のプロセスデータを収集するステップと、前記プロセスデータ間の相関性を解析するステップと、前記制御因子の目標値と現状値との偏差を検出するステップと、前記検出された前記偏差に基づいて、調整が必要な制御因子を検出するステップと、調整が必要な前記制御因子と相関する前記操作因子を特定するステップと、前記特定された操作因子と調整が必要な前記制御因子以外の前記制御因子との関係性を評価するステップと、前記関係性の評価の結果に基づいて、前記特定された操作因子を調整するステップと、を有する。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の他の一形態に係る廃棄物焼却プラントの運転制御方法は、評価された前記関係性に基づいて、前記特定された操作因子を調整することにより前記廃棄物焼却プラントの運転に悪影響が生じるか否かを判定するステップを有し、前記特定された操作因子を調整するステップは、前記悪影響が生じないと判定されたときに、前記特定された操作因子を調整する。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の他の一形態に係る廃棄物焼却プラントの運転制御方法は、前記悪影響が生じると判定されたときに、前記プロセスデータ間の相関性の解析結果に基づいて、前記特定された操作因子以外に調整が必要な前記制御因子と相関する他の候補因子が存在するか否かを判定するステップと、前記他の候補因子が存在しないと判定されたとき、前記特定された操作因子の制御調整により悪影響を受ける阻害因子を出力するステップと、を有する。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の他の一形態に係る廃棄物焼却プラントの運転制御方法は、前記特定された操作因子を調整することができるか否かを判定するステップと、前記特定された操作因子を調整することができないと判定されたときに、前記プロセスデータ間の相関性の解析結果に基づいて、前記特定された操作因子以外に調整が必要な前記制御因子と相関する他の候補因子が存在するか否かを判定するステップと、前記他の候補因子が存在しないと判定されたとき、前記特定された操作因子の制御調整を行うことを阻害する阻害因子を出力するステップと、を有する。
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の他の一形態に係る廃棄物焼却プラントの運転制御方法は、前記特定された操作因子を調整するステップによる前記調整の結果を評価するステップを有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、長期的に安定で良好な燃焼状態を維持することができる廃棄物焼却プラントの運転制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る廃棄物焼却プラントの運転制御方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態に係る廃棄物焼却プラントの運転制御方法を、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る廃棄物焼却プラントの運転制御方法のフロー図である。以下で説明する運転制御方法は、廃棄物焼却プラントが有する中央制御装置が廃棄物焼却プラントを構成する各部を制御することにより実施される。
【００１８】
本実施形態に係る廃棄物焼却プラントの運転制御方法においては、まず、焼却炉のプロセスデータを収集する（Ｓ１）。ここで、プロセスデータとは、焼却炉の投入空気量、各部位への空気量の配分、投入空気の温度、燃料供給量、及び廃棄物の炉内移動速度等の操作因子（制御因子を制御するための操作対象となる因子；入力因子）と、蒸発量、燃焼完結点、炉出口ガス温度、及び炉出口ガス組成等の制御因子（制御の対象となる因子；出力因子）と、センサ等により計測される各部位の温度、圧力、流量、燃焼状態等の計測データ等である。例えば、操作因子に関して、投入空気量および各部位への空気量の配分などはダンパの開度のモニタリングにより収集することができ、投入空気の温度は熱電対のモニタリングにより収集することができ、燃料供給量は原料フィーダーの送り速度のモニタリングにより収集することができ、廃棄物の炉内移動速度はストーカの送り速度のモニタリングにより収集することができる。また、制御因子に関して、例えば、蒸発量はオリフィスや渦流量計などに代表される流量計で測定することにより収集することができ、燃焼完結点は画像処理を用いて測定することにより収集することができ、ガス温度は熱電対を用いて測定することにより収集することができ、ガス組成は酸素センサなどを用いて測定することにより収集することができる。
【００１９】
続いて、収集したプロセスデータのデータ間の相関性を解析する（Ｓ２）。相関性の解析方法としては、統計解析やデータマイニングなどの手法を用いることが可能である。また必要に応じてストリームデータ処理技術などが用いられる。
【００２０】
一方で、ステップＳ１において収集された各制御因子の現状値の目標値に対する偏差を検出する（Ｓ３）。続いて、検出した偏差に基づいて、調整が必要な制御因子（Ｙ１）を検出する（Ｓ４）。具体的には、例えば、検出した偏差と所定のしきい値とを比較し、しきい値を超過した偏差を有する制御因子を、調整が必要な制御因子（Ｙ１）として検出する。
【００２１】
ステップＳ２における相関性の解析結果に基づいて、調整が必要な制御因子（Ｙ１）と相関する操作因子を特定する（Ｓ５）。このとき、制御因子と操作因子との相関関係としては、制御因子（Ｙｎ）と操作因子（Ｘｎ）とが一対一で対応（相関）する場合（下記数式１）、一の制御因子（Ｙｎ）と複数の操作因子（Ｘｎ）とが相関する場合（下記数式２）、及び一の制御因子（Ｙｎ）と操作因子（Ｘｎ）とが種々の計測データ（Ｄｎ）を介して相関する場合（下記数式３）が存在し、さらにこれらが混在する場合も存在する。
［数式１］  Ｙｎ＝ｆ（Ｘｎ）
［数式２］  Ｙｎ＝ｆ（Ｘ１，Ｘ２，・・・Ｘｎ）
［数式３］  Ｙｎ＝ｆ（Ｄｎ），  Ｄｎ＝ｆ（Ｘｎ）
【００２２】
制御因子（Ｙ１）と相関する操作因子が複数存在する場合（例えば、上記数式１の関係が複数得られる場合または上記数式２の場合）は、制御因子（Ｙ１）に対する影響度が高い順に一以上の操作因子を特定してもよいし、他の制御因子への影響度が低い順に一以上の操作因子を特定してもよい。または、制御因子（Ｙ１）と相関する操作因子として、制御因子（Ｙ１）に対する影響度の高い操作因子と、他の制御因子への影響度が低い操作因子との両方を特定してもよい。なお、制御因子に対する影響度が比較的高い操作因子とは、操作因子を調整することによる制御因子の変化量が比較的大きい操作因子をいう。また、他の制御因子に対する影響度が比較的低い操作因子とは、操作因子を調整したときに、制御因子（Ｙ１）以外の制御因子の変化量が比較的小さい操作因子をいう。
【００２３】
また、ステップＳ５においては、制御因子（Ｙ１）の現状値をその目標値に近づけるために必要な、制御因子（Ｙ１）と相関する操作因子（特定された操作因子）の調整量の算出も行われる。
【００２４】
続いて、ステップＳ５において特定された影響因子（操作因子）の、目的とする制御因子（Ｙ１）（調整が必要な制御因子）以外の制御因子との関係性を評価する（Ｓ６）。具体的には、特定された影響因子（操作因子）を調整したときの、制御因子（Ｙ１）以外の制御因子の変化量等を評価する。
【００２５】
次に、ステップＳ６における評価結果（関係性）に基づいて、特定された操作因子の制御調整により廃棄物焼却プラントのプロセスに悪影響が生じるか否かを判定する（Ｓ７）。例えば、調整が必要な制御因子が「蒸発量」であり、特定された操作因子が「燃料の供給量」である場合に、燃料の供給量を調整することにより他の制御因子（例えば、炉出口ガス温度等）が許容範囲外となるとき、廃棄物焼却プラントのプロセスに悪影響が生じると判定される。
【００２６】
特定された操作因子の制御調整により、廃棄物焼却プラントのプロセスに悪影響が生じると判定された場合は（Ｓ７，Ｙｅｓ）、制御因子（Ｙ１）を調整し得る別の操作因子（候補因子）が存在するか否かを判定する（Ｓ１３）。候補因子が存在すると判定した場合は（Ｓ１３，Ｙｅｓ）、ステップＳ５に戻り、別の操作因子を特定する。
【００２７】
候補因子が存在しないと判定した場合は（Ｓ１３，Ｎｏ）、特定された操作因子の制御調整により悪影響を受ける制御因子（阻害因子）を特定し、出力する（Ｓ１４）。具体的には、例えば、調整が必要な制御因子が「蒸発量」であり、特定された操作因子が「燃料の供給量」である場合に、燃料の供給量を調整することにより他の制御因子（例えば、炉出口ガス温度等）が許容範囲外となるとき、炉出口ガス温度が阻害因子となる。この場合、ステップＳ１４においては、炉出口ガス温度が出力される。これにより、特定された操作因子の制御調整を行うことを阻害する原因（阻害因子）を容易に特定することができ、悪影響を受ける制御因子の許容可能範囲を変更する、もしくは目的とする制御因子の目標値を変更するなど、容易に対策が可能になる。なお、候補因子が存在するか否かの判定は、具体的には、ステップＳ２で求めた相関性を元に判断し、一定値以上の相関係数を持つ候補因子が存在するか否かを判定して行う。相関係数が０．７以上の場合に相関性があると判定することが望ましいが、例えば０．４以上などとしても構わない。
【００２８】
出力された阻害因子（Ｓ１４）に基づいて、悪影響を受ける制御因子の許容可能範囲を変更する、又は目的とする制御因子の目標値を変更するなどの対策をオペレータが行った後、再びステップＳ１から本運転制御方法が繰り返される。
【００２９】
ステップＳ７において、特定された操作因子の制御調整により廃棄物焼却プラントのプロセスに悪影響が生じないと判定された場合は（Ｓ７，Ｎｏ）、続いて、特定された操
作因子を調整することができるか否かが判定される（Ｓ８）。具体的には、例えば、ステップＳ５で算出された調整量が廃棄物焼却プラントを構成する機器の出力（操作因子）を上げる調整である場合に、その調整を行うことが可能か否かが判定される。例えば、ステップＳ５で算出された調整量に基づいて操作因子を調整したときに、機器の物理的な能力を超える可能性がある場合や、機器の物理的な能力の範囲内であっても機器の設定値を超える可能性がある場合等は、操作因子を調整することができないものと判定される（Ｓ８，Ｎｏ）。
【００３０】
特定された操作因子を調整することができないと判定された場合（Ｓ８，Ｎｏ）、制御因子（Ｙ１）を調整し得る別の操作因子（候補因子）が存在するか否かを判定する（Ｓ１３）。候補因子が存在すると判定した場合は（Ｓ１３，Ｙｅｓ）、ステップＳ５に戻り、別の操作因子を特定する。候補因子が存在しないと判定した場合は（Ｓ１３，Ｎｏ）、特定された操作因子を調整するために操作される機器とその要求出力とを明らかにする（Ｓ１４）。この場合の阻害因子は、特定された操作因子を調整するために操作される機器と、その要求出力である。これにより、特定された操作因子の制御調整を行うことを阻害する原因（阻害因子）を容易に特定することができ、要求値（要求出力）が操作される機器単体の設定値の変更で対応可能なものか、或いは機器の物理的な能力を超えるものか、容易に判断することができる。それにより機器の設定を変更するか、あるいは制御因子の目標値の変更が必要となるか、容易に対策が可能となる。
【００３１】
一方で、特定された操作因子を調整することができると判定された場合（Ｓ８，Ｙｅｓ）、特定された操作因子を制御調整する（Ｓ９）。操作因子が調整された後、その調整結果が評価される（Ｓ１０）。即ち、調整された操作因子と相関する制御因子を評価する。
【００３２】
調整結果（評価結果）により廃棄物焼却プロセスに与えられる効果が十分か否かが判定される（Ｓ１１）。具体的には、操作因子が調整されたことにより、この操作因子と相関する制御因子が所望の値となっているか否かが判定される。効果が不十分と判定された場合は（Ｓ１１，Ｎｏ）、再びステップＳ５に戻り、ステップＳ５〜ステップＳ１０の制御調整を繰り返す。効果が十分と判定された場合は（Ｓ１１，Ｙｅｓ）、その操作因子が維持され（Ｓ１２）、廃棄物焼却プラントの運転制御方法が終了する。以上の運転制御方法により、プラントの安定的な運転を可能にする。
【００３３】
以上で説明した一連の運転制御方法において、要求される操作因子の調整を行うことで他の制御因子への悪影響を及ぼす場合（Ｓ７，Ｙｅｓ）、またはステップＳ５において算出される操作因子の調整量が指定された操作量の設定範囲外にある場合（Ｓ８，Ｎｏ）など、操作因子の制御を行うことができない場合が存在する。通常であれば、複雑な影響因子（操作因子）の因果関係を判断し対策を講じることは、システムに対する高い習熟度が必要になる。しかしながら、本発明の運転制御方法によれば、調整を阻害する因子を特定し明らかにすることで（Ｓ１４）、十分に習熟していない技術者でも対策を講じることが可能になる。
【００３４】
次に、ストーカ炉を有する廃棄物処理プラントで本発明の運転制御方法を実施した場合の例を説明する。ストーカ炉の操作因子（Ｘｎ）として投入空気量、各部位への空気量の配分、投入空気の温度、燃料供給量、ストーカの移動速度など、制御因子（Ｙｎ）として蒸発量、燃焼完結点、炉出口ガス温度、炉出口ガス組成など、計測データ（Ｄｎ）として各部位での温度、圧力、流量、燃焼状態の画像データなどが挙げられる。これらの操作因子、制御因子、及び計測データをプロセスデータとして連続的に収集する（Ｓ１）。
【００３５】
収集したプロセスデータの相関性を網羅的に解析し、相関性を把握する（Ｓ２）。具体的には、例えば、収集したプロセスデータの全てに対して連続的に解析を行って相関性を
把握することができる。または、区切られた時間で収集されたプロセスデータに対して連続的に解析を行って相関性を把握し、一定時間毎に相関性を更新してもよい。さらに、解析対象となるプロセスデータとして、収集したプロセスデータそのもの（生のプロセスデータ）を使用してもよいし、収集したプロセスデータから一定間隔毎に計算したプロセスデータの平均値を使用しても良い。一方、制御因子の現在値とその目標値との偏差を連続的に検出し（Ｓ３）、許容範囲を逸脱した制御因子を検出する（Ｓ４）。
【００３６】
例えば制御因子の一つである蒸発量が許容範囲を逸脱した場合、蒸発量（制御因子（Ｙ１））と相関性の高い操作因子を解析結果から特定する（Ｓ５）。物理的な因果関係を考慮すると、蒸発量はボイラ内の温度などと相関することが明白である。通常であればボイラ内の温度と相関する操作因子を特定し、制御することで蒸発量の調整が可能になる。しかし、熱電対が変形し炉壁付近に垂れ下がった場合、温度は表示するが炉壁近傍の温度を測定してしまうため、蒸発量との相関性は薄れてしまう。一方で、蒸発量は酸素消費量や炉内温度など、他の因子との相関性が高くなる。このような相関性を随時解析し、予め決められたモデルではなく、その時点で相関性の高い操作因子を調整することで、安定な運転を可能にする。
【００３７】
蒸発量を制御するために、相関性の高い操作因子としてゴミ投入量が特定された場合、ゴミ投入量は炉出口ガス温度、炉出口ガス組成など他の制御因子にも影響を及ぼすため、得られている相関性を用いて他の制御因子に対する影響を評価し（Ｓ６）、悪影響を及ぼさないことを確認する（Ｓ７，Ｎｏ）。さらに、特定された操作因子が調整可能であることを確認した後（Ｓ８，Ｙｅｓ）、ゴミ投入量の調整を行う（Ｓ９）。
【００３８】
ゴミ投入量を増やす調整指示に対し、例えば炉出口ガス温度が許容値を超えることが予測される場合（Ｓ７，Ｙｅｓ）、他の操作因子を選定する（Ｓ１３，Ｙｅｓ；Ｓ５）。他に適切な操作因子が見出せない場合（Ｓ１３，Ｎｏ）、炉出口ガス温度が許容値を超えることを出力する（Ｓ１４）。オペレータはその出力を判断し、炉出口ガス温度の許容値の変更もしくは蒸発量の目標値を変更するなど、容易に対応することが可能になる。
【００３９】
以上に記した実施例は、本発明の好適かつ代表的な態様の１つを例示したものであり、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更または修正を行って実施することが可能である。
【図１】
0006467185.tif 000002