(57)【要約】【課題】一酸化炭素のピーク発生の前兆を検出することにより、ピークの発生回数を減少させ得る焼却炉における運転制御装置を提供する。【解決手段】ごみをごみ供給装置により焼却炉に供給して焼却を行うごみ焼却設備において、焼却炉内に設けられた酸素濃度計６により計測された酸素濃度に基づき炉の減容化運転を行うための運転制御装置であって、酸素濃度計６により計測された時系列の酸素濃度データを記憶する記憶部３５と、この記憶された時系列の酸素濃度データにより求められる酸素濃度曲線のフラクタル次元を求めるフラクタル次元演算部３６と、このフラクタル次元演算部３６で求められたフラクタル次元に基づき燃焼制御パラメータであるごみ供給量および二次空気供給量を決定するパラメータ決定部３７とから構成したものである。【選択図】      図４
2005249316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減容処理対象物に熱を与えることにより減容化する炉と、この炉に減容処理対象物を供給する処理対象物供給手段と、上記炉内の酸素濃度を計測する酸素濃度計と、この検出された酸素濃度に基づき炉の減容化運転を行う運転制御装置とを有する減容化設備であって、
上記運転制御装置は、上記酸素濃度計により計測された酸素濃度を時系列で記憶する記憶部と、この記憶された時系列の酸素濃度データにより求められる酸素濃度曲線のフラクタル次元を求めるフラクタル次元演算部と、このフラクタル次元演算部で求められたフラクタル次元に基づき減容化運転の制御パラメータを決定するパラメータ決定部とからなることを特徴とする減容化設備。
【請求項２】
炉はごみ焼却炉であり、制御パラメータは、少なくともごみ焼却炉内に供給する空気量または酸素量であることを特徴とする請求項１に記載の減容化設備。
【請求項３】
炉は溶融炉であり、制御パラメータは、少なくとも溶融炉内に供給する空気量または酸素量であることを特徴とする請求項１に記載の減容化設備。
【請求項４】
減容処理対象物を処理対象物供給手段により炉に供給し熱を与えて減容化する減容化設備の上記炉内に設けられた酸素濃度計により計測された酸素濃度に基づき炉の減容化運転を行うための運転制御装置であって、
上記酸素濃度計により計測された酸素濃度を時系列で記憶する記憶部と、この記憶された時系列の酸素濃度データにより求められる酸素濃度曲線のフラクタル次元を求めるフラクタル次元演算部と、このフラクタル次元演算部で求められたフラクタル次元に基づき減容化運転の制御パラメータの内、少なくとも処理対象物の供給量を決定するパラメータ決定部とから構成したことを特徴とする減容化設備における運転制御装置。
【請求項５】
減容処理対象物に熱を与えることにより減容化する炉と、この炉に減容処理対象物を供給する処理対象物供給手段と、上記炉内の酸素濃度を計測する酸素濃度計と、この計測された時系列の酸素濃度データにより得られる酸素濃度曲線のフラクタル次元を求めて炉の減容化運転を行う運転制御装置とを有する減容化設備における上記運転制御装置の制御用プログラムであって、
酸素濃度計にて計測された時系列の酸素濃度データを記憶部に蓄積するデータ蓄積機能と、この記憶部に蓄積された時系列の酸素濃度データを入力して所定時間内における酸素濃度曲線を求める曲線演算機能と、この曲線演算機能にて求められた酸素濃度曲線について種々の被覆用距離に対する当該曲線の被覆個数を求める個数演算機能と、各被覆用距離の値とこの個数演算機能にて求められた被覆個数とを入力してその自然対数を求める対数演算機能と、この対数演算機能にて求められた被覆用距離の対数値および被覆個数の対数値から求められる回帰直線の傾きに相当するフラクタル次元を求める次元演算機能とを具備したことを特徴とする運転制御用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減容化対象物を熱により減容する炉を有する減容化設備およびその運転制御装置並びに運転制御用プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ごみ焼却設備の燃焼制御により安定した燃焼を行いダイオキシン、一酸化炭素、ＮＯｘ、ＳＯｘなどの有害物質の発生を抑えることが望まれているが、投入される燃焼物であるごみの性状（水分、燃えやすさ）が一定でないこと、焼却炉内への投入量を一定にできないこと［形、大きさ、密度が不揃いであり、またどうしても炉内への大量供給（どか落ち）が発生してしまう］、焼却炉内での燃焼物の分布も含め燃焼状態が複雑であることなどの様々な要因により、安定した燃焼制御を行うことは容易でない。
【０００３】
ところで、本発明者等は、焼却炉内での一酸化炭素の発生を抑えるために、例えば流動床式ごみ焼却炉に投入するごみを搬送するスクリュウコンベヤにおいて、搬送するごみの表面に接触して鉛直面内で揺動自在に設けられたごみ検出板と、このごみ検出板の基準姿勢に対する傾斜角度を検出する角度検出器とを備え、検出した傾斜角度が所定角度を上回った回数と、検出角度の変化率と、検出角度の移動平均とを求め、そしてファジイ演算により、これら移動平均と上回り回数とに基づきごみ供給量および二次空気基準量を求めるとともに、移動平均と変化率とに基づき二次空気補正量を求めて、燃焼制御を行うようにしたごみ焼却設備を提案している（特許文献１参照）。
【０００４】
これはごみ検出板の開度と一酸化炭素発生のピークとの関係から、ごみ検出板の開度を一酸化炭素発生のセンサとして用いたものである。
この特許文献１では、基準姿勢は水平から３０度下がった姿勢で、また上回り回数は、一例として水平から２１度下がった姿勢の範囲（基準〜水平間を１００％とした時の検出板が３０％以上傾く範囲）内に位置した回数であり、毎秒計測にて、上記範囲内にごみ検出板が位置した１時間当たりの回数が５回以上であるときに、上回り回数を大とするファジィルールが導入されている。そして、この上回り回数が大のときに、二次空気基準量をやや多く、または多く設定するようにされている。
【０００５】
上記構成における実験結果を図９のグラフにて示す。図９中、Ｄ（実線）は酸素濃度を示し、Ｅ（太破線）は一酸化炭素濃度を示し、Ｆ（破線）はフラッパ開度を示している。なお、酸素は流動床上のフリーボードにおける二次空気吹き込み前の一次空気の未利用分濃度を、一酸化炭素はバグフィルタの後段における濃度を、フラッパ開度は流動床にごみを供給する直前での開度を、それぞれ検出している。
【特許文献１】特開２００３−２６２３２５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の構成によると、それまでの技術に大きく見られた一酸化炭素のピークの数を減少させるなどの効果を発揮しているが、まだ一酸化炭素のピークが存在していることからすると、十分とはいえない。
【０００７】
また、図９に示すように、酸素濃度が所定のレベルより低くなった場合に、それぞれほぼ同じ時間遅れで一酸化炭素のピークが発生していることから、酸素濃度を一酸化炭素のピーク発生の指標として、一次および二次空気の供給量制御の改善を試みたが十分な改善は見られなかった。これは、濃度計測位置までのガス流の到達する時間差および計測器の応答速度を考慮すると、おそらく上記所定のレベルより酸素濃度が低くなったときとあまり時間を空けずに一酸化炭素濃度が上昇し、制御に遅れが生じていたものと考えられ、このことは、酸素濃度と一酸化炭素濃度とが関連していることを示している。
【０００８】
また、酸素は投入されたごみの熱分解により発生したガスの一部を燃焼させるのに用いられるため、投入されたごみの性状と量に応じて酸素濃度が変化していると思われるが、上述したとおり、常に、均質なごみを定量供給できるわけではないため、必ずしも、フラッパ開度がごみの投入量を正確に示しておらず、時には、炉内にごみがどか落ちすることもあり、酸素の消費状態を良く表すのが酸素濃度であることを考えると、酸素濃度の変化を捉えて安定した燃焼制御を行うことが望まれる。
【０００９】
そこで、本発明は、一酸化炭素のピーク発生の前兆を検出することにより、ピークの発生回数を減少させ得る減容化設備およびその運転制御装置並びに運転制御用プログラムを提供することを目的とし、また、その前兆の検出に際し、酸素濃度の経時的変化を異なる次元の数値に変換して穏やかな変化とすることにより、安定的な制御に繋げることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る減容化設備は、減容処理対象物に熱を与えることにより減容化する炉と、この炉に減容処理対象物を供給する処理対象物供給手段と、上記炉内の酸素濃度を計測する酸素濃度計と、この検出された酸素濃度に基づき炉の減容化運転を行う運転制御装置とを有する減容化設備であって、
上記運転制御装置は、上記酸素濃度計により計測された酸素濃度を時系列で記憶する記憶部と、この記憶された時系列の酸素濃度データにより求められる酸素濃度曲線のフラクタル次元を求めるフラクタル次元演算部と、このフラクタル次元演算部で求められたフラクタル次元に基づき減容化運転の制御パラメータを決定するパラメータ決定部とから構成されたものである。
【００１１】
また、請求項２に係る減容化設備は、請求項１に記載の設備における炉がごみ焼却炉であり、制御パラメータは、少なくともごみ焼却炉内に供給する空気量または酸素量とするものである。
【００１２】
また、請求項３に係る減容化設備は、請求項１に記載の設備における炉が溶融炉であり、制御パラメータは、少なくとも溶融炉内に供給する空気量または酸素量とするものである。
【００１３】
また、請求項４に係る運転制御装置は、減容処理対象物を処理対象物供給手段により炉に供給し熱を与えて減容化する減容化設備の上記炉内に設けられた酸素濃度計により計測された酸素濃度に基づき炉の減容化運転を行うための運転制御装置であって、
上記酸素濃度計により計測された酸素濃度を時系列で記憶する記憶部と、この記憶された時系列の酸素濃度データにより求められる酸素濃度曲線のフラクタル次元を求めるフラクタル次元演算部と、このフラクタル次元演算部で求められたフラクタル次元に基づき減容化運転の制御パラメータの内、少なくとも処理対象物の供給量を決定するパラメータ決定部とから構成したものである。
【００１４】
さらに、請求項５に係る運転制御用プログラムは、減容処理対象物に熱を与えることにより減容化する炉と、この炉に減容処理対象物を供給する処理対象物供給手段と、上記炉内の酸素濃度を計測する酸素濃度計と、この計測された時系列の酸素濃度データにより得られる酸素濃度曲線のフラクタル次元を求めて炉の減容化運転を行う運転制御装置とを有する減容化設備における上記運転制御装置の制御用プログラムであって、
酸素濃度計にて計測された時系列の酸素濃度データを記憶部に蓄積するデータ蓄積機能と、この記憶部に蓄積された時系列の酸素濃度データを入力して所定時間内における酸素濃度曲線を求める曲線演算機能と、この曲線演算機能にて求められた酸素濃度曲線について種々の被覆距離に対する当該曲線の被覆個数を求める個数演算機能と、各被覆距離の値とこの個数演算機能にて求められた被覆個数とを入力してその自然対数を求める対数演算機能と、この対数演算機能にて求められた被覆距離の対数値および被覆個数の対数値から求められる回帰直線の傾きに相当するフラクタル次元を求める次元演算機能とを具備したものである。
【発明の効果】
【００１５】
上記の各構成によると、時系列の酸素濃度データから得られた酸素濃度曲線におけるフラクタル次元を求めることにより、一酸化炭素発生が予測可能となり、これまで以上に一酸化炭素の発生を抑制することができるとともに、緩やかな値となるフラクタル次元を用いて制御パラメータを決定するようにしているので、制御パラメータが頻繁に変更されるのが抑えられ、したがって、より安定した制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係る減容化設備およびその運転制御装置並びに運転制御用プログラムについて、図面に基づき説明する。
【００１７】
なお、本実施の形態においては、減容化設備としてごみ焼却設備である場合について説明する。
本実施の形態に係るごみ焼却設備は流動床式のもので、図１に示すように、流動床式焼却炉１と、この焼却炉１に設けられたごみ（減容処理対象物の一例）の投入口２に、ごみを供給するごみ供給装置（処理対象物供給手段の一例で、給塵装置ともいう）３と、焼却炉１の下部流動層Ｇ内に一次空気（燃焼空気）を供給する一次空気供給装置４と、燃焼炉１の燃焼空間部（フリーボードともいう）１ａ内に二次空気（燃焼空気）を供給する二次空気供給装置５と、二次空気供給位置よりも下方の燃焼空間部１ａにおける酸素濃度を計測するための酸素濃度計６と、当該焼却炉１からの排ガスを導き所定の処理を行うための排ガス処理部に設けられたバグフィルタ７の後段における排ガス中の一酸化炭素濃度を計測するための一酸化炭素濃度計８と、ごみ供給装置３からのごみ供給量および計測された酸素濃度を入力して、少なくともごみ供給量および二次空気供給量を制御するための運転制御装置９とが具備されている。
【００１８】
上記ごみ供給装置３としては、ごみ搬送用スクリュウが２個併設された２連スクリュウ式フィーダが用いられている。すなわち、このごみ供給装置３は、図２および図３に示すように、２個の円筒が互いにその一部同士が重なるように並行に配置されて断面形状が繭形状にされたごみ搬送用空間室１１ａが形成された筒状ケーシング１１と、この筒状ケーシング１１に形成されたごみ搬送用空間室１１ａ内に回転自在に配置された２本のごみ搬送用スクリュウ１２と、これら各スクリュウ１２を回転させる電動機（駆動部の一例で、図１に示す）１３とから構成されている。なお、上記ごみ搬送用スクリュウ１２は、スクリュウ羽根部１２ａと電動機１３に連結される軸部１２ｂとから構成されている。
【００１９】
そして、上記筒状ケーシング１１内の上部には、ごみ搬送用スクリュウ１２により搬送されるごみ供給量（以下、ごみ量ともいう）を検出するためのごみ量検出装置１４が設けられている。
【００２０】
このごみ量検出装置１４は、筒状ケーシング１１の上部に突設された平面視矩形状の枠状取付部１１ｂ内にごみの搬送方向とは直交する方向で回転自在に設けられた支持軸体１５と、上端部がこの支持軸体１５に取り付けられて下端部がごみ搬送用スクリュウ１２側に鉛直面内で揺動自在となるように支持されたごみ検出用のフラッパ（ごみ検出板）１６と、上記支持軸体１５の一端部に設けられて当該支持軸体１５の回転角度すなわちフラッパ１６の基準姿勢（水平姿勢に対する下向きの所定角度θ０）に対する上向きの傾斜角度（以下、検出角度ともいう）θを検出する角度検出器（例えば、角度検出用エンコーダが使用される）１７とから構成されている。なお、ケーシング１１の側壁部には、支持軸体１５の他端部に設けられた突片１８に当接して、フラッパ１６の揺動の下限位置を決めるストッパ１９が設けられている。また、上記フラッパ１６の下縁部は、ある程度、下方に傾斜し得るように、２本のごみ搬送用スクリュウ１２のスクリュウ羽根部１２ａの形状に応じて、眼鏡の上縁部と同様の形状にされている。
【００２１】
上記一次空気供給装置４は、図１に示すように、焼却炉１の下部のホッパー部１ｂに挿通して設けられた一次空気供給ノズル２１と、この一次空気供給ノズル２１に一次空気供給管２２を介して一次空気を供給するための送風ファン２３と、一次空気供給管２２の途中に設けられて焼却炉１内に供給する一次空気量を調節するダンパ２４とから構成されている。
【００２２】
また、上記二次空気供給装置５は、図１に示すように、焼却炉１の中間壁部１ｃに挿通して設けられた二次空気供給ノズル２６と、この二次空気ノズル２６に二次空気供給管２７を介して二次空気を供給するための送風ファン２８と、二次空気供給管２７の途中に設けられて焼却炉１内に供給する二次空気量を調節するダンパ２９とから構成されている。
【００２３】
上記各ダンパ２４，２９は、空気の供給量調節部の一例であり、板状のダンパ本体２４ａ，２９ａと、このダンパ本体２４ａ，２９ａを揺動（駆動）させて供給する空気量を調節する電動機（駆動部）２４ｂ，２９ｂとから構成されている。
【００２４】
さらに、上記運転制御装置９は、ごみ供給装置３に設けられた角度検出器１７からの検出角度を入力して、スクリュウ羽根１２を駆動する電動機１３の回転速度（回転数）および少なくとも二次空気量を調節する制御パラメータをファジィ演算により求めるとともに、上記酸素濃度計６で計測した時系列の酸素濃度データをフラクタル次元化して一酸化炭素のピーク発生を予測し、もってごみ供給量および二次空気量を最適に制御するものである。
【００２５】
なお、通常は、一次空気も制御している（例えば、以下に示す二次空気と同様のファジィ制御による）が、本実施の形態では、一次空気の制御については、その説明を省略する。
【００２６】
以下、この運転制御装置９について詳しく説明する。
この運転制御装置９は、図４に示すように、角度検出器１７にて検出されたフラッパ１６の検出角度θが、所定の割合（予め決められた設定角度）を上回った（超えた）回数を検出する上回り回数検出部３１と、フラッパ１６の検出角度θの変化率を検出する角度変化率検出部３２と、フラッパ１６の検出角度θの移動平均を求める移動平均検出部３３と、これら各検出部３１〜３３にて求められた各検出値を入力して、ごみ供給量および二次空気供給量をファジィルールに基づき演算するファジィ演算部３４と、フラッパ１６の検出角度θおよび酸素濃度計６からの酸素濃度を少なくとも所定時間分（正確には、最も新しい所定時間におけるデータ）だけ時系列でもって蓄積する記憶部３５と、この記憶部３５から例えば酸素濃度データを最近の所定時間分だけ取得してフラクタル次元化するフラクタル次元演算部３６と、上記ファジィ演算部３４からの出力であるごみ供給量および二次空気供給量と上記フラクタル次元演算部３６からの出力であるフラクタル次元とを入力するとともに、当該フラクタル次元の値に応じてファジィ演算部３４からの出力を変更して（修正を加えて）最終の制御パラメータを決定するパラメータ決定部３７とから構成されている。勿論、この制御パラメータは、ごみ供給装置３にごみの供給量および二次空気供給装置５に二次空気の供給量をそれぞれ指示するものである。
【００２７】
まず、ファジィ演算部３４について説明する。
上記各検出部３１〜３３から各検出値がファジィ演算部３４に入力されると、予め準備されたメンバーシップ関数に基づき、それぞれ「小（少ない）」・「中」・「大（多い）」の三段階での出力（前件部条件）が得られ、そしてこれら各出力を入力してごみ供給制御ルールにより、ごみ供給量の出力が得られるとともに、二次空気基準量制御ルールおよび二次空気補正量制御ルールにより、二次空気基準量および二次空気補正量の出力が得られ、これら両出力が加算されて二次空気供給量の出力が求められる。
【００２８】
すなわち、このファジィ演算部３４は、フラッパ１６の検出角度の移動平均とフラッパ１６の上回り回数とに基づきごみ供給装置３におけるごみ供給量を求めるごみ供給量演算部４１と、同じく移動平均と上回り回数とに基づき上記二次空気供給装置５における二次空気基準量を求める二次空気基準量演算部４２と、同じく移動平均と変化率とに基づき上記二次空気供給装置６における二次空気補正量を求める二次空気補正量演算部４３と、これら二次空気基準量および二次空気補正量を入力し両者を加算して二次空気供給量を求める加算部４４とが具備されたもので、上述したように、上記ごみ供給量演算部４１からのごみ供給量に基づきごみ供給装置３におけるスクリュウ羽根部１２を回転させる電動機１３を制御するためのパラメータが出力されるとともに、上記加算部４４からの二次空気供給量に基づき二次空気供給装置５におけるダンパ本体２９ａを調節する電動機２９ｂを制御するためのパラメータが出力される。勿論、一次空気供給量を制御する場合には、一次空気供給装置４におけるダンパ本体２４ａを調節する電動機２４ｂを制御するためのパラメータも出力される。
【００２９】
ここで、後件部出力を決定するファジイルールを簡単に説明しておく。
ごみ供給時におけるごみ搬送用スクリュウ１２の回転速度を求める制御ルールは、フラッパ１６の移動平均の「低い・中・高い」およびフラッパ１６の上回り回数の「少ない・中・多い」を入力値とすることにより、ごみ供給装置３でのごみ供給量、すなわちごみ搬送用スクリュウ１２を回転させる電動機１３の回転速度が、５段階（少なく・やや少なく・現状維持・やや多く・多く）で出力される。例えば、移動平均が「高い」場合で且つ上回り回数が「少ない」場合には、ごみ供給量を「やや多く」にすべきであるという出力が得られる。したがって、この「やや多く」という出力に基づき、予め、５段階に応じた回転速度の範囲（例えば、メンバーシップ関数）が決められており、この回転速度範囲内での回転速度となるように、ごみ搬送用スクリュウ１２の電動機１３に制御指令が出力される。
【００３０】
また、二次空気基準量を求める制御ルールは、フラッパの移動平均の「低い・中・高い」およびフラッパの上回り回数の「少ない・中・多い」を入力値とすることにより、二次空気基準量が５段階（少なく・やや少なく・現状維持・やや多く・多く）で出力される。例えば、移動平均が「高い」場合で且つ上回り回数が「少ない」場合には、二次空気基準量を「やや少なく」にすべきであるという出力が得られる。
【００３１】
さらに、二次空気補正量を求める制御ルールは、フラッパの移動平均の「低い・中・高い」およびフラッパの変化率の「小・中・大」を入力値とすることにより、二次空気補正量が５段階（少なく・やや少なく・現状維持・やや多く・多く）で出力される。例えば、移動平均が「高い」場合で且つ変化率が「小」である場合には、二次空気補正量を「やや少なく」にすべきであるという出力が得られる。
【００３２】
そして、上記二次空気基準量の出力に二次空気補正量が加算部４４にて加算された出力が、制御パラメータとしてパラメータ決定部３７に出力される。
なお、二次空気基準量は供給する二次空気量の基本的な部分（量）であり、一方、二次空気補正量は基本的な部分に対する補助的な部分（量）である。例えば、二次空気基準量と二次空気補正量との割合は、例えば８０対２０にされており、例えば二次空気補正量が、「やや少なく」（５段階の内、下から２番目）と出力された場合には、補正量としては、［２０／５（段階）］×２（段分）＝４の値が出力され、二次空気基準量が一番多い８０とした場合には、８０＋２＝８２の値が、二次空気供給量として出力される。すなわち、供給可能二次空気量を１００％とした場合、８２％の二次空気量が供給されることになる。
【００３３】
次に、フラクタル次元演算部３６について詳細に説明する。
まず、フラクタル次元について説明する。
フラクタル次元とは、ハウスドルフ測度から導かれるもので、或る図形Ｘが長さ（被覆距離の一例で、以下、直径と称する）ｄの直線を用いて近似した場合（具体的には、直径ｄの円で被覆した場合）の個数（被覆個数）をＮ（ｄ）個とすると、ハウスドルフ測度Ｍｋ（Ｘ）は下記（１）式にて表される。
【００３４】
【数１】
2005249316.tif 000003
そして、或る数ｋ０において、種々の直径ｄと当該直径ｄに対する個数Ｎ（ｄ）との間に、下記（２）式に示すような比例関係があるとすると、下記（３）式が得られる。
【００３５】
【数２】
2005249316.tif 000004
但し、直径ｄと個数Ｎ（ｄ）との間に、上記（２）式の比例関係が成立するような値ｄが採用される。
【００３６】
上記（１）および（３）式から、図形Ｘのハウスドルフ測度Ｍｋ（Ｘ）は、ｋ＝ｋ０において、下記（４）式にて表される。
Ｍｋ０（Ｘ）≒μ・・・（４）
そして、上記（４）式における定数ｋ０をフラクタル次元とするものである。
【００３７】
ところで、この定数ｋ０については、上記（２）式の両辺の自然対数をとることにより求めることができる。
上記（２）式の両辺の自然対数をとると、下記（５）式のようになる。
【００３８】
logＮ（ｄ）＝−ｋ０logｄ＋logμ・・・（５）
この（５）式のlogＮ（ｄ）をｙに、logｄをｘに置き換えると下記（６）式が得られる。
【００３９】
ｙ＝−ｋ０ｘ＋logμ・・・（６）
そして、上記ｘ（logｄである）とｙ（logＮ（ｄ）である）とに複数個の実測データを代入して回帰直線を求めることにより、ｋ０は当該回帰直線の傾きとして与えられることになる。
【００４０】
以下、上述した手順を考慮して、フラクタル次元演算部３６の構成について説明する。
このフラクタル次元演算部３６は、図５に示すように、記憶部３５に蓄積された時系列の複数個の酸素濃度データ（ｘ，ｙデータ）に基づき、所定時間（所定計測回数でもある）内で酸素濃度曲線（図形Ｘに相当）を求める曲線演算部５１と、この曲線演算部５１で求められた酸素濃度曲線について種々の直径ｄの値に対する個数Ｎ（ｄ）を求める個数演算部５２と、各ｄの値とこの個数演算部５２で求められた個数Ｎ（ｄ）とを入力してその自然対数を求める対数演算部５３と、この対数演算部５３にて求められたｘ，ｙの各値に基づき回帰直線の傾き（数値）に相当するｋ０（フラクタル次元）を演算する次元演算部５４とから構成されている。
【００４１】
次に、上記フラクタル次元演算部３６におけるフラクタル次元の演算手順を、図６および図７に基づき説明する。
まず、記憶部３５に蓄積された酸素濃度計６からの酸素濃度値を最新のものから所定個数分（所定計測時間で採取されたデータ数）だけ曲線演算部５１に取り込み、時系列でもって座標上に配置し曲線化することにより酸素濃度曲線（複雑さを求めるフラクタル図形Ｘである）Ｕｉを求める（図６（ａ）に示す）。次に、個数演算部５２で種々の直径ｄに対する個数Ｎ（ｄ）を求めた後（図６（ｂ）〜（ｄ）に、ｄ（円Ｒの直径）が３，１０，１５である場合を示し、円Ｒについては一部だけを図示している）、対数演算部５３でlogｄとlogＮ（ｄ）とを求める。そして、これら複数組のlogｄとlogＮ（ｄ）とを次元演算部５４に入力して、各データの回帰直線の傾きであるフラクタル次元ｋ０を求める（図７に示し、この場合、傾きすなわちフラクタル次元ｋ０は１．０８８２である）。
【００４２】
図８に、酸素濃度と計測時間が６０秒である場合における６０個の酸素濃度Ｃ（１秒ごとのデータで、実線で示す）を用いてフラクタル次元演算部３６で求めたフラクタル次元ｋ０を表す曲線Ａ（太実線で示す）と一酸化炭素濃度曲線Ｂ（太破線で示す）とを示す。
【００４３】
図８から、酸素濃度Ｃが約４．５（ｖｏｌ％）を下回って１分程度後に、一酸化炭素濃度Ｂのピークが現われているが、これについてはガスのサンプリング位置の距離、サンプリング位置から酸素濃度計や一酸化炭素濃度計までの流路長さ、各濃度計の応答速度を考慮すると、ほぼ時間をおかずに発生していることが分かる。
【００４４】
ここで、酸素濃度Ｃが約４．５（ｖｏｌ％）を下回った位置より左側（時間的に前）を見ると、酸素濃度の値からは分からないが、フラクタル次元Ａについては一部を除いて約１．２以上を４〜５分前に示していることが分かる。図８においては、５回発生した一酸化炭素のピークのうち３回が該当している。これは、完全ではないが、発生する一酸化炭素のピークを予測できることを示しており、またフラクタル次元（ｋ０）Ａの変化については、酸素濃度Ｃの変化に比べて、はるかに緩やかになっていることが分かる。
【００４５】
そして、上述したように、フラクタル次元演算部３６にて得られたフラクタル次元ｋ０がパラメータ決定部３７に入力されて、ファジィ演算部３４からの出力であるごみ供給量と二次空気供給量とに、フラクタル次元の値に応じた修正が加えられてその出力が変更される。
【００４６】
すなわち、フラクタル次元ｋ０が所定の値（例えば、１．２）未満であれば、ごみ供給量および二次空気供給量については変更をしないが、フラクタル次元ｋ０が所定の値以上になれば、ごみ供給量を減少させるとともに二次空気供給量を増加させ、さらには一次空気供給量についても増加させる。
【００４７】
このパラメータについては、所定の時間（例えば４〜５分程度）経過した場合、またはフラクタル次元ｋ０が所定の値を下回った場合に、その変更が停止される。上述したように、フラクタル次元ｋ０は緩やかな変化を示すため、ファジィ演算部３４から出力される制御パラメータは頻繁に変更が行われないため、安定した燃焼制御を行うことができる。
【００４８】
ところで、上記運転制御装置９における上述したフラクタル次元ｋ０を求める部分は、通常、コンピュータ装置により実行されるため、その実行用プログラムについて説明すると以下のとおりである。
【００４９】
すなわち、上記運転制御装置９の制御用プログラムは、ごみ（減容処理対象物）に熱を与えることにより減容化する焼却炉１と、この焼却炉１にごみを供給するごみ供給装置（処理対象物供給手段）３と、上記焼却炉１内の酸素濃度を計測する酸素濃度計６と、この計測された時系列の酸素濃度データにより得られる酸素濃度曲線のフラクタル次元を求めて炉の燃焼運転（減容化運転）を行う運転制御装置９とを有するごみ焼却設備（減容化設備）における上記運転制御装置の制御用プログラムであって、
酸素濃度計６にて計測された時系列の酸素濃度データを記憶部３５に蓄積するデータ蓄積機能と、この記憶部３５に蓄積された時系列の酸素濃度データを入力して所定時間内における酸素濃度曲線を求める曲線演算機能（曲線演算部で行われる機能）と、この曲線演算機能にて求められた酸素濃度曲線について種々の被覆距離ｄに対する当該曲線の被覆個数Ｎ（ｄ）を求める個数演算機能（個数演算部で行われる機能）と、各被覆距離の値とこの個数演算機能にて求められた被覆個数とを入力してその自然対数を求める対数演算機能（対数演算部で行われる機能）と、この対数演算機能にて求められた被覆距離の対数値および被覆個数の対数値から求められる回帰直線の傾きに相当するフラクタル次元ｋ０を求める次元演算機能（次元演算部で行われる機能）とが具備されている。
【００５０】
以上のように、時系列の酸素濃度データから当該酸素濃度曲線におけるフラクタル次元を求めることにより、一酸化炭素のピーク発生が予測可能となり、これまで以上に一酸化炭素のピーク発生を抑制することができるとともに、緩やかな値となるフラクタル次元を用いて制御パラメータを決定するようにしているので、制御パラメータが頻繁に変更されるのが抑えられ、したがって安定した制御を行うことができる。
【００５１】
より具体的に説明すると、以下のようになる。
すなわち、ごみ（減容化対象物）を常に一定の供給量および性状で炉に供給することが困難であるため経時的な変化が激しい酸素濃度であるが、酸素の消費状況が分かるため、この酸素濃度はごみの性状と量とが正しく反映されたものである。そして、焼却炉に投入されるごみ量およびその性状が一定でないことは上述したとおりであり、常に消費する酸素の量が変化するが、供給する空気量（酸素量）については、余裕を持たせて空気比１．０を超えるように設定している。したがって、少々のごみ供給量の増加は空気の余裕分の消費により新たな一酸化炭素の発生にはつながらないが、それを超えるごみが投入されると一酸化炭素の発生につながってしまう。
【００５２】
このように、ごみの均質化および定量投入が困難なため、酸素濃度の変動が激しく、複雑な変化をするが、時系列的に激しく変化する酸素濃度をフラクタル次元化することで、その時系列変化の複雑さが数値化され、すなわち単調な変化は低い数値に、複雑な変化は高い数値に変換される。この複雑さを表すフラクタル次元は、元の時系列の酸素濃度データに比べると変化が緩やかであり、これに基づいて制御を行った場合、従来に比べて、制御パラメータの変更頻度（修正頻度）を少なくすることができるので、安定した燃焼制御につながる。また、酸素消費の経時的変化の複雑さに基づく数値のため、フラクタル次元の数値に変化するためのデータ個数をあまり長すぎない所定の時間内での個数にすることで、酸素不足を迅速に且つできるだけ正確に予測することができる。上記あまり長すぎない所定の時間は、例えば想定されるどか落ちによるごみが十分に燃焼されるまでの時間内とされ、また平均的なごみ投入量が十分に燃焼する時間とすることができる。但し、下限はフラクタル次元を求めるのに最低限必要なデータ個数となるのは当然である。
【００５３】
ところで、上記実施の形態においては、フラクタル次元が所定の値を超えた場合に、パラメータ決定部３７にて、ファジイ演算部３４から出力された一次および二次空気供給量並びにごみ供給量に修正を加えてその出力を変更するように説明したが、例えばフラクタル次元が所定の値を超えた場合に、予め決められた一次および二次空気供給量並びにごみ供給量を、ファジィ演算部３４からの出力の替わりに置き換えて、パラメータ決定部３７から出力するようにしてもよい。
【００５４】
また、上記実施の形態においては、二次空気量を調節することにより燃焼制御を行うものとして説明したが、例えば二次空気の替わりに、焼却炉内に供給する酸素量を調節するものであってもよい。
【００５５】
また、上記実施の形態においては、減容化対象物をごみにするとともに減容する炉が流動床式の焼却炉である場合について説明したが、減容化対象物をごみにするとともに、炉については、ストーカ炉、キルン炉などでもよく、この場合でも、燃焼するごみ上のフリーボードであって二次空気を供給する前の部分で酸素濃度を計測するとともに、上述した運転制御装置と同様の構成を用いて、ごみ供給量、一次および二次空気供給量を制御すればよい。
【００５６】
さらに、減容化対象物を灰にするとともに炉を溶融炉としてもよく、この場合、溶融スラグ上の空間の酸素濃度を計測する酸素濃度計により、上記実施の形態に係る流動床式焼却炉と同様にフラクタル次元を求め、そしてこのフラクタル次元に基づき二次空気供給量を調節することにより、安定した溶融制御（運転）を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態に係るごみ焼却設備の概略構成を示す図である。
【図２】同ごみ焼却設備におけるごみ供給装置の要部側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】同ごみ焼却設備における運転制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】同運転制御装置におけるフラクタル次元演算部の概略構成を示すブロック図である。
【図６】同フラクタル次元演算部での演算手順を説明するグラフである。
【図７】同フラクタル次元演算部におけるフラクタル次元を示すグラフである。
【図８】同ごみ焼却設備における酸素濃度、フラクタル次元および一酸化炭素濃度を示すグラフである。
【図９】従来例に係る焼却炉内での酸素濃度、フラッパ開度、一酸化炭素濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１      流動床式焼却炉
３      ごみ供給装置
５      二次空気供給装置
６      酸素濃度計
８      一酸化炭素濃度計
９      運転制御装置
１２      ごみ搬送用スクリュウ羽根
１３      電動機
１４      ごみ量検出部材
１６      フラッパ
１７      角度検出器
２７      二次空気供給管
２９      ダンパ
３１      上回り回数検出部
３２      角度変化率検出部
３３      移動平均検出部
３４      ファジイ演算部
３５      記憶部
３６      フラクタル次元演算部
３７      パラメータ決定部
４１      ごみ供給量演算部
４２      二次空気基準量演算部
４３      二次空気補正量演算部
４４      加算部
５１      曲線演算部
５２      個数決定部
５３      対数演算部
５４      次元演算部
【図１】
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【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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