(57)【要約】【課題】炉内に投入されたごみの燃焼状態を適切に判断して燃焼制御を行い得る廃棄物の燃焼設備を提供する。【解決手段】ごみを燃焼させる流動床式燃焼炉１内の撮影画像に画像処理を施して燃焼領域の輪郭図形を抽出する画像処理部35と、この画像処理部にて得られた輪郭図形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で求められたフラクタル次元に基づき二次空気及びごみの供給量を制御する制御パラメータを決定するパラメータ決定部37とから構成し、且つフラクタル次元が、正常な燃焼状態の範囲を示す２つの大小の閾値のうち、小さい方の閾値より小さい場合には、正常な燃焼状態のときよりも、ごみ供給量及び二次空気供給量を減少させ、フラクタル次元が大きい方の閾値より大きい場合には、正常な燃焼状態のときよりも、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るように制御する。【選択図】      図４
2005337556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を燃焼させる燃焼炉と、この燃焼炉に廃棄物を供給する廃棄物供給手段と、上記燃焼炉内に燃焼用酸素を供給する酸素供給手段と、上記燃焼炉内における廃棄物を撮影する撮影手段と、この撮影手段にて得られた撮影画像に所定の処理を施して燃焼状態を検出するとともにこの検出された燃焼状態に基づき上記酸素供給手段および廃棄物供給手段を制御する燃焼制御手段とを具備した燃焼設備であって、
上記燃焼制御手段を、
撮影手段にて撮影された撮影画像を入力して燃焼領域の輪郭図形を抽出する画像処理部と、この画像処理部にて得られた輪郭図形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酸素供給量および廃棄物供給量を制御する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し、
且つ上記制御パラメータを決定する際に、
フラクタル次元演算部で求められたフラクタル次元が、正常な燃焼状態の範囲を示す２つの大小の閾値のうち、小さい方の閾値より小さい場合には、正常な燃焼状態のときよりも酸素供給量および廃棄物投入量を減少させるようになし、フラクタル次元が大きい方の閾値より大きい場合には、正常な燃焼状態のときよりも酸素供給量を増加させるとともに廃棄物供給量を減少させるようにしたことを特徴とする廃棄物の燃焼設備。
【請求項２】
燃焼炉が流動床式のものであることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物の燃焼設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物の燃焼設備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。
【０００６】
また、特許文献２においては、焼却炉内に投入されたごみの燃焼状態をテレビカメラで撮影するとともに、この撮影画像における燃焼領域をフラクタル次元化して、その値が大きいか否かに基づき、燃焼状態の良否を判断するようにしたものである。
【０００７】
すなわち、焼却炉におけるストーカ（火格子）上のごみの撮影画像を、ｎ×ｎ個（＝画素数）の正方形の画素に分割するとともに、これらの画素を所定の個数（ｎ′×ｎ′）ずつ集めて得られる新画素（例えば、１×１，２×２，３×３など）Ｎ毎に、燃焼を示す黒い画素が１つでも含まれている場合には当該新画素Ｎ全体を燃焼している黒い画素としてその総個数Ｎを求めるようにしたものである。例えば、ｎ′＝１の画素レベル（１×１）、ｎ′＝２の画素レベル（２×２）、ｎ′＝４の画素レベル（４×４）における個数Ｎ（ｎ＝１ではＮ１、ｎ＝２ではＮ２、ｎ＝４ではＮ３）の３段階に分けて求め、これらＮ１乃至Ｎ３を利用してフラクタル次元を求めるようにしている（段落番号００１８〜００２１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２６２３２５
【特許文献２】特開平６−２２９５４０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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る。また、フラッパではごみの性状を検出することもできないため、投入したごみがどの程度の酸素を必要とするのかが分からないため、投入ごみの量および質に応じて柔軟に燃焼制御が行われることが望まれる。
【００１１】
さらに、上述した特許文献２に開示された燃焼状態監視装置の構成によると、特許文献１の有する「どか落ち」の問題を改善できると思われるが、下記のような問題がある。
すなわち、投入されるごみにプラスチックなどの高カロリー成分が多く含まれている場合においては、炉内温度が高温度（高温燃焼）になり、空気（酸素）不足による一酸化炭素の発生が生じやすく、また高温燃焼になってしまった場合には、炉壁へのクリンカ付着の原因にもなり、メンテナンス時にその除去作業が発生したり、さらにはボイラの減肉、ストーカ炉であれば火格子の焼損の原因にもなるなど、設備の寿命にも悪影響を及ぼすという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明は、炉内に投入されたごみの燃焼状態を適切に判断して燃焼制御を行い得る廃棄物の燃焼設備を提供することを目的とし、特に高温燃焼に対して適切な燃焼制御を行い得る燃焼設備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】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る廃棄物の燃焼設備は、廃棄物を燃焼させる燃焼炉と、この燃焼炉に廃棄物を供給する廃棄物供給手段と、上記燃焼炉内に燃焼用酸素を供給する酸素供給手段と、上記燃焼炉内における廃棄物を撮影する撮影手段と、この撮影手段にて得られた撮影画像に所定の処理を施して燃焼状態を検出するとともにこの検出された燃焼状態に基づき上記酸素供給手段および廃棄物供給手段を制御する燃焼制御手段とを具備した燃焼設備であって、
上記燃焼制御手段を、
撮影手段にて撮影された撮影画像を入力して燃焼領域の輪郭図形を抽出する画像処理部と、この画像処理部にて得られた輪郭図形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酸素供給量および廃棄物供給量を制御する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し、
且つ上記制御パラメータを決定する際に、
フラクタル次元演算部で求められたフラクタル次元が、正常な燃焼状態の範囲を示す２つの大小の閾値のうち、小さい方の閾値より小さい場合には、正常な燃焼状態のときよりも酸素供給量および廃棄物投入量を減少させるようになし、フラクタル次元が大きい方の閾値より大きい場合には、正常な燃焼状態のときよりも酸素供給量を増加させるとともに廃棄物供給量を減少させるようにしたものである。
【００１４】
また、請求項２に係る廃棄物の燃焼設備は、請求項１に記載の燃焼設備の燃焼炉を流動床式としたものである。
【発明の効果】
【００１５】
上記の構成によると、廃棄物の燃焼領域を示す輪郭図形におけるフラクタル次元を求めるとともに、正常な燃焼状態の範囲を示す２つの大小の閾値を設けて、燃焼状態を３段階で検出するようにしたので、従来、検出されていなかった高温燃焼域についても検出することができ、したがって設備の長寿命化を図ることができ、特に、燃焼炉が、燃焼状態が激しく変動するような流動床式のものである場合には、最適である。
【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廃棄物の燃焼設備を、図面に基づき説明する。
本実施の形態に係る廃棄物（以下、ごみと称する）の燃焼設備（焼却設備ともいう）は流動床式のもので、図１に示すように、流動床式燃焼炉１と、この燃焼炉１に設けられたごみ投入口２に、ごみを供給するごみ供給装置（廃棄物供給手段の一例で、給塵装置ともいう）３と、燃焼炉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（酸素供給手段の一例）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（酸素供給手段の一例）５と、燃焼炉１内のごみの燃焼状態を撮影するカメラ装置（撮影手段の一例で、例えばＣＣＤカメラが用いられる）６と、上記ごみ供給装置３からのごみ供給量およびカメラ装置６にて撮影された撮影画像を入力して、少なくとも、ごみ供給量（廃棄物供給量）および二次空気供給量を制御するための運転制御装置（燃焼制御手段）７とが具備されている。なお、図１中、８は燃焼炉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である。
【００１７】
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軸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（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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
上記一次空気供給装置４は、図１に示すように、燃焼炉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燃焼炉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。
【００２１】
また、上記二次空気供給装置５は、図１に示すように、燃焼炉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燃焼炉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。
【００２２】
上記各ダンパ２４，２９は、空気供給量調節手段であり、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２４ｂ，２９ｂとから構成されている。
【００２３】
さらに、上記運転制御装置７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、カメラ装置６で撮影された燃焼ごみの撮影画像から抽出された燃焼領域の輪郭図形をフラクタル次元化して燃焼状態をより正確に検出（判断）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。
【００２４】
なお、通常は、一次空気も制御している（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。
以下、この運転制御装置７について詳しく説明する。
【００２５】
この運転制御装置７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、上記カメラ装置６にて撮影された撮影画像を入力して所定の画像処理を施すとともにごみの燃焼領域の輪郭図形を抽出する画像処理部３５と、この画像処理部３５にて抽出された輪郭図形のフラクタル次元を求め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並びに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。
【００２６】
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からの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。
【００２７】
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が出力される。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
上記画像処理部３５は、撮影画像を取り込む画像取込部（インターフェイス部でもある）５１と、この画像取込部５１にて取り込まれた画像を２値化処理する２値化処理部５２と、この２値化処理部５２で２値化された２値化画像にラベリング処理を施すラベリング処理部５３と、このラベリング処理部５３にてラベリングが行われた画像にエッジ処理を施すエッジ処理部５４とから構成されている。
【００３３】
なお、上記２値化処理部５２においては、撮影画像（カラー画像である）の各画素におけるＲＧＢの３つの値（それぞれ、０〜２５５の値で表される）の平均値を各画素での明るさとし、この明るさが所定の閾値（例えば、最大明るさ（２５５）の４０％の値）を超えている場合には黒色にするとともに、閾値より小さい場合には白色とするものである。また、エッジ処理部５４においては、通常行われている手法、例えばラプラシアンの式を用いて燃焼領域の輪郭図形（枠線）が抽出される。
【００３４】
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（被覆距離の一例である）ｄの直線を用いて近似した場合、例えば本実施の形態では、一辺の長さがｄの正方形（この場合の被覆距離は、√２×ｄとなる）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。
【００３５】
【数１】
2005337556.tif 000003
そして、或る数ｋ０において、種々の長さｄと当該長さ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。
【００３６】
【数２】
2005337556.tif 000004
但し、長さ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。
【００３７】
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。
【００３８】
【数３】
2005337556.tif 000005
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、輪郭図形が抽出された画像を一辺の長さがｄ（複数の値が用いられ、例えば一辺の長さが、画素単位（ピクセル）の個数で変化される）である正方形（具体的には、２画素×２画素、４画素×４画素、８画素×８画素・・・などの大きさが異なる複数種類の正方形）でもって区画する正方形区画部６１と、この正方形区画部６１にて区画された画像の輪郭図形を含む正方形の個数Ｎ（ｄ）を求める個数演算部６２と、各長さｄの値（画素の個数）とこの個数演算部６２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６３と、この対数演算部６３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６４とから構成されている。
【００４３】
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に基づき説明する。
まず、画像処理部３５にてエッジ処理により得られた燃焼領域の輪郭図形（複雑さを求めるフラクタル図形Ｘである）Ｕｉ（図５（ａ）に示す）を、所定長さｄ間隔でもって格子状に区画し、一辺が所定長さｄの正方形を全体に亘って形成する。図５（ｂ）に一辺の長さが２画素（ｄ＝２）である場合、図５（ｃ）に一辺の長さが４画素（ｄ＝４）である場合、図５（ｄ）に一辺の長さが８画素（ｄ＝８）である場合を示す。
【００４４】
次に、個数演算部６２で種々の長さｄに対する個数Ｎ（ｄ）を求めた後、対数演算部６３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６４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６に示し、この場合、傾きすなわちフラクタル次元ｋ０は１．３２２である）。
【００４５】
なお、図５に示したのは正常な燃焼状態の場合で、図７にごみがどか落ちした場合の燃焼状態を示し、図８にプラスチック類などの高発熱物質（高カロリー物質）のものが燃焼している高温の燃焼状態を示す。
【００４６】
例えば、ごみのどか落ちが発生した場合には、図７に示すように、火炎の揺らぎ、輝度の変化などが見受けられ、画面が暗くなるまえに画像が乱れることが分かり、フラクタル次元ｋ０も１．４５と大きい値であった。
【００４７】
また、廃棄物がプラスチック類などの高発熱物質である場合には、図８に示すように、燃えすぎの状態で炉内の輝度が上がり、酸素不足の状態になっている。この場合には、正常な燃焼状態の場合よりも、フラクタル次元ｋ０の値は１．１８と小さくなっていることが分かる。
【００４８】
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および二次空気供給量に、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。
【００４９】
具体的には、フラクタル次元ｋ０が正常な燃焼状態の範囲を示す２つの大小の閾値に基づき比較される。
すなわち、フラクタル次元ｋ０が大小の閾値内（例えば、１．２５〜１．３５）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が小さい方の閾値（１．２５）より小さい場合には、ごみ供給量を減少させるとともに二次空気供給量についても減少させる。さらに、フラクタル次元ｋ０が大きい方の閾値（１．３５）より大きい場合（例えば、どか落ちの場合）には、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る。なお、二次空気供給量の増減に併せて、一次空気供給量についても同様に増減される。
【００５０】
このように、炉内におけるごみの燃焼状態を、その燃焼領域を示す輪郭図形のフラクタル次元を用いて検出（判断）するとともに、正常な燃焼状態を示すフラクタル次元の範囲内、それよりも小さい範囲およびそれよりも大きい範囲の計３つの範囲に基づき検出するようにしたので、従来技術では、正常状態であると判断されていた高温の燃焼状態についても検出することができ、したがって高温燃焼状態をいち早く脱することができるので、燃焼炉の寿命を延ばすことができるとともにクリンカなどの付着を防止して保守点検作業の容易化を図ることができる。すなわち、より最適な燃焼制御を行うことができる。
【００５１】
特に、上述した燃焼制御を流動床式燃焼炉に適用する場合には、火格子式燃焼炉に適用する場合に比べて、非常に有効となる。
例えば、火格子式燃焼炉では、ごみの投入から燃焼が完了（乾燥、燃焼、後燃焼）までに４０分程度の時間を要するとともに、火格子の面積が大きく燃焼空気量も多いため、たまたま高カロリーなごみが投入された場合でも、局所的に高温になり火格子に悪影響を与える以外は、燃焼炉から排出されるガス成分が激しく変動しつづけるということが少ない。
【００５２】
しかし、流動床式燃焼炉では、ごみの投入から燃焼までは１秒程度と、非常に短く、ごみ投入量が同じでも排出されるガス成分については、ごみ性状の影響を大きく受けることになり、排出ガスを処理する後段での制御を考えた場合、排出ガス成分をいち早く安定させることが好ましい。
【００５３】
言い換えれば、流動床式燃焼炉においては、ごみ投入から燃焼まで速く且つごみ質が不均一であることから排出ガスの成分も激しく変動することになり、結果として、流動床式燃焼炉は一酸化炭素の発生を抑えるのが難しく、例えばごみがどか落ちした場合などは、ごみ量が急激に多くなり、またごみ質が高カロリーであれば、一酸化炭素が発生する原因となり、そうでなければ、炉床温度が下がり、燃焼状態が悪化してしまう。すなわち、流動床式燃焼炉は、時々刻々と変わる燃焼状態に応じてリアルタイムに適切な制御を行う必要があり、まさに、上述した燃焼制御を適用するのに最適な燃焼炉である。
【００５４】
なお、上記運転制御装置７における上述したフラクタル次元ｋ０を求める部分は、プログラムが具備されたコンピュータ装置により実行される。
以上のように、ごみの燃焼領域の外延である輪郭図形におけるフラクタル次元を求めるとともに、正常な燃焼状態の範囲を示す２つの大小の閾値を設けて、燃焼状態を３段階に分けて検出するようにしたので、従来技術では検出されていなかった高温の燃焼状態（高温燃焼域）を検出することができ、したがって燃焼炉の寿命を延ばすことができるとともに、クリンカなどの炉壁への付着を抑えることができる。すなわち、流動床式燃焼炉において最適な燃焼制御を行うことができる。
【００５５】
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から出力された二次空気供給量および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、予め決められたごみ供給量および二次空気供給量を、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。
【００５６】
また、上記実施の形態においては、燃焼用空気（一次空気および二次空気）の供給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、例えば燃焼用空気の替わりに、燃焼炉内に供給する酸素量を調節するもの（酸素供給手段の一例）であってもよく、また燃焼用空気が酸素富化空気であってもよい。
【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燃焼設備の概略構成を示す図である。
【図２】同ごみ燃焼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】同ごみ燃焼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６】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７】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８】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９】従来例に係る燃焼炉内での酸素濃度、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      流動床式燃焼炉
３      ごみ供給装置
５      二次空気供給装置
６      カメラ装置
７      運転制御装置
１２      ごみ搬送用スクリュウ
１３      電動機
１４      ごみ量検出装置
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
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      画像取込部
５２      ２値化処理部
５３      ラベリング処理部
５４      エッジ処理部
６１      正方形区画部
６２      個数決定部
６３      対数演算部
６４      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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