(57)【要約】【課題】汚泥の性状変動が予測される場合においても、安定した燃焼制御を実現し、一時的な未燃の発生や、極端な炉内温度の上昇によるクリンカの成長を抑制可能な汚泥焼却炉の燃焼制御装置を提供する。【解決手段】炉内１１に供給される直前の被処理物の水分を測定する水分計１と、炉内１１への助燃料の供給を操作する助燃料供給操作機２６と、助燃料供給操作機２６を制御する助燃料制御部２，３，２５を備え、助燃料制御部は、助燃料演算器２が、被処理物の水分と炉内１１の炉頂部における炉頂部温度を設定炉頂部温度とするのに必要な助燃料使用量との間の予め導出した相関関係を用いて、水分計１の測定結果に基づき必要な助燃料使用量を演算し、演算された助燃料使用量となるように、流量指示調節計３を用いて助燃料供給操作機２６をフィードフォワード制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内に供給される直前の被処理物の水分を測定する水分計と、前記炉内への助燃料の供給を操作する助燃料供給操作機と、前記助燃料供給操作機を制御する助燃料制御部を備え、
前記助燃料制御部は、前記被処理物の水分と前記炉内の炉頂部における炉頂部温度を設定炉頂部温度とするのに必要な助燃料使用量との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分計の測定結果に基づき前記必要な助燃料使用量を演算し、演算された前記助燃料使用量となるように前記助燃料供給操作機を制御することにより前記炉頂部温度をフィードフォワード制御することを特徴とする汚泥焼却炉の燃焼制御装置。
【請求項２】
前記炉頂部に設けられた前記炉頂部温度を測定する炉頂部温度センサを備え、
前記助燃料制御部は、前記フィードフォワード制御に加えて、前記炉頂部温度センサの測定値に基づき、前記助燃料の前記炉内への供給量を前記炉頂部温度が前記設定炉頂部温度となるようにフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載の汚泥焼却炉の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記被処理物の前記炉内への供給量を測定する被処理物供給量計と、前記炉内へ供給される全空気の供給を操作する全空気供給操作機と、前記全空気供給操作機を制御する全空気量制御部を備え、
前記全空気量制御部は、前記被処理物の水分と前記被処理物の理論燃焼空気量との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分計と前記被処理物供給量計の測定結果に基づき供給量に応じた前記被処理物の理論燃焼空気量を演算し、前記助燃料使用量と前記助燃料の種類により定まる前記助燃料の理論燃焼空気量とから、前記被処理物と前記助燃料の合計理論燃焼空気量を求め、前記被処理物の水分と必要な空気比との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分計の測定結果に基づき前記必要な空気比を演算し、前記合計理論燃焼空気量と前記必要な空気比とを乗算して全空気量を演算し、演算された前記全空気量となるように前記全空気供給操作機を制御することにより炉出口から排出される排ガス中の酸素濃度をフィードフォワード制御することを特徴とする請求項１または２に記載の汚泥焼却炉の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記排ガス中の酸素濃度を測定する酸素分析計を備え、
前記全空気量制御部は、前記フィードフォワード制御に加えて、前記酸素分析計の測定値に基づき、前記被処理物の水分と必要な空気比との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分計の測定結果により演算された前記必要な空気比から目標酸素濃度を演算し、前記酸素濃度が前記目標設定濃度となるようにフィードバック制御することを特徴とする請求項３に記載の汚泥焼却炉の燃焼制御装置。
【請求項５】
前記炉内の炉底部への１次空気の供給を操作する１次空気供給操作機と、前記１次空気供給操作機を制御する１次空気量制御部を備え、
前記１次空気量制御部は、前記被処理物の水分と前記炉内の前記炉底部における炉底部温度を設定炉底部温度とするのに必要な１次空気量との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分計の測定結果に基づき前記必要な１次空気量を演算し、演算された前記１次空気量となるように前記１次空気供給操作機を制御することにより前記炉底部温度をフィードフォワード制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の汚泥焼却炉の燃焼制御装置。
【請求項６】
炉内に供給される直前の被処理物の水分を測定する水分計と、前記炉内の炉底部への１次空気の供給を操作する１次空気供給操作機と、前記１次空気供給操作機を制御する１次空気量制御部を備え、
前記１次空気量制御部は、前記被処理物の水分と前記炉内の前記炉底部における炉底部温度を設定炉底部温度とするのに必要な１次空気量との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分計の測定結果に基づき前記必要な１次空気量を演算し、演算された前記１次空気量となるように前記１次空気供給操作機を制御することにより前記炉底部温度をフィードフォワード制御することを特徴とする汚泥焼却炉の燃焼制御装置。
【請求項７】
前記炉底部に前記炉底部温度を測定する炉底部温度センサを備え、
前記１次空気量制御部は、前記フィードフォワード制御に加えて、前記炉底部温度センサの測定値に基づき、前記炉底部への前記１次空気の供給量を前記炉底部温度が前記設定炉底部温度となるようにフィードバック制御することを特徴とする請求項５または６に記載の汚泥焼却炉の燃焼制御装置。
【請求項８】
前記被処理物の前記炉内への供給量を測定する被処理物供給量計と、前記炉内へ供給される全空気量を演算する全空気演算部と、前記炉内に供給される全空気を複数経路に分岐させて分配供給する空気分配供給操作機と、前記空気分配供給操作機を制御する全空気量分配制御部を備え、
前記全空気量演算部は、前記被処理物の水分と前記被処理物の理論燃焼空気量との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分計と前記被処理物供給量計の測定結果に基づき供給量に応じた前記被処理物の理論燃焼空気量を演算し、前記助燃料使用量と前記助燃料の種類により定まる前記助燃料の理論燃焼空気量とから、前記被処理物と前記助燃料の合計理論燃焼空気量を求め、前記被処理物の水分と必要な空気比との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分計の測定結果に基づき前記必要な空気比を演算し、前記合計理論燃焼空気量と前記必要な空気比とを乗算して全空気量を演算し、
前記全空気量分配制御部は、前記被処理物の水分と前記空気分配供給操作機が分配供給する分配比率との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分計の測定結果に基づき前記分配比率を演算し、前記全空気量演算部が演算した前記全空気量に前記演算した分配比率を乗じて前記空気分配供給操作機によって分配供給される空気分配供給量を演算し、演算された前記空気分配供給量となるように前記空気分配供給操作機をフィードフォワード制御することを特徴とする請求項１または２に記載の汚泥焼却炉の燃焼制御装置。
【請求項９】
前記水分計が中性子水分計であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の汚泥焼却炉の燃焼制御装置。
【請求項１０】
汚泥焼却炉の燃焼制御方法であって、
炉内に供給される前記被処理物の供給量と炉内に供給される直前の前記被処理物の水分とを測定し、
前記被処理物の水分と前記炉内の炉頂部における炉頂部温度を設定炉頂部温度とするのに必要な助燃料使用量との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分の測定結果に基づき前記必要な助燃料使用量を演算し、演算された前記助燃料使用量となるように前記助燃料の前記炉内への供給を制御することにより前記炉頂部温度をフィードフォワード制御し、
前記被処理物の水分と前記被処理物の理論燃焼空気量との間の予め導出した相関関係を用いて、前記被処理物の水分と供給量の測定結果に基づき供給量に応じた前記被処理物の理論燃焼空気量を演算し、前記助燃料使用量と前記助燃料の種類により定まる前記助燃料の理論燃焼空気量とから、前記被処理物と前記助燃料の合計理論燃焼空気量を求め、前記被処理物の水分と必要な空気比との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分の測定結果に基づき前記必要な空気比を演算し、前記合計理論燃焼空気量と前記必要な空気比とを乗算して全空気量を演算し、演算された前記全空気量となるように前記炉内に供給される全空気量を制御することにより炉出口から排出される排ガス中の酸素濃度をフィードフォワード制御することを特徴とする汚泥焼却炉の燃焼制御方法。
【請求項１１】
前記被処理物の水分と前記炉内の炉底部における炉底部温度を設定炉底部温度とするのに必要な１次空気量との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分の測定結果に基づき前記必要な１次空気量を演算し、演算された前記１次空気量となるように前記１次空気の前記炉内への供給を制御することにより前記炉底部温度をフィードフォワード制御することを特徴とする請求項１０に記載の汚泥焼却炉の燃焼制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥等の被処理物を焼却処理する汚泥焼却炉の燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水汚泥を主たる焼却対象とする汚泥焼却炉では、下水汚泥の水分含有量が大きく発熱量が低いため、下水汚泥を乾燥処理した後に焼却するか、或いは、下水汚泥を乾燥せずにそのまま炉内に供給し、天然ガスや灯油等の助燃料により助燃して焼却している。
【０００３】
助燃料を用いる下水汚泥循環流動層炉（汚泥焼却炉の一例）の従来の燃焼制御方法（以下、「第１従来技術」という）につき、図５を用いて説明する。
【０００４】
被処理物である下水汚泥は定格処理量となるように一定の供給量で炉内１１に供給される。具体的には、汚泥供給量は第１流量指示調節計（ＦＩＣ１）２０に対して汚泥供給量ＳＶ１を設定して、汚泥供給路２１に設けられた汚泥流量計２２の測定した流量測定値ＰＶ１を設定した汚泥供給量ＳＶ１となるように第１流量指示調節計２０が汚泥を炉内１１に供給するインバータ式電動ポンプ２３を制御出力ＭＶ１で以って操作する。
【０００５】
汚泥を安定して完全燃焼させるために、炉頂部（炉出口）付近の炉頂部温度ＰＶ２を炉頂部温度センサ２４で測定し、第１温度指示調節計（ＴＩＣ１）２５に対して炉頂部温度ＳＶ２を設定して、汚泥または汚泥と助燃料の燃焼用に炉底部から炉内１１に供給される１次空気を設定した炉頂部温度ＳＶ２となるように第１温度指示調節計（ＴＩＣ１）２５が炉内１１への助燃料の供給を操作する助燃料供給操作機２６を制御出力ＭＶ２で以ってフィードバック制御する。尚、炉内１１への助燃料の供給量は、炉底部付近の炉壁に設けられた助燃料を燃焼させる助燃バーナ２７での助燃料の使用量という形で表される。従って、助燃料供給操作機２６は助燃バーナ２７での助燃料の使用量を操作する。
【０００６】
また、全空気量演算器３１に対して酸素濃度の設定値ＳＶ３と助燃料発熱量の設定値、助燃バーナ２７への助燃料供給路３２に設けた助燃料流量計３３の測定値と汚泥流量計２２の測定値ＰＶ１を夫々入力し、全空気量演算器３１がこれらの入力値から、炉内１１に供給する全空気量の基準量を演算し、また、炉頂部の炉出口２８より下流側の排ガス排出路２９に設けた酸素分析計３０で排ガス中の酸素濃度ＰＶ３を測定し、酸素濃度指示調節計（Ｏ２ＩＣ）３５が設定酸素濃度ＳＶ３と測定酸素濃度ＰＶ３から求めた制御出力ＭＶ３を全空気量演算器３１に出力し、制御出力ＭＶ３に基づき酸素濃度補正部３１ｂで補正量を演算し、基準量と補正量の合計を全空気量とし、第２流量指示調節計（ＦＩＣ２）３６にこの全空気量を設定値ＳＶ４として入力し、第２流量指示調節計３６が、空気供給路３７に設けた全空気流量計３８の測定値ＰＶ４が設定値ＳＶ４となるように制御出力ＭＶ４に基づき全空気供給操作機３４を操作する。酸素濃度指示調節計３５と酸素濃度補正部３１ｂによって排ガス中の酸素濃度を目標設定濃度とするフィードバック制御が実行される。
【０００７】
また、全空気供給操作機３４によって供給が操作された全空気は、炉底部から炉内に供給される１次燃焼用の１次空気と、炉内中央部に供給される２次燃焼用の２次空気に分割され、炉底部付近の炉底部温度ＰＶ５を炉底部温度センサ３９で測定し、第２温度指示調節計（ＴＩＣ２）４０に対して炉底部温度ＳＶ５を設定して、炉底部温度ＰＶ５が設定炉底部温度ＳＶ５となるように第２温度指示調節計４０が制御出力ＭＶ５で以って、１次空気の炉内への供給を操作する１次空気供給操作機４１と２次空気の炉内への供給を操作する２次空気供給操作機４２を夫々フィードバック制御する。
【０００８】
尚、図中、ＦＩと表記された装置は流量指示計である。また、被処理物、助燃料、空気の流れを実線で表し、制御に係る信号の流れを破線で表している。
【０００９】
上述の如く、従来の汚泥焼却炉の燃焼制御装置はフィードバック制御により、助燃料使用量、全空気量、１次空気量等を操作していた。そして、被処理物が１つの下水処理プラントで発生する下水汚泥であれば、被処理物の発熱量や組成等の性状の変動が殆どないため、フィードバック制御でも安定した燃焼が可能である。
【００１０】
しかしながら、複数の下水処理プラントで発生する下水汚泥を焼却処理する場合や、１つの下水処理プラントで発生する下水汚泥であっても、下水汚泥とし渣を混合して焼却処理する場合は、被処理物の性状が変動することにより燃焼変動が発生し、被処理物の性状変動が極端に大きい場合は、上述のフィードバック制御における応答が遅れ、一時的に未燃が発生すること、極端に炉内温度が上昇してクリンカが成長すること等が懸念される。
【００１１】
上記第１従来技術以外の汚泥焼却炉の燃焼制御方法として、流動床炉（汚泥焼却炉の一例）の燃焼制御方法において、汚泥中の水分変化率等を入力変数として補助燃料の流量を推論出力するファジー推論を用いたフィードフォワード制御によるものが、下記の特許文献１及び特許文献２に開示されている。当該特許文献に開示された従来技術は、水分変化率等のプロセス値の変化量に基づき相対的に言わば曖昧制御を実行するものである。
【００１２】
【特許文献１】
特許第３２３５６４３号明細書
【特許文献２】
特許第３２３５６４６号明細書
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、複数の下水処理プラントで発生する下水汚泥を焼却処理する場合や下水汚泥とし渣を混合して焼却処理する場合等の被処理物の性状変動が大きくなることが予測される場合においても、被処理物の性状変動をリアルタイムで予測することにより安定した燃焼制御を実現し、一時的な未燃の発生や、極端な炉内温度の上昇によるクリンカの成長を抑制可能な汚泥焼却炉の燃焼制御装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係る汚泥焼却炉の燃焼制御装置の第一の特徴構成は、炉内に供給される直前の被処理物の水分を測定する水分計と、前記炉内への助燃料の供給を操作する助燃料供給操作機と、前記助燃料供給操作機を制御する助燃料制御部を備え、前記助燃料制御部が、前記被処理物の水分と前記炉内の炉頂部における炉頂部温度を設定炉頂部温度とするのに必要な助燃料使用量との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分計の測定結果に基づき前記必要な助燃料使用量を演算し、演算された前記助燃料使用量となるように前記助燃料供給操作機を制御することにより前記炉頂部温度をフィードフォワード制御する点にある。
【００１５】
被処理物の水分が高いと発熱量が小さく、逆に水分が低いと発熱量が大きい関係が成立し、従って、炉内に投入される被処理物の水分が高いと炉頂部温度が下がり、逆に水分が低いと炉頂部温度は上がる。ここで、炉頂部温度には適正な温度範囲が存在し、適正温度より高ければ排ガスダクト内面へのクリンカ付着（ダストの溶融固着）等の問題が生じ、適正温度より低ければ不完全燃焼による一酸化炭素、ダイオキシン類の発生といった問題が生じる。また、被処理物の可燃分組成、可燃分発熱量、可燃分／灰分比率が同じであるとすれば、被処理物の水分が分かれば発熱量、組成といった被処理物の性状を特定することができる。
【００１６】
従って、上記第一の特徴構成によれば、水分計の測定結果から被処理物の水分の相対変化ではなく絶対値を知ることで、炉内に投入される被処理物の発熱量を知り、助燃料の供給が必要な最大発熱量を下回る場合には、被処理物の水分と炉頂部温度を上記適正温度範囲内の設定炉頂部温度とするのに必要な助燃料使用量との間の予め導出した相関関係を用いて、水分計の測定結果に基づき必要な助燃料使用量を演算し、演算された助燃料使用量となるように助燃料供給操作機を制御することで、被処理物の性状変動に対して、炉頂部温度を適正温度範囲内に維持することができる。水分計による水分測定を連続的に或いは短い時間間隔で断続的に実行することで、被処理物の性状変動をリアルタイムで予測することができ、安定した燃焼制御を実現できる。この結果として、一時的な未燃の発生や、極端な炉内温度の上昇によるクリンカの成長を抑制可能な汚泥焼却炉の燃焼制御装置を提供できる。
【００１７】
同第二の特徴構成は、前記被処理物の前記炉内への供給量を測定する被処理物供給量計と、前記炉内へ供給される全空気の供給を操作する全空気供給操作機と、前記全空気供給操作機を制御する全空気量制御部を備え、前記全空気量制御部が、前記被処理物の水分と前記被処理物の理論燃焼空気量との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分計と前記被処理物供給量計の測定結果に基づき供給量に応じた前記被処理物の理論燃焼空気量を演算し、前記助燃料使用量と前記助燃料の種類により定まる前記助燃料の理論燃焼空気量とから、前記被処理物と前記助燃料の合計理論燃焼空気量を求め、前記被処理物の水分と必要な空気比との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分計の測定結果に基づき前記必要な空気比を演算し、前記合計理論燃焼空気量と前記必要な空気比とを乗算して全空気量を演算し、演算された前記全空気量となるように前記全空気供給操作機を制御することにより炉出口から排出される排ガス中の酸素濃度をフィードフォワード制御する点にある。
【００１８】
上記第二の特徴構成によれば、水分計の測定結果から被処理物の水分の相対変化ではなく絶対値を知ることで、炉内に投入される被処理物の発熱量を知り、助燃料の供給が必要な最低発熱量を下回る場合には、炉内に供給される被処理物と助燃料の両方に対する理論空気量を各別に予め導出した相関関係に基づき演算でき、更に、必要な空気比を水分計の測定結果から演算でき、これら被処理物と助燃料の両方に対する理論空気量と空気比から被処理物を完全燃焼させるのに必要な全空気量を演算でき、演算された全空気量となるように全空気供給操作機を制御することで、被処理物の性状変動に対して、被処理物を安定して完全燃焼させることができる。
【００１９】
同第三の特徴構成は、炉内に供給される直前の被処理物の水分を測定する水分計と、前記炉内の炉底部への１次空気の供給を操作する１次空気供給操作機と、前記１次空気供給操作機を制御する１次空気量制御部を備え、前記１次空気量制御部は、前記被処理物の水分と前記炉内の前記炉底部における炉底部温度を設定炉底部温度とするのに必要な１次空気量との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分計の測定結果に基づき前記必要な１次空気量を演算し、演算された前記１次空気量となるように前記１次空気供給操作機を制御することにより前記炉底部温度をフィードフォワード制御する点にある。
【００２０】
上述の炉頂部温度と同様に炉底部温度についても適正な温度範囲が存在する。つまり、炉底部温度を適正温度に維持して、炉底部に供給される被処理物の水分蒸発、可燃物の揮発を安定して行い、燃焼を安定させる必要がある。
【００２１】
そこで、上記第三の特徴構成によれば、水分計の測定結果から被処理物の水分の相対変化ではなく絶対値を知ることで、炉内に投入される被処理物の発熱量を知ることができ、発熱量の低い被処理物に対し、炉内に供給する全空気量の内、炉底部より供給する１次空気を増やして１次燃焼の割合を高くし、水分の蒸発に必要な熱量を確保することができ、安定した燃焼を維持することができる。
【００２２】
同第四の特徴構成は、前記被処理物の前記炉内への供給量を測定する被処理物供給量計と、前記炉内へ供給される全空気量を演算する全空気演算部と、前記炉内に供給される全空気を複数経路に分岐させて分配供給する空気分配供給操作機と、前記空気分配供給操作機を制御する全空気量分配制御部を更に備え、前記全空気量演算部が、前記被処理物の水分と前記被処理物の理論燃焼空気量との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分計と前記被処理物供給量計の測定結果に基づき供給量に応じた前記被処理物の理論燃焼空気量を演算し、前記助燃料使用量と前記助燃料の種類により定まる前記助燃料の理論燃焼空気量とから、前記被処理物と前記助燃料の合計理論燃焼空気量を求め、前記被処理物の水分と必要な空気比との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分計の測定結果に基づき前記必要な空気比を演算し、前記合計理論燃焼空気量と前記必要な空気比とを乗算して全空気量を演算し、前記全空気量分配制御部が、前記被処理物の水分と前記空気分配供給操作機が分配供給する分配比率との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分計の測定結果に基づき前記分配比率を演算し、前記全空気量演算部が演算した前記全空気量に前記演算した分配比率を乗じて前記空気分配供給操作機によって分配供給される空気分配供給量を演算し、演算された前記空気分配供給量となるように前記空気分配供給操作機をフィードフォワード制御する点にある。
【００２３】
上記第四の特徴構成によれば、全空気を複数経路に分岐させて前記炉内に分配供給する場合に、その１つを炉底部から供給することで、上記第三の特徴構成と同じ作用効果を奏することとなる。
【００２４】
同第五の特徴構成は、上記第一乃至第三の特徴構成におけるフィードフォワード制御に加えて、上記第一の特徴構成に対しては、前記炉頂部に設けられた前記炉頂部温度を測定する炉頂部温度センサを備え、前記助燃料制御部が、前記炉頂部温度センサの測定値に基づき、前記助燃料の前記炉内への供給量を前記炉頂部温度が前記設定炉頂部温度となるようにフィードバック制御する点、上記第二の特徴構成に対しては、前記排ガス中の酸素濃度を測定する酸素分析計を備え、前記全空気量制御部が、前記酸素分析計の測定値に基づき、前記炉内に供給される全空気の供給量を前記酸素濃度が前記目標設定濃度となるようにフィードバック制御する点、上記第三の特徴構成に対しては、前記炉底部に前記炉底部温度を測定する炉底部温度センサを備え、前記１次空気量制御部が、前記炉底部温度センサの測定値に基づき、前記炉底部への前記１次空気の供給量を前記炉底部温度が前記設定炉底部温度となるようにフィードバック制御する点にある。
【００２５】
上記第五の特徴構成によれば、助燃料制御部、全空気量制御部、１次空気量制御部のフィードフォワード制御において生じる誤差を夫々のフィードバック制御で補正することができ、より高精度の制御が可能となる。
【００２６】
同第六の特徴構成は、上記各特徴構成における前記水分計が中性子水分計である点にある。
【００２７】
上記第六の特徴構成によれば、中性子水分計が鋼板越しの測定、数１０ｃｍ奥までの測定が可能であるので、汚泥の供給路に設置して高精度に汚泥の水分を測定でき、上記各特徴構成の作用効果を発揮できる。
【００２８】
この目的を達成するための本発明に係る汚泥焼却炉の燃焼制御方法の第一の特徴構成は、炉内に供給される前記被処理物の供給量と炉内に供給される直前の前記被処理物の水分とを測定し、前記被処理物の水分と前記炉内の炉頂部における炉頂部温度を設定炉頂部温度とするのに必要な助燃料使用量との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分の測定結果に基づき前記必要な助燃料使用量を演算し、演算された前記助燃料使用量となるように前記助燃料の前記炉内への供給を制御することにより前記炉頂部温度をフィードフォワード制御し、前記被処理物の水分と前記被処理物の理論燃焼空気量との間の予め導出した相関関係を用いて、前記被処理物の水分と供給量の測定結果に基づき供給量に応じた前記被処理物の理論燃焼空気量を演算し、前記助燃料使用量と前記助燃料の種類により定まる前記助燃料の理論燃焼空気量とから、前記被処理物と前記助燃料の合計理論燃焼空気量を求め、前記被処理物の水分と必要な空気比との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分の測定結果に基づき前記必要な空気比を演算し、前記合計理論燃焼空気量と前記必要な空気比とを乗算して全空気量を演算し、演算された前記全空気量となるように前記炉内に供給される全空気量を制御することにより炉出口から排出される排ガス中の酸素濃度をフィードフォワード制御する点にある。
【００２９】
上記第一の特徴構成によれば、水分の測定結果から被処理物の水分の相対変化ではなく絶対値を知ることで、炉内に投入される被処理物の発熱量を知り、助燃料の供給が必要な最低発熱量を下回る場合には、被処理物の水分と炉頂部温度を上記適正温度範囲内の設定炉頂部温度とするのに必要な助燃料使用量との間の予め導出した相関関係を用いて、水分の測定結果に基づき必要な助燃料使用量を演算し、演算された助燃料使用量となるように助燃料供給操作機を制御することで、被処理物の性状変動に対して、炉頂部温度を適正温度範囲内に維持することができる。更に、炉内に供給される被処理物と助燃料の両方に対する理論空気量を各別に予め導出した相関関係に基づき演算でき、必要な空気比を水分の測定結果から演算でき、これら被処理物と助燃料の両方に対する理論空気量と空気比から被処理物を完全燃焼させるのに必要な全空気量を演算でき、演算された全空気量となるように全空気供給操作機を制御することで、被処理物の性状変動に対して、被処理物を安定して完全燃焼させることができる。水分測定を連続的に或いは短い時間間隔で断続的に実行することで、被処理物の性状変動をリアルタイムで予測することができ、安定した燃焼制御を実現できる。この結果として、一時的な未燃の発生や、極端な炉内温度の上昇によるクリンカの成長を抑制可能な汚泥焼却炉の燃焼制御方法を提供できる。
【００３０】
本発明に係る汚泥焼却炉の燃焼制御方法の第二の特徴構成は、更に、前記被処理物の水分と前記炉内の炉底部における炉底部温度を設定炉底部温度とするのに必要な１次空気量との間の予め導出した相関関係を用いて、前記水分の測定結果に基づき前記必要な１次空気量を演算し、演算された前記１次空気量となるように前記１次空気の前記炉内への供給を制御することにより前記炉底部温度をフィードフォワード制御する点にある。
【００３１】
上記第二の特徴構成によれば、水分の測定結果から被処理物の水分の相対変化ではなく絶対値を知ることで、炉内に投入される被処理物の発熱量を知ることができ、発熱量の低い被処理物に対し、炉内に供給する全空気量の内、炉底部より供給する１次空気を増やして１次燃焼の割合を高くし、水分の蒸発に必要な熱量を確保することができ、安定した燃焼を維持することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る汚泥焼却炉の燃焼制御装置及び燃焼制御方法（以下、適宜「本発明装置」及び「本発明方法」という。）の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。尚、図５に例示した第１従来技術と重複する部分、要素、及び、信号には、説明の便宜上同じ符号を付している。
【００３３】
〈第１実施形態〉
図１に、第１実施形態に係る本発明装置１０の構成及び制御系統の概略を示す。図１中、被処理物、助燃料、空気の各流れを実線で表し、制御に係る信号の流れ及び設定値の入力操作を破線で表している。本発明装置１の制御対象である汚泥焼却炉９は、第１従来技術と同様に下水汚泥循環流動層炉が想定されるが、図１では、その燃焼室部分を模式的に示す。
【００３４】
先ず、汚泥焼却炉９における被処理物、助燃料、空気の流れを簡単に説明する。汚泥焼却炉９は、被処理物である下水汚泥がインバータ式電動ポンプ２３によって汚泥供給路２１を通して炉内１１に供給され、炉内１１の炉底部で１次燃焼し、その燃焼ガスが炉内１１の中央から上層にかけて２次燃焼し、その燃焼排ガスが炉出口２８から排ガス排出路２９を通して図示しない排ガス処理装置へ送出される。被処理物の１次燃焼、燃焼ガスの２次燃焼に要する全空気は押込ファン４４により空気供給路３７を通して炉内１１に供給される。空気供給路３７の途中に設けられた全空気量（全空気の供給量）を操作する全空気供給操作機３４の下流側で空気供給路３７は２系統に分岐し、一方は１次空気として１次空気の炉内１１への供給を操作する１次空気供給操作機４１を介して炉底部から炉内１１に供給され、他方は、２次空気として２次空気の炉内１１への供給を操作する２次空気供給操作機４２を介して炉内１１の中央部に供給される。ここで、全空気供給操作機３４、１次空気供給操作機４１、２次空気供給操作機４２はダンパ等で構成され、その開度により各操作機を通過する空気量の調整がなされる。
【００３５】
炉内１１に供給される被処理物の水分の多寡に応じてその１次燃焼を補助するための助燃料が炉内１１の炉底部に、助燃料供給路３２と助燃バーナ２７を通して供給される。助燃料供給路３２の途中には、炉内１１への助燃料の供給を操作する電磁比例弁等で構成される助燃料供給操作機２６が設けられており、その開度により助燃料供給操作機２６を通過する助燃料使用量の調整がなされる。
【００３６】
次に、本発明装置１０の構成及び制御系統につき説明する。本発明装置１０は、８つのセンサと４つの制御部で構成されている。８つのセンサとして、汚泥流量計２２の途中に設けた汚泥流量計２２、汚泥流量計２２の炉入口手前に設けられた中性子水分計１、炉内１１の炉頂部（炉出口）付近に設けた熱電対等で構成される炉頂部温度センサ２４、炉内１１の炉底部付近に設けた熱電対等で構成される炉底部温度センサ３９、空気供給路３７に設けた全空気流量計３８、空気供給路３７の分岐後の１次空気側に設けた１次空気流量計４３、助燃料供給路３２に設けた助燃料流量計３３、炉頂部の炉出口２８より下流側の排ガス排出路２９に設けた酸素分析計３０が使用される。
【００３７】
ここで、汚泥流量計２２は炉内１１への被処理物の供給量を測定する。水分計１は、炉内１１へ供給される直前の被処理物の水分を連続的に測定し、後述する助燃料制御部と全空気量制御部と１次空気量制御部に測定結果を出力する。炉頂部温度センサ２４は炉内１１の炉頂部温度を測定する。炉底部温度センサ３９は炉内１１の炉底部温度を測定する。全空気流量計３８は炉内１１に供給される全空気量を測定する。１次空気流量計４３は炉内１１に供給される１次空気量を測定する。助燃料流量計３３は助燃バーナ２７で燃焼して使用されることで炉内１１に供給される助燃料使用量を測定する。酸素分析計３０は排ガス中の酸素濃度を測定する。
【００３８】
水分計１に用いる中性子水分計は、放射性物質から放出された中性子が水素原子と衝突すると減速されて熱中性子になる現象を応用したもので、熱中性子を検出するセンサヘッドと、センサヘッドの検出結果を基に予め設定した熱中性子検出結果と水分の相関関係から測定対象である被処理物の水分を演算する本体部とを備えて構成される。
【００３９】
４つの制御部は、被処理物の供給量を制御する汚泥制御部と、助燃料の使用量を制御する助燃料制御部、全空気量を制御する全空気量制御部、１次空気量を制御する１次空気量制御部で構成される。ここで、汚泥制御部は、上述の第１従来技術と同じく、第１流量指示調節計（ＦＩＣ１）２０を備えて構成され、汚泥流量計２２の測定した流量測定値ＰＶ１を設定汚泥供給量ＳＶ１となるようにインバータ式電動ポンプ２３を制御出力ＭＶ１で以って操作する。他の３つの制御部は本発明装置に特有の構成となっている。以下、各制御部の構成及び制御動作（本発明方法に相当）につき説明する。
【００４０】
〈助燃料制御部〉
助燃料制御部は、助燃料演算器２と第３流量指示調節計（ＦＩＣ３）３と第１温度指示調節計（ＴＩＣ１）２５で構成される。助燃料演算器２は助燃料基準量演算部２ａと炉頂部温度補正部２ｂからなる。
【００４１】
助燃料基準量演算部２ａには、汚泥流量計２２の測定結果である測定汚泥供給量ＰＶ１が第１流量指示調節計２０経由で入力され、水分計１の測定結果である被処理物の水分が入力される。また、オペレータの入力操作により、助燃料の発熱量と時間遅れの各設定値が助燃料基準量演算部２ａに対して設定される。助燃料の発熱量は使用する助燃料の種類から定まる値を設定する。時間遅れは、水分計１で被処理物の水分を測定してから当該被処理物が炉内１１に供給されるまでに時間のずれがあることを考慮したものであり、助燃料制御部での制御応答時間も加味して設定され、他の２つの制御部にも同様の値が入力される。
【００４２】
助燃料演算器２は、所定のデータ記憶領域に、予め計算（熱収支計算）により導出しまたは当該計算結果を実際の運転データを基に修正した、被処理物の水分と炉頂部温度をその適正温度範囲の設定炉頂部温度ＳＶ２とするのに必要な助燃料使用量との間の相関関係（以下、「第１相関関係」という。）を関数或いはテーブルの形式で格納している。
【００４３】
よって、助燃料基準量演算部２ａは２つの逐次入力される被処理物の水分と供給量、及び、２つの設定入力値に基づき、前記第１相関関係を用いて必要助燃料使用量を演算する。演算された必要助燃料使用量は、水分の測定結果の入力から前記時間遅れ経過後に、第３流量指示調節計（ＦＩＣ３）３に助燃料使用量の設定値ＳＶ６として入力され、第３流量指示調節計３は、助燃料流量計３３の測定値である測定助燃料使用量ＰＶ６が設定助燃料使用量ＳＶ６となるように制御出力ＭＶ６で以って助燃料供給操作機２６を操作する。以上の助燃料基準量演算部２ａによる制御が、助燃料供給操作機２６に対してフィードフォワード制御となっている。
【００４４】
上記フィードフォワード制御において、第１相関関係を用いたとしても、被処理物の水分の大幅な変動があった場合等に、炉頂部温度が設定炉頂部温度ＳＶ２から外れる場合に、フィードフォワード制御のバックアップ手段として、助燃料制御部は、フィードフォワード制御に加えて、フィードバック制御機能を備えている。第１温度指示調節計（ＴＩＣ１）２５は、入力された設定炉頂部温度ＳＶ２と炉頂部温度センサ２４の測定した炉頂部温度ＰＶ２の乖離度に応じて、助燃料演算器２の炉頂部温度補正部２ｂに対して制御出力ＭＶ２を出力する。炉頂部温度補正部２ｂは受信した制御出力ＭＶ２に基づき、炉頂部温度ＰＶ２が設定炉頂部温度ＳＶ２に近づくように、助燃料基準量演算部２ａが演算した必要助燃料使用量に補正を加え、上記フィードバック制御を実行する。
【００４５】
〈全空気量制御部〉
全空気量制御部は、全空気量演算器３１と第２流量指示調節計（ＦＩＣ２）３６と酸素濃度指示調節計（Ｏ２ＩＣ）３５で構成される。全空気量演算器３１は、全空気基準量演算部３１ａと酸素濃度補正部３１ｂからなる。全空気量制御部は、当該構成要素だけを見ると、上述の第１従来技術の構成と同じであるが、全空気量演算器３１の処理内容が従来と異なる。
【００４６】
全空気基準量演算部３１ａには、汚泥流量計２２の測定結果である測定汚泥供給量ＰＶ１が第１流量指示調節計２０経由で入力され、水分計１の測定結果である被処理物の水分が入力され、更に、助燃料演算器２で演算或いは補正された必要助燃料使用量が入力される。また、オペレータの入力操作により、時間遅れの設定値が全空気基準量演算部３１ａに対して設定される。時間遅れは、助燃料演算器２に対して設定された値と同じ趣旨で、水分計１で被処理物の水分を測定してから当該被処理物が炉内１１に供給されるまでに時間のずれがあることを考慮したものである。
【００４７】
本発明装置１０の全空気量演算器３１は、所定のデータ記憶領域に、予め計算または実際の運転データを基に導出した、被処理物の水分と被処理物の理論燃焼空気量との間の相関関係（以下、「第２相関関係」という。）、被処理物の水分と必要な空気比との間の相関関係（以下、「第３相関関係」という。）を関数或いはテーブルの形式で夫々格納している。
【００４８】
よって、全空気基準量演算部３１ａは、３つの逐次入力される被処理物の水分と供給量、助燃料演算器２で演算或いは補正された必要助燃料使用量、及び、１つの設定入力値に基づき、前記第２相関関係を用いて、被処理物の実際の供給量に応じた被処理物の理論燃焼空気量を演算し、助燃料演算器２が演算した必要助燃料使用量に応じた助燃料の理論燃焼空気量を演算する。ここで、演算された被処理物と助燃料の各理論燃焼空気量は夫々の単位重量当たりの理論燃焼空気量ではなく、被処理物の供給量及び助燃料使用量に即した理論燃焼空気量である。更に、全空気基準量演算部３１ａは、演算された被処理物と助燃料の各理論燃焼空気量からそれらの合計理論燃焼空気量を求め、前記第３相関関係を用いて、被処理物の水分の測定結果に基づき前記必要な空気比を演算し、前記合計理論燃焼空気量と前記必要な空気比とを乗算して全空気量を演算する。演算された全空気量は、水分の測定結果の入力から前記時間遅れ経過後に、第２流量指示調節計（ＦＩＣ２）３６に全空気量の設定値ＳＶ４として入力され、第２流量指示調節計３６は、全空気流量計３８の測定値である測定全空気量ＰＶ４が設定全空気量ＳＶ４となるように制御出力ＭＶ４で以って全空気供給操作機３４を操作する。以上の全空気基準量演算部３１ａによる制御が、全空気供給操作機３４に対してフィードフォワード制御となっている。尚、助燃料の種類は発熱量を定めるもので、予め特定されているものである。或いは、助燃料の種類は助燃料基準量演算部２ａに入力された助燃料の発熱量から特定してもよい。
【００４９】
上記フィードフォワード制御において、第２及び第３相関関係を用いたとしても、被処理物の水分の大幅な変動があった場合等に、炉出口２８から排出される排ガス中の酸素濃度が、第３相関関係より求められた空気比から演算される酸素濃度目標値から外れる場合に、フィードフォワード制御のバックアップ手段として、全空気量制御部は、フィードフォワード制御に加えて、フィードバック制御機能を備えている。酸素濃度指示調節計（Ｏ２ＩＣ）３５は、入力された設定排ガス酸素濃度（目標設定濃度）ＳＶ３と酸素濃度分析計３０の測定した酸素濃度ＰＶ３の乖離度に応じて、全空気量演算器３１の酸素濃度補正部３１ｂに対して制御出力ＭＶ３を出力する。酸素濃度補正部３１ｂは受信した制御出力ＭＶ３に基づき、酸素濃度ＰＶ３が設定排ガス酸素濃度ＳＶ３に近づくように、全空気基準量演算部３１ａが演算した全空気量に補正を加え、上記フィードバック制御を実行する。
【００５０】
〈１次空気量制御部〉
１次空気量制御部は、１次空気量演算器４と第４流量指示調節計（ＦＩＣ４）５と第２温度指示調節計（ＴＩＣ２）４０で構成される。１次空気量演算器４は１次空気基準量演算部４ａと炉底部温度補正部４ｂからなる。
【００５１】
１次空気基準量演算部４ａには、全空気量演算器３１で演算された全空気量と、水分計１の測定結果である被処理物の水分が入力される。また、オペレータの入力操作により、時間遅れの設定値が１次空気基準量演算部４ａに対して設定される。時間遅れは、助燃料演算器２及び全空気量演算器３１に対して設定された値と同じ趣旨で、水分計１で被処理物の水分を測定してから当該被処理物が炉内１１に供給されるまでに時間のずれがあることを考慮したものである。
【００５２】
１次空気量演算器４は、所定のデータ記憶領域に、予め計算（熱収支計算）により導出しまたは当該計算結果を実際の運転データを基に修正した、被処理物の水分と炉底部温度をその適正温度範囲の設定炉底部温度ＳＶ５とするのに必要な１次空気量との間の相関関係（以下、「第４相関関係」という。）を関数或いはテーブルの形式で格納している。
【００５３】
よって、１次空気基準量演算部４ａは２つの逐次入力される被処理物の水分と全空気量演算器３１で演算された全空気量、及び、時間遅れの設定入力値に基づき、前記第４相関関係を用いて炉底部温度を設定炉底部温度ＳＶ５とする必要１次空気量を演算する。演算された必要１次空気量は、水分の測定結果の入力から前記時間遅れ経過後に、第４流量指示調節計（ＦＩＣ４）５に１次空気量の設定値ＳＶ７として入力され、第４流量指示調節計５は、１次空気流量計４３の測定値である測定１次空気量ＰＶ７が設定１次空気量ＳＶ７となるように制御出力ＭＶ７で以って１次空気供給操作機４１と２次空気供給操作機４２を操作する。以上の１次空気基準量演算部４ａによる制御が、１次空気供給操作機４１と２次空気供給操作機４２に対してフィードフォワード制御となっている。尚、制御出力ＭＶ７による２次空気供給操作機４２の操作は、２次空気量が全空気量から設定１次空気量ＳＶ７を差し引いた空気量となるように操作される。
【００５４】
上記フィードフォワード制御において、第４相関関係を用いたとしても、被処理物の水分の大幅な変動があった場合等に、炉底部温度が設定炉底部温度ＳＶ５から外れる場合に、フィードフォワード制御のバックアップ手段として、１次空気量制御部は、フィードフォワード制御に加えて、フィードバック制御機能を備えている。第２温度指示調節計（ＴＩＣ２）４０は、入力された設定炉底部温度ＳＶ５と炉底部温度センサ３９の測定した炉底部温度ＰＶ５の乖離度に応じて、１次空気量演算器４の炉底部温度補正部４ｂに対して制御出力ＭＶ５を出力する。炉底部温度補正部４ｂは受信した制御出力ＭＶ５に基づき、炉底部温度ＰＶ５が設定炉底部温度ＳＶ５に近づくように、１次空気基準量演算部４ａが演算した必要１次空気量に補正を加え、上記フィードバック制御を実行する。
【００５５】
上述の助燃料制御部、全空気量制御部、及び、１次空気量制御部において、当該各制御部は、夫々所定の演算部と指示調節計で構成される形態となっている。ここで、各演算部は、コンピュータハードウェア上に、各別に必要な相関関係と演算式をデータ及びプログラムの形式で備えて実現される。そこで、各演算部は夫々独立して構成されてもよいが、全ての演算部を１つのコンピュータハードウェア上に形成するようにしても構わない。また、夫々所定の演算部と指示調節計の複数の装置で構成される上記各制御部を１つの装置に統合しても構わない。
【００５６】
次に、上述の助燃料制御部、全空気量制御部、及び、１次空気量制御部で使用される第１〜第４相関関係の導出方法につき簡単に説明する。図２に第１〜第４相関関係及びその変数を一覧表示する。図２の表では、上記各制御部におけるフィードフォワード制御に関連する部分が示されている。ｆ１〜ｆ５は相関関係を表す関数であり、対応関係は図２に示すとおりである。
【００５７】
相関関係１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂは、被処理物の発熱量毎に運転モードを決定しておき熱収支計算を行い、夫々、被処理物の発熱量と助燃料使用量、被処理物理論燃焼空気量、全空気比、１次空気比との間の関数を導出し、更に実際の運転データをもとに導出した関数式の修正を行う。実際の運転データを用いることで、実際の炉の放熱や空気の漏洩等を反映したより精度の高い制御が可能となる。
【００５８】
図２に示す表中、相関関係Ａと相関関係１Ｂが相関関係１に相当し、相関関係Ａと相関関係２Ｂが相関関係２に相当し、相関関係Ａと相関関係３Ｂが相関関係３に相当し、相関関係Ａと相関関係４Ｂが相関関係４に相当する。
【００５９】
ここで、図３に示すように、実際の燃焼制御において、相関関係３Ｂで示される全空気比λは、被処理物の水分が多く、助燃料を必要とする発熱量（Ｈｕｗ＜Ｈｕ０）である場合は、予め設定した最低限の空気比（一定値の約１．３）を用いる。Ｈｕ０は助燃を必要とする被処理物の最大発熱量を示す。一方、助燃料が不要な被処理物発熱量範囲（Ｈｕｗ＞Ｈｕ０）では、炉頂部温度が一定となるように被処理物供給量を減らす場合は、最低限の全空気比（約１．３）で一定とし、被処理物供給量を一定とする場合は、全空気比λは発熱量Ｈｕｗの増加とともに増加させる。被処理物の水分の多寡に拘わらずに定格量処理するためには、通常は後者（図２中実線表示された全空気比λ）の相関関係を使用する。
【００６０】
〈第２実施形態〉
次に、第２実施形態に係る本発明装置５０の構成及び制御動作につき、図４を参照して説明する。図１に示した第１実施形態と重複する部分、要素、及び、信号には、同じ符号を付している。
【００６１】
本発明装置５０の制御対象である汚泥焼却炉９は、第１実施形態と同じく下水汚泥循環流動層炉を想定する。また、汚泥焼却炉９における被処理物、助燃料、空気の流れは、基本的に第１実施形態のものと同じである。
【００６２】
第１実施形態との第１の相違点は、空気供給路３７の途中に全空気量を操作する全空気供給操作機３４（図１参照）を設けずに、空気供給路３７が２系統に分岐した後の各分岐路に、１次空気の炉内への供給を操作する１次空気供給操作機４１と２次空気の炉内１１への供給を操作する２次空気供給操作機４２を夫々配設し、１次空気供給操作機４１と２次空気供給操作機４２の１次空気量と２次空気量の操作によりその合計である全空気量の操作を行う構成となっている。ここで、第１実施形態の第２流量指示調節計（ＦＩＣ２）３６は２次空気供給操作機４２の２次空気量の操作に使用される。また、全空気流量計３８に代えて、２次空気流量計７を、空気供給路３７が２系統に分岐した後の２次空気分岐路に設けている。また、１次空気供給操作機４１と２次空気供給操作機４２が、炉内１１に供給される全空気を複数経路に分岐させて分配供給する空気分配供給操作機を構成している。
【００６３】
第１実施形態との第２の相違点は、１次空気量演算器４と第４流量指示調節計（ＦＩＣ４）５と第２温度指示調節計（ＴＩＣ２）４０で構成される第１実施形態の１次空気量制御部に代えて、空気分配比率演算器６と第４流量指示調節計（ＦＩＣ４）５と第２流量指示調節計（ＦＩＣ２）３６と第２温度指示調節計（ＴＩＣ２）４０で構成される全空気量分配制御部を設けている点である。
【００６４】
第１実施形態との第３の相違点は、全空気量を直接操作する全空気量制御部に代えて、その一部の構成要素である全空気量演算器３１と酸素濃度指示調節計（Ｏ２ＩＣ）３５が、全空気量を演算し、その結果を全空気量分配制御部に提供するために存在する点である。全空気量演算器３１と酸素濃度指示調節計（Ｏ２ＩＣ）３５による全空気量の演算とその補正は、第１実施形態と同じであるので重複する説明は割愛する。
【００６５】
以上の相違点より、第２実施形態では、全空気量分配制御部を設けることで、全空気量演算器３１で演算された全空気量を分配した１次空気と２次空気を、全空気量分配制御部で演算した分配比率に基づいて夫々の空気量を算出し、各空気量に基づき、１次空気量と２次空気量を独立して制御し、結果としてその合計である全空気量を制御する構成となっている。
【００６６】
次に、全空気量分配制御部の構成及び制御動作につき説明する。全空気量分配制御部は、上述のとおり、空気分配比率演算器６と第４流量指示調節計（ＦＩＣ４）５と第２流量指示調節計（ＦＩＣ２）３６と第２温度指示調節計（ＴＩＣ２）４０で構成され、空気分配比率演算器６は分配比率基準演算部６ａと炉底部温度補正部６ｂからなる。
【００６７】
分配比率基準演算部６ａには、全空気量演算器３１で演算された全空気量と、水分計１の測定結果である被処理物の水分が入力される。また、オペレータの入力操作により、時間遅れの設定値が分配比率基準演算部６ａに対して設定される。時間遅れは、助燃料演算器２及び全空気量演算器３１に対して設定された値と同じ趣旨で、水分計１で被処理物の水分を測定してから当該被処理物が炉内１１に供給されるまでに時間のずれがあることを考慮したものである。
【００６８】
空気分配比率演算器６は、所定のデータ記憶領域に、予め計算（熱収支計算）により導出しまたは当該計算結果を実際の運転データを基に修正した、被処理物の水分と、炉底部温度を設定炉底部温度ＳＶ５とするのに必要な全空気量の１次空気と２次空気への分配比率との間の相関関係（以下、「第５相関関係」という。）を関数或いはテーブルの形式で格納している。
【００６９】
よって、分配比率基準演算部６ａは２つの逐次入力される被処理物の水分と全空気量演算器３１で演算された全空気量、及び、時間遅れの設定入力値に基づき、前記第５相関関係を用いて炉底部温度を設定炉底部温度ＳＶ５とするのに必要な空気分配比率を演算し、演算された空気分配比率と前記全空気量を乗算して、１次空気量と２次空気量を演算する。演算された１次空気量は、水分の測定結果の入力から前記時間遅れ経過後に、第４流量指示調節計（ＦＩＣ４）５に１次空気量の設定値ＳＶ７として入力され、第４流量指示調節計５は、１次空気流量計４３の測定値である測定１次空気量ＰＶ７が設定１次空気量ＳＶ７となるように制御出力ＭＶ７で以って１次空気供給操作機４１を操作する。また、演算された２次空気量は、水分の測定結果の入力から前記時間遅れ経過後に、第２流量指示調節計（ＦＩＣ２）３６に２次空気量の設定値ＳＶ８として入力され、第２流量指示調節計３６は、２次空気流量計７の測定値である測定２次空気量ＰＶ８が設定２次空気量ＳＶ８となるように制御出力ＭＶ８で以って２次空気供給操作機４２を操作する。以上の分配比率基準演算部６ａによる制御が、１次空気供給操作機４１と２次空気供給操作機４２に対してフィードフォワード制御となっている。
【００７０】
上記フィードフォワード制御において、第５相関関係を用いたとしても、被処理物の水分の大幅な変動があった場合等に、炉底部温度が設定炉底部温度ＳＶ５から外れる場合に、フィードフォワード制御のバックアップ手段として、全空気量分配制御部は、フィードフォワード制御に加えて、フィードバック制御機能を備えている。第２温度指示調節計（ＴＩＣ２）４０は、入力された設定炉底部温度ＳＶ５と炉底部温度センサ３９の測定した炉底部温度ＰＶ５の乖離度に応じて、空気分配比率演算器６の炉底部温度補正部６ｂに対して制御出力ＭＶ５を出力する。炉底部温度補正部６ｂは受信した制御出力ＭＶ５に基づき、炉底部温度ＰＶ５が設定炉底部温度ＳＶ５に近づくように、分配比率基準演算部６ａが演算した空気分配比率に補正を加え、上記フィードバック制御を実行する。
【００７１】
以下、別実施の形態について説明する。
〈１〉  上記の第１実施形態と第２実施形態において、助燃料制御部、全空気量制御部、及び、１次空気量制御部、或いは、助燃料制御部、全空気量演算器、及び、全空気量分配制御部は、夫々助燃料使用量、全空気量、１次空気量と２次空気量の演算において夫々必要な相関関係を用いたが、上記の全ての制御部が相関関係を用いる必要はない。一部の制御部が従来のようにフィードバック制御を基調とする制御であっても構わない。また、一部の制御部が相関関係を用いないフィードフォワード制御であっても構わない。
【００７２】
〈２〉  上記第２実施形態の空気分配比率演算器６において、第５相関関係に代えて、第４相関関係を用いても構わない。この場合、第４相関関係から直接１次空気量を演算し、入力された全空気量から演算された１次空気量を引いて２次空気量を求めるのも好ましい。
【００７３】
〈３〉  第１実施形態と第２実施形態において、本発明装置の制御対象となる汚泥焼却炉として、下水汚泥循環流動層炉を想定したが、循環流動層炉以外の汚泥焼却炉に対しても、本発明装置及び本発明方法における被処理物の水分測定結果に基づく燃焼制御手法は適用可能である。
【００７４】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、被処理物の水分と炉頂部温度を適正温度範囲内の設定炉頂部温度とするのに必要な助燃料使用量との間の予め導出した相関関係を用いて、水分計の測定結果に基づき必要な助燃料使用量を演算し、演算された助燃料使用量となるように助燃料供給操作機を制御することにより炉頂部温度をフィードフォワード制御することで、被処理物の性状変動に対して、炉頂部温度を適正温度範囲内に維持することができる。更に、助燃料使用量の他、炉内に供給する全空気量及び１次空気量も、予め導出した被処理物の水分との相関関係を用いて操作でき、被処理物を完全燃焼させ、炉底部温度を適正温度範囲内に維持することができる。水分計による水分測定を連続的に或いは短い時間間隔で断続的に実行することで、被処理物の性状変動をリアルタイムで予測することができ、安定した燃焼制御を実現できる。この結果として、一時的な未燃の発生や、極端な炉内温度の上昇によるクリンカの成長を抑制可能な汚泥焼却炉の燃焼制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る汚泥焼却炉の燃焼制御装置の第１実施形態における制御系統を模式的に示す構成図
【図２】本発明に係る汚泥焼却炉の燃焼制御装置で用いる相関関係を説明するため一覧表
【図３】被処理物の発熱量と全空気比、１次空気比、２次空気比、助燃料使用量との相関関係を示すグラフ
【図４】本発明に係る汚泥焼却炉の燃焼制御装置の第２実施形態における制御系統を模式的に示す構成図
【図５】従来の汚泥焼却炉の燃焼制御装置の制御系統を模式的に示す構成図
【符号の説明】
１：    水分計
２：    助燃料演算器
２ａ：  助燃料基準量演算部
２ｂ：  炉頂部温度補正部
３：    第３流量指示調節計
４：    １次空気量演算器
４ａ：  １次空気基準量演算部
４ｂ：  炉底部温度補正部
５：    第４流量指示調節計
６：    空気分配比率演算器
６ａ：  分配比率基準演算部
６ｂ：  炉底部温度補正部
７：    ２次空気流量計
９：    汚泥焼却炉
１０，５０：  汚泥焼却炉の燃焼制御装置
１１：  炉内
２０：  第１流量指示調節計
２１：  汚泥供給路
２２：  汚泥流量計
２３：  インバータ式電動ポンプ
２４：  炉頂部温度センサ
２５：  第１温度指示調節計
２６：  助燃料供給操作機
２７：  助燃バーナ
２８：  炉出口
２９：  排ガス排出路
３０：  酸素分析計
３１：  全空気量演算器
３１ａ：  全空気基準量演算部
３１ｂ：  酸素濃度補正部
３２：  助燃料供給路
３３：  助燃料流量計
３４：  全空気供給操作機
３５：  酸素濃度指示調節計
３６：  第２流量指示調節計
３７：  空気供給路
３８：  全空気流量計
３９：  炉底部温度センサ
４０：  第２温度指示調節計
４１：  １次空気供給操作機
４２：  ２次空気供給操作機
４３：  １次空気流量計
４４：  押込ファン
【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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