(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも燃焼炉に投入される燃焼対象物の量、燃焼対象物の質、空気量、空気の温度、ストーカ速度のいずれかを制御対象とし、少なくとも炉内の温度、ガス濃度、ガス流れ方向、ガス流速、蒸発量のいずれかを制御指標とするとともに、少なくとも
（ａ）制御操作が行われる前記各制御対象に係る制御機構と、（ｂ）プロセスデータが得られる前記各制御指標に係る測定手段と、（ｃ）前記制御機構との間の制御信号および前記測定手段との間の出力信号を送受信する制御装置と、（ｄ）前記制御対象に係る制御量あるいは／および制御指標についてのプロセスデータを解析して、境界条件あるいは炉内分布を作成する燃焼解析装置と、（ｅ）前記制御量あるいは／およびプロセスデータを基に、特定の制御指標についてのシミュレーションを行い、シミュレーションデータを作成するシミュレーション装置と、を備え、
（ア）前記燃焼炉の最適の燃焼状態における、前記制御指標の境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏを設定する機能と、
（イ）実動条件における制御量あるいは／およびプロセスデータを基に、特定の制御指標ｎについてのシミュレーションを行い、得られたシミュレーションデータから、その境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎを作成する機能と、
（ウ）前記境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎを、前記境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏと比較し、所定の差異があれば、制御操作すべき制御対象を特定して制御操作する機能と、
（エ）前記制御操作後の実動条件における前記制御指標ｎに係るプロセスデータを、前記境界条件Ｆｎと比較し、所定の差異があれば、制御操作すべき制御対象を特定して制御操作する機能と、
を有することを特徴とする燃焼炉の燃焼制御システム。
【請求項２】
前記制御対象あるいは／および制御指標を基に物理化学モデルを作成する機能を有し、該物理化学モデルを用いてシミュレーションを行うことを特徴とする請求項１記載の燃焼炉の燃焼制御システム。
【請求項３】
少なくとも燃焼炉に投入される燃焼対象物の量、燃焼対象物の質、空気量、空気の温度、ストーカ速度のいずれかを制御対象とし、少なくとも炉内の温度、ガス濃度、ガス流れ方向、ガス流速、蒸発量のいずれかを制御指標として、燃焼状態を制御する燃焼炉の燃焼制御方法であって、少なくとも
（Ｓ１）燃焼制御システムを起動するステップと、
（Ｓ２）前記燃焼炉の最適の燃焼状態における、前記制御指標の境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏを設定するステップと、
（Ｓ３）実動条件における制御量あるいは／およびプロセスデータを基に、前記制御指標についてのシミュレーションを行い、シミュレーションデータを得るステップと、
（Ｓ４）該シミュレーションデータから、前記特定の制御指標ｎについての境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎを作成するステップと、
（Ｓ５）前記境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎを、前記境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏと比較するステップと、
（Ｓ６）該比較時に、所定の差異があれば、前記境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎが、前記境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏに近接するように、制御操作すべき制御対象Ｔ１を特定し、その操作量を設定するステップと、
（Ｓ７）前記制御対象Ｔ１について、前記操作量を制御操作するステップと、
（Ｓ８）前記制御操作後の実動条件における前記制御指標ｎに係るプロセスデータを、前記境界条件Ｆｎと比較するステップと、
（Ｓ９）該比較時に、所定の差異があれば、実測の制御指標ｎが、前記境界条件Ｆｎに近接するように、制御操作すべき前記制御対象Ｔ２を特定し、その操作量を設定するステップと、
（Ｓ１０）前記制御対象Ｔ２について、前記操作量を制御操作するステップと、
を有することを特徴とする燃焼炉の燃焼制御方法。
【請求項４】
前記ステップ（Ｓ６）において設定された制御対象Ｔ１の操作量を基に、前記ステップ（Ｓ３）〜（Ｓ６）を繰返し、前記制御指標についての所定の差異をなくすステップ、および／または前記ステップ（Ｓ１０）において設定された制御対象Ｔ２の操作量を基に、前記ステップ（Ｓ８）〜（Ｓ１０）を繰返し、前記制御指標についての所定の差異をなくすステップ、を有することを特徴とする請求項３記載の燃焼炉の燃焼制御方法。
【請求項５】
予め各制御対象の制御操作に伴うプロセスデータの変化の時間遅れを演算あるいは実測してメモリしておき、前記境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏの設定、シミュレーションデータおよび境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎの作成時に、該時間遅れを補正することを特徴とする請求項３または４記載の燃焼炉の燃焼制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃焼炉の燃焼制御システムおよびその燃焼制御方法に関し、特に、ごみ焼却炉などの燃焼制御に好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ごみ処理施設においては、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の引下げやダイオキシン類の発生防止を図って環境汚染を防止するとともに、熱回収の高効率化および排ガス処理設備の小型化等を可能とした次世代型燃焼方式が多く提案されている。この次世代型燃焼方式においては、安定した燃焼制御が要求され、具体的には（ｉ）燃焼熱量の安定化、（ii）目標とする空気比での安定燃焼、（iii）ダイオキシンや一酸化炭素（ＣＯ）の発生抑制およびＮＯｘの変動抑制などが要求されることになる。
【０００３】
また、燃焼炉の設計を行う場合には、焼却炉内のごみ厚み、炉内の温度分布、Ｏ２分布、ＣＯ分布などの制御対象を各種センサによって検出して、個々の制御ループで最適な燃焼を行うように制御することが行われている。
【０００４】
例えば、図６に例示するような燃焼制御装置を挙げることができる。一次燃焼部１１１の代表温度であるごみ表面温度と二次燃焼部１１２の代表温度である炉内温度を精度良く計測して燃焼制御を行うことで燃焼制御の信頼性を高め、ダイオキシン類等の有害ガスを低減させることができる。具体的には、ごみ焼却炉１００における一次燃焼部１１１のごみ表面温度を赤外線を介して測定するごみ表面温度測定器２２０と、炉内温度を測定する炉内温度センサ２１０と、ごみ表面温度および炉内温度に基づいて、燃焼制御を行う制御装置３００とを備えている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
さらに、ごみ処理施設においては、ごみホッパから供給されるごみの大きさや発熱量が一定でないため、蒸発量（換算蒸発量）を指標として一次燃焼空気量とごみ送り量を制御し、蒸発量が一定となるように調整していた。このとき、ごみを確実に燃し切り未燃分を出さないようにするために、燃切り点の位置によって、一次燃焼空気量とごみ送り量を制御していた。また、この燃焼空気量の変動によるＣＯの発生を抑制するために、炉出口の酸素濃度が一定になるように二次空気量を制御していた。さらに、二次空気の吹込みにより完全燃焼（ＣＯの抑制）を実現するために、炉出口からの排ガスを炉内に吹き込む排ガス再循環や炉内後燃焼ストーカ上部から排ガスを引き抜き炉内に吹き込む還流ガス方式などを用いることもあった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１０６５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術には、次のような課題がある。すなわち、各制御ループで制御を行う方法は、各制御ループがそれぞれ独立して制御を行うため、１つの応答によって他の制御対象に影響を及ぼすことがあり、総合的に最適な制御を行うことが難しい。
【０００８】
一般にごみ焼却炉は、ごみの内容や１日のごみ焼却量が日々変動することや、発電用にごみ焼却炉が使用されて一定量の発電量が必要になる場合や、ごみ焼却炉の運転コストを最も重視する場合など、個々の焼却炉において変動要因や個別要因が多く、個々の焼却炉において要求される運転条件はそれぞれ異なる。
【０００９】
このような個々に要求される運転条件やごみ内容による変動がある燃焼炉において、オペレータが燃焼炉内の制御対象を可視化した表示によって、その燃焼状態を常に監視し、最適な運転状態を実現すべく、自らの経験に基づいて各操作端（操作部）に対して補正指令を出すことは、現実的には難しい。
【００１０】
また、ストーカ上のゴミは、実際はすぐには燃焼せず、炉内の燃焼ガスにより乾燥されて、その後燃焼する工程がある。このため、炉内にゴミ投入されてから、実際に燃焼が開始するまでに、３０〜９０分程度の滞留時間が存在する。従って、蒸発量を指標としていると、この時間遅れなどにより理想の燃焼状態とは異なってきて、燃切り点の位置や一次空気と二次空気の分配が異なってくるために、排ガスが完全混合できずにＣＯピーク（突発的に発生するＣＯの高濃度領域）や、ＮＯｘ濃度の増加などが発生してしまうことがあった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて、炉内燃焼状況を最適な燃焼状態（理想の燃焼状態）に近づけるように、燃焼空気量等のプロセスデータを取得して、ごみ送りや燃焼空気量などを制御し、現実の燃焼炉の運転状態を理想の運転状態に近づけることができる燃焼炉の燃焼制御システムおよびその燃焼制御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】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す燃焼炉の燃焼制御システムおよびその燃焼制御方法により上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１３】
本発明に係る燃焼炉の燃焼制御システムは、少なくとも燃焼炉に投入される燃焼対象物の量、燃焼対象物の質、空気量、空気の温度、ストーカ速度のいずれかを制御対象とし、少なくとも炉内の温度、ガス濃度、ガス流れ方向、ガス流速、蒸発量のいずれかを制御指標とするとともに、少なくとも
（ａ）制御操作が行われる前記各制御対象に係る制御機構と、（ｂ）プロセスデータが得られる前記各制御指標に係る測定手段と、（ｃ）前記制御機構との間の制御信号および前記測定手段との間の出力信号を送受信する制御装置と、（ｄ）前記制御対象に係る制御量あるいは／および制御指標についてのプロセスデータを解析して、境界条件あるいは炉内分布を作成する燃焼解析装置と、（ｅ）前記制御量あるいは／およびプロセスデータを基に、特定の制御指標についてのシミュレーションを行い、シミュレーションデータを作成するシミュレーション装置と、を備え、
（ア）前記燃焼炉の最適の燃焼状態における、前記制御指標の境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏを設定する機能と、
（イ）実動条件における制御量あるいは／およびプロセスデータを基に、特定の制御指標ｎについてのシミュレーションを行い、得られたシミュレーションデータから、その境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎを作成する機能と、
（ウ）前記境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎを、前記境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏと比較し、所定の差異があれば、制御操作すべき制御対象を特定して制御操作する機能と、
（エ）前記制御操作後の実動条件における前記制御指標ｎに係るプロセスデータを、前記境界条件Ｆｎと比較し、所定の差異があれば、制御操作すべき制御対象を特定して制御操作する機能と、
を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、少なくとも燃焼炉に投入される燃焼対象物の量、燃焼対象物の質、空気量、空気の温度、ストーカ速度のいずれかを制御対象とし、少なくとも炉内の温度、ガス濃度、ガス流れ方向、ガス流速、蒸発量のいずれかを制御指標として、燃焼状態を制御する燃焼炉の燃焼制御方法であって、少なくとも
（Ｓ１）燃焼制御システムを起動するステップと、
（Ｓ２）前記燃焼炉の最適燃焼状態の燃焼状態における、前記制御指標の境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏを設定するステップと、
（Ｓ３）実動条件における制御量あるいは／およびプロセスデータを基に、前記制御指標についてのシミュレーションを行い、シミュレーションデータを得るステップと、
（Ｓ４）該シミュレーションデータから、前記特定の制御指標ｎについての境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎを作成するステップと、
（Ｓ５）前記境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎを、前記境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏと比較するステップと、
（Ｓ６）該比較時に、所定の差異があれば、前記境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎが、前記境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏに近接するように、制御操作すべき制御対象Ｔ１を特定し、その操作量を設定するステップと、
（Ｓ７）前記制御対象Ｔ１について、前記操作量を制御操作するステップと、
（Ｓ８）前記制御操作後の実動条件における前記制御指標ｎに係るプロセスデータを、前記境界条件Ｆｎと比較するステップと、
（Ｓ９）該比較時に、所定の差異があれば、実測の制御指標ｎが、前記境界条件Ｆｎに近接するように、制御操作すべき前記制御対象Ｔ２を特定し、その操作量を設定するステップと、
（Ｓ１０）前記制御対象Ｔ２について、前記操作量を制御操作するステップと、
を有することを特徴とする。
【００１５】
これらの燃焼炉の燃焼制御システムあるいは燃焼制御方法によれば、蒸発量や炉内温度等のプロセスデータのいくつかを制御指標として取得して、炉内燃焼状況をリアルタイムにシミュレーションし、最適燃焼状態（理想の燃焼状態）と比較することで、理想の燃焼状態に近づけるようなごみ送りや燃焼空気量を制御することが可能となる。特に、ごみの質（組成）や含有水分量などが時々刻々変化するごみ焼却炉などにおいては、ごみの燃焼状態の変化に伴う炉内燃焼状況の変化を局部的な観点ではなく、システム全体としての燃焼状況を把握しながら理想の燃焼状態に近づけるように制御することによって、常に最適な燃焼制御を行うことができ、突発的なＣＯピークや有害ガスの発生などを未然に防止することが可能となる。
【００１６】
つまり、従前の制御システムでは、実動条件における情報（制御対象における制御量および制御指標についてのプロセスデータ）と、これに対応する理想の燃焼状態における情報との比較によって、調整すべき制御量を設定していたために、上記のように、ごみ質の変化やストーカでの燃焼状態の変化などに追随した制御ができなかった。本発明においては、設置条件や要求仕様あるいは設計条件から、理想の燃焼状態における制御指標の境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏを設定することによって、実機の最適な燃焼制御システムあるいは燃焼制御方法の基準を明確にすることができる。次に、実動条件における情報からシミュレーションを行い、その境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎを作成することによって、従前での部分的な情報ではなく、システム全体のより正確な燃焼状態を把握することができる。このとき、境界条件や炉内分布あるいはシミュレーションは、複数の特定の制御指標について行うとともに、各制御指標について理想の燃焼状態と実動状態を比較し、制御調整することによって、システム全体の最適な燃焼制御を行うことができる。
【００１７】
ここで、「境界条件」とは、制御対象における制御量および制御指標のプロセスデータの最適値あるいは最適数値範囲をいい、例えば、炉内温度については、一次燃焼ゾーンの温度やストーカ上のごみ表面の温度などの特定部位の温度だけではなく、その特定部位を含む特定領域の平均温度、二次燃焼ゾーン断面の最高温度の部位（壁面からの距離）やそのときの所定温度（例えば８００℃）以上の特定領域の面積あるいは境界の位置などを境界条件として設定することができる。
また、「シミュレーションデータ」とは、ここでいう「シミュレーション」、つまり、実動条件における具体的な制御指標となる特定の情報（プロセスデータ）を用い、理想の燃焼状態に近い燃焼状態を形成できるように制御対象における制御量を設定した場合の、該制御量のデータおよびそのときの制御指標のプロセスデータをいう。
【００１８】
以上のように、燃焼制御システムについては、これらの制御操作に必要とされる手段や装置を明確にするとともに、各手段や装置が有する機能を明確にすることによって、最適の燃焼炉の燃焼制御システムを提供することが可能となった。燃焼制御方法については、これらの制御操作に必要とされる工程および各工程の機能を明確にすることによって、最適の燃焼炉の燃焼制御方法を提供することが可能となった。
【００１９】
本発明は、上記燃焼炉の燃焼制御システムであって、前記制御対象あるいは／および制御指標を基に、物理化学モデルを作成し、該物理化学モデルを用いてシミュレーションを行うことを特徴とする。
【００２０】
燃焼炉の燃焼制御は、その燃焼炉の仕様や機能が決定されることによって、制御対象あるいは／および制御指標（ここでは「要素」という）が決まるとともに、各要素を単純化し、相関関係を設定することができる。こうした相関関係を明確にすることによって、いわゆる「物理化学モデル」を作成することが可能となり、燃焼制御の優先度、あるいは特定の要素に対して制御操作することによる他の要素への影響を明確にすることができるとともに、物理化学モデルに用いてより正確なシミュレーションを行うことが可能となる。
【００２１】
本発明は、上記燃焼炉の燃焼制御方法であって、前記ステップ（Ｓ６）において設定された制御対象Ｔ１の操作量を基に、前記ステップ（Ｓ３）〜（Ｓ６）を繰返し、前記制御指標についての所定の差異をなくすステップ、および／または前記ステップ（Ｓ１０）において設定された制御対象Ｔ２の操作量を基に、前記ステップ（Ｓ８）〜（Ｓ１０）を繰返し、前記制御指標についての所定の差異をなくすステップ、を有することを特徴とする。
【００２２】
既述のように、ごみ焼却炉のような焼却炉においては、投入される燃焼処理物の質や量が時々刻々変化し、その質や量を正確に把握することが困難あるいは不可能となることがある。こうした場合、理想の燃焼状態に近づけるように、上記のようなシミュレーションをリアルタイムに行うとともに、境界条件や炉内分布から設定される操作量を基に燃焼制御することが好適である。こうしたシミュレーションあるいは境界条件や炉内分布の設定には所定の処理時間が必要であり、処理時間を長くとれば、精度の高い燃焼制御ができる一方、実動条件での燃焼処理物の質や量などの変動に追随するためには処理時間が短いことが好ましい。本発明は、長い処理時間に代え、シミュレーション時の理想の燃焼状態との比較による境界条件や炉内分布の設定や、実動条件におけるプロセスデータに基づく境界条件や炉内分布の設定を、反復して繰返すことによって、精度が高く、最適の燃焼炉の燃焼制御方法が可能となった。なお、このとき、前回の解析結果からリスタートし、境界条件変動量の分だけ反復してシミュレーションあるいは境界条件や炉内分布の再設定を行うことによって、処理時間の短縮を図ることが可能である。
【００２３】
本発明は、上記燃焼炉の燃焼制御方法であって、予め各制御対象の制御操作に伴うプロセスデータの変化の時間遅れを演算あるいは実測してメモリしておき、前記境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏの設定、シミュレーションデータおよび境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎの作成時に、該時間遅れを補正することを特徴とする。
【００２４】
一般の燃焼炉においては、制御操作に伴う炉内の変化は比較的早く、また制御対象が異なってもプロセスデータの変化の時間遅れは、各制御指標によって大きく異なることはなく一律の時間遅れ値を用いて補正することが可能であった。しかしながら、ごみ燃焼炉のように、ごみ燃焼炉においては、ごみの質（組成）や含有水分量などが時々刻々変化することから、１つの制御対象の操作と他の制御対象の操作によって、同一の制御指標であってもプロセスデータの時間遅れが異なることがあるとともに、各制御指標間においてもプロセスデータの時間遅れが異なることがある。リアルタイムに最適制御を行う本発明に係る燃焼炉の燃焼制御方法においては、こうした時間遅れを予め把握し（演算あるいは実測してメモリし）、境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏの設定、シミュレーションデータおよび境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎの作成時に、該時間遅れを補正することによって、より正確な炉内での燃焼状態の把握と次なる変化を想定した燃焼制御を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
上記したように、最適燃焼状態における境界条件あるいは炉内分布の設定、実動条件におけるシミュレーションおよび境界条件あるいは炉内分布の設定、実動条件におけるプロセスデータによる制御量の制御操作によって、現実の燃焼炉の燃焼状態を理想の燃焼状態に近づけることができる燃焼炉の燃焼制御システムおよびその燃焼制御方法を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。すなわち、本発明に係る燃焼炉の燃焼制御システムと燃焼制御方法を、ストーカ式ごみ焼却炉の燃焼制御に適用した場合について説明する。
【００２７】
＜本発明に係る燃焼炉の燃焼制御システム＞
本発明に係る燃焼炉の燃焼制御システム（以下「本燃焼システム」という）は、ストーカ式ごみ焼却炉（燃焼炉に相当し、以下「焼却炉」という）に対し、処理されるごみ（燃焼対象物に相当）および助燃用空気を入力とし、発生する熱量、排ガスおよび塵灰を出力とするとともに、少なくとも燃焼炉に投入されるごみの量、ごみの質、空気量、空気の温度、ストーカ速度のいずれかを制御対象とし、少なくとも炉内の温度、ガス濃度、ガス流れ方向、ガス流速、蒸発量のいずれかを制御指標として制御するもので、少なくとも
（ａ）制御操作が行われる各制御対象に係る制御機構と、（ｂ）プロセスデータが得られる各制御指標に係る測定手段と、（ｃ）制御機構との間の制御信号および測定手段との間の出力信号を送受信する制御装置と、（ｄ）制御対象に係る制御量あるいは／および制御指標についてのプロセスデータを解析して、境界条件あるいは炉内分布を作成する燃焼解析装置と、（ｅ）制御量あるいは／およびプロセスデータを基に、特定の制御指標についてのシミュレーションを行い、シミュレーションデータを作成するシミュレーション装置と、を備える。
【００２８】
このとき、本燃焼システムは、少なくとも
（ア）燃焼炉の最適の燃焼状態（理想の燃焼状態）における、制御指標の境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏを設定する機能と、
（イ）実動条件における制御量あるいは／およびプロセスデータを基に、特定の制御指標ｎについてのシミュレーションを行い、得られたシミュレーションデータから、その境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎを作成する機能と、
（ウ）境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎを、境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏと比較し、所定の差異があれば、制御操作すべき制御対象を特定して制御操作する機能と、
（エ）制御操作後の実動条件における制御指標ｎに係るプロセスデータを、境界条件Ｆｎと比較し、所定の差異があれば、制御操作すべき制御対象を特定して制御操作する機能と、を備える。
【００２９】
図１は、本燃焼システムの概略全体構成を示し、（ａ）制御機構ＯＰおよび（ｂ）測定手段ＳＥが設けられた焼却炉１０が、（ｃ）制御装置２０と、（ｄ）燃焼解析装置３０と、（ｅ）シミュレーション装置４０と、連携して所定の制御を行うとともに、さらに必要に応じて燃焼状態比較表示装置５０が設けられる。
【００３０】
焼却炉１０は、ごみを貯留するホッパ１とごみを燃焼させるストーカ３が炉本体２に設けられ、ホッパ１のごみは、ごみ供給装置４によってストーカ３に送られる。ストーカ３は、乾燥ストーカ３Ａと燃焼ストーカ３Ｂと後燃焼ストーカ３Ｃとから構成され、それぞれ別々に往復移動駆動されてごみを送給する。炉本体２は、ストーカ３の上部に設けられた一次燃焼ゾーン２Ａと、さらにその上部の二次燃焼ゾーン２Ｂと、ストーカ３および一次燃焼ゾーン２Ａに空気を供給する一次燃焼空気供給装置５と、二次燃焼ゾーン２Ｂに二次燃焼空気を供給する二次燃焼空気供給装置６と、塵灰を排出する灰排出部７と、炉内の排ガスを排出する排ガス排出部８が設けられる。一次燃焼空気は、送風機５Ｆ、一次空気ダクト５Ｄおよび調整弁５Ａ，５Ｂ，５Ｃを介して供給される。二次燃焼空気は、送風機６Ｆ、二次空気ダクト６Ｄおよび第１，第２，第３空気ノズル６Ａ，６Ｂ，６Ｃを介して供給される。
【００３１】
ホッパ１に投入されたごみは、乾燥ストーカ３Ａ・燃焼ストーカ３Ｂ・後燃焼ストーカ３Ｃの順に送られながら、一次燃焼空気によって一次燃焼する。乾燥ストーカ３Ａでは、後段の燃焼ストーカ３Ｂ・後燃焼ストーカ３Ｃでの燃焼により生じる高温燃焼ガスによって主としてごみが乾燥し、一部燃焼が始まる。乾燥ストーカ３Ａ上のごみから発生するガスは、水分の蒸発による水蒸気、乾留によって生じる炭化水素ガス、不完全燃焼によって生じるＣＯや完全燃焼による二酸化炭素（ＣＯ２）などである。燃焼ストーカ３Ｂでは、一次燃焼空気により、主としてごみが燃焼する。燃焼ストーカ３Ｂに供給される一次燃焼空気はごみの燃焼に必要十分な量であり、燃焼ストーカ３Ｂ上のごみから発生するガスは高濃度のＮＯｘを含んでいる。後燃焼ストーカ３Ｃでは、焼却灰中の未燃分の燃え切りを図る。二次燃焼ゾーン２Ｂでは、その下部，中部，上部に二次燃焼空気を供給して、一次燃焼ゾーン２Ａからの未燃物または不完全燃焼物を完全燃焼させる。燃焼によって発生した塵灰は、灰排出部７から排出され、炉内の排ガスは、排ガス排出部８から排出される。このとき、排ガス中のＣＯやＮＯｘおよび酸素（Ｏ２）などが所定濃度以下となるように管理される。
【００３２】
〔本燃焼システムの構成要素〕
（ａ）制御機構ＯＰ
本燃焼システムの制御機構ＯＰは、図１に示すように、
（ａ−１）ごみの投入量を制御操作するごみ供給装置４、
（ａ−２）ストーカ速度を制御操作するストーカ駆動装置３Ｄ、
（ａ−３）一次燃焼空気供給装置５に設けられ、一次燃焼空気の全量を制御操作する送風機５Ｆと、ストーカ３Ａ，３Ｂ，３Ｃに対応するように各空気量を制御操作する調整弁５Ａ，５Ｂ，５Ｃ、
（ａ−４）二次燃焼空気供給装置６に設けられ、二次燃焼空気の全量を制御操作する送風機６Ｆと、二次燃焼ゾーン２Ｂの下部，中部，上部に対応するように各空気量を制御操作するノズル６Ａ，６Ｂ，６Ｃ、
（ａ−５）一次燃焼空気の温度を制御操作する一次燃焼空気予熱器５Ｅ、
（ａ−６）二次燃焼空気の温度を制御操作する二次燃焼空気予熱器６Ｅ
を有する。他に、図示していないが、一次燃焼空気ダンパ駆動装置、二次燃焼空気ダンパ駆動装置、還流ガスファン駆動装置などを制御機構としてもよい。燃焼空気供給の配置あるいは供給量は、炉内分布に大きな影響を与えることから、一次・二次燃焼空気量のバランスおよび一次燃焼空気の調整弁５Ａ，５Ｂ，５Ｃや二次燃焼空気の第１，第２，第３空気ノズル６Ａ，６Ｂ，６Ｃの配置とそこから供給する空気量のバランスを適切に制御することが必要となる。配置については、本燃焼システムの設計条件から、理想の燃焼状態を形成できるように設定され、空気量は、実動条件での燃焼状態から制御操作される。
【００３３】
（ｂ）測定手段ＳＥ
本燃焼システムの測定手段ＳＥは、図１に示すように、
（ｂ−１）ホッパ１に投入されるごみの量と質を測定するセンサ部として、ごみ投入重量検出センサ１２とレーザ距離計１３とが設けられている。レーザ距離計１３により、ごみ表面までの距離を測定して、投入されるごみ体積を測定する。ごみ投入重量検出センサ１２は、ごみの重量を測定する。ごみの体積と重量を検出することにより、ごみの比重の変化を所定時間間隔で検出することができる。ごみ比重が分かれば、ある程度ごみ質を予測することができる。
（ｂ−２）焼却炉１０内の燃焼状態を検出するセンサ部が設けられている。つまり、ガス分布に関するプロセスデータを検出するセンサ部として、例えば、ＮＯｘ濃度計１４、Ｏ２濃度計１５、ＣＯ濃度計１６が二次燃焼ゾーン２Ｂ、一次燃焼ゾーン２Ａの少なくとも一方に設けられている（図１では二次燃焼ゾーン２Ｂのみに設けた例を示す）。ここで、ＮＯｘ濃度計１４、Ｏ２濃度計１５、ＣＯ濃度計１６としては、レーザ発信器（図示せず）が波長をスキャンしながら強さ一定のレーザ光をガスに照射し、レーザ受信器によって残存のレーザ光を測定することにより、ガスの濃度や温度を検出する方式を採用してもよい。また、各ガスの濃度を検出する公知のセンサを使用しても良い。さらに、図１においては、ガス流れ方向に関するセンサ部として、ガス流速計１７が例えば、一次燃焼ゾーン２Ａに設けられ、温度分布に関するプロセスデータを検出するセンサ部として、赤外線放射温度計１８が一次燃焼ゾーン２Ａに設けられている。燃焼炉１０の終端には、燃焼に伴うエネルギー量に相当する蒸発量を測定するセンサとして、ごみから生じる蒸気流量を検出する蒸気流量計１９が設けられている。他のセンサ部としては、発電量検出計などを用いることが可能である。これらセンサ部からの各検出信号（検出情報）が、プロセスデータとしてそれぞれ制御装置２０に入力される。
【００３４】
（ｃ）制御装置
制御装置２０は、図２に示すように、制御機構ＯＰとの間の制御信号および測定手段ＳＥとの間の出力信号を送受信するとともに、この測定手段ＳＥからのプロセスデータを取得するプロセスデータ取得部２０Ａと、燃焼解析装置３０からの解析データに基づいて制御機構ＯＰを制御操作する操作量を算出する操作量算出部２０Ｂとを備える。
つまり、プロセスデータ取得部２０Ａで取得されたデータは、燃焼解析装置３０へ送信される。また、操作量算出部２０Ｂには、操作量を決定するための「規則」を記憶する規則記憶部２０Ｃが設けられ、「規則」に基づき、燃焼解析装置３０からの、理想の燃焼状態における境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏと、（シミュレーションによって作成された）実動の燃焼状態における境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎとの差異に対応した、操作量が算出されるとともに、制御機構ＯＰが制御操作される。規則記憶部２０Ｃに記憶されている「規則」には、制御操作すべき制御対象の操作量を決定するための演算条件、演算式などがある。
このとき、演算前にプロセスデータに対し次のような所定の処理を行うことが好ましく、こうした処理機能を有することが好ましい。具体的には、（ｃ１）所定時間あるいは所定数のデータの平均処理、特に移動平均処理、（ｃ２）いわゆるスパイクノイズを削除するために、所定時間内のデータあるいは所定数のデータから上位値および下位値を削除して平均する、（ｃ３）特定のプロセスデータを基準にし、他のプロセスデータの時間遅れを補正する（詳細は後述する）ことによって、より正確な演算処理を行うことができる。
【００３５】
（ｄ）燃焼解析装置
燃焼解析装置３０は、図２に示すように、制御装置２０からのプロセスデータを取得するプロセスデータ記憶部３０Ａと、境界条件あるいは炉内分布を作成する境界条件設定部３０Ｂと、理想燃焼状態算出部３０Ｃと、現実燃焼状態算出部３０Ｄとを備えている。
境界条件設定部３０Ｂは、境界条件あるいは炉内分布を作成するための、制御対象に係る制御量あるいは／および制御指標についてのプロセスデータを解析する演算条件、演算式などが記憶され、本燃焼システムの設置条件や要求仕様あるいは設計条件が入力可能に記憶される。例えば、要求蒸発量や法規制の対象となる排ガス中のＣＯやＮＯｘ等の濃度なども記憶される。
理想燃焼状態算出部３０Ｃは、本燃焼システムの設計条件等（制御対象に係る制御量あるいは制御指標についてのプロセスデータを含む）から、理想の燃焼状態における境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏを算出し作成する。このとき、解析手段としては、多変量解析法やＡＲアルゴリズムを用いた自己回帰推定法などを基本とし、本燃焼システムにおける模擬試験あるいは実装試験の結果や従前の炉内燃焼実績などに合致するように、修正された手法を用いることが好ましい。現実燃焼状態算出部３０Ｄは、制御対象に係る制御量および制御指標についてのプロセスデータを解析して、実動の燃焼状態における境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎを算出し作成する。このとき、特定の制御指標ｎについてのシミュレーションを行い、後述するシミュレーション装置４０において得られたシミュレーションデータから、その境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎを作成される。また、１次制御操作後の実動条件における制御指標ｎに係るプロセスデータを、境界条件Ｆｎと比較し、所定の差異があれば、２次制御操作すべき制御対象を特定して制御操作する。
このとき、上記（ｃ）と同様、演算前にプロセスデータに対し所定の処理（ｃ１）〜（ｃ３）を行うことが好ましく、理想燃焼状態算出部３０Ｃおよび現実燃焼状態算出部３０Ｄには、こうした処理機能を有することが好ましい。
【００３６】
（ｅ）シミュレーション装置
シミュレーション装置４０は、予め設定した、実動条件における制御量あるいは／およびプロセスデータを基に、特定の制御指標についてのシミュレーションを行い、シミュレーションデータを作成するとともに、得られたシミュレーションデータから、その境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎを作成する。このとき、制御対象あるいは／および制御指標を基に、物理化学モデルを作成し、該物理化学モデルを用いてシミュレーションを行うことが可能であり、詳細は後述する。このとき、上記（ｃ），（ｄ）と同様、演算前にプロセスデータに対し所定の処理（ｃ１）〜（ｃ３）を行うことが好ましく、こうした処理機能を有することが好ましい。
【００３７】
（ｆ）燃焼状態比較表示装置
燃焼状態比較表示装置５０は、理想と現実の２つの解析結果データを対比させて表示されるために設けられる。例えば、後述するような炉内分布（図４参照）を可視化することによって、制御量やプロセスデータを基に燃焼状態の適否を判断するだけではなく、燃焼炉全体の動きから燃焼状態の適否を判断することができる。起動時あるいは実動運転時に定期的に点検確認作業を行うときに有用である。また、こうした表示からセンサの配置や本燃焼システムの制御方法全体の見直しを図ることが可能となる。
【００３８】
〔燃焼炉の燃焼制御方法〕
図３は、燃焼制御システムの処理例を示すフローチャートであり、これに基づいて本燃焼制御システムによる処理方法（燃焼炉の燃焼制御方法、以下「本燃焼方法」という）を説明する。処理プロセスは、ごみ焼却炉を具体例とし、以下のステップ（Ｓ１）〜（Ｓ１０）からなる。
【００３９】
（Ｓ１）燃焼制御システムの起動
まず、燃焼制御システムを起動し、焼却炉１０、制御装置２０、燃焼解析装置３０、シミュレーション装置４０および燃焼状態比較表示装置５０が、各装置が機能する状態を形成する。
【００４０】
（Ｓ２）境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏの設定
本燃焼システムの設置条件や要求仕様あるいは設計条件などから、最適燃焼状態を形成するための、理想の燃焼状態の境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏを設定する。つまり、
（Ｓ２−１）本燃焼システムが稼動するごみ投入量（ごみの重量およびごみ供給装置４の供給速度）、ごみ質（ごみの組成あるいは供給熱量）、および要求される蒸発量や規制される排ガス中の特定成分（ＣＯやＮＯｘ等）の濃度を燃焼解析装置３０に入力すると、
（Ｓ２−２）理想燃焼状態算出部３０Ｃにおいて、予め設定された解析方法（解析ソフトなど）によって、制御対象および制御指標の境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏが設定される。
（Ｓ２−３）設定された境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏは、境界条件設定部３０Ｂに記憶される。
【００４１】
このとき、供給されるごみが均一な組成あるいは熱量を有する燃焼対象物であることを基本条件として設定される。具体的には、燃焼炉の能力からごみ投入量に対するストーカ速度が設定され、想定されるごみの組成（プラスチックス、水分や無機物など）から完全燃焼に必要となる酸素量(一次・二次燃焼空気量)および加熱温度、そのときの発熱量と排ガスの温度条件が設定される。ただし、要求される蒸発量や規制される排ガス中の特定成分（ＣＯやＮＯｘ等）の濃度によって、これらは制限される。また、図１に示す３段階のストーカ３を用いる本燃焼方法においては、後燃焼ストーカ３Ｃにおいて燃切位置を設定するとともに、一次燃焼空気の調整弁５Ａ，５Ｂ，５Ｃでの各空気供給量が設定される。さらに、これらと燃焼炉の構造および空気混合比（λ）から、燃焼排ガスの組成およびガスの流れや温度あるいは特定成分ガスの濃度の炉内での分布状態が設定されるとともに、二次燃焼空気の第１，第２，第３空気ノズル６Ａ，６Ｂ，６Ｃでの各空気供給量が設定される。
【００４２】
境界条件Ｆｏは、各制御対象における制御量および制御指標の最適値あるいは最適数値範囲をいい、例えば、ごみ焼却炉の仕様から１時間に処理されるごみの最適数値範囲である、ごみ投入量１〜５０ｔ／ｈｒ、供給熱量１０００〜２００００ｋｃａｌ／ｈｒを入力すると、理想の燃焼状態となる制御量として、一次燃焼空気量、一次燃焼空気温度、二次燃焼空気量、二次燃焼空気温度、ストーカ速度が設定され、理想の燃焼状態での制御指標の最適数値範囲として、図１に設置された各センサ部での、流量１〜５ｍ／ｓｅｃ、温度８００〜１２００℃、ＮＯｘ１００ｐｐｍ以下、ＣＯ濃度１００ｐｐｍ以下、Ｏ２濃度１〜１０％、蒸発量１０００〜６００００ｋｇ／ｈｒが設定される。また、炉内分布Ｍｏは、特定の制御指標についての炉内分布をいい、図４（Ａ−ａ）〜（Ａ−ｃ）に例示するように、可視化可能な設定を行うことが好ましい。具体的には、上記制御量について特定の条件を入力することによって、図４（Ａ−ａ）に例示する「ガスの流れ」、図４（Ａ−ｂ）に例示する「ＣＯ濃度」、図４（Ａ−ｃ）に例示する「温度分布」などのような設定を行うことができる。むろん、これ以外にも上記の例における「ＮＯｘ濃度」や「Ｏ２濃度」などの分布を設定する。
【００４３】
（Ｓ３）シミュレーションデータの作成
実動条件の燃焼状態において、特定の制御対象について、具体的な制御指標となる特定のプロセスデータを用いてシミュレーションを行い、各制御指標についてのシミュレーションデータを得る。つまり、
（Ｓ３−１）実動条件におけるごみ投入量およびごみ質に関するプロセスデータが、測定手段（ｂ）からプロセスデータ取得部２０Ａを介してプロセスデータ記憶部３０Ａに記憶されるとともに、シミュレーション装置４０に入力されると、
（Ｓ３−２）上記（Ｓ２）と同様、予め設定されたシミュレーション方法（シミュレーションソフトなど）によって、最適となる、一次・２次燃焼空気量などの制御量と、発熱量および加熱温度などの制御指標についてのシミュレーションデータが作成される。
（Ｓ３−３）作成されたシミュレーションデータは、シミュレーション装置４０に記憶される。
【００４４】
このとき、シミュレーションデータとなる各データは、リアルタイムのデータとなる。また、ごみ投入量およびごみ質に関するプロセスデータは、実際に重量センサ１２およびレーダ距離計１３によって測定されたプロセスデータが用いられることから、上記（Ｓ２）のような均一な組成あるいは熱量を有する燃焼対象物とはならず、そのシミュレーションデータは、時々刻々変化するとともに外乱によって種々のノイズを含む情報となる。ただし、上記処理（ｃ１）〜（ｃ３）を行うことによって、上記（Ｓ２）に近い条件で、かつ実際のごみ質に近い条件でのシミュレーションを行うことが可能である。
【００４５】
（Ｓ４）実動条件における境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎの作成
シミュレーションデータから、特定の制御指標ｎについての境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎを作成する。つまり、上記（Ｓ３）で述べたように、シミュレーションデータは時々刻々変化するとともに、制御操作に伴う時間的遅れも各制御指標のデータごとに異なることから、そのまま制御量を設定し制御操作を行うことはできない。理想の燃焼状態に近い燃焼状態を形成するために、上記（Ｓ３）において得られたシミュレーションデータを用いて、上記境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏと対比できる境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎを作成して、これを基に制御操作を行うことが必要となる。
【００４６】
具体的には、実動条件において、
（Ｓ４−１）シミュレーションデータとして得られた一次・２次燃焼空気量などの制御量に関するデータは、現実燃焼状態算出部３０Ｄを介して操作量算出部２０Ｂに伝達され、実際に制御機構ＯＰが制御操作される。
（Ｓ４−２）その結果、発熱量や加熱温度などのプロセスデータが、プロセスデータ取得部２０Ａを介してプロセスデータ記憶部３０Ａに記憶されるとともに、シミュレーション装置４０に入力される。
（Ｓ４−３）シミュレーションデータとしての制御指標のデータと相違する場合には、そのシミュレーションデータになるように、再度その制御量に関するデータが、現実燃焼状態算出部３０Ｄ、操作量算出部２０Ｂを介して、関連する制御対象に対して伝達され、実際に制御機構ＯＰが制御操作される。
（Ｓ４−４）このときの制御量および操作後のプロセスデータを、現実燃焼状態算出部３０Ｄにおいて、新たな境界条件Ｆｎとするとともに、この境界条件Ｆｎに基づき炉内分布Ｍｎを作成する。炉内分布Ｍｎは、上記（Ｓ２）における炉内分布Ｍｏと同様、「ガスの流れ」について図４（Ｂ−ａ）、「ＣＯ濃度」について図４（Ｂ−ｂ）、「温度分布」について図４（Ｂ−ｃ）に例示する。などのような設定を行うことができる。
（Ｓ４−５）作成された境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎは、境界条件設定部３０Ｂに記憶される。
【００４７】
（Ｓ５）境界条件ＦｏとＦｎあるいは炉内分布ＭｏとＭｎとの比較
実動条件の燃焼状態を理想の燃焼状態に近づけるには、その制御量および制御指標においてできる限り一致することが好ましく、
（Ｓ５−１）上記（Ｓ４）によって作成された実動条件の燃焼状態における境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎを、上記（Ｓ３）によって設定された理想の燃焼状態における境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏと比較する。
（Ｓ５−２）境界条件Ｆｎが、上記のような境界条件Ｆｏの各範囲内にあれば差異なしとして扱い、所定の差異があれば、次のステップ（Ｓ６）にて制御操作される。一方、炉内分布Ｍｎについては、ＣＯ濃度の炉内分布を例にとると、例えば図４（Ｂ−ｂ）におけるＣＯ１００ｐｐｍの領域の最上端Ｐｂと二次燃焼ゾーンの境界面Ｌとの距離が、図４（Ａ−ｂ）における最上端Ｐａと境界面Ｌとの距離に対し、所定値（例えば１０％）以内の場合には差異なしとして扱い、それを超える場合には所定の差異ありとして、次のステップ（Ｓ６）にて制御操作される。差異の判断は、ＣＯ濃度のピークではなく、図４（Ｂ−ｂ）および図４（Ａ−ｂ）におけるＣＯ１００ｐｐｍの領域の面積の比率、あるいは炉内のＣＯの総量の比率など任意に設定することができるが、こうした規制の臨界値など重要な意義を有する数値を基準にすることが好ましい。
【００４８】
（Ｓ６）制御操作すべき制御対象の特定および操作量の設定
上記（Ｓ５）において、所定の差異があれば、境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎが、境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏに近接するように、
（Ｓ６−１）制御操作すべき制御対象Ｔ１を特定し、
（Ｓ６−２）その操作量を設定する。
【００４９】
このとき、境界条件ＦｏとＦｎの比較において差異がある場合には、演算用のテーブルを用意して制御対象を特定し正負の制御量を設定するとともに、その制御順位を明確にすることが好ましい。具体的には、規則記憶部２０Ｃに、こうした演算用のテーブルを記憶させ、差異値およびその正負に対応して制御対象Ｔ１を特定し、その制御量が設定される。
【００５０】
また、炉内分布ＭｏとＭｎの比較において差異がある場合には、これと異なり、複数の制御指標における炉内分布ＭｏとＭｎの比較することが好ましい。例えばＣＯ濃度の炉内分布を示す図４（Ａ−ｂ）と（Ｂ−ｂ）との比較において、実動条件でのＣＯ濃度のピークが、理想状態よりも排ガス排出部８に近い状態にある。この場合、その原因として、いくつかの要素が考えられる。
（ｉ）物理的には、一次燃焼空気量、特に調整弁５Ｂからの供給量が多いために吹き上げられたことが挙げられる。
（ii）燃焼反応からは、一次燃焼空気の温度が低い、あるいはごみ質が不燃性の成分を多く含むこと、などから未燃焼の排ガスの絶対量が多いことが挙げられる。
ここで、ガスの流れの炉内分布を示す図４（Ａ−ａ）と（Ｂ−ａ）とを比較すると、実動条件での二次燃焼ゾーン入口近傍右側のガスの流れＧｂが、理想状態の同位置のガスの流れＧａよりも大きいことが判る。また、炉内の温度分布を示す図４（Ａ−ｃ）と（Ｂ−ｃ）とを比較すると、実動条件での炉右側上部の温度Ｔｂが、理想状態の同位置の温度Ｔａよりも高いことが判る。つまり、上記要素（ｉ）が、その原因として強いとの判断ができることから、その対応として、まず、調整弁５Ｂからの供給量を減少させ、一次燃焼ゾーンでの温度が低下する場合には、調整弁５Ｂから供給する空気の温度を上げる方法を挙げることができる。こうした目視での判断と同様の判断機能を燃焼解析装置に備えることは可能であり、制御量の設定において、優先順位に従い制御対象Ｔ１を特定し、その制御量を設定することによって、安定した制御を行うことができる。
【００５１】
（Ｓ７）制御対象に対する制御操作
制御対象Ｔ１が特定され、その制御量を設定されれば、
（Ｓ７−１）実際に制御対象Ｔ１について、制御操作を行う。
（Ｓ７−２）このとき、制御量のデータおよび各制御指標におけるプロセスデータは、プロセスデータ記憶部３０Ａに記憶される。
【００５２】
（Ｓ８）制御操作後のプロセスデータと境界条件Ｆｎの比較
制御操作後の実動条件における制御指標ｎに係るプロセスデータを、境界条件Ｆｎと比較する。つまり、上記（Ｓ５）同様、
（Ｓ８−１）制御操作後のプロセスデータを、上記（Ｓ４）において作成された境界条件Ｆｎと比較する。
（Ｓ８−２）制御操作後のプロセスデータと境界条件Ｆｎとの差異が、上記のような境界条件Ｆｏの各範囲内にあれば差異なしとして扱い、
所定の差異があれば、次のステップ（Ｓ９）にて制御操作される。
【００５３】
（Ｓ９）制御操作すべき制御対象の特定および操作量の設定
上記（Ｓ８）において、所定の差異があれば、実測の制御指標ｎが、境界条件Ｆｎに近接するように、
（Ｓ９−１）制御操作すべき制御対象Ｔ２を特定し、
（Ｓ９−２）その操作量を設定する。
このとき、上記（Ｓ６）同様、演算用のテーブルを用いて制御対象を特定し正負の制御量を設定するとともに、その制御順位を明確にすることが好ましい。
【００５４】
（Ｓ１０）制御対象に対する制御操作
制御対象Ｔ２が特定され、その制御量を設定されれば、
（Ｓ１０−１）実際に制御対象Ｔ２について、制御操作を行う。
（Ｓ１０−２）このとき、制御量のデータおよび各制御指標におけるプロセスデータは、プロセスデータ記憶部３０Ａに記憶される。
【００５５】
上記燃焼炉の燃焼制御方法であっては、ステップ（Ｓ６）において設定された制御対象Ｔ１の操作量を基に、ステップ（Ｓ３）〜（Ｓ６）を繰返し、制御指標についての所定の差異をなくすステップ、および／またはステップ（Ｓ１０）において設定された制御対象Ｔ２の操作量を基に、ステップ（Ｓ８）〜（Ｓ１０）を繰返し、制御指標についての所定の差異をなくすステップ、を有することが好ましい。上記のように理想の燃焼状態に基づく制御では、不均質なごみが投入される実動条件を反映させた燃焼状態を形成することが難しいことがあり、シミュレーション時の理想の燃焼状態との比較による境界条件や炉内分布の設定や、実動条件におけるプロセスデータに基づく境界条件や炉内分布の設定を、反復して繰返すことによって、現実の運転状態において最適な燃焼制御方法が可能となった。なお、このとき、ステップ（Ｓ３）あるいはステップ（Ｓ８）の起点を、前回あるいはメモリされた従前の解析結果を用いてリスタートすることが可能であり、比較される境界条件等の変動分だけを、再シミュレーションあるいは境界条件や炉内分布の再設定を行うことによって、処理時間の短縮を図ることが可能である。
【００５６】
〔物理化学モデルについて〕
本燃焼方法においては、シミュレーションデータの作成や、境界条件Ｆｏ，Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｏ，Ｍｎを設定，作成する機能が重要な役割を果たしている。ここで、制御対象あるいは／および制御指標を基に、物理化学モデルを作成し、該物理化学モデルに用いて、こうしたシミュレーションや境界条件あるいは炉内分布の作成を行うことが好ましい。本燃焼システムにおいては上記のような種々の制御対象や制御指標（要素）が関与する。そこで各要素を単純化し、相関関係を明確にすることによって、いわゆる「物理化学モデル」を作成することが可能となり、燃焼制御の優先度、あるいは特定の要素に対して制御操作することによる他の要素への影響を明確にすることができるとともに、物理化学モデルを用いてより正確なシミュレーションを行うことが可能となる。物理化学モデルとしては、例えば、ボイラモデル、燃焼室モデル、ストーカモデルなどが考えられるが、具体的には、図５（Ａ）に例示するような「ごみ焼却炉の燃焼シミュレーションにおける物理化学モデル」を挙げることができる。「燃焼反応モデル」を中心として、物質の収支を主にモデル化する「物質移動モデル」および関連する「ガス状態モデル」と「塵灰モデル」、エネルギーの収支を主にモデル化する「エネルギー移動モデル」および関連する「輻射・伝熱モデル」が、相互に結びつき物理化学モデルを構成する。さらに、これを利用して、図５（Ａ）に例示するように、本燃焼システムにおける制御対象（括弧内はそれに関連する制御指標を示す）を体系的に表すことができる。
【００５７】
〔時間遅れの補正について〕
本燃焼方法であっては、より正確な演算処理を行うために、予め各制御対象の制御操作に伴うプロセスデータの変化の時間遅れを演算あるいは実測してメモリしておき、境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏの設定、シミュレーションデータおよび境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎの作成時に、該時間遅れを補正することが好ましい。ごみの質（組成）や含有水分量などが時々刻々変化するごみ焼却炉にあっては、１つの制御対象の操作と他の制御対象の操作によって、同一の制御指標であってもプロセスデータの時間遅れが異なることがあるとともに、各制御指標間においてもプロセスデータの時間遅れが異なることがある。こうした時間遅れを、予め演算あるいは実測して把握するととともに、プロセスデータ記憶部３０Ａにメモリし、境界条件Ｆｏあるいは炉内分布Ｍｏの設定、シミュレーションデータおよび境界条件Ｆｎあるいは炉内分布Ｍｎの作成時に、時間遅れを補正することによって、より正確な燃焼制御が可能となる。また、時間遅れとは、ズレ時間（Ｔｄ）と応答遅れ（例えば最終応答の９０％までの時間として「Ｔ９０」で表す）の２つの要素があり、各制御対象の変動に対応する１の制御指標の時間遅れを記憶し、多変量に対する補正を行うことが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係る燃焼制御方法および燃焼制御システムを適用できる燃焼炉としては、焼却炉に限定されるものではなく、電気式灰溶融炉、ガス化溶融炉などであってもよい。その場合、電気式灰溶融炉が取得するプロセスデータとしては、灰供給、スラグ流れ、電極間距離、温度分布、Ｏ２分布、ＣＯ分布、ＮＯｘ分布、ガス流れ方向、ガス流速などを例示できる。また、ガス化溶融炉が取得するプロセスデータとしては、温度分布、Ｏ２分布、ＣＯ分布、ＮＯｘ分布、ガス流れ方向、ガス流速などを例示できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る燃焼制御システムの概略全体構成を示す説明図
【図２】本発明に係る燃焼制御システムの一例を示す概略ブロック図
【図３】本発明に係る燃焼制御システムの処理例を示すフローチャート
【図４】本発明に係る燃焼制御システムを用いて行った解析結果を例示する説明図
【図５】本発明に係る燃焼制御システムにおける物理化学モデルを例示する説明図
【図６】従来技術に係る燃焼制御装置の構成例を示す説明図
【符号の説明】
【００６０】
１    ホッパ
２    炉本体
２Ａ  一次燃焼ゾーン
２Ｂ  二次燃焼ゾーン
３    ストーカ
３Ａ  乾燥ストーカ
３Ｂ  燃焼ストーカ
３Ｃ  後燃焼ストーカ
３Ｄ  ストーカ駆動装置
４    ごみ供給装置
５    一次燃焼空気供給装置
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ  調整弁
５Ｄ  一次空気ダクト
５Ｅ  一次燃焼空気予熱器
５Ｆ，６Ｆ  送風機
６    二次燃焼空気供給装置
６Ａ  第１空気ノズル
６Ｂ  第２空気ノズル
６Ｃ  第３空気ノズル
６Ｄ  二次空気ダクト
６Ｅ  二次燃焼空気予熱器
７    灰排出部
８    排ガス排出部
１０  燃焼炉
１２  ごみ投入重量検出センサ
１３  レーザ距離計
１４  ＮＯｘ濃度計
１５  Ｏ２濃度計
１６  ＣＯ濃度計
１７  ガス流速計
１８  赤外線放射温度計
１９  蒸気流量計
２０  制御装置
２０Ａ  プロセスデータ取得部
２０Ｂ  操作量算出部
２０Ｃ  規則記憶部
３０  燃焼解析装置
３０Ａ  プロセスデータ記憶部
３０Ｂ  境界条件設定部
３０Ｃ  理想燃焼状態算出部
３０Ｄ  現実燃焼状態算出部
４０  シミュレーション装置
５０  燃焼状態比較表示装置
ＯＰ  制御機構
ＳＥ  測定手段
【図１】
0005179163.tif 000002
【図２】
0005179163.tif 000003
【図３】
0005179163.tif 000004
【図４】
0005179163.tif 000005
【図５】
0005179163.tif 000006
【図６】
0005179163.tif 000007