JP2000274675A - 燃焼炉の燃焼方法及び燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 階段状火格子の燃焼領域に供給する気体流量
を制御する事により、燃え切り燃えきり点位置を適正な
位置に保持し、燃料の完全燃焼を促進し、さらに燃焼灰
中の未燃分を減少すること。 【解決手段】 本発明は、燃焼炉１において、階段状火
格子４上の燃焼領域の直上部に設置したテレビカメラ２
０を用いて撮影した画像を画像処理して、主燃焼領域２
１とおき燃焼領域２２の境界である燃え切り点位置を検
出し、該燃え切り点位置が所定の位置より燃料供給口２
から灰排出口５側にずれた場合に気体流量調節弁１５又
は１６によって階段状火格子４上における燃焼領域の燃
料供給口２側に供給する気体流量を増やし、該燃え切り
点位置が所定の位置より灰排出口５から燃料供給口２側
にずれた場合に気体流量調節弁１５又は１６によって階
段状火格子４上における燃焼領域の燃料供給口２側から
供給する気体流量を減らす制御制御をする事を特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ゴミ、産業廃
棄物、石炭等を燃焼させる燃焼炉に係り、特に燃焼領域
の画像を用いて燃焼を安定化させる燃焼方法及び燃焼装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ゴミ、産業廃棄物、石炭等を燃焼さ
せる燃焼炉の従来例として、都市ゴミ又は産業廃棄物等
を燃料とする燃焼炉１の概略構成を図４に示す。燃焼炉
１において、該燃料は燃料供給口２から燃料押込装置３
により炉内に押し込まれ、燃焼領域である階段状火格子
４上で乾燥、燃焼、おき燃焼され灰となり、該灰は灰排
出口５より炉外に排出される。また、燃料の燃焼用気体
を気体供給装置９から複数の系統で気体調節弁１５乃至
１８を介して階段状火格子４の下部から供給する。前記
燃焼用気体の代表例は空気である。一方、燃料が燃焼し
て生成される燃焼ガスは、排ガス通路１２から排ガス処
理装置１３を経て煙突１４から排出される。

【０００３】従来、燃焼炉１の燃焼状態を制御する手段
として、燃焼炉１の階段状火格子４上において前記燃料
が火炎を上げて盛んに燃える主燃焼領域と、おき燃焼す
るおき燃焼領域の境界である燃え切り点位置に基づい
て、階段状火格子４領域に供給される空気量を調整する
方法がとられている（特開平８−３３４２１７）。前記
燃え切り点位置の検出は、目視による計測又は燃焼炉１
の灰排出口５側斜め上方に位置するテレビカメラ６を用
いて撮影した画像を画像処理する事により行われてい
る。また、前記燃え切り点位置が所定の位置より灰排出
口側にずれた場合、階段状火格子４の灰排出口５側の領
域に空気を供給する事により燃焼状態を制御している
（特開平８−３３４２１７）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、燃え切
り点位置の計測を目視で行うと個人差により燃え切り点
位置に誤差が生ずる問題がある。また、前述のように計
測用のテレビカメラ６が燃焼炉１灰排出口５側斜め上方
に位置していると、階段状火格子４の上面の傾斜の程度
により燃え切り点位置の計測に誤差を生ずるか計測不能
となる事、及びテレビカメラ６が灰排出口５に近接して
いるためテレビカメラ６のレンズ及びテレビカメラ６用
の計測窓が汚れやすく輝度レベル等のパラメータの調整
が必要である事の問題があった。さらに、前記燃え切り
点位置が所定の位置より灰排出口５側にずれた場合に階
段状火格子４の灰排出口５側の領域に空気を供給する
と、階段状火格子４の燃料供給口２側の空気量が不足し
た場合に、燃え切り点位置がさらに灰排出口５側にずれ
る問題があった。

【０００５】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、燃料の燃焼領域の直上部に設置したテレ
ビカメラを用いて撮影された画像を画像処理する事によ
り得られた主燃焼領域とおき燃焼領域の境界である燃え
切り点位置を用いて、前記燃焼領域の燃料供給口側の気
体流量を制御することにより燃焼炉の燃焼を安定させる
燃焼方法及び燃焼装置の提供を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、燃料を燃焼炉に投入する燃
料供給口と、該投入された燃料が火炎を上げて燃焼する
主燃焼領域及びおき燃焼するおき燃焼領域からなる燃焼
領域と、該燃焼領域に供給する気体を調節する気体流量
調節弁と、燃料の燃焼により発生する燃焼ガスを排出す
る煙突とを備えた燃焼炉において、前記燃焼領域の直上
部に設置したテレビカメラを用いて撮影した画像を画像
処理して、前記主燃焼領域と前記おき燃焼領域の境界で
ある燃え切り点位置を検出し、該燃え切り点位置が所定
の位置より前記燃料供給口から前記灰排出口側にずれた
場合に前記気体流量調節弁によって前記燃焼領域の前記
燃料供給口側に供給する気体流量を増やし、該燃え切り
点位置が所定の位置より前記灰排出口から前記燃料供給
口側にずれた場合に前記気体流量調節弁によって前記燃
焼領域の前記燃料供給口側に供給する気体流量を減らす
制御をする事を特徴とする。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の気
体流量制御において、前記燃焼領域を含む燃焼室の下流
で前記煙突入り口までの領域に設置された酸素濃度計の
測定値が所定の設定値以上の場合は前記燃焼領域に供給
する気体流量を減らし、前記煙突入り口に設置された酸
素濃度計の測定値が所定の設定値以下の場合は前記燃焼
領域に供給する気体流量を増やす制御を行った後に、前
記燃え切り点位置を用いて前記燃焼領域の前記燃料供給
口側に供給する気体流量を制御する事を特徴とする。

【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明をより効果的に実施するために、前記画像処理
において、前記テレビカメラを用いて撮影された画像上
の輝度に対する画素数の関係を求め、明るい輝度領域の
画素数極大値に対する輝度と暗い輝度領域の画素数極大
値に対する輝度の間に存在する画素数極小値に対する輝
度、又は前記二つの画素数極大値に対する輝度の平均値
を二値化値として、該二値化値を中心とした所定の輝度
範囲内に、前記テレビカメラを用いて撮影した画像上に
おける輝度が含まれるか否かにより、前記テレビカメラ
を用いて撮影した画像を二値化処理し、該二値化処理後
の画像における前記灰排出口から前記燃料供給口への方
向と直交する方向の画素数の和が、前記灰排出口から前
記燃料供給口への方向で最初に所定の判断値を超えた位
置を燃料の燃え切り点位置とする事を特徴とする。

【０００９】請求項４の発明は、燃料を燃焼炉に投入す
る燃料供給口と、該投入された燃料が火炎を上げて燃焼
する主燃焼領域及びおき燃焼するおき燃焼領域からなる
燃焼領域と、該燃焼領域に供給する気体を調節する気体
流量調節弁と、燃料の燃焼により発生する燃焼ガスを排
出する煙突とを備えた燃焼炉において、前記燃焼領域の
直上部に設置されたテレビカメラと、前記テレビカメラ
を用いて撮影した画像を画像処理して炉内の燃料の燃え
切り点位置を検出する燃え切り燃えきり点位置検出装置
と、該燃え切り点位置が所定の位置より前記燃料供給口
から前記灰排出口側にずれた場合に前記気体流量調節弁
によって前記燃焼領域の前記燃料供給口側に供給する気
体流量を増やし、該燃え切り点位置が所定の位置より前
記灰排出口から前記燃料供給口側にずれた場合に前記気
体流量調節弁によって前記燃焼領域の前記燃料供給口側
に供給する気体流量を減らす制御をする気体供給制御装
置とを備えた事を特徴とする。

【００１０】請求項５の発明は、請求項４記載の発明に
おいて、前記煙突の入り口に酸素濃度計を設置し、該酸
素濃度計の測定値が所定の設定値以上の場合は前記燃焼
領域に供給する気体流量を減らし、該酸素濃度計の測定
値が所定の設定値以下の場合は前記燃焼領域に供給する
気体流量を増やす制御を行った後に、前記燃え切り点位
置を用いて前記燃焼領域の前記燃料供給口側に供給する
気体流量を制御する気体供給制御装置を備えた事を特徴
とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
１ないし図４に示す実施例に基づいて説明する。ただ
し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、形
状、その相対的位置等は特に特定的な記載がない限り
は、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単
なる説明にすぎない。なお図４の従来例と同一部材につ
いては同一符号を使用する。

【００１２】図１は本発明の実施形態の一つとして都市
ゴミ又は産業廃棄物等を燃料とする燃焼炉１を示すが、
本発明は石炭等を燃料とした燃焼炉にも適用できる。従
来例と同様に燃焼炉１において、該燃料は燃料供給口２
から燃料押込装置３により炉内に押し込まれ、階段状火
格子４上で乾燥、燃焼、おき燃焼され灰となり、灰排出
口５より炉外に排出される。即ち、燃料の燃焼領域は階
段状火格子４上である。また、燃料の燃焼用気体を気体
供給装置９から複数の系統で気体調節弁１５乃至１８を
介して階段状火格子４の下部から供給する。前記燃料が
燃焼して生成される燃焼ガスは、排ガス通路１２から排
ガス処理装置１３を経て煙突１４から排出される。

【００１３】さらに、実施例では、階段状火格子４の直
上部にテレビカメラ２０が設けられている。テレビカメ
ラ２０は、燃え切り点位置検出装置７に電気的に接続さ
れている。燃え切り点位置検出装置７は、階段状火格子
４上の燃焼領域に供給する気体の量を調節する気体調節
弁１５〜１８を調節する気体供給制御装置８に電気的に
接続されている。また、燃料の燃焼領域を含む燃焼室１
１の下流即ち排ガス通路１２から煙突１４入り口までの
領域には、酸素濃度計１０が設置されている。酸素濃度
計１０も、気体調節制御装置８に電気的に接続されてい
る。ここで、階段状火格子４における燃焼領域に供給す
る燃焼用気体は、通常は空気であるが、可燃性気体であ
ればよい。

【００１４】図２に、気体供給制御装置８における制御
フロー図の代表例を示す。階段状火格子４に供給する気
体の流量制御において、酸素濃度計１０の測定値の時間
平均値が所定の設定値以上の場合は階段状火格子４の下
部に設けられた気体流量調節弁１５〜１８の開度調節量
を閉じる事で階段状火格子４の燃焼領域に供給する気体
流量を減らす。逆に、酸素濃度計１０の測定値の時間平
均が所定の設定値以下の場合は気体調節弁１５〜１８の
開度調節量を開く事で階段状火格子４の燃焼領域に供給
する気体流量を増やす制御を行う。ここで、酸素濃度計
１０の測定値は時間平均を行わないで所定の設定値と比
較する場合がある。

【００１５】さらに、酸素濃度計１０の測定値の時間平
均値による気体流量制御の後に、主燃焼領域２１とおき
燃焼領域２２の境界である燃え切り点位置を用いて階段
状火格子４下部の燃料供給口２側に設けられた気体流量
調節弁１５及び１６の開度を調節する事で、階段状火格
子４上における燃焼領域に供給する気体流量を制御し、
燃え切り燃えきり点位置を適正な位置に保持する。燃え
切り燃えきり点位置を適正な位置に保持する事で、おき
燃焼領域２２として適正な領域が確保され、燃料の完全
燃焼が促進し、さらに燃焼灰中の未燃分を減少すること
ができる。

【００１６】具体的には、主燃焼領域２１とおき燃焼領
域２２の境界である燃え切り点位置が所定の位置より燃
料供給口２側から灰排出口５側にずれ、かつ階段状火格
子４下部の燃料供給口２側に設けられた気体流量調節弁
１５及び１６の開度が上限以上でない場合に、気体流量
調節弁１５及び１６の開度調節量を開く。逆に、燃え切
り燃えきり点位置が灰排出口５側から燃料供給口２側に
ずれ、かつ気体調節弁１５及び１６の開度が下限以下で
ない場合に気体調節弁１５及び１６の開度調節量を閉じ
る事で、階段状火格子４の燃焼領域に供給する気体流量
を制御する。この場合、気体調節弁１５及び１６はどち
らか一方のみの開度を調節する事もできる。階段状火格
子４の燃焼領域に供給する気体流量を燃え切り点位置を
用いて制御する事により、燃え切り燃えきり点位置を適
正な位置に保持する事ができる。

【００１７】主燃焼領域２１とおき燃焼領域２２の境界
である燃え切り点位置は、燃え切り点位置検出装置７に
より、階段状火格子４の燃焼領域の直上部に設置したテ
レビカメラ２０を用いて撮影した画像を一定時間毎に画
像処理する事により求める。より具体的には、図３に示
すように、まずテレビカメラ２０を用いて撮影された画
像上の輝度に対する画素数の関係を輝度分布処理によお
り求める。該輝度に対する画素数の関係で、明るい輝度
領域の画素数極大値に対する輝度Ａと暗い輝度領域の画
素数極大値に対する輝度Ｂの間に存在する画素数の極小
値に対する輝度を二値化値とする。あるいは、前記二つ
の画素数極大値に対する輝度AとBの平均値を二値化値と
する。前記二値化値を中心とした所定の輝度範囲内に、
テレビカメラ２０を用いて撮影した画像上における輝度
が含まれるか否かにより前記テレビカメラ２０を用いて
撮影した画像を二値化処理する。前記二値化処理後の画
像における灰排出口５から燃料供給口２への方向と直交
する方向の画素数の和が、灰排出口５から燃料供給口２
への方向で最初に所定の判断値を超えた位置を燃料の燃
え切り点位置とする。

【００１８】上記記載の燃え切り燃えきり点位置検出方
法によれば、テレビカメラにより撮影した画像を画像処
理する二値化値をあらかじめ設定された値ではなく、テ
レビカメラにより撮影した画像を基に算出した値として
いるため、テレビカメラのレンズ又はテレビカメラの計
測窓が経年的に汚れた場合等でも、燃え切り点位置を算
出するパラメータを変更する必要は無い。また、テレビ
カメラで撮影した二次元画像全体を用いて前記二値化値
を算出している事及び二値化処理後の二次元画像全体を
用いて燃え切り燃えきり点位置を算出している事より、
おき燃焼領域２２に燃え残りの火炎が上がっていた場合
又はテレビカメラが撮影した画像の一部に雑信号が混在
していても、燃え切り点位置の位置を正確に検出でき
る。

【００１９】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項1及び４記
載の発明によれば、前記階段状火格子の直上部に設置し
たテレビカメラにより撮影した画像を画像処理して検出
した燃え切り点位置を用いて、前記階段状火格子の燃焼
領域に供給する気体流量を制御する事により、燃え切り
燃えきり点位置を適正な位置に保持する事ができ、おき
燃焼領域として適正な領域が確保され、燃料の完全燃焼
が促進し、さらに燃焼灰中の未燃分を減少することがで
きる。

【００２０】また、請求項２及び５記載の発明によれ
ば、請求項１又は４記載の発明の効果に加えて、前記煙
突入り口に設置された酸素濃度計の測定値の時間平均値
を用いて前記階段状火格子の燃焼領域に供給する気体流
量を制御するため、燃料の完全燃焼が促進される。

【００２1】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１又は２記載の発明の効果に加えて、テレビカメラに
より撮影した画像を画像処理する二値化値をあらかじめ
設定された値ではなく、テレビカメラにより撮影した画
像を基に算出した値としているため、テレビカメラのレ
ンズ又はテレビカメラの計測窓が経年的に汚れた場合等
でも、燃え切り点位置を算出するパラメータを変更する
必要は無い。また、テレビカメラで撮影した二次元画像
全体を用いて二値化値を算出している事及び二値化処理
後の二次元画像全体を用いて燃え切り燃えきり点位置を
算出している事より、おき燃焼領域に燃え残りの火炎が
上がっていた場合又はテレビカメラが撮影した画像の一
部に雑信号が混在していても、燃え切り点位置の位置を
正確に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の一例を示す燃焼炉及びその
制御系の概念図である。

【図２】本発明の実施形態の一例を示す燃焼装置におけ
る制御フロー図である。

【図３】本発明の実施形態の一例で、テレビカメラで撮
影した画像を用いても燃え切り点位置を検出する具体的
方法である。

【図４】従来の燃焼炉の説明図である。

【符号の説明】

１ 燃焼炉 ２ 燃料供給口 ４ 階段状火格子 ５ 灰排出口 ７ 燃え切り点位置検出装置 ８ 気体供給制御装置 １０ 酸素濃度計 １１ 燃焼室 １５〜１８ 気体流量調節弁 ２０ テレビカメラ ２１ 主燃焼領域 ２２ おき燃焼領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高津戸 康弘 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社横浜研究所内 Ｆターム(参考） 3K003 EA10 FA02 FB05 GA03 HA01 3K005 QA04 QB04 QC03 RA14 3K062 AA02 AB01 AC19 BA02 BB02 CA08 CB05 DA01 DA08 DA22 DB05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料を燃焼炉に投入する燃料供給口と、該
   投入された燃料が火炎を上げて燃焼する主燃焼領域及び
   おき燃焼するおき燃焼領域からなる燃焼領域と、該燃焼
   領域に供給する気体を調節する気体流量調節弁と、燃料
   の燃焼により発生する燃焼ガスを排出する煙突とを備え
   た燃焼炉において、 前記燃焼領域の直上部に設置したテレビカメラを用いて
   撮影した画像を画像処理して、前記主燃焼領域と前記お
   き燃焼領域の境界である燃え切り点位置を検出し、該燃
   え切り点位置が所定の位置より前記燃料供給口から前記
   灰排出口側にずれた場合に前記気体流量調節弁によって
   前記燃焼領域の前記燃料供給口側に供給する気体流量を
   増やし、該燃え切り点位置が所定の位置より前記灰排出
   口から前記燃料供給口側にずれた場合に前記気体流量調
   節弁によって前記燃焼領域の前記燃料供給口側に供給す
   る気体流量を減らす制御をする事を特徴とする燃焼炉の
   燃焼方法。
2. 【請求項２】前記燃焼領域を含む燃焼室の下流で前記煙
   突入り口までの領域に設置された酸素濃度計の測定値が
   所定の設定値以上の場合は前記燃焼領域に供給する気体
   流量を減らし、前記煙突入り口に設置された酸素濃度計
   の測定値が所定の設定値以下の場合は前記燃焼領域に供
   給する気体流量を増やす制御を行った後に、前記燃え切
   り点位置を用いて前記燃焼領域の前記燃料供給口側に供
   給する気体流量を制御する事を特徴とする請求項１記載
   の燃焼炉の燃焼方法。
3. 【請求項３】前記画像処理において、前記テレビカメラ
   を用いて撮影された画像上の輝度に対する画素数の関係
   を求め、明るい輝度領域の画素数極大値に対する輝度と
   暗い輝度領域の画素数極大値に対する輝度の間に存在す
   る画素数極小値に対する輝度、又は前記二つの画素数極
   大値に対する輝度の平均値を二値化値として、 該二値化値を中心とした所定の輝度範囲内に、前記テレ
   ビカメラを用いて撮影した画像上における輝度が含まれ
   るか否かにより、前記テレビカメラを用いて撮影した画
   像を二値化処理し、 該二値化処理後の画像における前記灰排出口から前記燃
   料供給口への方向と直交する方向の画素数の和が、前記
   灰排出口から前記燃料供給口への方向で最初に所定の判
   断値を超えた位置を燃料の燃え切り点位置とする事を特
   徴とする請求項１乃至２記載の燃焼炉の燃焼方法。
4. 【請求項４】燃料を燃焼炉に投入する燃料供給口と、該
   投入された燃料が火炎を上げて燃焼する主燃焼領域及び
   おき燃焼するおき燃焼領域からなる燃焼領域と、該燃焼
   領域に供給する気体を調節する気体流量調節弁と、燃料
   の燃焼により発生する燃焼ガスを排出する煙突とを備え
   た燃焼炉において、 前記燃焼領域の直上部に設置されたテレビカメラと、 前記テレビカメラを用いて撮影した画像を画像処理して
   炉内の燃料の燃え切り点位置を検出する燃え切り燃えき
   り点位置検出装置と、 該燃え切り点位置が所定の位置より前記燃料供給口から
   前記灰排出口側にずれた場合に前記気体流量調節弁によ
   って前記燃焼領域の前記燃料供給口側に供給する気体流
   量を増やし、該燃え切り点位置が所定の位置より前記灰
   排出口から前記燃料供給口側にずれた場合に前記気体流
   量調節弁によって前記燃焼領域の前記燃料供給口側に供
   給する気体流量を減らす制御をする気体供給制御装置と
   を備えた事を特徴とする燃焼炉の燃焼装置。
5. 【請求項５】前記煙突の入り口に酸素濃度計を設置し、
   該酸素濃度計の測定値が所定の設定値以上の場合は前記
   燃焼領域に供給する気体流量を減らし、該酸素濃度計の
   測定値が所定の設定値以下の場合は前記燃焼領域に供給
   する気体流量を増やす制御を行った後に、前記燃え切り
   点位置を用いて前記燃焼領域の前記燃料供給口側に供給
   する気体流量を制御する気体供給制御装置を備えた事を
   特徴とする請求項４記載の燃焼炉の燃焼装置。