JPH079287B2 - 固形燃焼装置の燃焼制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ごみ焼却装置等の固形燃焼装置の自動燃焼制
御に適用される固形燃焼装置の燃焼制御方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、ごみ焼却装置の炉はほぼ第５図に示すように構成
され、ごみピットからクレーンで搬送された燃料として
のごみは焼却炉（１）の投入ホッパ（２）に投入され
る。

そして、投入されたごみは後述の各火格子のごみ送り
（燃料送り）により、図中の斜線に示すように堆積した
状態で徐々に下方に送られる。

この送りに基づき、最初は投入されたごみが乾燥火格子
（３）に送られ、この火格子（３）により、下方の風箱
（４）からの熱風で乾燥される。

さらに、火格子（３）の乾燥されたごみは、燃焼火格子
（５）に送られて燃焼される。

なお、火格子（５）は前段格子（5a）と後段格子（5b）
とからなり、両格子（5a），（5b）にそれぞれの下方の
風箱（6a），（6b）からの燃焼用の熱風が送られる。

そして、火格子（５）で燃焼されたごみは、完全に燃焼
するため、後燃焼火格子（７）に送られてさらに燃焼さ
れる。

なお、火格子（７）にも下方の風箱（８）からの燃焼用
の熱風が送られる。

また、火格子（７）の燃焼により生じた灰は、炉内の灰
ピット（９）に堆積する。

そして、炉内の熱によりボイラ（10）で蒸気が発生し、
この蒸気が蒸気管路（11）を介して外部に送られ、利用
される。

ところで、各風箱（４），（6a），（6b），（８）に適
当な熱風を供給するため、空気管路（12）の１次空気が
エアヒータ（13）により加熱され、エアヒータダンパ
（14）及び風箱（４），（6a），（6b），（８）の下部
の乾燥火格子ダンパ（15），燃焼空気ダンパ（16a），
燃焼火格子ダンパ（16b），（17）により分配調整され
て風箱（４），（6a），（6b），（８）それぞれに送ら
れる。

また、炉内には空気管路（18）の２次空気が送風ダンパ
（19）を介して直接供給される。

一方、焼却炉（１）の燃焼を制御するため、炉内の温
度，圧力が温度センサ（20），圧力センサ（21）により
検出され、風箱（４），（6a）の圧力が圧力センサ（2
2），（23）それぞれにより検出される。

また、ボイラ（10）の発生蒸気量が流量センサ（24）に
より検出され、１次空気,2次空気の量が流量センサ（25
a），（25b）により検出される。

なお、第５図において、（１）′は炉内の仕切壁、（2
6）はボイラ（10）に接続された水管群を示す。

そして、焼却炉（１）の各センサ（20）〜（25b）等の
検出信号（センサ出力）は、図外の自動燃焼の制御装置
に供給される。

この制御装置は、ごみ投入量等の燃焼条件をフィードバ
ック制御するため、各センサ出力に基づくPID処理によ
り、ダンパ（14），（15）…等に種々のアクチュエータ
の帰還制御の信号を形成する。

このとき、火格子（５）のごみ層厚（燃焼層厚）を目標
値に引込んで一定値に保持するため、主に火格子（５）
のごみ層厚，各火格子（３），（５），（７）のごみ送
りの火格子速度の制御信号が形成される。

また、１次空気配分比に基づいて各風箱（４），（6
a），（6b），（８）に分配供給される１次空気及び焼
却炉（１）内に直接供給される２次空気の量を目標値に
引込んで一定に保持するため、ダンパ（14），（15）…
を調整する１次、２次空気量比の制御信号等が形成され
る。

そして、各制御信号に基づくダンパ（14），（15），…
等の種々のアクチュエータの調整により、焼却炉（１）
内の燃焼が自動制御される。

ところで、最適燃焼状態の前記ごみ層厚，火格子速度及
び１次,2次空気量等は、実際には、投入されるごみの材
質，乾燥状態等の質（ごみ質）に応じて変化する。

そして、焼却炉（１）の排出ガスに含まれるNOx,COを極
力少なくして安定な燃焼を持続するため、ごみ質に応じ
て各制御信号の帰還制御量を補正する必要がある。

この補正は、最も簡単には、例えば日１回実際にごみピ
ットのごみを採集（サンプリング）してごみ質を直接測
定し、この測定の結果に基づき、一日毎に各制御信号に
加減算する帰還制御量の各補正値を手動操作で設定して
行われる。

この場合、測定されるごみ質が燃焼中の時々刻々変化す
る動的な実際のごみ質でないため、補正の精度が極めて
低い。

そこで、ごみ焼却装置等のこの種固形燃焼装置において
は、従来、つぎに説明する熱料計測により燃焼中のごみ
質等の燃料の質を推定して前記の補正が施される。

すなわち、第５図のごみ焼却装置の場合は、例えば焼却
炉（１）の入出熱量比を２〜３時間程度の時間間隔の熱
量計測から求め、その結果から燃焼量の大小を判定して
時間平均のごみ質を推定し、この推定の結果に基づき前
記各補正値が必要に応じて手動で可変調整される。

この可変調整に基づき、燃焼量に応じた補正が施され
る。

なお、各補正値としては、例えば、火格子（３），
（５）の火格子速度の比を決定してごみ投入量（燃料投
入量）を調整するごみ層厚，火格子速度調整用のすべり
係数及び供給空気量を調整する１次,2次空気量比、１次
空気配分比の補正係数等がある。

また、前記熱量計測に基づく補正を行う場合の燃焼制御
のフローチャートば第６図に示すようになり、ごみ質の
変化等に基づき蒸気量，炉温が変動して燃焼が不安定に
なると、その直前の熱量計測で推定されたごみ質に基づ
き、各補正値が手動操作で調整されて補正される。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記従来のごみ焼却装置の燃焼制御方法の場合、熱量計
測の補正を施すときにも、この補正が実際のごみ質では
なく、燃焼量に基づくみかけのごみ質に応じて補正が施
されるため、補正精度が低い。

しかも、ごみ質の更新が２〜３時間程度の比較的長い時
間間隔でしか行えないため、ごみ質の時間周期程度の長
期変動については補正が追従するが、分周期のような過
渡的な短期変動については補正が追従せず、補正の追従
応答性が悪い。

したがって、ごみ質に応じて最適な燃焼制御が行えず、
制御性能が低く、燃焼が不安定になって排出ガス中のNO
x,COが増加する問題点がある。

さらに、手動操作で各補正値の調整（修正）が行われる
ため、省人化が図れない問題点もある。

そして、ごみ焼却装置以外の産業廃棄物，木屑（バー
ク），石炭塊，バーガス等の種々の固形燃料を使用する
燃焼装置の燃焼制御方法においても、ごみ質等の燃料の
質に応じて燃焼制御を補正するときは、前記と同様の問
題点が生じる。

本発明は、燃焼中のごみ質等の燃料の質の傾向を精度よ
く推定し、その結果に基づく自動制御により、ごみ質の
長期変動，短期変動のいずれに対しても最適な補正を施
し、制御性能の向上を図るようにした固形燃焼装置の燃
焼制御方法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〕

前記目的を達成するために、本発明の固形燃焼装置の燃
焼制御方法においては、各センサ出力から求まる現在の
炉温，燃料層厚等に基づくファジィ演算により、ごみ質
傾向等の燃料の質の傾向を常時推定し、 前記燃料層厚，火格子速度の帰還制御量を前記推定の結
果により補正して燃焼の長期変動を抑制し、 前記空気量の帰還制御量を前記推定の結果により補正し
て燃焼の短期変動を抑制する。

〔作用〕

前記のように構成された本発明の固形燃焼装置の燃焼制
御方法の場合、ファジィ演算によりごみ質傾向等の燃料
の質の傾向が高い精度で常時推定される。

そして、推定された傾向に基づき、等価的に、各時点の
燃焼中の実際の燃料の質，例えばごみ質がリアルタイム
で精度よく求められる。

さらに、推定された最新のごみ質傾向に基づき、ごみ層
厚，火格子速度及び供給空気量の帰還制御量が自動的に
応答性よく適正に補正される。

そして、ごみ層厚，火格子速度の帰還制御量の補正によ
って燃焼の長期変動が確実に抑制され、供給空気量の帰
還制御量の補正によって突発的な短期変動も確実に抑制
されるため、燃焼の制御性能が著しく向上して燃焼が極
めて安定化する。

〔実施例〕

１実施例について、第１図ないし第４図を参照して説明
する。

第１図は第５図のごみ焼却装置に適用した場合の制御構
成を示し、コンピュータ等で形成された制御装置（27）
はPID演算部（28），ファジィ制御部（29），加算部（3
0）からなる。

そして、第５図の各センサ（20）〜（25b）等が形成す
るセンサ部（31）の各センサの検出信号は演算部（28）
の入力処理部（28a）で収集処理され、検出量算出部（2
8b）によりフィードバック制御の信号の生成及び補正値
決定のファジィ演算等に必要な各検出値に加工されて制
御量算出部（28c）及びファジィ制御部（29）に供給さ
れる。

このとき、制御量算出部（28c）は各検出値に基づくPID
制御の各帰還制御量の演算により、従来と同様のPID処
理で各帰還制御の信号を形成する。

そして、制御量算出部（28c）の各信号は加算部（30）
を介して第５図の各ダンパ（14），（15），…等が形成
するアクチュエータ部（32）に供給され、この供給に基
づき、各ダンパ（14），…の調整量等が制御されてごみ
供給量，燃焼状態等が調整され、焼却炉（１）の燃焼が
フィードバック制御される。

一方、ファジィ制御部（29）はごみ質検知部（29a）及
び補正値出力部（29b）からなり、ごみ質検知部（29a）
により、現在の炉温，ごみ層厚等に基づくファジィ演算
で燃焼中の実際のごみ質傾向を常時推定する。

この推定に用いるファジィ演算のマトリックスの組合せ
は、例えば、つぎの表１のケース1,表２のケース2,表３
のケース３で示される。

なお、各表において、VE（Very Big）は非常に大きい,L
B（Little Big）はやや大きい,MB（Medium）は中間,LS
（Little Small）はやや小さい,VS（Very Small）は非
常に小さいを示す、（ ）は異常値（通常は使わない
値）を示す。

また、ごみ質傾向の値はメンバーシップ関数の１例は、
全範囲を９〜3000とした場合、つぎのようになる。

VB＝2350,1450＜ME＜1550,Vs＝650 さらに、炉温は温度センサ（20）の検出温度から求ま
り、火格子（５）のごみ層厚は圧力センサ（21），（2
3）の検出圧力の差から求まり、蒸気量は液量センサ（2
4）の検出流量から求まり、時間平均ごみ質は従来と同
様の熱量計測から求まる。

そして、例えばケース１のマトリックスの組合せを用い
たときは、現在の炉温と火格子（５）のごみ層厚とによ
り、時々刻々変化するごみ質傾向がリアルタイム処理で
決定されて推定される。

ところで、前記ケース１〜３のどの組合せを用いるか
は、推定したごみ質傾向の用途に応じて決まる。

そして、種々の実験等の結果、ごみ質の比較的穏やかな
長期変動に追従した補正により、ごみの還送の促進とご
み層厚の案定化とを図り、長期変動に基づく排出ガス中
のNOxを低減するには、長期対応ルールとして前記ケー
ス１の組合せが適している。

また、投入されるごみに破砕ごみ，高プラスチック類が
含まれ始め、ごみ質が急変して蒸気量，炉温が大きく急
変する短期変動時に、これらの急変を迅速に抑えて燃焼
の安定化を図り、排出ガス中のCOを低減するには、短期
対応ルールとして前記ケース２又は３の組合せが適して
いる。

そして、燃焼の長期の安定化及び短期の安定化を図るた
め、ごみ質検知部（29a）は例えばケース1,2の組合せを
用いて長期用，短期用の２種類のごみ質傾向を精度よく
常時推定する。

さらに、ごみ質検知部（29a）のごみ質傾向が補正値出
力部（29b）に供給され、この出力部（29）により、推
定された長期用，短期用の最新のごみ質傾向を用いたつ
ぎの表４の長期対応ルール，表５の短期対応ルールそれ
ぞれのファジィ演算のマトリックスの組合せに基づき、
最適燃焼状態に制御するための制御量補正の指標とし
て、すべり係数と燃焼空気温度の傾向，（１次空気量）
／（１次空気量＋２次空気量）と（前段格子（5a）の空
気量）／（後段格子（5b）の空気量）の傾向が常時推定
される。

なお、表4,表５のVB,ME,…は表1,表2,表３と同じ傾向を
示し、（ ）は次善の選択を示す。

そして、推定された各傾向に基づく補正値出力部（29
b）の総合的な判定により、ごみ質傾向が推定される毎
に、ごみ層厚，火格子速度の補正用のすべり係数及び供
給空気量補正用の１次,2次空気量比,1次空気配分比等の
種々の補正値がその時点の実際のごみ質に応じた最適値
に決定される。

この決定に基づいて自動的に調整された各補正値が補正
値出力部（29b）から加算部（30）に供給され、加算部
（30）の加減算により、演算部（28）の各帰還制御の信
号が、ごみ質に応じた最適燃焼状態の制御信号になるよ
うに補正される。

そして、すべり係数に基づくごみ層厚，火格子速度の補
正により、燃焼の長期変動が抑えられて長期の安定化が
図られ、排出ガス中のNOxが極めて少なくなる。

また、１次,2次空気量比及び１次空気配分比に基づく供
給空気量のフィードフォワード的な補正により、燃焼の
短期変動が極めて迅速な応答によって確実に抑えられ、
短期変動に伴なう排出ガス中のCOも極めて少なくなる。

なお、過大な変動が発生し、ファジィ制御部（29）の自
動補正で抑えられないときは、この自動補正が変動開始
から一定時間継続した後、すべり係数及び１次,2次空気
量比,1次空気配分比等が手動操作で調整されて修正され
る。

そして、前記の制御のフローチャートは、例えば第２図
に示すようになり、ごみ質傾向の推定に基づく各時点の
推定ごみ質により、燃焼が変動して不安定になると、各
補正値が変動に応じて自動調整される。

ところで、第１図の制御装置（27），従来の制御装置の
制御特性の実測結果は、燃焼の安定しているときに第３
図（ａ），（ｂ）それぞれに示すようになり、長時間運
転時に第４図（ａ），（ｂ）それぞれに示すようになっ
た。

第３図（ａ），（ｂ）において、実線α，βは炉温，蒸
気量の制御量を示し、それぞれの炉温変動幅，蒸気量変
動幅は同図（ａ）で約30（度），約２（T/H）同図
（ｂ）で約80度，約３（T/H）である。

また、第４図（ａ），（ｂ）において、実線i,ii,iiiは
炉温（℃），蒸気量偏差（T/H），燃焼空気流量（KNm³/
H）を示す。

そして、ファジィ演算のマトリックスの組合せ等は実施
例に限定されるものではない。

また、前記実施例ではごみ燃焼装置の制御に適用した
が、固形燃料を使用するスカート式炉，キルン炉，流動
床炉等の種々の炉で構成される燃焼装置の制御に適用で
きるのは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているため、以
下に記載する効果を奏する。

各種のセンサ出力に基づくファジィ演算により、ごみ質
傾向等の燃料の質の傾向を常時推定し、この推定の結果
に基づき、燃料層厚，火格子速度及び各火格子の風箱，
炉内に供給される空気量の帰還制御量を補正したため、
燃料の質の傾向を正確に把握して燃焼の長期変動，短期
変動を自動的に精度よく抑制し、燃焼の安定化を図ると
ともに、排出ガス中のNOx,COを極力抑えて制御性能の向
上を図ることができ、しかも、省人化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の固形燃焼装置の燃焼制御
方法の１実施例を示し、第１図はブロック図、第２図は
フローチャート、第３図（ａ），（ｂ）及び第４図
（ａ），（ｂ）は制御特性の実測図、第５図はごみ焼却
装置のブロック図、第６図は従来例のフローチャートで
ある。 （１）……焼却炉、（27）……制御装置、（28）……演
算部、（29）……ファジィ制御部、（30）……加算部、
（31）……センサ部、（32）……アクチュエータ部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 掛田 健二 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 嘉祥寺 隆夫 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 藤吉 誠 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】投入されたごみ等の固形の燃料を炉内の乾
   燥火格子，燃焼火格子等の各火格子に順に送って燃焼す
   るごみ焼却装置等の固形燃焼装置に適用され、 種々のセンサ出力に基づき、燃料層厚，燃料送りの火格
   子速度及び前記各火格子の風箱，炉内に供給される空気
   量等を帰還制御して燃焼状態を調整する固形燃焼装置の
   燃焼制御方法において、 前記各センサ出力から求まる現在の炉温，前記燃料層厚
   等に基づくファジィ演算により、ごみ質傾向等の燃料の
   質の傾向を常時推定し、 前記燃料層厚，前記火格子速度の帰還制御量を前記推定
   の結果により補正して燃焼の長期変動を抑制し、 前記空気量の帰還制御量を前記推定の結果により補正し
   て燃焼の短期変動を抑制する ことを特徴とする固形燃焼装置の燃焼制御方法。