JPH1122933A

JPH1122933A - 回転火格子炉の燃焼制御方法及び装置

Info

Publication number: JPH1122933A
Application number: JP9193330A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Sato; 洋一郎佐藤; Naohisa Ikuta; 直央生田
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 1999-01-26
Anticipated expiration: 2017-07-04
Also published as: JP3968828B2

Abstract

(57)【要約】【課題】回転火格子炉内のごみ層、ごみカロリーの変
動に対しても火炎重心点位置を一定範囲に安定化させる
制御を精度よく行い、燃焼の長期自動制御を可能とす
る。【解決手段】火格子炉本体１内をＩＴＶカメラ１７で
撮像して、その信号を画像処理装置１８で処理して、火
炎１６の重心点１６ｃを周方向と長手方向の座標から計
測する。計測した火炎重心点位置と基準となる一定範囲
の位置との間に差があると、その差をなくすように、フ
ァジィ制御演算装置でファジィ演算を行い、周方向燃え
方指標と長手方向燃え方指標のメンバーシップ関数の値
を合成して、回転火格子炉回転数を推論し、その推論結
果の重心を重心法で求めて、回転数調整量として取り出
し、回転火格子炉の回転数を調整して燃焼を制御させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は都市ごみ等を焼却す
る回転火格子炉のごみ燃焼状況を或る範囲に安定させる
ように制御させるようにする回転火格子炉の燃焼制御方
法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回転火格子炉は、図８に概要を示す如
く、入口側ヘッダー管２と出口側ヘッダー管３との間
に、多数の水管４を円周方向に一定間隔で配置して、各
水管４の両端をそれぞれ上記入口側ヘッダー管２と出口
側ヘッダー管３に接続して連通させると共に、各水管４
間に、多数の空気孔を設けた炉壁板を取り付けて、円筒
状の火格子炉本体１を構成し、該火格子炉本体１をカバ
ーケーシング５内に回転自在に収納して、出口側ヘッダ
ー管３の方が低くなるように傾斜させて横置し、且つ上
記火格子炉本体１の入口側と出口側の端部外周にタイヤ
６をそれぞれ取り付けて、各タイヤ６をそれぞれターニ
ングローラ７上に載置させ、モータ８により一方のター
ニングローラ７を回転させることにより火格子炉本体１
を回転させるようにしてあり、更に、火格子炉本体１の
下方部に風箱９を設置して、該風箱９から火格子炉本体
１の壁を通して空気を導入させるようにし、上流側に接
続した投入ホッパー１０から投入されるごみ１１をプッ
シャ装置１２にて火格子炉本体１内へ入れ、火格子炉本
体１を回転させながらごみ１１を焼却するようにしてあ
る。

【０００３】１３は後燃焼装置、１４は二次燃焼室、１
５は水管４内にボイラ水を循環流通させるように出口側
ヘッダー管３に連結してあるユニバーサルジョイントで
ある。

【０００４】かかる構成の回転火格子炉でごみの焼却を
行う場合、ごみの焼却温度が不安定で不完全燃焼を起こ
すと、有害なダイオキシンが発生するおそれがある。

【０００５】そのため、ごみの焼却においては、ごみを
確実に、且つ安定して燃焼させるようにするための工夫
が行われている。

【０００６】従来、回転火格子炉の火格子炉本体１内で
のごみの焼却において、ごみの燃焼状況を知る尺度の１
つとして、燃え切り点を計測する方法が採られており、
燃え切り点の位置が火格子炉本体１内のどの範囲にある
かを見て、燃え切り点の位置を安定させるようにファジ
ィ理論を用いて制御する方法が提案されている。

【０００７】すなわち、図９に示す如く、火格子炉本体
１内のごみ１１の焼却において、火炎１６の発生個所が
斜線で示す如き範囲にあるとき、火炎１６の最下点であ
る燃え切り点１６ａの位置を火格子炉本体１内の長手方
向（上下流方向）にどの位偏っているかを計測し、この
燃え切り点１６ａの位置が或る部分で安定するようにフ
ァジィ理論を用いて回転火格子炉の回転数の制御、回転
火格子炉内へのごみ１１の供給量制御等を行うようにす
るものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の図９
に示す燃え切り点１６ａの計測は、ごみ質、ごみ層が均
一化することを前提にしたものであり、実際には、ごみ
層の不均一やごみ質の高カロリー化等の影響で、ごみ層
と炉内でのごみの広がりに変化が起こり、図１０に示す
如く、燃焼が不良になると、燃え切り点１６ａの炉の長
手方向の距離は図９と同じであっても、周方向では右方
に移動するため、燃え切り点として炉の長手方向の距離
のみを計測したのでは、正確な燃焼状況の把握ができ
ず、燃え切り点による従来の燃焼良否情報を制御系に反
映できない、という問題がある。

【０００９】そこで、本発明は、火炎の最下点である燃
え切り点を計測することに代えて、火炎の重心点の位置
を火格子炉内の長手方向のほかに周方向でも計測して、
ごみ厚層、ごみカロリーの変動に対して的確に追従し、
燃焼良否の精度を向上し、制御精度の向上と燃焼の長期
自動制御が図れるようにしようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、火格子炉本体内に下方から空気を導入し
該火格子炉本体を回転させながら内部に供給されたごみ
を焼却するようにしてある回転火格子炉における上記火
格子炉本体内部のごみ燃焼個所の火炎重心点位置を、該
火格子炉本体の長手方向と周方向の座標から求めて、そ
の火炎重心点の位置が一定の範囲内で安定した燃焼とな
るように、ファジィ演算により周方向燃え方指標と長手
方向燃え方指標の各メンバーシップ関数の値をファジィ
規則すべてについて回転火格子炉回転数のメンバーシッ
プ関数に示して推論し、次いで、該回転火格子炉回転数
のメンバーシップ関数を合成して得られた推論結果の重
心を重心法で求め、この重心の値を回転数調整量として
回転火格子炉の回転数を調整し燃焼制御を行う方法及び
装置とし、ファジィ規則を、周方向燃え方指標の大、
中、小と長手方向燃え方指標の大、中、小の組み合わせ
で複数項目作り、各項目ごとに回転火格子炉回転数を推
論するものとする。

【００１１】火炎重心点の位置が長手方向のみでなく周
方向からも求められることにより、ごみ厚層、ごみカロ
リーの変動に対しても重心点位置を的確に追従させるこ
とができて、燃焼良否の判断の精度が向上する。

【００１２】又、周方向燃え方指標と長手方向燃え方指
標の各メンバーシップ関数の値をファジィ規則ごとに同
時合成を実施することにより調整量の精度を向上するこ
とができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１４】図１は本発明の実施の一形態を示すもの
で、図８に示した回転火格子炉と同様な構成としてある
回転火格子炉の火格子炉本体１の下流側後方位置に、炉
内を下流側から上流側に向けて撮像するＩＴＶカメラ１
７を設置し、該カメラ１７でとらえた火格子炉本体１内
のごみの燃焼状況の画像信号を処理する画像処理装置１
８を設置し、更に、該画像処理装置１８で処理された火
炎１６の最も輝度の高いところを重心点１６ｃとしてと
らえて、火炎１６の重心点１６ｃの位置が或る範囲に安
定するようファジィ推論を行うファジィ制御演算装置１
９を設け、該ファジィ制御演算装置１９からモータ８へ
回転数補正指令が出されて回転火格子炉の回転数が調整
されるようにする。

【００１５】図１において、図８と同一のものには同一
符号が付してある。

【００１６】上記画像処理装置１８は、火炎１６の輝度
が最も高いところを重心点１６ｃとしてとらえて、火炎
の重心点１６ｃを、火炎１６の面積と、火格子炉本体１
の長手方向と周方向の座標から求め、重心点１６ｃの周
方向座標での位置検出と長手方向座標での位置検出を行
って周方向の燃え方指標ａと長手方向の燃え方指標ｂを
計測するものである。

【００１７】ファジィ制御演算装置１９は、図２に示す
ブロック図の如く、画像処理装置１８で計測された重心
点１６ｃの周方向と長手方向の燃え方指標ａ及びｂと、
重心点１６ｃを落ち着かせようとする周方向と長手方向
の範囲としての基準値（燃え方設定値）との偏差を求め
る加え合わせ点２０と、回転火格子炉の回転数を推論す
るファジィ演算部２１と、該ファジィ演算部２１で求め
られた回転火格子炉の回転数調整量と回転火格子炉の回
転数設定値２４とを加え合わせる加え合わせ点２５と、
回転火格子炉の回転コントローラ２６と、制御対象（回
転火格子炉）２７とを備えており、上記ファジィ演算部
２１は、重心点位置の検出値ごとに９項目にわたるファ
ジィ規則によりファジィ演算を行わせるルール部２２
と、該ルール部２２で演算された回転火格子炉回転数を
合成した推論結果の重心を求め、回転数調整量を求める
ようにするファジィ合成部２３とからなっている。

【００１８】上記ルール部２２に組み込まれている火炎
重心位置による燃え方指標ａ、燃え方指標ｂと、これに
伴う回転火格子炉の回転数ｃの関係を示す９項目のファ
ジィ規則は、次のとおりである。ａが大(PB)で、ｂが大(PB)ならば、ｃは現状維持(NN) ａが大(PB)で、ｂが中(NN)ならば、ｃは下げる(NB) ａが大(PB)で、ｂが小(NB)ならば、ｃは下げる(NB) ａが中(NN)で、ｂが大(PB)ならば、ｃは上げる(PB) ａが中(NN)で、ｂが中(NN)ならば、ｃは現状維持(NN) ａが中(NN)で、ｂが小(NB)ならば、ｃは下げる(NB) ａが小(NB)で、ｂが大(PB)ならば、ｃは上げる(PB) ａが小(NB)で、ｂが中(NN)ならば、ｃは上げる(PB) ａが小(NB)で、ｂが小(NB)ならば、ｃは現状維持(NN) 上記ファジィ規則〜をファジィ規則表に置き換える
と、図３のマトリックス表のようになり、回転火格子炉
回転数の結果は図３に示すようになる。

【００１９】上記ルール部２２では、火炎１６の重心点
１６ｃの位置の計測値と基準値との偏差ごとに上記９項
目のファジィ規則すべてについて細かく計算されてファ
ジィ演算が行われ、周方向燃え方指標ａのメンバーシッ
プ関数の値と長手方向燃え方指標ｂのメンバーシップ関
数の値をｍａｘ−ｍｉｎ法により各々回転火格子炉回転
数ｃのメンバーシップ関数に示して行くような処理を行
い、ファジィ合成部２３では、ルール部２２で示された
回転火格子炉回転数ｃのメンバーシップ関数の推論結果
を実際の回転数調整量として重心法で求めるようにす
る。

【００２０】次に、ファジィ演算部２１で行うファジィ
規則による回転火格子炉の回転数制御について説明す
る。

【００２１】図４は、火格子炉本体１を平面的に見て火
炎１６の重心点１６ｃが基準位置Ｘからどこの位置に動
いたかを計測して、周方向燃え方指標ａと長手方向燃え
方指標ｂでとらえる場合において、一例として、火炎１
６の重心点１６ｃがＸ位置（ａ＝０．０ｍ，ｂ＝２．０
ｍ）からγの位置（ａ＝０．１５ｍ，ｂ＝２．２５ｍ）
に動いた場合を示している。

【００２２】なお、燃え方指標ａ及びｂと回転火格子炉
の回転数（rpm)ｃのファジィ制御範囲は、−１．０≦ａ
≦１．０、０．７５≦ｂ≦３．２５、０．０２５≦ｃ≦
０．０４５とし、これらの範囲内でファジィ制御を適用
するようにする。これらの範囲を外れた場合は、警告を
発し、操作員が手動で調整させることになる。

【００２３】今、図４に示すように重心点１６ｃの位置
がＸ位置からγの位置に移動した場合は、前記したファ
ジィ規則のに相当するので、回転火格子炉の回転数を
下げるように制御することになるが、この場合、次のよ
うな操作が行われる。

【００２４】先ず、燃え方指標ａのメンバーシップ関数
は、図５（イ）に示す如くであり、燃え方指標ｂのメン
バーシップ関数は図５（ロ）の如くであり、又、回転火
格子炉の回転数ｃのメンバーシップ関数は図５（ハ）に
示す如くである。

【００２５】図５（イ）（ロ）に示す各メンバーシップ
関数においては、各交点ＡとＢを基準として大、中、小
の範囲を決めるようにし、図５（イ）の燃え方指標ａで
は、ａ＞０．１で大、−０．１≦ａ≦０．１で中、ａ＜
−０．１で小と判断し、図５（ロ）の燃え方指標ｂで
は、ｂ＞２．２５で大、１．７５≦ｂ≦２．２５で中、
ｂ＜１．７５で小と判断するようにする。

【００２６】図４において、火炎１６の重心点１６ｃの
位置がＸからγの位置に移動した場合は、γの位置はａ
＝０．１５、ｂ＝２．２５であるから、ａは図５（イ）
で、０．１５が数値０．１を越えているので、大(PB)と
し、ｂは図５（ロ）で２．２５が１．７５≦ｂ≦２．２
５の範囲に入っているので、中(NN)とし、これを図３の
ルールを基にファジィ規則からまでの９項目につい
てメンバーシップ関数で細かく計算するようにする。

【００２７】図６は上記からまでのファジィ規則に
ついて計算するメンバーシップ関数の値を示すもので、
図６（イ）はγの位置におけるファジィ規則によるメ
ンバーシップ関数の値について、図６（ロ）は同じくフ
ァジィ規則によるメンバーシップ関数の値について示
し、同様に、図６（ハ）（ニ）（ホ）（ヘ）（ト）
（チ）（リ）はそれぞれファジィ規則に
よるメンバーシップ関数の値を示している。

【００２８】ファジィ規則は、ａが大、ｂが大である
から、ａのメンバーシップ関数の値は、ａ＝０．１５の
ところで０．７であり、ｂのメンバーシップ関数の値
は、ｂ＝２．２５のところで０．５であるが、ｍｉｎ法
を適用して０．５をとる。これを回転火格子炉の回転数
ｃのメンバーシップ関数に示すと、図示の如き値とな
る。

【００２９】同様にして、ファジィ規則では、ａが
大、ｂが中であるから、ａのメンバーシップ関数の値は
０．７、ｂのメンバーシップ関数の値は０．５であり、
ｍｉｎ法により小さい値の０．５をとり、これを回転火
格子炉の回転数ｃのメンバーシップ関数に示して行く。

【００３０】このように、計測された火炎重心点位置γ
について、ファジィ規則〜のすべてにわたってａの
メンバーシップ関数の値とｂのメンバーシップ関数の値
をｍｉｎ法を適用して、小さい方の値を回転火格子炉の
回転数ｃのメンバーシップ関数に示して行くようにし、
図６（イ）〜（リ）における回転火格子炉の回転数ｃの
メンバーシップ関数に示された結果からファジィ合成部
２３で推論結果が図７に示す如き図形として表わされ、
重心法により図形の重心位置を求め、その点の値を回転
数調整量として取り出すようにする。

【００３１】図７において、回転火格子炉の回転数ｃに
ついては、０．０３５の値のみを“丁度よい値（最適
値）”と位置付け、それより大きい値（ｃ＞０．０３
５）を大(PB)、それより小さい値（ｃ＜０．０３５）を
小(NB)とするようにする。

【００３２】図７は、図４の如く火炎重心点位置がＸか
らγの位置に移動した場合のファジィ規則〜のすべ
てについてｍｉｎ法を適用して、回転火格子炉の回転数
ｃのメンバーシップ関数に示された推論結果の図形を示
したもので、γの位置がファジィ規則〜のに示す
範囲に該当しており、該ファジィ規則に基づいて、回
転火格子炉の回転数ｃは、該回転数ｃの結果を示してい
る図４でNBが選択され、回転数を“下げる”ことにな
り、又、図７の図形の重心を重心法により求めることに
より重心位置２８の値０．０３２rpm を、補正すべき回
転数（調整量）として求められることになる。

【００３３】火炎重心点１６ｃの位置がＸから図４に示
すγとは異なる位置に移った場合は、その位置につい
て、上記と同様にファジィ規則〜すべてについて燃
え方指標ａとｂの各メンバーシップ関数で計算され、ｍ
ｉｎ法を適用して回転火格子炉の回転数ｃのメンバーシ
ップ関数に示して行き、その推論結果の重心を重心法で
求めることにより図７に対応する結果が得られ、移動し
た位置が当てはまるファジィ規則に基づいて回転火格子
炉の回転数ｃの調整値が求められることになる。

【００３４】このようにファジィ演算部２１で求められ
た値は、回転火格子炉の回転数調整量として出力され、
加え合わせ点２５で回転火格子炉の回転数設定値２４と
が加え合わされて制御情報として回転火格子炉回転コン
トローラ２６へ入力され、ここから制御対象２７のモー
タ８へ制御指令が送られて火格子炉本体の回転数が制御
され、ごみ１１の燃焼状況が変えられ、火炎１６の重心
点１６ｃが基準となる範囲内に落ち着くように調整され
ることになる。なお、上記の実施の形態においてはファ
ジィ規則の数を９とした場合を示したが、ファジィ規則
の数は任意に決めればよい。

【００３５】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の回転火格子炉
の燃焼制御方法及び装置によれば、回転火格子炉内のご
み燃焼による火炎重心点位置を、周方向と長手方向で計
測して、重心点位置の設定値との差を求め、計測された
重心点位置が或る範囲内に落ち着くようにするために、
ファジィ演算部のルール部に予め記憶されたファジィ規
則ごとに、火炎重心点位置についての周方向の燃え方指
標と長手方向の燃え方指標の各メンバーシップ関数で計
算し、ｍｉｎ法を適用して各規則ごとの回転火格子炉回
転数のメンバーシップ関数に示して行き、この回転火格
子炉回転数ｃのメンバーシップ関数をファジィ合成部で
合成して重心法で重心を求めて回転数の調整量を求める
ようにし、該回転数調整量に基づき回転火格子炉の回転
数を調整して燃焼を制御させるようにするので、次の如
き優れた効果を奏し得る。 (i) 火炎の計測を、回転火格子炉の長手方向のほかに周
方向でも行うようにし且つ火炎の輝度が最も高いところ
である重心点位置を計測することから、ごみ層、ごみカ
ロリー変動に対して、ごみ燃焼の火炎重心点位置を的確
に把握することができる。 (ii)上記(i) に伴いごみの燃焼良否判断の精度が向上す
る。 (iii) ファジィ制御による周方向の燃え方指標と長手方
向の燃え方指標の各メンバーシップ関数の同時合成を実
施することにより、制御補正量の精度向上と燃焼の長期
自動制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転火格子炉の燃焼制御方法及び装置
の実施の形態を示すもので、（イ）はブロック図、
（ロ）は火格子炉本体内を平面的に見た概略図である。

【図２】図１におけるファジィ制御演算装置の構成を示
すブロック図である。

【図３】図２におけるファジィ演算部のルール部に予め
記憶させた９つのファジィ規則により回転火格子炉回転
数の結果を示すマトリックス表である。

【図４】火格子炉本体内を平面的に見たときの周方向燃
え方指標と長手方向燃え方指標の各値と、火炎重心点が
Ｘ位置からγ位置へ移った場合について示す概略図であ
る。

【図５】周方向燃え方指標と長手方向燃え方指標と回転
火格子炉回転数の各メンバーシップ関数を示すもので、
（イ）は周方向燃え方指標に対する大、中、小の判断基
準を示す図、（ロ）は長手方向燃え方指標に対する大、
中、小の判断基準を示す図、（ハ）は回転火格子炉回転
数に対する大、中、小の判断基準を示す図である。

【図６】図４のγ位置についてのファジィ規制〜に
よる周方向燃え方指標ａと長手方向燃え方指標ｂのファ
ジィ演算の例とこれらを合成して回転火格子炉回転数の
メンバーシップ関数に示した状態を示すもので、（イ）
〜（リ）はファジィ規則〜に対応する図である。

【図７】図６に示す回転火格子炉回転数ｃを合成して得
られた推論結果から重心法により回転数調整量を求める
ようにした図である。

【図８】回転火格子炉の一例を示す概要図である。

【図９】従来の火格子炉本体内での火炎発生個所の燃え
切り点計測を行う図である。

【図１０】従来の火格子炉本体内でごみ層の変化が起き
たときの火炎発生個所を示す図である。

【符号の説明】

１火格子炉本体８モータ１１ごみ１６火炎１６ｃ重心点１７ＩＴＶカメラ１８画像処理装置１９ファジィ制御演算装置２０加え合わせ点２１ファジィ演算部２２ルール部２３ファジィ合成部２５加え合わせ点２６回転火格子炉回転コントローラ２７制御対象（回転火格子炉）ａ周方向燃え方指標ｂ長手方向燃え方指標ｃ回転火格子炉回転数

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】火格子炉本体内に下方から空気を導入し
該火格子炉本体を回転させながら内部に供給されたごみ
を焼却するようにしてある回転火格子炉における上記火
格子炉本体内部のごみ燃焼個所の火炎重心点位置を、該
火格子炉本体の長手方向と周方向の座標から求めて、そ
の火炎重心点の位置が一定の範囲内で安定した燃焼とな
るように、ファジィ演算により周方向燃え方指標と長手
方向燃え方指標の各メンバーシップ関数の値をファジィ
規則すべてについて回転火格子炉回転数のメンバーシッ
プ関数に示して推論し、次いで、該回転火格子炉回転数
のメンバーシップ関数を合成して得られた推論結果の重
心を重心法で求め、この重心の値を回転数調整量として
回転火格子炉の回転数を調整し燃焼制御を行うことを特
徴とする回転火格子炉の燃焼制御方法。
【請求項２】ファジィ規則を、周方向燃え方指標の
大、中、小と長手方向燃え方指標の大、中、小の組み合
わせで９項目作り、各項目ごとに回転火格子炉回転数を
推論する請求項１記載の回転火格子炉の燃焼制御方法。
【請求項３】回転火格子炉の火格子炉本体内を撮像す
るカメラでとらえた火格子炉本体内のごみの燃焼状況の
画像信号を処理して火災の重心点位置を火格子炉本体の
周方向と長手方向からの座標から求めて周方向の燃え方
指標と長手方向の燃え方指標を計測する画像処理装置を
備え、且つ該画像処理装置で計測された周方向と長手方
向の各燃え方指標とこれらの基準値との偏差ごとにファ
ジィ規則すべてについて周方向燃え方指標のメンバーシ
ップ関数の値と長手方向燃え方指標のメンバーシップ関
数の値から回転火格子炉回転数のメンバーシップ関数に
示して行く処理を行うルール部及び該ルール部で示され
た回転火格子炉回転数のメンバーシップ関数の推論結果
の重心を回転数調整量として求めるようにするファジィ
合成部からなるファジィ演算部と、該ファジィ演算部で
求められた回転火格子炉の回転数調整量と回転火格子炉
の回転数設定値とを加え合わせて制御情報として回転火
格子炉回転コントローラへ入力させるようにする加え合
わせ点を備えたファジィ制御演算装置を設けた構成を有
することを特徴とする回転火格子炉の燃焼制御装置。