JPH11325438A

JPH11325438A - 運転支援装置付きごみ焼却炉

Info

Publication number: JPH11325438A
Application number: JP27345598A
Authority: JP
Inventors: Manabu Kuroda; 学黒田; Satoshi Fujii; 聡藤井; Keiichi Nagaya; 敬一長屋; Makoto Tsukioka; 誠月岡; Tsutomu Kikuchi; 勉菊池
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-09-28
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】自動燃焼制御の内容を表示することにより、
運転員が効果的に運転方法を習得することを可能とする
運転支援装置付きごみ焼却炉を提供する。【解決手段】ごみ焼却炉１１の燃焼制御を自動的に行
う自動燃焼制御装置８と、自動燃焼制御の内容を表示す
る自動燃焼制御ガイダンス表示装置８ａとを備えている
運転支援装置付きごみ焼却炉。さらに、自動運転を選択
した場合に、自動燃焼制御装置８がごみ焼却炉１１の操
作端１に対し、炉内の状態量から所定の制御アルゴリズ
ムにより操作量を決定する。また、ガイダンス表示装置
８ａがごみ焼却炉１１の操作端１に自動燃焼制御による
演算内容を言語に変換・表示し、あるいは、自動燃焼制
御装置８は操作量の演算方法としてファジイ演算を用
い、ガイダンス表示装置８ａはこのファジイ演算におけ
る最大適合ルールと補正量の定性的傾向を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ごみ焼却炉におけ
る運転員の運転技術を効果的に向上させることが可能な
運転支援装置付きごみ焼却炉に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ焼却炉は、社会生活において排
出される様々な廃棄物を処理するという重要な役割を担
っている。近年では、廃棄物であるごみの焼却処理によ
って発生する熱エネルギの回収への関心が高まり、ボイ
ラ発電設備のついたものが増加し、ボイラでの熱回収が
効率的に行えるように、安定な燃焼が要求されている。
一方、大気中に放出される環境汚染物質の規制が厳しく
なるにしたがって、ＮＯｘ濃度やＣＯ濃度を低減する燃
焼運転が必要とされている。

【０００３】このように、ごみ焼却炉に高度な燃焼運転
が望まれているため、通常、自動燃焼制御装置によって
上記の要求を満たす運転が行われていることから、運転
員が直接操作を行う機会が少なくなっている。このよう
な状況から、異常燃焼状態時の対処能力の向上、初心者
の早期養成が重要な課題となっており、ごみ焼却炉の運
転訓練装置が提案されている。

【０００４】例えば、川崎重工技報（1995.4,125号p.8-
13）、日立造船技報（1994.7第55巻第2号p.73-77）など
に、ごみ焼却炉の運転訓練装置が掲載されている。これ
らの運転訓練装置は、ごみの燃焼系統に係わる給塵、燃
焼火格子装置の運転訓練、燃焼空気等の送風機系統の運
転訓練、ＣＯ、ＮＯｘ、Ｏ₂等の排ガス関係の運転訓練
というように、目的ごとにわかれて作成されている。

【０００５】更に今日のシミュレータ分野では、運転操
作のガイダンス表示や運転に伴う視覚・聴覚情報の擬似
表示の補助的な機能を付帯することで、効果的な運転訓
練効果の向上を図っている。

【０００６】例えば、特開平９−３３００１３号公報に
は、プラント運転訓練用シミュレーションシステムが提
案されている。この技術では、シミュレーション結果か
ら得られた模擬計装信号に基づき、プラント機器類の運
転状況を模擬的に画像表示する。その際、多数の模擬計
装信号の入力に対して、ニューラルネットワークを用い
て少数の画像情報パラメータの出力を得ている。このよ
うに、出力信号の数を少数に絞ることで、動画像データ
を選択するためのマッピングテーブルのサイズを削減
し、その構築を容易としている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上に挙げた従来のごみ
焼却炉の運転訓練装置は、ごみの燃焼系統に係わる給
塵、燃焼火格子装置の運転訓練、送風機系統の運転訓
練、排ガス関係の運転訓練のように、系統ごとに訓練が
分離されている。そのため、実際のごみ焼却炉の運転
は、給塵、火格子、送風機などを同時に操作しているに
もかかわらず、ごみ焼却炉の運転訓練では総合的な操作
を行うことができない問題がある。また、運転訓練装置
の制作には多大な費用がかかる。運転訓練装置以外に運
転員が炉内燃焼状態に応じた各操作端の操作方法を総合
的に習得する方法として、自動燃焼制御による運転を観
察したり、手動で操作することが考えられる。操作方法
を習得するには、自動燃焼制御による運転を、計測値の
瞬時値やトレンドを通じて観察することにより、燃焼プ
ロセスを把握する必要がある。

【０００８】しかし、計測値の観察に習熟していない初
心者が、焼却炉内の燃焼プロセスを把握し、操作方法を
習得することは難しい。また、初心者が手動で実炉の操
作端を操作することにより、炉内燃焼状態を不安定にし
てしまう可能性がある。このように、従来技術では、ご
み焼却炉の運転訓練を総合的に行うことができないとい
う問題があった。

【０００９】これらの問題点は、例えば特開平９−３３
００１３号公報記載の技術でも同様であった。これに記
載された例として、ごみ焼却プラントに併設された運転
訓練システムでは、各種系統のシミュレータを集合した
シミュレータを用いているというものの、燃焼系統や排
ガス系統等各系統間の相互の関係は開示されていない。
また、自動運転制御を行う場合の訓練方法については、
何ら記載されていない。

【００１０】この発明は、以上の問題点を解決し、自動
燃焼制御装置による自動燃焼制御の内容を表示すること
により、運転員が効果的に運転方法を習得することを可
能とする運転支援装置付きごみ焼却炉を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題は次の発明で達
成される。

【００１２】第１の発明は、ごみ焼却炉の燃焼制御を自
動的に行う自動燃焼制御装置と、自動燃焼制御の内容を
表示する自動燃焼制御ガイダンス表示装置とを備えてい
ることを特徴とする運転支援装置付きごみ焼却炉であ
る。

【００１３】この発明では、ごみ焼却炉の自動燃焼制御
の内容を、自動燃焼制御ガイダンス表示装置により、運
転支援のためのガイダンスとして表示する。この発明の
ごみ焼却炉においては、各操作端は、燃焼制御のモード
として、自動燃焼制御装置による自動運転モードと、手
動運転モードを兼ね備えている。自動燃焼制御装置は、
各操作端の運転モードによらず演算を行い、自動燃焼モ
ードの時は、その演算結果がごみ焼却炉の操作量に反映
される。

【００１４】自動燃焼制御ガイダンス表示装置は、自動
燃焼制御装置に判別用のプログラムを追加することによ
り、燃焼制御に関するガイダンスを生成する。生成され
たガイダンスの表示は、既存の操作盤画面へガイダンス
表示機能を追加することで実施できる。従って、自動燃
焼制御ガイダンス表示装置の製作費用は、運転訓練装置
を単独で製作することに比べ少なくてすむ。

【００１５】自動燃焼制御ガイダンス表示装置により、
運転員は操作端の手動運転時に炉内燃焼状態に応じて、
参照すべき状態量や操作量の増減操作を焼却炉内の燃焼
プロセスと共に早期に把握・習得できる。このように、
操作方法を習得するには、操作端を操作したときの運転
訓練装置の炉内状態量変化を調べる事が効果的である。

【００１６】なお、運転中には、炉内の状態量表示と共
に、操作端の自動運転と手動運転の切り換えを行う事が
でき、運転結果については、各状態量の運転結果・トレ
ンドが表示できるという実炉DCS（分散制御系）で用い
られている機能と同様の機能を持つことが、運転技術向
上には望ましい。

【００１７】第２の発明は、自動運転を選択した場合
に、自動燃焼制御装置がごみ焼却炉の操作端に対し、炉
内の状態量から所定の制御アルゴリズムにより操作量を
決定することを特徴とする第１の発明の運転支援装置付
きごみ焼却炉である。

【００１８】自動燃焼制御装置においては、通常のＰＩ
Ｄ演算、あるいはファジイ演算等所定の制御アルゴリズ
ムを用いて、操作量の演算を行う。自動燃焼制御ガイダ
ンス表示装置では、自動燃焼制御による演算の過程や結
果から、各操作端の操作量の理想的な動きやその根拠と
なる理由を抽出し、表示する。その結果、自動燃焼制御
装置による燃焼制御の結果だけを表示する場合に比べ
て、燃焼制御の内容が理解し易くなる。

【００１９】第３の発明は、自動燃焼制御ガイダンス表
示装置がごみ焼却炉の操作端に自動燃焼制御による演算
内容を言語に変換・表示することを特徴とする第１ある
いは第２の発明の運転支援装置付きごみ焼却炉である。

【００２０】この発明では、さらに、自動燃焼制御ガイ
ダンス表示装置が、自動燃焼制御装置の演算内容を簡単
な言葉に変換して表示する。また、自動燃焼制御ガイダ
ンス表示を行うために、運転訓練中行われている自動燃
焼制御装置の演算過程や結果から、各操作端の定性的な
動きとその根拠となる事象を判別する。自動燃焼制御ガ
イダンス表示装置では、自動燃焼制御の内容として、各
操作端の操作量の理想的な動きやその根拠となる理由
を、自動燃焼制御による演算の過程や結果から抽出す
る。

【００２１】これらの結果を、自動燃焼制御ガイダンス
表示装置では箇条書きなどのわかりやすい表現に置き換
え、運転中にガイダンスとして表示する。表示する画面
としては、既存の運転モード切り換えや運転結果トレン
ド表示などが行える操作盤上であることが機能として望
ましい。ただし、信号線で接続された操作盤と別の表示
画面であっても問題はない。自動燃焼制御ガイダンス表
示装置により、運転員は、操作端の手動運転時に参照す
べき状態量や操作量の増減操作を、焼却炉内の燃焼プロ
セスと共に早期に把握することができる。

【００２２】第４の発明は、自動燃焼制御装置は操作量
の演算方法としてファジイ演算を用い、自動燃焼制御ガ
イダンス表示装置はこのファジイ演算における最大適合
ルールと補正量の定性的傾向を表示することを特徴とす
る第１ないし第３の発明の運転支援装置付きごみ焼却炉
である。

【００２３】この発明では、操作量の演算方法としてフ
ァジイ演算を用いているので、自動燃焼制御により得ら
れる操作量を表現する際、手動操作に近い表現が可能に
なる。ファジイ演算による制御の結果としては、例え
ば、各ルール群における最大適合ルールと「増やす」、
「減らす」等の定性的な傾向を見ることができる。その
結果、どのパラメータをどのように操作（増減）すれば
よいか、運転員にとってわかり易くなる。

【００２４】また、自動燃焼制御ガイダンス表示を行う
ために、自動燃焼制御装置の演算過程や結果から各操作
端の定性的な動きとその根拠となる事象を逐次、判別す
る。判別項目としては操作端の増減値や状況に応じた操
作端の重要度を加えてもよい。具体的には、各操作端の
定性的な動きを操作量の基準値に加算する補正量の正
負、または操作量の前回出力値と比べた増減により判別
する。また、根拠となる事象については補正量を決定す
る炉内各状態量の特徴により判別（例：温度が高い／低
い）する。

【００２５】

【発明の実施の形態】まず、この発明の装置の全体像に
ついて説明する。

【００２６】図１はごみ焼却炉の運転訓練装置の構成を
示すブロック図である。図中、操作盤１は、運転操作切
り換え手段３、手動運転操作手段４、運転結果表示手段
５、自動燃焼制御装置８、自動燃焼制御ガイダンス表示
装置８ａ、ごみ焼却炉１１と各種の信号を交信できる。

【００２７】操作盤１を通じて、運転員はごみ焼却炉１
１の操作を行う。自動燃焼制御装置８は、ごみ焼却炉１
１における計測値を入力として操作量を演算する。これ
らの手動による操作変更または自動燃焼制御装置８の演
算結果に応じて、ごみ焼却炉１１の操作量が決定され
る。操作端については、運転操作切り換え手段３によっ
て、自動燃焼制御装置８または手動による運転が選択で
きる。手動運転時には手動運転操作手段４によって運転
員が手動運転操作を行う。

【００２８】運転員は、ごみ焼却炉１１における計測値
や自動燃焼制御装置８で演算された操作量を、運転結果
表示手段５である炉内状態量の数値・トレンド表示を通
じ、現在と過去の運転状況を確認しながら訓練を進め
る。また、各操作端が手動・自動にかかわらず自動燃焼
制御装置８では常に演算を行い、各操作端の定性的な動
きとその根拠となる事象を自動燃焼制御ガイダンス表示
手段８aにて判別し、その結果が運転結果表示手段５を
通じて表示される。

【００２９】これ以降、図１の運転訓練装置について、
主要各部分を説明する。まず、自動燃焼制御装置８にお
ける操作量の演算方法は、通常のＰＩＤ演算でもよい
が、ここでは一例としてファジイ演算を用いた場合につ
いて説明する。各操作端の自動運転時の操作量は周期毎
に、(1)に示すように、燃焼の長期安定化を保つための
基準値と、短周期の外乱変動に対する補正量の積により
算出されている。ｕ_i＝(１＋Σ_jfc_{i j})×fr_i （１）

【００３０】ここで、ｕ_iは操作端iの操作量、fr_iは
操作端iの基準値、fc_{i j}は操作端iにおけるルール群j
の補正量をそれぞれ表す。

【００３１】基準値ｕ_i，fr_iは各操作端毎にごみの低
位発熱量、ごみ供給量、蒸発量などから決定される。補
正量fc_{i j}は各操作端毎に関連の深い状態量を入力とし
て、PID演算またはファジィ演算などの手法にて導出さ
れる。炉内の操作端の例として、水噴霧量のファジィル
ール群（自動燃焼制御装置の水噴霧量の操作量決定に用
いられるファジィルール群一覧）を表１に示す。水噴霧
量の補正量は炉内温度、NOx濃度、炉出口温度それぞれ
のファジィルール群の補正量の総和により決定される。
つまり、式(1)を水噴霧量に当てはめた場合、式中のjの
値は3である。

【００３２】

【表１】

【００３３】次に、各ルール群における補正量はシング
ルトン法を用いて算出している。一例として前述した水
噴霧量のルール群１を用いて説明する。炉内温度の各ル
ール（低、適、高）に対応するメンバーシップ関数は図
２に示す形で与えられる。次に各前件部における適合度
は図２に示す現在の炉内温度と炉内温度が低、適、高の
メンバーシップ関数が交叉する点である。これらの値が
μ₁、μ₂、μ₃と与えられる。Rule1-3における後件部
出力値が G₁、G₂、G₃で与えられるとき、ルール群１に
おける補正値は以下の式で与えられる。 fc_{H2O 1}＝(Ｇ₁μ₁+Ｇ₂μ₂+Ｇ₃μ₃)／(μ₁+μ₂+μ₃) （２）

【００３４】このような演算が各操作端の各ルール群に
ついて行われ、計算された操作量ｕ _iは、操作端が自動
運転モードである場合にはごみ焼却炉１１に入力され
る。

【００３５】なお、補正量の演算と並行して、各操作端
内の補正量を決定するルール群それぞれにおいて、一番
適合度の高い（支配的である）ルール番号と補正量の総
和の定性的な傾向（正、負、０）を求めておき、自動燃
焼制御ガイダンス表示手段8aへフォーマットに従った数
列として引き渡す。前述の水噴霧量の例を用いればμ ₁
からμ₃の中で一番大きい値を持つルール番号 : 1-3と
ルール群１から３(fc_H2O ₁から fc_{H2O 3})の総和の定性的
な傾向を数列として送る。

【００３６】フォーマット（自動燃焼制御装置の演算結
果を自動燃焼制御ガイダンス装置へ渡す数列のフォーマ
ット）の一例を表２に示す。表２に従い、水噴霧量の例
で数列の作成手順を説明する。ルール群1の最大適合度:
Rule2であり、ルール群2の最大適合度:Rule1であり、ル
ール群3の最大適合度:Rule3であり、トータルの補正量
総和が正つまり基準値に比べ増やす方向であることを想
定する。このとき１−３桁目にはルール群１−３の最大
適合度ルール番号である２、１、３が入る。また４、５
桁目はルール群４、５が存在しないので０が入る。６桁
目は、上記の補正量総和を増やす方向であるので、１が
入る。よって、この場合の自動燃焼制御ガイダンス表示
手段８aへ引き渡す数列は２１３００１となる。

【００３７】

【表２】

【００３８】自動燃焼制御ガイダンス装置８aは、自動
燃焼制御装置８から引き渡されたガイダンス用数列の各
桁の数字より、データベースに予め格納しておいたガイ
ダンスメッセージから該当するもの選択し、運転結果表
示手段5を通じて画面に表示する。これらの過程のフロ
ーチャートを図３に示す。

【００３９】まず、1桁目から順次数字を読み込む。こ
こでｉ(i:1〜5)桁目の数字は、ｉ番目のルール群におけ
る最大適合ルール番号である。ステップＳ１では、それ
に対応するガイダンスを選択・表示する。ステップＳ２
では補正量の総和についてj番目のルールのガイダンス
データを取り出す。ステップＳ３で取り出されたガイダ
ンスデータを画面に表示する。そのために、各操作端に
おけるルール群における各ルールのガイダンスのデータ
ベースを予め用意しておく。

【００４０】前述した（自動燃焼制御ガイダンス装置に
おける）水噴霧量のガイダンスのデータベースを表３に
示す。ちなみに、これらは運転員が簡単に理解できる言
葉である方がよい。この例では、該当ルールを簡単に言
葉に直したものである。各桁について上記のような処理
を行うが、数が０である場合は、ルール群が存在しない
ことを示しているので表示しない。最終桁の補正量全体
の定性的傾向についても、同様に数字を読み込みデータ
ベースから対応するガイダンスを選択・表示する。

【００４１】

【表３】

【００４２】

【実施例】ごみ焼却炉１１が運転しているとき、通常運
転員は図4に示す操作盤の画面によって、炉内燃焼状態
を確認する。図４は自動・手動運転操作切替手段３、手
動運転操作手段４、運転結果表示手段５を兼ねている。

【００４３】図４の画面上で、運転員が任意の操作タ
グ、例えば「S-003」を指定すると画面右端に自動と手
動運転操作切替手段３と手動運転操作手段４を兼ねた画
面が表示され、自動運転の状態「ACC」から手動運転の
状態「MAN」に切り換えることができる。ここで、「S-0
03」を「MAN」に切り換えることによって、任意の操作
量を手動で設定できる。この画面が不要であれば、「消
去」を選択すると画面が消える。

【００４４】また、運転結果表示手段4は、図4と図5と
図6の三つの画面から構成される。図4では、現在の操作
量、炉内の各温度、圧力、排ガス中の各成分の濃度、蒸
気発生量、ホッパレベルなどの数値とそれぞれのタグ名
が、周期的に更新され、表示される。図５では、これら
の数値の過去のトレンドが表示される。自動燃焼制御装
置８の演算結果が自動燃焼制御ガイダンス表示装置８a
を介することにより、各操作端における現在の操作量の
演算結果が分かりやすい言語に置き換えられ、図６のよ
うに表示される。左にある操作端のボタンを押すと、そ
の操作端における各ルール群における最大適合ルールと
定性的な傾向、そして全体的な傾向を見ることができ
る。

【００４５】

【発明の効果】本発明は、自動燃焼制御ガイダンス表示
装置により運転員が操作端の手動運転時に参照すべき状
態量や操作量の増減操作を焼却炉内の燃焼プロセスと共
に早期に把握できる。従って、このごみ焼却炉の運転支
援装置を利用することにより、運転員の効果的な運転技
術向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ごみ焼却炉の構成を示すブロック図である。

【図２】自動燃焼制御装置の水噴霧量の操作量決定に用
いられる炉内温度のメンバーシップ関数である。

【図３】自動燃焼制御ガイダンス表示装置におけるフロ
ーチャートである。

【図４】ごみ焼却炉の運転の各種操作を行うための画面
を示す図である。

【図５】燃焼挙動を示す変数のトレンドを示す図であ
る。

【図６】自動燃焼制御ガイダンス表示画面を示す図であ
る。

【符号の説明】

１操作盤３運転操作切り換え手段４手動運転操作手段５運転結果表示手段８自動燃焼制御装置８a 自動燃焼制御ガイダンス表示装置９燃焼モデル演算装置１１ごみ焼却炉

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者月岡誠東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者菊池勉東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ごみ焼却炉の燃焼制御を自動的に行う自
動燃焼制御装置と、自動燃焼制御の内容を表示する自動
燃焼制御ガイダンス表示装置とを備えていることを特徴
とする運転支援装置付きごみ焼却炉。
【請求項２】自動運転を選択した場合に、自動燃焼制
御装置がごみ焼却炉の操作端に対し、炉内の状態量から
所定の制御アルゴリズムにより操作量を決定することを
特徴とする請求項１記載の運転支援装置付きごみ焼却
炉。
【請求項３】自動燃焼制御ガイダンス表示装置がごみ
焼却炉の操作端に自動燃焼制御による演算内容を言語に
変換・表示することを特徴とする請求項１あるいは請求
項２記載の運転支援装置付きごみ焼却炉。
【請求項４】自動燃焼制御装置は操作量の演算方法と
してファジイ演算を用い、自動燃焼制御ガイダンス表示
装置はこのファジイ演算における最大適合ルールと補正
量の定性的傾向を表示することを特徴とする請求項１な
いし請求項３記載の運転支援装置付きごみ焼却炉。