JP6907151B2 - Combustion furnace combustion state estimation method, combustion furnace combustion control method, and combustion furnace combustion control device - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼炉の燃焼状態の推定方法、燃焼炉の燃焼制御方法、および燃焼炉の燃焼制御装置に関する。 The present invention relates to a method for estimating a combustion state of a combustion furnace, a method for controlling combustion in a combustion furnace, and a combustion control device for a combustion furnace.
ごみ焼却プラントやバイオマス燃焼プラントなどの燃焼プロセスにおいては、排ガス中の一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物、塩化水素、水銀などの有害物質の発生を極力抑制しつつ、高効率かつ安定して熱回収できる操業管理が求められている。しかしながら、これらのプラントでは雑多なごみやバイオマスを燃料すなわち被処理物としているため、被処理物の特性(材質、形状、水分、発熱量等)の変動が大きく、燃焼状態が変動しやすい。安定かつ高効率なプラント操業には安定した燃焼が不可欠である。そのために、燃焼前に、被処理物が投入されたピット内で被処理物を攪拌して均一化させるなどの操業上の取り組みや、燃焼状態の変動に対応するための様々な燃焼制御方法の開発がなされている。 In combustion processes such as waste incineration plants and biomass combustion plants, high efficiency and stability are achieved while suppressing the generation of harmful substances such as carbon monoxide, nitrogen oxides, sulfur oxides, hydrogen chloride, and mercury in exhaust gas as much as possible. Operation management that can recover heat is required. However, since miscellaneous waste and biomass are used as fuel, that is, the object to be treated in these plants, the characteristics (material, shape, moisture, calorific value, etc.) of the object to be processed fluctuate greatly, and the combustion state is likely to fluctuate. Stable combustion is indispensable for stable and highly efficient plant operation. For this purpose, operational efforts such as stirring and homogenizing the object to be processed in the pit where the object to be processed is put in before combustion, and various combustion control methods for responding to fluctuations in the combustion state It is being developed.
これらのプラント、すなわちごみやバイオマスを被処理物とした燃焼炉においては、一般に炉内各部の温度分布や、炉出口の酸素濃度や、排ガス中の一酸化炭素濃度および窒素酸化物濃度などの観測値に基づいて、それらが適切な管理範囲を逸脱しないよう、炉内への被処理物の供給量や、炉内への燃焼空気あるいは再循環排ガスの供給量や、炉内温度を適切に保つために炉内に供給される冷却水の流量や、窒素酸化物を低減するために炉内へ供給される尿素水あるいはアンモニア等の脱硝薬剤の供給量などを調節するような燃焼制御が行われている。なお、「燃焼炉」の概念には「焼却炉」も含まれる。 In these plants, that is, combustion furnaces using waste and biomass as objects to be treated, generally, the temperature distribution of each part in the furnace, the oxygen concentration at the outlet of the furnace, the carbon monoxide concentration and the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas, etc. are observed. Based on the values, keep the supply of the object to be processed into the furnace, the supply of combustion air or recirculated exhaust gas into the furnace, and the temperature inside the furnace appropriately so that they do not deviate from the appropriate control range. Therefore, combustion control is performed to adjust the flow rate of the cooling water supplied into the furnace and the supply amount of denitration chemicals such as urea water or ammonia supplied into the furnace to reduce nitrogen oxides. ing. The concept of "combustion furnace" also includes "incinerator".
しかしながら、一般にこれらの燃焼制御は、被処理物が燃焼したあとの結果として観測される観測値に基づいたフィードバック制御として構成されているため、燃焼炉における燃焼変動の根本的な原因である、被処理物であるごみやバイオマスの供給量や物性の変動の情報は、通常利用されていない。 However, since these combustion controls are generally configured as feedback controls based on the observed values observed as a result of the combustion of the object to be processed, they are the root cause of combustion fluctuations in the combustion furnace. Information on changes in the supply and physical properties of treated waste and biomass is not normally used.
これは、被処理物であるごみあるいはバイオマスの供給量や物性、すなわち水分や発熱量や化学組成を、被処理物が燃焼炉に投入される前に、リアルタイムでかつ高精度に計測することが可能な計測手法あるいは計測装置が存在していないことによる。そのため、被処理物であるごみやバイオオマスの供給量や物性が大きく変化した場合、燃焼制御が適切に機能せず、その結果として炉内各部の温度分布や、炉出口の酸素濃度や、排ガス中の一酸化炭素濃度および窒素酸化物濃度などが管理範囲を逸脱してしまうことがあるという課題があった。 This is to measure the supply amount and physical properties of waste or biomass, that is, the amount of water, calorific value, and chemical composition, in real time and with high accuracy before the object to be processed is put into the combustion furnace. Due to the lack of a possible measurement method or device. Therefore, if the supply amount or physical properties of the waste or bio-mass to be treated change significantly, the combustion control does not function properly, and as a result, the temperature distribution of each part in the furnace, the oxygen concentration at the furnace outlet, and the exhaust gas are exhausted. There is a problem that the carbon monoxide concentration and the nitrogen oxide concentration in the medium may deviate from the control range.
こうした課題に対して、燃焼炉の内部の燃焼状態を熱流体解析すなわち数値シミュレーションによって模擬することで得られる情報を活用することが考えられている。 To solve these problems, it is considered to utilize the information obtained by simulating the combustion state inside the combustion furnace by thermo-fluid analysis, that is, numerical simulation.
例えば特許文献1においては、ストーカ式焼却炉の燃焼制御方法において、ごみ量、空気量、移動速度のそれぞれを入力条件として各入力条件値の組み合わせによって種々の燃焼パターンを規定し、各燃焼パターンにおける焼却炉の燃焼ガス成分の濃度および温度分布を測定し、測定した濃度および温度分布に基づいて焼却炉内の熱流体解析を行って各燃焼パターンにおける燃焼ガス流の流れ状態を表す熱流体解析結果データを求め、予め各燃焼パターンにおける熱流体解析結果データを制御装置にデータベースとして入力しておき、プロセスデータを制御指標として給塵装置、ストーカ、ダンパ装置を制御装置により制御しつつ、当該入力条件値の燃焼パターンにおける燃焼ガス流の流れ状態を熱流体解析結
果データとしてデータベースから求めるとともに、燃焼ガス流の流れ状態が現在に較べてより良くなる熱流体解析結果データを持つ燃焼パターンをデータベースから求め、求めた燃焼パターンとなるように給塵装置、ストーカ、ダンパ装置を制御装置により制御することを特徴とする熱流体解析を用いた焼却炉の燃焼制御方法について記載されている。
For example, in Patent Document 1, in the combustion control method of a stoker type incinerator, various combustion patterns are defined by combining each input condition value with each of the amount of waste, the amount of air, and the moving speed as input conditions, and in each combustion pattern. The concentration and temperature distribution of the combustion gas components of the incinerator are measured, and the thermo-fluid analysis in the incinerator is performed based on the measured concentration and temperature distribution. Data is obtained, and the thermo-fluid analysis result data for each combustion pattern is input to the control device as a database in advance, and the input conditions are controlled while the dust supply device, stoker, and damper device are controlled by the control device using the process data as a control index. The flow state of the combustion gas flow in the value combustion pattern is obtained from the database as thermo-fluid analysis result data, and the combustion pattern with the thermo-fluid analysis result data that makes the flow state of the combustion gas flow better than the current one is obtained from the database. , The combustion control method of the incinerator using the thermo-fluid analysis, which is characterized in that the dust supply device, the stoker, and the damper device are controlled by the control device so as to obtain the obtained combustion pattern, is described.
また特許文献2においては、廃棄物焼却炉を有するプラントの制御装置において、焼却プロセスを表現するシミュレーションモデルを用いて廃棄物の乾燥、ガスの流れ、反応伝熱を計算し焼却炉の状態を推定する手段、推定した状態と実測値に基づく状態を比較し、その差が減少するようにシミュレーションモデルのパラメータを修正する手段、該修正後のシミュレーションモデルで再度状態を推定し、予め設定した状態との比較により該推定状態が設定状態に近づくように操作量を決定する手段を有することを特徴とする廃棄物焼却プラントの制御装置について記載されている。 Further, in Patent Document 2, in the control device of a plant having a waste incinerator, the state of the incinerator is estimated by calculating the drying of waste, the flow of gas, and the reaction heat transfer by using a simulation model expressing the incinerator process. Means to perform, means to compare the estimated state with the state based on the measured value, and correct the parameters of the simulation model so that the difference is reduced, the state is estimated again by the modified simulation model, and the state is set in advance. A control device for a waste incinerator plant is described, which comprises means for determining the amount of operation so that the estimated state approaches the set state by comparison.
これらの先行特許文献において記載されている燃焼制御方法あるいは制御装置においては、実際の燃焼炉にて得られたプロセスデータ、すなわち温度やガス組成等の観測値の情報に基づいて、その内部の燃焼状態を精緻に模擬する数値シミュレーションを実行することで、燃焼炉の内部の燃焼状態を推定する概念が用いられている。 In the combustion control method or control device described in these prior patent documents, the combustion inside the combustion control method or control device is based on the process data obtained in the actual combustion furnace, that is, the information of the observed values such as the temperature and the gas composition. The concept of estimating the combustion state inside the combustion furnace is used by executing a numerical simulation that precisely simulates the state.
この概念を応用することで、燃焼炉における燃焼変動の根本的な原因である、被処理物であるごみやバイオマスの供給量や物性の変動の情報など、実際の燃焼炉において直接的に計測することができない状態量を、実際の燃焼炉にて得られたプロセスデータに基づく数値シミュレーションによって推定できる可能性があるが、実際の燃焼炉において、こうした枠組みによってこれらの状態量を精度よく推定することは、主に以下の3つの理由からこれまでは困難であった。 By applying this concept, it is possible to directly measure in an actual combustion furnace, such as information on the supply amount of waste and biomass, which is the underlying cause of combustion fluctuations in the combustion furnace, and fluctuations in physical properties. There is a possibility that the state quantities that cannot be estimated can be estimated by numerical simulation based on the process data obtained in the actual combustion furnace, but in the actual combustion furnace, these state quantities should be estimated accurately by such a framework. Has been difficult so far, mainly for the following three reasons.
第1の理由は、実際の燃焼炉におけるプロセスデータとして、温度やガス組成等の観測値を得る上で、計測器の測定精度や、計測上のタイムラグ、計測器を用いることそのもの等に起因する誤差、すなわち観測誤差が発生することが避けられないことである。 The first reason is due to the measurement accuracy of the measuring instrument, the time lag in the measurement, the use of the measuring instrument itself, etc. in obtaining the observed values such as temperature and gas composition as the process data in the actual combustion furnace. It is inevitable that an error, that is, an observation error will occur.
第2の理由は、数値シミュレーションにおいて用いられる物理モデル(計算モデル)が完全ではないことである。すなわち、燃焼炉の内部で生じる被処理物の燃焼反応は、固気反応としての被処理物からの水分の蒸発および被処理物の熱分解および/または燃焼反応、蒸発した水分および熱分解反応により発生した熱分解ガスと燃焼空気との気相反応に代表される様々な化学的反応が同時並行的に進むものであるが、それらの反応に関与する数十から数百種類に及ぶ全ての化学種と、それら相互の化学反応式と、反応パラメータとを完全に解明し、シミュレーションに用いる計算モデルとして記述することは現実的には不可能である。また仮に記述できたとしても、そのような計算を実行するためには多大な計算機資源および計算時間を要する。 The second reason is that the physical model (calculation model) used in the numerical simulation is not perfect. That is, the combustion reaction of the object to be processed that occurs inside the combustion furnace is due to the evaporation of water from the object to be treated as a solid air reaction, the thermal decomposition and / or combustion reaction of the object to be processed, and the evaporated water and thermal decomposition reaction. Various chemical reactions represented by the gas phase reaction between the generated thermal decomposition gas and combustion air proceed in parallel, but with all the tens to hundreds of chemical species involved in these reactions. , It is practically impossible to completely elucidate the mutual chemical reaction formulas and reaction parameters and describe them as a calculation model used for simulation. Even if it can be described, a large amount of computer resources and calculation time are required to execute such a calculation.
そのため実用上は、大幅に簡略化した反応モデルを用いることで、利用可能な計算機資源および計算時間のもとで数値シミュレーションを実行することになるが、得られた計算結果は計算モデルの簡略化に起因する誤差、すなわちモデル誤差が含まれることが避けられない。 Therefore, in practice, by using a significantly simplified reaction model, numerical simulations can be performed under the available computer resources and calculation time, but the obtained calculation results are a simplification of the calculation model. It is inevitable that an error due to the above, that is, a model error is included.
第3の理由は、数値シミュレーションを実行する上で必須となる解析パラメータの値を正確に与えることが実質的に不可能であることである。例えばストーカ式焼却炉の内部での燃焼反応を模擬する場合、火格子上部に滞留する被処理物の熱分解および/または燃焼反応により発生するガス組成を仮定し、それらを流入境界条件として数値シミュレーションを行うことになるが、それら境界条件の値を正確に測定することは困難であるし、また実際の燃焼炉においては被処理物の処理量や物性は時々刻々と変化するため、それら境界条件の値を確定値として与えること自体が難しくなる。 The third reason is that it is practically impossible to accurately give the values of the analysis parameters that are indispensable for executing the numerical simulation. For example, when simulating the combustion reaction inside a stoker-type incinerator, the gas composition generated by the thermal decomposition and / or combustion reaction of the object to be treated staying in the upper part of the grate is assumed, and numerical simulation is performed using them as the inflow boundary condition. However, it is difficult to accurately measure the values of these boundary conditions, and in an actual combustion furnace, the processing amount and physical properties of the object to be processed change from moment to moment, so these boundary conditions It becomes difficult to give the value of as a definite value.
また、前述の燃焼反応を記述する計算モデルで用いられる反応パラメータについても、一般には実験室規模の理想化された環境において計測された実験データに基づいて決められるため、対象とする燃焼炉の燃焼状態を記述する上で適切な値であるかどうかは定かではない場合が多い。 In addition, the reaction parameters used in the above-mentioned calculation model that describes the combustion reaction are also generally determined based on the experimental data measured in an idealized environment on a laboratory scale, so that the combustion of the target combustion furnace is performed. It is often uncertain whether the value is appropriate for describing the state.
すなわち、実際の燃焼炉にて得られたプロセスデータ、すなわち温度やガス組成等の観測値の情報に基づいて、その内部の燃焼状態を精緻に模擬する数値シミュレーションを実行することで、被処理物であるごみやバイオマスの供給量や物性の変動の情報など、実際の燃焼炉において直接的に計測することができない状態量を推定するためには、プロセスデータの観測誤差と、数値シミュレーションにおいて用いられる物理モデル(計算モデル)が完全でないことに起因するモデル誤差とを適切に考慮するとともに、予め確定的に与えることのできない解析パラメータを適切に推定する手法が必要となるという課題があった。 That is, the object to be processed is processed by executing a numerical simulation that precisely simulates the combustion state inside the process data obtained in the actual combustion furnace, that is, based on the information of the observed values such as temperature and gas composition. In order to estimate the amount of state that cannot be directly measured in an actual combustion furnace, such as information on the supply amount of waste and biomass and fluctuations in physical properties, it is used in observation errors of process data and numerical simulations. There is a problem that a method for appropriately estimating analysis parameters that cannot be deterministically given in advance is required while appropriately considering the model error caused by the incomplete physical model (calculation model).
そこで本発明では、ごみやバイオマスを被処理物とする燃焼炉において、被処理物の供給量や物性などのように、直接的に計測することが困難な状態量を、実際のプロセスデータの観測値に基づいて精度よく推定することができる、燃焼炉の燃焼状態の推定方法を提供するとともに、該推定方法を活用することによって、被処理物の供給量や物性などが変化しても、それらに追従して適切な燃焼制御を行うことができる、燃焼炉の燃焼制御方法および燃焼制御装置を提供することを課題とする。 Therefore, in the present invention, in a combustion furnace using waste or biomass as a object to be processed, observation of actual process data is performed on a state amount that is difficult to measure directly, such as the supply amount and physical properties of the object to be processed. A method for estimating the combustion state of a combustion furnace, which can be accurately estimated based on a value, is provided, and by utilizing the estimation method, even if the supply amount or physical properties of the object to be processed change, they are used. It is an object of the present invention to provide a combustion control method and a combustion control device for a combustion furnace, which can perform appropriate combustion control in accordance with the above.
前記課題を解決するため、本発明の第1の態様である燃焼炉の燃焼状態の推定方法は、被処理物を燃焼処理する燃焼炉の炉内において、直接的に計測することができない1つ以上の状態量を推定することにより、該燃焼状態を推定することを特徴とする燃焼炉の燃焼状態の推定方法であって、前記1つ以上の状態量を説明変数とし、前記燃焼炉に配設された1つ以上の観測点において直接的に計測することが可能である1つ以上の観測量を目的変数とした、多数の数値シミュレーションを実行して得られた結果に基づいて、前記1つ以上の状態量と前記1つ以上の観測量の関係性をあらかじめ定式化し、前記観測点において実際に計測された前記1つ以上の観測量の計測値の統計情報と、前記定式化された前記1つ以上の状態量と前記1つ以上の観測量の関係性に基づいて、ベイズ推定を行うことにより、前記1つ以上の状態量の推定値を得て、該推定値に基づいて、前記燃焼炉の燃焼状態の推定を行うことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the method of estimating the combustion state of the combustion furnace, which is the first aspect of the present invention, cannot be directly measured in the furnace of the combustion furnace for combusting the object to be processed. A method for estimating the combustion state of a combustion furnace, which comprises estimating the combustion state by estimating the above state quantities, wherein one or more state quantities are used as explanatory variables and arranged in the combustion furnace. Based on the results obtained by executing a large number of numerical simulations with one or more observables that can be directly measured at one or more observables provided as objective variables, the above 1 The relationship between one or more state quantities and the one or more observables was formulated in advance, and the statistical information of the measured values of the one or more observables actually measured at the observation point and the formulation were formulated. By performing Bayesian estimation based on the relationship between the one or more state quantities and the one or more observables, an estimated value of the one or more state quantities is obtained, and based on the estimated value, It is characterized in that the combustion state of the combustion furnace is estimated.
このように構成すると、実際の燃焼炉におけるプロセスデータの観測誤差と、数値シミュレーションにおけるモデル誤差を適切に考慮して、ごみやバイオマスを被処理物とする燃焼炉において直接的に計測することができない状態量を、実際のプロセスデータの観測値に基づいて精度よく推定することができるため、燃焼炉の燃焼状態を的確に推定することが可能となる。 With this configuration, it is not possible to directly measure in a combustion furnace using waste or biomass as the object to be treated, by appropriately considering the observation error of the process data in the actual combustion furnace and the model error in the numerical simulation. Since the state quantity can be estimated accurately based on the observed values of the actual process data, it is possible to accurately estimate the combustion state of the combustion furnace.
また、前記課題を解決するため、本発明の第2の態様である燃焼炉の燃焼制御方法は、
被処理物を燃焼処理する燃焼炉の炉内において、直接的に計測することができない1つ以上の状態量を推定することにより、該燃焼炉の燃焼制御を行うことを特徴とする燃焼炉の燃焼制御方法であって、前記1つ以上の状態量を説明変数とし、前記燃焼炉に配設された1つ以上の観測点において直接的に計測することが可能である1つ以上の観測量を目的変数とした、多数の数値シミュレーションを実行して得られた結果に基づいて、前記1つ以上の状態量と前記1つ以上の観測量の関係性をあらかじめ定式化し、前記観測点において実際に計測された前記1つ以上の観測量の計測値の統計情報と、前記定式化された前記1つ以上の状態量と前記1つ以上の観測量の関係性に基づいて、ベイズ推定を行うことにより、前記1つ以上の状態量の推定値を得て、該推定値に基づいて、前記燃焼炉の燃焼制御を行うことを特徴とする。
Further, in order to solve the above-mentioned problems, the combustion control method of the combustion furnace, which is the second aspect of the present invention, is
A combustion furnace characterized in that combustion control of the combustion furnace is performed by estimating one or more state quantities that cannot be directly measured in the furnace of the combustion furnace that combusts the object to be processed. A combustion control method in which one or more state quantities are used as explanatory variables, and one or more observables that can be directly measured at one or more observable points arranged in the combustion furnace. Based on the results obtained by executing a large number of numerical simulations with the above as the objective variable, the relationship between the one or more state quantities and the one or more observables is formulated in advance, and the relationship is actually formulated at the observation point. Bayesian estimation is performed based on the statistical information of the measured values of the one or more observables measured in the above, and the relationship between the formulated one or more state quantities and the one or more observables. This is characterized in that an estimated value of the one or more state quantities is obtained, and the combustion control of the combustion furnace is performed based on the estimated value.
このように構成すると、実際の燃焼炉におけるプロセスデータの観測誤差と、数値シミュレーションにおけるモデル誤差を適切に考慮して、ごみやバイオマスを被処理物とする燃焼炉において直接的に計測することができない状態量を、実際のプロセスデータの観測値に基づいて精度よく推定することができ、さらにその推定値に基づいて燃焼炉の燃焼制御を効果的に行うことが可能となる。 With this configuration, it is not possible to directly measure in a combustion furnace using waste or biomass as the object to be treated, by appropriately considering the observation error of the process data in the actual combustion furnace and the model error in the numerical simulation. The state quantity can be estimated accurately based on the observed value of the actual process data, and the combustion control of the combustion furnace can be effectively performed based on the estimated value.
また、前記課題を解決するため、本発明の第3の態様である燃焼炉の燃焼制御装置は、被処理物を燃焼処理する燃焼炉の炉内において、直接的に計測することができない1つ以上の状態量を推定することにより、該燃焼炉の燃焼制御を行うことを特徴とする燃焼炉の燃焼制御装置であって、前記1つ以上の状態量を説明変数とし、前記燃焼炉に配設された1つ以上の観測点において直接的に計測することが可能である1つ以上の観測量を目的変数とした、多数の数値シミュレーションを実行して得られた結果に基づいて、前記1つ以上の状態量と前記1つ以上の観測量の関係性をあらかじめ定式化し、前記観測点において実際に計測された前記1つ以上の観測量の計測値の統計情報と、前記定式化された前記1つ以上の状態量と前記1つ以上の観測量の関係性に基づいて、ベイズ推定を行うことにより、前記1つ以上の状態量の推定値を得て、該推定値に基づいて、前記燃焼炉の燃焼制御を行うことを特徴とする。 Further, in order to solve the above-mentioned problems, the combustion control device of the combustion furnace according to the third aspect of the present invention cannot be directly measured in the furnace of the combustion furnace that combusts and processes the object to be processed. A combustion control device for a combustion furnace, characterized in that the combustion control of the combustion furnace is performed by estimating the above state quantities, and the one or more state quantities are used as explanatory variables and arranged in the combustion furnace. Based on the results obtained by executing a large number of numerical simulations with one or more observables that can be directly measured at one or more observables provided as objective variables, the above 1 The relationship between one or more state quantities and the one or more observables was formulated in advance, and the statistical information of the measured values of the one or more observables actually measured at the observation point and the formulation were formulated. By performing Bayesian estimation based on the relationship between the one or more state quantities and the one or more observables, an estimated value of the one or more state quantities is obtained, and based on the estimated value, It is characterized in that the combustion control of the combustion furnace is performed.
このように構成すると、実際の燃焼炉におけるプロセスデータの観測誤差と、数値シミュレーションにおけるモデル誤差を適切に考慮して、ごみやバイオマスを被処理物とする燃焼炉において直接的に計測することができない状態量を、実際のプロセスデータの観測値に基づいて精度よく推定することができ、さらにその推定値に基づいて燃焼炉の燃焼制御を効果的に行うことが可能となる。 With this configuration, it is not possible to directly measure in a combustion furnace using waste or biomass as the object to be treated, by appropriately considering the observation error of the process data in the actual combustion furnace and the model error in the numerical simulation. The state quantity can be estimated accurately based on the observed value of the actual process data, and the combustion control of the combustion furnace can be effectively performed based on the estimated value.
さらに、本発明の第4の態様である燃焼炉の燃焼制御装置は、前記燃焼炉はストーカ式焼却炉であって、前記1つ以上の状態量として、該ストーカ式焼却炉の火格子上に供給される前記被処理物の供給量、該火格子上に滞留する前記被処理物の滞留量、水分、可燃分、灰分、発熱量、元素組成、前記被処理物が火格子上で熱分解および/または燃焼反応することにより発生する熱分解ガスおよび/または燃焼ガスの温度および化学組成のいずれか1つを含むことを特徴とする。 Further, in the combustion control device of the combustion furnace according to the fourth aspect of the present invention, the combustion furnace is a stoker type incinerator, and as one or more of the state quantities, it is placed on the grate of the stoker type incinerator. The amount of the object to be supplied, the amount of the object to be treated that stays on the grate, the amount of moisture, combustibles, ash, calorific value, elemental composition, and the amount of the object to be treated are thermally decomposed on the grate. It is characterized by containing any one of the temperature and chemical composition of the pyrolysis gas and / or the combustion gas generated by the combustion reaction.
このように構成すると、ストーカ式焼却炉において直接的に計測することが困難な、火格子上に供給される前記被処理物の供給量、該火格子上に滞留する前記被処理物の滞留量、水分、可燃分、灰分、発熱量、元素組成、前記被処理物が火格子上で熱分解および/または燃焼反応することにより発生する熱分解ガスおよび/または燃焼ガスの温度および化学組成を精度よく推定することができ、さらにその推定値に基づいて該ストーカ式焼却炉の燃焼制御を効果的に行うことが可能となる。 With this configuration, the amount of the object to be processed supplied on the grate and the amount of the object to be processed staying on the grate, which is difficult to measure directly in the stoker-type incinerator. , Moisture, combustibles, ash, calorific value, elemental composition, temperature and chemical composition of pyrolysis gas and / or combustion gas generated by thermal decomposition and / or combustion reaction of the object to be treated on the grate. It can be estimated well, and the combustion control of the stoker type incinerator can be effectively performed based on the estimated value.
さらに、本発明の第5の態様である燃焼炉の燃焼制御装置は、前記燃焼炉は流動床式焼
却炉であって、前記1つ以上の状態量として、該流動床式焼却炉の流動層内に供給される前記被処理物の供給量、該流動層内に滞留する前記被処理物の水分、可燃分、灰分、発熱量、元素組成、前記被処理物が流動層内で熱分解および/または燃焼反応することにより発生する熱分解ガスおよび/または燃焼ガスの温度および化学組成のいずれか1つを含むことを特徴とする。
Further, in the combustion control device of the combustion furnace according to the fifth aspect of the present invention, the combustion furnace is a fluidized bed type incinerator, and the fluidized bed of the fluidized bed type incinerator is set as one or more of the state quantities. The amount of the object to be supplied, the amount of water, combustible, ash, calorific value, elemental composition of the object to be treated, and the thermal decomposition of the object to be processed in the fluidized bed. It is characterized by containing any one of the temperature and chemical composition of the thermally decomposed gas and / or the combustion gas generated by the combustion reaction.
このように構成すると、流動床式焼却炉において直接的に計測することが困難な、流動層内に供給される前記被処理物の供給量、該流動層内に滞留する前記被処理物の水分、可燃分、灰分、発熱量、元素組成、前記被処理物が流動層内で熱分解および/または燃焼反応することにより発生する熱分解ガスおよび/または燃焼ガスの温度および化学組成を精度よく推定することができ、さらにその推定値に基づいて該流動床式焼却炉の燃焼制御を効果的に行うことが可能となる。 With this configuration, the amount of the object to be processed supplied into the fluidized bed and the moisture content of the object to be processed staying in the fluidized bed, which are difficult to measure directly in the fluidized bed incinerator. Accurately estimate the combustible content, ash content, calorific value, elemental composition, and the temperature and chemical composition of the pyrolysis gas and / or combustion gas generated by the thermal decomposition and / or combustion reaction of the object to be treated in the fluidized bed. Furthermore, it becomes possible to effectively control the combustion of the fluidized bed incinerator based on the estimated value.
さらに、本発明の第6の態様である燃焼炉の燃焼制御装置は、前記熱分解ガスおよび/または燃焼ガスの化学組成として、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、エチレン、酸素、窒素、アンモニア、シアン化水素、一酸化窒素、二酸化窒素、一酸化二窒素、塩化水素のいずれか1つの濃度を含むことを特徴とする。 Further, the combustion control device of the combustion furnace according to the sixth aspect of the present invention has the chemical composition of the pyrolysis gas and / or the combustion gas such as hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, ethylene, oxygen, nitrogen, and the like. It is characterized by containing the concentration of any one of ammonia, hydrogen cyanide, nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, dinitrogen monoxide, and hydrogen chloride.
このように構成すると、ストーカ式焼却炉あるいは流動床式焼却炉において直接的に計測することが困難な、前記被処理物が熱分解および/または燃焼反応することにより発生する熱分解ガスおよび/または燃焼ガスの化学組成としての、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、エチレン、酸素、窒素、アンモニア、シアン化水素、一酸化窒素、二酸化窒素、一酸化二窒素、塩化水素の濃度を精度よく推定することができ、さらにその推定値に基づいて該ストーカ式焼却炉あるいは該流動床式焼却炉の燃焼制御を効果的に行うことが可能となる。 With this configuration, the pyrolysis gas and / or the thermal decomposition gas generated by the thermal decomposition and / or combustion reaction of the object to be treated, which is difficult to measure directly in the stoker type incinerator or the fluidized bed type incinerator. Accurately estimate the concentrations of hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, ethylene, oxygen, nitrogen, ammonia, hydrogen cyanide, nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, dinitrogen monoxide, and hydrogen chloride as the chemical composition of combustion gas. Further, it is possible to effectively control the combustion of the stoker type incinerator or the fluidized bed type incinerator based on the estimated value.
さらに、本発明の第7の態様である燃焼炉の燃焼制御装置は、前記1つ以上の観測点は、前記ストーカ式焼却炉の火格子より上方に配設された二次燃焼室の側壁および/または天井壁において、該ストーカ式焼却炉の火格子上に滞留する前記被処理物の表面より高く、かつ該二次燃焼室に供給される二次空気および/または再循環排ガスの供給位置よりも低い位置に配設されたことを特徴とする。 Further, in the combustion control device of the combustion furnace according to the seventh aspect of the present invention, the one or more observation points are the side wall of the secondary combustion chamber arranged above the grate of the stoker type incinerator and the side wall of the secondary combustion chamber. / Or on the ceiling wall, higher than the surface of the object to be treated staying on the grate of the incinerator of the stoker type, and from the supply position of the secondary air and / or the recirculated exhaust gas supplied to the secondary combustion chamber. Is also characterized in that it is arranged at a low position.
このように構成すると、ストーカ式焼却炉において直接的に計測することが困難な、火格子上に供給される前記被処理物の供給量、該火格子上に滞留する前記被処理物の滞留量、水分、可燃分、灰分、発熱量、元素組成、前記被処理物が火格子上で熱分解および/または燃焼反応することにより発生する熱分解ガスおよび/または燃焼ガスの温度および化学組成との相関あるいは感度が高いプロセスデータの観測値の統計情報を効率的に得ることができるため、観測値の数が少なくても、前記の直接的に計測することが困難な状態量を精度よく推定することができ、さらにその推定値に基づいて該ストーカ式焼却炉の燃焼制御を効果的に行うことが可能となる。 With this configuration, the amount of the object to be processed supplied on the grate and the amount of the object to be processed staying on the grate, which is difficult to measure directly in the stoker type incinerator, are the amount of the object to be processed. , Moisture, combustibles, ash, calorific value, elemental composition, and the temperature and chemical composition of the pyrolysis gas and / or combustion gas generated by the thermal decomposition and / or combustion reaction of the object to be treated on the grate. Since statistical information of observed values of process data with high correlation or sensitivity can be efficiently obtained, even if the number of observed values is small, the above-mentioned state quantity that is difficult to measure directly can be estimated accurately. Further, it is possible to effectively control the combustion of the stoker type incinerator based on the estimated value.
さらに、本発明の第8の態様である燃焼炉の燃焼制御装置は、前記1つ以上の観測点は、前記流動床式焼却炉の流動層部より上方に配設された二次燃焼室の側壁および/または天井壁において、該流動床式焼却炉の流動層界面より高く、かつ該二次燃焼室に供給される二次空気および/または再循環排ガスの供給位置よりも低い位置に配設されたことを特徴とする。 Further, in the combustion control device of the combustion furnace according to the eighth aspect of the present invention, the one or more observation points of the secondary combustion chamber arranged above the fluidized bed portion of the fluidized bed incinerator. Arranged on the side wall and / or ceiling wall at a position higher than the fluidized bed interface of the fluidized bed incinerator and lower than the supply position of the secondary air and / or the recirculated exhaust gas supplied to the secondary combustion chamber. It is characterized by being done.
このように構成すると、流動床式焼却炉において直接的に計測することが困難な、流動層内に供給される前記被処理物の供給量、該流動層内に滞留する前記被処理物の水分、可燃分、灰分、発熱量、元素組成、前記被処理物が流動層内で熱分解および/または燃焼反
応することにより発生する熱分解ガスおよび/または燃焼ガスの温度および化学組成との相関あるいは感度が高いプロセスデータの観測値の統計情報を効率的に得ることができるため、観測値の数が少なくても、前記の直接的に計測することが困難な状態量を精度よく推定することができ、さらにその推定値に基づいて該流動床式焼却炉の燃焼制御を効果的に行うことが可能となる。
With this configuration, the amount of the object to be processed supplied into the fluidized bed and the moisture content of the object to be processed staying in the fluidized bed, which are difficult to measure directly in the fluidized bed incinerator. , Combustible content, ash content, calorific value, elemental composition, correlation with the temperature and chemical composition of the pyrolysis gas and / or combustion gas generated by the thermal decomposition and / or combustion reaction of the object to be treated in the fluidized bed. Since statistical information on observed values of highly sensitive process data can be efficiently obtained, even if the number of observed values is small, it is possible to accurately estimate the above-mentioned state quantity that is difficult to measure directly. Further, it is possible to effectively control the combustion of the fluidized bed incinerator based on the estimated value.
さらに、本発明の第9の態様である燃焼炉の燃焼制御装置は、前記1つ以上の観測量として、前記1つ以上の観測点において計測された、炉内ガスの温度および/または該炉内ガスの化学組成を含むことを特徴とする。 Further, in the combustion control device of the combustion furnace according to the ninth aspect of the present invention, the temperature of the gas in the furnace and / or the furnace measured at the one or more observation points as the one or more observation amounts. It is characterized by containing the chemical composition of the internal gas.
このように構成すると、ストーカ式焼却炉あるいは流動床式焼却炉において直接的に計測することが困難な、前記被処理物の滞留量、水分、可燃分、灰分、発熱量、元素組成、前記被処理物が熱分解および/または燃焼反応することにより発生する熱分解ガスおよび/または燃焼ガスの温度および化学組成との相関あるいは感度が特に高いプロセスデータの観測値の統計情報を効率的に得ることができるため、観測値の数がさらに少なくても、前記の直接的に計測することが困難な状態量を精度よく推定することができ、さらにその推定値に基づいて該流動床式焼却炉の燃焼制御を効果的に行うことが可能となる。 With this configuration, the retention amount, water content, combustible content, ash content, calorific value, elemental composition, and the subject to be processed are difficult to measure directly in a stoker-type incinerator or a fluidized bed-type incinerator. Efficiently obtain statistical information on observed values of process data with particularly high correlation or sensitivity to the temperature and chemical composition of the pyrolysis gas and / or combustion gas generated by the thermal decomposition and / or combustion reaction of the processed material. Therefore, even if the number of observed values is even smaller, it is possible to accurately estimate the amount of state that is difficult to measure directly, and based on the estimated values, the fluidized bed incinerator Combustion control can be effectively performed.
さらに、本発明の第10の態様である燃焼炉の燃焼制御装置は、前記炉内ガスの化学組成として、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、エチレン、酸素、窒素、アンモニア、シアン化水素、一酸化窒素、二酸化窒素、一酸化二窒素、塩化水素のいずれか1つの濃度を含むことを特徴とする。 Further, in the combustion control device of the combustion furnace according to the tenth aspect of the present invention, the chemical composition of the gas in the furnace includes hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, ethylene, oxygen, nitrogen, ammonia, hydrogen cyanide, and one. It is characterized by containing the concentration of any one of nitrogen oxide, nitrogen dioxide, nitrous oxide, and hydrogen chloride.
このように構成すると、ストーカ式焼却炉あるいは流動床式焼却炉において直接的に計測することが困難な、前記被処理物の滞留量、水分、可燃分、灰分、発熱量、元素組成、前記被処理物が熱分解および/または燃焼反応することにより発生する熱分解ガスおよび/または燃焼ガスの温度および化学組成との相関あるいは感度がきわめて高いプロセスデータの観測値の統計情報を効率的に得ることができるため、観測値の数がきわめて少なくても、前記の直接的に計測することが困難な状態量を精度よく推定することができ、さらにその推定値に基づいて該流動床式焼却炉の燃焼制御を効果的に行うことが可能となる。 With this configuration, the retention amount, water content, combustible content, ash content, calorific value, elemental composition, and the subject to be processed are difficult to measure directly in a stoker-type incinerator or a fluidized bed-type incinerator. Efficiently obtain statistical information on observed values of process data with extremely high correlation or sensitivity with the temperature and chemical composition of the pyrolysis gas and / or combustion gas generated by the thermal decomposition and / or combustion reaction of the processed material. Therefore, even if the number of observed values is extremely small, it is possible to accurately estimate the amount of state that is difficult to measure directly, and based on the estimated values, the fluidized bed incinerator Combustion control can be effectively performed.
さらに、本発明の第11の態様である燃焼炉の燃焼制御方法は、前記1つ以上の状態量の推定値に基づいて、前記ストーカ式焼却炉の火格子の送り速度、前記流動床式焼却炉への被処理物の供給速度、前記ストーカ式焼却炉の火格子下部または前記流動床式焼却炉の流動層下部から供給する一次空気および/または再循環排ガスの流量、前記ストーカ式焼却炉または前記流動床式焼却炉の二次燃焼室に供給する二次空気の流量および/または再循環排ガスの流量、前記ストーカ式焼却炉または前記流動床式焼却炉の炉内温度を下げるために炉内に供給される冷却水の流量、前記ストーカ式焼却炉または前記流動床式焼却炉の炉内における脱硝反応薬剤として供給される尿素水またはアンモニア水の流量の少なくとも1つを調節することを特徴とする。 Further, in the combustion control method of the combustion furnace according to the eleventh aspect of the present invention, the feed rate of the grate of the stoker type incinerator and the flow bed type incinerator are based on the estimated value of the one or more state quantities. The rate of supply of the object to be processed to the furnace, the flow rate of the primary air and / or the recirculated exhaust gas supplied from the lower part of the grate of the stoker incinerator or the lower part of the fluidized layer of the fluidized bed incinerator, the stoker incinerator or In the furnace to reduce the flow rate of secondary air supplied to the secondary combustion chamber of the fluidized bed incinerator and / or the flow rate of recirculated exhaust gas, and the temperature inside the stoker incinerator or the fluidized bed incinerator. It is characterized by adjusting at least one of the flow rate of the cooling water supplied to the incinerator and the flow rate of urea water or ammonia water supplied as a denitration reaction agent in the stoker type incinerator or the fluidized bed type incinerator. do.
このように構成すると、ストーカ式焼却炉あるいは流動床式焼却炉における燃焼変動の根本的な原因である、被処理物であるごみやバイオマスの供給量や物性の変動の情報など、実際の燃焼炉において直接的に計測することができない状態量を、実際の燃焼炉にて得られたプロセスデータに基づく数値シミュレーションによって推定するとともに、その推定値に基づいてストーカ式焼却炉あるいは流動床式焼却炉の燃焼制御を効果的に行うことが可能となる。 With this configuration, the actual combustion furnace, such as information on the supply amount of waste and biomass as the object to be treated and the fluctuation of physical properties, which is the root cause of combustion fluctuation in the stoker type incinerator or the fluidized bed type incinerator. The amount of state that cannot be directly measured in is estimated by numerical simulation based on the process data obtained in the actual combustion furnace, and based on the estimated value, the stoker type incinerator or the fluidized bed type incinerator Combustion control can be effectively performed.
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態による燃焼炉の燃焼状態の推定方法のステップを示している。 FIG. 1 shows the steps of a method for estimating the combustion state of a combustion furnace according to an embodiment of the present invention.
はじめに、ステップ1として、燃焼炉において直接計測できず推定の対象となる状態量、ならびに、その推定において用いられ、直接的に計測することが可能な観測量およびその観測点を定義する。 First, as step 1, a state quantity that cannot be directly measured in the combustion furnace and is an object of estimation, an observable that is used in the estimation and can be directly measured, and an observation point thereof are defined.
後述するように、本実施形態において推定の対象となる状態量の推定は、観測点において得られる観測量の統計情報に基づいてなされるため、原理的には観測量あるいは観測点の数が大きいほど、推定したい状態量を精度よく推定することができる。しかし、観測量あるいは観測点の数が大きいと、観測に要する計測機器の設置コストや計測作業の労力、さらには推定のための計算量が増大する等の問題が生じるため、ステップ1において定義する観測量あるいは観測点の数は、推定したい状態量の推定精度と、前記のコストあるいは労力等を勘案した上で、適宜設定することが望ましい。 As will be described later, since the state quantity to be estimated in the present embodiment is estimated based on the statistical information of the observed quantity obtained at the observed point, the observed quantity or the number of observed points is large in principle. The more accurately the state quantity to be estimated can be estimated. However, if the amount of observation or the number of observation points is large, problems such as the installation cost of measuring equipment required for observation, the labor of measurement work, and the amount of calculation for estimation increase, so it is defined in step 1. It is desirable to appropriately set the observation amount or the number of observation points in consideration of the estimation accuracy of the state quantity to be estimated and the above-mentioned cost or labor.
次に、ステップ2として、前記状態量を説明変数とし、前記観測量を目的変数とした、多数の数値シミュレーションを実行する。 Next, as step 2, a large number of numerical simulations are executed with the state quantity as an explanatory variable and the observed quantity as an objective variable.
本実施形態における数値シミュレーションの手法としては、有限体積法に基づく、化学種の輸送および化学反応を伴う数値流体シミュレーションが用いられる。具体的には、説明変数としての前記状態量の値を変化させた計算条件を多数作成し、それらの計算条件を与えた多数の数値シミュレーションを実行し、説明変数としての前記状態量の値と、それに対応する目的変数としての前記観測量の値とを、数値シミュレーションの実行結果として保存しておく。 As a method of numerical simulation in this embodiment, numerical fluid simulation involving chemical species transport and chemical reaction based on the finite volume method is used. Specifically, a large number of calculation conditions in which the value of the state quantity as an explanatory variable is changed are created, a large number of numerical simulations given these calculation conditions are executed, and the value of the state quantity as an explanatory variable is used. , The value of the observed amount as the corresponding objective variable is saved as the execution result of the numerical simulation.
次に、ステップ3として、ステップ2で実行した数値シミュレーションの実行結果に基づいて、前記状態量と、それに対応する前記観測量の値との関係性を定式化する。 Next, as step 3, the relationship between the state quantity and the corresponding observed quantity value is formulated based on the execution result of the numerical simulation executed in step 2.
本実施形態における、前記状態量と、前期観測量との関係の定式化の手法としては、多変数多項式回帰や、リッジ回帰、ラッソ回帰またはエラスティックネット等のスパース回帰などの手法を選択して用いることができるように構成されている。なお、定式化の手法としては必ずしもこれらに限定されるものではなく、前記状態量と、前記観測量との関係性を適切に精度よく定式化できる既往の手法を適宜採用することができる。 As a method for formulating the relationship between the state quantity and the early observation amount in the present embodiment, a method such as multivariate polynomial regression, ridge regression, lasso regression, or sparse regression such as elastic net is selected. It is configured to be usable. The formulation method is not necessarily limited to these, and a conventional method capable of appropriately and accurately formulating the relationship between the state quantity and the observed quantity can be appropriately adopted.
なお、ステップ2において、多数の数値シミュレーションを実行するためには相応の計算時間を必要とするため、本実施形態においては、対象とする燃焼炉の燃焼制御を開始する前に、前記ステップ1からステップ3までの作業を、あらかじめ実行しておくように構成されている。もちろん、数値シミュレーションの実行に必要な計算時間が実用上十分短くできるのであれば、対象とする燃焼炉の燃焼制御と並行して、ステップ1からステップ3までの作業、あるいはステップ2およびステップ3の作業を、リアルタイムに実行することもできる。 Since a considerable amount of calculation time is required to execute a large number of numerical simulations in step 2, in the present embodiment, before starting the combustion control of the target combustion furnace, from step 1 above. The work up to step 3 is configured to be executed in advance. Of course, if the calculation time required to execute the numerical simulation can be shortened practically enough, the work from step 1 to step 3 or the work of step 2 and step 3 can be performed in parallel with the combustion control of the target combustion furnace. Work can also be performed in real time.
次に、ステップ4として、実際の燃焼炉における観測点において前記観測量の計測値を得る。計測値を得る方法としては、観測量の種類に応じて既往の計測器や計測手法の中から適宜選択して用いることができる。 Next, as step 4, the measured value of the observed amount is obtained at the observation point in the actual combustion furnace. As a method for obtaining the measured value, it can be appropriately selected and used from the existing measuring instruments and measuring methods according to the type of the observed amount.
次に、ステップ5として、前記観測量の計測値の統計情報と、ステップ3で定式化された前記状態量と前記観測量の関係性とに基づいて、ベイズ推定を行うことにより、前記1つ以上の状態量の推定値を得る。 Next, as step 5, Bayesian estimation is performed based on the statistical information of the measured values of the observed amount and the relationship between the state amount and the observed amount formulated in step 3, and the above one Obtain the above estimated value of the state quantity.
本ステップ5の目的は、ステップ4において得られた前記観測量の情報から、それらを与える、直接計測することができない前記状態量の値を逆推定することである。 The object of this step 5 is to reversely estimate the value of the state quantity that cannot be directly measured, which gives them, from the information of the observed quantity obtained in step 4.
ここで、ステップ4において得られる前記観測量は、前記の通り、計測器の測定精度や、計測上のタイムラグ、計測器を用いることそのもの等に起因する観測誤差等を含んでいる。また、燃焼炉においては、その運転状態は一般に定常的ではなく、被処理物の処理量や性状の変動に基づく、時間的な変動を含んだ非定常的な運転状態となることが通常である。そのため、実際の燃焼炉における前記観測量の値は、バラつきをもった統計分布としてのみ得られることが通常である。 Here, as described above, the observed amount obtained in step 4 includes the measurement accuracy of the measuring instrument, the time lag in measurement, the observation error due to the use of the measuring instrument itself, and the like. Further, in a combustion furnace, the operating state is generally not steady, and is usually an unsteady operating state including temporal fluctuations based on changes in the amount of processed material and properties. .. Therefore, the value of the observed amount in an actual combustion furnace is usually obtained only as a statistical distribution with variation.
また、本実施形態のように燃焼炉の燃焼制御を対象とする場合、炉内の流れ場や反応場を支配する基礎方程式が非線形性を有するため、ステップ3において定式化される前記状態量と前記観測量との関係性は、一般に非線形性を有する。 Further, when the combustion control of the combustion furnace is targeted as in the present embodiment, since the basic equations governing the flow field and the reaction field in the furnace have non-linearity, the state quantity formulated in step 3 is used. The relationship with the observable generally has non-linearity.
これらの理由、すなわち観測量の値が確定値ではなくバラつきをもった統計分布としてのみ得られること、および前記状態量と前記観測量との関係性が一般に非線形性を有することから、ステップ3において定式化された前記状態量と前記観測量の関係性と、実際の燃焼炉で得られた前記観測量の情報とから、それらの値を与える前記状態量の値を解析的にあるいは確定的に逆算することは一般に不可能である。 For these reasons, that is, the value of the observable is not a definite value but is obtained only as a statistical distribution with variation, and the relationship between the state quantity and the observable generally has non-linearity. From the relationship between the formulated state quantity and the observed quantity and the information of the observed quantity obtained in the actual combustion furnace, the value of the state quantity giving those values is analytically or deterministically obtained. Back calculation is generally impossible.
そこで本実施形態においては、ベイズ推定を用いて、前記観測量の統計情報が得られたもとでの、前記状態量の事後確率分布を計算することにより、前記状態量の推定を行うように構成されている。 Therefore, in the present embodiment, the state quantity is estimated by calculating the posterior probability distribution of the state quantity based on the statistical information of the observed quantity obtained by using Bayesian estimation. ing.
前記状態量の事後確率分布を求めるベイズ推定手法としては、例えばマルコフ連鎖モンテカルロ法またはハミルトニアンモンテカルロ法などを用いることができるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、ステップ3において定式化された前記状態量と前記観測量の関係性と、実際の燃焼炉で得られた前記観測量の統計情報とから、それらの値を与える前記状態量の事後確率分布を適切に推定することができる手法を用いればよい。 As the Bayesian estimation method for obtaining the posterior probability distribution of the state quantity, for example, Markov chain Monte Carlo method or Hamiltonian Monte Carlo method can be used, but the method is not necessarily limited to this, and the method formulated in step 3 is not always limited. From the relationship between the state quantity and the observed quantity and the statistical information of the observed quantity obtained in the actual combustion furnace, a method capable of appropriately estimating the posterior probability distribution of the state quantity giving those values can be estimated. It may be used.
最後に、ステップ6として、ステップ5で得られた前記1つ以上の状態量の推定結果、すなわち燃焼炉において直接測定できない状態量の推定結果を参照して、燃焼炉の燃焼状態の推定を行う。 Finally, as step 6, the combustion state of the combustion furnace is estimated with reference to the estimation result of the one or more state quantities obtained in step 5, that is, the estimation result of the state quantity that cannot be directly measured in the combustion furnace. ..
以上、本発明の好適な実施形態について記述したが、状態量および観測量の定義、観測点における観測量の計測方法、得られた状態量の推定値を用いた具体的な制御対象および制御方法の詳細などの事項については、以下に例示する実施例のように、制御対象となる燃焼炉の形式に応じて、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更または修正を行って実施することができる。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the definition of the state quantity and the observed quantity, the measurement method of the observed quantity at the observation point, and the specific control target and the control method using the estimated value of the obtained state quantity. As for the matters such as the details of the above, as in the examples illustrated below, various changes or modifications may be made according to the type of the combustion furnace to be controlled without departing from the gist of the present invention. can.
図2は、本発明の一実施例として、上述した実施形態による燃焼炉の燃焼状態の推定方法、燃焼制御方法ならびに燃焼制御装置をストーカ式焼却プラント20に適用した際のプ
ロセスフローを示したものである。すなわち本実施例において、焼却プラント20は、ストーカ式焼却炉21を中心として構成されている。
FIG. 2 shows, as an embodiment of the present invention, a method for estimating the combustion state of the combustion furnace according to the above-described embodiment, a combustion control method, and a process flow when the combustion control device is applied to the stoker
ごみクレーン22の作用によりごみホッパ23に投入された被処理物aは、ごみ供給装置24の作用によりストーカ式焼却炉21の内部に送りこまれる。ごみ供給装置24は油圧シリンダにより駆動され、その油量ないし油圧を変化させることにより、被処理物aの供給速度を調節することができる。
The object a to be processed, which is thrown into the
ストーカ式焼却炉21の内部に送り込まれた被処理物aは、ごみ送り装置25a〜25cの作用により、乾燥帯21a、燃焼帯21b、後燃焼帯21cへと順次移送され、その過程で一次燃焼空気ba〜bcと反応することで焼却される。また、乾燥帯21a、燃焼帯21b、後燃焼帯21cから発生した可燃ガス成分は、それらの上部空間すなわち二次燃焼室において、二次燃焼空気bdと反応して完全燃焼される。燃え残りは主灰cとして排出される。ここで、ごみ送り装置25a〜25cは油圧シリンダにより駆動され、その油量ないし油圧を変化させることにより、被処理物aの移送速度を調節することができる。
The object to be processed a sent into the stoker-
一次燃焼空気ba〜bcは、一次燃焼空気ブロワ26により所定の圧力まで昇圧された上で、一次燃焼空気調節ダンパ27a〜27cを経て、乾燥帯21a、燃焼帯21b、後燃焼帯21c各々の下部からストーカ式焼却炉21の内部に供給される。また、二次燃焼空気bdは、二次燃焼空気ブロワ28により所定の圧力まで昇圧された上で、二次燃焼空気調節ダンパ29を経て、ストーカ式焼却炉21の内部に供給される。ここで、供給される一次燃焼空気ba、bb、bcおよび二次燃焼空気bdの流量は、一次燃焼空気ブロワ26ないし二次燃焼空気ブロワ28の回転速度や、一次燃焼空気調節ダンパ27a〜27cないし二次燃焼空気調節ダンパ29の開度を変化させることで調節することができる。
The primary combustion air ba to bc are boosted to a predetermined pressure by the primary
ストーカ式焼却炉21の内部での廃棄物(被処理物)aの燃焼により発生した燃焼排ガスdは、ストーカ式焼却炉21の出口から排出され、廃熱ボイラ30を経由して冷却されたのち、薬剤噴霧設備、バグフィルタ、脱硝触媒塔などから構成される排ガス浄化装置31を経由して有害物質や飛灰が除去された上で、煙突32から大気に排出される。
The combustion exhaust gas d generated by the combustion of the waste (processed object) a inside the stoker-
なお、燃焼排ガスdの一部は、排ガス浄化装置31の内部あるいはその下流で分岐し、排ガス再循環送風機33を経由して、再循環排ガスfとして焼却炉21に戻される。ここで、戻される再循環排ガスfの流量は、排ガス再循環送風機33の回転速度や、再循環排ガス量調節ダンパ34の開度を変化させることで調節することができる。
A part of the combustion exhaust gas d branches inside or downstream of the exhaust
また、廃熱ボイラ30では、燃焼排ガスdとの熱交換により蒸気gが発生し、これは蒸気タービン発電機35に導かれて発電利用される。
Further, in the
さらに、焼却炉21の二次燃焼室には、炉内温度を下げるために供給される炉内冷却水hと、炉内における脱硝反応に用いられる脱硝薬剤iが供給される。脱硝薬剤iとしては、一般に尿素水またはアンモニア水が用いられる。ここで、炉内冷却水hおよび、脱硝薬剤iの流量は、それぞれ炉内冷却水量調節バルブ36および脱硝薬剤量調節バルブ37の開度を変化させることによって調節することができる。
Further, the incinerator cooling water h supplied to lower the temperature inside the incinerator and the denitration agent i used for the denitration reaction in the furnace are supplied to the secondary combustion chamber of the
また、本実施例における焼却プラント20には、焼却炉21内のごみの燃焼状態が適切に保たれ、かつ廃熱ボイラ30において所望の蒸気量が得られているかを検知する目的から、温度計、圧力計、流量計、排ガス濃度計等の多数の計測器が設置されている。これら多数の計測器のうち、燃焼状態の管理に特に用いられるものとして、火炎位置検出装置41、焼却炉出口排ガス温度計42、ボイラ出口排ガス酸素濃度計43、煙突排ガス濃度計
44、蒸気流量計45が図2において図示されている。
Further, in the
火炎位置検出装置41は、ストーカ式焼却炉21の内部の状況について得られた画像情報に対して所定の画像処理を行うことで、焼却炉21の内部における火炎の位置を効果的に検出する装置として構成、設置されている。
The flame position detecting device 41 is a device that effectively detects the position of the flame inside the
焼却炉出口排ガス温度計42は、ストーカ式焼却炉21の出口での燃焼排ガスdの温度を効果的に測定できるように構成、設置されている。
The incinerator outlet
ボイラ出口排ガス酸素濃度計43は、廃熱ボイラ30の出口での燃焼排ガスdの酸素濃度を効果的に測定できるように構成、設置されている。
The boiler outlet exhaust gas
煙突排ガス濃度計44は、煙突32での燃焼排ガスdに含まれる各種ガス成分の濃度、具体的には酸素、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物、塩化水素、水銀等の濃度を効果的に測定できるように構成、設置されている。 The chimney exhaust gas concentration meter 44 has an effect on the concentrations of various gas components contained in the combustion exhaust gas d in the chimney 32, specifically, the concentrations of oxygen, carbon monoxide, nitrogen oxides, sulfur oxides, hydrogen chloride, mercury and the like. It is configured and installed so that it can be measured in a targeted manner.
蒸気流量計45は、廃熱ボイラ30における蒸気発生量を効果的に測定できるように構成、設置されている。
The steam flow meter 45 is configured and installed so that the amount of steam generated in the
これらの計測器から得られた情報は、運転制御装置50に伝送され、その情報に基づいて焼却炉21の運転制御が行われる。本実施例における運転制御装置50としては、分散型制御システム(DCS:Distributed Control System)が用いられている。
The information obtained from these measuring instruments is transmitted to the
運転制御装置50では、前記の火炎位置、焼却炉出口排ガス温度、ボイラ出口排ガス酸素濃度、煙突排ガス濃度、蒸気流量などの管理指標が所定の管理範囲を逸脱しないように焼却炉21を運転制御することを目的として、それらの管理指標そのものや、それらの管理指標と関連の深い物理量を制御量とした制御ロジックが実装されている。具体的には、前記の火炎位置、焼却炉出口排ガス温度、ボイラ出口排ガス酸素濃度、煙突排ガス濃度、蒸気流量などの計測値を参照して、前記のごみ供給装置24およびごみ送り装置25a〜25cの油量や油圧、一次燃焼空気ブロワ26、二次燃焼空気ブロワ28および排ガス再循環送風機33の回転数、ならびに一次燃焼空気調節ダンパ27a〜27c、二次燃焼空気調節ダンパ29、再循環排ガス量調節ダンパ34、炉内冷却水量調節バルブ36および脱硝薬剤量調節バルブ37の開度等を調節する。これにより、焼却炉21内のごみの燃焼状態が適切に保たれ、かつ所望の蒸気流量が得られるような焼却炉21の運転制御が行われる。
The
これらの機能に加えて、本実施例における運転制御装置50においては、ストーカ式焼却炉21において一般には直接計測することができない状態量である、炉内における被処理物aの供給量や物性の変動の情報、より具体的には、ストーカ式焼却炉21の火格子上に供給される前記被処理物aの供給量、該火格子上に滞留する前記被処理物aの滞留量、水分、可燃分、灰分、発熱量および元素組成と、前記被処理物aが火格子上で熱分解および/または燃焼反応することにより発生する熱分解ガスおよび/または燃焼ガスの温度および化学組成とを、燃焼状態推定装置70により推定し、その推定値に基づいて焼却炉21の燃焼制御を行うことができるように構成されている。
In addition to these functions, in the
なお、前記熱分解ガスおよび/または燃焼ガスの化学組成としては、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、エチレン、酸素、窒素、アンモニア、シアン化水素、一酸化窒素、二酸化窒素、一酸化二窒素、塩化水素の濃度が含まれる。 The chemical composition of the pyrolysis gas and / or combustion gas includes hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, ethylene, oxygen, nitrogen, ammonia, hydrogen cyanide, nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, and nitrous oxide. Includes the concentration of hydrogen cyanide.
そこで本実施例では、これらの直接計測することができない状態量を推定するために、ストーカ式焼却炉21の二次燃焼室の側壁に複数の観測点61が配設されている。具体的には、二次燃焼室の側壁であって、火格子上に滞留する被処理物aの表面より高く、かつ該二次燃焼室に供給される二次燃焼空気bdおよび/または再循環排ガスfの供給位置よりも低い位置に、3つの観測点61a〜61cが配設されている。
Therefore, in this embodiment, a plurality of observation points 61 are arranged on the side wall of the secondary combustion chamber of the
観測点61を前記の位置に配設することが望ましい理由は、火格子上に滞留する前記被処理物aの滞留量、水分、可燃分、灰分、発熱量および元素組成など、本実施例において推定の対象となる状態量の値は、火格子上に滞留する被処理物aの表面にできるだけ近い位置において得られる観測量の値との相関が非常に高いと考えられるためである。すなわち、観測点61の位置が火格子上に滞留する被処理物aの表面から一定距離以上離れてしまうと、流れ場や反応場の影響により、推定の対象となる状態量と観測量の相関が低くなってしまうため、前記状態量を精度よく推定することが困難となる。また、二次燃焼空気bdおよび/または再循環排ガスfの供給位置よりも高い位置に観測点61を配設すると、該二次燃焼空気bdおよび/または再循環排ガスfの供給に基づく流れ場や反応場の変化の影響により、前記状態量との相関の高い観測量を得ることが極めて困難となる。
The reason why it is desirable to dispose the
なお図2においては、観測点61は、ストーカ式焼却炉21において、独立して制御することが可能なごみ送り装置25a〜25cおよび一次燃焼空気供給系統ba〜bcの長手方向の区分数(ここでは3)に対応して、3つの観測点61a〜61cが配設されるものとして図示されているが、焼却炉21の規模が大きく、前記長手方向の区分数が異なる場合には、それに応じて観測点の数を適宜増減させるのが望ましい。また、前記長手方向の区分数に対して、前記火格子上に滞留する被処理物aの表面との位置関係、および二次燃焼空気bdおよび/または再循環排ガスfの供給位置との位置関係の制約を満たす範囲において、鉛直方向に複数の観測点を配置することもできる。あるいは、焼却炉21の側壁ではなく、前後壁や天井壁に観測点を設置してもよい。
In FIG. 2, the
本実施例における観測点61a〜61cは、具体的にはストーカ式焼却炉21の側壁に設けたノズル構造の測定孔に、計測される観測量に応じた計器を接続することにより構成されている。すなわち本実施例では、観測点61a〜61cにおける観測量として、炉内ガスの温度および化学組成を観測できるよう、熱電対およびガス濃度計がそれぞれの観測点に設置されている。
The observation points 61a to 61c in this embodiment are specifically configured by connecting an instrument according to the observed amount to be measured to a measuring hole of a nozzle structure provided on the side wall of the
炉内ガスの化学組成としては、具体的には水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、エチレン、酸素、窒素、アンモニア、シアン化水素、一酸化窒素、二酸化窒素、一酸化二窒素、塩化水素等の濃度のうち、一部または全部を適宜選択して測定することができるように構成されている。なお、これらのガス濃度については、連続的に計測できる計測器あるいは計測方法を用いて測定してもよいし、間欠的あるいはバッチ的に計測できる計測器あるいは計測方法を用いて測定してもよい。 Specifically, the chemical composition of the gas in the furnace includes hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, ethylene, oxygen, nitrogen, ammonia, hydrogen cyanide, nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, nitrous oxide, hydrogen chloride, etc. It is configured so that a part or all of the concentrations can be appropriately selected and measured. These gas concentrations may be measured using a measuring instrument or measuring method capable of continuously measuring, or may be measured using a measuring instrument or measuring method capable of measuring intermittently or batchily. ..
次に、本実施例における燃焼状態推定装置70の構成および機能について説明する。
Next, the configuration and function of the combustion
本実施例における燃焼状態推定装置70は、シミュレーション実行部71、定式化部72、観測量入力部73、状態量推定部74、および推定値出力部75を含むように構成されている。
The combustion
シミュレーション実行部71では、あらかじめ定義された、推定の対象となる状態量を説明変数とし、観測点における観測量を目的変数とした、多数の数値シミュレーションが実行される。
The
定式化部72では、シミュレーション実行部71で実行されたシミュレーションの実行結果に基づいて、前記状態量と、それに対応する前記観測量の値との関係性が定式化される。
In the
観測量入力部73では、実際にストーカ式焼却炉21を運転することにより観測点61で得られた観測量の情報が入力される。
The observation
状態量推定部74では、観測点61で得られた観測量の統計情報と、定式化部72で定式化された前記状態量と前記観測量の関係性とに基づいて、ベイズ推定を行うことにより、前記推定の対象となる状態量の推定値を得る。
The state
推定値出力部75からは、前記推定の対象となる状態量の推定値が、運転制御装置50に対して出力され、運転制御装置50では、その情報に基づいて焼却炉21の燃焼制御が行われる。
The estimated
以下、本実施例における推定の対象となる状態量と、それに基づく焼却炉21の燃焼制御の具体的な構成について説明する。
Hereinafter, the state quantity to be estimated in this embodiment and the specific configuration of the combustion control of the
まず、本実施例におけるストーカ式焼却炉21では、乾燥帯21a、燃焼帯21b、後燃焼帯21cの各々の火格子上に滞留する被処理物aの滞留量を推定対象の状態量とし、燃焼状態推定装置70において逐次的に算出されるその状態量の推定値に基づいて、ごみ供給装置24およびごみ送り装置25a〜25cの動作速度を調節することで、前記各々の火格子上における被処理物aの滞留量が一定となるような制御が行われている。
First, in the stoker-
より具体的には、例えば乾燥帯21aの火格子上における被処理物aの滞留量の推定値が減少傾向にある場合には、ごみ供給装置24の動作速度を速めることで、乾燥帯21aの火格子上における被処理物aの滞留量を増加させるような調節が行われる。あるいは、燃焼帯21bの火格子上における被処理物aの滞留量の推定値が増加傾向にある場合には、ごみ送り装置25aの動作速度を減じることで、燃焼帯21bの火格子上における被処理物aの滞留量を減少させるような調節が行われる。
More specifically, for example, when the estimated value of the retention amount of the object to be processed a on the grate of the dry zone 21a tends to decrease, the operation speed of the
次に、本実施例におけるストーカ式焼却炉21では、乾燥帯21a、燃焼帯21b、後燃焼帯21cの各々の火格子上に滞留する被処理物aから発生する熱分解ガスまたは燃焼ガスの組成を推定対象の状態量とし、燃焼状態推定装置70において逐次的に算出されるその状態量の推定値に基づいて、一次燃焼空気調節ダンパ27a〜27cの開度を調節することで、前記各々の火格子上における被処理物aの熱分解または燃焼反応の進行を一定に保つような制御が行われている。
Next, in the
より具体的には、例えば乾燥帯21aの火格子上における被処理物aから発生する熱分解ガスに含まれる可燃ガス成分、例えば一酸化炭素濃度の推定値が増加傾向にある場合には、乾燥帯21aの火格子上における被処理物aの熱分解反応が促進されていると推定されるので、一次燃焼空気調節ダンパ27aの開度を下げることにより、乾燥帯21aに供給される一次燃焼空気baの流量を減少させることで、乾燥帯21aの火格子上における被処理物aの熱分解反応を抑制するような調節が行われる。あるいは、後燃焼帯21cの火格子上における被処理物aから発生する燃焼ガスに含まれる可燃ガス成分、例えば一酸化炭素濃度の推定値が増加傾向にある場合には、後燃焼帯21cにおける被処理物aの未燃分の燃焼反応に対して十分な量の一次燃焼空気bcが供給されていない懸念があるため、一次燃焼空気調節ダンパ27cの開度を上げることにより、後燃焼帯21cに供給される一次燃焼空気bcの流量を増加させることで、後燃焼帯21cにおける被処理物aの未燃分の燃焼反応を確実に進行させるような調節が行われる。
More specifically, for example, when the estimated value of the concentration of combustible gas contained in the pyrolysis gas generated from the object a to be treated on the grate of the dry zone 21a, for example, the carbon monoxide concentration tends to increase, it is dried. Since it is presumed that the thermal decomposition reaction of the object to be processed a on the grate of the band 21a is promoted, the primary combustion air supplied to the dry zone 21a by lowering the opening degree of the primary combustion
また、本実施例におけるストーカ式焼却炉21では、乾燥帯21a、燃焼帯21b、後燃焼帯21cの各々の火格子上に滞留する被処理物aから発生する熱分解ガスまたは燃焼ガスの組成を推定対象の状態量とし、燃焼状態推定装置70において逐次的に算出されるその状態量の推定値に基づいて、二次燃焼空気調節ダンパ29の開度を調節することで、二次燃焼室における燃焼反応に必要な量の二次燃焼空気bdを確実に供給するような制御が行われている。
Further, in the stoker-
より具体的には、例えば乾燥帯21a、燃焼帯21b、後燃焼帯21cの各々の火格子上における被処理物aから発生する熱分解ガスに含まれる可燃ガス成分、例えば水素濃度や一酸化炭素濃度の推定値の総和が増加傾向にある場合には、火格子上での被処理物aの熱分解および燃焼反応が活発になりつつあると推定されるので、二次燃焼空気調節ダンパ29の開度を上げることにより、二次燃焼室に供給される二次燃焼空気bdの流量を増加させることで、二次燃焼室における燃焼反応に必要な量の二次燃焼空気bdを確実に供給するような調節が行われる。
More specifically, for example, a combustible gas component contained in the pyrolysis gas generated from the object a to be treated on each grate of the dry zone 21a, the combustion zone 21b, and the
以上と同様に、燃焼状態推定装置70において推定された、火格子上における被処理物aの滞留量やその物性の推定値、あるいは火格子上における被処理物aから発生する熱分解ガスまたは燃焼ガスの組成の推定値の推移に基づいて、炉内の燃焼状態の推移を把握することで、焼却炉21内の温度を調節するために供給される炉内冷却水hの流量や、焼却炉21内における脱硝反応のための反応薬剤iの供給量などを調節するように構成することもできる。
In the same manner as described above, the amount of retention of the object to be processed a on the grate and the estimated value of its physical properties estimated by the combustion
以上に例示した本実施例における燃焼制御手法においては、焼却炉出口排ガス温度や、ボイラ出口排ガス酸素濃度、煙突排ガス濃度など、焼却プロセスのより後段で得られる情報に基づいた従来のフィードバック的な燃焼制御方法に比較して、火格子上における被処理物aの滞留量やその物性の変動、火格子上での熱分解および燃焼反応の進行状況の変動などに応じて、フィードフォワード的な燃焼制御を行うことが可能となるため、それらの変動に追従して適切な燃焼制御を行うことが可能となる。 In the combustion control method in the present embodiment illustrated above, conventional feedback combustion based on information obtained at a later stage of the incinerator process, such as incinerator outlet exhaust gas temperature, boiler outlet exhaust gas oxygen concentration, and chimney exhaust gas concentration. Compared to the control method, feed-forward combustion control is performed according to changes in the amount of the object a to be treated on the grate and its physical properties, changes in the progress of thermal decomposition and combustion reaction on the grate, and the like. Therefore, it is possible to follow those fluctuations and perform appropriate combustion control.
図3は、本発明の他の実施例として、上述した実施形態による燃焼炉の燃焼状態の推定方法、燃焼制御方法ならびに燃焼制御装置を流動床式焼却プラント120に適用した際のプロセスフローを示したものである。すなわち本実施例において、焼却プラント120は、流動床式焼却炉121を中心として構成されている。
FIG. 3 shows, as another embodiment of the present invention, a method for estimating the combustion state of the combustion furnace according to the above-described embodiment, a combustion control method, and a process flow when the combustion control device is applied to the fluidized
ごみクレーン22の作用によりごみホッパ23に投入された被処理物aは、ごみ供給装置24の作用により流動床式焼却炉121の内部に送りこまれる。ここでは、ごみ供給装置24は電動機により駆動され、その回転数を変化させることにより、被処理物aの供給速度を調節することができる。
The object a to be processed, which has been introduced into the
流動床式焼却炉121の内部に送り込まれた被処理物aは、その下部にあたる流動層部121aで、一次燃焼空気(流動空気)baと反応することで熱分解または燃焼される。ここで、流動層部121aには、流動層を形成するために珪砂等の固体粒子からなる流動媒体が充填され、その底面に配設した不図示の空気分散装置を介して一次燃焼空気baを流動空気として供給することにより、流動層が形成される。流動層部121aから発生した熱分解または燃焼ガス成分は、流動層部121aの上部空間である二次燃焼室において、二次燃焼空気bdと反応して完全燃焼される。燃え残りのうち、大径の不燃物は主灰cとして炉底から流動媒体とともに、不図示の流動媒体排出装置の作用により排出される。
The object to be processed a sent into the
一次燃焼空気baは、一次燃焼空気ブロワ26により所定の圧力まで昇圧された上で、
燃焼空気調節ダンパ27aを経て、前記の空気分散装置を介して流動床式焼却炉121の流動層部121aに供給される。また、二次燃焼空気bdは、二次燃焼空気ブロワ28により所定の圧力まで昇圧された上で、二次燃焼空気調節ダンパ29を経て、流動床式焼却炉121の二次燃焼室に供給される。ここで、供給される一次燃焼空気baおよび二次燃焼空気bdの流量は、一次燃焼空気ブロワ26ないし二次燃焼空気ブロワ28の回転速度や、一次燃焼空気調節ダンパ27aないし二次燃焼空気調節ダンパ29の開度を変化させることで調節することができる。
The primary combustion air ba is boosted to a predetermined pressure by the primary
It is supplied to the
以下、本実施例における、流動床式焼却炉121の内部での被処理物aの燃焼により発生した燃焼排ガスdの取扱い、排ガス再循環送風機33を経由した、再循環排ガスfの流動床式焼却炉121への再循環、蒸気タービン発電機35による発生蒸気の発電利用、流動床式焼却炉121の二次燃焼室への炉内冷却水hおよび脱硝薬剤iの供給、ならびに、計測器41〜45、および運転制御装置50の基本的な構成等については、図2に示した実施例における説明と重複するので説明は省略する。
Hereinafter, in the present embodiment, the handling of the combustion exhaust gas d generated by the combustion of the object a to be processed inside the
さて、図3に示した実施例における運転制御装置50においては、流動床式焼却炉121において一般には直接計測することができない状態量である、流動層部121aの内部における被処理物aの熱分解または燃焼反応の変動の情報、より具体的には、流動層部121aの内部への前記被処理物aの供給量、該流動層部121aに滞留する前記被処理物aの滞留量、水分、可燃分、灰分、発熱量および元素組成と、前記被処理物aが流動層部121aで熱分解または燃焼反応することにより発生する熱分解ガスまたは燃焼ガスの温度および化学組成とが、燃焼状態推定装置70によって推定され、その情報が焼却炉121の燃焼制御に用いられるように構成されている。なお、前記熱分解ガスおよび/または燃焼ガスの化学組成としては、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、エチレン、酸素、窒素、アンモニア、シアン化水素、一酸化窒素、二酸化窒素、一酸化二窒素、塩化水素の濃度が含まれる。
By the way, in the
本実施例では、これらの直接計測することができない状態量を推定するために、流動床式焼却炉121の二次燃焼室の側壁に観測点61が配設されている。具体的には、該流動床式焼却炉121の流動層界面より高く、かつ該二次燃焼室に供給される二次燃焼空気bdおよび/または再循環排ガスfの供給位置よりも低い位置に、1つまたは複数の観測点61が配設されている。
In this embodiment, an
観測点61を前記の位置に配設することが望ましい理由は、流動層部121aに滞留する前記被処理物aの滞留量、水分、可燃分、灰分、発熱量および元素組成など、本実施例において推定の対象となる状態量の値は、流動層界面にできるだけ近い位置において得られる観測量の値との相関が非常に高いと考えられるためである。すなわち、観測点61の位置が流動層界面から一定距離以上離れてしまうと、流れ場や反応場の影響により、推定の対象となる状態量と観測量の相関が低くなってしまうため、前記状態量を精度よく推定することが困難となる。また、二次燃焼空気bdおよび/または再循環排ガスfの供給位置よりも高い位置に観測点61を配設すると、該二次燃焼空気bdおよび/または再循環排ガスfの供給に基づく流れ場や反応場の変化の影響により、前記状態量との相関の高い観測量を得ることが極めて困難となる。
The reason why it is desirable to dispose the
なお図3においては、観測点61は1つのみ配設したように描かれているが、流動床式焼却炉121の寸法に応じて、同一の高さに複数の観測点を設置してもよいし、また、前記の流動層界面との位置関係、および二次燃焼空気bdおよび/または再循環排ガスfの供給位置との位置関係の制約を満たす範囲において、鉛直方向に複数の観測点を配置することもできる。あるいは、焼却炉121の天井壁に観測点を設置してもよい。
In FIG. 3, it is drawn that only one
これらの観測点61の具体的な構造や、計器の接続方法、観測量の設定方法等、さらには本実施例における燃焼状態推定装置70の構成については、図2を用いて説明した実施例と重複するのでその説明は省略する。
The specific structure of these observation points 61, the connection method of the instrument, the setting method of the observed amount, and the configuration of the combustion
以下、本実施例における推定の対象となる状態量と、それに基づく焼却炉121の燃焼制御の具体的な構成について説明する。
Hereinafter, the state quantity to be estimated in this embodiment and the specific configuration of the combustion control of the
まず、本実施例における流動床式焼却炉121では、流動層部121aに滞留する被処理物aの滞留量を推定対象の状態量とし、燃焼状態推定装置70において逐次的に算出されるその状態量の推定値に基づいて、ごみ供給装置24の動作速度を調節することで、流動層部121aに滞留する被処理物aの滞留量が一定となるような制御が行われている。
First, in the
より具体的には、例えば流動層部121aに滞留する被処理物aの滞留量の推定値が減少傾向にある場合には、ごみ供給装置24の動作速度を速めることで、流動層部121aに滞留する被処理物aの滞留量を増加させるような調節が行われる。
More specifically, for example, when the estimated value of the retention amount of the object to be processed a staying in the
次に、本実施例における流動床式焼却炉121では、流動層部121aに滞留する被処理物aから発生する熱分解ガスまたは燃焼ガスの組成を推定対象の状態量とし、燃焼状態推定装置70において逐次的に算出されるその状態量の推定値に基づいて、二次燃焼空気調節ダンパ29の開度を調節することで、二次燃焼室における燃焼反応に必要な量の二次燃焼空気bdを確実に供給するような制御が行われている。
Next, in the
より具体的には、例えば流動層部121aに滞留する被処理物aから発生する熱分解ガスに含まれる可燃ガス成分、例えば水素濃度や一酸化炭素濃度の推定値が増加傾向にある場合には、流動層部121aでの被処理物aの熱分解および燃焼反応が活発になりつつあると推定されるので、二次燃焼空気調節ダンパ29の開度を上げることにより、二次燃焼室に供給される二次燃焼空気bdの流量を前もって増加させることで、二次燃焼室における燃焼反応に必要な量の二次燃焼空気bdを確実に供給するような調節が行われる。
More specifically, for example, when the estimated value of the combustible gas component contained in the pyrolysis gas generated from the object to be treated a staying in the
以上と同様に、燃焼状態推定装置70において推定された、流動層部121aにおける被処理物aの滞留量やその物性の推定値の推移、あるいは流動層部121aに滞留する被処理物aから発生する熱分解ガスの組成の推定値の推移に基づいて、炉内の燃焼状態の推移を把握することで、焼却炉121内の温度を調節するために供給される炉内冷却水hの流量や、焼却炉121内における脱硝反応のための反応薬剤iの供給量を調節するように構成することもできる。
In the same manner as described above, the amount of the object to be processed a in the
以上に例示した本実施例における燃焼制御手法においても、図2を用いて説明したストーカ式焼却炉21を対象とした実施例と同様、焼却炉出口排ガス温度や、ボイラ出口排ガス酸素濃度、煙突排ガス濃度など、焼却プロセスのより後段で得られる情報に基づいた従来のフィードバック的な燃焼制御方法に比較して、流動層部121aにおける被処理物aの滞留量やその物性の変動、流動層部121aでの熱分解および燃焼反応の進行状況の変動などに応じて、フィードフォワード的な燃焼制御を行うことが可能となるため、それらの変動に追従して適切な燃焼制御を行うことが可能となる。
Also in the combustion control method in the present embodiment illustrated above, the incinerator outlet exhaust gas temperature, the boiler outlet exhaust gas oxygen concentration, and the chimney exhaust gas are the same as in the embodiment for the
以上、本発明の実施形態および実施例についてその詳細を説明したが、本発明は上記の実施例および実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想を逸脱しない範囲において種々変更又は修正を行って実施することが可能である。 Although the details of the embodiments and examples of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-mentioned examples and embodiments, and is described in the claims, the specification and the drawings. It is possible to make various changes or modifications within the range that does not deviate from the technical idea.
20 ストーカ式焼却プラント
21 ストーカ式焼却炉
21a 乾燥帯
21b 燃焼帯
21c 後燃焼帯
22 ごみクレーン
23 ごみホッパ
24 ごみ供給装置
25a〜25c ごみ送り装置
26 一次燃焼空気ブロワ
27a〜27c 一次燃焼空気調節ダンパ
28 二次燃焼空気ブロワ
29 二次燃焼空気調節ダンパ
30 廃熱ボイラ
31 排ガス浄化装置
32 煙突
33 排ガス再循環送風機
34 再循環排ガス量調節ダンパ
35 蒸気タービン発電機
36 炉内冷却水量調節バルブ
37 脱硝薬剤量調節バルブ
41 火炎位置検出装置
42 焼却炉出口排ガス温度計
43 ボイラ出口排ガス酸素濃度計
44 煙突排ガス濃度計
45 蒸気流量計
50 運転制御装置
61、61a〜61c 観測点
70 燃焼状態推定装置
71 シミュレーション実行部
72 定式化部
73 観測量入力部
74 状態量推定部
75 推定値出力部
120 流動床式焼却プラント
121 流動床式焼却炉
121a 流動層部
a 被処理物
ba〜bc 一次燃焼空気
bd 二次燃焼空気
c 主灰
d 燃焼排ガス
f 再循環排ガス
g 蒸気
h 炉内冷却水
i 脱硝薬剤
20 Stoker-
Claims (11)
前記1つ以上の状態量を説明変数とし、前記燃焼炉に配設された1つ以上の観測点において直接的に計測することが可能である1つ以上の観測量を目的変数とした、複数の数値シミュレーションを実行するステップと、
前記複数の数値シミュレーションを実行して得られた結果に基づいて、前記1つ以上の状態量と前記1つ以上の観測量との関係性を定式化するステップと、
前記1つ以上の観測点において実際に計測を行い前記1つ以上の観測量の計測値を得るステップと、
前記実際の計測で得られた前記1つ以上の観測量の計測値の統計情報と、前記定式化された前記1つ以上の状態量と前記1つ以上の観測量の関係性とに基づいて、ベイズ推定を行うことにより、前記1つ以上の状態量の推定値を得るステップと、
前記推定値に基づいて、前記燃焼炉の燃焼状態を推定するステップと、
を含むことを特徴とする、燃焼炉の燃焼状態の推定方法。 A method of estimating the combustion state of a combustion furnace by estimating one or more state quantities that cannot be directly measured in the furnace of the combustion furnace that burns the object to be processed.
A plurality of state quantities having one or more state quantities as explanatory variables and one or more observables that can be directly measured at one or more observation points arranged in the combustion furnace as objective variables. Steps to perform a numerical simulation of
A step of formulating the relationship between the one or more state quantities and the one or more observed quantities based on the results obtained by executing the plurality of numerical simulations.
The step of actually measuring at one or more observation points and obtaining the measured value of the one or more observation amounts, and
Based on the statistical information of the measured values of the one or more observed quantities obtained in the actual measurement, and the relationship between the one or more state quantities formulated and the one or more observed quantities. , A step of obtaining an estimate of one or more state quantities by performing Bayesian inference.
A step of estimating the combustion state of the combustion furnace based on the estimated value, and
A method for estimating the combustion state of a combustion furnace, which comprises.
前記1つ以上の状態量を説明変数とし、前記燃焼炉に配設された1つ以上の観測点において直接的に計測することが可能である1つ以上の観測量を目的変数とした、複数の数値シミュレーションを実行するステップと、
前記複数の数値シミュレーションを実行して得られた結果に基づいて、前記1つ以上の状態量と前記1つ以上の観測量との関係性を定式化するステップと、
前記1つ以上の観測点において実際に計測を行い前記1つ以上の観測量の計測値を得るステップと、
前記実際の計測で得られた前記1つ以上の観測量の計測値の統計情報と、前記定式化された前記1つ以上の状態量と前記1つ以上の観測量の関係性とに基づいて、ベイズ推定を行うことにより、前記1つ以上の状態量の推定値を得るステップと、
前記推定値に基づいて、前記燃焼炉の燃焼制御を行うステップと、
を含むことを特徴とする、燃焼炉の燃焼制御方法。 A method of controlling combustion in a combustion furnace for combusting an object to be processed by estimating one or more state quantities that cannot be directly measured.
A plurality of state quantities having one or more state quantities as explanatory variables and one or more observables that can be directly measured at one or more observation points arranged in the combustion furnace as objective variables. Steps to perform a numerical simulation of
A step of formulating the relationship between the one or more state quantities and the one or more observed quantities based on the results obtained by executing the plurality of numerical simulations.
The step of actually measuring at one or more observation points and obtaining the measured value of the one or more observation amounts, and
Based on the statistical information of the measured values of the one or more observed quantities obtained in the actual measurement, and the relationship between the one or more state quantities formulated and the one or more observed quantities. , A step of obtaining an estimate of one or more state quantities by performing Bayesian inference.
Based on the estimated value, the step of controlling the combustion of the combustion furnace and
A combustion control method for a combustion furnace, which comprises.
前記1つ以上の状態量を説明変数とし、前記燃焼炉に配設された1つ以上の観測点において直接的に計測することが可能である1つ以上の観測量を目的変数とした、複数の数値シミュレーションを実行するシミュレーション実行部と、
前記複数の数値シミュレーションの実行結果に基づいて、前記1つ以上の状態量と前記1つ以上の観測量との関係性を定式化する定式化部と、
前記1つ以上の観測点において実際に計測された前記1つ以上の観測量の計測値を受け取る観測量入力部と、
前記実際の計測で得られた前記1つ以上の観測量の計測値の統計情報と、前記定式化された前記1つ以上の状態量と前記1つ以上の観測量の関係性とに基づいて、ベイズ推定を行うことにより、前記1つ以上の状態量の推定値を導出する状態量推定部と、
前記推定値に基づいて、前記燃焼炉の燃焼制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とする、燃焼炉の燃焼制御装置。 A combustion control device configured to control combustion in a combustion furnace for combusting an object to be processed by estimating one or more state quantities that cannot be directly measured. And
A plurality of state quantities having one or more state quantities as explanatory variables and one or more observables that can be directly measured at one or more observation points arranged in the combustion furnace as objective variables. The simulation execution unit that executes the numerical simulation of
A formulation unit that formulates the relationship between the one or more state quantities and the one or more observables based on the execution results of the plurality of numerical simulations.
An observable input unit that receives the measured values of the one or more observations actually measured at the one or more observation points.
Based on the statistical information of the measured values of the one or more observed quantities obtained in the actual measurement, and the relationship between the one or more state quantities formulated and the one or more observed quantities. , A state quantity estimation unit that derives an estimated value of one or more state quantities by performing Bayesian estimation,
A control unit that controls the combustion of the combustion furnace based on the estimated value,
A combustion control device for a combustion furnace, characterized in that it is provided with.
物の滞留量、水分、可燃分、灰分、発熱量、および元素組成、ならびに、前記被処理物が火格子上で熱分解および/または燃焼反応することにより発生する熱分解ガスおよび/または燃焼ガスの温度および化学組成、のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする、請求項3に記載の燃焼炉の燃焼制御装置。 The combustion furnace is a stoker type incinerator, and the one or more state quantities are the supply amount of the object to be processed supplied on the grate of the stoker type incinerator, and the said amount staying on the grate. Retained amount, water content, combustible content, ash content, calorific value, and element composition of the object to be treated, and pyrolysis gas and / or generated by the thermal decomposition and / or combustion reaction of the object to be processed on the grate. The combustion control device for a combustion furnace according to claim 3, further comprising at least one of a combustion gas temperature and chemical composition.
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