特許 6013458 有機性廃棄物の処理装置および処理方法並びに制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6013458

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】有機性廃棄物の処理装置および処理方法並びに制御装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/06 20060101AFI20161011BHJP

   C02F 11/12 20060101ALI20161011BHJP

   F23G 5/02 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   C02F11/06 BZAB

   C02F11/06 A

   C02F11/12 A

   C02F11/12 B

   C02F11/12 Z

   F23G5/02 B

【請求項の数】9

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-508231(P2014-508231)

(86)(22)【出願日】2013年3月29日

(86)【国際出願番号】JP2013059734

(87)【国際公開番号】WO2013147256

(87)【国際公開日】20131003

【審査請求日】2015年11月17日

(31)【優先権主張番号】特願2012-82842(P2012-82842)

(32)【優先日】2012年3月30日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】507214083

【氏名又は名称】メタウォーター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】金川 隆昭

(72)【発明者】

【氏名】冨部 督正

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 弘毅

(72)【発明者】

【氏名】神谷 幸資

(72)【発明者】

【氏名】井上 益男

【審査官】 松井 一泰

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２０２４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０２９９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２７３４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−１２０９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−０８２６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０８２９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−０６４１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１４７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２０６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１５６１１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １１／００−１１／２０

Ｂ０９Ｂ １／００− ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機性廃棄物を低含水化する低含水化手段と、
前記低含水化手段により低含水化された前記有機性廃棄物を、燃焼用エネルギーを用いて燃焼させて減量化する燃焼手段と、
前記燃焼手段の内部に、前記有機性廃棄物に内在する燃焼用エネルギー以外の燃焼用エネルギーを供給する燃焼用エネルギー供給手段と、
燃焼用エネルギーの供給量が前記燃焼手段の内部を所定温度に維持する供給量となるように前記燃焼用エネルギー供給手段の動作を制御するエネルギー供給動作制御手段と、
を備え、前記有機性廃棄物を低含水化・熱操作処理する有機性廃棄物の処理装置であって、
前記エネルギー供給動作制御手段による制御の結果である燃焼用エネルギーの供給量に基づいて前記有機性廃棄物に内在する燃焼用エネルギーである有機性廃棄物エネルギーを推定する有機性廃棄物エネルギー推定手段と、
前記有機性廃棄物の低含水化・熱操作処理に関する複数の使用エネルギー要素ごとにエネルギー使用量の測定を行うとともに測定結果の合算を行って全エネルギー使用量を測定する全エネルギー使用量測定手段と、
あらかじめ算出された前記有機性廃棄物エネルギーと前記全エネルギー使用量との相関関係、前記あらかじめ算出された有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係に対し前記有機性廃棄物エネルギー推定手段により推定された前記有機性廃棄物エネルギーの推定値と前記全エネルギー使用量測定手段により測定された全エネルギー使用量の測定値との相関関係によって逐次修正を加えて得られる有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量の測定値との相関関係、または前記有機性廃棄物エネルギーの推定値と前記全エネルギー使用量の測定値との相関関係によって逐次構築および修正を加えて得られる有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係を、有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との基準関係として保持する関係保持手段と、
前記関係保持手段により保持された前記有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との基準関係と、前記有機性廃棄物エネルギー推定手段により推定された有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値とに基づいて全エネルギー使用量を最小にする有機性廃棄物エネルギーの最適値と前記有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値との大小関係を把握する大小関係把握手段と、
前記大小関係把握手段により把握された前記有機性廃棄物エネルギーの最適値と前記有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値との大小関係に基づいて、前記有機性廃棄物エネルギー推定手段により推定されるべき有機性廃棄物エネルギーの推定値が前記有機性廃棄物エネルギーの最適値との大小の差を小さくする方向に向かうように前記低含水化手段の動作を制御する低含水化動作制御手段と、
を備えたことを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。

【請求項2】

前記有機性廃棄物に内在する燃焼用エネルギー以外の燃焼用エネルギーは、前記燃焼手段に供給する補助燃料の流量と燃焼用気体の流量および温度とに基づくエネルギーであることを特徴とする請求項１に記載の有機性廃棄物の処理装置。

【請求項3】

前記使用エネルギー要素は、前記燃焼手段における補助燃料使用量、熱回収発電量が減算された実電力使用量、動力源エネルギー、および有機性廃棄物供給ポンプの電力のうちの１以上を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の有機性廃棄物の処理装置。

【請求項4】

前記全エネルギー使用量は、各使用エネルギー要素に対応した所定のエネルギー関連カテゴリへの変換重み係数を乗算した値を合算したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理装置。

【請求項5】

前記変換重み係数は、各使用エネルギー要素をランニングコストに変換する重み係数であることを特徴とする請求項４に記載の有機性廃棄物の処理装置。

【請求項6】

前記変換重み係数は、各使用エネルギー要素を売価値に変換する重み係数であることを特徴とする請求項４に記載の有機性廃棄物の処理装置。

【請求項7】

前記変換重み係数は、各使用エネルギー要素を二酸化炭素排出量に変換する重み係数であることを特徴とする請求項４に記載の有機性廃棄物の処理装置。

【請求項8】

低含水化手段により有機性廃棄物を低含水化する低含水化ステップと、
低含水化された前記有機性廃棄物を、燃焼手段により燃焼用エネルギーを用いて燃焼させて減量化する燃焼ステップと、
前記燃焼手段の内部に、前記有機性廃棄物に内在する燃焼用エネルギー以外の燃焼用エネルギーを供給する燃焼用エネルギー供給ステップと、
前記燃焼手段の内部が所定温度に維持される燃焼用エネルギーの供給量になるように、前記燃焼用エネルギーの供給を制御するエネルギー供給動作制御ステップと、
を含み、前記有機性廃棄物を低含水化・熱操作処理する有機性廃棄物の処理方法であって、
前記エネルギー供給動作制御ステップにおける制御の結果である燃焼用エネルギーの供給量に基づいて前記有機性廃棄物に内在する燃焼用エネルギーである有機性廃棄物エネルギーを推定する有機性廃棄物エネルギー推定ステップと、
前記有機性廃棄物の低含水化・熱操作処理に関する複数の使用エネルギー要素ごとにエネルギー使用量の測定を行うとともに結果の合算を行って全エネルギー使用量を測定する全エネルギー使用量測定ステップと、
あらかじめ算出された前記有機性廃棄物エネルギーと前記全エネルギー使用量との相関関係、前記あらかじめ算出された有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係に対し前記有機性廃棄物エネルギー推定ステップにおいて推定された前記有機性廃棄物エネルギーの推定値と前記全エネルギー使用量測定ステップにおいて測定された全エネルギー使用量の測定値との相関関係により逐次修正を加えて得られる有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係、または前記有機性廃棄物エネルギーの推定値と前記全エネルギー使用量の測定値との相関関係によって逐次構築および修正を加えて得られる有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係を、有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との基準関係として制御手段に保持する関係保持ステップと、
前記関係保持ステップにおいて保持された有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との基準関係と前記有機性廃棄物エネルギー推定ステップにより推定された有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値とに基づいて、全エネルギー使用量を最小にする有機性廃棄物エネルギーの最適値と前記有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値との大小関係を把握する大小関係把握ステップと、
前記大小関係把握ステップにおいて把握された前記有機性廃棄物エネルギーの最適値と前記有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値との大小関係に基づいて、有機性廃棄物エネルギー推定ステップにおいて推定されるべき有機性廃棄物エネルギーの推定値が前記有機性廃棄物エネルギーの最適値との大小の差を小さくする方向に向かうように前記低含水化手段の動作を制御する低含水化動作制御ステップと、
を含むことを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。

【請求項9】

燃焼用エネルギーの供給量が有機性廃棄物の燃焼を行う燃焼手段の内部を所定温度に維持する供給量となるように、前記燃焼手段に、前記有機性廃棄物に内在する燃焼用エネルギー以外の燃料用エネルギーを供給する燃焼用エネルギー供給手段の動作を制御するエネルギー供給動作制御手段と、
前記エネルギー供給動作制御手段による制御の結果である燃焼用エネルギーの供給量に基づいて前記有機性廃棄物に内在する燃焼用エネルギーである有機性廃棄物エネルギーを推定する有機性廃棄物エネルギー推定手段と、
前記有機性廃棄物の低含水化・熱操作処理に関する複数の使用エネルギー要素ごとにエネルギー使用量の測定を行うとともに測定結果の合算を行って全エネルギー使用量を測定する全エネルギー使用量測定手段と、
あらかじめ算出された前記有機性廃棄物エネルギーと前記全エネルギー使用量との相関関係、前記あらかじめ算出された有機性廃棄物エネルギーと前記全エネルギー使用量との相関関係に対し前記有機性廃棄物エネルギー推定手段により推定された前記有機性廃棄物エネルギーの推定値と前記全エネルギー使用量測定手段により測定された全エネルギー使用量の測定値との相関関係によって逐次修正を加えて得られる有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係、または前記有機性廃棄物エネルギーの推定値と前記全エネルギー使用量の測定値との相関関係によって逐次構築および修正を加えて得られる有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係を、有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との基準関係として保持する関係保持手段と、
前記関係保持手段により保持された有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との基準関係と前記有機性廃棄物エネルギー推定手段により推定された有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値とに基づいて、全エネルギー使用量を最小にする有機性廃棄物エネルギーの最適値と前記有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値との大小関係を把握する大小関係把握手段と、
前記大小関係把握手段により把握された有機性廃棄物エネルギーの最適値と前記有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値との大小関係に基づいて、前記有機性廃棄物エネルギー推定手段により推定されるべき有機性廃棄物エネルギーの推定値が大小の差を小さくする方向に向かうように、前記燃焼手段に供給するために前記有機性廃棄物を低含水化する低含水化手段の動作を制御する低含水化動作制御手段と、
を備えたことを特徴とする制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、低含水化設備によって低含水化した有機性廃棄物を熱操作設備で熱操作処理する有機性廃棄物の処理装置および処理方法並びに制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

下水処理場などから発生する汚泥などは、ベルトプレス型脱水機や遠心分離型脱水機などの汚泥脱水機によって脱水され、所定含水率の脱水汚泥に調整され、この調整された脱水汚泥は、焼却炉によって焼却処分される。この所定含水率は、熱操作設備のエネルギー効率上、焼却炉において補助燃料が使用されなくてもよい含水率となるのが好ましい。

【0003】

そこで、特許文献１では、脱水汚泥の有機物含有率が変動しても、補助燃料を用いずに脱水汚泥が自己熱燃焼（自燃）するように、汚泥脱水装置の出口で、脱水汚泥の含水率および有機物含有率を測定し、自燃条件を満たす燃焼曲線と測定された有機物含有率とに基づいて自燃条件を満たす含水率を算出し、これを測定された含水率と比較して最適な汚泥脱水装置の脱水率を設定するものが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−２７３４９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上述した特許文献１に記載の技術では、脱水汚泥が焼却炉で自燃状態となるように脱水汚泥の含水率を調整している。ところが、脱水汚泥の含水率が自燃状態であっても、脱水機を含めた熱操作設備全体のエネルギー使用効率が最適であるとは限らない。

【0006】

また、特許文献１に記載の技術では、脱水汚泥の含水率や有機物含有率などといった、汚泥などの有機性廃棄物のエネルギー関連値を測定するための計測器が別途必要になる。そのため、含水率および有機物含有率などの有機性廃棄物のエネルギーの関連値を計測することなく、設備全体のエネルギー使用効率を最適化できる技術も求められていた。

【0007】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、焼却される有機性廃棄物のエネルギー関連値を計測することなく、処理装置における低含水化・熱操作設備全体のエネルギー使用効率を最適化することができる有機性廃棄物の処理装置および処理方法並びに制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る有機性廃棄物の処理装置は、有機性廃棄物を低含水化する低含水化手段と、低含水化手段により低含水化された有機性廃棄物を、燃焼用エネルギーを用いて燃焼させて減量化する燃焼手段と、燃焼手段の内部に、有機性廃棄物に内在する燃焼用エネルギー以外の燃焼用エネルギーを供給する燃焼用エネルギー供給手段と、燃焼用エネルギーの供給量が燃焼手段の内部を所定温度に維持する供給量となるように燃焼用エネルギー供給手段の動作を制御するエネルギー供給動作制御手段と、を備え、有機性廃棄物を低含水化・熱操作処理する有機性廃棄物の処理装置であって、エネルギー供給動作制御手段による制御の結果である燃焼用エネルギーの供給量に基づいて有機性廃棄物に内在する燃焼用エネルギーである有機性廃棄物エネルギーを推定する有機性廃棄物エネルギー推定手段と、有機性廃棄物の低含水化・熱操作処理に関する複数の使用エネルギー要素ごとにエネルギー使用量の測定を行うとともに測定結果の合算を行って全エネルギー使用量を測定する全エネルギー使用量測定手段と、あらかじめ算出された有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係、あらかじめ算出された有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係に対し有機性廃棄物エネルギー推定手段により推定された有機性廃棄物エネルギーの推定値と全エネルギー使用量測定手段により測定された全エネルギー使用量の測定値との相関関係によって逐次修正を加えて得られる有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量の測定値との相関関係、または有機性廃棄物エネルギーの推定値と全エネルギー使用量の測定値との相関関係によって逐次構築および修正を加えて得られる有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係を、有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との基準関係として保持する関係保持手段と、関係保持手段により保持された有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との基準関係と、有機性廃棄物エネルギー推定手段により推定された有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値とに基づいて全エネルギー使用量を最小にする有機性廃棄物エネルギーの最適値と有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値との大小関係を把握する大小関係把握手段と、大小関係把握手段により把握された有機性廃棄物エネルギーの最適値と有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値との大小関係に基づいて、有機性廃棄物エネルギー推定手段により推定されるべき有機性廃棄物エネルギーの推定値が有機性廃棄物エネルギーの最適値との大小の差を小さくする方向に向かうように低含水化手段の動作を制御する低含水化動作制御手段と、を備えたことを特徴とする。

【0009】

本発明に係る有機性廃棄物の処理装置は、上記の発明において、有機性廃棄物に内在する燃焼用エネルギー以外の燃焼用エネルギーは、燃焼手段に供給する補助燃料の流量と燃焼用気体の流量および温度とに基づくエネルギーであることを特徴とする。

【0010】

本発明に係る有機性廃棄物の処理装置は、上記の発明において、使用エネルギー要素の使用量は、燃焼手段における補助燃料使用量、および熱回収発電量が減算された実電力使用量、熱操作設備における動力源エネルギー使用量、および有機性廃棄物供給ポンプの電力使用量のうちの１以上を含むことを特徴とする。

【0011】

本発明に係る有機性廃棄物の処理装置は、上記の発明において、全エネルギー使用量は、各使用エネルギー要素に対応した所定のエネルギー関連カテゴリへの変換重み係数を乗算した値を合算したものであることを特徴とする。本発明に係る有機性廃棄物の処理装置は、この構成において、変換重み係数は、各使用エネルギー要素をランニングコストに変換する重み係数であることを特徴とする。本発明に係る有機性廃棄物の処理装置は、この構成において、変換重み係数は、各使用エネルギー要素を売価値に変換する重み係数であることを特徴とする。本発明に係る有機性廃棄物の処理装置は、この構成において、変換重み係数は、各使用エネルギー要素を二酸化炭素排出量に変換する重み係数であることを特徴とする。

【0012】

本発明に係る有機性廃棄物の処理方法は、低含水化手段により有機性廃棄物を低含水化する低含水化ステップと、低含水化された有機性廃棄物を、燃焼手段により燃焼用エネルギーを用いて燃焼させて減量化する燃焼ステップと、燃焼手段の内部に、有機性廃棄物に内在する燃焼用エネルギー以外の燃焼用エネルギーを供給する燃焼用エネルギー供給ステップと、燃焼手段の内部が所定温度に維持される燃焼用エネルギーの供給量になるように、燃焼用エネルギーの供給を制御するエネルギー供給動作制御ステップと、を含み、有機性廃棄物を低含水化・熱操作処理する有機性廃棄物の処理方法であって、エネルギー供給動作制御ステップにおける制御の結果である燃焼用エネルギーの供給量に基づいて有機性廃棄物に内在する燃焼用エネルギーである有機性廃棄物エネルギーを推定する有機性廃棄物エネルギー推定ステップと、有機性廃棄物の低含水化・熱操作処理に関する複数の使用エネルギー要素ごとにエネルギー使用量の測定を行うとともに結果の合算を行って全エネルギー使用量を測定する全エネルギー使用量測定ステップと、あらかじめ算出された有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係、あらかじめ算出された有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係に対し有機性廃棄物エネルギー推定ステップにおいて推定された有機性廃棄物エネルギーの推定値と全エネルギー使用量測定ステップにおいて測定された全エネルギー使用量の測定値との相関関係により逐次修正を加えて得られる有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係、または有機性廃棄物エネルギーの推定値と全エネルギー使用量の測定値との相関関係によって逐次構築および修正を加えて得られる有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係を、有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との基準関係として制御手段に保持する関係保持ステップと、関係保持ステップにおいて保持された有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との基準関係と有機性廃棄物エネルギー推定手段により推定された有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値とに基づいて、全エネルギー使用量を最小にする有機性廃棄物エネルギーの最適値と有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値との大小関係を把握する大小関係把握ステップと、大小関係把握ステップにおいて把握された有機性廃棄物エネルギーの最適値と有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値との大小関係に基づいて、有機性廃棄物エネルギー推定ステップにおいて推定されるべき有機性廃棄物エネルギーの推定値が有機性廃棄物エネルギーの最適値との大小の差を小さくする方向に向かうように低含水化手段の動作を制御する低含水化動作制御ステップと、を含むことを特徴とする。

【0013】

本発明に係る制御装置は、燃焼用エネルギーの供給量が有機性廃棄物の燃焼を行う燃焼手段の内部を所定温度に維持する供給量となるように、燃焼手段に、有機性廃棄物に内在する燃焼用エネルギー以外の燃料用エネルギーを供給する燃焼用エネルギー供給手段の動作を制御するエネルギー供給動作制御手段と、エネルギー供給動作制御手段による制御の結果である燃焼用エネルギーの供給量に基づいて有機性廃棄物に内在する燃焼用エネルギーである有機性廃棄物エネルギーを推定する有機性廃棄物エネルギー推定手段と、有機性廃棄物の低含水化・熱操作処理に関する複数の使用エネルギー要素ごとにエネルギー使用量の測定を行うとともに測定結果の合算を行って全エネルギー使用量を測定する全エネルギー使用量測定手段と、あらかじめ算出された有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係、あらかじめ算出された有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係に対し有機性廃棄物エネルギー推定手段により推定された有機性廃棄物エネルギーの推定値と全エネルギー使用量測定手段により測定された全エネルギー使用量の測定値との相関関係によって逐次修正を加えて得られる有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係、または有機性廃棄物エネルギーの推定値と全エネルギー使用量の測定値との相関関係によって逐次構築および修正を加えて得られる有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係を、有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との基準関係として保持する関係保持手段と、関係保持手段により保持された有機性廃棄物エネルギーと全エネルギー使用量との基準関係と有機性廃棄物エネルギー推定手段により推定された有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値とに基づいて、全エネルギー使用量を最小にする有機性廃棄物エネルギーの最適値と有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値との大小関係を把握する大小関係把握手段と、大小関係把握手段により把握された有機性廃棄物エネルギーの最適値と有機性廃棄物エネルギーの最新の推定値との大小関係に基づいて、有機性廃棄物エネルギー推定手段により推定されるべき有機性廃棄物エネルギーの推定値が大小の差を小さくする方向に向かうように低含水化手段の動作を制御する低含水化動作制御手段と、を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る有機性廃棄物の処理装置および処理方法並びに制御装置によれば、処理装置全体におけるエネルギー使用効率を最適状態にできる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の一実施形態による汚泥の処理装置の全体構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態による最適運転制御処理の概要を示す説明図である。

【図3】図３は、本発明の一実施形態による最適運転制御処理時の汚泥エネルギーと含水率との関係を示す説明図である。

【図4】図４は、本発明の一実施形態による低含水化設備の電力使用量と汚泥エネルギーとの関係を示すグラフである。

【図5】図５は、本発明の一実施形態による最適運転制御処理方法を示すフローチャートである。

【図6】図６は、本発明の一実施形態による全エネルギー使用量と汚泥エネルギーとの関係の概要を示すグラフである。

【図7】図７は、本発明の一実施形態による全エネルギー使用量の時間変動を説明するためのグラフである。

【図8】図８は、本発明の一実施形態の変形例１に係る最適運転制御処理の概要を示す説明図である。

【図9】図９は、本発明の一実施形態の変形例２に係る最適運転制御処理の概要を示す説明図である。

【図10】図１０は、本発明の一実施形態の変形例３に係る最適運転制御処理の概要を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。

【0017】

まず、本発明の一実施形態による有機性廃棄物の処理装置である下水等の汚泥の処理装置について説明する。図１は、この一実施形態による汚泥の処理装置の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、最適運転制御システムを含む汚泥の処理装置１は、低含水化設備１０および熱操作設備２０と、制御装置としての最適運転制御装置３０とを有する。

【0018】

低含水化設備１０は、有機性廃棄物としての汚泥の含水率を増減可能に構成されている。低含水化設備１０は、汚泥を脱水により低含水化する低含水化手段としての遠心分離型の脱水機１１と、脱水制御部１４とを有する。なお、低含水化手段としては、汚泥を乾燥させて低含水化する乾燥機や、その他汚泥の低含水化が可能な種々の装置を用いることが可能である。脱水制御部１４は、後述する低含水化動作制御部３５による制御によって脱水機１１における動力源１２の回転数、すなわち遠心力の増減を制御する。ここで、脱水機１１は、ベルトプレス型脱水機やフィルタプレスなどの、その他の形式の脱水機であってもよく、汚泥を乾燥させて低含水化する乾燥機などでもよい。また、脱水機１１は、使用エネルギー要素としての、モータなどの動力源１２と、高分子凝集剤を投入する凝集剤投入器１３とを有する。

【0019】

低含水化設備１０は、さらに使用エネルギー要素としての汚泥供給ポンプ１５および電力計Ｐｓを有する。汚泥供給ポンプ１５は、脱水機１１によって脱水された汚泥を熱操作設備２０に供給する。電力計Ｐｓは、汚泥供給ポンプ１５で消費される電力を検出し、脱水制御部１４に入力する。脱水制御部１４は、動力源１２のエネルギー使用量および電力計Ｐｓから入力された汚泥供給ポンプ１５の電力使用量を、最適運転制御装置３０に出力するとともに、脱水機１１における動力源１２の回転数の増減を制御する。また、凝集剤投入器１３は、脱水対象の汚泥に、予め算出された所定量の凝集剤投入量を投入する。

【0020】

また、熱操作設備２０は、汚泥に対して熱操作する熱操作設備である。この熱操作設備２０は、燃焼手段としての流動焼却炉２１と、汚泥に内在する燃焼用エネルギー以外の燃焼用エネルギーを流動焼却炉２１に供給するための燃焼用エネルギー供給手段と、エネルギー供給動作制御手段としての焼却設備燃焼制御装置２８とを備える。

【0021】

流動焼却炉２１は、燃焼用エネルギーを用いて脱水機１１により低含水化された汚泥を燃焼させて減量化する。流動焼却炉２１は、フリーボード部と下部の流動床２１ａとからなる。流動床２１ａには分散パイプ２１ｂが水平に挿入されている。分散パイプ２１ｂには均一に空気ノズルが設けられて燃焼用空気（流動空気）が送られる。有機性廃棄物としての汚泥は、汚泥供給ポンプ１５により流動床２１ａに連続供給され、流動床２１ａにおいて分解、乾燥、および一部燃焼が進み、フリーボード部で完全燃焼して、燃焼ガスと灰分が上部から排出される。この流動焼却炉２１において、温度センサＴ１によって流動床２１ａの温度が検出され、温度センサＴ２によって流動焼却炉２１内の上部の温度が検出され、それぞれの温度の検出結果は焼却設備燃焼制御装置２８に入力される。

【0022】

また、補助燃焼装置２２は、流動焼却炉２１の内部に燃焼用エネルギーとしての補助燃料を供給する。使用エネルギー要素としての補助燃焼装置２２の補助燃料使用量は、燃料量検出器２２ａによって検出され、検出結果は、焼却設備燃焼制御装置２８に入力される。補助燃料の供給量は、調整弁２２ｂによって開度調整され、汚泥が自燃条件を満たす場合、補助燃料は供給されない。補助燃料の燃料使用量の検出結果は、焼却設備燃焼制御装置２８に供給される。

【0023】

また、使用エネルギー要素である流動空気予熱器２３は、バルブ２３ａによって流量が制御される流動ブロワＢ１によって大気から流入した流動空気と、燃焼ガスとの熱交換を行う。ここで、流動空気予熱器２３は、上段および下段の塔で流動空気と燃焼ガスとの熱交換を行う。流動空気予熱器２３から流動焼却炉２１に供給される燃焼用エネルギーとしての流動空気において、温度は温度センサＴ３によって検出され、流量は流量センサＦ１，Ｆ２によって検出される。温度および流量の検出結果はそれぞれ、焼却設備燃焼制御装置２８に入力される。流動空気の温度は、流動ブロワＢ１の後段に設けられる調整弁２３ｄ，２３ｅの開度を変更することにより調整される。なお、流動空気の温度調整については、冷却ファンなどからなる冷却器を用いてもよい。以上のようにして熱交換された流動空気は、分散パイプ２１ｂを通じて流動床２１ａに供給され、調整弁２３ｂ，２３ｃを介して流動焼却炉２１に供給される。これにより、流動焼却炉２１内の空気比が調整されて流動焼却炉２１内の温度が調整される。

【0024】

また、使用エネルギー要素としての流動ブロワＢ１は、焼却設備燃焼制御装置２８により制御され、流動焼却炉２１内の温度が最適ならば、ほぼ一定の最小電力を消費する一方、温度が低い場合は補助燃料の燃焼空気を要することから、電力消費が大きくなる。また、流動焼却炉２１内の温度が最適状態を超えると、流動焼却炉２１から排出される燃焼ガス量も増大するため、流動ブロワＢ１、後述する白防ファンＢ２、および誘引ファンＢ３の電力消費も大きくなる。なお、使用エネルギー要素としての流動ブロワＢ１、白防ファンＢ２、および誘引ファンＢ３の電力使用量はそれぞれ、電力計Ｂ１ｓ，Ｂ２ｓ，Ｂ３ｓによって検出され、それぞれ焼却設備燃焼制御装置２８に入力される。

【0025】

以上の補助燃料および流動空気における熱量は、汚泥に内在する燃焼用エネルギー以外の燃焼用エネルギーとなる。また、上述した調整弁２２ａを備えた補助燃料装置２２と、流動ブロワＢ１、バルブ２３ａ、および調整弁２３ｂ〜２３ｅに接続された流動空気予熱器２３と、分散パイプ２１ｂとによって、燃焼用エネルギー供給手段が構成されている。

【0026】

上述した流量センサＦ１，Ｆ２が検出した流動空気の流量、および温度センサＴ３が検出した流動空気の温度の計測値は、焼却設備燃焼制御装置２８から最適運転制御装置３０に供給される。最適運転制御装置３０は、流動空気の流量および温度を含む、流動焼却炉２１に供給される燃焼用エネルギー量に応じて脱水機１１の動力源１２を制御する。低含水化設備１０は、最適運転制御装置３０の低含水化動作制御部３５による制御によって，動力源１２の回転数を増減させることにより汚泥の含水率を制御して汚泥エネルギー値を増減させる。なお、最適運転制御装置３０による制御の詳細については後述する。

【0027】

流動空気予熱器２３で熱交換された燃焼ガスは、約５００〜６００℃程度の温度で白煙防止予熱器２４に供給され、使用エネルギー要素としての白防ファンＢ２によって大気から入力される白煙防止空気と燃焼ガスとの間で熱交換される。白煙防止予熱器２４において温度上昇した白煙防止空気は、使用エネルギー要素としての熱回収発電設備２７を介して熱回収された後、煙突２６に供給される。一方、白煙防止予熱器２４から出力された燃焼ガスはスクラバー２５で排煙処理され、煙突２６に出力する。煙突２６では、入力された燃焼ガスを熱回収発電設備２７から送られた白煙防止空気によって温度上昇させ、白煙が防止された燃焼ガスを大気に放出する。ここで、熱回収動力設備を含む熱回収発電・動力設備の一例としての熱回収発電設備２７は、熱回収された熱を用いてタービンなどを駆動して発電し、発電された電力は、汚泥の処理装置１やその他の設備に用いられる。なお、熱回収発電設備２７によって発電された熱回収発電量は、焼却設備燃焼制御装置２８に入力される。

【0028】

焼却設備燃焼制御装置２８は、流動焼却炉２１の内部を、微小の温度変動は生じつつも燃焼温度をほぼ一定の所定温度に維持するように補助燃焼装置２２および流動空気予熱器２３の動作を制御する。また、焼却設備燃焼制御装置２８は、燃料量検出器２２ａによって検出された燃料使用量、流動ブロワＢ１、白防ファンＢ２、誘引ファンＢ３の各電力使用量、および熱回収発電設備２７による熱回収発電量を、最適運転制御装置３０に出力する。また、焼却設備燃焼制御装置２８は、温度センサＴ１〜Ｔ３、流量センサＦ１，Ｆ２の検出結果に基づいて、調整弁２３ｂ〜２３ｅを調整して汚泥の燃焼制御を行う。

【0029】

最適運転制御装置３０は、汚泥の低含水化・熱操作に関する汚泥エネルギーと複数要素ごとの複数の使用エネルギー要素の使用量との関係、および汚泥エネルギーと各使用エネルギー要素における使用量の合算値（全エネルギー使用量）との相関関係を保持する関係保持手段としての関係保持部３１を有する。

【0030】

また、最適運転制御装置３０は、流動焼却炉２１に供給される、汚泥に内在する燃焼用エネルギーの一部である汚泥エネルギーを推定する汚泥エネルギー推定手段としての汚泥エネルギー推定部３２を有する。この汚泥エネルギー推定部３２は、以下の流動焼却炉２１におけるトータル熱量を示す（１）式と、燃焼用エネルギーのトータル熱量を示す（２）式とから、これらのトータル熱量が同一であるという原理に基づいて汚泥エネルギー値を算出する。この推定された汚泥エネルギー値を、その時点における汚泥エネルギー値Ｅ_esとして推定する。

【0031】

流動焼却炉２１におけるトータル熱量
トータル熱量＝排ガス量×排ガスの比熱×排ガスの温度 …（１）
流動焼却炉２１に供給される燃焼用エネルギー（流動空気のエネルギー、汚泥エネルギー、および補助燃料のエネルギー）によるトータル熱量
トータル熱量＝汚泥の質量×汚泥エネルギー（単位質量当たりの熱量）＋補助燃料の質量×単位質量当たりの熱量＋流動空気の量×流動空気の比熱×流動空気の温度 …（２）
なお、これらの（１）式および（２）式において、必要に応じて、補正値として流動焼却炉２１の放熱量や、酸素温度などが算入される。

【0032】

ここで、汚泥エネルギーとは、汚泥エネルギー＝（固形分燃焼熱）−（汚泥中水分潜熱＋汚泥可燃分生成水分潜熱）である。そして、全エネルギー使用量は、単位体積当たりの汚泥エネルギーに対して一意に決定される依存性を有するとともに、最小値を有する。一方、単位体積当たりの汚泥エネルギーは、汚泥の性状によって変化する上に、その汚泥エネルギー値を検出して制御することが困難である反面、汚泥の含水率の増加に対して単調減少関係を有する。そこで、汚泥の含水率を増加および減少させることによって、汚泥エネルギー値をそれぞれ減少および増加させることができる。この関係を利用して、汚泥の含水率を増減させることによって、汚泥の汚泥エネルギー値を全エネルギー使用量が最小値となるように制御できる。この場合、全エネルギー使用量が最小値となるように汚泥エネルギー値まで収束するように、汚泥の含水率を増減させる方向に低含水化設備１０、特に脱水機１１を制御する。このとき汚泥の含水率は直接計測する必要がない。そのため、汚泥の含水率の検出系および制御系や汚泥エネルギー値の検出系および制御系などを設ける必要がなく、構成が簡略化できる。

【0033】

また、最適運転制御装置３０は、汚泥の低含水化・熱操作処理に関する複数の使用エネルギー要素ごとの各エネルギー使用量の測定を行うとともに、測定された各エネルギー使用量の合算を行って全エネルギー使用量を算出する全エネルギー使用量測定手段としての全エネルギー使用量測定部３３を有する。

【0034】

そして、関係保持部３１は、最適運転制御装置３０が計算により求めた例えば図２に示すような汚泥エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係を保持する。また、関係保持部３１はこの計算により求めた汚泥エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係に対し汚泥エネルギー推定部３２が推定した汚泥エネルギーの推定値と全エネルギー使用量測定部３３が測定した全エネルギー使用量との相関関係によって逐次修正を加えて更新された汚泥エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係を、全エネルギー使用量と汚泥エネルギーとの基準関係として保持する。さらに、関係保持部３１は、図２に示すような汚泥エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係を算出することなく、汚泥の処理装置１の稼働の開始から、汚泥エネルギー推定部３２が推定した汚泥エネルギーの推定値と全エネルギー使用量測定部３３が測定した全エネルギー使用量の測定値との相関関係によって、逐次構築および修正を加えて得られる、汚泥エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係を、全エネルギー使用量と汚泥エネルギーとの基準関係として保持する。

【0035】

また、最適運転制御装置３０は、関係保持部３１に保持された汚泥エネルギーと全エネルギー使用量との基準関係と、汚泥エネルギー推定部３２により推定された現時点における最新の推定値である汚泥エネルギー値Ｅ_esとに基づいて、全エネルギー使用量Ｐを最小にする汚泥エネルギーの最適値Ｅminに対する汚泥エネルギー値Ｅ_esの大小関係を把握する大小関係把握部３４を有する。

【0036】

さらに、最適運転制御装置３０は、低含水化設備１０における脱水機１１を制御するための低含水化動作制御部３５を有する。低含水化動作制御部３５は、脱水制御部１４に制御信号を供給することにより、脱水機１１における動力源１２の回転数の増減、すなわち遠心力の増減を制御して脱水処理される汚泥の含水率の増減を制御する。

【0037】

最適運転制御装置３０は、上述した燃料使用量や電力使用量などの現在の複数の使用エネルギー要素の使用量を取得し、関係保持部３１に保持された基準関係と、汚泥エネルギー推定部３２が推定した最新の推定値である汚泥エネルギー値Ｅ_esとに基づいて、全エネルギー使用量測定部３３が測定した全エネルギー使用量が最小となる汚泥エネルギーの最適値Ｅ１minに向かうように、すなわち、大小関係把握部３４が把握した汚泥エネルギーの最適値Ｅ１minと汚泥エネルギー値Ｅ_esとの大小関係が解消する方向に向かうように、低含水化動作制御部３５により脱水機１１の使用電力量の増減を指示する。

【0038】

具体的に、図２に示すように、最適運転制御装置３０の関係保持部３１は、燃料量検出器２２ａが検出した補助燃料の使用エネルギー要素の使用量としての燃料使用量Ｐ１の汚泥エネルギーに対する関係、流動ブロワＢ１、白防ファンＢ２、および誘引ファンＢ３の各電力使用量を加算した使用エネルギー要素の使用量としての電力使用量Ｐ２の汚泥エネルギーに対する関係、熱回収発電設備２７の使用エネルギー要素の使用量としての熱回収発電量Ｐ３の汚泥エネルギーに対する関係、および動力源１２の使用エネルギー要素の使用量としての動力源エネルギー使用量Ｐ４の汚泥エネルギーに対する関係を保持しているとともに、燃料使用量Ｐ１、電力使用量Ｐ２、動力源エネルギー使用量Ｐ４を加算し、熱回収発電量Ｐ３を減算して得られた全エネルギー使用量Ｐ（＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ４−Ｐ３）と汚泥エネルギーとの基準関係を保持している。

【0039】

なお、燃料使用量Ｐ１と汚泥エネルギーとの関係において、汚泥エネルギーが大きい方は燃料使用量Ｐ１が０の自燃状態である。また、熱回収発電量Ｐ３は、汚泥エネルギーが大きく（含水率Ｒが小さく）なると、燃焼温度が高くなり、燃焼ガス温度が高くなるので熱回収量が大きくなって発電量が大きくなる。また、動力源エネルギー使用量Ｐ４は、汚泥エネルギーが小さく（含水率Ｒが大きく）なるほど、脱水機１１の動力源１２の回転数が小さくなるため小さくなる。なお、電力使用量Ｐ２は、加算前に予め熱回収発電量Ｐ３を減算した使用エネルギー要素の使用量としての実電力使用量としてもよい。なお、汚泥供給ポンプ１５は、熱操作設備２０側に設けてもよく、この場合、電力使用量Ｐ２のうちの汚泥供給ポンプ１５の電力量は、焼却設備燃焼制御装置２８に入力される。

【0040】

上述したように、全エネルギー使用量Ｐは、汚泥エネルギー値Ｅ１minで最小値をとる。一方、上述したように汚泥エネルギーＥは、汚泥の含水率Ｒの増加に対して単調減少関係を有する。ここで、入力される汚泥の性状によって汚泥エネルギー値が変化すると、汚泥エネルギー値Ｅ１minを維持できなくなり、全エネルギー使用量Ｐも最小値を維持できなくなる。具体的に、図３に示すように、入力される汚泥の単位体積当たりの汚泥エネルギーＥと含水率との関係において、同一の含水率に対して順次、汚泥エネルギー値が低くなる３つの汚泥特性Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが存在する。汚泥特性Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは、例えば、可燃分率がそれぞれ９０％，８５％，８０％である。

【0041】

そして、当初想定した汚泥特性がＩｂであり、この汚泥に対する全エネルギー使用量Ｐが汚泥エネルギー値Ｅ１minで最小であり、そのときの含水率がＲ１である場合を考える。汚泥特性がＩｃに変化した場合、単位体積当たりの汚泥エネルギーが小さくなるので、全エネルギー使用量Ｐは最小値よりも大きくなる。このため、最適運転制御装置３０は、脱水制御部１４に対して、現在の含水率Ｒ１を減少させるような脱水制御を行って単位体積当たりの汚泥エネルギー値をＥ１minに近づける制御を行う。この場合、結果的に、汚泥エネルギー値がＥ１minとなる汚泥の含水率の値は、Ｒ１ａ（＜Ｒ１）となる。逆に、汚泥特性がＩａに変化した場合、単位体積当たりの汚泥エネルギーが大きくなるので、全エネルギー使用量Ｐは、最小値よりも大きくなる。このため、最適運転制御装置３０は、脱水制御部１４に対して、現在の含水率Ｒ１を増加させるような脱水制御を行って単位質量当たりの汚泥エネルギー値をＥ１minに近づける制御を行う。この場合、結果的に、汚泥エネルギー値がＥ１minとなる汚泥の含水率の値は、Ｒ１ｂ（＞Ｒ１）となる。

【0042】

また、燃料使用量Ｐ１や電力使用量Ｐ２と汚泥エネルギーとの関係や全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの関係は、流動焼却炉２１に投入する汚泥投入量によって変化する。図２中の曲線Ｌの汚泥投入量は、１９０ｔ／日である。図２の全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの関係においては、そのほか、９５ｔ／日を曲線Ｌ１、２５０ｔ／日を曲線Ｌ２、３００ｔ／日を曲線Ｌ３として示している。したがって、汚泥投入量が変化した場合には、この汚泥投入量に対応した関係に基づいて低含水化設備１０を制御する。

【0043】

すなわち、全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの関係は投入量の変化に応じて種々変化する。そこで、最適運転制御装置３０は、図２に示すあらかじめ算出された全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの関係に対して、全エネルギー使用量測定部３３が測定した全エネルギー使用量Ｐと、その時点において汚泥エネルギー推定部３２が推定した汚泥エネルギー値Ｅ_esとの相関に基づいて適宜修正を加えて更新し、常に全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの基準関係を更新する。具体的には、汚泥投入量をさらに細分化して、最適運転制御装置３０の関係保持部３１に、種々の全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの関係を格納させることによって、全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの関係をより一層細かく適用できる。さらに、汚泥の処理装置１の稼働中においても、燃料使用量Ｐ１、電力使用量Ｐ２、熱回収発電量Ｐ３、および動力源エネルギー使用量Ｐ４が逐次変化するため、全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの関係も逐次変化する。そこで、最適運転制御装置３０の全エネルギー使用量測定部３３は、燃料使用量Ｐ１、電力使用量Ｐ２、熱回収発電量Ｐ３、および動力源エネルギー使用量Ｐ４を逐次測定し、全エネルギー使用量Ｐを逐次算出する。そして、全エネルギー使用量測定部３３は、関係保持部３１に当初格納されている、例えば図２における全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの関係を示す曲線Ｌに対して、全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとのグラフを逐次更新し、全エネルギー使用量Ｐが最小になる汚泥エネルギーＥ１minを算出する。関係保持部３１は、全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの基準関係を更新して保持する。

【0044】

次に、低含水化動作制御部３５から供給される信号によって低含水化設備１０の電力使用量と脱水された汚泥の汚泥エネルギーとの関係について説明する。図４は、電力使用量と汚泥エネルギーとの関係を示すグラフである。図４においては、汚泥の性状が変わることによって、汚泥特性がＩｄからＩｅに変化した場合を考える。この場合、低含水化設備１０における電力使用量が同じ、すなわち汚泥に対する脱水処理が変わらず含水率がα％の場合でも、汚泥に含まれる可燃分が多くなると汚泥エネルギーＥはＥ１からＥ２に増加する。そして、所望する汚泥エネルギーＥがＥ１である場合には、汚泥エネルギーＥをＥ２からＥ１に減少させる必要がある。この場合、脱水機１１の電力使用量を矢印Ｂに沿って減少させて遠心力を下げて脱水効率を下げ、含水率を結果的にα％より高いβ％（α＜β）とすることによって、矢印Ａに沿って汚泥エネルギーＥをＥ２からＥ１に戻すことができる。このように、脱水機１１の電力使用量を制御して回転数を制御することにより、汚泥の含水率の増減を制御して、汚泥エネルギーＥを、所望の汚泥エネルギーＥ１に向けて制御できる。逆に、汚泥特性がＩｅからＩｄに変化した場合においては、上述したプロセスとは逆のプロセスによって、脱水機１１の回転数を増加させて脱水効率を上げる制御を行うことによって、汚泥エネルギーＥをＥ３からＥ１に向けて制御できる。

【0045】

以上のように、低含水化設備１０においては、低含水化動作制御部３５が汚泥エネルギーの最新の推定値に基づいて脱水制御部１４を通じて脱水機１１における動力源１２の回転数の増減、即ち、遠心力の増減を制御して脱水処理される汚泥の含水率の増減を制御できるので、汚泥特性に応じて汚泥エネルギーＥを増減させることが可能となる。

【0046】

（最適運転制御処理方法）
次に、本発明の一実施形態による最適運転制御装置３０による最適運転制御処理方法について説明する。図５は、この最適運転制御処理方法を示すフローチャートである。

【0047】

図５に示すように、この一実施形態において、まず、最適運転制御装置３０は、関係保持部３１に保持されている全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの基準関係に基づいて、入力される汚泥が標準汚泥（汚泥エネルギー値Ｅ１minで全エネルギー使用量Ｐが最小値をとる）であるとして、全エネルギー使用量Ｐが最小値となる汚泥エネルギー値Ｅ１minを求める（ステップＳ１０１）。

【0048】

次に、低含水化動作制御部３５は、標準汚泥の場合による脱水機１１の回転数を制御して汚泥に対して脱水処理を行う（ステップＳ１０２）。

【0049】

次に、ステップＳ１０３に移行して、最適運転制御装置３０は、流動焼却炉２１内に供給される使用エネルギー要素としての、補助燃料の流量（補助燃料使用量）と流動焼却炉２１内に供給される流動空気の流量および温度とを含む燃焼用エネルギーのエネルギー量（燃焼用エネルギー量）が変動しているか否かを判断する（ステップＳ１０３）。なお、熱操作設備２０に流動空気を冷却するための冷却器が設けられている場合においては、冷却用空気の供給量制御を行うため、供給量制御による冷却用空気の供給量や冷却器の電力量なども、燃焼用エネルギーとして算入してもよい。

【0050】

補助燃料や流動空気に基づく燃焼エネルギー量が変動した場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４に移行する。ステップＳ１０４において、最適運転制御装置３０の汚泥エネルギー推定部３２は、流動焼却炉２１に流入する燃焼用エネルギーのトータル熱量と、流動焼却炉２１から排出されるガスのトータル熱量とから、その時点に流動焼却炉２１内に供給されている汚泥の汚泥エネルギー値Ｅ_esを算出して推定する。（ステップＳ１０４）。推定された汚泥エネルギー値Ｅ_esは所定の記録領域に格納される。

【0051】

次に、最適運転制御装置３０の全エネルギー使用量測定部３３は、汚泥の処理装置においた各部から供給されるデータに基づいて、使用エネルギー要素ごとにエネルギー使用量の測定を行うとともに、測定結果の合算を行って、全エネルギー使用量Ｐを測定する。そして、ステップＳ１０４において推定した最新の汚泥エネルギー値Ｅ_esと、その時点における全エネルギー使用量Ｐとに基づいて、過去のデータなどから補間を行う。これによって、図２に示すあらかじめ算出された相関関係である全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの関係に対し、全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの基準関係を逐次修正して更新する。このとき、全エネルギー使用量Ｐが最小となる汚泥エネルギーの最適値（汚泥エネルギー値Ｅ１min）も導出される。更新された全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの基準関係は、関係保持部３１に読み出し可能に格納される。なお、図２に示すような汚泥エネルギーと全エネルギー使用量との相関関係をあらかじめ算出しない場合には、汚泥の処理装置１の稼働の開始から、汚泥エネルギー推定部３２が推定した汚泥エネルギーの推定値と全エネルギー使用量測定部３３が測定した全エネルギー使用量の測定値との相関関係によって、全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの関係を逐次構築し、これにさらに修正が加えられることによって、図２に示すような全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの基準関係が導出される。

【0052】

その後、最適運転制御装置３０は、上述した関係保持部３１に格納された全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの基準関係に基づいて、現在の全エネルギー使用量Ｐが最小値であるか否かを判断する（ステップＳ１０６）。

【0053】

現在の全エネルギー使用量Ｐが最小値でない場合（ステップＳ１０６，Ｎｏ）、最適運転制御装置３０の大小関係把握部３４は、ステップＳ１０４において推定された汚泥エネルギーの推定値Ｅ_esと、ステップＳ１０５において導出された汚泥エネルギーの最適値Ｅ１minとの大小関係を算出して把握する（ステップＳ１０７）。

【0054】

そして、最適運転制御装置３０の低含水化動作制御部３５は、脱水制御部１４を制御して脱水機１１を制御することにより、推定された汚泥エネルギーが、全エネルギー使用量Ｐが最小になる汚泥エネルギーになる方向、すなわち大小関係が解消する方向に、脱水機１１に対して遠心力の増減制御を行う（ステップＳ１０８）。ここで、図６は、この一実施形態による全エネルギー使用量Ｐと汚泥エネルギーとの基準関係を示す図２に示す曲線Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３などのグラフを簡略化したグラフである。図６に示すように、推定された汚泥エネルギー値Ｅ_esが汚泥エネルギーの最適値Ｅ１minより小さい場合には、矢印Ｃに沿って汚泥エネルギーを自燃側に向けて増加させるように脱水機１１が制御される。他方、推定された汚泥エネルギー値Ｅ_esが汚泥エネルギーの最適値Ｅ１minより大きい場合には、矢印Ｄに沿って汚泥エネルギーを補燃側に向けて減少させるように脱水機１１が制御される。なお、図６において、自燃側とは自燃状態になっている領域であり、補燃側とは補助燃料が必要となる領域であって、全エネルギー使用量Ｐの最小値となる汚泥エネルギーＥ１minは、自燃状態と補燃状態とが切り替わる汚泥エネルギー値に近い。しかしながら、全エネルギー使用量Ｐが最小値となる前後で、自燃状態と補燃状態とが明確に切り替わるものではない。

【0055】

その後、ステップＳ１０３に移行して上述したステップＳ１０３〜Ｓ１０８の処理を繰り返す。なお、以上のステップＳ１０３〜Ｓ１０８では、特にステップＳ１０３が所定の時間間隔で実行されるようにするのが望ましい。この時間間隔としては、脱水機１１と流動焼却炉２１との間における汚泥の搬送時間などを採用することが可能であり、汚泥の処理装置１の設計に応じて適切な時間間隔を設定可能である。

【0056】

なお、ステップＳ１０３において、補助燃料や流動空気に基づく燃焼エネルギー量が変動していない場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、燃焼用エネルギー量の変動が生じるまでステップＳ１０３を繰り返す。また、ステップＳ１０６において、現在の全エネルギー使用量Ｐが最小値である場合（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）、最適運転制御装置３０は脱水制御部１４に電力使用量の増減を指示することなく、そのままステップＳ１０３に復帰する。

【0057】

以上説明した本発明の一実施形態によれば、焼却される汚泥の含水率や可燃分などを計測することなく、汚泥の処理装置１全体の全エネルギー使用量Ｐが最小値となる汚泥エネルギー値になるように低含水化設備１０の運転制御を行っているので、汚泥の性状が変化して汚泥特性が変わった場合であっても、常に汚泥の処理装置１全体のエネルギー効率を最適状態にすることができる。

【0058】

また、本発明の一実施形態によれば、常に全エネルギー使用量Ｐが最小に向かうように低含水化設備１０の脱水機１１によって汚泥エネルギーを最適値まで制御させることができる。すなわち、上述したように、図６における汚泥エネルギー値Ｅ１minは、自燃状態と補燃状態とが切り替わる汚泥エネルギー値に近い値であるが、この前後で自燃状態と補燃状態とは明確に切り替わるものではない。そのため、作業者等が自燃状態と補燃状態とを見極め、この状態の区別に応じて手作業によって低含水化設備１０における消費電力量の増減を制御したとしても、全エネルギー使用量Ｐを最小にすることは極めて困難である。これに対し、この一実施形態によれば、汚泥エネルギーを推定して、現在の全エネルギー使用量Ｐが減少する方向に向けて汚泥エネルギーが変化するように脱水機１１を制御していることにより、常に全エネルギー使用量Ｐが最小に向かうようにさせることができる。

【0059】

また、本発明の一実施形態によれば、エネルギーを削減することも可能になる。図７は、全エネルギー使用量Ｐの時間変動の一例を示すグラフである。図７における曲線Ｔは、低含水化熱操作設備に対する従来の制御による全エネルギー使用量Ｐの時間変動であり、曲線Ｓは、この一実施形態による最適運転制御による全エネルギー使用量Ｐの時間変動である。図７に示すように、熱操作設備２０の流動焼却炉２１に供給される燃焼用エネルギー量の変動に応じて、全エネルギー使用量Ｐが常に最小値に向かうように低含水化設備１０を制御していることにより、全エネルギー使用量Ｐを低い値で変動させることができる。したがって、汚泥の処理装置１において、任意の時間での曲線Ｔと曲線Ｓとの間の面積に相当する部分のエネルギーを削減することが可能になる。

【0060】

また、従来に比して、有機性廃棄物の処理装置における全体の設備を省スペース化できる。すなわち、従来の流動焼却炉２１などの焼却炉においては、汚泥の含水率を広い範囲で対応できるとともに、焼却炉での発熱量についても広い範囲で対応する必要があった。そのため、汚泥の含水率と焼却炉での発熱量との関係について、広範囲を満足するような仕様にする必要があり、焼却炉は必然的にオーバースペックになっていた。これに対し、この一実施形態によれば、流動焼却炉２１などの焼却炉において、汚泥の含水率の対応範囲を狭くできるとともに、焼却炉での発熱量の対応範囲についても狭くできるので、汚泥の含水率と発熱量との関係において満足すべき範囲を小さくした仕様にでき、有機性廃棄物の処理装置における全体の設備を省スペース化できる。

【0061】

（変形例１）
上述した一実施形態においては、全エネルギー使用量Ｐが最小値となる汚泥エネルギー値Ｅ１minとなるように含水率Ｒの増減制御を行っていたが、本変形例１では、図８に示すように、各使用エネルギー要素の使用量である、燃料使用量Ｐ１、電力使用量Ｐ２、熱回収発電量Ｐ３、および動力源エネルギー使用量Ｐ４のそれぞれをランニングコストに変換する重み係数Ｋ１〜Ｋ４を乗算し、各乗算した、燃料コストＣ１、使用電力コストＣ２、および脱水機動力コストＣ４を加算し、熱回収発電コストＣ３を減算した全ランニングコストＣが最小値となる汚泥エネルギー値Ｅ２minとなるように、脱水機１１の遠心力の増減制御を行うようにしている。これによって、汚泥の処理装置１全体のランニングコストを最小とする最適制御を行うことができる。

【0062】

（変形例２）
本変形例２では、変形例１に対し、図９に示すように、さらに、温室効果ガス排出コストを加味し、都市ガス由来二酸化炭素排出コストＣ５および電力由来二酸化炭素排出コストＣ６を、全ランニングコストＣに加算した全ランニングコストＣ´とし、この全ランニングコストＣ´が最小値となる汚泥エネルギー値Ｅ３minとなるように、脱水機１１の遠心力の増減制御を行うようにしている。なお、都市ガス由来二酸化炭素排出コストＣ５は、補助燃料である都市ガスが発生する二酸化炭素排出量に対するコストであり、電力由来二酸化炭素排出コストＣ６は、ブロアなどに用いられる電力を生成する際の二酸化炭素排出量に対するコストである。

【0063】

（変形例３）
本変形例３では、上述した重み係数Ｋ１〜Ｋ４に替えて、図１０に示すように、各使用エネルギー要素の使用量である、燃料使用量Ｐ１、電力使用量Ｐ２、熱回収発電量Ｐ３、および動力源エネルギー使用量Ｐ４のそれぞれを二酸化炭素排出量に変換する重み係数Ｋ１１〜Ｋ１４を乗算し、各乗算した、都市ガス由来二酸化炭素排出量Ｇ１、使用電力由来二酸化炭素排出量Ｇ２、および脱水機動力由来二酸化炭素排出量Ｇ４を加算し、熱回収発電由来二酸化炭素排出量Ｇ３を減算した全二酸化炭素排出量Ｇが最小値となる汚泥エネルギー値Ｅ４minとなるように脱水機１１の遠心力の増減制御を行うようにしている。これによって、汚泥の処理装置１全体の二酸化炭素排出量を最小とする最適制御を行うことができる。

【0064】

以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。

【0065】

具体的に例えば、上述した一実施形態においては、最適運転制御装置３０は、低含水化設備１０側の動力源エネルギー使用量Ｐ４および電力使用量Ｐ２の一部である汚泥供給ポンプの電力量を加味して脱水機１１の電力使用量の増減を制御するようにしているが、これらの低含水化設備１０側の使用エネルギー要素を加味せず、熱操作設備２０側の使用エネルギー要素のみに基づいて脱水機１１を制御するようにしてもよい。

【0066】

また、上述した一実施形態において、汚泥の処理装置１に、上述した燃料使用量Ｐ１、電力使用量Ｐ２、熱回収発電量Ｐ３、および動力源エネルギー使用量Ｐ４以外の他のエネルギー要素の使用がある場合には、その使用エネルギー要素の使用量と汚泥エネルギーとの関係を含めて脱水機１１の制御を行うようにすればよい。この使用エネルギー要素の使用量とは、例えば、他種の燃料使用量や他設備の電力使用量などである。

【0067】

なお、上述した変形例１〜３で示した以外のエネルギー関連カテゴリに変換する重み係数を用いてもよい。例えば、売価値に変換する重み係数であってもよい。さらには、この売価値は、ランニングコストと合わせて合算することができるため、例えば、熱回収発電コストに変換せずに、売電価格に変換するようにしてもよい。消費電力コストと売電価格とは変換係数が異なる場合が多いからである。

【0068】

また、上述した一実施形態、変形例１〜３では、最適状態を最小状態としているが、これに限らず、最適状態を最大状態としてもよい。

【0069】

なお、全エネルギー使用量Ｐ、全ランニングコストＣ，Ｃ´、全二酸化炭素排出量Ｇが最小値となる状態は、自燃状態であるとは限らず、また、各最小値に対応する汚泥エネルギー値も同一であるとは限らない。

【0070】

さらに、上述した一実施形態、変形例１〜３では、最適運転制御装置３０を低含水化設備１０および熱操作設備２０に対して独立した構成としたが、これに限らず、最適運転制御装置３０の機能を、低含水化設備１０または熱操作設備２０側に設けてもよい。

【0071】

なお、上述した各使用エネルギー要素の２以上の組み合わせは任意に設定することができる。

【0072】

また、上述の一実施形態においては、脱水機の遠心力を制御することにより、汚泥の含水率を変更して汚泥エネルギーを制御しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、汚泥エネルギーを増減変更可能であれば種々の制御を実行可能である。具体的には、脱水機の使用電力量や差速などを直接制御することによって汚泥エネルギーを増減させる方法や、汚泥の含水率を制御するための含水率制御手段を有する脱水機に対して、含水率の増減のみを指示して間接制御する方法を採用することも可能である。

【0073】

また、上述の一実施形態において、燃焼手段として、循環焼却炉などの流動焼却炉以外のタイプの焼却炉を用いてもよく、ガス化炉や炭化炉等、熱操作の目的に応じて適宜選択することも可能である。なお、熱操作設備２０としては、焼却処理を行う焼却炉を含む焼却設備に限らず、汚泥ガス化炉や汚泥燃料化（炭化）炉を含む設備でもよい。

【0074】

また、上述の一実施形態において、熱回収発電設備２７は、熱回収したエネルギーによって回転されるタービンの回転力を動力として直接出力するようにしてもよい。さらに、熱回収発電設備２７は、流動空気予熱器２３で熱交換される流動空気であって、流動空気予熱器２３の前段の流動空気を熱源として使用してもよく、流動空気予熱器２３の前段の流動空気に並列して取得した流動空気を熱源として使用してもよい。

【符号の説明】

【0075】

１ 汚泥の処理装置
１０ 低含水化設備
１１ 脱水機
１２ 動力源
１３ 凝集剤投入器
１４ 脱水制御部
１５ 汚泥供給ポンプ
２０ 熱操作設備
２１ 流動焼却炉
２１ａ 流動床
２１ｂ 分散パイプ
２２ 補助燃焼装置
２２ａ 燃料量検出器
２２ｂ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ 調整弁
２３ 流動空気予熱器
２４ 白煙防止予熱器
２５ スクラバー
２６ 煙突
２７ 熱回収発電設備
２８ 焼却設備燃焼制御装置
３０ 最適運転制御装置
３１ 関係保持部
３２ 汚泥エネルギー推定部
３３ 全エネルギー使用量測定部
３４ 大小関係把握部
３５ 低含水化動作制御部
Ｂ１ 流動ブロワ
Ｂ２ 白防ファン
Ｂ３ 誘引ファン
Ｂ１ｓ，Ｂ２ｓ，Ｂ３ｓ，Ｐｓ 電力計
Ｆ１，Ｆ２ 流量センサ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３ 温度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】