特許 7193231 ストーカ炉の燃焼制御装置及び方法、並びに、燃料移動量の検出装置及び方法

(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】

(24)【登録日】2022-12-12

(45)【発行日】2022-12-20

(54)【発明の名称】ストーカ炉の燃焼制御装置及び方法、並びに、燃料移動量の検出装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   F23G 5/50 20060101AFI20221213BHJP

【ＦＩ】

F23G5/50 C ZAB

F23G5/50 G

F23G5/50 L

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2017216535

(22)【出願日】2017-11-09

(65)【公開番号】P2019086255

(43)【公開日】2019-06-06

【審査請求日】2020-10-20

【審判番号】

【審判請求日】2022-03-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】秋山 隼太

(72)【発明者】

【氏名】本村 聖

(72)【発明者】

【氏名】吉川 充

(72)【発明者】

【氏名】竹田 航哉

(72)【発明者】

【氏名】橋本 大

【合議体】

【審判長】間中 耕治

【審判官】松下 聡

【審判官】マキロイ 寛済

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－２１６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－２８５２４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

F23G5/50

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ごみからなる燃料を乾燥処理する乾燥帯、燃焼処理する燃焼帯、及び、灰化処理する後燃焼帯の順に上流から下流に向けて前記燃料を搬送するストーカ式の搬送機構を備えたストーカ炉において、前記搬送機構による前記燃料の移動量を検出する方法であって、
前記乾燥帯の前記燃料の着火領域より上流側の所定領域において燃料層の表面を熱画像カメラで複数の撮像タイミングで撮像するステップと、
撮像により得られた複数の熱画像に共通して写る少なくとも１つの特異箇所を画像処理によって抽出するステップと、
前記複数の熱画像にわたる前記特異箇所の変位量と、前記複数の熱画像の撮像タイミングの時間差とに基づいて、前記燃料の移動量を求めるステップと、を含む、
燃料移動量の検出方法。

【請求項2】

ごみからなる燃料を乾燥処理する乾燥帯、燃焼処理する燃焼帯、及び、灰化処理する後燃焼帯の順に上流から下流に向けて前記燃料を搬送するストーカ式の搬送機構を備えたストーカ炉において、前記搬送機構による前記燃料の移動量を検出する装置であって、
前記乾燥帯の前記燃料の着火領域より上流側の所定領域において燃料層の表面を複数の撮像タイミングで撮像する熱画像カメラと、
前記熱画像カメラで得られた複数の熱画像に共通して写る少なくとも１つの特異箇所を抽出する画像処理部と、
前記複数の熱画像にわたる前記特異箇所の変位量と、前記複数の熱画像の撮像タイミングの時間差とに基づいて、前記燃料の移動量を求める燃料移動量演算部とを、備える、
燃料移動量の検出装置。

【請求項3】

ごみからなる燃料を乾燥処理する乾燥帯、燃焼処理する燃焼帯、及び、灰化処理する後燃焼帯の順に上流から下流に向けて前記燃料を搬送するストーカ式の搬送機構を備えたストーカ炉の燃焼制御方法であって、
前記乾燥帯の前記燃料の着火領域より上流側の所定の第１領域において燃料層の表面を熱画像カメラで撮像し、得られた熱画像から着火前の前記燃料の放射温度である燃料表面温度を求め、前記燃料表面温度から燃料発熱量を推定するステップと、
前記乾燥帯の前記着火領域より上流側の所定の第２領域において前記燃料層の表面を熱画像カメラで複数の撮像タイミングで撮像し、得られた複数の熱画像に共通して写る少なくとも１つの特異箇所を抽出し、前記複数の熱画像にわたる前記特異箇所の変位量と、前記複数の熱画像の撮像タイミングの時間差とに基づいて、燃料移動量を求めるステップと、
前記乾燥帯の燃料表面レベルを測定し、得られた前記燃料表面レベルから前記乾燥帯の燃料層厚を求めるステップと、
炉内への入熱量指標を検出し、検出された入熱量指標が所与の入熱量指標設定値となるように、前記燃料発熱量、前記燃料移動量、及び、前記燃料層厚に基づいて、前記燃料の投入量、ストーカ動作速度、及び、前記燃料の燃焼用空気の供給量の少なくとも一つを調整するステップとを含む、
ストーカ炉の燃焼制御方法。

【請求項4】

ごみからなる燃料を乾燥処理する乾燥帯、燃焼処理する燃焼帯、及び、灰化処理する後燃焼帯の順に上流から下流に向けて前記燃料を搬送するストーカ式の搬送機構を備えたストーカ炉の燃焼制御装置であって、
前記乾燥帯の前記燃料の着火領域より上流側の所定の第１領域において燃料層の表面を撮像する第１熱画像カメラと、
前記第１熱画像カメラで得られた熱画像から前記燃料の放射温度である燃料表面温度を求める第１画像処理部と、
前記燃料表面温度に基づいて燃料発熱量を求める燃料発熱量演算部と、
前記乾燥帯の前記着火領域より上流側の所定の第２領域において前記燃料層の表面を複数の撮像タイミングで撮像する第２熱画像カメラと、
前記第２熱画像カメラで得られた複数の熱画像に共通して写る少なくとも１つの特異箇所を抽出する第２画像処理部と、
前記複数の熱画像にわたる前記特異箇所の変位量と、前記複数の熱画像の撮像タイミングの時間差とに基づいて、燃料移動量を求める燃料移動量演算部と、
前記乾燥帯の燃料表面レベルを測定するレベル計と、
前記レベル計で得られた前記燃料表面レベルから前記乾燥帯の燃料層厚を求める燃料層厚演算部と、
炉内への入熱量の指標となる量を検出する入熱量指標検出器と、
前記入熱量指標検出器で検出された入熱量指標が所与の入熱量指標設定値となるように、前記燃料発熱量、前記燃料移動量、及び、前記燃料層厚に基づいて、前記燃料の投入量、ストーカ動作速度、及び、前記燃料の燃焼用空気の供給量の少なくとも一つを調整する燃焼制御部とを備える、
ストーカ炉の燃焼制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ストーカ式搬送機構を備えたストーカ炉の燃焼制御に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、ストーカ式搬送機構を備えた燃焼炉（以下、「ストーカ炉」と称する）を備えた燃焼プラントが知られている。このような燃焼プラントの一例として、ごみを焼却するストーカ炉と、ストーカ炉へごみを投入するごみ投入ホッパと、ストーカ炉の煙道に設けられた排熱回収ボイラとを備えたごみ焼却プラントがある。ストーカ炉は、炉底にごみなどの燃料の移動方向に沿って設けられた複数段のストーカを備えている。燃料投入ホッパからストーカ炉内に投入された燃料は、燃料供給装置によってストーカ上へ送られ、ストーカ上を移動するうちに、乾燥され、一次燃焼して熱分解する。燃料の熱分解によって生じた熱分解ガスは、煙道で二次燃焼し、その燃焼排ガスの熱エネルギーが排熱回収ボイラで回収される。排熱回収ボイラでは、燃焼排ガスの熱エネルギーで水蒸気を生成する。生成された水蒸気は、発電設備で発電に利用される。

【0003】

上記のような燃焼プラントでは、発電設備での安定した発電量を担保するために、排熱回収ボイラの発生蒸気量が目標蒸気量となるように、ストーカ炉の自動燃焼制御が行われる。この自動燃焼制御では、排熱回収ボイラの発生蒸気量に基づいて、主に、ストーカの燃料移動量、燃焼空気供給量などを調整する。

【0004】

ストーカ炉では、一般に、ストーカの揺動によって燃料が移動することから、ストーカ動作速度の変更でストーカの燃料移動量が調整される。しかしながら、燃料の性状が変化すると、ストーカの燃料移動量がストーカ動作速度に必ずしも比例しないという事象が発生する。そのため、ストーカ炉の安定した自動燃焼制御が困難となっている。

【0005】

このような課題に対し、特許文献１では、ごみ焼却炉において、ごみ質（特に、ごみの比重や水分含有量）によってストーカの搬送面の摩擦係数が変化することが、ストーカ動作速度とごみ移動量（ごみ送り量）との関係に影響を与えていると推定し、ごみ投入ホッパ下部に設置されたごみ流速検出装置の検出値と、ごみ供給クレーンによるごみの掴み重量とから、ごみ比重を演算し、ごみ比重の演算値に基づいてストーカの傾斜角度や搬送面の形態を変化させることにより、搬送面の摩擦係数を調整し、ストーカ動作速度とごみ移動量との間に比例関係が成立するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特公平２－２２２９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ストーカの燃料移動量は、ストーカの搬送面の摩擦係数に限らず、燃料が堆積している状態などの他の因子によっても影響を受けると考えられる。そのため、ストーカ動作速度と搬送面の傾斜によって燃料移動量を正確に推定することは難しい。

【0008】

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、ストーカ式搬送機構を備えたストーカ炉において、搬送機構による燃料移動量の推定精度を向上し、これにより安定した自動燃焼制御を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様に係る燃料移動量の検出方法は、ごみからなる燃料を乾燥処理する乾燥帯、燃焼処理する燃焼帯、及び、灰化処理する後燃焼帯の順に上流から下流に向けて前記燃料を搬送するストーカ式の搬送機構を備えたストーカ炉において、前記搬送機構による前記燃料の移動量を検出する方法であって、
前記乾燥帯の前記燃料の着火領域より上流側の所定領域において燃料層の表面を熱画像カメラで複数の撮像タイミングで撮像するステップと、
撮像により得られた複数の熱画像に共通して写る少なくとも１つの特異箇所を画像処理によって抽出するステップと、
前記複数の熱画像にわたる前記特異箇所の変位量と、前記複数の熱画像の撮像タイミングの時間差とに基づいて、前記燃料の移動量を求めるステップと、を含むことを特徴としている。

【0010】

本発明の一態様に係る燃料移動量の検出装置は、ごみからなる燃料を乾燥処理する乾燥帯、燃焼処理する燃焼帯、及び、灰化処理する後燃焼帯の順に上流から下流に向けて前記燃料を搬送するストーカ式の搬送機構を備えたストーカ炉において、前記搬送機構による前記燃料の移動量を検出する装置であって、
前記乾燥帯の前記燃料の着火領域より上流側の所定領域において燃料層の表面を複数の撮像タイミングで撮像する熱画像カメラと、
前記熱画像カメラで得られた複数の熱画像に共通して写る少なくとも１つの特異箇所を抽出する画像処理部と、
前記複数の熱画像にわたる前記特異箇所の変位量と、前記複数の熱画像の撮像タイミングの時間差とに基づいて、前記燃料の移動量を求める燃料移動量演算部とを、備えることを特徴としている。

【0011】

上記燃料移動量の検出装置及び方法によれば、ストーカ動作速度に基づいて燃料移動量を演算する場合と比較して、搬送機構による燃料移動量の推定精度が向上する。

【0012】

本発明の一態様に係るストーカ炉の燃焼制御方法は、ごみからなる燃料を乾燥処理する乾燥帯、燃焼処理する燃焼帯、及び、灰化処理する後燃焼帯の順に上流から下流に向けて前記燃料を搬送するストーカ式の搬送機構を備えたストーカ炉の燃焼制御方法であって、
前記乾燥帯の前記燃料の着火領域より上流側の所定の第１領域において燃料層の表面を熱画像カメラで撮像し、得られた熱画像から着火前の前記燃料の放射温度である燃料表面温度を求め、前記燃料表面温度から燃料発熱量を推定するステップと、
前記乾燥帯の前記着火領域より上流側の所定の第２領域において前記燃料層の表面を熱画像カメラで複数の撮像タイミングで撮像し、得られた複数の熱画像に共通して写る少なくとも１つの特異箇所を抽出し、前記複数の熱画像にわたる前記特異箇所の変位量と、前記複数の熱画像の撮像タイミングの時間差とに基づいて、燃料移動量を求めるステップと、
前記乾燥帯の燃料表面レベルを測定し、得られた前記燃料表面レベルから前記乾燥帯の燃料層厚を求めるステップと、
炉内への入熱量又はそれと相関する量を検出し、検出された入熱量が所与の入熱量設定値となるように、前記燃料発熱量、前記燃料移動量、及び、前記燃料層厚に基づいて、前記燃料の投入量、ストーカ動作速度、及び、前記燃料の燃焼用空気の供給量の少なくとも一つを調整するステップとを含むことを特徴としている。

【0013】

本発明の一態様に係るストーカ炉の燃焼制御装置は、燃料を乾燥処理する乾燥帯、燃焼処理する燃焼帯、及び、灰化処理する後燃焼帯の順に上流から下流に向けて前記燃料を搬送するストーカ式の搬送機構を備えたストーカ炉の燃焼制御装置であって、
前記乾燥帯の前記燃料の着火領域より上流側の所定の第１領域において燃料層の表面を撮像する第１熱画像カメラと、
前記第１熱画像カメラで得られた熱画像から前記燃料の放射温度である燃料表面温度を求める第１画像処理部と、
前記燃料表面温度に基づいて燃料発熱量を求める燃料発熱量演算部と、
前記乾燥帯の前記着火領域より上流側の所定の第２領域において前記燃料層の表面を複数の撮像タイミングで撮像する第２熱画像カメラと、
前記第２熱画像カメラで得られた複数の熱画像に共通して写る少なくとも１つの特異箇所を抽出する第２画像処理部と、
前記複数の熱画像にわたる前記特異箇所の変位量と、前記複数の熱画像の撮像タイミングの時間差とに基づいて、燃料移動量を求める燃料移動量演算部と、
前記乾燥帯の燃料表面レベルを測定するレベル計と、
前記レベル計で得られた前記燃料表面レベルから前記乾燥帯の燃料層厚を求める燃料移動量演算部と、
炉内への入熱量又はそれと相関する量を検出する入熱量検出器と、
前記入熱量検出器で検出された入熱量が所与の入熱量設定値となるように、前記燃料発熱量、前記燃料移動量、及び、前記燃料層厚に基づいて、前記燃料の投入量、ストーカ動作速度、及び、前記燃料の燃焼用空気の供給量の少なくとも一つを調整する燃焼制御部とを備えることを特徴としている。

【0014】

上記ストーカ炉の燃焼制御装置及び方法によれば、ストーカ動作速度に基づいて燃料移動量を演算する場合と比較して、燃料移動量の推定精度が向上する。そして、このような燃料移動量を利用してストーカ炉の燃焼制御が行われることにより、安定した自動燃焼制御を実現することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、ストーカ式搬送機構を備えたストーカ炉において、搬送機構によるごみ移動量の推定精度が向上するので、安定した自動燃焼制御の実現に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るストーカ炉を含む燃焼プラントの全体的な構成を示す概略図である。

【図2】図２は、燃焼プラントの制御系統の構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、燃焼制御装置が行う自動燃焼制御のブロック線図である。

【図4】図４は、燃焼制御装置が行う自動燃焼制御のブロック線図である。

【図5】図５は、燃焼制御装置が行う自動燃焼制御のブロック線図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るストーカ炉１を含む燃焼プラント１００の全体的な構成を示す概略図である。ここでは、ストーカ炉１を含む燃焼プラント１００の一例として、ごみ焼却プラントを挙げて説明する。ごみ焼却プラントは、燃料であるごみを燃焼させて、その燃焼排ガスの熱エネルギーを排熱ボイラで回収し、回収した熱エネルギーで発電を行うものである。

【0018】

図１に示す燃焼プラント１００は、燃料であるごみを貯蔵する燃料貯蔵設備３と、ストーカ炉１と、ストーカ炉１の排熱を回収するボイラ２とを含む。更に、燃焼プラント１００は、ボイラ２で回収されたストーカ炉１の排熱を利用して発電を行う蒸気タービン３４及び発電機３５を含む。本実施形態に係る燃焼プラント１００は、燃料貯蔵設備３及び発電設備（蒸気タービン３４、発電機３５）を含むが、それらは燃焼プラント１００から独立していてもよい。

【0019】

〔燃料貯蔵設備３〕
燃料貯蔵設備３は、ストーカ炉１に隣設されて、ストーカ炉１で処理される燃料を一時的に貯蔵するピット６０を有する。ピット６０の上方には、ピット６０内の燃料をストーカ炉１へ投入するクレーン６が設けられている。クレーン６は、バケット６１を含み、クレーン駆動装置６２によるクレーン６の動作により、バケット６１をピット６０上の任意の位置へ移動させることができる。クレーン６は、バケット６１でピット６０内の燃料を掴み、その燃料をストーカ炉１の後述する投入ホッパ１２へ投入する。なお、図１ではクレーン６と投入ホッパ１２と間にコンベヤが介在しているが、コンベヤは省略されてもよい。

【0020】

〔ストーカ炉１〕
ストーカ炉１は、ストーカ式の搬送機構１５を備えた燃焼炉である。ストーカ炉１には、主燃焼室１４（一次燃焼室）と、二次燃焼室１９とが設けられている。主燃焼室１４には、燃料を乾燥処理する乾燥帯５５、燃料を燃焼処理する燃焼帯５６、及び、燃料を灰化処理する後燃焼帯５７の順に上流から下流に向けて燃料を搬送するストーカ式の搬送機構１５が設けられている。

【0021】

搬送機構１５は、乾燥帯５５を形成する乾燥ストーカ１５ａ、燃焼帯５６を形成する燃焼ストーカ１５ｂ、及び、後燃焼帯５７を形成する後燃焼ストーカ１５ｃからなる複数段のストーカ１５ａ，１５ｂ，１５ｃを含む。後燃焼ストーカ１５ｃの下流側には、主燃焼室１４から焼却灰を排出する排出シュート１８が設けられている。乾燥ストーカ１５ａの上方であって主燃焼室１４の天井には、乾燥帯５５の燃料を撮像する撮像装置７１と、乾燥帯５５の燃料の表面レベルを計測するレベル計７２とが設けられている。

【0022】

ストーカ１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、燃料を下流側へ送り出すように、ストーカ駆動装置４２によって往復駆動される。ストーカ駆動装置４２は、各ストーカ１５ａ，１５ｂ，１５ｃに対応して設けられた駆動シリンダ４２ａ，４２ｂ，４２ｃを含む。それらの駆動シリンダ４２ａ，４２ｂ，４２ｃによって、各ストーカ１５ａ，１５ｂ，１５ｃは連動して又は独立して揺動駆動される。

【0023】

各ストーカ１５ａ，１５ｂ，１５ｃの下部には一次燃焼空気５１が導入される風箱が設けられており、各風箱からストーカ１５ａ，１５ｂ，１５ｃを貫いて主燃焼室１４へ一次燃焼空気５１が供給される。一次燃焼空気５１の供給量は流量制御装置４３によって調整される。流量制御装置４３は、一次燃焼空気５１を各風箱へ送る送風機４３ｄと、各風箱への一次燃焼空気５１の供給量を調整するダンパ４３ａ，４３ｂ，４３ｃとを含む。また、主燃焼室１４の天井から主燃焼室１４内へ向けて二次燃焼空気５２が供給される。二次燃焼空気５２の供給量は流量制御装置４４によって調整される。

【0024】

主燃焼室１４の入口には、シュート１３を介して投入ホッパ１２が接続されている。また、主燃焼室１４の入口には、燃料を乾燥ストーカ１５ａ上へ押し出すフィーダ４１が設けられている。フィーダ４１によって、主燃焼室１４への燃料の投入量が調整される。

【0025】

上記構成のストーカ炉１では、投入ホッパ１２からシュート１３を通じて主燃焼室１４の入口に投入された燃料が、フィーダ４１によって乾燥ストーカ１５ａ上へ押し出される。燃料は、乾燥帯５５を通過するうちに、一次燃焼空気５１と主燃焼室１４の輻射熱とにより乾燥され、着火する。着火した燃料の一部は、燃焼帯５６を通過するうちに熱分解して、可燃性の熱分解ガスを発生する。この熱分解ガスは、一次燃焼空気５１に乗って主燃焼室１４の上部へ移動して、二次燃焼空気５２と共に炎燃焼する。この炎燃焼に伴う熱輻射により、燃料は更に昇温する。また、着火した燃料の残部は、燃焼帯５６及び後燃焼帯５７を通過するうちに燃焼し、燃焼後に残った焼却灰は排出シュート１８から排出され、図示しない灰処理設備へ送られる。主燃焼室１４の燃焼排ガスは、主燃焼室１４の下流側の天井部分から吹き出す二次燃焼空気５２と混合され、二次燃焼室１９で完全燃焼する。

【0026】

〔ボイラ２〕
ストーカ炉１の二次燃焼室１９の出口はボイラ２と接続されており、ストーカ炉１の燃焼排ガスはボイラ２に流入する。二次燃焼室１９の出口又は放射室２０の入口近傍には、ストーカ炉１の燃焼排ガスの温度を検出する温度センサ３８が設けられている。ボイラ２には、放射室２０（第１煙道）、第２煙道２１及び第３煙道２２からなる一連の燃焼排ガスの流路が設けられている。

【0027】

放射室２０及び第２煙道２１の壁には水管２３が張り巡らされている。水管２３を流れる熱回収水は、放射室２０及び第２煙道２１の熱を回収することにより、一部が気化して蒸気となった状態でボイラドラム２４へ還流する。ボイラドラム２４の蒸気は、過熱器２５へ送られる。ボイラドラム２４から過熱器２５へ送られる蒸気の量（主蒸気量）は、過熱器２５よりも蒸気の流れの下流側に設けられた蒸気流量計３９により計測される。過熱器２５は、第３煙道２２内に設置された過熱管２７を備えている。ボイラドラム２４から送られてきた蒸気は、過熱管２７を通過するうちに更に高温高圧に過熱され、発電機３５を駆動する蒸気タービン３４へ送られる。

【0028】

ボイラ２を通過した燃焼排ガスは、第３煙道２２に設けられた排気口２９から排気路２８へ排出される。排気路２８には、バグフィルタ３１や誘引式送風機３２などが設けられており、ボイラ２の排ガスは、バグフィルタ３１でダストが分離された後、煙突３３から大気へ排出される。

【0029】

上記構成の燃焼プラント１００の運転は、燃焼制御装置１０によって制御されている。図２は、燃焼プラント１００の制御系統の構成を示す図である。図２に示すように、燃焼制御装置１０は、通信装置６４、処理装置６５、入力装置６６、表示装置６７、及び各種の記憶装置Ｍ１～Ｍ３を備えている。各記憶装置Ｍ１～Ｍ３は別々の記憶装置で構成されてもよいし、複数の記憶装置が１つの記憶装置で構成されていてもよい。

【0030】

処理装置６５は、ＣＰＵ等の演算部と、ＲＯＭ及びＲＡＭなどの記憶部等を有するコンピュータであり、ＣＰＵが記憶部に予め記憶されている所定のプログラムを実行することにより、燃焼プラント１００の動作を制御する。処理装置６５は、１つのコンピュータにより構成されていてもよいし、複数のコンピュータに機能が分散して構成されていてもよい。

【0031】

入力装置６６は、マウスやキーボードよって構成され、ユーザの操作による入力を受け付ける手段である。入力装置６６は、ユーザの操作による入力情報を処理装置６５へ出力する。

【0032】

表示装置６７は、液晶ディスプレイなどの表示装置で構成され、処理装置６５から与えられる表示データに応じた情報を画面に表示する。

【0033】

通信装置６４は、処理装置６５によって制御されることによって、無線又は有線の通信手段を利用して、フィーダ４１、ストーカ駆動装置４２、流量制御装置４３，４４、撮像装置７１などとデータを送受信し、また、温度センサ３８、蒸気流量計３９、レベル計７２などの各種計器から検出信号を受信する。

【0034】

記憶装置Ｍ１には、目標蒸気量と入熱量との関係を対応づける主蒸気量－入熱量対応式が記憶されている。記憶装置Ｍ２には、燃料表面温度と燃料の発熱量との関係を対応づける燃料表面温度－燃料発熱量対応式が記憶されている。記憶装置Ｍ３には、記憶装置Ｍ１，Ｍ２に記憶されているデータ以外で、自動燃焼制御を実行する上で必要となるデータが記憶されている。

【0035】

〔ストーカ炉１の燃焼制御方法〕
燃焼制御装置１０は、ボイラ２で生成される蒸気圧力を一定に保つように、ストーカ炉１の自動燃焼制御を行う。燃焼制御装置１０は、処理装置６５が予め記憶装置Ｍ３又はメモリに記憶された所定のプログラムを実行することにより、第１画像処理部６５１、第２画像処理部６５２、燃料発熱量演算部６５３、燃料移動量演算部６５４、燃料層厚演算部６５５、燃焼制御部６５６などとして機能する。

【0036】

第１画像処理部６５１は、撮像装置７１から熱画像を得て、この熱画像から燃料の表面温度分布を検出する。

【0037】

撮像装置７１は、乾燥ストーカ１５ａに臨む姿勢で主燃焼室１４の天井に取り付けられた１又は複数の熱画像カメラを含む。１又は複数の熱画像カメラは、バンドパスフィルタによって炎をキャンセルして燃料表面から輻射される赤外線を検出するフィルタ付熱画像カメラ７１ａと、バンドパスフィルタが取り付けられていないフィルタ無熱画像カメラ７１ｂとを含む。但し、フィルタ付熱画像カメラ７１ａからバンドパスフィルタを取り外したものを、フィルタ無熱画像カメラ７１ｂとして用いてもよい。フィルタ付熱画像カメラ７１ａとフィルタ無熱画像カメラ７１ｂとの撮像領域は、実質的に同一であることが望ましい。

【0038】

フィルタ付熱画像カメラ７１ａは、赤外線エネルギーを検出する赤外線検出手段であって、乾燥帯５５の燃料から生じる火炎中のＣＯ，ＣＯ₂，ＮＯＸ，ＳＯＸ、さらにはＨ₂Ｏによる赤外線エネルギー吸収帯域を回避して、ガス体からの放射エネルギーを検出しないように、透過波長が約３．９（３．６～４）μｍのバンドパスフィルタが取り付けられている。これにより、フィルタ付熱画像カメラ７１ａで得られる撮像画像、即ち、バンドパスフィルタを介した熱画像は、乾燥帯５５の燃料から生じる火炎を透過して、輻射エネルギーを検出したものとなる。

【0039】

撮像装置７１では、所定時間間隔で乾燥帯５５の燃料表面をフィルタ付熱画像カメラ７１ａ及びフィルタ無熱画像カメラ７１ｂで撮像する。第１画像処理部６５１は、フィルタを介した熱画像と、フィルタを介さない熱画像とを得て、これらの熱画像を比較し、所定の温度差が検出された領域を乾燥帯５５の着火領域と判断する。或いは、第１画像処理部６５１は、フィルタ付熱画像カメラ７１ａで撮像されたフィルタを介した熱画像を用いて、この熱画像中において基準温度との温度差が「着火した」と判断できる所定の温度差以上となる領域を、着火領域と判断してもよい。更に、第１画像処理部６５１は、着火領域のすぐ上流側の所定幅の領域を着火開始領域とし、着火開始領域における燃料表面温度の平均値を求める。

【0040】

第２画像処理部６５２は、撮像装置７１からフィルタを介した熱画像を得て、異なる撮像タイミングの複数の熱画像から燃料の移動速度を検出する。なお、本実施形態では、第１画像処理部６５１と第２画像処理部６５２とが同じ熱画像を利用し、撮像装置７１を共用するが、各画像処理部６５１，６５２に対し独立した撮像装置が設けられていてもよい。また、第１画像処理部６５１で利用される熱画像と、第２画像処理部６５２で利用される熱画像の撮像領域が異なっていてもよい。

【0041】

第２画像処理部６５２は、先のタイミングで撮像されたフィルタを介した熱画像から、燃料の温度が周囲のものよりも著しく異なる箇所、或いは、燃料の大きさが周囲のものよりも著しく大きい又は小さい箇所を特異箇所とし、その特徴点を抽出する。また、第２画像処理部６５２は、後のタイミングで撮像されたフィルタを介した熱画像から、先ほど抽出した特徴点に基づいて、複数の熱画像に共通する少なくとも１つの特異箇所を探し出す。更に、第２画像処理部６５２は、先の撮像タイミングの熱画像と後の撮像タイミングの熱画像との、共通する特異箇所の移動量を算出する。なお、乾燥帯５５の燃料の大きさや温度は急激には変化しないことから、撮像タイミングをずらして撮像された複数の熱画像において共通する特異箇所を抽出することができる。また、第２画像処理部６５２が利用する複数の熱画像は、３以上であってもよい。

【0042】

燃料発熱量演算部６５３は、第１画像処理部６５１で求めた着火開始領域における燃料表面温度の平均値から、例えば、予め記憶装置Ｍ２に記憶された燃料表面温度－燃料発熱量対応式を利用して、燃料発熱量を演算する。求めた燃料発熱量は、「発熱量測定値８２（図３、参照）」として燃焼制御に利用される。

【0043】

燃料移動量演算部６５４は、第２画像処理部６５２で求めた、先の撮像タイミングの熱画像と後の撮像タイミングの熱画像との、共通する特異箇所の移動量と、それらの撮像タイミングの時間差とから、燃料の移動量を算出する。求めた燃料移動量は、「燃料移動量測定値９２（図４、参照）」として燃焼制御に利用される。

【0044】

上述の第２画像処理部６５２及び燃料移動量演算部６５４と、撮像装置７１とにより、搬送機構１５による燃料の移動量を検出する燃料移動量の検出装置が構成されてよい。

【0045】

燃料層厚演算部６５５は、レベル計７２で検出された燃料の表面レベルに基づいて、乾燥ストーカ１５ａの搬送面（上面）レベルから燃料の表面レベルまでの距離、即ち、燃料の層厚を求めることができる。求めた燃料層厚は、「燃料層厚測定値８３（図３、参照）」として燃焼制御に利用される。

【0046】

レベル計７２は、マイクロ波を利用した非接触式のレベル計であって、乾燥帯５５の燃料の表面レベルを検出する。上記のレベル計７２として、パルスレーダー方式マイクロ波レベル計を用いてよい。パルスレーダー方式マイクロ波レベル計は、ホーンアンテナからパルスレーダー波を発射し、測定対象物に当たって反射する（エコー）が再びマイクロ波レベル計に戻ってくるまでの往復伝搬時間を測定し距離に演算する。

【0047】

本実施形態に係るレベル計７２は、マイクロ波レベル計であるが、これに代えて、他の公知のレベル検出手段を用いてもよい。例えば、燃料層を複数の異なる方向から同時に撮影するステレオカメラを備え、ステレオカメラの撮像画像から求めた燃料の表面レベルに基づいて、乾燥ストーカ１５ａの搬送面レベルから燃料の表面レベルまでの距離、即ち、燃料の層厚を求めてもよい。

【0048】

燃焼制御部６５６は、炉内への入熱量指標の検出値、発熱量測定値８２、燃料層厚測定値８３、及び燃料移動量測定値９２を用いて、検出された入熱量指標が所与の入熱量指標目標値となるように、ストーカ炉１の自動燃焼制御を行う。自動燃焼制御では、フィーダ４１による燃料の投入量、搬送機構１５による燃料の移動量、燃料を燃焼するために必要な一次燃焼空気５１及び二次燃焼空気５２の流量が調整される。

【0049】

本実施形態では、炉内への入熱量指標として、ボイラ２の主蒸気流量を用いる。本実施形態では、入熱量指標検出器として蒸気流量計３９が用いられ、蒸気流量計３９で検出された主蒸気流量が入熱量指標検出値となる。燃焼制御部６５６は、入熱量指標目標値に基づいて、「入熱量設定値８１（図３、参照）」を設定する。本実施形態に係る入熱量指標目標値は、目標蒸気量であり、例えば、予め記憶装置Ｍ１に記憶された主蒸気量－入熱量対応式を利用して、目標蒸気量から入熱量設定値８１を求めることができる。

【0050】

図３～５は、燃焼制御装置１０の燃焼制御部６５６が行う自動燃焼制御のブロック線図である。図３に示すように、燃焼制御部６５６は、入熱量設定値８１、発熱量測定値８２、燃料層厚測定値８３、及び、燃料移動量測定値９２を取得して利用する。燃焼制御部６５６では、乗算器８４で発熱量測定値８２と燃料層厚測定値８３とを掛け合わせた入熱量測定値８５が演算され、減算器８６で入熱量設定値８１と入熱量測定値８５との偏差が演算され、この偏差がＰＩＤ制御器８７に入力される。ＰＩＤ制御器８７からは、取得した偏差に基づいて、燃料投入量設定値８８、燃焼空気量設定値８９、及び、燃料移動量設定値９０が出力される。

【0051】

燃焼制御装置１０は、燃焼空気量設定値８９に基づいて、燃焼空気量設定値８９と対応する一次燃焼空気及び二次燃焼空気が炉内へ供給されるように、一次燃焼空気流量制御装置４３及び二次燃焼空気流量制御装置４４の動作を制御する。なお、燃焼空気量設定値８９には、一次燃焼空気設定値と二次燃焼空気設定値とが含まれていてよい。

【0052】

更に、図４に示すように、燃焼制御装置１０の燃焼制御部６５６では、減算器９１で燃料移動量設定値９０と燃料移動量測定値９２との偏差が演算され、この偏差がＰＩＤ制御器９３に入力される。ＰＩＤ制御器９３からは、取得した偏差に基づいて、ストーカ動作速度９４が出力される。ストーカ駆動装置４２は、出力されたストーカ動作速度９４を目標値に反影して、ストーカ１５ａ，１５ｂ，１５ｃを動作させる。なお、ストーカ式の搬送機構１５では、ストーカ１５ａ，１５ｂ，１５ｃが所定時間間隔で揺動して燃料を押し出すことによって、燃料が搬送される。そのため、上記の「ストーカ動作速度」は、ストーカの揺動速度、及び、ストーカの揺動と停止の間隔によって定まる。ストーカ駆動装置４２は、ストーカの揺動速度、及び、ストーカの揺動と停止の間隔のうちの少なくとも１つを調整することによって、ストーカ１５ａ，１５ｂ，１５ｃの動作速度を目標値に近づける。なお、各段のストーカ１５ａ，１５ｂ，１５ｃの動作速度は同じであってもよいし、互いに独立していてもよい。

【0053】

同様に、図５に示すように、燃焼制御装置１０の燃焼制御部６５６では、減算器９５で燃料投入量設定値８８と燃料投入量測定値９６との偏差が演算され、この偏差がＰＩＤ制御器９７に入力される。燃料投入量測定値９６は、例えば、クレーン６による投入重量及び投入間隔に基づいて演算によって求めてもよいし、乾燥段の重量を計測する重量計を設けて、重量計で検出された乾燥段の重量変化から求めてもよい。ＰＩＤ制御器９７からは、取得した偏差に基づいて、フィーダ操作量９８が出力される。フィーダ操作量９８は、乾燥段の燃料層厚測定値８３及び燃料移動量測定値９２をフィードバックして、調整されてもよい。フィーダ４１は、出力されたフィーダ操作量９８を目標値に反影して、フィーダ４１を動作させる。フィーダ４１は、フィーダ４１の動作速度及び動作頻度のうち少なくとも一つを調整することによって、フィーダ操作量を目標値に近づける。

【0054】

以上に説明したように、本実施形態のストーカ炉１の燃焼制御装置１０は、
乾燥帯５５の燃料の着火領域より上流側の所定の領域（第１領域）を撮像する熱画像カメラ７１ａ，７１ｂ（第１熱画像カメラ）と、
熱画像カメラ７１ａ，７１ｂで得られた熱画像から燃料の放射温度である燃料表面温度を求める第１画像処理部６５１と、
燃料表面温度に基づいて燃料発熱量を求める燃料発熱量演算部６５３と、
乾燥帯５５の着火領域より上流側の所定の領域（第２領域）を撮像する熱画像カメラ７１ａ（第２熱画像カメラ）と、
熱画像カメラ７１ａで得られた複数の熱画像に共通して写る少なくとも１つの特異箇所を抽出する第２画像処理部６５２と、
複数の熱画像にわたる特異箇所の変位量と、複数の熱画像の撮像タイミングの時間差とに基づいて、燃料移動量を求める燃料移動量演算部６５４と、
乾燥帯５５の燃料表面レベルを測定するレベル計７２と、レベル計７２で得られた燃料表面レベルから乾燥帯５５の燃料層厚を求める燃料層厚演算部６５５と、
炉内への入熱量の指標となる量を検出する入熱量指標検出器（本実施形態では、蒸気流量計３９）と、
入熱量指標検出器で検出された入熱量指標が所与の入熱量指標設定値となるように、燃料発熱量、燃料移動量、及び、燃料層厚に基づいて、燃料の投入量、ストーカ動作速度、及び、燃料の燃焼用空気の供給量の少なくとも一つを調整する燃焼制御部６５６とを備える。

【0055】

また、本実施形態のストーカ炉の燃焼制御方法は、
乾燥帯５５の燃料の着火領域より上流側の所定の領域（第１領域）を熱画像カメラ７１ａ，７１ｂで撮像し、得られた熱画像から着火前の燃料の放射温度である燃料表面温度を求め、燃料表面温度から燃料発熱量を推定するステップと、
乾燥帯５５の着火領域より上流側の所定の領域（第２領域）を熱画像カメラ７１ａで撮像し、得られた複数の熱画像に共通して写る少なくとも１つの特異箇所を抽出し、複数の熱画像にわたる特異箇所の変位量と、複数の熱画像の撮像タイミングの時間差とに基づいて、乾燥帯５５における燃料移動量を求めるステップと、
乾燥帯５５の燃料表面レベルを測定し、得られた燃料表面レベルから乾燥帯５５の燃料層厚を求めるステップと、
炉内への入熱量指標（本実施形態では、ボイラ２の主蒸気量）を検出し、検出された入熱量指標が所与の入熱量指標設定値となるように、燃料発熱量、燃料移動量、及び、燃料層厚に基づいて、燃料の投入量、ストーカ動作速度、及び、燃料の燃焼用空気の供給量の少なくとも一つを調整するステップとを含む。

【0056】

上記のストーカ炉１の燃焼制御装置１０及び方法によれば、ストーカ動作速度に基づいて燃料移動量を演算する場合と比較して、燃料移動量の推定精度が向上する。そして、このような燃料移動量を利用してストーカ炉１の燃焼制御が行われることにより、安定した自動燃焼制御を実現することができる。

【0057】

更に、以上に説明したように、本実施形態の燃料移動量の検出装置は、乾燥帯５５の燃料の着火領域より上流側の所定領域を撮像する熱画像カメラ７１ａと、熱画像カメラ７１ａで得られた複数の熱画像に共通して写る少なくとも１つの特異箇所を抽出する画像処理部６５２と、複数の熱画像にわたる特異箇所の変位量と、複数の熱画像の撮像タイミングの時間差とに基づいて、燃料の移動量を求める燃料移動量演算部６５４とを、備える。

【0058】

また、本実施形態の燃料移動量の検出方法は、乾燥帯５５の燃料の着火領域より上流側の所定領域を熱画像カメラ７１ａで撮像するステップと、撮像により得られた複数の熱画像に共通して写る少なくとも１つの特異箇所を画像処理によって抽出するステップと、複数の熱画像にわたる特異箇所の変位量と、複数の熱画像の撮像タイミングの時間差とに基づいて、燃料の移動量を求めるステップと、を含む。

【0059】

上記のストーカ炉１の燃料移動量の検出装置及び方法によれば、ストーカ動作速度に基づいて燃料移動量を演算する場合と比較して、燃料移動量の推定精度が向上する。

【0060】

なお、本実施形態に係るストーカ炉１は並行流式であって、その主燃焼室１４の天井は、燃料の投入側から途中で屈曲したのち、燃焼帯５６及び後燃焼帯５７の上方まで拡がり、一次空気及び燃焼ガスは乾燥帯５５から後燃焼帯５７に向けて流れる。このような炉では、主燃焼室１４はの天井に設置される熱画像カメラ７１ａの視野を容易に確保することができる。

【0061】

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の精神を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。

【符号の説明】

【0062】

１ ：ストーカ炉
２ ：ボイラ
３ ：燃料貯蔵設備
１０ ：燃焼制御装置
１２ ：投入ホッパ
１４ ：主燃焼室
１５ ：搬送機構
１５ａ，１５ｂ、１５ｃ ：ストーカ
１９ ：二次燃焼室
３９ ：蒸気流量計
４１ ：フィーダ
４２ ：ストーカ駆動装置
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ ：駆動シリンダ
４３ ：一次燃焼空気流量制御装置
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ ：ダンパ
４３ｄ ：送風機
４４ ：二次燃焼空気流量制御装置
５５ ：乾燥帯
５６ ：燃焼帯
５７ ：後燃焼帯
６４ ：通信装置
６５ ：処理装置
６５１，６５２ ：画像処理部
６５３ ：燃料発熱量演算部
６５４ ：燃料移動量演算部
６５５ ：燃料層厚演算部
６５６ ：燃焼制御部
６６ ：入力装置
６７ ：表示装置
７１ ：撮像装置
７１ａ，７１ｂ ：熱画像カメラ
７２ ：レベル計
１００ ：燃焼プラント

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】