特許 7539249 流動床式焼却装置

(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】

(24)【登録日】2024-08-15

(45)【発行日】2024-08-23

(54)【発明の名称】流動床式焼却装置

(51)【国際特許分類】

   F23G 5/50 20060101AFI20240816BHJP

【ＦＩ】

F23G5/50 E ZAB

F23G5/50 G

F23G5/50 Q

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020069603

(22)【出願日】2020-04-08

(65)【公開番号】P2021165616

(43)【公開日】2021-10-14

【審査請求日】2022-10-20

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】308024395

【氏名又は名称】荏原環境プラント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】230104019

【弁護士】

【氏名又は名称】大野 聖二

(74)【代理人】

【識別番号】230112025

【弁護士】

【氏名又は名称】小林 英了

(74)【代理人】

【識別番号】230117802

【弁護士】

【氏名又は名称】大野 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100106840

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 耕司

(74)【代理人】

【識別番号】100131451

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 理

(74)【代理人】

【識別番号】100167933

【弁理士】

【氏名又は名称】松野 知紘

(74)【代理人】

【識別番号】100184181

【弁理士】

【氏名又は名称】野本 裕史

(72)【発明者】

【氏名】吉田 裕

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 浩

【審査官】大谷 光司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－３５６３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１６７６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０３９５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２１６８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｇ５／００－５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

給じん機のごみの出口部と流動床式焼却炉のごみの供給口とを結ぶシュート部を有する流動床式焼却装置であって、
前記給じん機のごみの出口部からごみが落下する様子を撮像できる位置に配置されたカメラと、
前記カメラの撮像画像のうち落下するごみが通過する領域にオプティカルフローの演算を行い、出力される画素ごとのベクトルの重力方向の成分を合算した値を、前記ごみの落下量を示す値として算出することにより、前記カメラの撮像画像のオプティカルフローに基づいてごみの落下量を示す値を算出する算出手段と、
を備えたことを特徴とする流動床式焼却装置。

【請求項2】

前記算出手段は、前記カメラの撮像画像のうちその高さが前記カメラの撮像領域全体の高さの２０％以下である前記落下するごみが通過する領域にオプティカルフローの演算を行い、出力される画素ごとのベクトルの重力方向の成分を合算した値を、前記ごみの落下量を示す値として算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の流動床式焼却装置。

【請求項3】

前記撮像画像のフレームレートは１２０ｆｐｓ以上である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の流動床式焼却装置。

【請求項4】

前記算出手段により算出されたごみの落下量を示す値に基づいて、給じん機の回転数を制御する制御手段
をさらに備えたことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の流動床式焼却装置。

【請求項5】

前記算出手段により算出されたごみの落下量を示す値に基づいて、流動床式焼却炉の流動床の上部空間に供給する二次空気量を制御する制御手段
をさらに備えたことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の流動床式焼却装置。

【請求項6】

前記算出手段により算出されたごみの落下量を示す値に基づいて、流動床式焼却炉の流動床に供給する流動空気量を制御する制御手段
をさらに備えたことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の流動床式焼却装置。

【請求項7】

給じん機のごみの出口部と流動床式焼却炉のごみの供給口とを結ぶシュート部を有する流動床式焼却装置において、前記給じん機のごみの出口部からごみが落下する様子を撮像できる位置に配置されるカメラと、
前記カメラの撮像画像のうち落下するごみが通過する領域にオプティカルフローの演算を行い、出力される画素ごとのベクトルの重力方向の成分を合算した値を、前記ごみの落下量を示す値として算出することにより、前記カメラの撮像画像のオプティカルフローに基づいてごみの落下量を示す値を算出する算出手段と、
を備えたことを特徴とする装置。

【請求項8】

給じん機のごみの出口部と流動床式焼却炉のごみの供給口とを結ぶシュート部を有する流動床式焼却装置において、前記給じん機のごみの出口部からごみが落下する様子を撮像できる位置に配置されたカメラの撮像画像のうち落下するごみが通過する領域にオプティカルフローの演算を行い、出力される画素ごとのベクトルの重力方向の成分を合算した値を、前記ごみの落下量を示す値として算出することにより、前記カメラの撮像画像のオプティカルフローに基づいてごみの落下量を示す値を算出する装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流動床式焼却装置に関する。

【背景技術】

【0002】

流動床式焼却炉は、燃焼速度が速く、炉内に滞留するごみの量が少ないことから、供給するごみの量、質の変動を受けやすい。その一方で、燃焼させる都市ごみや産業廃棄物は、事前に破砕してあったとしても、大きさ、質が一定ではなく、供給量の制御に問題があった。ごみの供給量の変動は、酸素濃度の変動、ＣＯ濃度の変動につながる。ＣＯ濃度は、環境管理基準値が法と契約に定められており、遵守できないと問題となる。

【0003】

特許文献１では、ごみの塊の重心と面積によりごみの落下量を算出する装置が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０００－３５６３３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の装置では、テレビカメラで撮影された画像に対し、フレーム１枚の画像を２値化し、輪郭を抽出し、抽出された輪郭の中の面積を算出し、その面積内の重心を算出したのち、次のフレームの画像に対しても同様の複雑な演算処理を行って輪郭または面積の近いものを探し、前回算出された重心から今回算出された重心までの移動距離を計算して落下量としている。そのため、フレーム１枚あたりの計算に時間がかかり、２つのフレームの間隔が長くなり、落下をとらえることができなかったり、もしくは次のフレームでごみの形状が変わってしまって移動距離を判別できなかったりするという問題があった。

【0006】

本発明は、以上のような点を考慮してなされたものでる。本発明の目的は、ごみの落下量を示す値を安定して算出できる流動床式焼却装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の態様に係る流動床式焼却装置は、
給じん機のごみの出口部と流動床式焼却炉のごみの供給口とを結ぶシュート部を有する流動床式焼却装置であって、
前記給じん機のごみの出口部からごみが落下する様子を撮像できる位置に配置されたカメラと、
前記カメラの撮像画像のオプティカルフローに基づいてごみの落下量を示す値を算出する算出手段と、
を備える。

【0008】

このような態様によれば、カメラの撮像画像のオプティカルフローに基づいてごみの落下量を示す値を算出するため、従来のように画像を２値化し、輪郭を抽出し、抽出された輪郭の中の面積を算出し、その面積内の重心を算出したのち、次のフレームの画像に対しても同様の複雑な演算処理を行って輪郭または面積の近いものを探し、前回算出された重心から今回算出された重心までの移動距離を計算して落下量とするのに比べて、フレーム１枚当たりの計算時間を大幅に短縮できる。そのため、２つのフレームの間隔を短くすることが可能であり、落下の見逃しを減らすことができる。また、カメラの撮像画像のオプティカルフローに基づいてごみの落下量を示す値を算出し、ごみの形状は見ていないため、次のフレームでごみの形状が変わっても落下量を示す値を算出することは可能である。したがって、ごみの落下量を示す値を安定して算出できる。

【0009】

本発明の第２の態様に係る流動床式焼却装置は、第１の態様に係る流動床式焼却装置であって、
前記算出手段は、前記カメラの撮像画像のうち落下するごみが通過する領域にオプティカルフローの演算を行い、その重力方向の成分を合算した値を、前記ごみの落下量を示す値として算出する。

【0010】

このような態様によれば、カメラの撮像画像の全体にオプティカルフローの演算を行うのではなく、カメラの撮像画像のうち落下するごみが通過する領域にオプティカルフローの演算を行い、その重力方向の成分を合算した値を、ごみの落下量を示す値として算出するため、フレーム１枚当たりの計算時間をさらに短縮できる。

【0011】

本発明の第３の態様に係る流動床式焼却装置は、第１または２の態様に係る流動床式焼却装置であって、
前記撮像画像のフレームレートは１２０ｆｐｓ以上である。

【0012】

このような態様によれば、落下の見逃しを減らすことができ、ごみの落下量を示す値をより安定して算出できる。

【0013】

本発明の第４の態様に係る流動床式焼却装置は、第１～３のいずれかの態様に係る流動床式焼却装置であって、
前記算出手段により算出されたごみの落下量を示す値に基づいて、給じん機の回転数を制御する制御手段
をさらに備える。

【0014】

本発明の第５の態様に係る流動床式焼却装置は、第１～３のいずれかの態様に係る流動床式焼却装置であって、
前記算出手段により算出されたごみの落下量を示す値に基づいて、流動床式焼却炉の流動床の上部空間に供給する二次空気量を制御する制御手段
をさらに備える。

【0015】

本発明の第６の態様に係る流動床式焼却装置は、第１～３のいずれかの態様に係る流動床式焼却装置であって、
前記算出手段により算出されたごみの落下量を示す値に基づいて、流動床式焼却炉の流動床に供給する流動空気量を制御する制御手段
をさらに備える。

【0016】

本発明の第７の態様に係る装置は、
給じん機のごみの出口部と流動床式焼却炉のごみの供給口とを結ぶシュート部を有する流動床式焼却装置において、前記給じん機のごみの出口部からごみが落下する様子を撮像できる位置に配置されるカメラと、
前記カメラの撮像画像のオプティカルフローに基づいてごみの落下量を示す値を算出する算出手段と、
を備える。

【0017】

本発明の第８の態様に係る装置は、
給じん機のごみの出口部と流動床式焼却炉のごみの供給口とを結ぶシュート部を有する流動床式焼却装置において、前記給じん機のごみの出口部からごみが落下する様子を撮像できる位置に配置されたカメラの撮像画像のオプティカルフローに基づいてごみの落下量を示す値を算出する。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、ごみの落下量を示す値を安定して算出できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、一実施の形態に係る流動床式焼却装置の概略構成を示す図である。

【図2】図２は、図１に示す流動床式焼却装置の給じん機の出口部を拡大して示す図である。

【図3】図３は、カメラの撮像領域を説明するための図である。

【図4】図４は、図１に示す流動床式焼却装置における給じん量制御を説明するための図である。

【図5】図５は、図１に示す流動床式焼却装置における二次空気量制御を説明するための図である。

【図6】図６は、図１に示す流動床式焼却装置における流動空気量制御を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明および以下の説明で用いる図面では、同一に構成され得る部分について、同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。

【0021】

図１は、一実施の形態に係る流動床式焼却装置１００の構成を示す概略図である。図１に示すように、流動床式焼却装置１００は、給じん機１と、シュート部２と、流動床式焼却炉３と、ボイラ６とを有している。

【0022】

図２は、給じん機１の出口部を拡大して示す図である。図１および図２に示すように、給じん機１は、給じん機スクリュー軸１ａと、給じん機スクリュー軸１ａを回転させるモータ９とを有している。給じん機スクリュー軸１ａの外周面にはらせん状に延びる給じん機羽根１ｂが設けられている。

【0023】

給じん機１のごみの入口部にはホッパ７が設けられている。モータ９により給じん機スクリュー軸１ａが回転されることで、給じん機羽根１ｂが給じん機スクリュー軸１ａ回りに回転され、ホッパ７から給じん機１のケーシング内に投入されるごみは、回転される給じん機羽根１ｂによって出口部側（給じん機スクリュー軸１ａの先端側）へと押し出される。

【0024】

図示された例では、給じん機１の出口部には、かき取り機５が設けられている。かき取り機５は、かき取り機軸５ａと、かき取り機軸５ａの外周面に取り付けられた複数のかき取り機羽根５ｂとを有している。

【0025】

不図示の駆動機構によりかき取り機軸５ａが回転されることで、かき取り機羽根５ｂがかき取り機軸５ａ回りに旋回され、給じん機１の出口部に充填されたごみＧ１は、かき取り機羽根５ｂによってかき取られてオーバーハングしたのち、重力によって落下する。図２において、符号Ｇ２は、オーバーハングしているごみを示しており、符号Ｇ３は、落下しているごみを示している。

【0026】

図１に示すように、シュート部２は、給じん機１のごみの出口部と流動床式焼却炉３のごみの供給口とを結んでいる。給じん機１の出口部から落下するごみは、シュート部２を通って、流動床式焼却炉３へと投入され、流動床８にて焼却される。ごみの焼却により発生する排ガスは、ボイラ６へと送られて熱回収されたのち、排気される。

【0027】

図１に示すように、本実施の形態に係る流動床式焼却装置１００は、カメラ４と、算出手段１３と、制御手段１５とをさらに有している。

【0028】

カメラ４は、それ自体は公知のＩＴＶカメラ（工業用テレビカメラ）であり、給じん機１のごみの出口部からごみが落下する様子を撮像できる位置に配置されている。カメラ４の撮像画像のフレームレートは、好ましくは１２０ｆｐｓ（フレーム毎秒）以上であり、より好ましくは２４０ｆｐｓ以上である。

【0029】

図３は、カメラ４の撮像領域Ａを説明するための図である。図３に示すように、カメラ４は、給じん機１の出口部からごみが落下するシュート部２の途中、もしくは途中から落ち口までの全体を撮像する。カメラ４の取り付け位置は、給じん機１の出口部からごみがオーバーハングしてまさに落ちようとする部分と、そこから離れて落下していく部分の両方を見渡せる位置が望ましい。それにより、ごみが落下している領域がどこかを観察でき、落下するごみが通過する領域（後述するオプティカルフロー演算領域）Ｂを事前に決定することが可能となる。撮像領域Ａの大きさは、焼却施設ごとに適宜設定され得るが、たとえば幅１３００ｍｍ、高さ１０００ｍｍであり、オプティカルフロー演算領域Ｂの大きさは、たとえば幅１３００ｍｍ、高さ５０ｍｍである。

【0030】

算出手段１３は、コンピュータにより構成されており、カメラ４の撮像画像のオプティカルフローに基づいてごみの落下量を示す値を算出する。ここで、ごみの落下量を示す値とは、ごみの落下量そのものであってもよいし、ごみの落下量の変動に比例して変動する値であってもよい。

【0031】

カメラ４の撮像画像のオプティカルフローに基づいてごみの落下量を示す値を算出することで、従来のように画像を２値化し、輪郭を抽出し、抽出された輪郭の中の面積を算出し、その面積内の重心を算出したのち、次のフレームの画像に対しても同様の複雑な演算処理を行って輪郭または面積の近いものを探し、前回算出された重心から今回算出された重心までの移動距離を計算して落下量とするのに比べて、フレーム１枚当たりの計算時間を大幅に短縮することが可能であり、これにより、撮像画像のフレームレートを大きくする（たとえば、１２０ｆｐｓ以上、２４０ｆｐｓ以上など）ことが可能となる。また、カメラ４の撮像画像のオプティカルフローに基づいてごみの落下量を示す値を算出し、ごみの形状は見ていないため、撮像画像の次のフレームでごみの形状が変わっても落下量を示す値を算出することが可能である。

【0032】

算出手段１３は、撮像画像の画素ごとの動きを把握するために、密なオプティカルフローを計算してもよい。密なオプティカルフローは、Ｇｕｎｎｅｒ Ｆａｒｎｅｂａｃｋが２００３年に発表した”Ｔｗｏ－Ｆｒａｍｅ Ｍｏｔｉｏｎ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ”という論文で提案されたアルゴリズムに基づいて計算され得る。オプティカルフローの計算では、画素ごとのベクトル（フローベクトル）が結果として出力される。

【0033】

図２に示すように、算出手段１３は、カメラ４の撮像画像のうち落下するごみが通過する領域（オプティカルフロー演算領域）Ｂにオプティカルフローの演算を行い、出力される画素ごとのベクトルの重力方向の成分を合算した値を、ごみの落下量を示す値として算出してもよい。カメラ４の撮像画像のうち、撮像領域Ａ全体にオプティカルフローの演算を行うのではなく、落下するごみが通過する領域（オプティカルフロー演算領域）Ｂのみにオプティカルフローの演算を行うことで、フレーム１枚当たりの計算時間をさらに短縮することが可能となる。落下するごみが通過する領域（オプティカルフロー演算領域）Ｂは、カメラ４の撮像領域Ａ全体のうちかき取り機５より下方のすべての領域であってもよいし、かき取り機５に対して下方に離れて位置する一部の領域であってもよい。落下するごみが通過する領域（オプティカルフロー演算領域）Ｂの高さ（鉛直方向の長さ）は、望ましくはカメラ４の撮像領域Ａ全体の高さ（上下方向の長さ）の２０％以下であり、より望ましくは１０％以下であり、さらに望ましくは５％以下である。落下するごみが通過する領域（オプティカルフロー演算領域）Ｂの幅（水平方向の長さ）は、カメラ４の撮像領域Ａ全体の幅と同じであってもよいし、それより短くてもよい。

【0034】

図１に示すように、制御手段１５は、算出手段１３により算出されたごみの落下量を示す値に基づいて、給じん機１の回転数を制御するための制御信号を給じん量制御部１６へと送信してもよいし、流動床式焼却炉３の流動床８の上部空間に供給する二次空気量を制御するための制御信号を二次空気量制御部１７へと送信してもよいし、流動床式焼却炉３の流動床８に供給する流動空気量を制御するための制御信号を流動空気量制御部１８へと送信してもよい。

【0035】

図３は、流動床式焼却装置１００における給じん量制御を説明するための図である。

【0036】

給じん量制御の比較例として、ドラム圧力計１９により計測されたボイラ６のドラム圧力が制御手段１５へと送られ、御装手段１５は、ボイラ６のドラム圧力を一定にするように、給じん機１の回転数を制御するための制御信号を、給じん量制御部１６へと送信する、という制御方法が考えられる。しかしながら、ボイラ６の熱容量は非常に大きいため、このような制御では、速い応答は期待できない。

【0037】

これに対し、本実施の形態では、カメラ４の撮像画像のオプティカルフローに基づいてごみの落下量を示す値が算出手段１３により算出され、算出されたごみの落下量を示す値が制御手段１５へと送られ、制御手段１５は、算出手段１３により算出されたごみの落下量を示す値に基づいて、ごみの落下量を一定にするように、給じん機１の回転数を制御するための制御信号を、給じん量制御部１６へと送信する。このように制御することにより、瞬時のごみの落下に対しても対応できる制御が可能となる。

【0038】

図４は、流動床式焼却装置１００における二次空気量制御を説明するための図である。

【0039】

二次空気量制御の比較例として、酸素濃度計２２により計測された煙突２１の入り口の酸素濃度が制御手段１５へと送られ、制御手段１５は、酸素濃度を一定にするように、二次空気量を制御するための制御信号を二次空気量制御部１７へと送信する、という制御方法が考えられる。しかしながら、酸素濃度計２２は炉の下流に配置されているので、このような制御では、時間遅れが存在し、速い応答は期待できない。

【0040】

これに対し、本実施の形態では、カメラ４の撮像画像のオプティカルフローに基づいてごみの落下量を示す値が算出手段１３により算出され、算出されたごみの落下量を示す値が制御手段１５へと送られ、制御手段１５は、算出手段１３により算出されたごみの落下量を示す値に基づいて、二次空気量を制御するための制御信号を二次空気量制御部１７へと送信する。このように制御することにより、瞬時のごみの落下に対しても対応できる制御が可能となる。

【0041】

図５は、流動床式焼却装置１００における流動空気量制御を説明するための図である。

【0042】

流動空気量制御の比較例として、炉内照度計２３により計測された炉内の明るさが制御手段１５へと送られ、制御手段１５は、炉内が明るくなったら、流動空気を減じて急激なごみのガス化を防ぐように、流動空気量を制御するための制御信号を流動空気量制御部１８へと送信する、という制御方法が考えられる。しかしながら、このような制御では、炉内の明るさを利用するため、応答は速いが、燃焼する前に対応することができない。

【0043】

これに対し、本実施の形態では、カメラ４の撮像画像のオプティカルフローに基づいてごみの落下量を示す値が算出手段１３により算出され、算出されたごみの落下量を示す値が制御手段１５へと送られ、制御手段１５は、算出手段１３により算出されたごみの落下量を示す値に基づいて、流動空気量を制御するための制御信号を流動空気量制御部１８へと送信する。このように制御することにより、ごみがたくさん落下したら、あらかじめ、流動空気を減少制御させ、ガス化が緩慢に行われるようにすることが可能となる。

【0044】

以上のような本実施の形態によれば、カメラ４の撮像画像のオプティカルフローに基づいてごみの落下量を示す値を算出するため、従来のように画像を２値化し、輪郭を抽出し、抽出された輪郭の中の面積を算出し、その面積内の重心を算出したのち、次のフレームの画像に対しても同様の複雑な演算処理を行って輪郭または面積の近いものを探し、前回算出された重心から今回算出された重心までの移動距離を計算して落下量とするのに比べて、フレーム１枚当たりの計算時間を大幅に短縮できる。そのため、２つのフレームの間隔を短くすることが可能であり、落下の見逃しを減らすことができる。また、カメラ４の撮像画像のオプティカルフローに基づいてごみの落下量を示す値を算出し、ごみの形状は見ていないため、次のフレームでごみの形状が変わっても落下量を示す値を算出することは可能である。したがって、ごみの落下量を示す値を安定して算出できる。

【0045】

また、本実施の形態によれば、カメラ４の撮像画像の全体Ａにオプティカルフローの演算を行うのではなく、カメラ４の撮像画像のうち落下するごみが通過する領域Ｂにオプティカルフローの演算を行い、その重力方向の成分を合算した値を、ごみの落下量を示す値として算出するため、フレーム１枚当たりの計算時間をさらに短縮できる。

【0046】

また、本実施の形態によれば、撮像画像のフレームレートが１２０ｆｐｓ以上であるため、落下の見逃しを減らすことができ、ごみの落下量を示す値をより安定して算出できる。

【0047】

以上、本発明の実施の形態および変形例を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。また、各実施の形態および変形例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

【符号の説明】

【0048】

１００ 流動床式焼却装置
１ 給じん機
１ａ 給じん機スクリュー軸
１ｂ 給じん機羽根
２ シュート部
３ 流動床式焼却炉
４ カメラ
５ かき取り機
５ａ かき取り機軸
５ｂ かき取り機羽根
６ ボイラ
７ ホッパ
８ 流動床
９ モータ
１１ 流動空気
１２ 二次空気
１３ 算出手段
１５ 制御手段
１６ 給じん量制御部
１７ 二次空気量制御部
１８ 流動空気量制御部
１９ ドラム圧力計
２１ 煙突
２２ 酸素濃度計
２３ 炉内照度計
Ａ 撮像領域
Ｂ オプティカルフロー演算領域
Ｇ１ 充填されたごみ
Ｇ２ オーバーハングしたごみ
Ｇ３ 落下するごみ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】