JPH02208412A - 燃焼状態の監視及び制御方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は火炉の燃焼状態の監視又は制御方法及びその装
置に係わり、特に微粉炭焚きボイラの火炉出口における
排ガス中の未燃分を推定する方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

ボイラ運転中の燃焼排ガスの中に含有している物質、特
に有害物質であるＮＯｘ、ＳＯｘ、ばいじん等には規制
値が設けられており、その生成量を規制値以下に守って
運転しなければならない。

一方、ボイラの燃焼効率は、常時最大に保って運転する
ことが望ましく、この効率を算出する上で目安となるの
が排ガス中に含まれる灰中未燃分である。

従来、ボイラ運転時におけるガス成分は、火炉出口或い
は煙道などに検出端を設けて検出していた。燃焼時には
、未燃分或いは、化学変化により有害物質（ＮＯｘ、Ｓ
Ｏｘ、等）が生成され排ガス中に含まれるが、検出され
たそれら成分の分離、分析には長時間を要し、オンライ
ン監視はできなかった。

このため、その時間低減には、運転員の経験と勘に頼ら
ざるを得なかった。特に、その生成量が規制、されつつ
あるＮ０ｘ（窒素酸化物）、５Ｏｘ（硫黄酸化物）或い
は燃焼効率に影響を与える灰中未燃分の低減、等につい
ては、早急に解決されるべき課題であるにもかかわらず
、燃焼状態を定量的に評価する方法が技術的に確立され
ていないのが現状である。

最近、燃料としてガス、油に代り石炭の利用が見直され
つつあり、ボイラにおいて微粉炭、ＣＷＭ（石炭／水ス
ラリ）、ＣＯＭ　（石炭／油スラリ）等が用いられ始め
ている。

石油代替エネルギーとして石炭が見直されている中で、
微粉炭燃焼技術が注目されている。この技術そのものは
、すでに完成されたと言われているが、先に述べたＮＯ
ｘ排出量、灰中未燃分の残存量等が、ガス、油等の燃料
に比べ格段に増加することから環境及び効率に及ぼす影
響が大きい。

特に石炭を燃料とした場合、それ自体に含まれている窒
素成分が燃焼によりＮＯｘに転換するため、その生成量
は多大なるものになる。さらに。

燃焼速度がガス、油に比べて格段に遅いことから、火炉
温度の低下を伴い、灰中未燃分の残存量も増える傾向に
ある。

そして灰中未燃分の増加は、ボイラ効率を低下させると
共に廃棄物処理に種々の制約をもたらす。

さらに、微粉炭の燃料として高燃料比炭（石炭中の固形
炭素／揮発分の比率の高い石炭）、低品位炭の使用に伴
い灰中未燃分の低減への対策が急務となってきている。

そこで、灰中未燃分低減のための新たな技術的対応が望
まれている。

微粉炭の燃焼は、１次空気と共に火炉内に送り込まれた
微粉炭が高温の炉壁及び火炎からの輻射熱を受け、石炭
粒子の温度が上昇して水分が蒸発し、次に揮発分を発生
しつつ着火し放熱と燃焼による発熱がバランスし、１次
及び２次空気による燃焼によって急激に温度上昇し火炎
を形成する。

一方、微粉粒子の燃焼過程は、まず燃焼の初期に揮発分
の分解燃焼が進み、その後コークス状の残留炭素質（以
後、チャーと呼ぶ）の表面燃焼が進行する。チャーの表
面燃焼は、揮発分の分解燃焼に比べてかなり遅く、完全
に燃え切るまでに要する時間の大部分はチャーの表面燃
焼に要するものと考えられる。

この事から、微粉炭燃焼は、燃料比、灰分、粘結性２粒
径分布など、その性状に係わる因子が多く、このため燃
焼過程での灰中未燃分を統一的に推定することは非常に
困難である。

しかし、灰中未燃分を減少させる燃焼方法は、ｏ２を過
剰気味にして高温雰囲気の火炉内で−気に燃焼させれば
良い事は経験上からも明らかであるが、制御上及び安全
上そのような運転方法には問題がある。

現状の事業用あるいは産業用の微粉炭焚きボイラにおい
て、ボイラ効率を向上させるため灰中未燃分を極力低く
するような運転をしているが、ガス及び油焚きボイラに
有効な２段燃焼あるいは緩慢燃焼などの燃焼方法を採る
と火炉内温度が低下し、灰中未燃分がかえって増加する
傾向にあり問題となっている。

このような問題の多くは、燃焼火炎の形状などを改善す
ることにより解決できることを見出し、火炎と灰中未燃
分とを関係付けることによる灰中未燃分の低減法が特願
昭５９−２０５６９１号公報で提案されている。この従
来例の概略を第９図に基づいて説明する。

第９図に微粉炭燃焼時の形状の異なる３ケースの火炎を
示す。それぞれ、 （ａ）灰中未燃分は少なくＮＯｘは多く、炉内温度は高
い火炎、 （ｂ）灰中未燃分は多く、ＮＯｘは（ａ）（Ｑ）の間、
炉内温度は低い火炎、 （Ｑ）灰中未燃分が（ａ）（ｂ）の間、ＮＯｘは少なく
、炉内温度は（ａ）（ｂ）の間の火炎である。

火炎、すなわち微粉炭の燃焼領域は、揮発分が主体であ
る１次燃焼領域、固形炭素分の燃焼が主体である２次燃
焼領域に分けられ、これら領域の大きさ、位置関係と例
えば灰中未燃分に着目した場合、その残存量とは極めて
高い相関である。そして第９図で（ａ）：１次燃焼領域
の火炎が大きい、（ｂ）：、１次燃焼領域の火炎が（、
）（ｃ’）の間である。

（ｃ）：１次燃焼領域の火炎の大きさが最も小さい。

などの特徴がある。

（ａ）の場合、微粉粒子の周囲の０２分布が最適になる
ように微粉炭を高温雰囲気の炉内に適度拡散して送り込
むことで揮発分の着火を速くし、高温雰囲気を保つこと
により急速に微粉粒子を燃焼させ、灰中未燃分は少ない
。

（ｂ）の場合、微粉炭と０８分布が分離されており、両
者の接触領域だけで燃焼が進行するため、燃焼し切らな
い微粉粒子が大量に未燃分として残る。

（ｃ）の場合、微粉炭と０□分布を最適にするため、２
次空気を旋回させてバーナ近傍で微粉炭を散らし燃焼を
促進させると共に、旋回により微粉炭の後流部は負圧と
なるため微粉炭と０２が混合され燃焼が進行する。灰中
未燃分は（ａ）と（ｂ）の間になる。

第９図の火炎形状で１次燃焼領域の火炎の大きさとバー
ナ先端部からの燃焼性とが灰中未燃分の低減に効果があ
るという現象に基づき、例えば、灰中未燃分の指定指標
（Ｉ　ｕａｃ）を求める火炎形状の特徴パラメータ（特
徴量）は第１０図のように定められる。

第１０図において、１次燃焼領域、すなわち輝度の高い
領域を酸化炎Ａ１．Ａ２とよぶことにする。

ここでは、例えば酸化炎を表わす特徴パラメータとして
、 酸化炎のバーナ先端からの位置 Ｘ＝ｄ　Ｚ／ｄＢ・　（１） 酸化炎間距離　　　　Ｙ＝ｄＸ／ｄＢ・・・（２）酸化
炎の厚み計数　　Ｚ　＝　ａ　／　ｂ　　・・・・・・
（３）ここで、ｄＢ：バーナ径 ａ二酸化炎の径方向の厚み ｂ：酸化炎の軸方向の厚み Ｇ、、Ｇ、：重心位置 なお、（１）、（２）式においてバーナ径ｄＢと距＠ｄ
Ｚ、ｄＸとの比を用イテイるが、ｄＺ、ｄＸそのままの
値を用いてもよい。

ここで、（１）〜（３）式を用いて、灰中未燃分の推定
指標Ｉ　ｕａｃを、例えば。

Ｉｕａｃ＝に−Ｘ−”　・Ｙ−１・Ｚ　　　　−−・−
（４）で定義する。ここで、ｋは１次口径係数である。

一方、酸化炎を表わす特徴パラメータとして先に述べた
以外に次のようなものを用いることが可能である。

第１０図のＸ、Ｙを表わすＧ、、Ｇ、の定め方として、 （１）第１０図の０１．Ｇ２を酸化炎の中心とする。

（２）第１０図のバーナ先端から酸化炎に最も近い位置
をＧ□、Ｇ２とする。

（３）火炎温度の最も高い位置を０１．Ｇ２とする。

（４）酸化炎を温度分布から求め、その重心をＧ□。

Ｇ２とする。また、Ｚとしてバーナ径方向の火炎厚みな
どが考えられるが、″これらすべてバーナ先端からの酸
化炎の位置或いは大きさを表わすパラメータであり、そ
の限りにおいては必ずしも重心或いは厚みでなくても良
い。

しかし、酸化炎の輝度（或いは温度）の分布は等高線状
になっており、高輝度領域抽出の制限値に応じてその面
積は変化するが、重心位置はそれによる変化を受けにく
い事から酸化炎を表わす特徴パラメータとして重心を用
いるのが適当と考えた。

以上が火炎形状を用いたバーナ近傍の灰中未燃分の推定
を行う従来の方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、火炎形状の特徴を定性的にとらえてお
り、同一炭種で燃焼している場合には、比較的精度よく
灰中未燃分を推定できる。しかし、実際のボイラにおい
て燃焼する石炭は一種類とは限らず、むしろ海外の輸入
炭に石炭の大部分を頼っている現状では多種類の石炭を
燃焼せざるを得ない、このように炭種が変ったり又はバ
ーナ形式、火炉内でのバーナ配置等が変った場合、上記
従来技術では火炎形状から抽出した燃焼状態の特徴パラ
メータが普遍的なパラメータである物理量を表わしてい
ないため、灰中未燃分の推定精度が悪く、上記従来技術
をそのまま適用できないという問題があった。

本発明の目的は、ボイラ運転中の燃焼排ガス中に含有さ
れる燃焼効率に影響のある灰中未燃分量を短時間で推定
し〜これを低減する運転を実現するための燃焼の監視又
は制御方法及びその装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、火炉の燃焼状態を監視する方法において、
火炉の火炎温度を計測し該火炎温度から燃焼ガスの温度
上昇によるエネルギと火炎で発生した発生エネルギを演
算して加算し火炎の出力エネルギとし、バーナへの石炭
供給量及び石炭発熱量を入力エネルギとしたエネルギ収
支から燃焼火炎の燃焼率を演算し、該燃焼率を基にバー
ナ操作量であるバーナへの石炭供給量、空気供給量、空
気予熱温度と石炭中灰分を用いて火炉出口での灰中未燃
分を推定し、該推定された灰中の未燃分により前記火炉
の燃焼状態を判断及び監視し、前記火炉の水冷壁側とは
異る方向から燃焼火炎の状態を監視し、得られた輝度あ
るいは温度パターンを。

前記水冷壁側にあり横から観察している前記燃焼火炎の
前記温度パターンと比較し、ＩＲ察している前記燃焼火
炎の燃焼率を補正し、前記灰中未燃分と前記バーナ操作
量或いは前記火炎の出力エネルギとの関係を定期的に検
定して補正する燃焼状態の監視方法に加えて、火炉の火
炎画像を検出する画像検出手段と、該火炎画像から火炎
温度を演算する温度演算手段と、該火炎温度及びバーナ
操作量から前記火炉出口における燃焼率を演算する燃焼
率演算手段と、該燃焼率から灰中未燃分を演算する灰中
未燃分演算手段と、を備えた燃焼状態の監視装置、及び
前記火炎の出力エネルギと前記バーナ操作量との関係及
び前記バーナ操作量と前記灰中未燃分との関係を用いて
バーナあるいは前記火炉の操作量を変更して燃焼状態を
制御する燃焼状態の制御方法と前記灰中未燃分が減少す
るようにバーナへの石炭供給量、空気供給量、空気予熱
温度を制御する制御手段を備えた燃焼状態の制御装置、
を提供することにより達成される。

〔作用〕

火炉の火炎温度を計測し該火炎温度から燃焼ガスの温度
上昇によるエネルギと火炎で発生した発生エネルギを演
算して加算し火炎の出力エネルギとし、バーナへの石炭
供給量及び石炭発熱量を入力エネルギとしたエネルギ収
支から燃焼火炎の燃焼率を演算し、該燃焼率を火炉の各
段毎に演算し。

バーナ操作量であるバーナへの石炭供給量、空気供給量
、空気予熱温度からバーナ近傍から火炉出口に達するま
でのガス滞留時間、ガス中の酸素濃度、火炉の火炎温度
から燃焼火炎の温度、から各段の燃焼率の火炉出口での
燃焼率を演算し、該火炉出口での燃焼率と各段への火炉
全体に対する石炭供給比率から火炉出口での平均燃焼率
を演算し。

該火炉出口での平均燃焼率と石炭中灰分を用いて火炉出
口での灰中未燃分を短時間に推定し、該推定された灰中
の未燃分により火炉の燃焼状態を判断し監視することが
出来る。

そして火炉の出力エネルギとバーナ操作量との関係及び
バーナ操作量と灰中未燃分との関係を用いてバーナある
いは火炉の操作量を変更して燃焼状態を制御することが
出来る。

さらに火炉の水冷壁側とは異る方向から燃焼火炎の状態
を監視し、得られた輝度あるいは温度パターンを、水冷
壁側にあり横から１！察している燃焼火炎の温度パター
ンと比較し、ＩＲ察している燃焼火炎の燃焼率を補正す
ることにより燃焼火炎全体を監視することが出来る。

〔発明の実施例〕

以下１本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例に係り、第１図は
灰中未燃分ＵＢＣの監視・診断を単一バーナについて実
施した場合を示したもので、同図において、火炉１の炉
壁２に形成された覗き窓３には冷却管５が挿入配置され
ている。この冷却管５にはＩＴＶカメラ６に接続された
イメージファイバ８が設けられており、ＩＴＶカメラ６
は第２図に示す燃焼状態の監視装置に接続されている。

火炉１上部には、１次空気と微粉炭が供給されるバーナ
９が設けられている。このバーナ９の回りには２次空気
供給管１０、さらにその外側に３次空気供給管１１が設
けられており、火炉１下部には空気導入孔１２が設けら
れている。

そして覗き窓３から冷却管５により水又は空気で冷却し
たイメージファイバ８を火炉１内に挿入して燃焼火炎１
３を横から観察し、このイメージファイバ８により燃焼
火炎１３の画像を火炉１外に導き、この火炉１外に導い
た火炎画像をＩＴＶカメラ６で電気信号に変換するよう
になっている。

なお、第１図において１５は空気を旋回させるためのス
ワラ、１６はフィルタである。またイメージファイバ８
に広角レンズを採用してもよい。

第２図は燃焼状態の監視装置の一例を示したもので、Ｉ
ＴＶカメラ６からのアナログ映像信号１８は、Ａ／Ｄ変
換器１９を介してデジタル映像信号２０に変換され、こ
の信号２０はフレームメモリ２１に書き込まれる。書き
込まれた画像データ２２はプロセッサ２３に取り込まれ
、このプロセッサ２３で観測している火炎の視野下流端
における燃焼率Ｘを演算する。バーナ操作量及び計測量
（石炭供給量、空気供給量１石炭発熱量、予熱空気温度
等）２５は、プロセスＩ１０　２６を介してデジタル信
号２８としてプロセッサ２３に入力され、このプロセッ
サ２３に予め書き込まれた（８）〜（１３）式へ代入さ
れ、推定灰中未燃分ＵＢＣとして算出される。

なお第２図において２９は灰中未燃分ＵＢＣのデータ、
３０はデータ２９の表示装置である。

前記第２図はバーナが１本の試験炉の場合であるが、火
力発電所のボイラに見られるように複数のバーナシステ
ムでは、第３ａ図、第３ｂ図に示したように一列に複数
のバーナがあり、しかも多段に配置される。この場合燃
焼火炎１３を横から観察したのでは、観察できるのは一
番手前の燃焼火炎１３だけであり、水冷壁側の２つの燃
焼火炎１３の間にある０例えば、第３ａ図、第３ｂ図で
は２つの燃焼火炎１３は観察できない、そこで、第３ａ
図、第３ｂ図に示した火炎監視手段４０を各バーナ毎に
バーナ口側に設け、燃焼火炎１３をバーナ口から燃焼火
炎１３の先端方向へむかって、少なくとも２箇所以上、
望ましくは連続的に観察できるようにする。この場合、
燃焼火炎１３の中心軸上をａ察できるようにする。火炎
監視手段４０か、らのアナログ信号４１は、ＩＴＶカメ
ラ６からのアナログ映像信号１８と同様にＡ／Ｄ変換器
１９を介してデジタル映像信号２ｏに変換され、フレー
ムメモリ２１に書き込まれる。書き込まれた画像データ
２２はプロセッサ２．３に取り込まれ、このプロセッサ
２３で観測している燃焼火炎１３での輝度あるいは温度
パターンとして解析される。

この輝度あるいは温度パターンは水冷壁側にあり横から
＊察している燃焼火炎１３のパターンと比較することに
より、　ＩＩ察している燃焼火炎１３との燃焼性の比較
が行われる。この結果、観察している一例の燃焼火炎１
３の燃焼性に関する序列が係数として得られ、この係数
を基にＩｔ察している燃焼火炎１３を、その−列におけ
る平均的な燃焼率に変換する。

上記のように本実施例に係る装置は、火炉１の火炎画像
を検出する画像検出手段としてイメージファイバ８、Ｉ
ＴＶカメラ６及び火炎監視手段４０が設けられ、また火
炎画像から火炎温度を算出する温度演算手段、火炎温度
から火炎の温度パターンを演算する手段、火炎温度から
火炉１出口における燃焼率を算出する燃焼率演算手段、
燃焼率から灰中未燃分を算出する灰中未燃分算出手段及
び灰中未燃分が減少するようにバーナ９への石炭供給量
、空気供給量、予熱空気温度等を制御する制御手段とし
てプロセッサ２３が設けられている。

以上の処理の１例としてプロセッサ２３の内部処理フロ
ーの概略を第４図に基づいて説明する。

ステップ１００：火炎画像データの入力火炎画像データ
ＩＭ（ＩＩＪ）をプロセッサ２３に入力する（ｉ＝１〜
工、ｊ＝１〜Ｊ）。

ステップ１１０：火炎画像データの平均化その燃焼状態
を示す最も高い確率を持つ火炎形状を求める（（５）式
に１例を示す）。

二二で、ＩＭ　（１１Ｊ）：平均化した火炎画像に：平
均化の標本数 （ｋ＝１〜Ｎ） ステップ１２０：火炎の温度計算 ２波長温度計の原理を用いて、火炎の温度を算出し、平
均温度を算出する。

ステップ１３０：エネルギーの計算 ステップ１２０で算出した火炎温度を用いて、燃焼ガス
（含未燃固体分）の温度上昇によるエネルギーＥ１と火
炎で発生したエネルギーＥ２を次式により計算する。

Ｅｘ＝ｆｘ　（Ｇｃｏａｌ、Ｇａ１ｒ、Ｔｏ、Ｔ）−（
６）Ｅ２＝ｆｚ　　（’ｒ）　　　　　　　　　　　　
　　・・・（７）ここで、Ｇｃｏａｌ：石炭供給量 Ｇａ１ｒ　：空気供給量 Ｔ　　：火炎温度 Ｔｏ　二予熱空気温虐 火炎の出力エネルギーＥはＥ工とＥ２の和であるから Ｅ＝Ｅ□＋Ｅ２　　　　　　　　　　　・・・・・・（
８）また、バーナへの供給石炭に伴うエネルギーＥ０は
（９）式により計算される。

Ｅ０＝Ｇｃｏａｌ・Ｈｃｏａｌ（ｋｃａｌ／ｈ）　　”
・（９）ステップ１３５：酸素濃度Ｃｏ２の計算バーナ
への石炭供給量、空気供給量２石炭組成を用いて火炉内
の酸素濃度Ｃｏ２を計算する。

ステップ１４０：燃焼率Ｘの計算 ステップ１３０で算出したバーナへの入力エネルギーＥ
０及び燃焼により生成したエネルギーＥ＝Ｅ□＋Ｅ２を
（ＩＱ）に代入することにより、燃焼火炎１３の視野下
流端での燃焼率Ｘは算出できる。

ついで、火炎監視手段４０からの信号を処理したプロセ
ッサ２３からの信号を用いて得られた燃焼火炎１３の燃
焼性に関する係数を用いて、ｗｉＩｉＡしている一列に
おける平均的な燃焼率すなわち火炉の各段毎に求められ
た燃焼率ｘｒとして算出できる。

ステップ１５０：火炉出口での平均燃焼率の計算ステッ
プ１２０，１３５，１４０で計算した火炎温度、酸素濃
度、燃焼率及び操作量、計測量を用いて、各段の燃焼率
ＸＩの火炉出口での燃焼率ＸｆＦを求める・ ｘ＋Ｆ＝ｆ（ｘｒ＋　ＴｏΔｔ＋、Ｇｏ□）−（１１）
ここで、Ｔ：火炎の平均温度 Δｔ■：各バーナ近傍から火炉出口（又は燃焼が無視で
きる程度まで温度が下降す る領域）に達するまでの滞留時間 ｙ！＝各段への石炭供給比率（全体で１）Ｃｏ、：酸素
濃度 （１１）式において、燃焼火炎１３での酸素濃度Ｃ０２
や燃焼率Ｘは滞留時間Δｔの間に経時変化する。そこで
、滞留時間をΔｔを細かく分割し、Ｘ及びＣｏ、を逐次
計算して、Δを時間後の燃焼率を求める。更に、これに
各段への石炭供給比率ｙ！で補正し、火炉出口における
平均燃焼率ＸＦが求まる。

ＸＦ＝Σｙｒ・ＸＩＦ　　　　　　　　　・・・・・・
（１２）ステップ１６０：灰中未燃分の計算 ステップ１５０で算出した火炉出口での平均燃焼率ＸＦ
及び石炭中の灰分Ａを（１３）式に代入して、出口での
推定未燃分ＵＢＣを計算する。

ステップ１７０：灰中未燃分の推定結果の出力灰中未燃
分の推定値ＵＢＣを出力装置に出力する。

ステップ１８０：灰中未燃分推定結果の判断ステップ１
７０における灰中未燃分の推定値ＵＢＣが適正か否かを
判断する。ここでＹＥＳと判断されるとプログラムは終
了するが、Ｎｏと判断されたときは、ステップ１９０へ
進む。

ステップ１９０：操作量の変更 ステップ１８０において、推定した灰中未燃分が多いと
きは、例えば、第５図に示すようなバーナあるいは火炉
の操作量と（８）式で示される燃焼火炎１３で発生して
いるエネルギーＥあるいはＥ２の関係及び第６図に示す
ようなＥあるいはＥ２と灰中未燃分の関係を用いて、第
６図から目標とする灰中未燃分を得られるＥあるいはＥ
２を求める。ついで、このＥあるいはＥ２より、第５図
を用いて操作量Ｍを求め、変更する。

このとき、もちろん、第５図、第６図から求まる操作量
と灰中未燃分の関係を用いて、操作量Ｍを求めてもよい
。

ただし、ステップ１９０において決定した値に操作量を
制御した後、ステップ１００からステップ１８０までを
再実行した結果、推定した灰中未燃分が同一炭種であっ
ても生ずる石炭性状の変化や火炉状態の変化によって、
実際の値と異なる場合がある。そこで、推定値の検証を
行ない、第５図や第６図のデータを修正しておいて、デ
ータベースの変更を行なうことが望ましく、特に石炭種
変買時には実施する。

上記のように本実施例に係る方法は、 （イ）第一工程：火炉１の火炎温度を検出する工程、（
ロ）第二工程：その火炎温度から発生しているエネルギ
を計算する工程。

（ハ）第三工程：そのエネルギを火炎での出力エネルギ
ーとし、バーナ９への石炭供給量、石炭発熱量を入力エ
ネルギーとしてエネルギーの収支をとり、燃焼火炎１３
での燃焼率を算出し、更に、輝度あるいは温度パターン
で平均化した燃焼率とし。

これにより火炉１の燃焼状態を監視する工程、（ニ）第
四工程：第一から第三工程で求めた燃焼率をもとに、バ
ーナ９への石炭供給量、空気供給量、予熱空気温度、石
炭中灰分等を用いて火炉１出口での灰中未燃分を推定し
、この推定された灰中未燃分により火炉１の燃焼状態を
監視する工程、（ホ）第五工程：その灰中未燃分が減少
するように操作量と灰中未燃分の関係から求まる操作量
である空気供給量、予熱空気温度等を制御する工程、（
へ）第六工程：操作量と灰中未燃分の関係を検証し、修
正する工程からなっている。

以上の如く、火炎画像から火炎温度及び火炎での生成エ
ネルギーを計算し、バーナ供給石炭エネルギーの収支か
ら燃焼率を算出し、更に操作量及び計測量とから灰中未
燃分を推定し、計測位置の灰中未燃分を精度よく推定或
いは予測することが可能となる。

他の実施例として、第７図に使用している石炭の性状、
例えば、混炭などによって燃料比や灰分等が著しく異な
る場合の考え方を示す、第７図が第４図と異なるのは、
ステップ１４０で火炉出口での燃焼率を求めたあと、ス
テップ２００において、ｌｔ察している燃焼火炎１３が
ある列での平均灰分や平均燃料比等を用いて、そのとき
の燃焼率を求める点である。しかる後にステップ１６０
以降のステップを行う。こうすることにより１石炭性状
が著しく異った場合の灰中未燃分を推定できる。

また、（１１）式では反応速度を温度の関数として計算
しているが、この反応速度に燃料比の関数でもあるとし
てもよいことはもちろんである。

本発明では、観察している列の平均的な燃焼率を求める
ために、火炎監視手段４ｏを設けているが、平均的な燃
焼率を求める手段として、この他に、平均灰分や平均燃
料比等を用いてもよい。

また、−列で観察する燃焼火炎１３は水冷壁側の２個を
必ずしも観る必要はなく、火炎監視手段４０や上述の方
法で補正することとして、片側の１個でも可能である。

さらに本発明は、バーナのタイプによって左右されるも
のではない６例えば、第８ａ〜第８ｄ図のように異なる
バーナ・タイプであってもバーナ断面方向から燃焼火炎
１３を計測すると、形成される火炎は第９図と同様な形
状を示すことから明らかである。

また、本実施例では燃焼温度及び火炎で生成したエネル
ギーを算出する際に、イメージファイバ８で燃焼火炎１
３の画像を用いているが、もっと簡便に他の温度測定法
、例えば、放射温度計や二波長温度計等や放射エネルギ
ー測定装置をセンサーとして用いても同様な効果が期待
できることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明は、上述の如く構成されているので２次に記載す
る効果を奏する。

請求項１の燃焼状態の監視方法においては、火炉の火炎
温度を計測し演算して得た火炎の出力エネルギとバーナ
への入力エネルギとのエネルギ収支から燃焼火炎の燃焼
率を演算し、それとバーナ１作量を計測し石炭中の灰分
を用いて火炉出口での灰中未燃分を精度良くリアルタイ
ムで推定出来るので、推定された灰中の未燃分により火
炉の燃焼状態を判断し監視することが出来る。

請・求項２の燃焼状態の監視方法においては、火炉の水
冷壁側とは異る方向から燃焼火炎の状態を監視し、水冷
壁側から観察している燃焼火炎の燃焼率を補正すること
により、火炉全体の診断が可能となる。

請求項３の燃焼状態の監視方法においては、灰中未燃分
とバーナ操作量或いは火炎の出力エネルギとの関係を定
期的に検定して補正することにより、常に精度良く灰中
未燃分が推定出来る。

請求項４の燃焼状態の制御方法においては、火炎の出力
エネルギとバーナ操作量との関係及びバーナ操作量と灰
中未燃分との関係を用いてバーナあるいは火炉の操作量
を変更して燃焼状態を制御することにより、燃焼効率を
高められる効果が得られる。

請求項５の燃焼状態の監視装置においては、火炉の火炎
画像検出手段と、火炎画像から火炎温度を演算する温度
演算手段と、火炎温度及びバーナ操作量から火炉出口の
燃焼率演算手段と、燃焼率から灰中未燃分を演算する灰
中未燃分演算手段とを備えることにより、火炉出口での
灰中未燃分を精度良くリアルタイムで推定出来、推定さ
れた灰中の未燃分により火炉の燃焼状態を判断し監視す
ることが出来る。

請求項６の燃焼状態の監視装置を微粉炭焚きのボイラの
火炉に適用すると、火炉出口での灰中未燃分を精度良く
リアルタイムで推定出来、推定された灰中の未燃分によ
り火炉の燃焼状態を判断し監視することが出来る。

請求項７の燃焼状態の制御装置においては、灰中未燃分
が減少するようにバーナへの石炭供給量。

空気供給量、空気予熱温度を制御することにより。

燃焼効率を高められる効果が得られる。

請求項８の燃焼状態の制御装置を微粉炭焚きのボイラの
火炉に適用すると、火炉出口での灰中未燃分を低減出来
かつ燃焼効率を高められる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る単独バーナで構成される
火炉の縦断面図、第２図は本発明の実施例に係る火炉の
燃焼状態の監視装置ブロック図。 第３ａ図は本発明の実施例に係る複数バーナで構成され
る火炉の縦断面図、第３ｂ図は第３ａ図に示される火炉
の横断面図、第４図は第２図に示される火炉の燃焼状態
の監視装置に含まれるプロセッサのフローチャート、第
５図はバーナ操作量或いは火炉の操作量とエネルギ発生
速度の関係を示した図表、第６図はエネルギ発生速度と
灰中未燃分との関係を示した図表、第７図は第４図に示
したものと異る他のフローチャート、第８ａ図及び第８
ｃ図は他の実施例のバーナ部における縦断面図、第８ｂ
図は第８ａ図の正面平面図、第８ｄ図は第８ｃ図の正面
平面図、第９図は各種燃焼火炎の比較図、第１０図は従
来例の火炎形状から抽出する特徴パラメータを示した火
炎断面図である。 １・・・火炉、６・・・ＩＴＶカメラ、８・・・イメー
ジファイバ、９・・・バーナ、１０・・・２次空気供給
管。 １１・・・３次空気供給管、１３・・・燃焼火炎。 １８・・・アナログ映像信号、１９・・・Ａ／Ｄ変換器
。 ２０・・・デジタル映像信号、２１・・・フレームメモ
リ、２２・・・画像データ、２３・・・プロセッサ。 ２５・・・操作量及び計測量、４０・・・火炎監視手段
代理人　　鵜　　沼　　辰　　之 １廿− へ　　　丹 第３８ 第３ｂ 第 図 一：ｉ’ｔ　Ｒ；ｊＡｌｌ　　（”Ｃ）ハ゛−１承ｆ左
！Φイクゴ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、火炉の燃焼状態を監視する方法において、火炉の火
   炎温度を計測し該火炎温度から燃焼ガスの温度上昇によ
   るエネルギと火炎で発生した発生エネルギを演算して加
   算し火炎の出力エネルギとし、バーナへの石炭供給量及
   び石炭発熱量を入力エネルギとしたエネルギ収支から燃
   焼火炎の燃焼率を演算し、該燃焼率を基にバーナ操作量
   であるバーナへの石炭供給量、空気供給量、空気予熱温
   度と石炭中灰分を用いて火炉出口での灰中未燃分を推定
   し、該推定された灰中の未燃分により前記火炉の燃焼状
   態を判断し監視することを特徴とする燃焼状態の監視方
   法。 ２、前記火炉の水冷壁側とは異る方向から燃焼火炎の状
   態を監視し、得られた輝度あるいは温度パターンを、前
   記水冷壁側にあり横から観察している前記燃焼火炎の前
   記温度パターンと比較し、観察している前記燃焼火炎の
   燃焼率を補正する請求項１に記載の燃焼状態の監視方法
   。 ３、前記灰中未燃分と前記バーナ操作量或いは前記火炎
   の出力エネルギとの関係を定期的に検定して補正する請
   求項１に記載の燃焼状態の監視方法。 ４、前記火炎の出力エネルギと前記バーナ操作量との関
   係及び前記バーナ操作量と前記灰中未燃分との関係を用
   いてバーナあるいは火炉の操作量を変更して燃焼状態を
   制御する請求項１に記載の燃焼状態の制御方法。 ５、火炉の火炎画像を検出する画像検出手段と、該火炎
   画像から火炎温度を演算する温度演算手段と、該火炎温
   度及びバーナ操作量から前記火炉出口における燃焼率を
   演算する燃焼率演算手段と、該燃焼率から灰中未燃分を
   演算する灰中未燃分演算手段と、を備えた燃焼状態の監
   視装置。 ６、前記火炉は微粉炭焚きのボイラの火炉である請求項
   ５に記載の燃焼状態の監視装置。 ７、前記灰中未燃分が減少するようにバーナへの石炭供
   給量、空気供給量、空気予熱温度を制御する制御手段を
   備えた請求項５に記載の燃焼状態の制御装置。 ８、前記制御手段は微粉炭焚きのボイラの火炉に適用さ
   れる請求項７に記載の燃焼状態の制御装置。