JPH02306017A - バーナの燃焼方法 - Google Patents

バーナの燃焼方法

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JPH02306017A
JPH02306017A JP12673389A JP12673389A JPH02306017A JP H02306017 A JPH02306017 A JP H02306017A JP 12673389 A JP12673389 A JP 12673389A JP 12673389 A JP12673389 A JP 12673389A JP H02306017 A JPH02306017 A JP H02306017A
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Mitsunobu Hoshino
星野 光伸
Kaneya Misonoo
御園生 金哉
Nobuya Watanabe
渡辺 暢弥
Yasuhiko Sato
康彦 佐藤
Shohei Noda
野田 松平
Kimiyo Tokuda
君代 徳田
Yuichi Ide
井出 雄一
Masami Iida
飯田 政己
Shiyouji Tsujitake
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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〕 本発明はボイラ等のバーナの燃焼方法に関する。
〔従来の技術〕
従来のボイラについて、第7図ないし第9図により説明
する。第7図は全体の構成図(燃料供給ラインと空気ラ
イン省略)、第8図は燃料供給ラインを含む全体の構成
図、第9図は空気ラインを含む全体の構成図である。
従来のボイラの燃焼は第7図ないし第9図に示すように
ボイラ01に設けられた複数のバーナ02から噴霧され
た燃料が同時に混合される空気によって燃焼する。従来
の低NOx燃焼では、−火燃焼域03で完全に燃焼する
のではなく一部未燃分が残されたまま二次燃焼域04に
うつりここに別に吹込まれるOFAまたは二段燃焼用空
気05によって完全に燃焼する。その後、煙道06を経
由し、煙突07から排出される。第8図と第9図中、0
8は燃料噴射弁、09はバーナ単位の空気、再循環ガス
配管、15は再循環ガス流量制御ダンパ、11は空気流
量制御ダンパ、12は個別バーナ再循環ガス調整ダンパ
、13は個別バーナー次空気流量調整ダンパ、14は個
別ハーナニ次空気流看調整ダンパを示ず。
一般に、排出ガスのNOxは煙突07出l」で規制され
るので最終的な排ガスIj+NOxが煙突基部で7Ii
11定される。このような燃焼過程をへて最終的に排ガ
ス中のNoxfi度が決定されるので、単一バーナのN
Ox発生状況が、そのまま最終NOxにつながるわけで
はない。しかし何本かのバーナの燃焼ガスの集合にたい
して二次燃焼域04で空気が供給されるので、個々のバ
ーナが安定かつ均一に燃焼し、−・定のNOxレベルに
あることは、二次燃焼域04において叶^または二段燃
焼用空気05の鼠を加減し最終NOxレベルを確保する
ためには不可欠であるが、従来個々のバーナのNOxレ
ベルをその燃焼結果で評価する技術はなかった。したが
って最終的なアウトプットを見て、多くのパラメータを
推定で調整するしかなく、それは、いわば名人芸の一種
であった。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来の方法には次のような問題点および課題があっ
た。
(a)  プラントの初期調整運転時に設定される、最
適燃焼条件は、プラントの運転経過によって変化する。
しかし個々のバーナの燃焼状態を適確に把握する手法は
ない。
(bl  各バーナの燃焼状態の変化を適確に把握、調
整すれば燃焼系全体を良い状態、すなわち低NOxの状
態に保つことが容易になる。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は上記課題を解決するため次の手段を講する。
(1)複数のバーナを持つ燃焼装置において、燃焼中の
バーナ火炎の表面温度分布を所定の温度範囲毎にl1j
l¥次区分し、予め同バーナが所定の燃焼状態であると
き、所定の区分の面積が全区分の面積に占る割合を求め
、運転時に同割合を維持するよう空気流量、燃料流量お
よび再循環ガス量を操作するようにした。
(2)バーナ発生NOx監視方法として、複数のバーナ
を持つ燃焼装置において、燃焼中のバーナ火炎の表面温
度分布を所定の温度範囲毎に順次区分し、各区分の面積
を求め、所定の区分の面積が全区分の面積に占る8り合
を求め、予め求めておいた上記割合と上記燃焼装置のN
Ox発生量との相関関係からNOx発生量を監視するよ
うにした。
[作用] (1)上記・F段により、例えばサーマルカメラ等で燃
焼中のバーナ火炎の表面温度分布が計られ、高温度側か
ら低温度側へ所定の温度範囲毎に順次区分される。次に
例えば最高温度の区分の面積ならびに同最高温度区分と
その次の温度の区分を加えた面積が全区分の面積に占る
割合が求められる。予め求めておいた所定の燃焼状態の
ときの上記の割合を維持するよう空気流量、燃ギ4流量
および再循環ガス量が調整される。燃焼状態と上記割合
の間には強い相関関係があるので、このようにしてバー
ナの燃焼状態を良好な状態に維持できるようになる。
(2)上記手段により、例えばサーマルカメラ等で燃焼
中のバーナ火炎の表面温度分布が計られ、高温度側から
低温度側へ所定の温度範囲毎に順次区分される。次に例
えば最高温度の区分の面積ならびに同最高温度区分とそ
の次の温度の区分を加えた面積が全区分の面積に占る割
合が求められる。予め求めておいた上記の割合と燃焼装
置のNOx発生量との相関関係と上記実際のδり合から
NOX発生量を求め、NOx発生量を監視する。
このようにして容易にバーナ発生NOxが監視される。
〔実施例〕
(1)請求項(1)記載の本発明の方法を適用した一実
施例を第1図ないし第4図、第8図、第9図により説明
する。
なお、従来例で説明した部分は、冗長さをさけるため説
明を省略し、この発明に関する部分を主体に説明する。
まず第1図に示すようにバーナ02の燃焼中の火炎の表
面温度の分布を光学的手法で測定する。
この場合火炎の表面温度の定義は、火炎の種類によって
透過度が変化するため、複雑であるが、同一燃料、同一
バーナでの燃焼比較によってNOx発生状況を推定しよ
うとする本実施例においては測定法と、測定される温度
の定義はそれほど厳密性を要しない。
測定法としては、光学式(サーマルカメラ式、スペクト
ル式)、熱電対式など公知の手法のいづれも採用できる
。例えば、サーマルカメラで得られた画面では画面を適
当な寸法に区分し各温度範囲毎に面積を求めることがで
きる。測定によって得られた火炎側面各点の温度を適当
な温度ステップ例えば第1図に示すように100°Cご
とに区分し1,500°Cから1 、200°Cの等点
線分布図を作成する。火炎は、はぼ中心の最高温部15
から次第に外へ向って温度が下ってくるが、どの点まで
が火炎であるかを決めるために、周辺のガス温度との温
度差がなくなる点を火炎の全体(全面積)12と定義す
る。
次に各温度区分の面積を求め、511Sz+S:++S
4とする。このとき、各区分の面積と温度範囲との関係
は表1の通りとなる。
表1 したがって全区分の面積S0は(1)弐で与えられる。
S o = S + + S z + S s + S
 a −・・・−・・・−(1)次に最高の温度区分N
、の面積S、の全区分の面積に占める割合R1を(2)
弐より求める。
R+ ” S 、/ S o  ’−・・−・−・・−
・−・・・−(2)同様にSlおよびS2のSoに占る
割合R2を(3)式より求める。
Rz= (S++Sz)/So  −−ニー・(3)以
上の割合R+、Rzについて、ボイラの正常な燃焼状態
における各バーナの燃焼状態での値を予め実験的に求め
ておき、実際の運転時には、11、.11.がそれぞれ
その値になるよう空気流量の配分(第9図の空気流量制
御ダンパ11、−次空気流量調整ダンパ13、二次空気
流量調整ダンパ14の開閉)、燃料流量の調節(第8図
の燃料噴射弁08の開閉)、再循環ガス量の調節(第9
図の再循環ガス流量制御ダンパ10、バーナ再循環ガス
調整ダンパ12の開閉)等を行う。このようにして各バ
ーナの燃焼状態を容易に良好に維持できるようになる。
次にこの割合R2を指標として、実機プラントでバーナ
の燃焼状態の評価試験を行った結果を第2図に示す。ま
た第3図に上記試験時のバーナの配置図を示す。第2図
より分るように、最適な燃焼状態は条件4にて得られた
低NOX、低ばいじん状態である。試験では燃焼状態を
変化させる代表的要素であるO1量を変化させ広い範囲
の燃焼状態を模擬した。すなわち、空気流量制御ダンパ
11(第9図)を開閉し全空気量を増減させた。最適燃
焼の条件4ではR2は3本のバーナともに高い値を示し
、燃焼状態が、均一性が保たれ良好であることを示して
いる。条件1〜条件3では3本のバーナのR2値は低く
バラツキが大きい。これはバーナの燃焼状態が悪くなり
、かつ均一性が、なくなっていることを示している。そ
の結果NOx又はばいじん発生量が増加した。
上記実験結果からも本実施例の指標R1および/または
R2にて燃焼状態が的確に評価できることが立証できる
ことを示している。
上記では表面温度分布の計測については概念的にしか述
べなかったが、以下にバーナ火炎の表面温度分布を求め
る装置について詳しく説明する。
第4図にてバーナ02の火炎2を観測する1台又は複数
台のイメ′−ジファイバ3を火炉lに設置し、同イメー
ジファイバ3にカラーテレビカメラ4が接続される。同
カメラ4の出力はダイナミックカラ映像ディスプレ20
に入力されるとともに、デコーダ5に接続され、その出
力は赤(R)、緑(G)、青(B)映像装置6を経てフ
レ−ムメモリ7に人力される。同フレームメモリ7の出
力はR信号とB信号から温度を計算する一次演算回路(
R/B)8、G信号の時間差を計算する一次演算回路(
G(t、)−G(h))9、及びスモークを計算する一
次演算回路(R−B)10に接続される。父上記−次演
算回路(R/B)8の出力は順次温度分布表示ディスプ
レイ16、二次演算回路17、評価回路1日に接続され
る。同様に、上記−次演算回路(G(t、)−G(t、
))9、及び演算回路(’R−B)10の出力はそれぞ
れル・1価回路18に直接接続される。さらに同評価回
路18の出力はディスプレイ19に接続される。
以上の装置において、イメージファイバ3を経てカラー
テレビカメラ4によって1騒影された映像は、直接ダイ
ナミックカラ映像ディスプレ20に送られて運転員等に
モニタ映像を提供すると同時に、デコーダ5に送られる
。一般にカラーテレビカメラ4の出力信号は伝送線の節
約のため、赤、緑、青の分解像を合成して一本の線で送
られるので、これを元の二色の映像6にこ分離する。こ
の三色(赤、緑、青)の映像は、火炎2が輻射するスペ
クトルのそれぞれの成分強度に比例した映像になる。こ
れらの3色に分解された映像は後で演算をするために−
Hフレームメモリ7に映像の形で記録される。この映像
記録をもとに、火炎を表現する温度分布が次のような原
理のもとに算出される。
ある温度T′にである黒体からの輻射はブランクの放射
法則により、次の(4)弐のように表わされる。
E(λ・T)=C,/λ’flXp(Cz/λT−1)
−(4)ここで λ:波長(I!m) T:絶対温度(K) C1ニブランクの第一放射定数 3.74xlO’(W−一・cm−”)C,ブランクの
第二放射定数 1438B (−・k) 黒体以外の物質、すなわち火炎の放射エネルギ分布は(
4)式にその放射率ελを乗じたものとな第5図の放射
曲線は火炎の放射エネルギをある火炎の温度A (K)
の場合について示したもので、火炎の温度が変れば、温
度Tをパラメータにして同じ傾向の放射曲線群が得られ
る。なお、放射率ελが変化するとこの曲線が相似的に
変化する。しかし2つの波長の放射エネルギ比は放射率
が変化しても、その2つの波長における放射率εの比が
一定であれば温度のみの関数となることば良く知られ二
色温度部として製品化されている。第4図の放射曲線に
重ねて点線で示すようなR(赤)、G(緑)、B(青)
の相対感度曲線を有するカラーテレビカメラの例えばR
とB信号からR/Bを用いて二色温度部と同じようにし
て温度が算出される。この場合、色信号はその色の相対
感度曲線の中心波長回りの成分について、これを放射曲
線に沿って積分したものである。
このようにして火炎の温度分布が算出される。
(2)請求項(2)記載の本発明の方法を適用した一実
施例を第6図と第7図により説明する。
なお、従来例および前記実施例で説明した部分は、冗長
さをさけるため説明を省略し、この発明に関する部分を
主体に説明する。
前記のようにして上記(1)ないしく3)式により、各
バーナの燃焼状態の指標となる割合R+、Rzを求め、
予め実験的に求めておいたボイラのNOx発生量とR1
+R1との相関々係から、NOx発生量を監視する。
以上のことを具体的に示すために実験例を示す、一本の
バーナを試験炉で燃焼させ、その火炉出口NOX総量と
割合RI+lhとの相関を求めると第6図で示すような
関係が得られている。従って予め各バーナ02(第7図
)の上記割合R1,R2とボイラ01のNOx発生量と
の相関関係を求めておき、上記割合R1,RZを計測し
て求めれば、燃焼条件変化によるNOx発生量変化を監
視することができる。
〔発明の効果〕
以上に説明したように本発明によれば、(1)個別バー
ナの燃焼状態の経時変化が的GTJに把握できるので、
より理想的な燃焼状態に容易に再調整することでかでき
、ボイラ全体として、バランスのよい燃焼状態に保つこ
とができるようになる。
(2)個別バーナの燃焼状態の経時変化がNOX関連の
量として把握できるので、より理想的な燃焼状態に容易
に再調整することでかでき、ボイラ全体として、NOx
に関してバランスのよい燃焼状態に保つことができるよ
うになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の請求項(1)に関する一実施例の作
用説明図としての火炎温度分布図、第2図は同実施例の
作用説明図、第3図は同実施例の第2図の実験のバーナ
配置図、第4図は同実施例の温度分布計測装置のブロッ
ク図、第5図は同実施例の温度分布計測装置の作用説明
図、第6図は本発明の請求項(2)に関する一実施例の
作用説明図、第7図は従来例のボイラの全体構成図(燃
料供給ライン、空気ラインを省略)、第8図は同従来例
の全体構成図(燃料供給ラインを含む)、第9図は同従
来例の全体構成図(空気ラインを含む)である。 0!・・・ボイラ本体、   02・・・バーナ、03
・・・−次燃焼域、   04・・・二次燃焼域、05
・・・二次的に吹きこまれる空気、06・・・煙道を示
す矢印、 07・・・煙突、08・・・燃料噴射弁、 09・・・バーナ単位の空気、再循環ガス配管、1、 
2・・・火炎全側面積、 11・・・空気fL量制御ダンパ、 12・・・個別バーナ再循環ガス調節ダンパ、13・・
・個別バーナー次空気流I#JR整ダンパ、14・・・
個別バーナ二次空気流量調整ダンパ、15・・・再循環
ガス流量制御ダンパ。 代理人 弁理士 坂 間    暁 外2名 第2図 仔   ft−f+   仔 第4図 □ 又長(M宜) 高)巨部面積卒(R1,R2) 第8図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数のバーナを持つ燃焼装置において、燃焼中の
    バーナ火炎の表面温度分布を所定の温度範囲毎に順次区
    分し、予め同バーナが所定の燃焼状態であるとき、所定
    の区分の面積が全区分の面積に占る割合を求め、運転時
    に同割合を維持するよう空気流量、燃料流量および再循
    環ガス量を操作することを特徴とするバーナの燃焼方法
    。
  2. (2)複数のバーナを持つ燃焼装置において、燃焼中の
    バーナ火炎の表面温度分布を所定の温度範囲毎に順次区
    分し、各区分の面積を求め、所定の区分の面積が全区分
    の面積に占る割合を求め、予め求めておいた上記割合と
    上記燃焼装置のNOx発生量との相関関係からNOx発
    生量を監視するバーナの燃焼方法。
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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997010473A1 (de) * 1995-09-04 1997-03-20 Heinz Spliethoff Verfahren zur überwachung einer kraftwerksleistungsfeuerung

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