JPH0240414A - 燃焼状態診断方法および装置 - 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、燃焼状態診断方法および装置に係わり、特に
大規模プラントに好適な知識分離形燃焼状態診断方法及
び装置に関する。

〔従来の技術〕

ボイラ運転中の燃焼ガスの中に含まれている物質、特に
有害物質である窒素酸化物（以下ＮＯｘと称す）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
って運転する。

一方、ボイラの燃焼効率は、常時最大に保って運転する
ことが望ましい。そして、燃焼効率を算出する上で目安
となるのが排ガス中の未燃焼分である。排ガス中の未燃
焼分が多くなる程燃焼効率は低下し、同じ出力を得るに
も燃焼消ｌ＆量が増大する。しかし、従来、未燃焼分の
検出には長時間を要することから、運転中の燃焼効率の
把握は経験と勘に頼らざるを得ない状態であった。

最近、燃料としてガス・石油に変わり石炭の利用が進み
つつあり、ボイラにおいても微粉炭、ＣＷＭ　（石炭／
水スラリ）、ＣＯＭ　（石炭／油スラリ）５等に変換さ
れつつある。

特に、石炭を燃料とする場合、それ自体に含まれている
窒素分が燃焼により全てＮＯｘに転換するため、その生
成量は２ｏＯＯ〜３０００ｐＰ！Ｉｌと多大なものにな
る。さらに、燃焼速度がガス・油に比べて極めて遅いこ
とから、火炉温度の低下を伴い、灰中の未燃分含有量も
増える傾向にあり、問題となっていた。

一方、ボイラ運転時の燃焼状態を知る方法として、（１
）火炎を検出するためバーナ・ノズル部に取付けられた
フレーム・デテクタ、（２）排ガスに含まれる成分を検
出するため排ガス出口或いは煙道に取り付けられた検出
器、（３）火炉内の情報を得るため火炉上部に防爆機構
を施して取り付けられたＩＴＶカメラ、等があった。第
２図に示すこのような検出端は、（１）についてはバナ
の着火あるいは消火を検出するためのものであり、（２
）については環境規制で定められている制限値を超えて
いるか否かを検出するために取り付けられている。（３
）のＩＴＶカメラは火炉全体の燃焼状態を監視するため
のものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来から取り付けられているこのような装置類
は次の欠点を有していた。

（１）　　フレーム・デテクタは、バーナ出口での火炎
の「着火」、「消火」を検出する装置で、火炎が消えて
いるのにもかかわらず別のバーナの火炎をとらえて「着
火」と誤った出力をする可能性があり、その判断は運転
員にゆだねられている。これは、基本的にフレーム・デ
テクタがバーナ出口でのＯＮ（着火）、ＯＦＦ　（消火
）信号しか出力できないためである。

（２）排ガス成分の検出器は、分析に数十秒から数分を
必要とし、その分析値の実時間性に問題があると共に、
１点での検出のためその成分の実効値がわからないこと
から火炉での燃焼状態を知る上での手掛りとなるのに過
ぎなかった。

（３）火炉上部に取り付けられたＩＴＶカメラは。

対向バーナから火炎を撮影しているが、火炎が渦巻いた
状態で映っているため、燃焼状態の判断には運転員の経
験と勘に頼らざるを得なかった。さらにＩＴＶカメラの
取り付けに際しては、安全対策として防爆機構が不可欠
であり、そのメンテナンス等は困難な作業であった。

本発明の目的は、火炎画像の特徴量を用いて燃焼状態を
推定するモデル係数が燃焼条件の変化によって受ける影
響を知識として記憶しておき、該知識を用いてモデル係
数を逐次修正して燃焼状態を推定する方法とその装置を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題は、火炎を画像として計測し、該画像を画像処
理して該火炎の特徴量を演算し、該特徴量と予め記憶し
た推定用演算条件より前記火炎の排ガス状態量を推定し
、あわせて該火炎の排ガス状態量を計測し、前記推定排
ガス状ｆｉ量と前記計測排ガス量との差を算出し、該差
と予め記憶している排ガス状態量の演算条件との関係に
ついての知識に基づき前記推定用演算条件を修正し、該
修正した推定用演算条件と前記特徴量より火炎の排ガス
状態量を診断することにより、または、火炎を画像とし
て捕らえ該画像を所定位置まで導く手段と、該手段に捕
らえられた前記画像を撮影する撮影機と、該撮影機で撮
影された前記画像をアナログ・デジタル変換するアナロ
グ・デジタル変換器と該変換器で変換された前記画像を
記憶するフレームメモリと、該フレームメモリの記憶す
る前記画像を画像処理して特徴量を演算し、予め記憶し
た推定用演算条件より前記火炎の排ガス状態量を推定す
るプロセッサと、前記火炎の排ガス状態量を計測する排
ガス計測装置と、該プロセッサの推定した推定排ガス状
態量と該排ガス計測装置の計測した計測排ガス状態量と
の差を算出し、該差を予め記憶している排ガス状態量の
演算条件との関係についての知識に基づき前記推定用演
算条件を修正する知識用プロセッサと、該修正された推
定用演算条件を前記プロセッサに伝達する手段と。

該知識用プロセッサの出力を表示する表示装置とを備え
ることにより解決される。

〔作用〕

火炎の画像より特徴量を算出し、該特徴量とあらかじめ
記憶しである推定用演算条件より算出した前記火炎の推
定排ガス状態量と該火炎の排ガスを計測した計測排ガス
状態量との差を算出し、該差と予め記憶している排ガス
状態量の演算条件との関係についての知識に基づき前記
推定用演算条件を修正し、該修正した推定用演算条件と
前記特徴量より火炎の排ガス状態量を推定する。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図、第３図〜第６図を用いて説
明する。

発電用ボイラでは、第１図に示すように、各段バーナ１
から燃料と共に空気が火炉１２に投入され、火炉１２で
燃焼することにより発生した熱は伝熱管１３に供給され
、排ガスは図示していない煙突から大気中に放出される
。このようなボイラでは、バーナ１根元部の火炎の状態
は、その下流を含めて燃焼状態を大きく左右することが
経験的に知られている。

第１図は実施例の全体を示すブロック図で、本実施例の
装置は、バーナ１根元部の火炎を保護管２で保護された
イメージファイバ３を用いて画像として計測し、炉外に
設置したＩＴＶカメラ４に取り込む。取り込んだ火炎画
像をＡ／Ｄ変換器５によりＡ／Ｄ変−換してフレームメ
モリ６に格納し、プロセッサ７　（７ｉ（ｉ＝１，２，
３．・・・・・・））を用いて画像処理して火炎の特徴
量を抽出する。この特徴量と排ガス（ＮＯｘ、未燃分等
）の相関性に着目し、特徴量を用いた推定モデルによっ
て排ガス成分を推定する。

しかし、排ガス成分は、負荷、炭種、燃料形態（微粉炭
、ＣＷＭ　（石炭／水スラリ）５等）により大きく変わ
る。そこでＡＩ用プロセッサ８を用いて推定モデルを修
正・変更することにより、常に高精度の推定結果を得る
。

フレームメモリ６に取り込まれた火炎画像は、プロセッ
サ７で第３図に示す処理を実行する。

画像入力処理７ａは、火炎の有無の判断１画像の平均化
処理、等により、火炎の安定性のチエツク及平均化（例
えば（１）式）を図る。

ここに　Ｘ；入力画像の平均 Ｘ；瞬時入力画像 Ｎ；平均化サンプル数 画像前処理７ｂは、座標変換（イメージファイバ３の捩
れ等による火炎画像の回転、画像の切り出しによる座標
の平行移動等の補正を施すこと）、ノイズ除去（火炎画
像に含まれているノイズ成分を除去すること）、等によ
り火炎画像を前処理する。

次に、画像処理７ｃには半閾値処理（濃淡画像において
次の（２）式を用いて処理する）、エツジ処理１等を施
こす。

ここに Ｘ（ｉ、ｊ）；座標ｂ＊ｊ）の位置の濃度Ｘｔｈ　　；
半間値化制限値 特徴量抽出処理７ｄは、面積計算、重心計算、周囲長計
算、距離計算、等を用いて画像から特徴量を抽出する。

排ガス推定処理７ｅは、抽出した特徴量を用いて（３）
式により排ガス状態量を推定する。１例として、ＮＯｘ
　（窒素酸化物）推定量ｐＮＯｘについて示す。

ここに Ｋ　１．　Ｋ２．　ｋ、、　ｋ２．　”’−＝ｋ　ｎ　
；係数火炎の特微量 ｌＮ０Ｘ；ＮＯｘ推定指標 Ａ；火炎の広がり Ｂ；火炎の着火性 Ｃ；火炎の温度 （または火炎の輝度） Ｄ７火炎の長さ このようにして得られた徘ガス推定量をＡＩ用プロセッ
サ８に回線を通して伝送する。

以上のプロセッサ７の処理をフローで示したものが第４
図である。

伝送された排ガス推定量は、ＡＩ用プロセッサ８で次の
ように処理される。処理の１例として、ＮＯｘ推定量ｐ
　Ｎ　Ｏｘについて第５図に示す。

（１）排ガス分析結果の取り込み 定常状態時のＣ○（−酸化炭素）　、　０２（酸素）、
Ｎ０ｘ（この値をａＮＯｘとする）、等の排ガス状態量
を検出端１０により検出し、ＰＩｌｏ（プロセス人・出
力１１ｉｆ）１１を介してＡＩ用プロセッサ８に取り込
む。

（２）　　プロセッサ７１の推定結果の取り込みプロセ
ッサ７１　（１”Ｉｔ　２ｙ　３＋’；プロセッサ７の
数）で推定した結果（ｐ　Ｎｏ　ｘとする）を回線を通
してＡＩ用プロセッサ８に取り込む。

（３）　　ａＮＯｘとｐＮＯｘの差を判断する（４）式
を用いてａＮＯｘとｐ　Ｎ　Ｏｘの差ｄＮ○Ｘを求め、
その差が予め設定しておいた制限範囲内に入っているか
否かを調べる。

ｄＮＯｘ＝ａＮＯｘ−ｐＮＯｘ　　　　−（４）ＬＬ≦
ｄＮＯｘ≦ＵＬであるか ここに ＬＬ；下限値 ＵＬ；下限値 ｄＮＯｘ；偏差 ＬＬ＞ｄＮＯｘの場合にはｐＮＯ＊が制限範囲を超えて
実際のＮＯｘ以上に大きな値を推定している。また、ｄ
ＮＯｘ＞ＵＬの場合には、ＰＮ○Ｘが制限範囲以下に推
定されていることから、推論部で推定モデルを修正・変
更する。

（４）推論（推定モデルの修正・変更）推論部では、第
６図に示す燃焼時の火炎画像及びその特微量、定数、等
とＮＯｘ　（＝ａ　Ｎｏ　ｘ）及び未燃分などとの関係
を知識データベースに記憶しておく。

例えば、ｄ　Ｎ　ＯｘがＵＬよりも大きくなった場合、
第６図の知識から炭種が変更され、変更後の炭種が前の
炭種に比べて燃料比が高くなったため、と推論されその
場合には、推定モデルの係数に１゜Ｋ２を各々（Ｋ工＋
Δによ）、　（Ｋ２＋Δに、）に修正すればよいとの結
果が得られる。

さらに、バーナ・パターン、負荷、０２微粉粒度、等が
燃焼条件の変化に大きく係わり、通常運転時にはそれら
と火炎との関係は次の第１表に示すものであることがわ
かった。

すなわち１例えば０□割合が変化すると（５）式に示す
ようになる。

Ｑ２の割合が大のとき 第１表 （ｋ□〜に４：係列 このような関係を第６図と同様に知識データ・ベースと
して記憶しておくことにより、新しい知見の追加などを
容易にすると共に、より詳細な推論が可能となる。

（５）　　プロセッサ７ｉへの伝送 推論部の結論をプロセッサ７１へ伝送し、推論モデルを
修正・変更する。

（６）表示出力 推論部の結論、ａ　Ｎ　Ｏｘとｐ　Ｎ　Ｏｘとの差を表
示する。このとき、推論過程についても合せて表示すれ
ば、さらに理解が容易になる。

（７）　　終了 全てのプロセッサ７１について終了したか否かを判断す
る。

以上１本実施例によれば、推定モデルを知識を用いて逐
次修正あるいは変更することにより、ボイラ運転時の燃
焼状態を良好に判断できる。

また、基本的には本実施例のように推定用と推論用にプ
ロセッサを分離する必要はないが、同じ知識を複数の推
定用プロセッサが利用できることから負荷が軽減できる
と共に個々のプロセッサに知識を入れる必要が無く拡張
が容易で安価に構成できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、火炎の画像より排ガス状態を推定し、
この推定と排ガス状態の計測結果を比較して、その差の
生じる理由をあらかじめ記憶している知識に基づき判断
して、排ガス状態推定条件を修正して排ガス状態を精度
よく推定することにより燃焼状態を精確に把握できるの
で、経験の少い運転具でもボイラ等の燃焼装置を効率よ
く運転できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
従来の燃焼状態計測監視装置を示す概念図、第３図はプ
ロセッサの内部処理を示すブロック図、第４図はプロセ
ッサの内部処理を示すフロー図、第５図はＡＩ用プロセ
ッサの内部処理を示すフロー図°、第６図は知識につい
ての１例を示す図である。 １・・・バーナ、３・・・イメージファイバ、４・・Ｉ
ＴＶカメラ、５・・・Ａ／Ｄ変換器、６・・・フレーム
メモリ、７・・・プロセッサ、８・・ＡＩ用プロセッサ
。 第２＝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）火災を画像として計測し、該画像を画像処理して
   該火炎の特徴量を演算し、該特徴量と予め記憶した推定
   用演算条件より前記火炎の排ガス状態量を推定し、あわ
   せて該火炎の排ガス状態量を計測し、前記推定排ガス状
   態量と前記計測排ガス状態量との差を算出し、該差と予
   め記憶している排ガス状態量の演算条件との関係につい
   ての知識に基づき前記推定用演算条件を修正し、該修正
   した推定用演算条件と前記特徴量より火炎の排ガス状態
   量を診断することを特徴とする燃焼状態診断方法。
2. （２）火炎を画像として捕らえ該画像を所定位置まで導
   く手段と、該手段に捕らえられた前記画像を撮影する撮
   影機と、該撮影機で撮影された前記画像をアナログ・デ
   ジタル変換するアナログ・デジタル変換器と、該変換器
   で変換された前記画像を記憶するフレームメモリと、該
   フレームメモリの記憶する前記画像を画像処理して特徴
   量を演算し、予め記憶した推定用演算条件より前記火災
   の排ガス状態量を推定するプロセッサと、前記火災の排
   ガス状態量を計測する排ガス計測装置と、該プロセッサ
   の推定した推定排ガス状態量と該排ガス計測装置の計測
   した計測排ガス状態量との差を算出し、該差と予め記憶
   している排ガス状態量の演算条件との関係についての知
   識に基づき前記推定用演算条件を修正する知識用プロセ
   ッサと、該修正された推定用演算条件を前記プロセッサ
   に伝達する手段と、該知識用プロセッサの出力を表示す
   る表示装置と、を備えたことを特徴とする燃焼状態診断
   装置。