JPH0316564B2 - - Google Patents

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JPH0316564B2
JPH0316564B2 JP57152623A JP15262382A JPH0316564B2 JP H0316564 B2 JPH0316564 B2 JP H0316564B2 JP 57152623 A JP57152623 A JP 57152623A JP 15262382 A JP15262382 A JP 15262382A JP H0316564 B2 JPH0316564 B2 JP H0316564B2
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JP
Japan
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flame
combustion state
shape
furnace
diagnosing
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Mitsuyo Nishikawa
Nobuo Kurihara
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/08—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
    • F23N5/082—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2229/00—Flame sensors
    • F23N2229/20—Camera viewing

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Combustion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、発電用ボイラの火炉内部の燃焼状態
を診断する方法に係わり、特に火力発電などに用
いるボイラに適用するに最適である。 （従来技術） 従来、ボイラ炉内の火炎から燃焼状態を知るた
めの方法として、燃焼時の火炎をバーナノズルの
対向壁面に取り付けられたITVを用いて監視す
る方法、炉壁に取り付けられている覗き窓から点
検する方法、伝熱管の温度管理などが主流をしめ
ており、自動監視装置としては、フレームデテク
タによるバーナ自動点火、消火の判定装置が火炉
保護のために使用されている程度であつた。 しかも、ボイラ運転中の燃焼状態の監視につい
ては、定量化された出力値がなかつたため、運転
員は経験と勘に頼らざるを得なく、迅速な対処が
できないという問題があつた。 また、ITVによる燃焼状態の監視では、炉壁
に取り付けられたITVを用いて、対向壁のバー
ナノズルを映して監視するため、運転時には火炎
が渦巻いた状態となり、燃焼状態を的確に判断す
ることが難しく、これもまた運転員の経験と勘に
頼つていた。 （発明の目的） 本発明の目的は、ボイラの火炉内部の燃焼状態
を、火炎の安定した領域の状況を検出することに
より燃焼状態を診断する方法を提供することにあ
る。 （発明の概要） 本発明の特徴は、火炎の形状及び性状が火炎が
安定している領域のパターンによつて特徴付けら
れることに着目し、イメージフアイバなどで火炎
形状を検出し、該検出された火炎形状と予め記憶
しておいた複数の標準火炎形状とを比較して火炎
長さ方向に対応する幅偏差を求め、該求められた
偏差について該火炎の長さ方向に応じて重みをか
け、該重み付けされた値に応じて該複数の標準火
炎形状の中から該検出された火炎形状に近い標準
火炎形状を選択し、当該炉の燃焼状態が該選択さ
れた火炎形状について予め測定された燃焼状態で
あると診断することにある。 （発明の実施例とその効果） 本発明の第一の実施例を第１図〜第４図及び第
８図を用いて説明する。 第１図の燃焼状態診断装置において、ボイラＢ
はバーナ１から供給される燃料を火炉７で燃焼さ
せ、伝熱管３内の水を蒸気に変えることを目的と
している。そこで、火炉７における燃焼状態を監
視するため、例えば、イメージフアイバ５とその
冷却装置４を火炉７の壁面に取り付ける。視野角
がθの場合の取り付ける方向及びその角度の一例
を第２図ａ，ｂに示す。 取り付ける角度は、１本あるいは複数本のバー
ナ１の先端の火炎２の根元部を検出するような角
度であるが、イメージフアイバ５の視野角θによ
り取り付ける位置が決定される。また、イメージ
フアイバ５を取り付けた場合の冷却装置４の構造
の一例を第３図に示す。第３図において、ミラー
とレンズにより取り込まれた火炎根元部の情報を
イメージフアイバ５で取り込む構造であるが、イ
メージフアイバ５保護のために冷却気体（ここで
は、ガスあるいは空気など）を注入し、火炉内に
吹き出す方法を採つている。これにより、冷却効
果と共に“すず”などによる検出部の汚れを防止
することができる。 例えば、このような構造を持つ検出部で検出さ
れた火炎１の根元部のイメージ信号（光）は、撮
像装置６でアナログ信号（電気）に変換され、
Ａ／Ｄ変換器８でデジタル信号に変えられて電子
計算機９に取り込まれる。 デジタル信号に変えられて取り込まれたイメー
ジ信号は、例えば第４図に示すように、予め記憶
しておいた標準火炎パターン（その一例を第１表
に示す）と比較する。この標準火炎パターンは、
燃焼時の火炎根元部の特徴を抽出して分類したも
ので、第１表の例では４種類に分けている。 取り込んだイメージ信号を、順次、第１表の標
準火炎パターンと比較し、第８図のｂの 部
で示す不一致の領域と第８図ｃに示す重み係数と
を用いて距離ｌに対する不一致度を求める。その
不一致度が制限値を超えていなければ一致してい
るものとみなして燃焼状態の判別を行なう。 一方、第１表の全ての標準火炎パターンとの比
較で制限値を超えていれば、制限値を超える値が
最も少ない標準火炎パターンを選択し、燃焼状態
の判別を行なう。
【表】 燃焼状態の判別の一例を第２表に示す。例え
ば、火炎形状が第１表のNo.３の標準火炎パターン
に最も一致しているならば、第２表のNo.３の＊印
が付されている“CO大、NOx小”の判別結果が
得られる。この判別結果を表示装置１０に出力す
る。
【表】 このように、予め火炎形状パターンを分類し、
各々のパターンによつて特徴付けられる火炎性状
を記憶しておくことにより、ボイラの燃焼状態を
自動的にそして迅速かつ的確に把握することがで
きる。 ここで例えば第１表に示すようなパターンに着
目しているのは、火炎の根元形状は比較的に安定
しているが、安定した領域において何らかの変化
があれば燃焼状態にも顕著な差があり相関が得ら
れ易いということに基いている。 本発明の第二の実施例を第５図〜第８図を用い
て説明する。 バーナ１が対向あるいは複数段（列）設けられ
ている場合には、複数個のイメージフアイバ５を
設置して監視する必要がある。第５図には、バー
ナ１が対向して設置されている場合の燃焼状態診
断装置の一例を示す。 イメージフアイバ５で火炎の安定した領域を検
出するのであるが、例えばバーナ１の先端を含む
火炎２の安定している根元の部分を第６図に示
す。 火炎の安定している部分として、ゆらぎに相当
する火炎２の時間の変化率が予め設定しておいた
設定値を超えない部分、あるいは、検出した火炎
の輪郭の乱れが予め設定しておいた設定値を超え
ない部分などが考えられる。そしてこれらの値か
ら定義される火炎の領域を安定した領域と定義
し、定義された領域でのパターンマツチングをは
かればよい。 さらに、第６図においてバーナ１の先端から火
炎根元までの距離Ｌは、負荷の関数であると考え
られることから、距離Ｌに基いて監視する火炎の
長さｌを決定し、（ここで、監視する火炎の長さ
ｌを安定な火炎の部分と考える）監視してもよ
い。すなわち、負荷が大きくなれば距離Ｌが大き
くなり、監視する火炎の長さｌを長くし、逆に負
荷が減少すれば距離Ｌが小さくなり、監視する火
炎の長さｌを短くする。 このように、距離Ｌに比例して監視する火炎の
長さｌを変化させることにより、良好な火炎監視
をおこなうことができる。また、根元から火炎ま
での距離Ｌと監視する火炎の長さとの相関から距
離Ｌを監視して燃焼状態の監視をおこなうことが
できる。そして上記長さｌの火炎形状について、
例えば第７図に示す処理によりパターンマツチン
グをおこなえばよい。なお、火炎根元部を含む火
炎監視領域を定めて火炎の監視をおこなうこと
は、特願昭57−118349号（特開昭59−9429号公
報）に記載されている。 第７図に示す処理について次に説明する。 イメージフアイバ５で検出した火炎のイメージ
信号（光）は、撮像装置６でアナログ信号（電
気）に変換され、さらにＡ／Ｄ変換器８でデジタ
ル信号に変えられて電子計算機９に取り込まれ
る。取り込まれたイメージ信号（デジタル信号）
は、先に述べた方法により火炎の安定な部分を検
出し、その安定な部分と予め記憶しておいた第１
表の標準火炎パターンとを比較する。 パターンマツチングの方法は、第一の実施例で
述でたと同じように、取り込んだイメージ信号
を、順次、第１表の標準火炎パターンと比較し、
第８図のｂの 部で示す不一致の領域と第８
図ｃに示す重み関数とを用いて距離ｌに対する不
一致度を求める。 このようにして、火炎形状と標準火炎パターン
とを比較し、その不一致度が制限値を超えていな
ければ一致しているものとみなして燃焼状態の判
別を行なう。一方、第１表の全ての標準火炎パタ
ーンとの比較で制限値を超えていれば、制限値を
超える値が最も少ない標準火炎パターンを選択
し、燃焼状態の判別を行なう。
【表】 なお、第１表を用いた場合には、火炎形状と標
準火炎パターンとの間に大小関係が生じると対応
できないという問題がある。そこで、さらに火炎
パターンの特徴を検討し第３表に示す角度による
マツチング手法を用いることにより、火炎形状の
大小に関係なく形状を判別することができる。ま
た、第３表の条件でl1，l2，θ1〜θ4について各々
の範囲を予め設定しておくことにより、類似形状
か否かを判別することができる。第３表のマツチ
ング手法については、特願昭57−118349号（特開
昭59−9429号公報）に記憶されている。 このようにして判別した結果を用いて、例えば
第２表により火炎性状を判別したり、予め求めて
おいた負荷と距離Ｌの関係から火炎の異常を検出
するような状態判別が可能になる。 このように、火炎は根元に近ずくほど形状が安
定しているという性質を利用し、根元に近い位置
の火炎の形状あるいはその変化に対して例えば第
８図のように予め記憶しておいた重み関数を用い
て診断することにより、すなわち、例えば第８図
において、予め設定しておいた制限値を重み係数
と 部との積が超えているか否かを判定する
方法をとることにより、診断をより的確なものと
することができる。 以上のように、火炎パターンを特徴別に分類
し、予め記憶しておき、検出した火炎パターンと
の誤差をとり、重み関数（重み係数）を用いて診
断することにより、ボイラの燃焼状態を自動的
に、そして迅速かつ的確に把握することができ
る。 また、イメージ信号を統計処理（例えば平均
化）したデータを用いても本発明と同様な効果を
得ることができる。さらに、火炎検出部に直接、
撮像装置あるいは赤外線、紫外線などの検出装置
を設置しても同様の効果を得ることができる。 （発明の効果） 本発明によれば、火炎形状が比較的安定してい
る火炎根元部を含む火炎形状から比較的容易に燃
焼状態を診断することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例による燃焼状態診断
方法を実施するための燃焼状態診断装置の構成を
示す概略図、第２図は第１図の火炉壁にイメージ
フアイバを取り付けた場合を示す図、第３図は第
１図における冷却装置の構造の一例を示す図、第
４図は第１図における電子計算機の処理の一例を
示す概略フローチヤート、第５図は本発明の他の
実施例による燃焼状態診断方法を実施するための
燃焼状態診断装置の構成を示す概略図、第６図は
第５図の火炉における火炎根元部とバーナ先端か
らの距離Ｌの一例を示す図、第７図は第５図にお
ける電子計算機の処理の一例を示す概略フローチ
ヤート、第８図は重み関数の説明図である。 １……バーナ、２……火炎、３……伝熱管、４
……冷却装置、５……イメージフアイバ、６……
撮像装置、７……火炉、８……Ａ／Ｄ変換器、９
……電子計算機、１０……表示装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ バーナ先端部を含む火炎根元部の火炎形状を
    検出して炉内の燃焼状態を診断する方法におい
    て、該検出された火炎形状と予め記憶しておいた
    複数の標準火炎形状とを比較して火炎長さ方向に
    対応する幅偏差を求め、該求められた幅偏差につ
    いて該火炎の長さ方向に応じて重みをかけ、該重
    み付けされた値に応じて該複数の標準火炎形状の
    中から該検出された火炎形状に近い標準火炎形状
    を選択し、当該炉の燃焼状態が該選択された火炎
    形状について予め測定された燃焼状態であると診
    断することを特徴とする燃焼状態診断方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、該幅偏差に
    ついての重みを火炎根元部に近いほど大きくした
    ことを特徴とする燃焼状態診断方法。
JP57152623A 1982-09-03 1982-09-03 燃焼状態診断方法 Granted JPS5944519A (ja)

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