JPH059693B2 - - Google Patents
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- JPH059693B2 JPH059693B2 JP58200996A JP20099683A JPH059693B2 JP H059693 B2 JPH059693 B2 JP H059693B2 JP 58200996 A JP58200996 A JP 58200996A JP 20099683 A JP20099683 A JP 20099683A JP H059693 B2 JPH059693 B2 JP H059693B2
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- Japan
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- flame
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- reducing
- combustion
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Classifications
-
- 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
- F23N2229/00—Flame sensors
- F23N2229/18—Flame sensor cooling means
-
- 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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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Combustion (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明はボイラの燃焼状態を診断する方法に係
り、特に石炭を燃料とした時のNOx（ちつ素酸化
物）の発生量の予測及びその低減を目的とした燃
焼状態診断方法に関する。
り、特に石炭を燃料とした時のNOx（ちつ素酸化
物）の発生量の予測及びその低減を目的とした燃
焼状態診断方法に関する。
ボイラ、特に石炭を燃料としたボイラでは、
NOxの発生量を極力低減する必要があり、この
NOxの発生量は燃焼状態と密接に関連している。
このため、ボイラの燃焼状態の監視、診断が行わ
れるが、従来の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は、バーナ・ノズルの対向
壁面に取り付けられた覗き窓をITVカメラを用
いて監視する方法、及び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
どがある。しかしボイラ運転中の燃焼状態の監視
については、従来から定量化された基準値という
ものが無かつたため、これらの方法は、運転員が
目視し経験と勘を頼りに判断することから、塾練
を必要とすると共に運転員にとつて負担になつて
いた。特に、ITVカメラによる燃焼状態の監視
では、炉壁の覗き窓に取り付けられたITVカメ
ラを用いて対向壁のバーナ・ノズルを映して監視
するため、定格運転に近くなると火炎が渦巻いた
状態となり、燃焼状態を的確に判断することが非
常に難しく、特別に熟練した運転員の経験と勘に
頼らざるを得なかつた。また、自動監視装置とし
ては、フレーム・デテクタによるバーナ点火・消
火の判定装置が火炉保護のために使用されている
が、これでは燃焼状態を知ることはできない。
NOxの発生量を極力低減する必要があり、この
NOxの発生量は燃焼状態と密接に関連している。
このため、ボイラの燃焼状態の監視、診断が行わ
れるが、従来の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は、バーナ・ノズルの対向
壁面に取り付けられた覗き窓をITVカメラを用
いて監視する方法、及び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
どがある。しかしボイラ運転中の燃焼状態の監視
については、従来から定量化された基準値という
ものが無かつたため、これらの方法は、運転員が
目視し経験と勘を頼りに判断することから、塾練
を必要とすると共に運転員にとつて負担になつて
いた。特に、ITVカメラによる燃焼状態の監視
では、炉壁の覗き窓に取り付けられたITVカメ
ラを用いて対向壁のバーナ・ノズルを映して監視
するため、定格運転に近くなると火炎が渦巻いた
状態となり、燃焼状態を的確に判断することが非
常に難しく、特別に熟練した運転員の経験と勘に
頼らざるを得なかつた。また、自動監視装置とし
ては、フレーム・デテクタによるバーナ点火・消
火の判定装置が火炉保護のために使用されている
が、これでは燃焼状態を知ることはできない。
一方、物体像抽出の典型的な方法として、光の
波長領域別のフイルタを数種類用いて波長領域毎
の写真をとり、そのフイルムをサンプリング及び
量子化して計算機に取り入れ、特定物体のスペク
トル組成の特徴を利用してソフトウエアにより特
定物体の抽出、認識を行う方法がある。或いは上
記の過程をアナログ技術を用いて行う方法もあ
る。しかし、このような従来方法では、特定物体
をそのスペクトル分布の形状だけにより認識する
ため、同じスペクトル分布を持つ他の雑音物があ
るとこれも検出してしまうという問題がある。こ
の問題点を除去する方法としては、数枚のスペク
トル成分間で積極的にアナログ演算を行うことに
より、雑音成分をできるだけ含まないようにして
特定物体を抽出する特定物体抽出装置があり、こ
の方法は物体に光あるいは他の放射線をあてて形
状を抽出する場合には非常に有効なものとなり得
る。しかし、燃焼状中の火炎を形状抽出、特徴抽
出する場合、輻射される波長帯は光の波長だけで
はなく、また火炎には熱的な発光スペクトル分布
と、燃料に含有されていたり燃焼によつて生じる
化学成分が発光して生じるスペクトル分布があ
り、特にこの化学成分による発光が見られる還元
領域の大小がNOx発生量が大きく影響する。し
かもこの還元領域の輝度と熱的発光スペクトルを
主とする酸化領域の輝度が後述のように近い値に
なることがあるため、従来の特定物体抽出装置で
は、上記のような火炎の性質によつてその状態の
検出は困難である。
波長領域別のフイルタを数種類用いて波長領域毎
の写真をとり、そのフイルムをサンプリング及び
量子化して計算機に取り入れ、特定物体のスペク
トル組成の特徴を利用してソフトウエアにより特
定物体の抽出、認識を行う方法がある。或いは上
記の過程をアナログ技術を用いて行う方法もあ
る。しかし、このような従来方法では、特定物体
をそのスペクトル分布の形状だけにより認識する
ため、同じスペクトル分布を持つ他の雑音物があ
るとこれも検出してしまうという問題がある。こ
の問題点を除去する方法としては、数枚のスペク
トル成分間で積極的にアナログ演算を行うことに
より、雑音成分をできるだけ含まないようにして
特定物体を抽出する特定物体抽出装置があり、こ
の方法は物体に光あるいは他の放射線をあてて形
状を抽出する場合には非常に有効なものとなり得
る。しかし、燃焼状中の火炎を形状抽出、特徴抽
出する場合、輻射される波長帯は光の波長だけで
はなく、また火炎には熱的な発光スペクトル分布
と、燃料に含有されていたり燃焼によつて生じる
化学成分が発光して生じるスペクトル分布があ
り、特にこの化学成分による発光が見られる還元
領域の大小がNOx発生量が大きく影響する。し
かもこの還元領域の輝度と熱的発光スペクトルを
主とする酸化領域の輝度が後述のように近い値に
なることがあるため、従来の特定物体抽出装置で
は、上記のような火炎の性質によつてその状態の
検出は困難である。
本発明の目的は、NOxの発生量を精度良く推
定することのできる燃焼状態診断方法を提供する
ことにある。
定することのできる燃焼状態診断方法を提供する
ことにある。
上記目的は、石炭の燃焼による火炎の発光を撮
像することにより火炎画像を計測し燃焼状態を監
視する診断方法において、前記石炭が熱分解して
生成される還元剤の発する波長帯で火炎画像を撮
像し、前記火炎画像の輝度をそのレベルによつて
定まる制限値を用いて酸化炎領域と還元炎領域と
に分け、得られた前記還元炎領域からNOxと相
関がある指標を求めて燃焼状態を診断すること
で、達成される。
像することにより火炎画像を計測し燃焼状態を監
視する診断方法において、前記石炭が熱分解して
生成される還元剤の発する波長帯で火炎画像を撮
像し、前記火炎画像の輝度をそのレベルによつて
定まる制限値を用いて酸化炎領域と還元炎領域と
に分け、得られた前記還元炎領域からNOxと相
関がある指標を求めて燃焼状態を診断すること
で、達成される。
石炭燃焼時に生成されるNOxの量は、石炭の
熱分解により生成された還元剤による発光が見ら
れる還元炎領域の大きさ、形状等との相関が大き
い。そこで、本発明では、前記還元剤による発光
領域つまり還元炎領域を求めるに当たり、還元剤
の発光波長帯で火炎画像を撮像し、得られた火炎
画像を制限値を用いて酸化炎領域と還元炎領域と
に別けている。このため、得られた還元炎領域の
大きさ、形状等のNOx発生量と高い相関関係を
有し、この還元炎領域の大きさ、形状等から精度
良くNOx発生量を推定することが可能になる。
熱分解により生成された還元剤による発光が見ら
れる還元炎領域の大きさ、形状等との相関が大き
い。そこで、本発明では、前記還元剤による発光
領域つまり還元炎領域を求めるに当たり、還元剤
の発光波長帯で火炎画像を撮像し、得られた火炎
画像を制限値を用いて酸化炎領域と還元炎領域と
に別けている。このため、得られた還元炎領域の
大きさ、形状等のNOx発生量と高い相関関係を
有し、この還元炎領域の大きさ、形状等から精度
良くNOx発生量を推定することが可能になる。
本発明の一実施例を第１図に示す。同図に於て
ボイラ火炉１（上部から見た図）内のバーナ２か
らの燃料が火炎３を形成している。冷却装置４で
保護されたイメージフアイバ５によりとらえられ
た火炎３からの放射光のうち、帯域通過フイルタ
６を用いて特定の１波長帯λの発光７が撮像装置
８で受像される。撮像装置８で電気信号（アナロ
グ信号）に変換された画像信号９はＡ／Ｄ変換装
置１０でデジタル信号１１に変換され画像記憶装
置１２に記憶される。記憶された画像データ１１
は電子計算機１３に取り込まれ、監視・診断処理
の結果１４が出力される。
ボイラ火炉１（上部から見た図）内のバーナ２か
らの燃料が火炎３を形成している。冷却装置４で
保護されたイメージフアイバ５によりとらえられ
た火炎３からの放射光のうち、帯域通過フイルタ
６を用いて特定の１波長帯λの発光７が撮像装置
８で受像される。撮像装置８で電気信号（アナロ
グ信号）に変換された画像信号９はＡ／Ｄ変換装
置１０でデジタル信号１１に変換され画像記憶装
置１２に記憶される。記憶された画像データ１１
は電子計算機１３に取り込まれ、監視・診断処理
の結果１４が出力される。
第２図にイメージ・フアイバ５でとらえた火炎
３のＡ／Ｄ変換結果を示す。第２図の火炎３にお
いて、発光輝度が高い部分には酸化炎（完全燃焼
領域）、燃料が熱により化学成分に分解されNOx
に対する還元剤が生成される部分には還元炎（熱
分解領域）が形成される。このような火炎におい
ては、還元炎で生成される還元剤が、酸化炎で生
成されるNOxを他の化学成分に還元するものと
考えられる。この事から還元剤生成の多少が
NOx濃度に大きく依存し、その生成量を知る事
はNOx濃度低減に大きな意味を持つ。しかし、
特定の波長帯λでとらえられた第２図の火炎３
は、第３図に示すようなスペクトルを有してい
る。即ち火炎の熱的な発光スペクトルS1（酸化炎）
及びS2（還元炎）は、一般に波長が長くなるに従
つて大きくなる傾向にあるが、酸化炎は完全燃焼
しており輝度、温度とも還元炎に比べると高くな
る。一方、化学成分の発光スペクトルS3は還元炎
の領域でその熱的発光スペクトルS2上に重つて輝
線スペクトルとして現れる。そこで領域通過フイ
ルタ６の通過領域λがこの化学成分による発光ス
ペクトルS3を含む場合には、還元炎の領域ではス
ペクトルS2とS3のレベルの和が酸化炎領域のスペ
クトルS1のレベルに近い値になる可能性があり、
このため輝度レベルによる領域の分離には工夫を
要する。
３のＡ／Ｄ変換結果を示す。第２図の火炎３にお
いて、発光輝度が高い部分には酸化炎（完全燃焼
領域）、燃料が熱により化学成分に分解されNOx
に対する還元剤が生成される部分には還元炎（熱
分解領域）が形成される。このような火炎におい
ては、還元炎で生成される還元剤が、酸化炎で生
成されるNOxを他の化学成分に還元するものと
考えられる。この事から還元剤生成の多少が
NOx濃度に大きく依存し、その生成量を知る事
はNOx濃度低減に大きな意味を持つ。しかし、
特定の波長帯λでとらえられた第２図の火炎３
は、第３図に示すようなスペクトルを有してい
る。即ち火炎の熱的な発光スペクトルS1（酸化炎）
及びS2（還元炎）は、一般に波長が長くなるに従
つて大きくなる傾向にあるが、酸化炎は完全燃焼
しており輝度、温度とも還元炎に比べると高くな
る。一方、化学成分の発光スペクトルS3は還元炎
の領域でその熱的発光スペクトルS2上に重つて輝
線スペクトルとして現れる。そこで領域通過フイ
ルタ６の通過領域λがこの化学成分による発光ス
ペクトルS3を含む場合には、還元炎の領域ではス
ペクトルS2とS3のレベルの和が酸化炎領域のスペ
クトルS1のレベルに近い値になる可能性があり、
このため輝度レベルによる領域の分離には工夫を
要する。
そこで今第４図に示した入力画像に対し、直線
lmに沿つた輝度レベルを例示すると第５図P1（点
線）に示すようになる。この曲線P1の中央のく
ぼみの部分は第４図の斜線で示した還元炎領域に
相当し、その両側が酸化炎領域に相当する。この
ためこの両領域を区別するように適当な上限制限
値C2を設定し、入力輝度レベルの中央部のレベ
ルC2より低い部分を還元炎領域、高い部分を酸
化炎領域とみなすことができるが、入力画像のレ
ベルP1の分布のままでは、この中央部のレベル
差が前述のように小さくなり、正確な領域の区別
が困難になる。また、ある程度以上の輝度レベル
を対象として抽出するために下限制限値C1を設
けてこのレベルC1以上だけを観測すればよいが、
そうすると曲線P1の場合にはレベルC1とC2との
間にある酸化炎の境界領域の幅L0が大きくなり、
どこまでを酸化炎領域と見なすかが不明確にな
る。本実施例ではこのような問題点を解決するた
めに、入力画像のスペクトルP1の輝度をＸ（ｉ，
ｊ）とした時（ｉ，ｊは画像の座標）、境界のコ
ントラストの強調を行うために式(1)〜(3)のような
演算処理を行う。
lmに沿つた輝度レベルを例示すると第５図P1（点
線）に示すようになる。この曲線P1の中央のく
ぼみの部分は第４図の斜線で示した還元炎領域に
相当し、その両側が酸化炎領域に相当する。この
ためこの両領域を区別するように適当な上限制限
値C2を設定し、入力輝度レベルの中央部のレベ
ルC2より低い部分を還元炎領域、高い部分を酸
化炎領域とみなすことができるが、入力画像のレ
ベルP1の分布のままでは、この中央部のレベル
差が前述のように小さくなり、正確な領域の区別
が困難になる。また、ある程度以上の輝度レベル
を対象として抽出するために下限制限値C1を設
けてこのレベルC1以上だけを観測すればよいが、
そうすると曲線P1の場合にはレベルC1とC2との
間にある酸化炎の境界領域の幅L0が大きくなり、
どこまでを酸化炎領域と見なすかが不明確にな
る。本実施例ではこのような問題点を解決するた
めに、入力画像のスペクトルP1の輝度をＸ（ｉ，
ｊ）とした時（ｉ，ｊは画像の座標）、境界のコ
ントラストの強調を行うために式(1)〜(3)のような
演算処理を行う。
Ｘ（ｉ，ｊ）＝｛ｘ（ｉ，ｊ）／ｍ｝n ………(1)
Ｘ（ｉ，ｊ）＝｛ｘ（ｉ，ｊ）｝n−Ｍ ………(2)
Ｘ（ｉ，ｊ）＝｛ｘ（ｉ，ｊ）／ｍ｝n−Ｍ………(3)
但しＸ（ｉ，ｊ）は強調後の画像データ、ｎは
累乗値（＞１）ｍ、Ｍは濃度階調から定まる定数
である。例えば式(1)でｍ＝C2とした時の境界強
調画像を第５図P0に示す。同図から明らかなよ
うに中央近辺の両領域のレベル差は拡大されてそ
の区別が容易になるとともに、酸化炎の境界巾が
図示のようにＬと小さくなる。従つて直線lmを
第４図の図示の方向に移動させて上記のような処
理を行えば第４図に示すような境界強調画像が得
られる。更にこの画像に対して、制限値C1−C2
間の画像データだけを保存し、C2以上及びC1以
下のデータを除去（０クリア）すると酸化炎の領
域は一定値となり、第６図に示すような画像が得
られる。しかしこのままではまだ酸化炎の境界線
の巾Ｌが残るから、これを除去するために例えば
メデイアン処理による雑音消去を用いればよい。
こうして抽出した画像をもとに還元炎領域の面
積、体積、位置、形状、方向などを計算機処理に
よつてしらべ、燃焼時の状態を監視し、NOx発
生を低減する指標とすることができる。以上のよ
うな本発明の処理方法の概略フローチヤートは第
７Ａ図に示されている。
累乗値（＞１）ｍ、Ｍは濃度階調から定まる定数
である。例えば式(1)でｍ＝C2とした時の境界強
調画像を第５図P0に示す。同図から明らかなよ
うに中央近辺の両領域のレベル差は拡大されてそ
の区別が容易になるとともに、酸化炎の境界巾が
図示のようにＬと小さくなる。従つて直線lmを
第４図の図示の方向に移動させて上記のような処
理を行えば第４図に示すような境界強調画像が得
られる。更にこの画像に対して、制限値C1−C2
間の画像データだけを保存し、C2以上及びC1以
下のデータを除去（０クリア）すると酸化炎の領
域は一定値となり、第６図に示すような画像が得
られる。しかしこのままではまだ酸化炎の境界線
の巾Ｌが残るから、これを除去するために例えば
メデイアン処理による雑音消去を用いればよい。
こうして抽出した画像をもとに還元炎領域の面
積、体積、位置、形状、方向などを計算機処理に
よつてしらべ、燃焼時の状態を監視し、NOx発
生を低減する指標とすることができる。以上のよ
うな本発明の処理方法の概略フローチヤートは第
７Ａ図に示されている。
なお、式(1)〜(3)で示した累積演算の代わりに、
第８図の曲線を用いてコントラストを強調するこ
とも可能である。第８図の曲線は、少なくとも次
に示す領域から成ることを特徴とする。但し同図
でＮは階調のレベル数を表わす。
第８図の曲線を用いてコントラストを強調するこ
とも可能である。第８図の曲線は、少なくとも次
に示す領域から成ることを特徴とする。但し同図
でＮは階調のレベル数を表わす。
領域１，３：変換後の階調／入力画像の階調＜１
領域２：変換後の階調／入力画像の階調＞１
この曲線による処理は、式(1)〜(3)のような累乗
演算及びレベルC1，C2間の抽出と本質的には同
じであり、この処理を計算機内へとり込んでから
行つても、火炎画像入力時にアナログ的方法でオ
ンライン処理しても効果は同じである。この方法
の処理フローの概要は第７Ｂ図に示されている。
演算及びレベルC1，C2間の抽出と本質的には同
じであり、この処理を計算機内へとり込んでから
行つても、火炎画像入力時にアナログ的方法でオ
ンライン処理しても効果は同じである。この方法
の処理フローの概要は第７Ｂ図に示されている。
本発明によれば、運転員の経験や勘に頼らなく
ても精度の良いNOx発生量（濃度）の推定が遂
次あるいは連続的に可能となるので、運転員の負
担を大幅に低減できると共に、このNOxの推定
値に基づいてNOxの発生量を低減させたり、空
燃比の最適化を図ることが可能となる。
ても精度の良いNOx発生量（濃度）の推定が遂
次あるいは連続的に可能となるので、運転員の負
担を大幅に低減できると共に、このNOxの推定
値に基づいてNOxの発生量を低減させたり、空
燃比の最適化を図ることが可能となる。
第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は
画像記憶装置に記憶した画像データの一例を示す
図、第３図は酸化炎と還元炎の輝度スペクトルの
例を示す図、第４図は入力画像と境界強度画像を
示す図、第５図は入力画像と境界強調画像の１つ
の走査線上のレベル分布例を示す図、第６図は還
元炎と酸化炎の境界線を示す図、第７Ａ図及び第
７Ｂ図は本実施例の電子計算機内の処理の概略フ
ローを示す図、第８図は境界強調のための曲線の
一例を示す図である。 ３…火炎、６…帯域通過フイルタ、７…特定波
長帯の火炎の発光、８…撮像装置、１３…電子計
算機、C1…下限制限値、C2…上限制限値。
画像記憶装置に記憶した画像データの一例を示す
図、第３図は酸化炎と還元炎の輝度スペクトルの
例を示す図、第４図は入力画像と境界強度画像を
示す図、第５図は入力画像と境界強調画像の１つ
の走査線上のレベル分布例を示す図、第６図は還
元炎と酸化炎の境界線を示す図、第７Ａ図及び第
７Ｂ図は本実施例の電子計算機内の処理の概略フ
ローを示す図、第８図は境界強調のための曲線の
一例を示す図である。 ３…火炎、６…帯域通過フイルタ、７…特定波
長帯の火炎の発光、８…撮像装置、１３…電子計
算機、C1…下限制限値、C2…上限制限値。
Claims (1)
- １ 石炭の燃焼による火炎の発光を撮像すること
により火炎画像を計測し燃焼状態を監視する診断
方法において、前記石炭が熱分解して生成される
還元剤の発する波長帯で火炎画像を撮像し、前記
火炎画像の輝度をそのレベルによつて定まる制限
値を用いて酸化炎領域と還元炎領域とに分け、得
られた前記還元炎領域からNOxと相関がある指
標を求めて燃焼状態を診断することを特徴とする
燃焼状態診断方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58200996A JPS6093231A (ja) | 1983-10-28 | 1983-10-28 | 燃焼状態診断方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58200996A JPS6093231A (ja) | 1983-10-28 | 1983-10-28 | 燃焼状態診断方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6093231A JPS6093231A (ja) | 1985-05-25 |
| JPH059693B2 true JPH059693B2 (ja) | 1993-02-05 |
Family
ID=16433768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58200996A Granted JPS6093231A (ja) | 1983-10-28 | 1983-10-28 | 燃焼状態診断方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6093231A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7241135B2 (en) | 2004-11-18 | 2007-07-10 | Honeywell International Inc. | Feedback control for modulating gas burner |
-
1983
- 1983-10-28 JP JP58200996A patent/JPS6093231A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6093231A (ja) | 1985-05-25 |
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