JPH08247448A

JPH08247448A - 燃焼制御装置

Info

Publication number: JPH08247448A
Application number: JP4710295A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Tsuboi; 信義坪井; Kazuyuki Ito; 和行伊藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-03-07
Filing date: 1995-03-07
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】燃焼診断の高速化を図り、かつ低ＮＯｘで燃
焼の安定化を図った燃焼制御装置を提供すること。【構成】燃焼制御装置は、燃焼器２００と、燃焼器２
００内に形成される火炎を撮像するカメラ８２０と、画
像取込部８０４と、領域設定部８０５と、演算部８０６
と、画像処理部８０８と、画像処理モニタ８１０と、カ
メラ８２０の露光制御を行なう露光制御回路８５０と、
燃料量制御部８１６と、空気量制御部８１８とを有して
いる。画像取込部８０４を介して得られた火炎の画像の
うち画像処理対象となる画像領域が領域設定部８０５に
より設定され、この画像処理対象領域の輝度に応じて露
光制御回路８５０によりカメラ８２０の露光量が制御さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カメラにより燃焼火炎
を撮像し、この撮像信号を画像処理して得られた結果に
基づいて燃焼状態を制御する燃焼制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃焼火炎を映像として観測するシ
ステムについてはすでに多くの公知例、例えば特開昭62
-237221号、特開昭62−80430号公報などがある。これら
は火炎発光波長全体（可視光領域の輝度）の輝度分布を
基に燃焼状態を診断しようとするもので、本発明のよう
に特定波長を用いるものと本質的に異なる。

【０００３】一方、火炎の特定波長の輝度分布を取り込
んで分光分析に用いる例としては、カメラに取り込む火
炎発光のスペクトルのうち燃焼反応に深い係りを持つラ
ジカルのスペクトルを観測するために特定の波長を選択
的に抽出するために光学フィルタを用いていた。この
ようにカメラを分光に実際に使用した例としては、例え
ば、特開平3−207912号公報記載のガスタービン燃焼器
の火炎分光映像装置がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に掲載されて
いる火炎分光映像装置で行う分光のように、複数のフィ
ルタを切り換えて使用する場合には、フィルタ駆動のた
めの機構が必要となり、構造上、複雑になるという問題
が有った。

【０００５】また、この分光とは別に、燃焼状態によっ
て、発光輝度が異なり、露光が過大となり、画像処理に
用いるデータが飽和する問題があった。これを避けるた
めには、カメラ、画像処理装置等の機器のダイナミック
レンジを大きくすることが考えられるが、装置がコスト
高となり、また取扱う数値の桁数が大きくなり、画像処
理時間が長くなるという問題があった。

【０００６】この画像処理時間は火炎の燃焼状態観測シ
ステムのモニタとしてのみ利用するとしても当然高速処
理が望まれる。さらに、燃焼状態観測結果を用いて、燃
焼制御装置を構築するには火炎画像の高速演算処理が大
きな課題であった。

【０００７】本発明は、広い範囲の火炎の発光輝度に対
して、一定のダイナミックレンジのカメラを用いて、カ
メラのシャッタースピード等により露光量を制御する手
段を持ち、火炎の発光輝度状態に対応する。これにより
演算桁数を低く押える。さらに画像処理領域を設定する
ことにより演算時間を短くすることが可能となり、燃焼
診断の高速化が実現できるとともにこの診断装置を用い
て燃焼器を制御する燃焼制御装置を提供することを目的
とする。

【０００８】また、本発明は上記燃焼制御装置を用い
て、低ＮＯｘ燃焼を実現する火力発電用プラントを提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の燃焼制御装置
は、空気と燃料とを用いて火炎を形成する燃焼器と、該
燃焼器内の火炎のラジカルの発光輝度を測定する手段
と、前記発光輝度から燃焼器に導入される前記空気と燃
料との燃空比を演算する手段と、前記燃空比から前記燃
焼器に導入する燃料と空気とを制御する手段とを有する
ものであって、演算領域を限定する手段と前記発光輝度
を測定する手段と、露光量制御装置とを有することを特
徴とする。

【００１０】演算領域を限定する手段として、予め取り
込んだ１画面に対して火炎の生成付近に例えば、中心座
標と半径を与えることで、２次元平面を座標で指定する
ことが出来る。

【００１１】更に、本発明の燃焼制御装置は、前記演算
領域を限定する手段として、予め取り込んだ１画面に対
して、一定値以上の輝度を有する領域を１画面上のアド
レスとして記憶することにより、火炎の生成付近に２次
元平面を座標で指定する手段を有することを特徴とす
る。

【００１２】前記、領域の限定は、画像入力信号を用い
て、自動的に行うことを特徴とする。更に、本発明の燃
焼器制御装置は、前記発光輝度を認識する手段とカメラ
のシャッタースピードを制御する手段を有することを特
徴とする。

【００１３】また、本発明の燃焼器制御装置は、前記発
光輝度を認識する手段とカメラの絞り径を制御する手段
を有することを特徴とする。

【００１４】ここで、ラジカルの発光輝度の測定は光学
系と機構系、電気系を含めて、検出系と総称すると、本
発明の燃焼器制御方法は、ガスタービンを駆動する燃焼
器内の火炎を検出系により測定すること、該測定された
発光輝度から前記燃焼器に導入される燃料と空気との比
を演算すること、前記比から前記燃焼器に導入する燃料
と空気との量を制御することを有し、前記検出系が飽和
しない範囲に、前記検出系が有するカメラの露光量、シ
ャッタースピード及び／又は絞り径を制御することを有
することを特徴とする。

【００１５】更に、本発明は、ガスタービンを駆動する
燃焼器内の火炎におけるラジカルの発光輝度を画像処理
によって測定し、該測定された発光輝度から前記燃焼器
に導入される燃料量と空気量との比を演算し、前記燃空
比から前記燃焼器に導入する燃料量と空気量とを制御す
る燃焼制御装置であって、前記画像処理を施す領域の発
光輝度のうち最大輝度が所定の値を超えたとき、前記画
像を導きだす手段の露光量、シャッタースピード及び／
又は絞り径を上記最大輝度が測定系のダイナミックレン
ジ内に入るように制御することを特徴とする。

【００１６】また、火力発電プラントには、本発明に係
る上記燃焼器制御装置を備えることが好ましい。

【００１７】本発明の第１の態様としては、撮像面上に
複数の受光素子を備えるとともに、該一つの受光単位に
含まれる各受光素子は、その検出波長範囲が異なるこ
と、各受光素子の光検出信号を各々分離して出力するカ
メラを有している。

【００１８】上記一つの受光単位を構成する受光素子
は、上記撮像面上において隣接して配置されていること
が好ましく、上記一つの受光単位を構成する受光素子全
体での検出波長範囲は、可視光領域全体をカバーしてい
ることが好ましい。

【００１９】また、ある特定波長の光を観測するカメラ
において、上記各受光単位中には、上記特定波長付近に
おいて高い検出感度を有する受光素子が含まれることが
好ましい。上記特定波長としては、ＣＨラジカルと、Ｃ
₂ラジカルと、ＯＨラジカルとの発光波長のうちの少な
くとも一つが含まれることが好ましい。

【００２０】上記受光素子からの検出信号が測定領域の
いずれかで一定値をオーバーした場合にカメラの露光量
を減少させる手段を有することが好ましい。

【００２１】露光量を減少させる手段は、露光オーバー
を検出するソフトあるいはハードの画像処理装置、露光
オーバーを検出したとき該検出信号を出力する入出力イ
ンターフェース、カメラ露光制御回路を有し、カメラは
リモートコントロール端子を有し、該リモートコントロ
ール端子に電圧、パルス幅等を与えることにより実行す
ることを特徴とする。

【００２２】上記カメラの露光調整はシャッタースピー
ド、絞り径、ＣＣＤの感度を変えるチャージ時間の変
更、電圧変更のいずれかにより行われる。

【００２３】露光量の適正化に伴い、検出信号と燃空比
の関係を示す検量線が異なるので、前記露光量変更に対
応した検量線を用いて、燃空比の演算を行うことを特徴
とする。

【００２４】本発明の第２の態様としては、上記第１の
態様のカメラと、画像処理装置への入力信号が一定値を
超えたときシャッター速度を速く、一定値を割ったとき
シャッター速度を遅くする信号を発生するソフトあるい
はハードを有することを特徴とする。

【００２５】該シャッタースピード変更の信号が発生さ
れたときカメラコントロール端子にカメラコントロール
モードに応じた信号を発生する露光量制御回路を備えた
ことを特徴とするシステムが提供される。

【００２６】本発明の第３の態様としては、発光強度に
応じて露光条件を変更したとき、それに対応した検量線
を有し、露光条件と対応した検量線を用いて燃空比を演
算することを特徴とする。

【００２７】上記第１の態様のカメラと、該カメラの出
力信号を用いて、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号をそれぞれ合成する合
成手段と、を備えたことを特徴とする分光システムが提
供される。

【００２８】本発明の第４の態様としては、撮像面上に
複数の受光素子を備えるとともに、各受光素子の光検出
信号を各々分けて出力するカメラにおいて、その検出波
長範囲に、ＣＨラジカルの発光波長を含むが、Ｃ₂ラジ
カルおよびＯＨラジカルの発光波長は含まない第１の受
光素子と、その検出波長範囲に、Ｃ₂ラジカルの発光波
長を含むが、ＣＨラジカルおよびＯＨラジカルの発光波
長は含まない第２の受光素子の二つを有すること、該カ
メラはコントロール端子を有することを特徴とするカメ
ラが提供される。

【００２９】ＣＨの発光波長と燃空比の関係を示す検量
線とＣ₂の発光波長と燃空比の関係を示す検量線から燃
空比を演算する。

【００３０】さらに前記ＣＨ、Ｃ₂の信号の比をとるこ
とにより発光強度と燃空比の関係をより正確に求めるこ
とが出来る。

【００３１】本発明の第５の態様としては、上記第１の
態様のカメラと、該カメラの適正露光の出力信号を用い
て、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号をそれぞれ合成する合成手段と、を
備えたことを特徴とする分光システムが提供される。

【００３２】本発明の第６の態様としては、ＣＨの波長
に近いいわゆる光の３原色のＢ、Ｃ₂の波長に近い３原
色のＧ、この他に３原色Ｒ付近に検出感度を有する３つ
のの受光素子を備えるとともに、各受光素子の検出信号
を各々分けて出力するカメラを用いて、隣接した複数の
受光素子を一つの受光単位とし、該一つの受光単位に
は、通常のカラーテレビの感度曲線に一致した感度曲線
を備えたカラー画像用の受光素子と、各受光素子の検出
波長範囲が互いに重ならない分光分析用の受光素子と、
が含まれること、を特徴とするカメラが提供される。

【００３３】本発明の第７の態様としては、燃焼場の燃
空比の均一性（燃空比の分布）から火炎の燃焼状態を評
価するための燃焼評価装置において、火炎を撮影するカ
メラと、上記カメラの出力信号を用いて露光調整を行う
ための露光制御回路を備え、該カメラの出力信号を用い
て火炎画像を表示する表示手段と、上記カメラの出力信
号を用いて火炎の燃焼性を評価するための物理量を求め
る演算手段と、を有することを特徴とする燃焼評価装置
が提供される。

【００３４】本発明の第８の態様としては、燃料と空気
とを燃焼させるバーナと、上記バーナに燃料および空気
を供給する供給手段と、上記バーナに供給される燃料と
空気とのうちの、少なくとも一方の供給量を調整する調
整手段と、火炎を撮影するカメラと、上記カメラの出力
信号を用いて火炎画像を表示する表示手段と、上記カメ
ラの出力信号を用いて火炎の燃焼性を評価するための物
理量（空気量、燃料量、湿度、空気温度等）を求める演
算手段と、上記演算手段の求めた上記物理量に応じて上
記調整手段を制御する制御手段と、を有することを特徴
とする燃焼制御システムが提供される。

【００３５】本発明の第９の態様としては、燃料と空気
とを燃焼させるバーナと、上記バーナに燃料および空気
を供給する供給手段と、上記バーナに供給される燃料と
空気とのうちの、少なくとも一方の供給量を調整する調
整手段と、火炎を撮影するカメラと、上記カメラの出力
信号を用いて火炎画像を表示する表示手段と、上記カメ
ラの出力信号を用いて火炎の燃焼性を評価するための物
理量を求める演算手段と、上記演算手段の求めた上記物
理量に応じて上記調整手段を制御する制御手段と、を有
することを特徴とする火力発電用プラントが提供され
る。

【００３６】また、本発明は、カメラの出力信号が一定
値を超えたとき、カメラの露光量を減少させることを特
徴とする自動露光燃空比評価装置にある。

【００３７】さらに、本発明は、撮像面上に複数の受光
素子を備えるとともに、各受光素子の光検出信号を各々
分けて出力するカメラから入力する画像処理装置であっ
て、画像処理を施す領域の数値が一定値を超えたとき、
カメラのシャッタースピード／およびあるいは絞り径を
変えて一定値以下にすることを特徴とする。

【００３８】さらに、画像処理を施す領域の数値が一定
値を超え、カメラのシャッタースピード／およびあるい
は絞り径を変更する信号が発生されたとき、それに応じ
てカメラを遠隔から操作する電圧、パルス幅を持つ信号
を発生し、該機構を制御することが望ましい。

【００３９】さらに、画像処理を施す領域の数値が一定
値を超えたとき、露光量と燃空比の関係を示す検量線の
変更とカメラのシャッタースピード／およびあるいは絞
り径を変更する信号をそれぞれ発生する画像処理装置を
有することが望ましい。

【００４０】さらに、燃焼条件の空気量および燃料量測
定手段とラジカル発光強度を対比して、燃空比とラジカ
ル発光の関係を示す検量線を自動的に作製することが望
ましい。

【００４１】さらに、露光オーバーの場合は露光量を適
切にした状態で、燃焼条件の空気量および燃料量測定手
段とラジカル発光強度を対比して、燃空比とラジカル発
光の関係を示す検量線を自動的に作製することが望まし
い。

【００４２】さらに、カメラの出力信号が一定範囲から
逸脱したとき、ＣＣＤのチャージ時間を増減させ、出力
信号が一定範囲に入るようにすることが望ましい。

【００４３】さらに、カメラの出力信号が一定範囲から
逸脱したとき、光学フィルターの減衰度を増減させるこ
とが望ましい。

【００４４】さらに、カメラの出力信号が一定値を超え
たとき、ＣＣＤの印加電圧を増減させることが望まし
い。

【００４５】

【作用】上記構成の燃焼制御装置では、露光調整手段に
よって、各受光素子各々の出力信号が飽和すること無し
に一定検出波長範囲で燃焼による発光強度を検出するこ
とができる。そして、合成手段により受光素子Ｒ、Ｇ、
Ｂの各受光素子の出力信号を合成することによって、通
常のカラー画像を得ることができる。

【００４６】火炎の燃焼状態の評価には、波長４３１ｎ
ｍ付近に高感度を有する受光素子Ｂ、５１７ｎｍ付近に
高感度を有する受光素子Ｇの少なくとも一つを上記特定
波長としておけば、燃焼に伴って生じる反応中間体ラジ
カルの発光強度を検出することができる。

【００４７】さらに、画像処理を施す領域の輝度が一定
値を超えたとき、シャッターおよび／あるいは絞りを変
更するので、発光強度が強くなっても、飽和現象は生じ
ない。従来装置のように露光量を一定にした状態で燃焼
器の火炎の発光輝度の測定を行なうと、発光強度の強い
領域や全体的に強くなった場合には、検出信号に歪を生
ずるために飽和しない場合の検量線を用いて、燃空比の
演算を行うと当然誤差が生ずる。

【００４８】本発明では露光調整を自動的に行い、また
それに対応した検量線を用いた演算を実行することによ
り、発光強度に関係無く精度の高い測定が出来る。特
に、燃焼器のバーナは安定燃焼のため拡散燃焼とＮＯｘ
低減のため予混合燃焼を併用する場合が多く、この燃焼
方式の違いは発光強度に大きな差がある。このためこの
双方を正確に測定するためには露光の適正化が必要であ
る。また、露光の適正化を図ったＲ、Ｇ、Ｂの受光素子
の出力信号を用いることによって、ハレーションの無い
カラー画像を得ることができる。

【００４９】また、燃焼器では負荷要求に応じて空気
量、燃料量が制御されて、火炎の発光強度が変わる。こ
れに応じてカメラの露光条件を変えると実際の発光強度
と受光素子の受光量は変わる。この検出感度の違いを補
正するためにそれぞれの露光条件における各受光素子が
検出する信号強度と燃料量、空気量の計測結果から求ま
る燃空比の関係を示す検量線を作製する必要がある。こ
れは試運転時に行って記憶しておくことが出来る。

【００５０】また、営業運転時に逐次、燃焼条件の実測
値から検量線を作製することもできる。いずれにしても
露光条件と対応した検量線を用いて、演算することによ
り、精度の高い測定が可能となる。

【００５１】ところで、上記した露光条件の変更を実施
しないで露光条件一定で測定するには、測定レンジを大
きくするか、検出感度を低くするかが考えられるが、い
ずれも次の欠点がある。測定レンジを大きくするには検
出器からＡ／Ｄ変換器、演算器の桁数を多くする必要が
あり、機器のコストが高くなるだけでなく、演算時間が
長くなり実用的でない。また、検出感度を低くするのは
分解能が悪くなる。このように露光条件を適切にするこ
とにより、表示手段に表示された火炎画像による燃焼状
態の監視と、演算手段の算出した物理量を用いた評価と
が可能になる。さらに、本発明では画像処理領域を予め
設定して、その領域のみについて画像処理のための演算
を行うようにしたので、演算回数が減少し、上記演算時
間を大幅に短縮することが可能になる。この画像処理領
域は負荷の少ない時や複数個存在する燃焼器の稼働状況
の異なるときに取り込んだ火炎の輝度による画像情報か
ら一定値を超えた領域を認識することにより自動的に設
定できる。

【００５２】また、上記した設定領域のうちさらに、こ
の領域を代表する一部を抜粋することにより、その部分
を利用して燃焼状態の認識を高速化して、燃料量／空気
量の流量比を制御することができる。

【００５３】また、燃焼器に導入する燃料量と空気量を
制御する制御手段は、燃焼器に供給された空気量、燃料
量、湿度、空気温度等の物理量を用いて燃料量及び空気
量を調整する調整手段を制御する。これにより供給手段
による燃焼器への燃料、空気の供給量を正確に調整する
ことができる。

【００５４】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

【００５５】図１、図２には本発明に係る燃焼制御装置
の一実施例の構成が示されている。これらの図におい
て、燃焼器２００はＦ１燃焼器２８４およびＦ２燃焼器
２７２を備え、火炎２４１を形成する。

【００５６】前記Ｆ１燃焼器２８４およびＦ２燃焼器２
７２より形成される火炎２４１の発光画像を、カメラ８
２０で採光する。このカメラは、赤画像信号（Ｒ信
号）、緑画像信号（Ｇ信号）、青画像信号（Ｂ信号）が
それぞれ単独でも、合成でも出力できる、いわゆるＲＧ
Ｂ対応の電子カメラである。

【００５７】本実施例に係る燃焼制御装置は、１台のカ
メラで複数のバーナの燃焼性を評価、制御する点を特徴
とするものである。カメラの視野は該複数のバーナの火
炎を見るために図に示すように燃焼器の軸方向、好まし
くは軸上に設置するの良い。また、カメラ８２０の出力
するＲＧＢ信号は、上記カラーモニタ８０２等への出力
と並行して、画像取り込み部８０４および演算部８０６
へ送られている。演算部８０６では、Ｇ信号、Ｂ信号を
用いて燃焼状態を評価するための燃空比算出処理等が行
われる。該燃空比算出処理については、図６を用いて後
ほど詳細に説明する。

【００５８】演算部８０６により処理された信号は、画
像処理部８０８に至る。ここでは、例えば燃焼状態を評
価するための物理量画像（画像処理して得られた燃焼状
態を示す画像）について、擬似カラー表示処理、任意の
強度以上と以下を２分化する２値化処理、２値化処理し
た画像についての面積算出、位置算出、境界のみを線で
結ぶエッジ処理、エッジで囲まれた領域の面積算出、エ
ッジ長算出、測定領域内の全画素の受光強度の平均値及
び分散算出等を行う。入力物理量画像について、以上の
ような特徴量として算出された結果は、比較部814、画
像処理結果のモニタ装置８１０へ出力される。

【００５９】画像処理結果の画像処理モニタ８１０で
は、主に燃焼状態を評価するための物理量画像につい
て、擬似カラー表示処理された結果が表示されるが、上
記処理結果像でもよい。従って、画像処理モニタ８１０
に映し出されている炎と、カラーモニタ８０２が映しだ
している炎とは同一の炎についての映像ではあるが、そ
の表示画像はカラーモニタ８０２とは異なったものとな
る。なお、画像取り込み部８０４、演算部８０６、画像
処理部８０８等による処理結果は、図２記載の処理結果
を記憶する記憶部８１２に記憶され、後日利用すること
ができる。

【００６０】比較部８１４では、記憶部８２６に予め記
憶されている理想的な燃焼火炎の特徴量データと、実際
に入力された実燃焼火炎の特徴量データとが比較され
る。実際の燃焼火炎と理想的な燃焼火炎との差異が大き
な場合には、任意の範囲内で一致するような制御信号が
燃料量制御部８１６、空気量制御部８１８等へ出力され
る。

【００６１】燃料量制御部８１６、空気量制御部８１８
は、これらの制御信号に従って、燃焼器２００内に燃料
を供給する燃料量制御弁２５６を、燃焼器２００内に空
気を供給する空気量制御弁２７０、２７１の開度を変更
する。例えば、空気が不足している場合には、空気量制
御部８１８は、供給する空気量を増加させる。これによ
り、常に最適な燃焼状態を保つことができる。

【００６２】本実施例は、燃焼状態を適正な露光条件で
検出するための構成（つまり、カメラ８２０、露光制御
回路８５０、演算部８０６等）とそれに応じた演算を高
速で演算するための領域設定部805を持つことを特徴と
するものである。この領域設定部は本図ではこの位置に
記載してあるが、画像取り込み部８０４から比較部８１
４までの間であれば他の位置にあっても同様な効果が得
られる。

【００６３】また、実際には演算を行うときに領域と対
応した記憶部のアドレスを利用して、その領域内の演算
のみをソフト的に行うことも可能であり、カメラの視野
全体の演算に比べて高速に実施できる手段となる。した
がって、ソフト的な手段も当然本発明に含まれる。これ
らの燃焼状態を検出する燃焼診断によって、燃焼条件を
制御することを特徴とするものである。したがって、こ
れ以降においては、特徴点を中心に説明する。

【００６４】燃焼器２００はガスタービン燃焼器であ
り、空気中に燃料を噴出する拡散燃焼のＦ１燃焼器２８
４と空気と燃料を予め混合した状態でノズルから噴出す
る予混合燃焼のＦ２燃焼器２７２がある。もちろん、Ｆ
１燃焼器２８４、Ｆ２燃焼器２７２とも予混合燃焼の燃
焼器であっても良い。カメラからの撮像結果のうち、燃
空比分布画像は、画像処理モニタ８１０に表示され、Ｆ
１燃焼器２８４とＦ２燃焼器２７２で形成される火炎帯
の燃空比分布全体が同時に測定できる。したがって、本
実施例においては、同時に複数のバーナの燃焼状態を評
価し、管理できる効果がある。Ｆ１燃焼器２８４で形成
される火炎２４３やＦ２燃焼器２７２で形成される火炎
２４１は、それぞれの火炎では均一の燃空比で燃焼する
ことが望ましいが、なんらかの原因で不均一になってい
る場合が有る。

【００６５】本実施例によれば、燃焼器２８４、２７２
で形成される火炎において燃空比が不均一となっている
事実、およびその不均一となっている火炎の領域を特定
することができる。

【００６６】図２は画像処理、表示、および記録に関す
る装置の説明図である。カメラ８２０の出力する信号
は、赤画像信号（Ｒ信号）、緑画像信号（Ｇ信号）、青
画像信号（Ｂ信号）独立に出力される型式で、通常のＲ
ＧＢ入力端子のカラーモニタ８０２で合成されて火炎の
カラー画像が監視用として出力される。したがって、カ
ラーモニタ８０２には、肉眼で見た場合と同様の炎の映
像が映し出される。また、同時に無処理の元画像とし
て、画像記憶装置８２４に記憶される。したがって、後
日、この画像を再生することができる。

【００６７】本実施例に係る燃焼制御装置を構成するカ
メラ８２０は、赤画像信号(Ｒ信号）、緑画像信号(Ｇ信
号）、青画像信号（Ｂ信号）がそれぞれ単独でも、合成
した信号としてでも出力できる、いわゆるＲＧＢ対応の
電子カメラである。

【００６８】カメラ８２０の相対検出感度は、図３に示
すとおり、青画像は波長４５０ｎｍに、緑画像は波長５
１０ｎｍに、赤画像は波長６００ｎｍに最大感度を有し
ている。したがって、後述する図４に示す火炎の発光ス
ペクトルと重ね合わせて考えると判るとおり、カメラ８
２０で炎を撮像した場合、青画像信号（Ｂ信号）として
得られる画像は主にＣＨラジカルの光であり、緑画像信
号（Ｇ信号）として得られる画像は主にＣ₂ラジカルの
光である。

【００６９】上記各画像信号の検出感度の幅は、極めて
狭いものではなく有る程度の幅を有している。したがっ
て、例えば、青色を検出する受光素子は波長４５０ｎｍ
の光だけではなく、４５０ｎｍ付近の光もある程度検出
する特性を備えている。しかし、火炎の光は、図４に示
した波長以外の成分は微弱なため、分析を行う際に問題
となることはない。

【００７０】さらに、本実施例のカメラ８２０は受光素
子全体としてみた場合、可視光域全体について光を検出
できるようになっている。

【００７１】次に、演算部８０６によりなされる火炎の
燃空比算定の原理を説明する。

【００７２】“燃空比”とは、Ｑ_f／Ｑ_aで規定されるも
のである。ここで、Ｑ_fは供給された燃料量であり、Ｑ_a
は供給された空気量である。

【００７３】燃空比条件を変えて測定した、火炎の発光
スペクトルの一例を図４に示す。

【００７４】図４において、燃空比条件１が空気が過剰
な場合（実線で示されている）、燃空比条件２が空気が
不足した状態である（破線で示されている）。この図を
見れば判るように、反応中間体であるＯＨラジカル、Ｃ
Ｈラジカル、Ｃ₂ラジカルの強い発光（ＯＨラジカル：
３１０ｎｍ、ＣＨラジカル：４３１ｎｍ、Ｃ₂ラジカ
ル：５１７ｎｍ）が観察され、燃空比条件でそれらの強
度が変化することが判る。すなわち、各ラジカルの発光
強度と燃空比の関係を調べておけば、ラジカルの発光強
度から燃空比を知ることができる。

【００７５】図５は燃空比に対する各ラジカルの発光強
度を示したものである。横軸の燃空比を当量で示すのは
燃料量と空気量とが完全燃焼するときの理論値である。
この当量より左側が空気過剰領域であり、当量から離れ
るほど空気過剰率は高くなる。

【００７６】ＯＨラジカル、ＣＨラジカル、Ｃ₂ラジカ
ルともに空気過剰になるほど（燃料量が少ないほど）発
光強度は低下する。この図から何れかのラジカルの発光
強度を測定すれば燃空比は求められる。

【００７７】しかし、単に一つのラジカルの発光強度の
みを調べたのでは、火炎を観察する窓の汚れや測定系の
ゲイン変動に起因した発光強度の測定誤差が生じる場合
がある。これを無くすためには各ラジカル間の発光強度
の比を求め、この比を用いると、窓の汚れやゲイン変動
による影響を相殺することができる。

【００７８】ＣＨ／Ｃ₂ラジカル間の発光強度比と燃空
比の関係を調べた結果を図６のシャッタースピード１／
６０の線で示す。この線は燃空比を変えて、ＣＨラジカ
ルとＣ₂ラジカルの発光強度を測定して、それぞれの発
光強度比で示したものである。

【００７９】このように発光強度比を求めることによっ
て、前記した測定誤差を無くし、火炎の燃空比を知るこ
とができる。なお、ＯＨラジカルは紫外光なので、通常
市販の材質が石英以外のガラス材料の光学部品類では、
減衰してしまう。そこで、扱いやすい光として、可視光
域の光であるＣＨラジカルとＣ₂ラジカルの発光を用い
る、すなわち４３１ｎｍと５１７ｎｍの光の強度を調べ
て、燃空比を求めるのが実用的である。

【００８０】ところで、前記したＦ１燃焼器、Ｆ２燃焼
器はその燃焼方式の違いにより、発光輝度が大きく異な
る。また、燃焼器は発電機に要求される負荷により、燃
空比は同一でも空気量及び燃料量が異なるため発光輝度
が変わる。このため、図６に示した燃空比とＣＨ／Ｃ₂
ラジカル間の発光強度比から燃空比の不均一を求める分
解能を持たせるには測定系のダイナミックレンジを大き
くする必要がある。

【００８１】しかし、測定系のダイナミックレンジを大
きくするには、Ａ／Ｄ変換器、演算装置のビット数を増
やす必要があり、コスト高になるばかりでなく、演算時
間が長くなり、実用的でない。本発明では、Ａ／Ｄ変換
器、演算装置のビット数を増やさず、ダイナミックレン
ジを見掛け上、増やすようにしている。

【００８２】図７は露光オーバーの場合にシャッター、
絞り径などにより適正露光に制御する場合の説明図であ
る。図７は燃空比が同一の場合でも燃料量、空気量が多
く発光強度が大きい場合を示しており、Ａ／Ｄ変換回路
等の飽和現象が起きる例を示している。ＣＨラジカルの
発光強度は、飽和領域にありカメラからの画像信号は斜
線部で飽和する。このためＣＨ／Ｃ₂は飽和しないとき
の発光強度比と異なる。このような画像信号を用いて、
図６に示したような燃空比の演算を行うと当然演算誤差
が生ずる。そのためシャッタースピードを変えるなど適
正露光条件で火炎を撮像することにより図８に示すよう
にＣＨ／Ｃ₂は直線性を有し、演算誤差のない正しい燃
空比の分布が得られる。

【００８３】図９は適正露光を得るための手段の一つを
示す例である。燃焼条件により燃焼器における発光強度
は異なり、カメラから画像処理装置に取り込まれる画像
信号は露光オーバーあるいは露光不足となる場合があ
る。しかし、カメラから取り込まれる画像信号が一定値
を超えた場合、フローチャートのようにシャッタースピ
ードを速くするＳＳＵＰ指令出力が出され、シャッター
制御回路により、カメラのシャッタースピードが速めら
れる。逆にカメラから取り込まれる画像信号が一定値を
以下になった場合、フローチャートのようにシャッター
スピードを遅くするＳＳＤＮ指令出力が出され、シャッ
ター制御回路により、カメラのシャッタースピードが遅
められる。このようにして燃焼条件の違いにより発光強
度が異なっても、画像処理装置に取り込まれる画像信号
は一定範囲内の歪の無いデータとなる。ここで、露光条
件を変えることにより歪の無いデータが得られる。

【００８４】このように露光条件を変えた場合の燃空比
演算は、露光条件ごとに求めた燃空比と発光強度比から
求める。前述したようにカメラから出力される青画像信
号（Ｂ信号）と緑画像信号（Ｇ信号）の検出強度比か
ら、ＣＨラジカルとＣ₂ラジカルの発光強度比を求め、
この強度比と燃空比の相関関係から燃空比を演算する。
この燃空比は該強度比の算出を１受光単位毎につまり、
画面上、青画素と緑画素との間で同一の受光単位ごと
に、かつ、画面全体あるいは、所望の領域のみについて
行えば、燃空比分布画像を得ることができる。

【００８５】図１０、図１１は演算時間の短縮化を図る
ために領域を限定する説明図である。図１０は画像処理
領域を設定する領域設定部８０５の処理内容を示すフロ
ーチャートの一例である。カメラ８２０から取り込まれ
る画像は、火炎とカメラ８２０の対物レンズの相対位
置、レンズ仕様により異なる。このため図１０のフロー
チャートにおいて最初は領域自動設定では無い方の処理
の流れが選択される。

【００８６】前述したように燃焼状態により火炎の発光
輝度が異なるので、例えばＦ１燃焼器２８４の火炎のみ
が燃焼している状態で火炎画像を取り込み、カメラ８２
０の視野全体の輝度を取り込む。この時、当然、カメラ
視野全体のうち火炎の部分は輝度が高く、その他の部分
は低い。

【００８７】そこで、カメラ視野全体のうち輝度が一定
値を超えている領域のみを取り出し、Ｆ１領域とする。
Ｆ２領域はＦ１燃焼器２８４およびＦ２燃焼器２７２の
火炎が同時に燃焼している状態であっても、先にＦ１領
域が設定されていると、このアドレスを削減することに
より、輝度が一定値を越えている領域のアドレスをＦ２
領域として設定できる。一度この領域を記憶しておけ
ば、その後は取り込んだ火炎に対して、その領域だけの
演算を行うことができる。

【００８８】図１１は画像処理領域を自動設定する際の
領域設定部８０５の処理内容を示すフローチャートであ
る。同図に示すように領域自動設定では既設定領域を参
考にするかしないかでフローチャート上で処理の流れが
変わる。通常は既設定の領域を参考にして、閾値以上の
輝度を示す領域のアドレスを抽出し、そのアドレスが既
設定の領域と比較して、その位置や面積が大略一致する
場合を新たな領域とする。これは火炎を取り込むレンズ
位置が少しずれた場合、火炎輝度が変わった場合などに
自動的に領域を変更するときに効果的である。

【００８９】自動設定のフローチャートで既設定の領域
を参考にしないときは、アドレスの比較を行わないで閾
値Ｔｈ１、Ｔｈ２を越える輝度を示すアドレスをそれぞ
れＦ１領域、Ｆ２領域とする。

【００９０】一度この領域を記憶しておけば、その後は
取り込んだ火炎に対して、その領域だけの演算を行うこ
とができる。例えば燃空比の分布を求める場合、設定領
域のみのＣＨラジカルとＣ₂ラジカルの発光強度比を求
め、この発光強度比と燃空比の相関関係から燃空比を演
算すると演算時間が短縮される。

【００９１】図１２はＦ１燃焼器２８４の火炎のみが取
り込まれた場合であり、容易に領域の設定は可能であ
る。

【００９２】図１３はＦ１燃焼器２８４の火炎とＦ２燃
焼器２７２の火炎が同時に取り込まれた場合である。予
めＦ１領域が設定できていない場合は次のように行う。
これらの火炎は燃料と空気の混合状態が異なるため輝度
が異なり、この輝度の違いを利用して、閾値を適当に設
定することにより、分別できる。

【００９３】以上のように、本実施例の自動露光および
領域設定が可能な燃空比評価装置では、１台のカメラを
用いて、通常のカラー画像による火炎の監視と、燃空比
の分布画像を求めることができる。しかも、この燃空比
の分布画像を得るに必要な時間は短く、かつその、精度
も良い。

【００９４】また、装置の操作も容易である。したがっ
て、燃料量及び空気量をより精密に制御することがで
き、環境性に優れ、かつ、燃焼効率の高い燃焼システム
を得ることができる。また、カメラが一台であるためピ
ントの調整は容易である。

【００９５】本実施例のカメラ８２０は、そのまま広く
火炎の燃焼状態を測定するのに使用可能である。この場
合、火炎のもととなる燃料は、天然ガス、重油等様々な
液体、気体の燃料について適用することができる。これ
は、これらの燃料はいずれもＣ、Ｈ等の元素を含み、火
炎部分においては、ＣＨラジカル等の発光を伴っている
からである。但し、Ｃを含んでいても石炭等のような固
体燃料は、燃焼の際に、ラジカル発光の他に輻射熱も放
出するため、カメラ８２０をそのまま適用するのではな
く、別途、なんらかの対策を施す必要がある。カメラの
受光素子の感度曲線等を変更すれば、他のあらゆる燃焼
状態の評価に使用できるのは言うまでもない。

【００９６】次に本発明に係る燃焼制御装置の他の実施
例について説明する。

【００９７】本実施例に係る燃焼制御装置は、評価領域
に対して１台のカメラで複数のバーナの燃焼性を評価、
制御する点を特徴とするものである。

【００９８】図２の燃焼器２００はガスタービン燃焼器
であり、Ｆ１燃焼器２８４とＦ２燃焼器２７２とを有し
ている。カメラ８２０からの撮像結果に基づいて画像処
理を行い、演算された燃空比分布画像は、画像処理モニ
タ８１０に表示され、Ｆ１燃焼器２８４とＦ２燃焼器２
７２で形成される火炎帯の燃空比分布全体が同時に測定
できる。したがって、本実施例においては、同時に複数
のバーナの燃焼状態を評価し、管理できる効果がある。

【００９９】Ｆ１燃焼器２８４で形成される火炎２４３
やＦ２燃焼器２７２で形成される火炎２４１は、それぞ
れの火炎帯では均一の燃空比で燃焼することが望ましい
が、なんらかの原因で燃空比の分布が不均一になってい
る場合が有る。本実施例によれば、不均一となっている
事実、およびその不均一となっている場所を特定するこ
とができる。

【０１００】図１２、図１３に示すように、Ｆ１燃焼器
２８４内側の燃焼状態を評価する際には、画面上、この
火炎２４３の映っている領域のデータを用いて判断し、
Ｆ２燃焼器２７２の燃焼状態を評価する際には、火炎２
４１の映っている領域のみを用いて判断する。

【０１０１】図１４はＦ１燃焼器２８４とその燃焼火炎
２４３の画像処理結果を示す図である。同図において１
〜８はノズル番号であり、同図に示すようにノズル２、
ノズル５の燃空比が他のノズルの燃空比と異なるときは
図１４の左の図のように画像処理による燃空比の不均一
があきらかとなる。この図では判りやすいようにノズル
単位で説明したが、同一ノズルにおける燃空比の不均一
も測定可能である。これは火炎の発光分布を露光量が適
正状態下に取り込むと火炎の発光分布のダイナミックレ
ンジが大きくとれ、分解能が高くなるためである。した
がって、この燃空比の不均一を解消すべく、燃料量、空
気量の調整等を行うことができる。あるいは、この不均
一の原因が燃焼器自体の構造的なものであれば、改造個
所も明らかになる。炎を均一に燃焼させることは、燃焼
効率の向上につながり、また、排出ガス中の窒素酸化物
濃度も低減できるので、燃空比分布の測定は非常に効果
的である。

【０１０２】なお、測定対象が複数あり、かつ、その光
の波長が測定対象によって異なっているような場合、例
えばＦ１燃焼器２８４には炭化水素系の燃料を使用し、
Ｆ２燃焼器２７２には炭化水素を含まない燃料を使用す
る場合には、ＣＣＤの撮像面上の位置に応じて前記シャ
ッター速度、絞り径の少なくとも一方を変更することに
より感度特性を変えても良い。言うまでもなく、Ｆ１燃
焼器２８４を測定するときの感度特性は、Ｆ１燃焼器２
８４の光を観測するに適したものとする。

【０１０３】一方、周辺領域の測定をするときの感度特
性は、Ｆ２燃焼器２７２に適したものとする。

【０１０４】上記実施例の説明ではカラー画像用のモニ
タと、分光分析用のモニタとを別々に設けていたが、テ
レビモニタを１台としてもよい。この場合でも、両機能
の切り換えは装置内での信号処理の内容（あるいはモニ
タに出力する信号の選択）を変更するだけでよいため、
故障等の生じる可能性はほとんどない。また、操作も容
易である。

【０１０５】上記実施例の説明においては、ＣＣＤを使
用したカメラを前提として説明を行ったが、これに限定
されるものではない。撮像面上において、画素毎に検出
波長範囲を異なるものとすることができるカメラであれ
ば、他の原理あるいは他の方式によって光を検出するカ
メラにも適用可能であることは言うまでもない。

【０１０６】図１５は、本発明の燃焼制御装置を備えた
火力発電プラントの制御システムの一実施例の構成を示
す概略図である。同図において燃焼条件の空気温度は空
気温度センサ２８２、空気圧力は空気圧力センサ２７
８、空気湿度は空気湿度センサ２８６、燃料発熱量は燃
料発熱センサ２５４で測定されて、燃焼条件・燃焼結果
マップ７０８に取り込まれる。

【０１０７】また、空気量、燃料量は図１０で述べた測
定結果を取り込むのが好ましいが、代替値として空気流
量制御信号７１６、燃料流量制御信号７１８を取り込ん
でもよい。これらの燃焼条件と空気量、燃料量に対する
燃焼器２００の燃焼状況に関して画像処理装置８０８か
らの信号が取り込まれる。

【０１０８】また、排ガスセンサ２８０、あるいは燃空
比センサ２８１で測定されて、燃焼条件・燃焼結果マッ
プ７０８にそれぞれ対比して取り込まれる。

【０１０９】燃空比は低いほどＮＯｘも低いことが知ら
れているが、その反面、失火する確率も高くなる。この
ため得られた燃空比から空気量、燃料量を増減する指令
が与えられている。この燃空比とＮＯｘ、失火を発生し
ない安定燃焼の限界は燃焼条件ごとに逐次、記憶され
て、実機としての燃焼器の制御指令用のマップとして、
利用できる。

【０１１０】このようにして、燃焼条件と負荷要求に対
するこの燃焼器特有の最適な燃料量、空気量の指令値が
燃焼条件・燃焼結果マップ７０８に記憶されていく。前
記したように燃焼条件はそれぞれの条件の組合せで無数
にあるので、燃焼状況に有意差のない範囲は同一の条件
と見做して取扱う。

【０１１１】ホストコンピュータ７００は負荷要求や予
め入力されている基本制御計画に基づき、稼働指令およ
び負荷指令を出力する。ＭＰＵー１（全体制御）７０１
は稼働指令および負荷指令を受けて、燃料流量、空気流
量を決定し、流量指令値を出力する。ここで、燃焼条件
の空気温度、湿度、等は各センサで適宜測定されて、マ
ップ参照のポインタになる。

【０１１２】燃焼条件に変化があった場合にはポインタ
が、直ちに燃焼条件に対応した燃焼条件・燃焼結果マッ
プ７０８を参照して流量制御信号に変換し、燃料量、空
気量を適正に調整する。

【０１１３】本実施例では、燃焼条件の変化する速度を
考慮して、燃焼条件のサンプリングタイムに差を持たせ
た。すなわち、温湿度の変化はゆるやかであるのでサン
プリングを遅く、負荷要求に対してはサンプリングを速
くした。

【０１１４】ところで燃料発熱量は通常遅い変化である
が、燃料タンクの安全弁が作動したときの燃料発熱量は
高くなる。ＮＯｘ値は空気中の窒素が高温にさらされた
ときに生じるので、発熱量が高い燃料ガスの場合は一般
に燃空比は低くするのが良い。この発熱量変化は安全弁
から燃焼器までの配管の長さに依存する時定数を以っ
て、燃焼器に達する。この時定数は装置によって固有で
あるので、安全弁の動作を検出して、割込み制御ができ
る。燃料タンクの安全弁の動作が復帰したら、一定の時
定数を持たせて通常の燃空比の指令値に戻る。ここで
は、図示していないが安全弁の動作信号を元に割込みを
発生して、時定数を合わせた燃料流量制御信号７１８を
出力できる。

【０１１５】安全弁の動作信号を使わない手段として、
発熱量サンプリングタイムを速くすることによる対応も
可能である。

【０１１６】ここでは安全弁の動作に対して、燃料量を
増減する制御について述べたが、空気量を制御しても良
い。

【０１１７】また、安全弁からのガスを別配管に逃すこ
とも有効な手段である。実際には安全弁が動作したと
き、あるいは液化天然ガス（ＬＮＧ）組成の違いを含め
て、燃料発熱量の変化は代表性状として２〜５程度を表
あるいはマップとして準備しておけば十分である。これ
により、燃料発熱量に対応した燃空比を出力できる。

【０１１８】ところで、ここまでは定格回転時の流量の
制御について述べてきたが、発電機４００の起動時には
燃焼器２００に圧縮空気を送りこむ圧縮機１００の回転
数が変化するため、圧縮機１００の空気圧力が変化す
る。このため、発電機４００起動時の流量制御は定格時
とは異なるパターンとする必要がある。このため起動時
には起動パターン７１０を別途設けて、起動時の流量制
御を行う。この起動パターンも空気量、温度、湿度、圧
力、燃料発熱量などの燃焼条件の違い、起動条件の違い
を保持している。

【０１１９】次にメモリ領域のデフォルト値７１２は学
習するマップ７０８に対して、試運転時に設計値を入力
しておく領域である。これは過去の燃焼器のデータベー
スから同型の燃焼器の最適値を試運転前に入力する領域
である。この領域はバックアップのためにＲＯＭを用い
るか、あるいはＲＡＭにする場合、簡単に書替ができな
いプロテクトを掛けておくのが良い。新たな燃焼器の運
転当初はこの指令値を利用して、燃焼条件と負荷要求に
対する流量制御を行う。

【０１２０】前記したようにカメラによる画像情報から
燃空比を演算して、その燃空比とＮＯｘの相関が得られ
るので、カメラ情報をリアルタイムでフィードバックし
て最適な燃空比に制御することができる。この他、例え
ばＮＯｘの値をリアルタイムでフィードバックして、最
適な燃空比に制御することが考えられるが、ＮＯｘセン
サの耐熱性から本発明ではタービン３００の出口に設置
して置くのが、実用的であるため、燃空比とＮＯｘの実
測値には時間的な遅れがある。このようにＮＯｘのみに
よるフィードバック制御は困難であり、前記した燃焼条
件と燃焼結果を学習しておいて、オフラインで過去のデ
ータを利用することもできる。

【０１２１】この他、本発明の燃焼制御装置に使用され
るＲ、Ｇ、Ｂ出力の分光カメラは例えば、プラズマ化学
プロセスにおけるプロセス管理への適用が考えられる。
プラズマ化学プロセスとは、発光を伴うラジカルを反応
に使用して、物質を合成するプロセスであり、発光を伴
うラジカルの分布状態が製品の性状を大きく左右する。
したがって、このラジカルの分布状態を常に監視しつ
つ、プロセスチャンバ内圧や原料供給量等を制御する必
要がある。

【０１２２】しかしながら、現状においては、ラジカル
発光強度分布の監視を行うことはまれであり、通常は、
単に完成品を検査するのみである。そのため、現状にお
いては、不合格性状を示す割合が高い。現状において、
ラジカルの発光強度分布の監視をほとんど行っていない
のは、従来のカメラを使用したのでは、装置が複雑化す
るからである。すなわち、従来のカメラでは、レンズの
前に、特定波長域の光のみを通過させるフィルタを配置
しなければならない。さらに、監視するラジカルが２種
類以上有る場合や、また、通常のカラー画像をも得たい
場合には、フィルタの切り換えなどを行うための機械的
な駆動機構を設けるか、カメラを複数台使用しなければ
ならない。

【０１２３】駆動機構等を設けた場合には、故障等の生
じる可能性も大きく、また取扱も面倒になる。

【０１２４】またカメラを複数台、使用する構成とした
場合には、複数のカメラで、常に、同一の発光部分を捉
えなければならないが、これは非常に困難である。な
お、ここで言う従来カメラとは、Ｒ、Ｇ、Ｂの検出波長
域が互いに重なりあって、全可視波長域を検出波長域と
するものを指す。本発明の分光カメラと露光制御回路を
用いた分光システムは、このような問題を伴うことなく
適用することができる。したがって、常にラジカル発光
強度分布の監視を行うことができ、品質を高めることが
できる。

【０１２５】次に図１６に火力発電装置全体の概略構成
を示す。同図において燃料は燃料タンク２４４から供給
され、気化器２４８で気化されて燃料供給管２６４へ送
られる。燃料は、発熱量測定装置２６０で測定され、燃
料量制御弁２５６で流量を制御され、ガスタービン燃焼
器２００へ送られる。ここで、使用する燃料がＬＮＧな
ど沸点の低い燃料の場合には、燃料タンク２４４中で燃
料の一部が気化し、燃料タンク２４４内の圧力が上昇す
る。このとき燃料タンク２４４の破壊を防ぐため、タン
ク内の圧力を燃料タンク内圧力ゲージ装置２４６で測定
し、タンク内の圧力が制限値を越えると燃料タンク内圧
力安全弁２５２を開き、タンク内の気体の一部を燃料供
給管２６４へ放出する。

【０１２６】タンク内で気化した気体は沸点の低い成分
が多く、通常供給される燃料の組成とは異なるため、燃
料タンク内圧力安全弁２５２を開くと燃料組成、発熱量
が変動する。このため発熱量測定装置２６０は圧力安全
弁２５２の下流側に設けられる。

【０１２７】一方、空気２９０は空気流量センサ２３０
で空気流量を、空気湿度センサ２３２で湿度を測定され
た後、空気圧縮機１００に吸入され、高圧空気となる。
高圧空気は空気入口圧力センサ２３３で圧力を、ガスタ
ービン燃焼器入口空気温度センサ２２８で温度を測定さ
れた後、ガスタービン燃焼器２００へ送られる。

【０１２８】なお、ここで大気温度及び湿度と空気圧縮
機１００の特性とから空気圧縮機１００に吸入される空
気量が計算できる場合、また、空気圧縮機１００に吸入
される空気量が一定となるような制御装置が備えられて
いる場合には、空気流量センサ２３０は必ずしも必要で
はない。

【０１２９】ガスタービン燃焼器２００は外筒２７４と
内筒２８６から構成され、外筒２７４と内筒２８６の間
を高圧空気２７１が流れ、燃焼用空気としてＦ２予混合
燃焼器２６０へ供給される。高圧空気２９２の一部は内
筒冷却用空気として燃焼室へ供給される。燃焼室の下流
側には稀釈空気量制御装置が設けられている。

【０１３０】ガスタービンの負荷が小さいときには燃焼
用空気の一部を稀釈空気として燃焼器下流側に放出す
る。燃料は燃料ノズルから供給され、燃焼用空気と混合
された後、Ｆ２の燃焼器２７２で燃焼される。Ｆ２燃焼
器２７２に設けられた保炎器２４２の作用により保炎器
の下流に高温気体の循環流が形成され、この循環流から
の熱により予混合火炎が安定化される。予混合火炎から
発生した気体は、内筒冷却用空気、稀釈空気と混合され
高温燃焼空気２８８となり、トランジションピース２６
１を経てガスタービン３００へ導かれる。ガスタービン
３００、及びガスタービン３００と接続された空気圧縮
機１００、及び発電機４００を駆動した高温燃焼空気２
８８は低温の燃焼排ガス５０６となり、排煙脱硝装置へ
導かれる。低温の燃焼排ガス中の窒素酸化物は排煙脱硝
装置中でアンモニアとして反応し、窒素へ転換される。

【０１３１】低温の燃焼排ガス５０６はまた、廃熱回収
ボイラ５０２へ導かれる。廃熱回収ボイラ５０２で発生
した蒸気５０４により蒸気タービン５００が駆動され
る。この蒸気タービンもまた、発電機４００と接続され
ている。蒸気タービン５００を駆動した蒸気は復水器５
０８で水となり、再び廃熱回収ボイラ５０２へ供給され
る。なお、ここで廃熱回収ボイラと排煙脱硝装置の位置
は逆でもよい。燃焼排ガスは廃熱回収ボイラを経て煙突
で他のガスタービンからの排ガスと混合され、大気中に
放出される。

【０１３２】図１７は火炎画像処理領域の一部の輝度を
用いて露光量を制御する説明図である。火炎輝度による
露光制御は図９に示すような手段により、正確に行うこ
とができるが、限定した領域のみの輝度を監視するとし
ても一定の時間を要する。このため、画像処理を行う領
域全体でなく、領域の代表的な輝度を示す一部の領域の
信号を用いて、露光制御を行うものである。これにより
燃焼器の負荷変動時にも速やかに適当な露光制御が実現
できる。

【０１３３】

【発明の効果】本発明による燃焼制御装置では、発光強
度が著しく異なる燃焼器の燃焼状態を１台のカメラで、
ハレーションを起こすこと無く、測定することができ
る。

【０１３４】また、人間の肉眼により認識できる画像に
近いカラー画像と、特定波長の光のみを抽出した燃空比
の演算ができるので、コスト的に有利である。

【０１３５】また、波長毎の分光に際して、カメラ外付
けのフィルタ等を使用しないため、故障等も少なく、操
作も通常のカメラと同様である。

【０１３６】本発明の分光システムを例えば燃焼制御装
置に適用すれば、カラー画像と、燃空比等に基づく観察
との両方を行うことができる。また、焦点調整といった
単純な光学調整のみで、火炎の燃焼性を短時間に空間的
に評価できる。したがって、、火炎診断を正しく行うこ
とができ、燃焼制御の精度も向上する。さらに、これら
の装置を適用することで環境性に優れ、燃焼効率の高い
燃焼システムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃焼制御装置の一実施例の構成を
示すブロック図である。

【図２】図１に示した本発明に係る燃焼制御装置の要部
の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明に係る燃焼制御装置に用いられるカメラ
の相対検出感度を示す特性図である。

【図４】火炎の発光スペクトルを示す図である。

【図５】火炎の燃空比と各ラジカルの発光強度との関係
を示す特性図である。

【図６】ラジカル間の発光強度比と燃空比との関係を示
す図である。

【図７】露光条件を変更しない場合の検出信号と燃空比
の関係を示す説明図である。

【図８】露光条件を変えた場合の検出信号と燃空比の関
係を示す説明図である。

【図９】本発明に係る燃焼制御装置に用いられるカメラ
の露光量制御回路の処理内容を示すフローチャートであ
る。

【図１０】本発明に係る燃焼制御装置の画像処理領域を
設定する領域設定手段の処理内容の一例を示すフローチ
ャートである。

【図１１】本発明に係る燃焼制御装置の画像処理領域を
設定する領域設定手段の処理内容の他の例を示すフロー
チャートである。

【図１２】本発明に係る燃焼制御装置の画像処理領域の
一例を示す説明図である。

【図１３】本発明に係る燃焼制御装置の画像処理領域の
他の例を示す説明図である。

【図１４】本発明に係る燃焼制御装置の画像処理手段に
よる画像処理結果を示す説明図である。

【図１５】本発明に係る燃焼制御装置を用いた燃焼制御
システムの全体構成を示すブロック図である。

【図１６】本発明に係る燃焼制御装置を用いた火力発電
システムの全体構成を示す図である。

【図１７】本発明に係る燃焼制御装置に用いられるカメ
ラの露光量制御を画像処理領域の一部の領域の輝度デー
タを用いて行なう例を示す説明図である。

【符号の説明】

２００燃焼器２４１火炎２５６燃料制御弁２７０空気制御弁２７１空気制御弁２７２Ｆ２燃焼器２８４Ｆ１燃焼器８０２カラーモニタ８１０画像処理モニタ８０４画像取り込み部８０５領域設定部８０６演算部８０８画像処理部８１２記憶部８１４比較部８１６燃料量制御部８１８空気量制御部８２０カメラ８２１ミラー８２２光ファイバ８２４画像記憶装置８２６記憶部８５０露光制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気と燃料とを混合して燃焼させ火炎を
形成する燃焼器と、該燃焼器内の火炎のラジカルの発光
輝度を測定する発光輝度測定手段と、前記発光輝度に基
づいて燃焼器に導入される前記空気量と燃料量との燃空
比を演算する燃空比演算手段と、前記火炎の燃焼状態を
表示する表示手段と、前記燃空比から前記燃焼器に導入
する燃料量と空気量とを制御する制御手段とを有する燃
焼制御装置において、前記発光輝度測定手段を構成するカメラの全視野領域に
対し、領域を限定する領域設定手段と、該領域設定手段により設定された領域の画像について画
像処理を行う画像処理手段とを有することを特徴とする
燃焼制御装置。
【請求項２】空気と燃料とを混合して燃焼させ火炎を
形成する燃焼器と、該燃焼器内の火炎のラジカルの発光
輝度を測定する発光輝度測定手段と、前記発光輝度に基
づいて燃焼器に導入される前記空気量と燃料量との燃空
比を演算する燃空比演算手段と、前記火炎の燃焼状態を
表示する表示手段と、前記燃空比から前記燃焼器に導入
する燃料量と空気量とを制御する制御手段とを有する燃
焼制御装置において、前記発光輝度測定手段を構成するカメラの全視野領域に
ついて、カメラからの撮像信号を取り込み、単位領域毎
の輝度データを記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されている輝度データのうち一定値以
上の輝度を示す輝度データが格納されているアドレスに
対応する単位領域により形成される前記カメラ視野の領
域に限定する領域設定手段と、該領域設定手段により限定された領域について画像処理
を行う画像処理手段とを有することを特徴とする燃焼制
御装置。
【請求項３】空気と燃料とを混合して燃焼させ火炎を
形成する燃焼器と、該燃焼器内の火炎のラジカルの発光
輝度を測定する発光輝度測定手段と、前記発光輝度に基
づいて燃焼器に導入される前記空気量と燃料量との燃空
比を演算する燃空比演算手段と、前記火炎の燃焼状態を
表示する表示手段と、前記燃空比から前記燃焼器に導入
する燃料量と空気量とを制御する制御手段とを有する燃
焼制御装置において、前記発光輝度測定手段を構成するカメラの全視野領域に
ついて、カメラからの撮像信号を取り込み、単位領域毎
の輝度データを記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されている輝度データのうち第１の閾
値以上の輝度を示す輝度データが格納されているアドレ
スに対応する単位領域により形成される前記カメラ視野
の領域を第１の領域として限定すると共に、前記記憶手
段における前記カメラの全視野領域に対応する記憶エリ
アより前記既設定の領域に対応する記憶エリアを削除し
た記憶エリアに格納された輝度データのうち第２の閾値
以上の輝度を示す輝度データが格納されているアドレス
に対応する単位領域により形成される領域を第２の領域
として限定する領域設定手段と、該領域設定手段により限定された複数の各領域について
画像処理を行う画像処理手段とを有することを特徴とす
る燃焼制御装置。
【請求項４】前記領域設定手段は、複数の領域の設定
を前記表示手段の表示画面上に輪郭線の連結された領域
として表示させることを特徴とする請求項３に記載の燃
焼制御装置。
【請求項５】空気と燃料とを混合して燃焼させ火炎を
形成するガスタービンを駆動する燃焼器と、該燃焼器内
の火炎のラジカルの発光輝度を測定する発光輝度測定手
段と、前記発光輝度に基づいて燃焼器に導入される前記
空気量と燃料量との燃空比を演算する燃空比演算手段
と、前記火炎の燃焼状態を表示する表示手段と、前記燃
空比から前記燃焼器に導入する燃料量と空気量とを制御
する制御手段とを有する燃焼制御装置において、前記発
光輝度測定手段を構成するカメラの全視野領域に対し、
領域を限定する領域設定手段と、該領域設定手段により設定された領域の画像について画
像処理を行う画像処理手段と、前記発光輝度測定手段を構成するカメラの露光量を画像
処理対象領域の発光輝度に応じて調整する露光量制御手
段とを有することを特徴とする燃焼制御装置。
【請求項６】空気と燃料とを混合して燃焼させ火炎を
形成するガスタービンを駆動する燃焼器と、該燃焼器内
の火炎のラジカルの発光輝度を測定する発光輝度測定手
段と、前記発光輝度に基づいて燃焼器に導入される前記
空気量と燃料量との燃空比を演算する燃空比演算手段
と、前記火炎の燃焼状態を表示する表示手段と、前記燃
空比から前記燃焼器に導入する燃料量と空気量とを制御
する制御手段とを有する燃焼制御装置において、前記発
光輝度測定手段を構成するカメラの全視野領域に対し、
領域を自動的に限定する領域設定手段と、該領域設定手段により設定された領域の画像について画
像処理を行う画像処理手段と、前記発光輝度測定手段を構成するカメラの露光量を画像
処理対象領域の発光輝度に応じて自動的に調整する露光
量制御手段とを有することを特徴とする燃焼制御装置。
【請求項７】空気と燃料とを混合して燃焼させ火炎を
形成するガスタービンを駆動する燃焼器と、該燃焼器内
の火炎のラジカルの発光輝度を測定する発光輝度測定手
段と、前記発光輝度に基づいて燃焼器に導入される前記
空気量と燃料量との燃空比を演算する燃空比演算手段
と、前記火炎の燃焼状態を表示する表示手段と、前記燃
空比から前記燃焼器に導入する燃料量と空気量とを制御
する制御手段とを有する燃焼制御装置において、前記発
光輝度測定手段を構成するカメラの全視野領域に対し、
領域を限定する領域設定手段と、該領域設定手段により設定された領域の画像について画
像処理を行う画像処理手段と、前記発光輝度測定手段を構成するカメラの露光量を画像
処理対象領域の発光輝度に応じて調整する露光量制御手
段と、異なる複数の燃焼方式により形成される複数の火炎にそ
れぞれ対応した領域の前記カメラの露光量と燃空比の関
係を示す検量線を自動的に求める演算手段とを有するこ
とを特徴とする燃焼制御装置。
【請求項８】空気と燃料とを混合して燃焼させ火炎を
形成する燃焼器と、該燃焼器内の火炎のラジカルの発光
輝度を測定する発光輝度測定手段と、前記発光輝度に基
づいて燃焼器に導入される前記空気量と燃料量との燃空
比を演算する燃空比演算手段と、前記火炎の燃焼状態を
表示する表示手段と、前記燃空比から前記燃焼器に導入
する燃料量と空気量とを制御する制御手段とを有する燃
焼制御装置において、前記発光輝度測定手段を構成するカメラの全視野領域に
対し、領域を限定する領域設定手段と、該領域設定手段により設定された領域の画像について画
像処理を行う画像処理手段と、前記発光輝度測定手段を構成するカメラの露光量を画像
処理対象領域の一部の領域の発光輝度に応じて調整する
露光量制御手段とを有することを特徴とする燃焼制御装
置。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかに記載の燃焼
制御装置を備えた火力発電プラント。