JPH0535325B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0535325B2 JPH0535325B2 JP60223571A JP22357185A JPH0535325B2 JP H0535325 B2 JPH0535325 B2 JP H0535325B2 JP 60223571 A JP60223571 A JP 60223571A JP 22357185 A JP22357185 A JP 22357185A JP H0535325 B2 JPH0535325 B2 JP H0535325B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flame
- combustion
- ash
- ubc
- unburned
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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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
- F23N2223/00—Signal processing; Details thereof
- F23N2223/08—Microprocessor; Microcomputer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Combustion (AREA)
- Regulation And Control Of Combustion (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、ボイラの燃焼状態の監視、診断方法
に係り、特に排ガス検出位置における該排ガス成
分を推定予測する燃焼状態監視方法に関する。
に係り、特に排ガス検出位置における該排ガス成
分を推定予測する燃焼状態監視方法に関する。
従来、ボイラ運転時における排ガス成分の生成
量は、火炉内出口或いは煙道などに検出端を設け
て検出されていた。
量は、火炉内出口或いは煙道などに検出端を設け
て検出されていた。
一方、燃焼時には、未燃分或いは化学変化によ
り有害物質NOx，SOx、等が生成され排ガス中に
含まれるが、検出されたそれら成分の分離、分析
に長時間を要する。
り有害物質NOx，SOx、等が生成され排ガス中に
含まれるが、検出されたそれら成分の分離、分析
に長時間を要する。
このため、運転中における、それらの有害物質
或いは、未燃分の低減には、運転員の経験と勘に
頼らざるを得ないという問題があつた。特に環境
上、その生成量が規制されつつあるNOx（窒素酸
化物）、SOx（硫黄酸化物）或いは燃焼効率に影響
を与える灰中未燃分の低減、等については、早急
に解決されなければならない課題である。
或いは、未燃分の低減には、運転員の経験と勘に
頼らざるを得ないという問題があつた。特に環境
上、その生成量が規制されつつあるNOx（窒素酸
化物）、SOx（硫黄酸化物）或いは燃焼効率に影響
を与える灰中未燃分の低減、等については、早急
に解決されなければならない課題である。
さらに近年、石油代替エネルギーとして石炭が
見直されている中で、微粉炭及びCWM（石炭／
水スラリ）、COM（石炭／油スラリ）の燃焼技術
が注目されているが、先に述べたNOx排出量、
灰中未燃分の残存量等が、ガス・油等の燃焼に比
べ格段に増加することから環境及び効率に及ぼす
影響が大きく、新たに技術的対応が迫られてい
る。
見直されている中で、微粉炭及びCWM（石炭／
水スラリ）、COM（石炭／油スラリ）の燃焼技術
が注目されているが、先に述べたNOx排出量、
灰中未燃分の残存量等が、ガス・油等の燃焼に比
べ格段に増加することから環境及び効率に及ぼす
影響が大きく、新たに技術的対応が迫られてい
る。
このような問題の多くは、燃焼火炎形状などを
改善することにより解決できるとし、バーナ近傍
の燃焼火炎を計測しバーナ近傍及び燃焼火炎中後
流域の燃焼状態を判定する方法があるが、燃焼火
炎中後流域で混合される空気量或いは燃料比（輝
発分／固形炭素分）によつて大きく左右される。
燃焼火炎中後流域を定量的に精度良く評価するに
は、バーナ近傍を計測するだけでは不十分であ
る。（なお関連公知例には特開昭56−23630号があ
る） 〔発明の目的〕 本発明の目的は、ボイラ運転中の燃焼排ガス中
に含有される物質（特にNOx，SOx，ばいじん等
の有害物質或いは効率に影響のある未燃分の残存
量、等）を短時間で定量的に推定する燃焼状態監
視方法を提供することにある。
改善することにより解決できるとし、バーナ近傍
の燃焼火炎を計測しバーナ近傍及び燃焼火炎中後
流域の燃焼状態を判定する方法があるが、燃焼火
炎中後流域で混合される空気量或いは燃料比（輝
発分／固形炭素分）によつて大きく左右される。
燃焼火炎中後流域を定量的に精度良く評価するに
は、バーナ近傍を計測するだけでは不十分であ
る。（なお関連公知例には特開昭56−23630号があ
る） 〔発明の目的〕 本発明の目的は、ボイラ運転中の燃焼排ガス中
に含有される物質（特にNOx，SOx，ばいじん等
の有害物質或いは効率に影響のある未燃分の残存
量、等）を短時間で定量的に推定する燃焼状態監
視方法を提供することにある。
本発明は、火炎の高輝度部あるいは高温度部の
位置が排ガス成分と相関があることに着目し、排
ガスの成分量を火炎の高輝度部あるいは高温度部
の位置の関数として予め定めておき、実際の火炎
の高輝度部あるいは高温度部の位置を前記火炎の
画像に基づいて計測し、該計測された火炎の高輝
度部あるいは高温度部の位置情報から、前記関数
の値を演算することにより、排ガスの成分量を定
量的に推定することを特徴とする。
位置が排ガス成分と相関があることに着目し、排
ガスの成分量を火炎の高輝度部あるいは高温度部
の位置の関数として予め定めておき、実際の火炎
の高輝度部あるいは高温度部の位置を前記火炎の
画像に基づいて計測し、該計測された火炎の高輝
度部あるいは高温度部の位置情報から、前記関数
の値を演算することにより、排ガスの成分量を定
量的に推定することを特徴とする。
更に好ましい実施例としては、アフタエアに基
づく影響を考慮し、火炎の後流域における情報も
加味するものである。
づく影響を考慮し、火炎の後流域における情報も
加味するものである。
はじめにその基礎となることについて述べる。
ボイラ運転中の燃焼排ガスの中に含有している
物質、特に有害物質であるNOx，SOx，ばいじん
等には規制値が設けられており、その生成量を規
制値以下に守つて運転しなければならない。
物質、特に有害物質であるNOx，SOx，ばいじん
等には規制値が設けられており、その生成量を規
制値以下に守つて運転しなければならない。
一方、ボイラの燃焼効率は、常時最大に保つて
運転することが望ましい。この効率を算出する上
で目安となるのが排ガス中に含まれる未燃分であ
る。排ガス中の未燃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料消費が増大すると
いう結果になる。しかし、未燃分の検出には、長
時間を要することから、運転中における効率は経
験と勘に頼らざるを得ない。
運転することが望ましい。この効率を算出する上
で目安となるのが排ガス中に含まれる未燃分であ
る。排ガス中の未燃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料消費が増大すると
いう結果になる。しかし、未燃分の検出には、長
時間を要することから、運転中における効率は経
験と勘に頼らざるを得ない。
最近、燃料としてガス、油に代わり石炭の利用
が見直されつつあり、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）等が燃料として用いられ始めている。
が見直されつつあり、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）等が燃料として用いられ始めている。
特に、石炭を燃料とした場合、それ自体に含ま
れている窒素成分が燃焼によりNOxに転換する
ため、その生成量は多大なものになる。さらに、
燃焼速度がガス、油に比べて格段に遅いことか
ら、火炉温度の低下を伴い、灰中未燃分の残存量
も増える傾向にある。
れている窒素成分が燃焼によりNOxに転換する
ため、その生成量は多大なものになる。さらに、
燃焼速度がガス、油に比べて格段に遅いことか
ら、火炉温度の低下を伴い、灰中未燃分の残存量
も増える傾向にある。
このような事から、以下、説明例として微粉炭
を燃料とした場合について述べる。
を燃料とした場合について述べる。
第２図に微粉炭燃焼時の形状の異なる４ケース
の火炎を示す。ａ，ｂは燃料比（揮発分／固形炭
素分）1.0〜1.5の間の石炭の微粉炭燃焼時の火
炎、ｃ，ｄは燃料比1.6〜2.0の間の石炭の微粉炭
燃焼時の火炎の例で、実線の円内は、従来、火炎
を実際に計測していた部分（１次燃焼領域）、点
線の円内は従来、その燃焼状態を１次燃焼領域の
火炎形状から推測していた部分で、本発明で実際
に計測しようとする部分（２次燃焼領域）の１例
である。
の火炎を示す。ａ，ｂは燃料比（揮発分／固形炭
素分）1.0〜1.5の間の石炭の微粉炭燃焼時の火
炎、ｃ，ｄは燃料比1.6〜2.0の間の石炭の微粉炭
燃焼時の火炎の例で、実線の円内は、従来、火炎
を実際に計測していた部分（１次燃焼領域）、点
線の円内は従来、その燃焼状態を１次燃焼領域の
火炎形状から推測していた部分で、本発明で実際
に計測しようとする部分（２次燃焼領域）の１例
である。
ここで、１次燃焼領域とは、揮発分燃焼が主体
となる領域、２次燃焼領域とは、固形炭素分燃焼
が主体となる領域である。
となる領域、２次燃焼領域とは、固形炭素分燃焼
が主体となる領域である。
以下、灰中未燃分と微粉炭燃焼時の火炎の相関
を例にとつて説明する。
を例にとつて説明する。
第２図の４ケースの火炎の灰中未燃分の残存量
は、ａ，ｃ，ｂ，ｄの順で増加することは、種々
の実験データを解析した結果から明らかである。
は、ａ，ｃ，ｂ，ｄの順で増加することは、種々
の実験データを解析した結果から明らかである。
燃焼火炎の１次燃焼領域、２次燃焼領域の大き
さ、位置関係、温度と灰中未燃分残存量とは、極
めて高い相関がある。
さ、位置関係、温度と灰中未燃分残存量とは、極
めて高い相関がある。
ここで、燃料比1.0〜1.5の間の石炭の微粉炭燃
焼時の火炎ａ，ｂに着目すると、１次燃焼領域の
形状、領域の大きさ、位置関係、輝度及び温度と
２次燃焼領域の燃焼状態及び灰中未燃分の残存量
とは相関がある。
焼時の火炎ａ，ｂに着目すると、１次燃焼領域の
形状、領域の大きさ、位置関係、輝度及び温度と
２次燃焼領域の燃焼状態及び灰中未燃分の残存量
とは相関がある。
しかし、ここで燃料比1.6〜2.0間の石炭の微粉
炭燃焼時の火炎ｃ，ｄに着目すると、両火炎間に
は、未燃分の残存量に差があるにもかかわらず、
１次燃焼領域の形状、領域の大きさ、位置関係、
輝度及び温度がほとんど変化していない。しか
し、２次燃焼領域の形状、領域の大きさ、位置関
係、輝度及び温度と灰中未燃分残存量とは、極め
て高い相関がある。これは、固形炭素分が多い高
燃料比炭は、低燃料比炭に比べて燃焼速度が遅く
固形炭素分の燃焼域である２次燃焼領域に、燃焼
火炎の特徴が現れるためと考えられる。
炭燃焼時の火炎ｃ，ｄに着目すると、両火炎間に
は、未燃分の残存量に差があるにもかかわらず、
１次燃焼領域の形状、領域の大きさ、位置関係、
輝度及び温度がほとんど変化していない。しか
し、２次燃焼領域の形状、領域の大きさ、位置関
係、輝度及び温度と灰中未燃分残存量とは、極め
て高い相関がある。これは、固形炭素分が多い高
燃料比炭は、低燃料比炭に比べて燃焼速度が遅く
固形炭素分の燃焼域である２次燃焼領域に、燃焼
火炎の特徴が現れるためと考えられる。
このように、１次燃焼領域の形状、領域の大き
さ、位置関係、輝度及び温度と先端部からの燃焼
性と同様に２次燃焼領域の形状、領域の大きさ、
位置関係、輝度及び温度が灰中未燃分と相関があ
ることに基づき、例えば灰中未燃分の推定指標
（IUBC）を求める火炎形状の特徴パラメータ（特
徴量）を第３図のように定める。
さ、位置関係、輝度及び温度と先端部からの燃焼
性と同様に２次燃焼領域の形状、領域の大きさ、
位置関係、輝度及び温度が灰中未燃分と相関があ
ることに基づき、例えば灰中未燃分の推定指標
（IUBC）を求める火炎形状の特徴パラメータ（特
徴量）を第３図のように定める。
第３図において、１次燃焼領域の輝度の高い領
域を酸化炎と呼ぶことにする。ここでは、例えば
燃焼火炎の特徴を現わす特徴パラメータとして、
１次燃焼領域からは、酸化炎間距離X1、バーナ
先端から酸化炎までの温度或いは輝度の平均値
X2、２次燃焼領域からは、２次燃焼領域の温度
或いは輝度の積分値を考えた。
域を酸化炎と呼ぶことにする。ここでは、例えば
燃焼火炎の特徴を現わす特徴パラメータとして、
１次燃焼領域からは、酸化炎間距離X1、バーナ
先端から酸化炎までの温度或いは輝度の平均値
X2、２次燃焼領域からは、２次燃焼領域の温度
或いは輝度の積分値を考えた。
酸化炎間距離
X1＝dx／dB (1)
バーナ先端から酸化炎までの輝度平均値
X2＝d
〓x=a
Ｉ（ｘ）／Ｘ (2)
２次燃焼領域輝度積分値
X3＝d
〓x=c
Ｉ（ｘ）／Ｘ (3)
を用いて、灰中未燃分の推定指標IUBCを、例え
ば、 IUBC＝Ｋ・X1・X2・X3 (4) で定義する。ここでＫは、１次口径係数Ｉは、輝
度である。ここで第３図のX1を表わすG1，G2の
定め方として、 (1) 酸化炎の中心をG1，G2とする。
ば、 IUBC＝Ｋ・X1・X2・X3 (4) で定義する。ここでＫは、１次口径係数Ｉは、輝
度である。ここで第３図のX1を表わすG1，G2の
定め方として、 (1) 酸化炎の中心をG1，G2とする。
(2) 各酸化炎のバーナ先端から最も近い部分或い
は、遠い部分をG1，G2とする。
は、遠い部分をG1，G2とする。
(3) 火炎温度の最も高い位置をG1，G2とする。
(4) 酸化炎を温度分布から求め、その重心をG1，
G2とする。
G2とする。
第３図のX2を求めるａ，ｂの定め方として
(1) バーナ先端位置をａとする
(2) G1，G2において、バーナ先端に近い方或い
は遠い方の点 第３図のX3を求めるｃ，ｄの定め方として、 (1) 燃料比、空気投入法などによつて、任意に決
まるものとする。
は遠い方の点 第３図のX3を求めるｃ，ｄの定め方として、 (1) 燃料比、空気投入法などによつて、任意に決
まるものとする。
などが考えられる。
以上が、火炎形状を用いた灰中未燃分の推定方
法の一例を示したものである。
法の一例を示したものである。
さらに、このような火炎に対してその後流側で
アフタエアが投入された場合、灰中未燃分UBC
とその推定指標IUBCとの関係は、第４図のように
なる。第４図からアフタエアの影響で、推定推標
IUBCに対して灰中未燃分UBCが２値を採る領域
（Ａのカーブ）を持つことがわかり、IUBCを推定
指標として用いることができないという問題が生
じた。
アフタエアが投入された場合、灰中未燃分UBC
とその推定指標IUBCとの関係は、第４図のように
なる。第４図からアフタエアの影響で、推定推標
IUBCに対して灰中未燃分UBCが２値を採る領域
（Ａのカーブ）を持つことがわかり、IUBCを推定
指標として用いることができないという問題が生
じた。
一方、アフタエアが最大量投入された時の灰中
未燃分UBCとその推定指標IUBCとは、第４図の破
線Ｂのように直線の関係を持つことが、種種の実
験データを解析した結果から明らかになつた。
未燃分UBCとその推定指標IUBCとは、第４図の破
線Ｂのように直線の関係を持つことが、種種の実
験データを解析した結果から明らかになつた。
この結果、アフタエア投入による灰中未燃分
UBCへの影響は、第５図に示すように計測位置、
アフタエア量の各々に対して関数（特に指数関
数）で表わされることがわかり、計測位置での灰
中未燃分を精度良く推定或いは予測することがで
きることがわかつた。
UBCへの影響は、第５図に示すように計測位置、
アフタエア量の各々に対して関数（特に指数関
数）で表わされることがわかり、計測位置での灰
中未燃分を精度良く推定或いは予測することがで
きることがわかつた。
以上灰中未燃分について、種々の実験から発明
者等が得た知見に基づき述べたが、他の排ガス成
分（NOx，SOx，ばいじん、等）についても同様
の傾向を示しており、本発明に基づいた実施例を
灰中未燃分UBCを例にとり次に述べる。
者等が得た知見に基づき述べたが、他の排ガス成
分（NOx，SOx，ばいじん、等）についても同様
の傾向を示しており、本発明に基づいた実施例を
灰中未燃分UBCを例にとり次に述べる。
本発明の１実施例を第１，６図に示す。第１図
は、灰中未燃分UBCの監視・診断を単一バーナ
について実施した場合である。炉壁の覗き窓から
水又は空気で冷却したイメージフアイバーを火炉
のバーナ近傍と燃焼火炎中後流域が見える位置に
それぞれ挿入し、燃焼火炎の画像を炉外に導く。
炉外に導かれた火炎画像は、各ITVカメラで電
気信号に変えられる。第６図は、燃焼状態監視装
置の１構成例である。各ITVカメラからのアナ
ログ映像信号６，７は、Ａ／Ｄ変換器１を介して
デジタル映像信号８，９に変換され、フレームメ
モリ２に書き込まれる。書き込まれた画像データ
１０は、プロセツサ３に取り込まれ、(4)式で定義
した灰中未燃分推定指標IUBCを演算する。操作量
及び計測量１３はプロセスＩ／Ｏ５を介してデジ
タル信号１２としてプロセツサ３に入力される。
は、灰中未燃分UBCの監視・診断を単一バーナ
について実施した場合である。炉壁の覗き窓から
水又は空気で冷却したイメージフアイバーを火炉
のバーナ近傍と燃焼火炎中後流域が見える位置に
それぞれ挿入し、燃焼火炎の画像を炉外に導く。
炉外に導かれた火炎画像は、各ITVカメラで電
気信号に変えられる。第６図は、燃焼状態監視装
置の１構成例である。各ITVカメラからのアナ
ログ映像信号６，７は、Ａ／Ｄ変換器１を介して
デジタル映像信号８，９に変換され、フレームメ
モリ２に書き込まれる。書き込まれた画像データ
１０は、プロセツサ３に取り込まれ、(4)式で定義
した灰中未燃分推定指標IUBCを演算する。操作量
及び計測量１３はプロセスＩ／Ｏ５を介してデジ
タル信号１２としてプロセツサ３に入力される。
一方、第１図において燃焼火炎後流部からアフ
タエアが投入されており、計測位置ではアフタエ
アによる灰中未燃分の減少量も重畳されて計測さ
れる。そこで、(4)式にこのアフタエアによる影響
を考慮した推定項を付加した(5)式を用いて灰中未
燃分UBCを推定する。
タエアが投入されており、計測位置ではアフタエ
アによる灰中未燃分の減少量も重畳されて計測さ
れる。そこで、(4)式にこのアフタエアによる影響
を考慮した推定項を付加した(5)式を用いて灰中未
燃分UBCを推定する。
Ｐ（UBC）＝K1・IUBC＋K2・exp（α）＋Ｃ (5)
ここで、
Ｐ（UBC）；灰中未燃分推定量
IUBC；灰中未燃分推定指標
α；アフタエアを表わす係数
K1，K2，Ｃ；定数（但し、K2はアフタエア装
置から検出位置までの距離を考慮した定数） (5)式において、アフタエアの影響を表わすαは
(6)式に示すようにアフタエア量の関数として表わ
される。
置から検出位置までの距離を考慮した定数） (5)式において、アフタエアの影響を表わすαは
(6)式に示すようにアフタエア量の関数として表わ
される。
α＝ｇ（GAA……） (6)
ここで、GAA：アフタエア量
また、(6)式で示されるアフタエア量は、(7)式の
ように空気比を用いて表わすことも可能である。
ように空気比を用いて表わすことも可能である。
α＝ｇ｛（λ−λBNR），……） (7)
ここで、
λ：トータル空気比
λBNR：バーナ空気比
さらに、GAAは総空気量と３次空気量を用いて
表わすこともできる。(5)式は、一例として指数関
数を用いてアフタエアの投入による推定項を表わ
したが、他の関数で表わすことも可能である。す
なわち、 Ｐ（UBC）＝K1・IUBC＋K2・｛ｇ（GAA），……｝＋
ＣＰ（UBC）＝K1・IUBC＋K2・｛ｇ（λ−λBNR），…
…｝＋Ｃ(8) となる。
表わすこともできる。(5)式は、一例として指数関
数を用いてアフタエアの投入による推定項を表わ
したが、他の関数で表わすことも可能である。す
なわち、 Ｐ（UBC）＝K1・IUBC＋K2・｛ｇ（GAA），……｝＋
ＣＰ（UBC）＝K1・IUBC＋K2・｛ｇ（λ−λBNR），…
…｝＋Ｃ(8) となる。
以上の処理の一例としてプロセツサ３の内部処
理フローの概略を第７図ａ，ｂに示す。第７図の
概略処理を次に説明する。
理フローの概略を第７図ａ，ｂに示す。第７図の
概略処理を次に説明する。
100：各火炎画像データの入力
バーナ近傍火炎画像データIM1（ｉ，ｊ）、燃焼
火炎中後流域火炎画像データIM2（ｉ，ｊ）をプ
ロセツサ３に入力する。
火炎中後流域火炎画像データIM2（ｉ，ｊ）をプ
ロセツサ３に入力する。
110：各火炎画像データの平均化
その燃焼状態を示す最も高い確率を持つ火炎形
状を求める（(9)，(10)式に一例を示す。） IM1（ｉ，ｊ）＝１／ＮN 〓k=1 ｛IM1（ｉ，ｊ）｝k (9) IM2（ｉ，ｊ）＝１／ＮN 〓k=1 ｛IM2（ｉ，ｊ）｝k (10) ここで、 IM1（ｉ，ｊ）：平均化したバーナ近傍火炎画像 IM2（ｉ，ｊ）：平均化した燃焼火炎中後流域火
炎画像 ｋ：平均化の標本数（ｋ＝１〜Ｎ） 120：各火炎形状の特徴抽出 画像処理を用いて、バーナ近傍火炎画像データ
に対しては、火炎の高輝度、高温域（酸化炎）を
抽出し、それら抽出した領域の重心間距離、及び
バーナから重心までの輝度平均値を算出し、燃焼
火炎中後流域火炎画像に対しては、火炎画像デー
タから火炎を抽出し輝度面積を算出する。
状を求める（(9)，(10)式に一例を示す。） IM1（ｉ，ｊ）＝１／ＮN 〓k=1 ｛IM1（ｉ，ｊ）｝k (9) IM2（ｉ，ｊ）＝１／ＮN 〓k=1 ｛IM2（ｉ，ｊ）｝k (10) ここで、 IM1（ｉ，ｊ）：平均化したバーナ近傍火炎画像 IM2（ｉ，ｊ）：平均化した燃焼火炎中後流域火
炎画像 ｋ：平均化の標本数（ｋ＝１〜Ｎ） 120：各火炎形状の特徴抽出 画像処理を用いて、バーナ近傍火炎画像データ
に対しては、火炎の高輝度、高温域（酸化炎）を
抽出し、それら抽出した領域の重心間距離、及び
バーナから重心までの輝度平均値を算出し、燃焼
火炎中後流域火炎画像に対しては、火炎画像デー
タから火炎を抽出し輝度面積を算出する。
130：灰中未燃分推定指標IUBCの計算
灰中未燃分推定指標IUBCを（11）式を用いて求
める。
める。
IUBC＝Ｘ・Ｙ・Ｚ・Ｋ＋C1 (11)
ここで、
Ｘ：酸化炎間距離
Ｙ：バーナ先端から酸化炎までの輝度平均値
Ｚ：燃焼火炎中後流域火炎輝度面積
k.C1：定数
140：アフタエアは投入されているか？
アフタエアの影響を考慮する必要があるか否か
を判定する。
を判定する。
判定 必要あり（Yes）：GAA＞０
必要なし（No）：GAA＞０
ここで、
GAA：アフタエア量
150：アフタエア投入による灰中未燃分の減
少量の推定 アフタエアが投入され、燃焼が進行し灰中未燃
分が減少する量を推定する。
少量の推定 アフタエアが投入され、燃焼が進行し灰中未燃
分が減少する量を推定する。
Ｐ＝｛ｇ（GAA，……）｝＋C2 (12)
ここで、
C2：定数
Ｐ：推定した減少量
GAA：アフタエア量
（12）式において関数ｇ（GAA，……）は、少
なくともGAAを含む関数であることを示す。
なくともGAAを含む関数であることを示す。
160：灰中未燃分の推定
先に求めたIUBCとＰを用いて（13）式により灰
中未燃分を推定する。
中未燃分を推定する。
Ｐ（UBC）＝K1・IUBC＋K2・Ｐ＋Ｃ (13)
ここで、
Ｐ（UBC）：推定した灰中未燃分
IUBC：灰中未燃分推定指標
K1，K2，Ｃ：定数
Ｐ：推定した灰中未燃分減少量
170：推定結果の出力
灰中未燃分の推定量Ｐ（UBC）を出力装置に出
力する。
力する。
また、第７図ｂの概略処理は次の通りである。
121：バーナ近傍火炎画像データ高輝度、高
温域抽出（半閾値処理） 火炎の特徴量として高輝度、高温域（酸化炎）
を用いることから、半閾値処理でその領域を抽出
する。ここで半閾値処理とは、濃淡画像において
(9)式を用いて画像を処理することをいう。
温域抽出（半閾値処理） 火炎の特徴量として高輝度、高温域（酸化炎）
を用いることから、半閾値処理でその領域を抽出
する。ここで半閾値処理とは、濃淡画像において
(9)式を用いて画像を処理することをいう。
IM1（ｉ，ｊ）THのとき、IM1（ｉ，ｊ）＝IM1
（ｉ，ｊ） IM1（ｉ，ｊ）＜THのとき、IM1（ｉ，ｊ）＝０ (14) ここで、 IM1（ｉ，ｊ）：平均化したバーナ近傍火炎画
像。
（ｉ，ｊ） IM1（ｉ，ｊ）＜THのとき、IM1（ｉ，ｊ）＝０ (14) ここで、 IM1（ｉ，ｊ）：平均化したバーナ近傍火炎画
像。
TH：半閾値化レベル
122：高輝度、高温域の重心を計算
半閾値処理を用いて抽出した高輝度、高温域
（酸化炎）の重心を求める。本実施例では、領域
の重心をその代表点としたが、最高輝度、最高温
度点などをその代表点としても同様の効果が期待
できる。
（酸化炎）の重心を求める。本実施例では、領域
の重心をその代表点としたが、最高輝度、最高温
度点などをその代表点としても同様の効果が期待
できる。
123：燃焼火炎中後流域火炎画像データから
火炎抽出（半閾値処理） 燃焼火炎中後流域火炎の輝度面積を求めるため
に画像データから燃焼火炎中後流域火炎を半閾値
処理で抽出する。ここで半閾値処理とは、（14）
式と同様に IM2（ｉ，ｊ）THのとき、IM2（ｉ，ｊ）＝IM2
（ｉ，ｊ） IM2（ｉ，ｊ）＜THのとき，IM2（ｉ，ｊ）＝０ (15) ここで、 IM2（ｉ，ｊ）：平均化した燃焼火炎中後流域火
炎画像 TH：半閾値化レベル 124：重心間距離を計算（Ｘ） ，の処理をした、バーナ近傍火炎画像デー
タの酸化炎の重心を用いて、灰中未燃分推定指標
IUBCを求めるための特徴パラメータの１つである
Ｘ（酸化炎の重心間距離）を求める。
火炎抽出（半閾値処理） 燃焼火炎中後流域火炎の輝度面積を求めるため
に画像データから燃焼火炎中後流域火炎を半閾値
処理で抽出する。ここで半閾値処理とは、（14）
式と同様に IM2（ｉ，ｊ）THのとき、IM2（ｉ，ｊ）＝IM2
（ｉ，ｊ） IM2（ｉ，ｊ）＜THのとき，IM2（ｉ，ｊ）＝０ (15) ここで、 IM2（ｉ，ｊ）：平均化した燃焼火炎中後流域火
炎画像 TH：半閾値化レベル 124：重心間距離を計算（Ｘ） ，の処理をした、バーナ近傍火炎画像デー
タの酸化炎の重心を用いて、灰中未燃分推定指標
IUBCを求めるための特徴パラメータの１つである
Ｘ（酸化炎の重心間距離）を求める。
125：バーナ先端から重心までの輝度平均値
を計算（Ｙ） ，の処理をした、バーナ近傍火炎画像デー
タの酸化炎の重心位置、バーナ先端位置、火炎輝
度情報を用いて、灰中未燃分推定指標IUBCを求め
るための特徴パラメータの１つであるＹ（バーナ
先端から酸化炎までの輝度平均）を求める。
を計算（Ｙ） ，の処理をした、バーナ近傍火炎画像デー
タの酸化炎の重心位置、バーナ先端位置、火炎輝
度情報を用いて、灰中未燃分推定指標IUBCを求め
るための特徴パラメータの１つであるＹ（バーナ
先端から酸化炎までの輝度平均）を求める。
なお、本実施例によれば次のような効果も得ら
れる。
れる。
(1) 排ガス成分を実時間で推定或いは予測するこ
とが可能となり、高効率運転が達成できる。
とが可能となり、高効率運転が達成できる。
(2) 段毎の着目した成分の生成量を把握でき、き
めの細かな運転制御が可能となる。
めの細かな運転制御が可能となる。
(3) バーナの燃焼状態を直接計測することから、
ボイラ運転状態を適確に把握できる。
ボイラ運転状態を適確に把握できる。
(4) 高燃料比の微粉炭、CWMなど、さまざまな
燃焼状態でも精度良く排ガス成分を把握でき
る。
燃焼状態でも精度良く排ガス成分を把握でき
る。
(5) 運転員の負担を軽減することができる。
またバーナ先端から酸化炎の温度平均でも同様
の効果が期待できる。
の効果が期待できる。
126：燃焼火炎中後流域火炎の輝度積分値を
計算（Ｚ） の処理をした、燃焼火炎中後流域火炎画像デ
ータを用いて、灰中未燃分推定指標IUBCを求める
ための特徴パラメータの１つであるＺ（燃焼火炎
中後流域の輝度積分値）を求める。
計算（Ｚ） の処理をした、燃焼火炎中後流域火炎画像デ
ータを用いて、灰中未燃分推定指標IUBCを求める
ための特徴パラメータの１つであるＺ（燃焼火炎
中後流域の輝度積分値）を求める。
また、燃焼火炎中後流域の温度積分値でも同様
の効果が期待できる。
の効果が期待できる。
以上、本発明を用いることにより、火炎画像か
ら灰中未燃分を推定し、計測位置の灰中未燃分を
精度よく推定或いは予測することが可能となる。
ら灰中未燃分を推定し、計測位置の灰中未燃分を
精度よく推定或いは予測することが可能となる。
他の実施例として、第８図に複数の異なるバー
ナを本発明による燃焼状態監視制御方法で監視す
る場合を示す。この場合、燃焼状態監視制御装置
の画像入力部をＡ，Ｂ，Ｃ段の各々の画像入力時
に切換える方法（第９図ａ）、Ａ／Ｄ変換器とフ
レームメモリを各々Ａ，A′，Ｂ，B′，Ｃ，C′段
用に準備し、３段同時にフレームに画像を入力す
る方法（第９図ｂ）が考えられる。プロセツサの
内部処理は、基本的には第７図ａ，ｂと同様であ
る。その概略処理を第１０図に示す。
ナを本発明による燃焼状態監視制御方法で監視す
る場合を示す。この場合、燃焼状態監視制御装置
の画像入力部をＡ，Ｂ，Ｃ段の各々の画像入力時
に切換える方法（第９図ａ）、Ａ／Ｄ変換器とフ
レームメモリを各々Ａ，A′，Ｂ，B′，Ｃ，C′段
用に準備し、３段同時にフレームに画像を入力す
る方法（第９図ｂ）が考えられる。プロセツサの
内部処理は、基本的には第７図ａ，ｂと同様であ
る。その概略処理を第１０図に示す。
例えば、実機ボイラの燃焼状態の監視に本発明
を用いることにより、各段のバーナ燃焼状態、す
なわちボイラ運転状態を監視でき、アフタエアの
影響を考慮した、きめの細かい高効率運転を実現
できる。また、本発明の灰中未燃分推定値から、
操作量（空気量、空気比等）を制御することによ
り、オペレータの負担をさらに低減することがで
きる。
を用いることにより、各段のバーナ燃焼状態、す
なわちボイラ運転状態を監視でき、アフタエアの
影響を考慮した、きめの細かい高効率運転を実現
できる。また、本発明の灰中未燃分推定値から、
操作量（空気量、空気比等）を制御することによ
り、オペレータの負担をさらに低減することがで
きる。
さらに本発明は、バーナのタイプによつて左右
されるものではない。例えば、第１１図ａとｂの
ように異なるバーナタイプであつてもバーナ断面
方向から燃焼火炎を計測すると、形成される火炎
はａ，ｂ共同様な形状を示すことから明らかであ
る。
されるものではない。例えば、第１１図ａとｂの
ように異なるバーナタイプであつてもバーナ断面
方向から燃焼火炎を計測すると、形成される火炎
はａ，ｂ共同様な形状を示すことから明らかであ
る。
本発明を実施することにより、排ガス成分、例
えば、灰中未燃分（UBC）を精度のよい監視を
おこなうことができる。
えば、灰中未燃分（UBC）を精度のよい監視を
おこなうことができる。
第１図は本発明の１実施例を示す図、第２図は
本発明の基本となる火炎形状を比較した図、第３
図は火炎形状から抽出する特徴パラメータを示す
図、第４図は灰中未燃分とその推定指標をアフタ
エアの影響について比較した図、第５図は、灰中
未燃分の減少過定を投入量と距離について示した
図、第６図は本発明の装置構成の一例を示す図、
第７図ａ，ｂはプロセツサの概略処理フローを示
す図、第８図は本発明の他の実施例を示す図、第
９図は他の実施例の画像入力方法の例を示す図、
第１０図は他の実施例の概略処理フローを示す
図、第１１図は異なるタイプのバーナを示す図で
ある。 １……Ａ／Ｄ変換器、８，９……デイジタル映
像信号。
本発明の基本となる火炎形状を比較した図、第３
図は火炎形状から抽出する特徴パラメータを示す
図、第４図は灰中未燃分とその推定指標をアフタ
エアの影響について比較した図、第５図は、灰中
未燃分の減少過定を投入量と距離について示した
図、第６図は本発明の装置構成の一例を示す図、
第７図ａ，ｂはプロセツサの概略処理フローを示
す図、第８図は本発明の他の実施例を示す図、第
９図は他の実施例の画像入力方法の例を示す図、
第１０図は他の実施例の概略処理フローを示す
図、第１１図は異なるタイプのバーナを示す図で
ある。 １……Ａ／Ｄ変換器、８，９……デイジタル映
像信号。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ボイラにおける燃焼状態を燃焼火炎の画像を
用いて監視する方法において、 排ガスの成分量を、火炎の高輝度部あるいは高
温度部の位置の関数として予め定め、実際の火炎
の高輝度部あるいは高温度部の位置を、火炎の根
元部及び後流域の画像に基づいて計測し、該計測
された火炎の高輝度部あるいは高温度部の位置情
報から、前記関数の値を演算することにより、排
ガスの成分量を定量的に推定することを特徴とす
る燃焼状態監視方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60223571A JPS6284222A (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | 燃焼状態監視方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60223571A JPS6284222A (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | 燃焼状態監視方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6284222A JPS6284222A (ja) | 1987-04-17 |
| JPH0535325B2 true JPH0535325B2 (ja) | 1993-05-26 |
Family
ID=16800248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60223571A Granted JPS6284222A (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | 燃焼状態監視方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6284222A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2756815B2 (ja) * | 1989-03-14 | 1998-05-25 | 株式会社日立製作所 | ボイラの燃焼制御探索方法および装置 |
| JP2772984B2 (ja) * | 1989-09-22 | 1998-07-09 | 横河電機株式会社 | プロセス量の監視装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6036825A (ja) * | 1983-08-10 | 1985-02-26 | Hitachi Ltd | 燃焼火炎の制御方法および装置 |
-
1985
- 1985-10-09 JP JP60223571A patent/JPS6284222A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6284222A (ja) | 1987-04-17 |
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