JP2022077260A - Flame detector, boiler, flame detection method and combustion control method - Google Patents

Flame detector, boiler, flame detection method and combustion control method Download PDF

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Abstract

To detect a flame state in detail.SOLUTION: A flame detector 5 comprises a spectroscopic unit 521 that splits light of a flame into at least a first wavelength component and a second wavelength component, and a detection unit 527 that detects a temperature of the flame based on a comparison result between a strength ratio of the first wavelength component and the second wavelength component and a reference strength ratio that changes depending on a temperature.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、火炎検出装置、ボイラ、火炎検出方法および燃焼制御方法に関する。 The present disclosure relates to a flame detector, a boiler, a flame detection method and a combustion control method.

ボイラ等の設備では、燃料を燃焼させることによって火炎が生成される。このような設備には、火炎の状態を検出する火炎検出装置が設けられている。例えば、特許文献1には、ボイラの火炉に設けられるバーナにより形成される火炎の状態を検出する火炎検出装置に関する技術が開示されている。 In equipment such as boilers, flames are generated by burning fuel. Such equipment is provided with a flame detection device that detects the state of the flame. For example, Patent Document 1 discloses a technique relating to a flame detecting device for detecting a state of a flame formed by a burner provided in a boiler furnace.

特開2005-016839号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-016839

ところで、従来の火炎検出装置によれば、火炎の有無を検出することができる。しかしながら、ボイラ等の設備における燃焼をより適切に制御するためには、火炎の有無以外の情報を得ることによって、火炎の状態をより詳細に検出することが望ましい。 By the way, according to the conventional flame detection device, the presence or absence of a flame can be detected. However, in order to more appropriately control combustion in equipment such as boilers, it is desirable to detect the state of the flame in more detail by obtaining information other than the presence or absence of the flame.

本開示の目的は、火炎の状態を詳細に検出することが可能な火炎検出装置、ボイラ、火炎検出方法および燃焼制御方法を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a flame detection device, a boiler, a flame detection method and a combustion control method capable of detecting a flame state in detail.

上記課題を解決するために、本開示の火炎検出装置は、火炎の光を少なくとも第1波長成分と第2波長成分とに分光する分光部と、第1波長成分と第2波長成分との強度比と、温度に応じて変化する基準強度比との比較結果に基づいて、火炎の温度を検出する検出部と、を備える。 In order to solve the above problems, the flame detection device of the present disclosure has a spectroscopic unit that disperses the light of the flame into at least the first wavelength component and the second wavelength component, and the intensity of the first wavelength component and the second wavelength component. A detection unit that detects the temperature of the flame based on the comparison result between the ratio and the reference intensity ratio that changes depending on the temperature is provided.

第1波長成分および第2波長成分は、可視光の波長成分であってもよい。 The first wavelength component and the second wavelength component may be the wavelength component of visible light.

火炎は、ボイラの火炉に設けられるバーナにより形成されてもよい。 The flame may be formed by a burner provided in the furnace of the boiler.

上記課題を解決するために、本開示のボイラは、火炉と、火炉に設けられるバーナと、バーナにより形成される火炎の光を少なくとも第1波長成分と第2波長成分とに分光する分光部と、第1波長成分と第2波長成分との強度比と、温度に応じて変化する基準強度比との比較結果に基づいて、火炎の温度を検出する検出部と、を有する火炎検出装置と、検出部により検出された火炎の温度に基づいて、バーナの燃焼を制御する制御装置と、を備える。 In order to solve the above problems, the boiler of the present disclosure includes a furnace, a burner provided in the furnace, and a spectroscopic unit that disperses the light of the flame formed by the burner into at least a first wavelength component and a second wavelength component. A flame detection device having a detection unit for detecting the temperature of a flame based on a comparison result between an intensity ratio of a first wavelength component and a second wavelength component and a reference intensity ratio that changes depending on the temperature. A control device for controlling the combustion of the burner based on the temperature of the flame detected by the detection unit is provided.

上記課題を解決するために、本開示の火炎検出方法は、火炎の光を少なくとも第1波長成分と第2波長成分とに分光するステップと、第1波長成分と第2波長成分との強度比と、温度に応じて変化する基準強度比との比較結果に基づいて、火炎の温度を検出するステップと、を含む。 In order to solve the above problems, the flame detection method of the present disclosure has a step of splitting the light of the flame into at least a first wavelength component and a second wavelength component, and an intensity ratio between the first wavelength component and the second wavelength component. And the step of detecting the temperature of the flame based on the comparison result with the reference intensity ratio which changes depending on the temperature.

第1波長成分および第2波長成分は、可視光の波長成分であってもよい。 The first wavelength component and the second wavelength component may be the wavelength component of visible light.

火炎は、ボイラの火炉に設けられるバーナにより形成されてもよい。 The flame may be formed by a burner provided in the furnace of the boiler.

上記課題を解決するために、本開示の燃焼制御方法は、ボイラの火炉に設けられるバーナにより形成される火炎の光を少なくとも第1波長成分と第2波長成分とに分光するステップと、第1波長成分と第2波長成分との強度比と、温度に応じて変化する基準強度比との比較結果に基づいて、火炎の温度を検出するステップと、検出された前記火炎の温度に基づいて、バーナの燃焼を制御するステップと、を含む。 In order to solve the above problems, the combustion control method of the present disclosure includes a step of dispersing the light of a flame formed by a burner provided in a boiler furnace into at least a first wavelength component and a second wavelength component, and a first step. Based on the step of detecting the temperature of the flame based on the comparison result between the intensity ratio of the wavelength component and the second wavelength component and the reference intensity ratio that changes depending on the temperature, and based on the detected temperature of the flame, Includes steps to control the burning of the burner.

本開示によれば、火炎の状態を詳細に検出することができる。 According to the present disclosure, the state of the flame can be detected in detail.

図1は、本実施形態に係るボイラを示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing a boiler according to the present embodiment. 図2は、本実施形態に係る火炎検出装置を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing a flame detection device according to the present embodiment. 図3は、2色温度計の原理について説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the principle of the two-color thermometer.

以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。 An embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding, and the present disclosure is not limited unless otherwise specified. In the present specification and the drawings, elements having substantially the same function and configuration are designated by the same reference numerals to omit duplicate explanations, and elements not directly related to the present disclosure are omitted from the illustration. do.

図1は、本実施形態に係るボイラ1を示す模式図である。図1に示すように、ボイラ1は、火炉2と、煙道3と、バーナ4と、火炎検出装置5と、制御装置6とを備える。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a boiler 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the boiler 1 includes a fireplace 2, a flue 3, a burner 4, a flame detection device 5, and a control device 6.

火炉2は、アンモニアまたは微粉炭等の燃料を燃焼させて燃焼熱を発生させる炉である。火炉2は、鉛直方向に延在する筒形状(例えば、矩形筒形状)を有する。火炉2では、燃料が燃焼することによって、高温の燃焼ガスが発生する。火炉2の底部には、燃料の燃焼によって発生する灰分を外部に排出する排出口2aが設けられている。 The furnace 2 is a furnace that generates combustion heat by burning a fuel such as ammonia or pulverized coal. The furnace 2 has a tubular shape (for example, a rectangular tubular shape) extending in the vertical direction. In the furnace 2, high-temperature combustion gas is generated by burning the fuel. The bottom of the fireplace 2 is provided with a discharge port 2a for discharging ash generated by combustion of fuel to the outside.

煙道3は、火炉2で発生した燃焼ガスを排ガスとして外部に案内する通路である。煙道3は、火炉2の上部と接続される。煙道3は、水平煙道3aと、後部煙道3bとを有する。水平煙道3aは、火炉2の上部から水平方向に延在する。後部煙道3bは、水平煙道3aの端部から下方に延在する。 The flue 3 is a passage that guides the combustion gas generated in the fireplace 2 to the outside as exhaust gas. The flue 3 is connected to the upper part of the fireplace 2. The flue 3 has a horizontal flue 3a and a rear flue 3b. The horizontal flue 3a extends horizontally from the upper part of the fireplace 2. The rear flue 3b extends downward from the end of the horizontal flue 3a.

ボイラ1は、火炉2の上部等に設置される図示しない過熱器を備えている。過熱器では、火炉2で発生した燃焼熱と水との間での熱交換が行われる。それにより、水蒸気が生成される。また、ボイラ1は、図1で図示されていない各種機器(例えば、再熱器、節炭器または空気予熱器等)を備え得る。 The boiler 1 includes a superheater (not shown) installed in the upper part of the furnace 2 or the like. In the superheater, heat exchange is performed between the combustion heat generated in the furnace 2 and water. As a result, water vapor is generated. Further, the boiler 1 may be provided with various devices (for example, a reheater, an economizer, an air preheater, etc.) not shown in FIG.

バーナ4は、火炉2の下部の壁部に設けられている。火炉2には、複数のバーナ4が、火炉2の周方向に間隔を空けて設けられている。なお、図1では図示を省略しているが、複数のバーナ4は、火炉2の延在方向(上下方向)にも間隔を空けて設けられている。バーナ4は、アンモニアまたは微粉炭等の燃料を噴射して燃焼させる。例えば、バーナ4としては、アンモニアおよび微粉炭を燃料として火炉2内に噴射可能な複合バーナが用いられ得る。 The burner 4 is provided on the lower wall portion of the furnace 2. A plurality of burners 4 are provided in the furnace 2 at intervals in the circumferential direction of the furnace 2. Although not shown in FIG. 1, the plurality of burners 4 are provided at intervals in the extending direction (vertical direction) of the furnace 2. The burner 4 injects and burns fuel such as ammonia or pulverized coal. For example, as the burner 4, a composite burner that can be injected into the furnace 2 using ammonia and pulverized coal as fuel can be used.

バーナ4は、筒状である。バーナ4の先端は、火炉2内に配置されている。バーナ4に供給された燃料は、バーナ4の先端から火炉2内に噴射されて燃焼する。それにより、火炉2内で火炎Fが形成される。ボイラ1には、バーナ4に空気を供給する図示しない空気供給機構が設けられている。火炉2には、バーナ4から噴射された燃料を着火させる図示しない着火装置が設けられている。各バーナ4から火炉2内に空気と共に噴射された燃料は、着火装置によって着火して燃焼する。 The burner 4 has a cylindrical shape. The tip of the burner 4 is arranged in the furnace 2. The fuel supplied to the burner 4 is injected into the furnace 2 from the tip of the burner 4 and burned. As a result, the flame F is formed in the furnace 2. The boiler 1 is provided with an air supply mechanism (not shown) that supplies air to the burner 4. The ignition furnace 2 is provided with an ignition device (not shown) for igniting the fuel injected from the burner 4. The fuel injected from each burner 4 into the furnace 2 together with the air is ignited and burned by the ignition device.

火炎検出装置5は、火炎Fの状態を検出する。火炎検出装置5は、複数のバーナ4のうちの一部のバーナ4に対して設けられていてもよく、各バーナ4に対して設けられていてもよい。火炎検出装置5は、集光部51と、解析装置52とを有する。集光部51は、バーナ4により形成される火炎Fの光を集光する。集光部51は、火炉2の壁部のうちバーナ4の近傍に設けられている。集光部51は、筒状である。集光部51の先端は、火炎Fを向く姿勢で、火炉2内に配置されている。集光部51には、火炎Fの光を集光する図示しない集光レンズが設けられている。解析装置52は、集光部51により集光された火炎Fの光を解析する。それにより、火炎Fの状態が検出される。なお、火炎検出装置5の詳細な構成については、後述する。 The flame detection device 5 detects the state of the flame F. The flame detection device 5 may be provided for a part of the burners 4 among the plurality of burners 4, or may be provided for each burner 4. The flame detection device 5 has a light collecting unit 51 and an analysis device 52. The light collecting unit 51 collects the light of the flame F formed by the burner 4. The light collecting unit 51 is provided in the vicinity of the burner 4 in the wall portion of the furnace 2. The light collecting unit 51 has a tubular shape. The tip of the light collecting unit 51 is arranged in the furnace 2 in a posture facing the flame F. The condensing unit 51 is provided with a condensing lens (not shown) that condenses the light of the flame F. The analysis device 52 analyzes the light of the flame F condensed by the condensing unit 51. Thereby, the state of the flame F is detected. The detailed configuration of the flame detection device 5 will be described later.

制御装置6は、バーナ4の燃焼を制御する。具体的には、制御装置6は、ボイラ1の各種装置の動作を制御することによって、バーナ4の燃焼を制御する。特に、ボイラ1では、火炎検出装置5による検出結果が制御装置6に出力され、制御装置6は、火炎検出装置5による検出結果に基づいて、バーナ4の燃焼を制御する。それにより、ボイラ1における燃焼を適切に制御することが実現される。なお、制御装置6によるバーナ4の燃焼の制御の詳細については、後述する。 The control device 6 controls the combustion of the burner 4. Specifically, the control device 6 controls the combustion of the burner 4 by controlling the operation of various devices of the boiler 1. In particular, in the boiler 1, the detection result by the flame detection device 5 is output to the control device 6, and the control device 6 controls the combustion of the burner 4 based on the detection result by the flame detection device 5. Thereby, it is realized that the combustion in the boiler 1 is appropriately controlled. The details of the control of the combustion of the burner 4 by the control device 6 will be described later.

図2は、本実施形態に係る火炎検出装置5を示す模式図である。図2に示すように、火炎検出装置5では、集光部51と解析装置52とが、光ファイバケーブル53を介して接続されている。集光部51により集光された火炎Fの光は、光ファイバケーブル53を介して解析装置52に伝送される。 FIG. 2 is a schematic view showing the flame detection device 5 according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, in the flame detection device 5, the condensing unit 51 and the analysis device 52 are connected via an optical fiber cable 53. The light of the flame F collected by the light collecting unit 51 is transmitted to the analysis device 52 via the optical fiber cable 53.

解析装置52は、分光部521(具体的には、第1分光部521aおよび第2分光部521b)と、光電センサ522a、522b、522cと、ログアンプ523a、523b、523cと、可変ゲイン交流アンプ524と、バンドパスフィルタ525と、RMS-DCコンバータ526と、検出部527とを備える。 The analyzer 52 includes a spectroscopic unit 521 (specifically, a first spectroscopic unit 521a and a second spectroscopic unit 521b), a photoelectric sensor 522a, 522b, 522c, a log amplifier 523a, 523b, 523c, and a variable gain AC amplifier. It includes a 524, a bandpass filter 525, an RMS-DC converter 526, and a detection unit 527.

以下では、光電センサ522a、522b、522cを特に区別しない場合、単に光電センサ522とも呼ぶ。ログアンプ523a、523b、523cを特に区別しない場合、単にログアンプ523とも呼ぶ。 Hereinafter, when the photoelectric sensors 522a, 522b, and 522c are not particularly distinguished, they are also simply referred to as photoelectric sensors 522. When the log amplifiers 523a, 523b, and 523c are not particularly distinguished, they are also simply referred to as log amplifiers 523.

分光部521は、火炎Fの光を特定の波長成分に分光する。分光部521は、第1分光部521aと、第2分光部521bとを含む。第1分光部521aは、入射される光のうち第1波長(例えば、537.5nm)以上の光を通過させ、第2分光部521bに送る。一方、第1分光部521aは、入射される光のうち第1波長未満の光を反射させ、光電センサ522aに送る。第2分光部521bは、入射される光(つまり、第1波長以上の光)のうち第2波長(例えば、650.0nm)以上の光を通過させ、光電センサ522cに送る。一方、第2分光部521bは、入射される光のうち第2波長未満の光を反射させ、光電センサ522bに送る。第2波長は、第1波長よりも長い。第1波長および第2波長は、可視光波長(可視光の波長域内の波長)である。ただし、第1波長および第2波長は、上記の例に限定されない。例えば、第1波長および第2波長は、上記の例と異なる可視光波長であってもよい。 The spectroscopic unit 521 disperses the light of the flame F into a specific wavelength component. The spectroscopic unit 521 includes a first spectroscopic unit 521a and a second spectroscopic unit 521b. The first spectroscopic unit 521a passes the incident light having the first wavelength (for example, 537.5 nm) or more and sends it to the second spectroscopic unit 521b. On the other hand, the first spectroscopic unit 521a reflects the incident light having a wavelength lower than the first wavelength and sends it to the photoelectric sensor 522a. The second spectroscopic unit 521b passes light having a second wavelength (for example, 650.0 nm) or higher among the incident light (that is, light having a first wavelength or higher) and sends the light to the photoelectric sensor 522c. On the other hand, the second spectroscopic unit 521b reflects the incident light having a wavelength less than the second wavelength and sends it to the photoelectric sensor 522b. The second wavelength is longer than the first wavelength. The first wavelength and the second wavelength are visible light wavelengths (wavelengths within the wavelength range of visible light). However, the first wavelength and the second wavelength are not limited to the above example. For example, the first wavelength and the second wavelength may be visible light wavelengths different from the above example.

上記のように、分光部521は、火炎Fの光を、第1波長未満(例えば、537.5nm未満)の波長成分と、第1波長以上かつ第2波長未満(例えば、537.5nm以上かつ650.0nm未満)の波長成分と、第2波長以上(例えば、650.0nm以上)の波長成分とに分光する。 As described above, the spectroscopic unit 521 transmits the light of the flame F to a wavelength component having a wavelength of less than the first wavelength (for example, less than 537.5 nm) and a wavelength component of the first wavelength or more and less than the second wavelength (for example, 537.5 nm or more). The wavelength component of less than 650.0 nm and the wavelength component of the second wavelength or more (for example, 650.0 nm or more) are separated.

ここで、第1波長未満(例えば、537.5nm未満)の波長成分を、第1波長成分と呼ぶ。第1波長以上かつ第2波長未満(例えば、537.5nm以上かつ650.0nm未満)の波長成分を、第2波長成分と呼ぶ。第2波長以上(例えば、650.0nm以上)の波長成分を、第3波長成分と呼ぶ。この場合、分光部521は、火炎Fの光を第1波長成分と第2波長成分と第3波長成分とに分光する。ただし、分光部521は、火炎Fの光を少なくとも第1波長成分と第2波長成分とに分光すればよい。例えば、分光部521は、火炎Fの光を4つ以上の波長成分に分光してもよい。 Here, a wavelength component having a wavelength less than the first wavelength (for example, less than 537.5 nm) is referred to as a first wavelength component. A wavelength component having a first wavelength or more and less than a second wavelength (for example, 537.5 nm or more and less than 650.0 nm) is referred to as a second wavelength component. A wavelength component having a second wavelength or higher (for example, 650.0 nm or higher) is referred to as a third wavelength component. In this case, the spectroscopic unit 521 disperses the light of the flame F into the first wavelength component, the second wavelength component, and the third wavelength component. However, the spectroscopic unit 521 may disperse the light of the flame F into at least the first wavelength component and the second wavelength component. For example, the spectroscopic unit 521 may disperse the light of the flame F into four or more wavelength components.

光電センサ522は、送られた光を光電変換し、電気信号を出力する。光電センサ522は、例えば、ピンフォトダイオード等を含む。上述したように、光電センサ522aには、火炎Fの光のうち第1波長成分(例えば、537.5nm未満の光)が送られる。光電センサ522aは、送られた光を光電変換し、電気信号をログアンプ523aに出力する。上述したように、光電センサ522bには、火炎Fの光のうち第2波長成分(例えば、537.5nm以上かつ650.0nm未満の光)が送られる。光電センサ522bは、送られた光を光電変換し、電気信号をログアンプ523bに出力する。上述したように、光電センサ522cには、火炎Fの光のうち第3波長成分(例えば、650.0nm以上の光)が送られる。光電センサ522cは、送られた光を光電変換し、電気信号をログアンプ523cおよび可変ゲイン交流アンプ524に出力する。 The photoelectric sensor 522 photoelectrically converts the transmitted light and outputs an electric signal. The photoelectric sensor 522 includes, for example, a pin photodiode and the like. As described above, the first wavelength component of the light of the flame F (for example, the light of less than 537.5 nm) is sent to the photoelectric sensor 522a. The photoelectric sensor 522a photoelectrically converts the transmitted light and outputs an electric signal to the log amplifier 523a. As described above, the second wavelength component of the light of the flame F (for example, light having a diameter of 537.5 nm or more and less than 650.0 nm) is sent to the photoelectric sensor 522b. The photoelectric sensor 522b photoelectrically converts the transmitted light and outputs an electric signal to the log amplifier 523b. As described above, the third wavelength component of the light of the flame F (for example, light having a diameter of 650.0 nm or more) is sent to the photoelectric sensor 522c. The photoelectric sensor 522c photoelectrically converts the transmitted light and outputs an electric signal to the log amplifier 523c and the variable gain AC amplifier 524.

ログアンプ523は、光電センサ522から送られた電気信号を対数圧縮して出力する。ログアンプ523aは、光電センサ522aから送られた電気信号を対数圧縮して、検出部527に出力する。ログアンプ523bは、光電センサ522bから送られた電気信号を対数圧縮して、検出部527に出力する。ログアンプ523cは、光電センサ522cから送られた電気信号を対数圧縮して、検出部527に出力する。 The log amplifier 523 logarithmically compresses and outputs an electric signal sent from the photoelectric sensor 522. The log amplifier 523a logarithmically compresses the electric signal sent from the photoelectric sensor 522a and outputs it to the detection unit 527. The log amplifier 523b logarithmically compresses the electric signal sent from the photoelectric sensor 522b and outputs it to the detection unit 527. The log amplifier 523c logarithmically compresses the electric signal sent from the photoelectric sensor 522c and outputs it to the detection unit 527.

可変ゲイン交流アンプ524は、光電センサ522cから送られた電気信号に所定のゲインを乗算して、バンドパスフィルタ525に出力する。バンドパスフィルタ525は、可変ゲイン交流アンプ524から送られた電気信号から所定の周波数成分を取り出し、RMS-DCコンバータ526に出力する。RMS-DCコンバータ526は、バンドパスフィルタ525から送られた電気信号のRMS値(瞬時値の二乗平均値の平方根)を求めて、検出部527に出力する。 The variable gain AC amplifier 524 multiplies the electric signal sent from the photoelectric sensor 522c by a predetermined gain and outputs the electric signal to the bandpass filter 525. The bandpass filter 525 extracts a predetermined frequency component from the electric signal sent from the variable gain AC amplifier 524 and outputs it to the RMS-DC converter 526. The RMS-DC converter 526 obtains the RMS value (the square root of the root mean square value of the instantaneous value) of the electric signal sent from the bandpass filter 525 and outputs it to the detection unit 527.

検出部527は、入力される電気信号を用いて、火炎Fの状態を検出する。本実施形態では、検出部527は、火炎Fの有無の検出、および、火炎Fの温度の検出を行う。 The detection unit 527 detects the state of the flame F by using the input electric signal. In the present embodiment, the detection unit 527 detects the presence / absence of the flame F and the temperature of the flame F.

検出部527は、火炎Fの光のうちの第3波長成分(つまり、第2分光部521bを通過し、光電センサ522cに送られる光)に関する電気信号を用いて、火炎Fの有無を検出する。検出部527は、ログアンプ523cから出力される電気信号を、第3波長成分の光の強度を示す指標(つまり、明るさを示す指標)として用いる。検出部527は、RMS-DCコンバータ526から出力される電気信号を、第3波長成分の光のちらつきの程度を示す指標として用いる。例えば、検出部527は、第3波長成分の光の強度と、第3波長成分の光のちらつきの程度との双方が基準値を超える場合、火炎Fが存在すると判定する。 The detection unit 527 detects the presence or absence of the flame F by using an electric signal regarding the third wavelength component of the light of the flame F (that is, the light that passes through the second spectroscopic unit 521b and is transmitted to the photoelectric sensor 522c). .. The detection unit 527 uses the electric signal output from the log amplifier 523c as an index indicating the intensity of the light of the third wavelength component (that is, an index indicating the brightness). The detection unit 527 uses the electric signal output from the RMS-DC converter 526 as an index indicating the degree of light flicker of the third wavelength component. For example, the detection unit 527 determines that the flame F exists when both the intensity of the light of the third wavelength component and the degree of the flicker of the light of the third wavelength component exceed the reference value.

検出部527は、火炎Fの光のうちの第1波長成分(つまり、第1分光部521aに反射され、光電センサ522aに送られる光)および第2波長成分(つまり、第2分光部521bに反射され、光電センサ522bに送られる光)に関する電気信号を用いて、火炎Fの温度を検出する。検出部527は、ログアンプ523aから出力される電気信号を、第1波長成分の光の強度を示す指標として用いる。検出部527は、ログアンプ523bから出力される電気信号を、第2波長成分の光の強度を示す指標として用いる。ここで、検出部527は、2色温度計の原理を利用して、火炎Fの温度を検出する。 The detection unit 527 has a first wavelength component (that is, light reflected by the first spectroscopic unit 521a and sent to the photoelectric sensor 522a) and a second wavelength component (that is, the second spectroscopic unit 521b) of the light of the flame F. The temperature of the flame F is detected using an electrical signal (light) that is reflected and sent to the photoelectric sensor 522b. The detection unit 527 uses the electric signal output from the log amplifier 523a as an index indicating the light intensity of the first wavelength component. The detection unit 527 uses the electric signal output from the log amplifier 523b as an index indicating the light intensity of the second wavelength component. Here, the detection unit 527 detects the temperature of the flame F by using the principle of the two-color thermometer.

図3は、2色温度計の原理について説明するための説明図である。図3では、横軸を波長とし縦軸を光の強度として、物体から発せられる光の強度の波長に対する特性(以下、強度特性とも呼ぶ。)を示す特性線L1、L2、L3、L4、L5、L6が示されている。各特性線の間では、物体の温度が互いに異なっている。特性線L1、L2、L3、L4、L5、L6の順に、各特性線と対応する温度が高くなっている。 FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the principle of the two-color thermometer. In FIG. 3, the horizontal axis is the wavelength and the vertical axis is the intensity of light, and the characteristic lines L1, L2, L3, L4, and L5 showing the characteristics of the intensity of the light emitted from the object with respect to the wavelength (hereinafter, also referred to as intensity characteristics). , L6 are shown. Between each characteristic line, the temperature of the object is different from each other. The temperature corresponding to each characteristic line increases in the order of the characteristic lines L1, L2, L3, L4, L5, and L6.

図3に示すように、一般に、物体の温度が高くなるにつれて、物体から発せられる光の強度は大きくなる。ここで、特定の2つの波長λ1、λ2に着目すると、波長λ1の強度と波長λ2の強度との比は、各特性線の間で互いに異なる。つまり、波長λ1と波長λ2との強度比は、各温度で固有の数値をとる。ゆえに、波長λ1と波長λ2との強度比から物体の温度を特定することができる。上記の温度特定の原理が、2色温度計の原理と呼ばれる。 As shown in FIG. 3, in general, as the temperature of an object increases, the intensity of light emitted from the object increases. Here, focusing on the two specific wavelengths λ1 and λ2, the ratio of the intensity of the wavelength λ1 to the intensity of the wavelength λ2 is different between the characteristic lines. That is, the intensity ratio between the wavelength λ1 and the wavelength λ2 takes a unique numerical value at each temperature. Therefore, the temperature of the object can be specified from the intensity ratio of the wavelength λ1 and the wavelength λ2. The above temperature-specific principle is called the two-color thermometer principle.

そこで、検出部527は、2色温度計の原理を利用して、第1波長成分と第2波長成分との強度比と、温度に応じて変化する基準強度比との比較結果に基づいて、火炎Fの温度を検出する。上記のように、第1波長成分と第2波長成分との強度比は、火炎Fの温度に応じて変化する。基準強度比は、第1波長成分と第2波長成分との強度比として実験的にまたは理論上で想定される火炎Fの温度に応じた強度比である。基準強度比は、予め解析装置52の記憶素子等に記憶されている。例えば、解析装置52には、複数の温度と対応する基準強度比が記憶されている。 Therefore, the detection unit 527 utilizes the principle of the two-color thermometer, and based on the comparison result between the intensity ratio between the first wavelength component and the second wavelength component and the reference intensity ratio that changes depending on the temperature, The temperature of the flame F is detected. As described above, the intensity ratio between the first wavelength component and the second wavelength component changes depending on the temperature of the flame F. The reference intensity ratio is an intensity ratio according to the temperature of the flame F, which is experimentally or theoretically assumed as the intensity ratio between the first wavelength component and the second wavelength component. The reference intensity ratio is stored in advance in a storage element or the like of the analysis device 52. For example, the analyzer 52 stores a plurality of temperatures and corresponding reference intensity ratios.

検出部527は、例えば、記憶されている基準強度比のうち、第1波長成分と第2波長成分との強度比と最も近い基準強度比と対応する温度を、火炎Fの温度として検出する。なお、検出部527は、ログアンプ523aから出力される電気信号から得られる第1波長成分の強度、および、ログアンプ523bから出力される電気信号から得られる第2波長成分の強度の少なくとも一方に補正係数(例えば、ボイラ1の仕様に応じた係数)を乗算した後に、強度比を算出してもよい。検出部527は、ログアンプ523aから出力される電気信号から得られる第1波長成分の強度と、ログアンプ523bから出力される電気信号から得られる第2波長成分の強度との比に補正係数(例えば、ボイラ1の仕様に応じた係数)を乗算して得られる値を強度比として用いて、基準強度比との比較を行ってもよい。 The detection unit 527 detects, for example, the temperature corresponding to the reference intensity ratio closest to the intensity ratio between the first wavelength component and the second wavelength component among the stored reference intensity ratios as the temperature of the flame F. The detection unit 527 has at least one of the intensity of the first wavelength component obtained from the electric signal output from the log amplifier 523a and the intensity of the second wavelength component obtained from the electric signal output from the log amplifier 523b. The intensity ratio may be calculated after multiplying by a correction coefficient (for example, a coefficient according to the specifications of the boiler 1). The detection unit 527 corrects a coefficient (correction coefficient) to the ratio of the intensity of the first wavelength component obtained from the electric signal output from the log amplifier 523a to the intensity of the second wavelength component obtained from the electric signal output from the log amplifier 523b. For example, a value obtained by multiplying the coefficient according to the specifications of the boiler 1) may be used as the intensity ratio to compare with the reference intensity ratio.

上記のように、本実施形態では、検出部527は、第1波長成分と第2波長成分との強度比と、温度に応じて変化する基準強度比との比較結果に基づいて、火炎Fの温度を検出する。つまり、検出部527は、2色温度計の原理を利用して、第1波長成分と第2波長成分との強度比に基づいて、火炎Fの温度を検出する。それにより、火炎Fの有無以外の情報として、火炎Fの温度を得ることができる。ゆえに、火炎Fの状態をより詳細に検出することができる。特に、ボイラ1の火炉2に設けられるバーナ4により形成される火炎Fの状態をより詳細に検出することによって、後述するように、ボイラ1における燃焼を適正化できる。 As described above, in the present embodiment, the detection unit 527 of the flame F is based on the comparison result between the intensity ratio of the first wavelength component and the second wavelength component and the reference intensity ratio that changes depending on the temperature. Detect temperature. That is, the detection unit 527 detects the temperature of the flame F based on the intensity ratio of the first wavelength component and the second wavelength component by using the principle of the two-color thermometer. Thereby, the temperature of the flame F can be obtained as information other than the presence / absence of the flame F. Therefore, the state of the flame F can be detected in more detail. In particular, by detecting the state of the flame F formed by the burner 4 provided in the furnace 2 of the boiler 1 in more detail, the combustion in the boiler 1 can be optimized, as will be described later.

なお、上記で説明したように、火炎検出装置5による火炎検出方法は、火炎Fの光を少なくとも第1波長成分と第2波長成分とに分光する分光部521によるステップと、第1波長成分と第2波長成分との強度比と、温度に応じて変化する基準強度比との比較結果に基づいて、火炎Fの温度を検出する検出部527によるステップとを含む。 As described above, the flame detection method by the flame detection device 5 includes a step by the spectroscopic unit 521 that splits the light of the flame F into at least the first wavelength component and the second wavelength component, and the first wavelength component. It includes a step by the detection unit 527 that detects the temperature of the flame F based on the comparison result between the intensity ratio with the second wavelength component and the reference intensity ratio that changes depending on the temperature.

特に、火炎Fの温度の検知に用いられる第1波長成分および第2波長成分は、可視光の波長成分であることが好ましい。なお、この場合において、厳密には、第1波長成分に、紫外光等の短波長の成分が僅かに含まれ得る。上記の例のように、第1波長成分が537.5nm未満の光等の可視光であり、第2波長成分が537.5nm以上かつ650.0nm未満の光等の可視光である場合、2色温度計の原理を利用して火炎Fの温度を精度良く検出することができる。例えば、第1波長成分および第2波長成分の少なくとも一方が、赤外光の波長成分である場合、第1波長成分または第2波長成分を示す電気信号に過度に多くのノイズが含まれてしまい、2色温度計の原理を利用した温度検出の精度が低下してしまう。例えば、第1波長成分および第2波長成分の少なくとも一方が、紫外光の波長成分である場合、第1波長成分または第2波長成分を示す電気信号の大きさが過度に小さくなってしまい、2色温度計の原理を利用した温度検出の精度が低下してしまう。 In particular, the first wavelength component and the second wavelength component used for detecting the temperature of the flame F are preferably visible light wavelength components. Strictly speaking, in this case, the first wavelength component may contain a small amount of a short wavelength component such as ultraviolet light. As in the above example, when the first wavelength component is visible light such as light of less than 537.5 nm and the second wavelength component is visible light such as light of 537.5 nm or more and less than 650.0 nm, 2 The temperature of the flame F can be detected accurately by using the principle of the color thermometer. For example, when at least one of the first wavelength component and the second wavelength component is the wavelength component of infrared light, the electric signal indicating the first wavelength component or the second wavelength component contains excessively much noise. The accuracy of temperature detection using the principle of a two-color thermometer is reduced. For example, when at least one of the first wavelength component and the second wavelength component is the wavelength component of ultraviolet light, the magnitude of the electric signal indicating the first wavelength component or the second wavelength component becomes excessively small, 2 The accuracy of temperature detection using the principle of the color thermometer is reduced.

ここで、上述したように、制御装置6は、検出部527により検出された火炎Fの温度に基づいて、ボイラ1のバーナ4の燃焼を制御する。例えば、制御装置6は、バーナ4に空気を供給する空気供給機構の動作を、火炎Fの温度に基づいて制御する。それにより、バーナ4への空気の供給量が火炎Fの温度に基づいて制御され得る。例えば、バーナ4の燃料噴射口の近傍でバーナ4の中心軸まわりの空気の旋回流を形成する旋回流形成装置がボイラ1に設けられる場合、制御装置6は、旋回流形成装置の動作を火炎Fの温度に基づいて制御する。それにより、バーナ4の燃料噴射口の近傍での空気の旋回流の強さが火炎Fの温度に基づいて制御され得る。 Here, as described above, the control device 6 controls the combustion of the burner 4 of the boiler 1 based on the temperature of the flame F detected by the detection unit 527. For example, the control device 6 controls the operation of the air supply mechanism that supplies air to the burner 4 based on the temperature of the flame F. Thereby, the amount of air supplied to the burner 4 can be controlled based on the temperature of the flame F. For example, when the boiler 1 is provided with a swirling flow forming device that forms a swirling flow of air around the central axis of the burner 4 in the vicinity of the fuel injection port of the burner 4, the control device 6 flames the operation of the swirling flow forming device. It is controlled based on the temperature of F. Thereby, the strength of the swirling flow of air in the vicinity of the fuel injection port of the burner 4 can be controlled based on the temperature of the flame F.

上記のように、検出部527により検出された火炎Fの温度に基づいて、ボイラ1のバーナ4の燃焼が制御されることによって、ボイラ1における燃焼をより適切に制御することができる。 As described above, by controlling the combustion of the burner 4 of the boiler 1 based on the temperature of the flame F detected by the detection unit 527, the combustion in the boiler 1 can be controlled more appropriately.

なお、上記で説明したように、制御装置6による燃焼制御方法は、火炎検出装置5による火炎検出方法の各ステップに加えて、検出部527により検出された火炎Fの温度に基づいて、ボイラ1のバーナ4の燃焼を制御する制御装置6によるステップをさらに含む。 As described above, in the combustion control method by the control device 6, in addition to each step of the flame detection method by the flame detection device 5, the boiler 1 is based on the temperature of the flame F detected by the detection unit 527. Further includes a step by the control device 6 for controlling the combustion of the burner 4.

以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present disclosure is not limited to such embodiments. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modifications or modifications within the scope of the claims, and it is understood that these also naturally belong to the technical scope of the present disclosure. Will be done.

上記では、ボイラ1の火炉2に設けられるバーナ4により形成される火炎Fの状態が火炎検出装置5によって検出される例を説明した。ただし、火炎検出装置5の検出対象は、ボイラ1以外の設備で生成される火炎であってもよい。つまり、火炎検出装置5は、ボイラ1以外の設備に設けられてもよい。 In the above, an example in which the state of the flame F formed by the burner 4 provided in the furnace 2 of the boiler 1 is detected by the flame detection device 5 has been described. However, the detection target of the flame detection device 5 may be a flame generated by equipment other than the boiler 1. That is, the flame detection device 5 may be provided in equipment other than the boiler 1.

上記では、第1波長成分が537.5nm未満の光等の可視光であり、第2波長成分が537.5nm以上かつ650.0nm未満の光等の可視光である例を主として説明した。ただし、上述したように、第1波長および第2波長は、上記の例に限定されない。つまり、第1波長成分および第2波長成分の波長域は、上記の例と異なっていてもよい。 In the above, an example in which the first wavelength component is visible light such as light of less than 537.5 nm and the second wavelength component is visible light such as light of 537.5 nm or more and less than 650.0 nm has been mainly described. However, as described above, the first wavelength and the second wavelength are not limited to the above example. That is, the wavelength ranges of the first wavelength component and the second wavelength component may be different from the above example.

1 ボイラ
2 火炉
4 バーナ
5 火炎検出装置
6 制御装置
521 分光部
521a 第1分光部
521b 第2分光部
527 検出部
F 火炎
1 Boiler 2 Furnace 4 Burner 5 Flame detector 6 Control device 521 Spectroscopy 521a First spectroscope 521b Second spectroscope 527 Detection unit F Flame

Claims (8)

火炎の光を少なくとも第1波長成分と第2波長成分とに分光する分光部と、
前記第1波長成分と前記第2波長成分との強度比と、温度に応じて変化する基準強度比との比較結果に基づいて、前記火炎の温度を検出する検出部と、
を備える、
火炎検出装置。
A spectroscopic unit that splits the light of the flame into at least the first wavelength component and the second wavelength component,
A detection unit that detects the temperature of the flame based on the result of comparison between the intensity ratio of the first wavelength component and the second wavelength component and the reference intensity ratio that changes depending on the temperature.
To prepare
Flame detector.
前記第1波長成分および前記第2波長成分は、可視光の波長成分である、
請求項1に記載の火炎検出装置。
The first wavelength component and the second wavelength component are wavelength components of visible light.
The flame detection device according to claim 1.
前記火炎は、ボイラの火炉に設けられるバーナにより形成される、
請求項1または2に記載の火炎検出装置。
The flame is formed by a burner provided in the furnace of the boiler.
The flame detection device according to claim 1 or 2.
火炉と、
前記火炉に設けられるバーナと、
前記バーナにより形成される火炎の光を少なくとも第1波長成分と第2波長成分とに分光する分光部と、前記第1波長成分と前記第2波長成分との強度比と、温度に応じて変化する基準強度比との比較結果に基づいて、前記火炎の温度を検出する検出部と、を有する火炎検出装置と、
前記検出部により検出された前記火炎の温度に基づいて、前記バーナの燃焼を制御する制御装置と、
を備える、
ボイラ。
With a furnace
The burner installed in the furnace and
The spectroscopic unit that splits the light of the flame formed by the burner into at least the first wavelength component and the second wavelength component, the intensity ratio between the first wavelength component and the second wavelength component, and changes depending on the temperature. A flame detection device having a detection unit for detecting the temperature of the flame based on the comparison result with the reference intensity ratio to be used.
A control device that controls the combustion of the burner based on the temperature of the flame detected by the detection unit, and
To prepare
boiler.
火炎の光を少なくとも第1波長成分と第2波長成分とに分光するステップと、
前記第1波長成分と前記第2波長成分との強度比と、温度に応じて変化する基準強度比との比較結果に基づいて、前記火炎の温度を検出するステップと、
を含む、
火炎検出方法。
The step of splitting the light of the flame into at least the first wavelength component and the second wavelength component,
A step of detecting the temperature of the flame based on the result of comparison between the intensity ratio of the first wavelength component and the second wavelength component and the reference intensity ratio that changes depending on the temperature.
including,
Flame detection method.
前記第1波長成分および前記第2波長成分は、可視光の波長成分である、
請求項5に記載の火炎検出方法。
The first wavelength component and the second wavelength component are wavelength components of visible light.
The flame detection method according to claim 5.
前記火炎は、ボイラの火炉に設けられるバーナにより形成される、
請求項5または6に記載の火炎検出方法。
The flame is formed by a burner provided in the furnace of the boiler.
The flame detection method according to claim 5 or 6.
ボイラの火炉に設けられるバーナにより形成される火炎の光を少なくとも第1波長成分と第2波長成分とに分光するステップと、
前記第1波長成分と前記第2波長成分との強度比と、温度に応じて変化する基準強度比との比較結果に基づいて、前記火炎の温度を検出するステップと、
検出された前記火炎の温度に基づいて、前記バーナの燃焼を制御するステップと、
を含む、
燃焼制御方法。
A step of splitting the light of the flame formed by the burner provided in the furnace of the boiler into at least the first wavelength component and the second wavelength component.
A step of detecting the temperature of the flame based on the result of comparison between the intensity ratio of the first wavelength component and the second wavelength component and the reference intensity ratio that changes depending on the temperature.
A step of controlling the combustion of the burner based on the detected temperature of the flame, and
including,
Combustion control method.
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