JP2554814B2 - 炉内部のキャリオーバ粒子を検出する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、溶融ベッドボイラのような炉内部における
キャリオーバ粒子を検出する技術に関し、又、その検出
されたキャリオーバ粒子に関する情報を炉の制御に利用
する技術に関するものである。

一般に、キャリオーバ粒子とは、炉又はボイラ内部で
その炉の炉床のかなり上方の領域内を移動する「正規な
位置から外れた」燃焼粒子と定義することが出来る。よ
り具体的には、溶融ベッド回収ボイラ内のキャリオーバ
粒子は、ボイラ内部の「ブルノーズ」の高さのようなボ
イラ上方の水平面を移動する燃焼粒子の集塊であると定
義することも出来る。ここで、ブルノーズは、炉領域を
過熱器から引き離すボイラの上方の狭い部分を意味す
る。かかる回収ボイラ内の蒸気管に接触する燃焼粒子
は、急冷され、配置上に固い堆積分を形成する。これら
固い堆積分は、かかるボイラ内で典型的に行われる蒸気
洗浄装置を使用して洗浄し又は除去することは困難であ
る。

典型的なボイラは製紙用パルプを製造する工場で使用
される液体回収装置である。かかる装置は、典型的に、
相当額の投資を必要とする。多くの場合、これらボイラ
の能力によりパルプ工場の生産能力が制限される。従来
の液体回収装置が本発明によるキャリオーバ粒子検出装
置と共に、第１図に示してある。該回収装置は、蒸気を
発生させる目的で水の循環させる囲繞壁12を有するボイ
ラ10を備えている。この型式の典型的な代表的な装置
は、底面積約50m²及び高さ約40mである。焼却炉又はボ
イラの壁12及び底部の水冷管は図示しない水ドラム及び
蒸気ボイラの蒸気ドラムにそれぞれ接続されている。通
常、符号14、16、18で示すような２又は３つの異なる高
さにて焼却炉の周縁に沿って配置されたポートを通じ
て、燃焼空気がボイラ内に導入される。空気は、典型的
に大型のファン（図示せず）によりこれらポートを通じ
てボイラ内に供給され、制御されたダンパを使用してこ
れら幾多のポートを通る空気の流量を調整する。これら
ファンは、第１図に空気供給源20として概略図で示して
あり、ダンパの一部は弁又はダンパ22、24として示して
ある。弁又はダンパコントローラ26は、プロセスコンピ
ュータ28及びインタフェース（図示せず）の制御の下、
各種の空気供給ダンパの作動を制御し、ボイラへの燃焼
空気の流量を制御する。例えば、ボイラ内の燃料の燃焼
率を増大させるためには、典型的には、燃焼空気量を増
加させる。更に、他のポートよりも選択されたポートを
通じてより多くの空気を供給することにより、より多く
の空気が供給される領域での燃料の消費量を増加させ、
ボイラの底部におけるベッド30の輪郭を調整することが
可能となる。

黒液燃料は、粗の噴霧液として燃料ノズル32、34を通
ってボイラに入る。この黒液内の可燃性の有機成分は、
燃料の液滴が空気と混合しながら燃焼する。燃料中の硫
酸ナトリウムは、ボイラの還元領域内で化学的に硫化ナ
トリウムに変換される。無機塩はボイラの床に滴下して
溶融ベッド30を形成し、該ベッドから液体が排出され
る。黒液燃料は、燃料供給源40（パルプ工場）から供給
され、それぞれの弁42、44を経て導管によりノズル32、
34に、従って、ボイラの燃焼領域に供給される。プロセ
スコンピュータ28及びインターフェースが弁コントロー
ラ26に対して適当な燃料制御信号を送り、弁42、44、従
って燃料の供給を制御する。

黒液燃料の略全ての燃焼は、ボイラの上方領域にある
ボイラ蒸気管の十分下方のボイラ10の下方領域内で行う
ことが望ましい。しかし、実際には、ボイラの炉床領域
内に形成された塵埃粒子が排ガスと共に、ボイラの狭小
なブルノーズ部分46を通って上方に運ばれる。これら粒
子の一部は、ボイラの上部過熱面に付着する。塵埃は、
典型的に、硫酸ナトリウム及び炭酸ナトリウムを含んで
いるが、異なる割合でその他の成分も含んでいる。空気
の供給の乱れ又は、恐らくボイラの大きいベッド容積に
起因するような特定のボイラ又は炉の状態のとき、未燃
焼の液体燃料粒子が上方へのガス流に従って動く。かか
る粒子は、燃焼しながら、加熱面上に被覆分を形成し、
これら被覆分の除去は極めて困難である。又、これら粒
子の一部は、ボイラの加熱面に接触するときに燃焼し、
他の塵埃を加熱面の上に焼結させ、同様に、これら付着
した粒子の除去を極めて困難にする。このように、燃焼
プロセスからの高温のガスが燃焼する燃料粒子を取り込
み、これらを上方に運ぶため、これら粒子は、過熱器の
管47及び蒸気発生装置の管49に達し、その上に堆積する
可能性がある。これら管47、49は、発電又はその他のプ
ロセスに熱を提供するために過熱蒸気を発生させるボイ
ラに従来から使用されている。燃焼するキャリオーバ粒
子がこれら管に強く衝突するとき、堆積物の形態による
蓄積物が生じ、管の間の通路を塞ぐ傾向となる。かかる
蓄積物により管の伝熱効率及びボイラの能力が低下す
る。これら蓄積物は最終的にボイラの運転停止の原因と
なり、又ボイラ管の腐食を促進させる。

管47、49の表面を含む伝熱面を清浄な状態に維持する
ため、液体回収装置には、通常、伝熱面を清浄にする手
段が設けられている。かかる煤除去装置は、典型的に、
パイプから成っており、これらパイプをボイラ内で動か
す間に、該パイプを通じて蒸気を噴射する。これら洗浄
装置を使用する場合でも、洗浄の目的のためにボイラの
運転を停止させなければならないことが多い。その結
果、高価なパルプ工場の生産時間のロスが生ずることが
多い。更に、これら洗浄装置は、これら管の上の柔らか
い蓄積物を除去するためには極めて効果的であるが、燃
焼するキャリオーバ粒子により形成された固い蓄積物を
除去する効果ははるかに劣る。

燃焼するキャリオーバ粒子からの堆積物がボイラ管上
に蓄積することに伴う問題点は、当該技術分野で認識さ
れている。例えば、ハーングレン（Harngren）等への米
国特許第4,690,634号は、燃焼するキャリオーバ粒子が
検出器を通過するとき、その粒子数を計数する装置を開
示している。この計数値を利用してかかるキャリオーバ
粒子の発生を表示し及び／又はボイラの運転の制御を行
う。上記ハーングレンの解決手段において、列に配置さ
れた線形列の発光ダイオード（特に、1024ダイオード）
から成る単一の光検出器が利用される。光学レンズを使
用してダイオードを検出面又は焦点面に焦点決めし、本
出願の発明者の理解によれば、この検出面はボイラ壁か
ら僅か約50.8mm（約２インチ）程度しか離間されていな
い。検出器から発生される信号は増幅され、閾値を越え
るピーク信号のみが記録されるようにするために使用さ
れるその閾値と比較する。受信した信号のパルス幅を使
用して粒子の寸法を種類分けする。該装置は、10分間と
いった時間間隔中、各粒子寸法範囲内の検出されたキャ
リオーバ粒子のパルス数を計数し、それぞれの種類内の
合計値をアナログ電流信号に変換して、プロセスコンピ
ュータに送る。

ハーングレン等の解決手段は、キャリオーバ粒子を寸
法によって種類分けするため比較的複雑でコストの嵩む
電子機構を必要とする。更に、炉の１つの壁に沿って配
置された単一の検出器は、直線列の発光ダイオードを使
用するといっても、実質的に、一方向からボイラを検査
することは可能であるが、この解決手段に使用される焦
点面の深さが浅いことに起因し、この一方向からはボイ
ラ内部の僅かな領域しか検査することが出来ない。従っ
て、ハーングレン等により利用される単一方向からの視
覚範囲内に含まれないボイラ領域内で相当量のキャリオ
ーバ粒子が生ずる結果となる溶融ベッドの局部的な外乱
を見逃す虞れがある。

ボイラ内部におけるキャリオーバ粒子の存在を監視す
る更に別の解決手段がジェームズ（James）への米国特
許第4,814,868号に開示されている。このジェームズの
解決手段において、アリッゾーン（Ariessohn）等への
米国特許第4,539,588号に記載された型式のような単一
のビデオカメラ画像化装置が回収ボイラの上方部分に近
接して配置され、ボイラ内部の画像に対応するアナログ
ビデオ信号を発生する。このビデオ信号は処理されて雑
音及び静止物を除去する。ジェームズはカウンタを利用
し、ろ波した信号中のデータ点の相対的大きさ及び所定
の閾値の関数として、監視領域内を動く粒子の発生数を
計数する。この粒子数の計数は、ろ波した信号中の時間
データ点の各々が閾値を越えるときに追加される。かか
るデータ点は、画像中の明るい画線として現れ、動くキ
ャリオーバ粒子によって発生される。この特許の画像化
装置は、ビデオ信号に対し複数の走査線を提供し、この
走査線をデジタル化しかつ組み合わせて、雑音と燃焼す
る粒子とを識別し得るようにする。デイスプレイを使用
して発光する粒子の可視像を表示する。

単一のカメラを使用することにより、ジェームズの解
決手段は、ハーングレンの特許の解決手段と同様、カメ
ラを支持する壁に沿った粒子以外のキャリオーバ粒子を
検出する能力が限られる。典型的なボイラ内部の環境は
不透明であり、及び燃焼する粒子は相当な距離（例え
ば、壁から約３フィート）の距離で検出することが困難
であるため、ボイラ内部の分散した位置にキャリオーバ
粒子が存在することは、ハーングレン等及びジェームズ
の装置では見逃され易いであろう。

更に、上記のジェームズの解決手段は、カメラによっ
て、カメラに近接する小さいキャリオーバ粒子とカメラ
から離れた大きいキャリオーバ粒子とが同一寸法に見え
るため、これらを識別することが出来ないと考えられ
る。

粒子を検出する別の装置は、ホフスティン（Hofstei
n）への米国特許第3,830,969号に開示されている。該ホ
スフィンの装置は、テレビカメラを利用して内部に微粒
子を含む流体標本の画像を発生させるものである。この
画像を処理して動く粒子に対応する画像内に光点を保持
する。得られた画像はCRTディスプレイ等の上に表示す
る。微粒子物質は、その動作、分布、寸法、数又は濃度
のような特性について分析する。この文献には、かかる
装置を燃料燃焼炉又はボイラ内の苛酷な環境状態で運転
することについての示唆は何等記載されていない。

コーラ（Kohola）等への米国特許第4,737,844号は、
ビデオカメラを利用してビデオ信号を得、この信号を一
時的及び空間的にデジタル化し、かつろ波する装置を開
示している。デジタル化されたビデオ信号は、信号副領
域に分割し、同一の副領域に属する画像要素は特定の信
号レベルを示す連続的な画像領域に組み合わせる。又、
これら副領域を組み合わせて一体の画像にし、その後の
画像を平均化して、ランダムな外乱を除去する。その平
均化した画像はデイスプレイ装置に表示する。この文献
に記載された適用例において、火炎面の位置、寸法及び
形状がこの画像から求められる。火炎面に関するかかる
情報は、燃焼プロセスの制御に利用される。この装置
は、炉の環境で使用されるものではあるが、ボイラ内部
のキャリオーバ粒子の監視を目的とするものではない。

1987年に公告されたアリッゾーン等への特許の装置を
記載する文献において、かかる特許の溶融ベッドの画像
化装置は、炉の下方燃焼ベッドの鮮明で連続的な画像並
びに上方炉内部での堆積物の形成に関する画像を提供す
ると記述されている。この文献は、堆積物の監視に関し
ては何等、詳細に記述していない。又、アリッゾーン等
の装置は、ウェイハウザー・カンパニー（Weyerhaeuser
Company）からのTIPS（登録商標）と称する市販の製品
に利用されている。この製品は、回収ボイラ装置のよう
な炉ベッドの温度を監視するために使用される電子画像
化装置である。1989年４月にウェイハウザー・カンパニ
ーのセンサ及びシュミレーション製造部門から出版され
たマーク・ジェイ・アンダーソン（Mark J.Anderson）
等による論文「画像化技術を利用した回収ボイラ内部の
監視（Monitoring of Recovery Boil−er Interiors Us
ing Imaging Technology）」にこの装置が更に詳細に記
載されている。

回収ボイラ及びその他の炉の内部を監視する装置が存
在するが、かかる炉内部のキャリオーバ粒子を検出する
改良された装置が必要とされている。この検出されたキ
ャリオーバ粒子の情報を随意選択的に利用し、蒸気発生
管及び炉内部の加熱面の洗浄サイクルを決定し、余分な
キャリオーバ粒子の発生に寄与する炉内部の異常な状態
を検出し、更に、かかるキャリオーバ粒子の発生を最小
限にし得るように炉の運転を制御することが可能とな
る。

発明の概要 炉内部のキャリオーバ粒子を検出する装置にして、少
なくとも１つの望ましくは複数のキャリオーバ粒子検出
器であって、炉内部の関係する領域に向けて各々方向決
めされた離間した別個の検出器を備える装置について説
明する。これら検出器は、キャリオーバ粒子の存在を検
出しかつかかる粒子を検出したとき、出力信号を発生し
得るようにしてある。信号プロセッサが検出器に結合さ
れ、出力信号を受け取ると共に、検出器により検出され
たキャリオーバ粒子数の計数値に対応する計数信号を発
生させる。典型的に、その計数値は、計数率、又は、単
位時間当たりの計数値に基づいて決定される。次に、こ
のキャリオーバ粒子数の計数値に関する情報を炉の運転
の制御に利用し、又は炉の操作者が観察し得るよう表示
することも出来、或はその双方が可能である。

検出器からの計数の結果を表示することに関し、各検
出器からの計数値を、個々に表示することが可能であ
る。更に、全ての検出器からの計数値を合計しかつ平均
化し又はその他の方法で組み合わせて、キャリオーバ粒
子数及び／又は発生率を全体的に表示することも可能で
ある。典型的に、全体的な結果を監視し、ボイラの「不
均衡」状態、即ち、異常な数のキャリオーバ粒子が発生
する結果となる状態を測定する。不均衡状態が存在する
と判断したとき、個々の検出器の出力を検査し、過剰な
キャリオーバ粒子が発生されるボイラの箇所をより正確
に探知し得るようにする。

結果を確認するため、荷電結合素子検出器又は大きい
焦点のフォトダイオードアレイのような画像センサを使
用して、ボイラ内部の一部及びそこを通過するキャリオ
ーバ粒子の視覚的画像を形成することが出来る。その結
果、炉の操作者は、キャリオーバ粒子を計数するとき、
その粒子の少なくとも一部を視覚的に観察することが可
能となる。

本発明の別の特徴として、信号プロセッサは、キャリ
オーバ粒子の計数値を得る時間間隔を画成する手段を備
えることが出来る。この時間間隔は、反復して単位時間
間隔に基づくキャリオーバ粒子の反復的な計数率が得ら
れる。これと選択的に、ある一定の計数値のキャリオー
バ粒子が発生される時間を測定し、その結果を計数率
（即ち、時間当たりの計数値）に変換する。単に、例え
ば、合計時間のみを測定し、その観察した計数値を測定
時間で割るというような計数率を得るその他の方法も採
用可能である。

本発明の更に付加的な特徴として、信号プロセッサ
は、検出したキャリオーバ粒子の発生を表示する視覚
的、音響的又はその他の手段を提供するLED又はその他
のインジケータを備えることが出来る。その結果、操作
者は、キャリオーバ粒子の発生を確認することが可能と
なる。

本発明の別の特徴として、検出器は、炉壁から少なく
とも約0.305m（約１フィート）のような特定の距離にあ
る焦点面に焦点決めすることが出来る。焦点面の方法を
採用することにより、キャリオーバ粒子の被写体深度検
出が可能となる。即ち、検出器から焦点面までの距離の
約20％の範囲内の粒子のみが検出される。

本発明の更に別の特徴として、検出器の各々は、キャ
リオーバ粒子を検出し、これにより装置の電子機構を簡
略化するフォトダイオードのような単一点の検出器を備
えることが出来る。又、単一点検出器は対称であるの
で、その機能は回転に伴う検出器の位置変化と無関係と
なる。又、かかる検出器は、かかる粒子が検出器の軸線
に対して垂直な面内を動く方向と無関係に、粒子を同様
に良好に検出する。

本発明の更に別の特徴として、キャリオーバ粒子の計
数値に関する情報を利用して、ボイラ又は炉の性能を制
御することが出来る。炉は、計数値の情報に対して自動
的に又は半自動的に応答し、炉の操作者は、キャリオー
バ粒子の計数値に応答して炉を対話形式で制御すること
が出来る。

又、信号プロセッサは、計数値の大きさ又は範囲を縮
小させる手段を有するマイクロプロセッサを備えること
も出来る。

本発明は、上記の特徴を個々に及び相互に組み合わせ
て備えるものである。

従って、本発明の１つの目的は、炉内部におけるキャ
リオーバ粒子を検出する改良された装置を提供すること
である。

本発明の更に別の目的は、検出されたキャリオーバ粒
子の情報を利用し、例えば炉の運転を制御し、及び／又
は堆積内を炉内の加熱面から除去する時期を判断するこ
との出来る改良された装置を提供することである。

本発明の上記及びその他の目的、特徴並びに利点は、
以下の説明及び図面を参照することにより明らかになる
であろう。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明によるキャリオーバ検出装置を備え
る従来の回収ボイラの一形態の概略図、 第２図は、回収ボイラ内の幾多の位置でキャリオーバ
粒子を検出し得るよう配置された複数の検出器を有する
本発明によるキャリオーバ粒子検出装置の概略図。該図
は又、検出されたキャリオーバ粒子の情報に応答し、ボ
イラの運転を制御する一形態の補助装置を示す。

第３図は、第１図及び第２図の検出器と共に使用可能
な一形態の回路の電気系統図、 第４図Ａ、第４図Ｂ及び第４図Ｃは、第３図の回路内
の選択された点における代表的な信号を示す図である。

好適な実施例の詳細な説明 第１図を参照すると、炉10の内部におけるキャリオー
バ粒子を検出する一形態の装置が全体として符号50で示
してある。この装置は、少なくとも１つのキャリオーバ
粒子検出器52を備え、望ましくは、かかる検出器を複数
個備えている。検出器の各々は、炉の既存のポート内に
挿入され、炉の内部の一部を監視し得るように配置され
た一端部54を備えている。これら検出器は、典型的に、
フォトダイオード又はその他の光学的検出装置のような
単一点検出器を備えている。かかる検出器の一例は、ユ
ナテッド・ディテクタ・テクノロジー（United Detect
−or Technology）から販売されているUDT455フォトダ
イオードである。このフォトダイオードは、対象とする
炉の１つの領域の上にダイオードを焦点決めするレンズ
の後方に配置される。単一点検出器は、使用するなら
ば、多数の利点を提供する。例えば、かかる検出器は、
対象とする炉の一部を観察するときに対称であるので、
その結果、その機能は、検出器の軸線を中心とする回転
に伴う変動とは無関係であり、故に装置を取り付けると
きのかかる変動に影響されない。又、これら検出器は、
検出器の軸線に対して垂直な面内のキャリオーバ粒子の
動く方向に関係なく、かかる面内を動くキャリオーバ粒
子を同程度に感知可能である。従来の方法により、これ
ら検出器は、典型的にレンズの表面を横断して清浄空気
を送り、炉の汚れた環境内に存在する塵埃をレンズから
除去する空気清浄装置を備えている。又、これら検出器
は、ポート内で典型的にポートの端縁から約１乃至２イ
ンチ（25.4mm乃至50.8mm）の位置で凹状となっており、
その結果、これら検出器はキャリオーバ粒子がぶつかる
可能性のある炉内部に突き出ることはない。第１図にお
いて、検出器52は、炉の「ブルノーズ」部分46の向かい
側に配置した状態で示してある。ここで、炉の「ブルノ
ーズ」部分46は、炉領域を過熱器47から引き離すボイラ
10の上方の狭い部分を意味する。しかし、検出器は、炉
の上方領域の任意の適当な位置に配置することが可能で
ある。更に、検出器は、炉壁の周囲の回りに分布した位
置で単一の面内に全て配置することも出来る。これと選
択的に、又は組み合わせて、検出器は、第１図に点線の
検出器52′で示すような、異なる高さで炉内部の部分を
監視し得るように配置してもよい。

本発明によれば、検出器は、実質的に無限大に焦点決
めすることが可能である。典型的に、炉10内に存在する
ガスは不透明であるため、こうした焦点条件下では、検
出器の各々は、典型的に検出器が取り突けられる炉の側
壁から０乃至0.914m（０乃至３フィート）の範囲の長さ
の容積の上に焦点決めされる。かかる場合、検出器は検
出器に近接する比較的小さい寸法の粒子と比較的大きい
寸法で検出器から離れている粒子とを区別することが出
来ない。これと選択的に、検出器は無限大の焦点に設定
した焦点よりも炉の側壁により近く配置した焦点面に焦
点決めさせることが出来る。この選択可能な配置の場
合、被写体深度でのキャリオーバ粒子の識別が可能であ
る。即ち、こうした条件のとき、検出器の一定の焦点領
域又は焦点面の距離、例えば、炉壁から焦点面までの距
離の約±20％の範囲内のキャリオーバ粒子に焦点を合わ
せ、従って、検出器によって検出することが可能であ
る。これに反し、この距離よりも検出器に近接するキャ
リオーバ粒子及びより遠方の粒子は焦点外となる傾向と
なる。故に、これら信号は検出器の出力信号の暗雑音と
して無視することが出来る。ハーングレンの解決手段
は、焦点面に焦点決めされた一列の検出器を利用するも
のであるが、ハーングレン等においては、本出願の発明
者が理解するように、焦点面は炉の隣接壁から約50.8乃
至76.2mm（約２乃至３インチ）しか離れていない。本発
明者は、検出器の焦点面を炉の側壁に隣接した位置から
少なくとも約0.305m（約１フィート）の距離に移動させ
ることにより、標本抽出される炉の容積が増大し、より
正確なキャリオーバ粒子数の計数値が得られるから、検
出機能は向上すると考える。

信号処理装置56が第１図に線58、58′で示すように検
出器に結合され、検出器の出力信号を受け取ると共に、
検出器により検出されたキャリオーバ粒子の計数値に対
応する計数値信号を発生させる。これら検出器は、該検
出器により観察される炉の領域内をキャリオーバ粒子が
通過するとき、著しく異なる出力信号を発生させる。こ
のため、これら検出器の出力信号は、キャリオーバ粒子
の発生に関する情報を含んでいる。次に、キャリオーバ
の計数値の情報は、表示され又は炉の性能に影響を与え
るパラメータの制御に利用され得る。特に、信号処理装
置56からの信号は、線60によりプロセスコンピュータ28
に送られ、炉の制御に利用され得る。

例えば、ボイラの運転状態の極めて急激な変化に応答
して、粒子の計数率が増大することが観察される。又、
ベッド30の装荷高さ又は容積と発生されるキャリオーバ
粒子の量との間には相関関係がある。このため、キャリ
オーバ粒子の過度の計数値を検出したとき、プロセスコ
ンピュータ28はインターフェース（図示せず）及び弁又
はダンパーコントローラ26を介して作用して空気ダンパ
22、24及び燃料弁42、44を制御し、発生されるキャリオ
ーバ粒子数を減少させようとする。具体的な一例とし
て、空気流ダンパー22、24、を開放させ、空気流量及び
燃焼速度を増大させ、ベッド30の寸法を縮少させること
が可能である。具体的な別の例として、コンピュータ28
は、キャリオーバ粒子の計数率を許容し得ない程にまで
増大させるようにダンパーの設定値を最近、変化させて
いたと仮定する。線60の信号に応答して、プロセスコン
ピュータ28は、このダンパーをその前の状態に復帰さ
せ、キャリオーバ粒子の発生を最小限にする。

第２図を参照すると、本発明の装置の一実施例が更に
詳細に示してある。この場合、４つの検出器52、52a、5
2b、52cは、炉の一の高さで炉の３つの側部に沿って離
間した周囲方向の位置に配置されている。所望に応じ
て、使用する検出器の数を増減させ、更に、これら検出
器は第１図に図示する検出器52′のように異なる高さに
配置することも出来る。１つの具体的な好適な解決手段
において、これら検出器は、ボイラの「ブルノーズ」側
以外の側部で「ブルノーズ」高さの面内に配置されてい
る。全体として、これら検出器は、炉内部の十分な高さ
の位置に配置されており、燃焼する粒子が上方加熱面、
及びボイラの管に達するとき、依然燃焼していると思わ
れる粒子を検出することが出来る。

従来の空気フィルタ補助装置66は空気をろ過し、この
空気を清浄管68を介して検出器に供給し、検出器の各々
のレンズを清浄にし又は掃除する。かかる空気フィルタ
補助装置は、ウェイハウザー・カンパニーから市販され
ている上述のTIPS製品にも使用されている。

検出器52、より具体的には、図示した実施例における
検出器ダイオードからの出力信号は、検出器52の回路に
より前処理され、線70により更なる前処理回路72に送ら
れ、次に、図示するように、線74を介して市販のコンピ
ュータインターフェースモジュール76に供給される。同
様に、検出器52a、52b、52cからの出力は、それぞれの
線70a、70b、70cを介して関係する前処理回路72a、72
b、72cに送られ、次いで、それぞれの線74a、74b、74c
を介してインターフェーイスモジュールに送られる。適
当な前処理回路は第３図及び第４図に関して更に詳細に
説明する。

インターフェーイスモジュール76は、受け取った信号
を適当なデジタル型に変換し、線80を介して画像処理補
助装置82に送る。１つの適当なインターフェースモジュ
ールは、ウェイハウザー・カンパニーから市販されてい
るTIPS2000インターフェースモジュールである。１つの
適当な画像処理補助装置も又ウェイハウザー・カンパニ
ーからのTIPS装置である。画像処理補助装置82は、第２
図に符号84で別個に示したデイスプレイと、画像処理補
助装置に情報を入力するために使用するキーボードのよ
うなユーザインターフェースとを備えている。

画像処理補助装置82は、インターフェースモジュール
から受け取った計数値データに対して多数の処理を行
う。例えば、画像処理装置は、典型的に、装置内で使用
される全ての検出器からの検出器の計数値を合計し、又
はその他の方法で組み合わせ、その結果は、再度、計数
率として表現することが出来る。次に、デイスプレイ84
を介して、全体的な平均のキャリオーバ粒子の計数値及
び全体的な計数値の傾向を表示することが出来る。更
に、単独で又は全体的な計数値の情報の表示と組み合わ
せて、検出器の各位置、この場合、第２図に示した４つ
の位置からの計数値を個々に表示することも出来る。

ボイラ10の操作者は、この情報に基づき、全ての検出
器からの全体的計数値が増大したことを知ることが出来
る。更に、次に、４つの個々の検出器の各々と関係する
個々の計数値の表示を監視することにより、操作者は、
キャリオーバ粒子の計数値が炉の全体を通じて増大して
いるのか、又は炉内の選択した位置でのみ増大している
のかを判断することが可能となる。キャリオーバ計数値
の増大が局部的な外乱に起因する結果であるということ
は、１つの検出器（例えば、52a）からの計数値が他の
検出器（例えば、52、52b、52c）の計数値と比べて顕著
に増大していることから知ることが出来る。

この計数値の情報に応答し、ボイラ操作者は、インタ
ーフェース86を介して画像処理補助装置82に命令を入力
することが出来、この命令は、図示しない別のインター
フェースモジュールを通じて及び線88を介してデータバ
ス90、次にプロセスコンピュータ28に送られる。かかる
命令の結果、弁コントローラ26を制御する等して上述の
ようにダンパ又は弁を調節し、炉の性能を調整する。更
に、該装置は、自動的に作動し、計数値信号は、プロセ
スコンピュータに直接送られ、次に、該プロセスコンピ
ュータはキャリオーバ粒子の計数値の増減に応答して適
当な命令を判断する。

又、本発明の装置は、炉の運転パラメータとキャリオ
ーバ粒子の計数値との相互関係付けを容易にするもので
ある。例えば、TIPS装置は、その他の作業と並んで、ベ
ッド30の温度を監視することが出来る。温度変化、又は
炉の性能に関するその他の情報をキャリオーバ粒子の計
数値と相関させることにより、キャリオーバ粒子の発生
を最小限にし得る特定の炉に関する好適な一組のパラメ
ータを設定することが可能となる。かかる好適な組のパ
ラメータは、典型的には、炉の性能に影響を与える一組
の制御設定値（例えば、燃料の流量、空気の流量、燃料
の粘度等）である。

本発明によれば、又、該装置は、炉の内部領域上に焦
点決めされ、画像信号を発生させる画像センサ100を備
えることが出来る。この画像信号は、線102を介して画
像処理補助装置82に送られかつデイスプレイ84に表示す
ることが出来る。又、画像センサには、従来の方法によ
り、典型的に導管104、106を介して空気フィルタ補助装
置66から冷却及び洗浄空気供給源が提供される。任意の
適当な画像センサを使用してよいが、典型的なセンサ
は、アリッゾーン等への米国特許第4,539,588号に記載
されたような荷電結合素子（CCD）検出器又はビデオカ
メラ装置を備えるものを使用することも可能である。線
102を介して画像センサから送られた未処理の画像信号
は、画像処理補助装置82によりデジタル化されかつ表示
される。ボイラ操作者は、このデイスプレイにより、キ
ャリオーバ粒子の発生を観察し、その観察した情報を測
定した計数値と比較することが可能となる。これによ
り、ボイラ操作者は、例えば、キャリオーバ粒子検出装
置により計数された少なくとも一部のキャリオーバ粒子
の発生を視覚的に確認することが可能となる。

第３図及び第４図Ａ−第４図Ｃ参照しつつ、第２図の
装置に使用される適当な電子装置について説明する。よ
り具体的には、第３図に矢印110で示すような検出器52
の視界からの光は、小さいレンズ及び光学フィルタ（図
示せず）を通り、紫外線強化の光検出器112の上に当た
る。この検出器112は、光伝導性モードにて積分増幅器1
13に接続される。発行ダイオード112は、該発行ダイオ
ードが全く光を受けていないときは零ボルト±0.001ボ
ルトの出力を発生させる。線116の検出器の出力は、利
得調整電位差計120を備える随意選択の利得制御増幅器1
18に送られる。

この特定の回路内の信号の平均アナログ値は、接地電
位差（零ボルト）に対して±７ボルトを上廻ってはなら
ない。又、ピーク電圧も典型的にこの特定の回路内で約
10ボルトを上廻ってはならない。好適な性能は、典型的
に、平均アナログ値が接地電位差を約２乃至３ボルト上
廻るときに実現される。これら設定値の目的は、光検出
器の飽和を回避することである。増幅器113からのアナ
ログ出力の値は、光学フィルタをより大きい又は小さい
値のものと交換し、これら運転状態が実現されるように
調整する。

増幅器118からの信号は、線122を介して高域フィルタ
124に送られる。線122の信号の一例は、第４図Ａに示し
てあり、キャリオーバ粒子の発生を示すピーク信号と共
に、炉内のバックグラウンド光の変化に起因して徐々に
変化する暗又は雑音信号を含んでいる。フィルタ124
は、第４図Ｂに示したろ波信号で示すようにこれら徐々
に変化するバックグランドの変化による影響を最小限に
する。フィルタは、典型的に3Hzの3dBカットオフ周波数
を有するオクターブ当たり24dBの高域フィルタを備えて
いる。このフィルタは、検出された信号からバックグラ
ウンド放射の殆んどを除去する。

フィルタの出力は、線126により比較器128の第１の入
力に送られる。基準電圧回路130は比較器128に結合さ
れ、比較器に対して基準又は閾値電圧信号を提供する。
第４図Ｂに示すように、該閾値を調整し、検出されたキ
ャリオーバパルスに対する暗雑音の影響を解消し又は最
小限にする。この回路の典型的な閾値は、ピーク雑音値
を約0.5乃至1.0ボルト上廻る値である。第３図に図示し
た比較器は、閾値又はレベル調整電位差計130により設
定された閾値を上廻るとき、論理「０」を出力する。信
号がこの閾値以下に低下したとき、比較器の出力は論理
「１」に戻る。比較器128からの一例の反転出力が第４
図Ｃに示してある。この点に関し第３図について説明し
た構成要素は、典型的にプリント回路板として実装され
ており、検出器52内に含まれている。

比較器の出力は線70に現れ、典型的に検出器から離間
された回路板上の回路72に結合される。このように、回
路72の上の構成要素は、炉に関係する好ましくない熱及
びその他の環境上の条件からより一層隔離される。線70
を介する信号は、マイクロプロセッサ134の計数値検出
入力に送られる。入力ピンに受け入れられたマイクロプ
ロセッサへのパルスが計数される。複数の入力を有する
単一のマイクロプロセッサを使用して、全ての検出器か
ら信号を受け取ることが可能であるが、より典型的に
は、検出器の各々と別個のマイクロプロセッサを関係さ
せる。

第３図に符号136で示したインターバルスイッチを使
用し、キャリオーバ粒子を計数する時間間隔を設定する
ことが出来る。このインターバルスイッチにより選択さ
れた時間間隔が終了したとき、マイクロプロセッサのス
ケーリングルーチンによりキャリオーバ粒子の計数値及
び間隔設定値を読み取り、単位時間当たりの計数率の情
報として提供することが出来る。これら時間間隔は反復
され、同様に時間間隔当たりの計数値として提供するこ
とが出来る。これと選択的に、特定の数の計数値に達す
るのに必要とされる合計時間を計数値により測定し、次
にマイクロプロセッサ内でこの測定時間により割り、計
数率を求めることが出来る。一般に計数率の形態による
計数値が望ましい場合、時間当りの計数値単位として表
現される測定結果を提供する機構が採用される。この時
間間隔の方法において、スケーリングルーチンは計数値
を時間間隔の設定値で割り、フルスケールの設定値（フ
ルスケールスイッチ138により設定される）を使用し、
８ビットの数値を形成する。その結果が８ビット以上で
ある場合、ディスプレイ盤142の上のLED140のようなオ
ーバフローインジケータを作動させ、８ビットの数（又
はその他の計数率のインジケータ）をフルスケールの出
力である255に設定する。この８ビットの数は、線150を
介してデジタルアナログ変換器152に送られる。更に、
このデジタルアナログ変換器の出力は、線154を介して
ドライバ156（例えば、アナログデバイス社製の商品名
“オプティカル・アイソレーティング・ドライバ”（ア
ナログ・ドライバの一種）が使用される。）に送られ
る。線74を介するドライバ156の出力は、インターフェ
ースモジュール76（第２図）に送るのに適したレベルに
ある。例えば、典型的なパルブ工場において、4mAレベ
ル（零出力に対応）及び20mAレベル（フルスケール出力
に対応する）の信号が使用される。工場の別の一般的な
スケール範囲は、０乃至10ボルトである。かかる工場の
場合、ドライバ156の出力は、この後者のスケールに合
わせて調整される。

全スケールの出力は、典型的に、毎秒当たりの検出さ
れたキャリオーバ粒子の平均値がスケールスイッチ138
の設定値に等しく又はこれを上廻るときに発生される。
例えば、スケールスイッチの位置が零である場合、秒当
たり検出されたキャリオーバ粒子の最大平均値は１とな
る。スケールスイッチの位置が１の場合、秒当たり検出
されたキャリオーバ粒子の最大平均値は２であり、スケ
ールスイッチ位置が２の場合、その最大平均値は５であ
り、スケールスイッチ位置が３の場合、最大平均値は1
0、スケールスイッチ位置が４の場合、最大平均値は2
0、スケールスイッチ位置が５の場合、最大平均値は5
0、及びスケールスイッチ位置が６の場合、最大平均値
は100である。又、インターバルスイッチ136により設定
される典型的な時間間隔は、それぞれ１秒、２秒、５
秒、15秒、30秒、１分、２分、５分、15分である。

インターバルスイッチ136は、典型的に特定の量のキ
ャリオーバ粒子の計数値を実現するのに必要される時間
を単に測定し、その計数値を測定時間で割ることにより
不要にされる。又、スケールスイッチ138は、典型的
に、マイクロプロセッサに対してスケールを縮小させる
機構を付与することにより不要とされる。例えば、計数
率をマイクロプロセッサ内で対数スケールで表現するこ
とにより、過負荷状態を生じさせずに計数率に適合され
ることが可能となる。

デイスプレイ盤142は又その他の目的のインジケータ1
60、162を備えることも出来る。例えば、インジケータ1
60は、例えば、１秒の1/30の間作動されるLED又はその
他の視覚的又は音響的インジケータを備え、１つのキャ
リオーバ粒子が検出されたことを表示することが出来
る。更に、時間間隔方法を使用する場合、LEDのような
インジケータ162を使用して各時間間隔の終了を表示す
ることが出来る。又、リセットスイッチ164を設けてマ
イクロプロセッサを０係数値にリセットすることが出来
る。

キャリオーバ粒子の計数値に関する情報はボイラ操作
者が観察し、ボイラの性能を確認し得るように表示する
ことが出来る。更に、この情報は又燃料及び空気の量の
ようなボイラの性能に影響を与えるパラメータの制御に
随意選択的に使用することが可能である。

幾つかの好適な実施例に関して本発明の原理を図示し
かつ説明したので、当業者には、本発明はその原理から
逸脱せずに構成及び細部の点で変形を加えることが可能
であることが明らかであろう。例えば、１つのキャリオ
ーバ粒子の計数値を得るために使用される電子回路は、
この機能を発揮させつつ実質的に変形することが可能で
ある。本発明は請求の範囲に含まれるかかる全ての変形
を包含するものである。

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉内部のキャリオーバ粒子を検出する装置
   にして、 各々が炉内部の異なる領域に向けて方向決めされ、炉内
   部の前記領域内のキャリオーバ粒子の存在を検出する複
   数の離間したキャリオーバ粒子検出器であってキャリオ
   ーバ粒子を検出したとき出力信号を発生させる検出器
   と、 前記検出器に結合され、出力信号を受け取ると共に、前
   記検出器により検出されたキャリオーバ粒子の計数値に
   対応する計数値信号を発生させる信号プロセッサとを備
   えることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】請求の範囲第１項に記載の装置にして、前
   記計数値信号を受け取ると共に、キャリオーバ粒子の１
   つの計数値を表示するディスプレイ手段を備え、前記デ
   ィスプレイ手段は検出器により監視される炉の各々の領
   域からのキャリオーバ粒子の計数値を個々に表示する手
   段を備えることを特徴とする装置。
3. 【請求項３】請求の範囲第１項に記載の装置にして、炉
   の内部領域の上に焦点決めされ、画像信号を発生させか
   つ該画像信号を前記信号プロセッサに供給する画像セン
   サ手段と、ユーザが計数されるキャリオーバ粒子の少な
   くとも一部を視覚的に観察し得るように、前記信号プロ
   セッサから移送された画像信号を表示する手段とを備え
   ることを特徴とする装置。
4. 【請求項４】請求の範囲第１項に記載の装置にして、前
   記信号プロセッサがキャリオーバ粒子の１つの計数値を
   得る時間間隔を設定する手段を備え、前記信号プロセッ
   サが１つの時間間隔を基準にキャリオーバ粒子の計数値
   を提供することを特徴とする装置。
5. 【請求項５】請求の範囲第１項に記載の装置にして、前
   記信号プロセッサがキャリオーバ粒子の１つの計数値が
   発生される時間を測定すると共に、計数値を前記測定さ
   れた時間で割り、計数率を発生させる手段を備えること
   を特徴とする装置。
6. 【請求項６】請求の範囲第１項に記載の装置にして、前
   記信号プロセッサが検出されたキャリオーバ粒子各々の
   発生を視覚的に表示するインジケータ手段を備えること
   を特徴とする装置。
7. 【請求項７】請求の範囲第１項に記載の装置にして、炉
   が壁を有し、検出器の各々が炉壁から少なくとも約１フ
   ィートの位置にある焦点面の上に焦点決めされることを
   特徴とする装置。
8. 【請求項８】請求の範囲第１項に記載の装置にして、検
   出器の各々がキャリオーバ粒子を検出する単一のフォト
   ダイオードを備えることを特徴とする装置。
9. 【請求項９】請求の範囲第１項に記載の装置にして、キ
   ャリオーバ粒子の計数値に応答して、炉を制御する手段
   を備えることを特徴とする装置。