JP2759473B2 - 燃焼状態の監視及び制御方法及びその装置 - Google Patents
燃焼状態の監視及び制御方法及びその装置Info
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- JP2759473B2 JP2759473B2 JP1030268A JP3026889A JP2759473B2 JP 2759473 B2 JP2759473 B2 JP 2759473B2 JP 1030268 A JP1030268 A JP 1030268A JP 3026889 A JP3026889 A JP 3026889A JP 2759473 B2 JP2759473 B2 JP 2759473B2
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- 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
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N2229/00—Flame sensors
- F23N2229/20—Camera viewing
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は火炉の燃焼状態の監視又は制御方法及びその
装置に係わり、特に微粉炭焚きボイラの火炉出口におけ
る排ガス中の未燃分を推定する方法及び装置に関する。
装置に係わり、特に微粉炭焚きボイラの火炉出口におけ
る排ガス中の未燃分を推定する方法及び装置に関する。
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って運転し
なければならない。
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って運転し
なければならない。
一方、ボイラの燃焼効率は、常時最大に保って運転す
ることが望ましく、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灰中未燃分である。
ることが望ましく、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灰中未燃分である。
従来、ボイラ運転時におけるガス成分は、火炉出口或
いは煙道などに検出端を設けて検出していた。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）が生成された排ガス中に含まれるが、検出されたそ
れら成分の分離、分析には長時間を要し、オンライン監
視はできなかった。
いは煙道などに検出端を設けて検出していた。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）が生成された排ガス中に含まれるが、検出されたそ
れら成分の分離、分析には長時間を要し、オンライン監
視はできなかった。
このため、その時間低減には、運転員の経験と勘に頼
らざるを得なかった。特に、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、
早急に解決されるべき課題であるにもかかわらず、燃焼
状態を定量的に評価する方法が技術的に確立されていな
いのが現状である。
らざるを得なかった。特に、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、
早急に解決されるべき課題であるにもかかわらず、燃焼
状態を定量的に評価する方法が技術的に確立されていな
いのが現状である。
最近、燃料としてガス，油に代り石炭の利用が見直さ
れつつあり、ボイラにおいて微粉炭,CWM（石炭／水スラ
リ）,COM（石炭／油スラリ）等が用いられ始めている。
れつつあり、ボイラにおいて微粉炭,CWM（石炭／水スラ
リ）,COM（石炭／油スラリ）等が用いられ始めている。
石油代替エネルギーとして石炭が見直されている中
で、微粉炭燃焼技術が注目されている。この技術そのも
のは、すでに完成されたと言われているが、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
料に比べ格段に増加することから環境及び効率に及ぼす
影響が大きい。
で、微粉炭燃焼技術が注目されている。この技術そのも
のは、すでに完成されたと言われているが、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
料に比べ格段に増加することから環境及び効率に及ぼす
影響が大きい。
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
は多大なるものになる。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。
窒素成分が燃焼によりNOxに転換するため、その生成量
は多大なるものになる。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。
そして灰中未燃分の増加は、ボイラ効率を低下させる
と共に廃棄物処理に種々の制約をもたらす。さらに、微
粉炭の燃料として高燃料比炭（石炭中の固形炭素／揮発
分の比率の高い石炭）、低品位炭の使用に伴い灰中未燃
分の低減への対策が急務となってきている。そこで、灰
中未燃分低減のための新たな技術的対応が望まれてい
る。
と共に廃棄物処理に種々の制約をもたらす。さらに、微
粉炭の燃料として高燃料比炭（石炭中の固形炭素／揮発
分の比率の高い石炭）、低品位炭の使用に伴い灰中未燃
分の低減への対策が急務となってきている。そこで、灰
中未燃分低減のための新たな技術的対応が望まれてい
る。
微粉炭の燃焼は、１次空気と共に火炉内に送り込まれ
た微粉炭が高温の炉壁及び火炎からの輻射熱を受け、石
炭粒子の温度が上昇して水分が蒸発し、次に揮発分を発
生しつつ着火し放熱と燃焼による発熱がバランスし、１
次及び２次空気による燃焼によって急激に温度上昇し火
炎を形成する。
た微粉炭が高温の炉壁及び火炎からの輻射熱を受け、石
炭粒子の温度が上昇して水分が蒸発し、次に揮発分を発
生しつつ着火し放熱と燃焼による発熱がバランスし、１
次及び２次空気による燃焼によって急激に温度上昇し火
炎を形成する。
一方、微粉粒子の燃焼過程は、まず燃焼の初期に揮発
分の分解燃焼が進み、その後コークス状の残留炭素質
（以後、チャーと呼ぶ）の表面燃焼が進行する。チャー
の表面燃焼は、揮発分の分解燃焼に比べてかなり遅く、
完全に燃え切るまでに要する時間の大部分はチャーの表
面燃焼に要するものと考えられる。
分の分解燃焼が進み、その後コークス状の残留炭素質
（以後、チャーと呼ぶ）の表面燃焼が進行する。チャー
の表面燃焼は、揮発分の分解燃焼に比べてかなり遅く、
完全に燃え切るまでに要する時間の大部分はチャーの表
面燃焼に要するものと考えられる。
この事から、微粉炭燃焼は、燃料比，灰分，粘結性，
粒径分布など、その性状に係わる因子が多く、このため
燃焼過程での灰中未燃分を統一的に推定することは非常
に困難である。
粒径分布など、その性状に係わる因子が多く、このため
燃焼過程での灰中未燃分を統一的に推定することは非常
に困難である。
しかし、灰中未燃分を減少させる燃焼方法は、O2を過
剰気味にして高温雰囲気の火炉内で一気に燃焼させれば
良い事は経験上からも明らかであるが、制御上及び安全
上そのような運転方法には問題がある。
剰気味にして高温雰囲気の火炉内で一気に燃焼させれば
良い事は経験上からも明らかであるが、制御上及び安全
上そのような運転方法には問題がある。
現状の事業用あるいは産業用の微粉炭焚きボイラにお
いて、ボイラ効率を向上させるため灰中未燃分を極力低
くするような運転をしているが、ガス及び油焚きボイラ
に有効な２段燃焼あるいは緩慢燃焼などの燃焼方法を採
ると火炉内温度が低下し、灰中未燃分がかえって増加す
る経口にあり問題となっている。
いて、ボイラ効率を向上させるため灰中未燃分を極力低
くするような運転をしているが、ガス及び油焚きボイラ
に有効な２段燃焼あるいは緩慢燃焼などの燃焼方法を採
ると火炉内温度が低下し、灰中未燃分がかえって増加す
る経口にあり問題となっている。
このような問題の多くは、燃焼火炎の形状などを改善
することにより解決できることを見出し、火炎と灰中未
燃分とを関係付けることによる灰中未燃分の低減法が特
願昭59−205691号公報で提案されている。この従来例の
概略を第９図に基づいて説明する。
することにより解決できることを見出し、火炎と灰中未
燃分とを関係付けることによる灰中未燃分の低減法が特
願昭59−205691号公報で提案されている。この従来例の
概略を第９図に基づいて説明する。
第９図に微粉炭燃焼時の形状の異なる３ケースの火炎
を示す。それぞれ、 （ａ）灰中未燃分は少なくNOxは多く、炉内温度は高い
火炎、 （ｂ）灰中未燃分は多く、NOxは（ａ）（ｃ）の間、炉
内温度は低い火炎、 （ｃ）灰中未燃分が（ａ）（ｂ）の間、NOxは少なく、
炉内温度は（ａ）（ｂ）の間の火炎である。
を示す。それぞれ、 （ａ）灰中未燃分は少なくNOxは多く、炉内温度は高い
火炎、 （ｂ）灰中未燃分は多く、NOxは（ａ）（ｃ）の間、炉
内温度は低い火炎、 （ｃ）灰中未燃分が（ａ）（ｂ）の間、NOxは少なく、
炉内温度は（ａ）（ｂ）の間の火炎である。
火炎、すなわち微粉炭の燃焼領域は、揮発分が主体で
ある１次燃焼領域、固形炭素分の燃焼が主体である２次
燃焼領域に分けられ、これら領域の大きさ、位置関係と
例えば灰中未燃分に着目した場合、その残存量とは極め
て高い相関である。そして第９図で（ａ）:1次燃焼領域
の火炎が大きい、（ｂ）:1次燃焼領域の火炎が（ａ）
（ｃ）の間である。（ｃ）:1次燃焼領域の火炎の大きさ
が最も小さい。などの特徴がある。
ある１次燃焼領域、固形炭素分の燃焼が主体である２次
燃焼領域に分けられ、これら領域の大きさ、位置関係と
例えば灰中未燃分に着目した場合、その残存量とは極め
て高い相関である。そして第９図で（ａ）:1次燃焼領域
の火炎が大きい、（ｂ）:1次燃焼領域の火炎が（ａ）
（ｃ）の間である。（ｃ）:1次燃焼領域の火炎の大きさ
が最も小さい。などの特徴がある。
（ａ）の場合、微粉粒子の周囲のO2分布が最適になる
ように微粉炭を高温雰囲気の炉内に適度拡散して送り込
むことで揮発分の着火を速くし、高温雰囲気を保つこと
により急速に微粉粒子を燃焼させ、灰中未燃分は少な
い。
ように微粉炭を高温雰囲気の炉内に適度拡散して送り込
むことで揮発分の着火を速くし、高温雰囲気を保つこと
により急速に微粉粒子を燃焼させ、灰中未燃分は少な
い。
（ｂ）の場合、微粉炭とO2分布が分離されており、両
者の接触領域だけで燃焼が進行するため、燃焼し切らな
い微粉粒子が大量に未燃分として残る。
者の接触領域だけで燃焼が進行するため、燃焼し切らな
い微粉粒子が大量に未燃分として残る。
（ｃ）の場合、微粉炭とO2分布を最適にするため、２
次空気を旋回させてバーナ近傍で微粉炭を散らし燃焼を
促進させると共に、旋回により微粉炭の後流部は負圧と
なるため微粉炭とO2が混合され燃焼が進行する。灰中未
燃分は（ａ）と（ｂ）の間になる。
次空気を旋回させてバーナ近傍で微粉炭を散らし燃焼を
促進させると共に、旋回により微粉炭の後流部は負圧と
なるため微粉炭とO2が混合され燃焼が進行する。灰中未
燃分は（ａ）と（ｂ）の間になる。
第９図の火炎形状で１次燃焼領域の火炎の大きさとバ
ーナ先端部からの燃焼性とが灰中未燃分の低減に効果が
あるという現象に基づき、例えば、灰中未燃分の指定指
標（IUBC）を求める火炎形状の特徴パラメータ（特徴
量）は第10図のように定められる。
ーナ先端部からの燃焼性とが灰中未燃分の低減に効果が
あるという現象に基づき、例えば、灰中未燃分の指定指
標（IUBC）を求める火炎形状の特徴パラメータ（特徴
量）は第10図のように定められる。
第10図において、１次燃焼領域、すなわち輝度の高い
領域を酸化炎A1,A2とよぶことにする。ここでは、例え
ば酸化炎を表わす特徴パラメータとして、 酸化炎のバーナ先端からの位置 Ｘ＝dZ/dB …（１） 酸化炎間距離 Ｙ＝dX/dB …（２） 酸化塩の厚み計数 Ｚ＝a/b ……（３） ここで、dB:バーナ径 a:酸化炎の径方向の厚み b:酸化炎の軸方向の厚み G1,G2:重心位置 なお、（１），（２）式においてバーナ径がdBと距離
dZ,dXとの比を用いているが、dZ,dXそのままの値を用い
てもよい。
領域を酸化炎A1,A2とよぶことにする。ここでは、例え
ば酸化炎を表わす特徴パラメータとして、 酸化炎のバーナ先端からの位置 Ｘ＝dZ/dB …（１） 酸化炎間距離 Ｙ＝dX/dB …（２） 酸化塩の厚み計数 Ｚ＝a/b ……（３） ここで、dB:バーナ径 a:酸化炎の径方向の厚み b:酸化炎の軸方向の厚み G1,G2:重心位置 なお、（１），（２）式においてバーナ径がdBと距離
dZ,dXとの比を用いているが、dZ,dXそのままの値を用い
てもよい。
ここで、（１）〜（３）式を用いて、灰中未燃分の指
定指標IUBCを、例えば、 IUBC＝ｋ・X-1・Y-1・Ｚ ……（４） で定義する。ここで、ｋは１次口径係数である。
定指標IUBCを、例えば、 IUBC＝ｋ・X-1・Y-1・Ｚ ……（４） で定義する。ここで、ｋは１次口径係数である。
一方、酸化炎を表わす特徴パラメータとして先に述べ
た以外に次のようなものを用いることが可能である。
た以外に次のようなものを用いることが可能である。
第10図のX,Yを表わすG1,G2の定め方として、 （１）第10図のG1,G2を酸化炎の中心とする。
（２）第10図のバーナ先端から酸化炎に最も近い位置を
G1,G2とする。
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。また、Ｚとしてバーナ径方向の火炎厚みなどが考
えられるが、これらすべてバーナ先端からの酸化炎の位
置或いは大きさを表わすパラメータであり、その限りに
おいては必ずしも重心或いは厚みでなくても良い。しか
し、酸化炎の輝度（或いは温度）の分布は等高線状にな
っており、高輝度領域抽出の制限値に応じてその面積は
変化するが、重心位置はそれによる変化を受けにくい事
から酸化炎を表わす特徴パラメータとして重心を用いる
のが適当と考えた。
する。また、Ｚとしてバーナ径方向の火炎厚みなどが考
えられるが、これらすべてバーナ先端からの酸化炎の位
置或いは大きさを表わすパラメータであり、その限りに
おいては必ずしも重心或いは厚みでなくても良い。しか
し、酸化炎の輝度（或いは温度）の分布は等高線状にな
っており、高輝度領域抽出の制限値に応じてその面積は
変化するが、重心位置はそれによる変化を受けにくい事
から酸化炎を表わす特徴パラメータとして重心を用いる
のが適当と考えた。
以上が火炎形状を用いたバーナ近傍の灰中未燃分の推
定を行う従来の方法である。
定を行う従来の方法である。
上記従来技術は火炎形状の特徴を定性的にとらえてお
り、同一炭種で燃焼している場合には、比較的精度よく
灰中未燃分を推定できる。しかし、実際のボイラにおい
て燃焼する石灰は一種類とは限らず、むしろ海外の輸入
炭に石炭の大部分を頼っている現状では多種類の石炭を
燃焼せざるを得ない。このように炭種が変ったり又はバ
ーナ形式、火炉内でのバーナ配置等が変った場合、上記
従来技術では火炎形状から抽出した燃焼状態の特徴パラ
メータが普遍的なパラメータである物理量を表わしてい
ないため、灰中未燃分の推定精度が悪く、上記従来技術
をそのまま適用できないという問題があった。
り、同一炭種で燃焼している場合には、比較的精度よく
灰中未燃分を推定できる。しかし、実際のボイラにおい
て燃焼する石灰は一種類とは限らず、むしろ海外の輸入
炭に石炭の大部分を頼っている現状では多種類の石炭を
燃焼せざるを得ない。このように炭種が変ったり又はバ
ーナ形式、火炉内でのバーナ配置等が変った場合、上記
従来技術では火炎形状から抽出した燃焼状態の特徴パラ
メータが普遍的なパラメータである物理量を表わしてい
ないため、灰中未燃分の推定精度が悪く、上記従来技術
をそのまま適用できないという問題があった。
本発明の目的は、ボイラ運転中の燃焼排ガス中に含有
される燃焼効率に影響のある灰中未燃分量を短時間で指
定し、これを低減する運転を実現するための燃焼の監視
又は制御方法及びその装置を提供することにある。
される燃焼効率に影響のある灰中未燃分量を短時間で指
定し、これを低減する運転を実現するための燃焼の監視
又は制御方法及びその装置を提供することにある。
上記目的は、火炉の火炎温度を計測し火炎温度から燃
焼ガスの温度上昇によるエネルギと火炎で発生した発生
エネルギを演算して加算し火炎の出力エネルギとしバー
ナへの石炭供給量及び石炭発熱量を入力エネルギとした
エネルギ収支から燃焼火炎の燃焼率を演算し、燃焼率を
基にバーナ操作量であるバーナへの空気供給量、空気予
熱温度と石炭中灰分を用いて火炉出口での灰中未燃分を
推定し、推定された灰中の未燃分により火炉の燃焼状態
を判断し監視する燃焼状態の監視方法において、バーナ
が複数の段からなり、バーナへの石炭供給量、空気供給
量、石炭組成を用いて火炉内の酸素濃度を演算し、各バ
ーナの火炎監視手段からの信号によりバーナの各段毎に
燃焼率を演算し、火炎温度、酸素濃度、各段毎の燃焼率
及び滞留時間を用いて火炉出口での平均燃焼率を演算
し、火炉出口での平均燃焼率を基に指定した灰中未燃分
が不適正と判断されたときにバーナ操作量を変更するこ
とにより達成される。
焼ガスの温度上昇によるエネルギと火炎で発生した発生
エネルギを演算して加算し火炎の出力エネルギとしバー
ナへの石炭供給量及び石炭発熱量を入力エネルギとした
エネルギ収支から燃焼火炎の燃焼率を演算し、燃焼率を
基にバーナ操作量であるバーナへの空気供給量、空気予
熱温度と石炭中灰分を用いて火炉出口での灰中未燃分を
推定し、推定された灰中の未燃分により火炉の燃焼状態
を判断し監視する燃焼状態の監視方法において、バーナ
が複数の段からなり、バーナへの石炭供給量、空気供給
量、石炭組成を用いて火炉内の酸素濃度を演算し、各バ
ーナの火炎監視手段からの信号によりバーナの各段毎に
燃焼率を演算し、火炎温度、酸素濃度、各段毎の燃焼率
及び滞留時間を用いて火炉出口での平均燃焼率を演算
し、火炉出口での平均燃焼率を基に指定した灰中未燃分
が不適正と判断されたときにバーナ操作量を変更するこ
とにより達成される。
上記目的は、火炉の火炎画像を検出する画像検出手段
と、火炎画像から火炎温度を演算する温度演算手段と、
火炎温度及びバーナ操作量から火炉出口における燃焼率
を演算する燃焼率演算手段と、燃焼率から灰中未燃分を
演算する灰中未燃分演算手段とを有する燃焼状態の監視
装置において、 バーナが複数の段からなり、それぞれのバーナの火炎
を監視する火炎監視手段と、火炎監視手段からの信号に
より各段毎に燃焼率を演算するバーナの各段毎燃焼率演
算手段と、火炉内の酸素濃度を演算する酸素濃度演算手
段とを設け、前記燃焼率演算手段が火炎温度、酸素濃
度、各段毎の燃焼率、滞留時間から火炉出口における平
均燃焼率を演算する平均燃焼率演算手段でなり、灰中未
燃分の推定が不適正と判断されたときにバーナ操作量を
変更するバーナ操作量変更手段を設けたことにより達成
される。
と、火炎画像から火炎温度を演算する温度演算手段と、
火炎温度及びバーナ操作量から火炉出口における燃焼率
を演算する燃焼率演算手段と、燃焼率から灰中未燃分を
演算する灰中未燃分演算手段とを有する燃焼状態の監視
装置において、 バーナが複数の段からなり、それぞれのバーナの火炎
を監視する火炎監視手段と、火炎監視手段からの信号に
より各段毎に燃焼率を演算するバーナの各段毎燃焼率演
算手段と、火炉内の酸素濃度を演算する酸素濃度演算手
段とを設け、前記燃焼率演算手段が火炎温度、酸素濃
度、各段毎の燃焼率、滞留時間から火炉出口における平
均燃焼率を演算する平均燃焼率演算手段でなり、灰中未
燃分の推定が不適正と判断されたときにバーナ操作量を
変更するバーナ操作量変更手段を設けたことにより達成
される。
火炉の火炎温度を計測し該火炎温度から燃焼ガスの温
度上昇によるエネルギと火炎で発生した発生エネルギを
演算して加算し火炎の出力エネルギとし，バーナへの石
炭供給量及び石炭発熱量を入力エネルギとしたエネルギ
収支から燃焼火炎の燃焼率を演算し，該燃焼率を火炉の
各段毎に演算し，バーナ操作量であるバーナへの石炭供
給量，空気供給量，空気予熱温度からバーナ近傍から火
炉出口に達するまでのガス滞留時間，ガス中の酸素濃
度，火炉の火炎温度から燃焼火炎の温度，から各段の燃
焼率の火炉出口での燃焼率を演算し，該火炉出口での燃
焼率と各段への火炉全体に対する石炭供給比率から火炉
出口での平均燃焼率を演算し，該火炉出口での平均燃焼
率と石炭中灰分を用いて火炉出口での灰中未燃分を短時
間に推定し、該推定された灰中の未燃分により火炉の燃
焼状態を判断し監視することが出来る。
度上昇によるエネルギと火炎で発生した発生エネルギを
演算して加算し火炎の出力エネルギとし，バーナへの石
炭供給量及び石炭発熱量を入力エネルギとしたエネルギ
収支から燃焼火炎の燃焼率を演算し，該燃焼率を火炉の
各段毎に演算し，バーナ操作量であるバーナへの石炭供
給量，空気供給量，空気予熱温度からバーナ近傍から火
炉出口に達するまでのガス滞留時間，ガス中の酸素濃
度，火炉の火炎温度から燃焼火炎の温度，から各段の燃
焼率の火炉出口での燃焼率を演算し，該火炉出口での燃
焼率と各段への火炉全体に対する石炭供給比率から火炉
出口での平均燃焼率を演算し，該火炉出口での平均燃焼
率と石炭中灰分を用いて火炉出口での灰中未燃分を短時
間に推定し、該推定された灰中の未燃分により火炉の燃
焼状態を判断し監視することが出来る。
そして火炉の出力エネルギとバーナ操作量との関係及
びバーナ操作量と灰中未燃分との関係を用いてバーナあ
るいは火炉の操作量を変更して燃焼状態を制御すること
が出来る。
びバーナ操作量と灰中未燃分との関係を用いてバーナあ
るいは火炉の操作量を変更して燃焼状態を制御すること
が出来る。
さらに火炉の水冷壁側とは異る方向から燃焼火炎の状
態を監視し，得られた輝度あるいは温度パターンを，水
冷壁側にあり横から観察している燃焼火炎の温度パター
ンと比較し，観察している燃焼火炎の燃焼率を補正する
ことにより燃焼火炎全体を監視することが出来る。
態を監視し，得られた輝度あるいは温度パターンを，水
冷壁側にあり横から観察している燃焼火炎の温度パター
ンと比較し，観察している燃焼火炎の燃焼率を補正する
ことにより燃焼火炎全体を監視することが出来る。
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明す
る。
る。
第１図及び第２図は本発明の一実施例に係り、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
施した場合を示したもので、同図において、火炉１の炉
壁２に形成された覗き窓３には冷却管５が挿入配置され
ている。この冷却管５にはITVカメラ６に接続されたイ
メージファイバ８が設けられており、ITVカメラ６は第
２図に示す燃焼状態の監視装置に接続されている。火炉
１上部には、１次空気と微粉炭が供給されるバーナ９が
設けられている。このバーナ９の回りには２次空気供給
管10、さらにその外側に３次空気供給管11が設けられて
おり、火炉１下部には空気導入孔12が設けられている。
は灰中未燃分UBCの監視・診断を単一バーナについて実
施した場合を示したもので、同図において、火炉１の炉
壁２に形成された覗き窓３には冷却管５が挿入配置され
ている。この冷却管５にはITVカメラ６に接続されたイ
メージファイバ８が設けられており、ITVカメラ６は第
２図に示す燃焼状態の監視装置に接続されている。火炉
１上部には、１次空気と微粉炭が供給されるバーナ９が
設けられている。このバーナ９の回りには２次空気供給
管10、さらにその外側に３次空気供給管11が設けられて
おり、火炉１下部には空気導入孔12が設けられている。
そして覗き窓３から冷却管５により水又は空気で冷却
したイメージファイバ８を火炉１内に挿入して燃焼火炎
13を横から観察し、このイメージファイバ８により燃焼
火炎13の画像を火炉１外に導き、この火炉１外に導いた
火炎画像をITVカメラ６で電気信号に変換するようにな
っている。
したイメージファイバ８を火炉１内に挿入して燃焼火炎
13を横から観察し、このイメージファイバ８により燃焼
火炎13の画像を火炉１外に導き、この火炉１外に導いた
火炎画像をITVカメラ６で電気信号に変換するようにな
っている。
なお、第１図において15は空気を旋回させるためのス
ワラ、16はフィルタである。またイメージファイバ８に
広角レンズを採用してもよい。
ワラ、16はフィルタである。またイメージファイバ８に
広角レンズを採用してもよい。
第２図は燃焼状態の監視装置の一例を示したもので、
ITVカメラ６からのアナログ映像信号18は、A/D変換器19
を介してデジタル映像信号20に変換され、この信号20は
フレームメモリ21に書き込まれる。書き込まれた画像デ
ータ22はプロセッサ23に取り込まれ、このプロセッサ23
で観測している火炎の視野下流端における燃焼率ｘを演
算する。バーナ操作量及び計測量（石炭供給量、空気供
給量、石炭発熱量、予熱空気温度等）25は、プロセスI/
O 26を介してデジタル信号28としてプロセッサ23に入
力され、このプロセッサ23に予め書き込まれた（８）〜
（13）式へ代入され、推定灰中未燃分UBCとして算出さ
れる。
ITVカメラ６からのアナログ映像信号18は、A/D変換器19
を介してデジタル映像信号20に変換され、この信号20は
フレームメモリ21に書き込まれる。書き込まれた画像デ
ータ22はプロセッサ23に取り込まれ、このプロセッサ23
で観測している火炎の視野下流端における燃焼率ｘを演
算する。バーナ操作量及び計測量（石炭供給量、空気供
給量、石炭発熱量、予熱空気温度等）25は、プロセスI/
O 26を介してデジタル信号28としてプロセッサ23に入
力され、このプロセッサ23に予め書き込まれた（８）〜
（13）式へ代入され、推定灰中未燃分UBCとして算出さ
れる。
なお第２図において29は灰中未燃分UBCのデータ、30
はデータ29の表示装置である。
はデータ29の表示装置である。
前記第２図はバーナが１本の試験炉の場合であるが、
火力発電所のボイラに見られるように複数のバーナシス
テムでは、第3a図，第3b図に示したように一列に複数の
バーナがあり、しかも多段に配置される。この場合燃焼
火炎13を横から観察したのでは、観察できるのは一番手
前の燃焼火炎13だけであり、水冷壁側の２つの燃焼火炎
13の間にある。例えば、第3a図，第3b図では２つの燃焼
火炎13は観察できない。そこで、第3a図，第3b図に示し
た火炎監視手段40を各バーナ毎にバーナ口側に設け、燃
焼火炎13をバーナ口から燃焼火炎13の先端方向へむかっ
て、少なくとも２箇所以上、望ましくは連続的に観察で
きるようにする。この場合、燃焼火炎13の中心軸上を観
察できるようにする。火炎監視手段40からのアナログ信
号41は、ITVカメラ６からのアナログ映像信号18と同様
にA/D変換器19を介してデジタル映像信号20に変換さ
れ、フレームメモリ21に書き込まれる。書き込まれた画
像データ22はプロセッサ23に取り込まれ、このプロセッ
サ23で観測している燃焼火炎13での輝度あるいは温度パ
ターンとして解析される。この輝度あるいは温度パター
ンは水冷壁側にあり横から観察している燃焼火炎13のパ
ターンと比較することにより、観察している燃焼火炎13
との燃焼性の比較が行われる。この結果、観察している
一例の燃焼火炎13の燃焼性に関する序列が係数として得
られ、この係数を基に観察している燃焼火炎13を、その
一列における平均的な燃焼率に変換する。
火力発電所のボイラに見られるように複数のバーナシス
テムでは、第3a図，第3b図に示したように一列に複数の
バーナがあり、しかも多段に配置される。この場合燃焼
火炎13を横から観察したのでは、観察できるのは一番手
前の燃焼火炎13だけであり、水冷壁側の２つの燃焼火炎
13の間にある。例えば、第3a図，第3b図では２つの燃焼
火炎13は観察できない。そこで、第3a図，第3b図に示し
た火炎監視手段40を各バーナ毎にバーナ口側に設け、燃
焼火炎13をバーナ口から燃焼火炎13の先端方向へむかっ
て、少なくとも２箇所以上、望ましくは連続的に観察で
きるようにする。この場合、燃焼火炎13の中心軸上を観
察できるようにする。火炎監視手段40からのアナログ信
号41は、ITVカメラ６からのアナログ映像信号18と同様
にA/D変換器19を介してデジタル映像信号20に変換さ
れ、フレームメモリ21に書き込まれる。書き込まれた画
像データ22はプロセッサ23に取り込まれ、このプロセッ
サ23で観測している燃焼火炎13での輝度あるいは温度パ
ターンとして解析される。この輝度あるいは温度パター
ンは水冷壁側にあり横から観察している燃焼火炎13のパ
ターンと比較することにより、観察している燃焼火炎13
との燃焼性の比較が行われる。この結果、観察している
一例の燃焼火炎13の燃焼性に関する序列が係数として得
られ、この係数を基に観察している燃焼火炎13を、その
一列における平均的な燃焼率に変換する。
上記のように本実施例に係る装置は、火炉１の火炎画
像を検出する画像検出手段としてイメージファイバ８、
ITVカメラ６及び火炎監視手段40が設けられ、また火炎
画像から火炎温度を算出する温度演算手段、火炎温度か
ら火炎の温度パターンを演算する手段、火炎温度から火
炉１出口における燃焼率を算出する燃焼率演算手段、燃
焼率から灰中未燃分を算出する灰中未燃分算出手段及び
灰中未燃分が減少するようにバーナ９への石炭供給量、
空気供給量、予熱空気温度等を制御する制御手段として
プロセッサ23が設けられている。
像を検出する画像検出手段としてイメージファイバ８、
ITVカメラ６及び火炎監視手段40が設けられ、また火炎
画像から火炎温度を算出する温度演算手段、火炎温度か
ら火炎の温度パターンを演算する手段、火炎温度から火
炉１出口における燃焼率を算出する燃焼率演算手段、燃
焼率から灰中未燃分を算出する灰中未燃分算出手段及び
灰中未燃分が減少するようにバーナ９への石炭供給量、
空気供給量、予熱空気温度等を制御する制御手段として
プロセッサ23が設けられている。
以上の処理の１例としてプロセッサ23の内部処理フロ
ーの概略を第４図に基づいて説明する。
ーの概略を第４図に基づいて説明する。
ステップ100:火炎画像データの入力 火炎画像データIM（i,j）をプロセッサ23に入力する
（ｉ＝１〜I,j＝１〜Ｊ）。
（ｉ＝１〜I,j＝１〜Ｊ）。
ステップ110: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（（５）式に１例を示す）。
める（（５）式に１例を示す）。
ステップ120:火炎の温度計算 ２波長温度計の原理を用いて、火炎の温度を算出し、
平均温度を算出する。
平均温度を算出する。
ステップ130:エネルギーの計算 ステップ120で算出した火炎温度を用いて、燃焼ガス
（含未燃固体分）の温度上昇によるエネルギーE1と火炎
で発生したエネルギーE2を次式により計算する。
（含未燃固体分）の温度上昇によるエネルギーE1と火炎
で発生したエネルギーE2を次式により計算する。
E1＝f1（Gcoal,Gair,To,T） …（６） E2＝f2（Ｔ） …（７） ここで、Gocal:石炭供給量 Gair :空気供給量 T :火炎温度 To :予熱空気温度 火炎の出力エネルギーＥはE1とE2の和であるから Ｅ＝E1＋E2 ……（８） また、バーナへの供給石炭に伴うエネルギーE0は
（９）式により計算される。
（９）式により計算される。
E0＝Gcoal・Hcoal（kcal/h） …（９） ステップ135:酸素濃度Co2の計算 バーナへの石炭供給量，空気供給量，石炭組成を用い
て火炉内の酸素濃度Co2を計算する。
て火炉内の酸素濃度Co2を計算する。
ステップ140:燃焼率ｘの計算 ステップ130で算出したバーナへの入力エネルギーE0
及び燃焼により生成したエネルギーＥ＝E1＋E2を（10）
に代入することにより、燃焼火炎13の視野下流端での燃
焼率ｘは算出できる。
及び燃焼により生成したエネルギーＥ＝E1＋E2を（10）
に代入することにより、燃焼火炎13の視野下流端での燃
焼率ｘは算出できる。
ついで、火炎監視手段40からの信号を処理したプロセ
ッサ23からの信号を用いて得られた燃焼火炎13の燃焼性
に関する係数を用いて、観察している一列における平均
的な燃焼率すなわち火炉の各段毎に求められた燃焼率xI
として算出できる。
ッサ23からの信号を用いて得られた燃焼火炎13の燃焼性
に関する係数を用いて、観察している一列における平均
的な燃焼率すなわち火炉の各段毎に求められた燃焼率xI
として算出できる。
ステップ150:火炉出口での平均燃焼率の計算 ステップ120,135,140で計算した火炎温度、酸素濃
度、燃焼率及び操作量、計測量を用いて、各段の燃焼率
xIの火炉出口での燃焼率xIFを求める。
度、燃焼率及び操作量、計測量を用いて、各段の燃焼率
xIの火炉出口での燃焼率xIFを求める。
xIF＝ｆ（xI,T,ΔtI,Co2） ……（11） ここで、T:火炎の平均温度 ΔtI:各バーナ近傍のから火炉出口（又は燃焼が無
視できる程度まで温度が下降する領域）に達するまでの
滞留時間 yI:各段への石炭供給比率（全体で１） Co2:酸素濃度 （11）式において、燃焼火炎13での酸素濃度Co2や燃
焼率ｘは滞留時間Δｔの間に経時変化する。そこで、滞
留時間Δｔを細かく分割し、ｘ及びCo2を逐次計算し
て、Δｔ時間後の燃焼率を求める。更に、これに各段へ
の石炭供給比率yIで補正し、火炉出口における平均燃焼
率XFが求まる。
視できる程度まで温度が下降する領域）に達するまでの
滞留時間 yI:各段への石炭供給比率（全体で１） Co2:酸素濃度 （11）式において、燃焼火炎13での酸素濃度Co2や燃
焼率ｘは滞留時間Δｔの間に経時変化する。そこで、滞
留時間Δｔを細かく分割し、ｘ及びCo2を逐次計算し
て、Δｔ時間後の燃焼率を求める。更に、これに各段へ
の石炭供給比率yIで補正し、火炉出口における平均燃焼
率XFが求まる。
XF＝ΣyI・XIF ……（12） ステップ160:灰中未燃分の計算 ステップ150で算出した火炉出口での平均燃焼率XF及
び石炭中の灰分Ａを（13）式に代入して、出口での推定
未燃分UBCを計算する。
び石炭中の灰分Ａを（13）式に代入して、出口での推定
未燃分UBCを計算する。
ステップ170:灰中未燃分の推定結果の出力灰中未燃分
の推定値UBCを出力装置に出力する。
の推定値UBCを出力装置に出力する。
ステップ180:灰中未燃分推定結果の判断 ステップ170における灰中未燃分の推定値UBCが適正か
否かを判断する。ここでYESと判断されるとプログラム
は終了するが、NOと判断されたときは、ステップ190へ
進む。
否かを判断する。ここでYESと判断されるとプログラム
は終了するが、NOと判断されたときは、ステップ190へ
進む。
ステップ190:操作量の変更 ステップ180において、推定した灰中未燃分が多いと
きは、例えば、第５図に示すようなバーナあるいは火炉
の操作量と（Ｂ）式で示される燃焼火炎13で発生してい
るエネルギーＥあるいはE2の関係及び第６図に示すよう
なＥあるいはE2と灰中未燃分の関係を用いて、第６図か
ら目標とする灰中未燃分の得られるＥあるいはE2を求め
る。ついで、このＥあるいはE2より、第５図を用いて操
作量Ｍを求め、変更する。
きは、例えば、第５図に示すようなバーナあるいは火炉
の操作量と（Ｂ）式で示される燃焼火炎13で発生してい
るエネルギーＥあるいはE2の関係及び第６図に示すよう
なＥあるいはE2と灰中未燃分の関係を用いて、第６図か
ら目標とする灰中未燃分の得られるＥあるいはE2を求め
る。ついで、このＥあるいはE2より、第５図を用いて操
作量Ｍを求め、変更する。
このとき、もちろん、第５図、第６図から求まる操作
量と灰中未燃分の関係を用いて、操作量Ｍを求めてもよ
い。
量と灰中未燃分の関係を用いて、操作量Ｍを求めてもよ
い。
ただし、ステップ190において決定した値に操作量を
制御した後、ステップ100からステップ180までを再実行
した結果、推定した灰中未燃分が同一炭種であっても生
ずる石炭性状の変化や火炉状態の変化によって、実際の
値と異なる場合がある。そこで、推定値の検証を行な
い、第５図や第６図のデータを修正しておいて、データ
ベースの変更を行なうことが望ましく、特に石炭種変更
時には実施する。
制御した後、ステップ100からステップ180までを再実行
した結果、推定した灰中未燃分が同一炭種であっても生
ずる石炭性状の変化や火炉状態の変化によって、実際の
値と異なる場合がある。そこで、推定値の検証を行な
い、第５図や第６図のデータを修正しておいて、データ
ベースの変更を行なうことが望ましく、特に石炭種変更
時には実施する。
上記のように本実施例に係る方法は、 （イ）第一工程：火炉１の火炎温度を検出する工程、 （ロ）第二工程：その火炎温度から発生しているエネル
ギを計算する工程、 （ハ）第三工程：そのエネルギを火炎での出力エネルギ
ーとし、バーナ９への石炭供給量、石炭発熱量を入力エ
ネルギーとしてエネルギーの収支をとり、燃焼火炎13で
の燃焼率を算出し、更に、輝度あるいは温度パターンで
平均化した燃焼率とし、これにより火炉１の燃焼状態を
監視する工程、 （ニ）第四工程：第一から第三工程で求めた燃焼率をも
とに、バーナ９への石炭供給量、空気供給量、予熱空気
温度、石炭中灰分等を用いて火炉１出口での灰中未燃分
を推定し、この推定された灰中未燃分により火炉１の燃
焼状態を監視する工程、 （ホ）第五工程：その灰中未燃分が減少するように操作
量と灰中未燃分の関係から求まる操作量である空気供給
量、予熱空気温度等を制御する工程、 （ヘ）第六工程：操作量と灰中未燃分の関係を検証し、
修正する工程からなっている。
ギを計算する工程、 （ハ）第三工程：そのエネルギを火炎での出力エネルギ
ーとし、バーナ９への石炭供給量、石炭発熱量を入力エ
ネルギーとしてエネルギーの収支をとり、燃焼火炎13で
の燃焼率を算出し、更に、輝度あるいは温度パターンで
平均化した燃焼率とし、これにより火炉１の燃焼状態を
監視する工程、 （ニ）第四工程：第一から第三工程で求めた燃焼率をも
とに、バーナ９への石炭供給量、空気供給量、予熱空気
温度、石炭中灰分等を用いて火炉１出口での灰中未燃分
を推定し、この推定された灰中未燃分により火炉１の燃
焼状態を監視する工程、 （ホ）第五工程：その灰中未燃分が減少するように操作
量と灰中未燃分の関係から求まる操作量である空気供給
量、予熱空気温度等を制御する工程、 （ヘ）第六工程：操作量と灰中未燃分の関係を検証し、
修正する工程からなっている。
以上の如く、火炎画像から火炎温度及び火炎での生成
エネルギーを計算し、バーナ供給石炭エネルギーの収支
から燃焼率を算出し、更に操作量及び計測量とから灰中
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。
エネルギーを計算し、バーナ供給石炭エネルギーの収支
から燃焼率を算出し、更に操作量及び計測量とから灰中
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。
他の実施例として、第７図に使用している石炭の性
状、例えば、混炭などによって燃料比や灰分等が著しく
異なる場合の考え方を示す。第７図が第４図と異なるの
は、ステップ140で火炉出口での燃焼率を求めたあと、
ステップ200において、観察している燃焼火炎13がある
列での平均灰分や平均燃料比等を用いて、そのときの燃
焼率を求める点である。しかる後にステップ160以降の
ステップを行う。こうすることにより、石炭性状が著し
く異った場合の灰中未燃分を推定できる。
状、例えば、混炭などによって燃料比や灰分等が著しく
異なる場合の考え方を示す。第７図が第４図と異なるの
は、ステップ140で火炉出口での燃焼率を求めたあと、
ステップ200において、観察している燃焼火炎13がある
列での平均灰分や平均燃料比等を用いて、そのときの燃
焼率を求める点である。しかる後にステップ160以降の
ステップを行う。こうすることにより、石炭性状が著し
く異った場合の灰中未燃分を推定できる。
また、（11）式では反応速度を温度の関数として計算
しているが、この反応速度に燃料比の関数でもあるとし
てもよいことはもちろんである。
しているが、この反応速度に燃料比の関数でもあるとし
てもよいことはもちろんである。
本発明では、観察している列の平均的な燃焼率を求め
るために、火炎監視手段40を設けているが、平均的な燃
焼率を求める手段として、この他に、平均灰分や平均燃
料比等を用いてもよい。
るために、火炎監視手段40を設けているが、平均的な燃
焼率を求める手段として、この他に、平均灰分や平均燃
料比等を用いてもよい。
また、一列で観察する燃焼火炎13は水冷壁側の２個を
必ずしも観る必要はなく、火炎監視手段40や上述の方法
で補正することとして、片側の１個でも可能である。
必ずしも観る必要はなく、火炎監視手段40や上述の方法
で補正することとして、片側の１個でも可能である。
さらに本発明は、バーナのタイプによって左右される
ものではない。例えば、第8a〜第8d図のように異なるバ
ーナ・タイプであってもバーナ断面方向から燃焼火炎13
を計測すると、形成される火炎は第９図と同様な形状を
示すことから明らかである。
ものではない。例えば、第8a〜第8d図のように異なるバ
ーナ・タイプであってもバーナ断面方向から燃焼火炎13
を計測すると、形成される火炎は第９図と同様な形状を
示すことから明らかである。
また、本実施例では燃焼温度及び火炎で生成したエネ
ルギーを算出する際に、イメージファイバ８で燃焼火炎
13の画像を用いているが、もっと簡便に他の温度測定
法、例えば、放射温度計や二波長温度計等や放射エネル
ギー測定装置をセンサーとして用いても同様な効果が期
待できることは言うまでもない。
ルギーを算出する際に、イメージファイバ８で燃焼火炎
13の画像を用いているが、もっと簡便に他の温度測定
法、例えば、放射温度計や二波長温度計等や放射エネル
ギー測定装置をセンサーとして用いても同様な効果が期
待できることは言うまでもない。
本発明は，上述の如く構成されているので，次に記載
する効果を奏する。
する効果を奏する。
請求項１の燃焼状態の監視方法においては，火炉の火
炎温度を計測し演算して得た火炎の出力エネルギとバー
ナへの入力エネルギとのエネルギ収支から燃焼火炎の燃
焼率を演算し，それとバーナ操作量を計測し石炭中の灰
分を用いて火炉出口での灰中未燃分を精度良くリアルタ
イムで推定出来できるので，推定された灰中の未燃分に
より火炉の燃焼状態を判断し監視することが出来る。
炎温度を計測し演算して得た火炎の出力エネルギとバー
ナへの入力エネルギとのエネルギ収支から燃焼火炎の燃
焼率を演算し，それとバーナ操作量を計測し石炭中の灰
分を用いて火炉出口での灰中未燃分を精度良くリアルタ
イムで推定出来できるので，推定された灰中の未燃分に
より火炉の燃焼状態を判断し監視することが出来る。
請求項２の燃焼状態の監視方法においては，火炉の水
冷壁側とは異る方向から燃焼火炎の状態を監視し，水冷
壁側から観察している燃焼火炎の燃焼率を補正すること
により、火炉全体の診断が可能となる。
冷壁側とは異る方向から燃焼火炎の状態を監視し，水冷
壁側から観察している燃焼火炎の燃焼率を補正すること
により、火炉全体の診断が可能となる。
請求項３の燃焼状態の監視方法においては，灰中未燃
分とバーナ操作量或いは火炎の出力エネルギとの関係を
定期的に検定して補正することにより，常に精度良く灰
中未燃分が指定出来る。
分とバーナ操作量或いは火炎の出力エネルギとの関係を
定期的に検定して補正することにより，常に精度良く灰
中未燃分が指定出来る。
請求項４の燃焼状態の制御方法においては，火炎の出
力エネルギとバーナ操作量との関係及びバーナ操作量と
灰中未燃分との関係を用いてバーナあるいは火炉の操作
量を変更して燃焼状態を制御することにより，燃焼効率
を高められる効果が得られる。
力エネルギとバーナ操作量との関係及びバーナ操作量と
灰中未燃分との関係を用いてバーナあるいは火炉の操作
量を変更して燃焼状態を制御することにより，燃焼効率
を高められる効果が得られる。
請求項５の燃焼状態の監視装置においては，火炉の火
炎画像検出手段と，火炎画像から火炎温度を演算する温
度演算手段と，火炎温度及びバーナ操作量から火炉出口
の燃焼率演算手段と，燃焼率から灰中未燃分を演算する
灰中未燃分演算手段とを備えることにより，火炉出口で
の灰中未燃分を精度良くリアルタイムで推定出来，推定
された灰中の未燃分により火炉の燃焼状態を判断し監視
することが出来る。
炎画像検出手段と，火炎画像から火炎温度を演算する温
度演算手段と，火炎温度及びバーナ操作量から火炉出口
の燃焼率演算手段と，燃焼率から灰中未燃分を演算する
灰中未燃分演算手段とを備えることにより，火炉出口で
の灰中未燃分を精度良くリアルタイムで推定出来，推定
された灰中の未燃分により火炉の燃焼状態を判断し監視
することが出来る。
請求項６の燃焼状態の監視装置を微粉炭焚きのボイラ
の火炉に適用すると，火炉出口での灰中未燃分を精度良
くリアルタイムで推定出来，推定された灰中の未燃分に
より火炉の燃焼状態を判断し監視することが出来る。
の火炉に適用すると，火炉出口での灰中未燃分を精度良
くリアルタイムで推定出来，推定された灰中の未燃分に
より火炉の燃焼状態を判断し監視することが出来る。
請求項７の燃焼状態の制御装置においては，灰中未燃
分が減少するようにバーナへの石炭供給量，空気供給
量，空気予熱温度を制御することにより，燃焼効率を高
められる効果が得られる。
分が減少するようにバーナへの石炭供給量，空気供給
量，空気予熱温度を制御することにより，燃焼効率を高
められる効果が得られる。
請求項８の燃焼状態の制御装置を微粉炭焚きのボイラ
の火炉に適用すると，火炉出口での灰中未燃分を低減出
来かつ燃焼効率を高められる効果が得られる。
の火炉に適用すると，火炉出口での灰中未燃分を低減出
来かつ燃焼効率を高められる効果が得られる。
第１図は本発明の実施例に係る単独バーナで構成される
火炉の縦断面図，第２図は本発明の実施例に係る火炉の
燃焼状態の監視装置ブロック図，第3a図は本発明の実施
例に係る複数バーナで構成される火炉の縦断面図、第3b
図は第3a図に示される火炉の横断面図，第４図は第２図
に示される火炉の燃焼状態の監視装置に含まれるプロセ
ッサのフローチヤート，第５図はバーナ操作量或いは火
炉の操作量とエネルギ発生速度の関係を示した図表、第
６図はエネルギ発生速度と灰中未燃分との関係を示した
図表、第７図は第４図に示したものと異る他のフローチ
ヤート，第8a図及び第8c図は他の実施例のバーナ部にお
ける縦断面図，第8b図は第8a図の正面平面図，第8d図は
第8c図の正面平面図，第９図は各種燃焼火炎の比較図，
第10図は従来例の火炎形状から抽出する特徴パラメータ
を示した火炎断面図である。 １……火炉,6……ITVカメラ,8……イメージファイバ,9
……バーナ,10……２次空気供給管,11……３次空気供給
管,13……燃焼火炎,18……アナログ映像信号,19……A/D
変換器,20……デジタル映像信号,21……フレームメモ
リ,22……画像データ,23……プロセッサ,25……操作量
及び計測量,40……火炎監視手段
火炉の縦断面図，第２図は本発明の実施例に係る火炉の
燃焼状態の監視装置ブロック図，第3a図は本発明の実施
例に係る複数バーナで構成される火炉の縦断面図、第3b
図は第3a図に示される火炉の横断面図，第４図は第２図
に示される火炉の燃焼状態の監視装置に含まれるプロセ
ッサのフローチヤート，第５図はバーナ操作量或いは火
炉の操作量とエネルギ発生速度の関係を示した図表、第
６図はエネルギ発生速度と灰中未燃分との関係を示した
図表、第７図は第４図に示したものと異る他のフローチ
ヤート，第8a図及び第8c図は他の実施例のバーナ部にお
ける縦断面図，第8b図は第8a図の正面平面図，第8d図は
第8c図の正面平面図，第９図は各種燃焼火炎の比較図，
第10図は従来例の火炎形状から抽出する特徴パラメータ
を示した火炎断面図である。 １……火炉,6……ITVカメラ,8……イメージファイバ,9
……バーナ,10……２次空気供給管,11……３次空気供給
管,13……燃焼火炎,18……アナログ映像信号,19……A/D
変換器,20……デジタル映像信号,21……フレームメモ
リ,22……画像データ,23……プロセッサ,25……操作量
及び計測量,40……火炎監視手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 亨 茨城県日立市大みか町５丁目２番１号 株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 宮垣 久典 茨城県日立市大みか町５丁目２番１号 株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 菅野 彰 茨城県日立市大みか町５丁目２番１号 株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 渡辺 好夫 宮城県仙台市柏木１丁目７番33号 (72)発明者 佐久間 直勝 宮城県仙台市吉成３丁目１番17号 (56)参考文献 特開 昭58−64409（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−311020（ＪＰ，Ａ)
Claims (8)
- 【請求項１】火炉の火炎温度を計測し該火炎温度から燃
焼ガスの温度上昇によるエネルギと火炎で発生した発生
エネルギを演算して加算し火炎の出力エネルギとしバー
ナへの石炭供給量及び石炭発熱量を入力エネルギとした
エネルギ収支から燃焼火炎の燃焼率を演算し、該燃焼率
を基にバーナ操作量である前記バーナへの空気供給量、
空気予熱温度と石炭中灰分を用いて火炎出口での灰中未
燃分を推定し、該推定された灰中の未燃分により前記火
炉の燃焼状態を判断し監視する燃焼状態の監視方法にお
いて、 前記バーナが複数の段からなり、 前記バーナへの石炭供給量、空気供給量、石炭組成を用
いて前記火炉内の酸素濃度を演算し、 前記各バーナの火炎監視手段からの信号により前記バー
ナの各段毎に燃焼率を演算し、 前記火炎温度、前記酸素濃度、前記各段毎の燃焼率及び
滞留時間を用いて火炉出口での平均燃焼率を演算し、 該火炉出口での平均燃焼率を基に推定した灰中未燃分が
不適正と判断されたときに前記バーナ操作量を変更する
ことを特徴とする燃焼状態の監視方法。 - 【請求項２】前記火炉の水冷壁側とは異る方向から燃焼
火炎の状態を監視し、得られた輝度あるいは温度パター
ンを前記水冷壁側にあり横から観察している前記燃焼火
炎の前記温度パターンと比較し、観察している前記燃焼
火炎の燃焼率を補正する請求項１に記載の燃焼状態の監
視方法。 - 【請求項３】前記灰中未燃分と前記バーナ操作量或いは
前記火炎の出力エネルギとの関係を定期的に検定して補
正する請求項１に記載の燃焼状態の監視方法。 - 【請求項４】前記火炎の出力エネルギと前記バーナ操作
量との関係及び前記火炎の出力エネルギと前記灰中未燃
分との関係を用いてバーナあるいは火炉の操作量を変更
して燃焼状態を制御する請求項１に記載の燃焼状態の制
御方法。 - 【請求項５】火炉の火炎画像を検出する画像検出手段
と、該火炎画像から火炎温度を演算する温度演算手段
と、該火炎温度及びバーナ操作量から前記火炉出口にお
ける燃焼率を演算する燃焼率演算手段と、該燃焼率から
灰中未燃分を演算する灰中未燃分演算手段とを有する燃
焼状態の監視装置において、 前記バーナが複数の段からなり、 それぞれのバーナの火炎を監視する火炎監視手段と、 該火炎監視手段からの信号により前記バーナの各段毎に
燃焼率を演算する各段毎燃焼率演算手段と、 前記火炉内の酸素濃度を演算する酸素濃度演算手段とを
設け、 前記燃焼率演算手段が前記火炎温度、前記酸素濃度、前
記各段毎の燃焼率、滞留時間から前記火炉出口における
平均燃焼率を演算する平均燃焼率演算手段でなり、 前記灰中未燃分の推定が不適正と判断されたときに前記
バーナ操作量を変更するバーナ操作量変更手段を設けた
ことを特徴とする燃焼状態の監視装置。 - 【請求項６】前記火炉は微粉炭焚きのボイラの火炉であ
る請求項５に記載の燃焼状態の監視装置。 - 【請求項７】前記灰中未燃分が減少するようにバーナへ
の石炭供給量、空気供給量、空気予熱温度を制御する制
御手段を備えた請求項５に記載の燃焼状態の制御装置。 - 【請求項８】前記制御手段は微粉炭焚きのボイラの火炉
に適用される請求項７に記載の燃焼状態の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1030268A JP2759473B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 燃焼状態の監視及び制御方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1030268A JP2759473B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 燃焼状態の監視及び制御方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02208412A JPH02208412A (ja) | 1990-08-20 |
| JP2759473B2 true JP2759473B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=12298955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1030268A Expired - Fee Related JP2759473B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 燃焼状態の監視及び制御方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2759473B2 (ja) |
-
1989
- 1989-02-09 JP JP1030268A patent/JP2759473B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02208412A (ja) | 1990-08-20 |
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