JP2968160B2 - 着火検知方法 - Google Patents

着火検知方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、工業炉等におけるバー
ナーの着火を検知するための着火検知方法に関する。
【0002】
【従来の技術】着火検知装置としては、従来、図12に
示す光学方式のものと図13に示す音響方式(例えば、
実公平4−49482号公報に開示)のものとがある。
【0003】図12において、20は炉内のバーナーの
火炎である。21は光電子倍増管であって、火炎20か
ら放射される可視光、紫外光や赤外光を検知し、光の強
度を電気信号に変換する。22は電流/電圧変換器であ
り、上記光の強度に対応した電圧を出力する。この電圧
は、比較器23で判定値と比較される。24は判定値
(しきい値)を設定するための設定器である。比較器2
3は、上記電圧がこの判定値を超えていると「火炎あ
り」(着火」と判別し、判定値以下の場合は、「火炎な
し」(失火を含む消火)と判別する。
【0004】図13において、31はマイクロホン(も
しくは圧力センサ)であって、図14に示すように炉4
0の炉壁41を通して主バーナー42の先端部近傍に臨
ませたプローブ32の炉外側の端部に設けられる。主バ
ーナー42から噴射される燃料が燃焼すると、体積膨張
が起こると共に着火点が細かく(高い周期で)変動し、
これによって微小圧力振動が発生する。プローブ32
は、この圧力変動に起因する燃焼音を炉外のマイクロホ
ン31に導く。マイクロホン31が出力する電気信号の
うち、「着火」を明確に識別可能な周波数成分(図15
(B)に記号Hで示す高周波数成分)を帯域通過フィ
ルタ33で取り出し、平滑回路34で直流信号に変換
し、この直流信号の電圧レベルが比較器35で判定値
(しきい値)と比較される。36は判定値設定器であ
る。なお、図15の(A)に、消火状態時のマイクロホ
ン31が出力する電気信号を示すが、記号Lで示す低周
波数成分は帯域通過フィルタ33を通過しない。比較器
35は、上記直流信号の電圧レベルが上記判定値を超え
ていると「火炎あり」(着火)と判別し、判定値以下の
場合は、「火炎なし」(消火)を判別する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、重油や高カ
ロリーガスを急速燃焼しているバーナーでは、着火時の
輝度が高く、燃焼音も大きいので(消火時と比較し、燃
焼時の光強度や音圧レベルは数倍大きい)、バーナー着
火の有無の識別は、上記従来の光学方式や音響方式の検
知装置を用いて充分に識別可能であった。
【0006】近年の排ガス規制の強化に伴い、緩慢な燃
焼形態を採るケースが増加しているが、このような燃焼
形態の場合、燃焼炎からの光量が減少し、また燃焼音の
レベルが低下する等の現象が生じるので、上記従来の固
定の信号レベル判定値(しきい値)を用いる方法では、
「着火」/「消火」判定の信頼性が低下するという問題
があった。
【0007】また、燃焼は、空気、バーナー、炉構造等
多くの要因が複雑に組み合わさった結果として生じる化
学反応であるので、光電子倍増管11やマイクロフォン
21の出力信号を、時系列的に観察した場合、負荷条件
が同じであっても、光量や燃焼音のレベルが変化し、特
に、負荷低下(ターンダウン、Turn down)を
行なった場合には信頼性の低下は顕著である。
【0008】この現象に対処するために、判定値(しき
い値)を可変にしたものが実公平4−19325号公報
で開示されている。この判定値可変のものは、上記した
音響方式において、判定値を燃焼空気の流量に基づき変
化させるものである。燃焼空気の流速が速い場合には、
その気流音が大きく、燃焼音の周波数帯域に相当する周
波数帯域にも気流に起因する音が混在するので、「着
火」と「消火」時のマイクロフォン21出力信号のレベ
ル差が大きくなく、「着火」/「消火」判定の信頼性が
低下する。
【0009】本発明はこの問題を解消するためになされ
たもので、炉の型式にかかわらず、確実に、精度よく、
着火、消火を検知することができる着火検知方法を提供
することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、請求項1では、バーナーより発生する微小圧
力振動を電気信号として取り出し、当該電気信号と予め
設定する判定値を利用して、当該バーナーの着火、消火
を判定する場合において、上記電気信号が含む燃焼音に
対応する所定帯域の周波数成分の平均振幅と、気流音に
対応する所定帯域の周波数成分の平均振幅もしくは上記
電気信号の平均振幅との比を上記判定値と比較すること
により前記バーナーの着火、消火を判定する構成とし
た。
【0011】請求項2では、バーナーより発生する微小
圧力振動を電気信号として取り出し、当該電気信号と予
め設定する判定値を利用して、当該バーナーの着火、消
火を判定する場合において、上記電気信号が含む燃焼音
に対応する所定帯域の周波数成分から振動エネルギーを
演算し、当該振動エネルギーと、気流音に対応する所定
帯域の周波数成分から求めた振動エネルギーもしくは上
記電気信号から求めた全振動エネルギーとの比を上記判
定値と比較することにより前記バーナーの着火、消火を
判定する構成とした。
【0012】
【作用】本発明は、気流音に対応する周波数成分と、燃
焼音に対応する周波数成分との振動振幅比が、着火時と
消火時とで、異なり、かつこの振動振幅比は、燃焼量が
変化しても殆ど変わらない点に着目してなされたもので
あるので、炉の型式にかかわらず、
誤検知なく、着火、消火が判定され
る。
【0013】
【実施例】以下、本発明の1実施例を図面を参照して説
明する。
【0014】図1において、1は第1の帯域通過フィル
タ、2は第2の帯域通過フィルタである。第1の帯域通
過フィルタは比較的高い高周波数成分(例えば200H
z〜1kHz)を通過帯域とするフィルタであって、当
該帯域通過フィルタ1の出力は平滑回路3で平滑され
る。この平滑回路3の出力をAとする。第2の帯域通過
フィルタ2は低周波数成分(例えば20Hz〜200H
z)を通過帯域とするフィルタであって、当該帯域通過
フィルタ2の出力は平滑回路4で平滑される。この平滑
回路4の出力をBとする。5は比率演算回路であって、
帯域通過フィルタ1の出力Aと帯域通過フィルタ2の出
力Bとの比率Y1 =A/Bを演算する。6は判定回路で
あって、比率演算回路5の出力Y1 を判定値(しきい
値)Zとを比較し、Y1 >Zの場合、「H」レベルの信
号を出力し、Y1 <Zの場合、「L」レベルの信号を出
力する。7は判定値(上記しきい値)を設定する判定値
設定回路である。
【0015】本発明者等は、燃焼空気の流速が速く、そ
の気流音の影響を受けやすいボイラ等におけるボイラ内
の発生音を解析したところ、図9の(A)に示す結果を
得た。この図9の(A)は、ある燃焼量における発生音
の解析結果を代表的に示したものである。ここでは、い
わゆる立ち消え状態を失火としている。
【0016】(1)失火時には、気流音と考えられる低
周波成分(20Hz〜200Hz)の信号レベルが、着
火時と比較して、大きくなる。
【0017】(2)燃焼音に起因すると考えられる高周
波成分(200Hz〜1kHz)の失火時のレベルは、
着火時と比較して、同程度かもしくは小さい。
【0018】ことを示している。
【0019】このことから、本発明者等は、マイクロフ
ォン31が出力する信号のレベル(振動振幅)の比、す
なわち、 が、図10の(A)に示す如く、失火時には、当該
(1)式の分母Bが大きくなるので小さく、着火時に
は、当該(1)式の分母Bが小さくなるので大きくなる
ことに着目し、燃焼量を変えて、実験を繰り返したとこ
ろ、上記振動振幅比Y1は、燃焼量を変えても、殆ど変
化しないことを知った。
【0020】図1の回路では、この振動振幅比Y1 を比
率演算回路5で求め、判定回路6がY1 >Zの場合に
は、「着火」と判定して「H」レベルの信号を出力し、
1 <Zの場合には、「消火」と判定して「L」レベル
の信号を出力する。
【0021】図1の回路では、高周波数成分の信号振幅
A/低周波数成分の信号振幅Bを求めているが、全燃焼
音中に占める高周波数成分の信号振幅Aの割合、即ち、 も、図10の(B)に示すように、失火時には、小さ
く、着火時には、大きく、燃焼量を変えても、殆ど変化
しないので、この振動振幅比Y2 に基づいて、「消
火」、「着火」を判別することができる。振動振幅比Y
2 を利用する場合の回路を図2に示す。図2において、
8はマイクロフォン31が出力する信号を平滑する平滑
回路である。
【0022】本発明者等が、振動振幅でなく、振動エネ
ルギーについても同様の考察を試みたところ、図9の
(B)に示すような結果を得た。この図9の(B)から
明らかなように、失火時の低周波成分が高周波成分より
も相当に大きいので、 は、図11の(A)に示すように、失火時と着火時の差
が大きく、振動振幅比Y1 に基づく判定に比し、より良
い精度の判定を行なうことができる。
【0023】このエネルギー比E1 を利用する場合の回
路を図3に示す。図3において、9はエネルギー演算回
路であって、E1 =Y1 2=A2 /B2 を演算する。
【0024】図3の回路では、高周波数成分の信号振幅
2 /低周波数成分の信号振幅B2を求めているが、図
11の(B)に示すように、全燃焼音中に占める高周波
数成分の信号振幅A2 の割合、即ち、 に基づいて、「消火」、「着火」を判別することができ
る。振動振幅比E2 を利用する場合の回路を図4に示
す。
【0025】なお、図3および図4の回路では、比率演
算回路5の出力を、エネルギー演算回路9で2乗してエ
ネルギー比を求めているが、図5および図6に示すよう
に、平滑回路3の出力振幅Aを2乗演算回路10で、平
滑回路4の出力振幅Bを2乗演算回路11で、それぞれ
2乗演算したのち、比率演算回路5に導くようにしても
良い。また、図7および図8に示すように、第1の帯域
通過フィルタ1の出力振幅Aを2乗演算回路10で、第
2の帯域通過フィルタ2の出力振幅Bを2乗演算回路1
1で、それぞれ2乗演算したのち、平滑回路3、4でそ
れぞれ平滑し、比率演算回路5に導くようにしても良
い。
【0026】
【発明の効果】本発明は以上説明した通り、気流音に対
応する周波数成分と、燃焼音に対応する周波数成分との
振動振幅比を、あるいは、気流音に対応する振動エネル
ギーと燃焼音に対応する振動エネルギーの比を、判定値
と比較するが、これらの比は、着火時と失火時とで大き
な差があり、かつ燃焼量が変化してもほぼ一定であるの
で、 確実
に、着火、消火を判定することができ、炉の型式にかか
わらず実施して信頼性の高い着火検知を行なうことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すブロック図であ
る。
【図2】本発明の第2の実施例を示すブロック図であ
る。
【図3】本発明の第3の実施例を示すブロック図であ
る。
【図4】本発明の第4の実施例を示すブロック図であ
る。
【図5】本発明の第5の実施例を示すブロック図であ
る。
【図6】本発明の第7の実施例を示すブロック図であ
る。
【図7】本発明の第8の実施例を示すブロック図であ
る。
【図8】本発明の第6の実施例を示すブロック図であ
る。
【図9】失火/着火時の周波数成分信号レベルを示す図
である。
【図10】失火/着火時の信号振幅比を示す図である。
【図11】失火/着火時の振動エネルギー比を示す図で
ある。
【図12】従来の光学式着火検知装置を示すブロック図
である。
【図13】従来の音響式着火検知装置を示すブロック図
である。
【図14】上記音響式着火検知装置における要部配置図
である。
【図15】失火/着火時の周波数成分を示す図である。
【符号の説明】
1、2 帯域通過フィルタ 3、4、8平滑回路 5 比率演算回路 6 判定回路 7 判定値設定回路 9、10、11 エネルギー演算回路(2乗演算回路) 31 マイクロフオン 42 バーナー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 基好 青森県八戸市大字河原木字宇兵衛河原1 −1東北電力株式会社 八戸火力発電所 内 (72)発明者 中村 茂夫 青森県八戸市大字河原木字宇兵衛河原1 −1東北電力株式会社 八戸火力発電所 内 (72)発明者 谷口 悟 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5−5 株式会社 神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 (72)発明者 河野 達夫 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5−5 株式会社 神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 (56)参考文献 特開 昭50−8577(JP,A) 特開 平2−100046(JP,A) 特開 平2−69248(JP,A) 特開 昭55−46727(JP,A) 実開 昭63−190747(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F23N 5/16

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バーナーより発生する微小圧力振動を電
    気信号として取り出し、当該電気信号と予め設定する判
    定値を利用して、当該バーナーの着火、消火を判定する
    場合において、上記電気信号が含む燃焼音に対応する所
    定帯域の周波数成分の平均振幅と、気流音に対応する所
    定帯域の周波数成分の平均振幅もしくは上記電気信号の
    平均振幅との比を上記判定値と比較することにより前記
    バーナーの着火、消火を判定することを特徴とする着火
    検知方法。
  2. 【請求項2】 バーナーより発生する微小圧力振動を電
    気信号として取り出し、当該電気信号と予め設定する判
    定値を利用して、当該バーナーの着火、消火を判定する
    場合において、上記電気信号から燃焼音に対応する所定
    帯域の周波数成分から振動エネルギーを演算し、当該振
    動エネルギーと、気流音に対応する所定帯域の周波数成
    分から求めた振動エネルギーもしくは上記電気信号から
    求めた全振動エネルギーとの比を上記判定値と比較する
    ことにより前記バーナーの着火、消火を判定することを
    特徴とする着火検知方法。
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