JP3121204B2 - 燃焼状態検出装置 - Google Patents

燃焼状態検出装置

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JP3121204B2
JP3121204B2 JP06122191A JP12219194A JP3121204B2 JP 3121204 B2 JP3121204 B2 JP 3121204B2 JP 06122191 A JP06122191 A JP 06122191A JP 12219194 A JP12219194 A JP 12219194A JP 3121204 B2 JP3121204 B2 JP 3121204B2
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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、燃焼部における燃焼状
態の良、不良を判別するための燃焼状態検出装置に関
し、例えば、ストーカ搬送式の焼却処理帯の下流側から
燃焼状態を入力する撮像手段を設け、その撮像手段によ
る入力画像データから前記焼却処理帯におけるゴミの燃
焼状態を判断するゴミ焼却炉の燃焼状態検出装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の燃焼状態検出装置として
は、前記撮像手段による明暗の輝度データ、或いは、赤
(R)緑(G)青(B)のいずれかの単一色の成分デー
タから炎と判別される面積(画素数)を抽出して、その
面積の大小に基づいて燃焼状態を判断していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、輝度データを
用いるものでは、燃焼部の燃焼状態の変動に伴い全画素
の平均値が変動するために、炎と判別される面積を抽出
する際の閾値の設定が困難な場合があり、炎の正確な面
積の抽出が困難であるという問題点があった。又、燃焼
部に灰等が舞い上がる等の外乱が発生した場合にも、同
じ燃焼状態でありながらも輝度データが変動するため
に、上述と同様、炎の正確な面積の抽出が困難であると
いう問題点があった。さらには、赤(R)成分データ
は、比較的低温成分を表すことになるために、燃焼部の
周囲の壁からの反射光等といった周囲の影響を受けやす
く、そのままの使用は困難であるという問題点があっ
た。従って、そのような不正確に判断された燃焼状態に
基づいて、燃焼状態を調節すれば、例えば、ストーカ搬
送式の焼却処理帯を備えた焼却炉では、異常な高温燃焼
により焼却処理帯の損傷を来し、不十分な燃焼により一
酸化炭素の発生量が増加するといった不都合が生じると
いう欠点があった。
【0004】本発明の目的は上述した従来欠点を解消
し、燃焼部における燃焼状態を画像データに基づいて正
確に判断し、燃焼状態の適切な調節が可能となる燃焼状
態検出装置を提供する点にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明による燃焼状態検出装置の特徴構成は、燃焼
部における燃焼状態を入力する撮像手段と、前記撮像手
段による画像データを赤(R)緑(G)青(B)の色成
分に分解し、緑(G)成分の画像データから炎領域を抽
出する第一判別手段と、前記第一判別手段により抽出さ
れた炎領域における青(B)成分と緑(G)成分の強度
比(IB /IG )を演算導出して、その値から高温領域
の面積(SH )を抽出する第二判別手段と、前記第一判
別手段により抽出された炎領域の面積(SF )と前記第
二判別手段により抽出された高温領域の面積(SH )の
面積比(SH /SF )を演算導出して、その値から前記
燃焼部における燃焼状態を評価する第三判別手段とから
なる点にある。前記燃焼部が、ストーカ搬送式の焼却処
理帯の燃焼部であることが好ましい
【0006】
【作用】一般に、物体が1000K以上の温度では、目
で見える量の可視光を放射しており、その温度が上昇す
ると最初に赤、次に黄、緑、青、最後に紫という具合に
光のエネルギー、スペクトルに新しい色の部分が付け加
わる。従って、第一判別手段は、撮像手段による画像デ
ータを赤(R)緑(G)青(B)の色成分に分解し、外
乱の影響を受けやすい低温領域の温度を表す赤(R)成
分ではなく、燃焼部で発生している炎の状態を最も的確
に捕らえることができる緑(G)成分の画像データのう
ち、所定の閾値より大なる値を示す領域を炎領域として
抽出する。
【0007】次に、第二判別手段は、第一判別手段によ
り炎領域として抽出された領域の各画素毎に、青(B)
成分と緑(G)成分の強度比(IB /IG )を演算導出
して、その値が所定の閾値より大なる値を示す画素を高
温領域としてその面積(SH)を抽出する。
【0008】第三判別手段は、第一判別手段により抽出
された炎領域の面積(SF )と第二判別手段により抽出
された高温領域の面積(SH )の面積比(SH /SF
を演算導出して、前記燃焼部における燃焼状態を評価す
るのである。例えば、面積比(SH /SF )が大きけれ
ば、空気供給量が過剰であり、面積比(SH /SF )が
小さければ、空気供給量が不足している等といった具合
である
【0009】
【発明の効果】従って本発明によれば、赤(R)成分デ
ータを用いることがないので、燃焼部の周囲の壁の温度
等といった周囲の影響を受けることがなく、又、青
(B)成分と緑(G)成分の強度比(IB /IG )から
高温領域を抽出し、しかも、炎領域の面積(SF )と高
温領域の面積(SH )の面積比(SH /SF )に基づい
て燃焼状態を特定するので、燃焼部に灰等の舞い上がり
等の外乱が生じたり、燃焼部の燃焼状態の変動に伴い全
画素の輝度の平均値が変動する場合であっても、それら
の影響は極僅かに抑えることができ、従って、灰の飛散
等の外乱にかかわらず燃焼部における燃焼状態を画像デ
ータに基づいて正確に判断し、燃焼状態の適切な調節が
可能となる燃焼状態検出装置を提供することができるよ
うになった
【0010】
【実施例】以下に、本発明の燃焼状態検出装置を、ゴミ
焼却炉に適用した場合の実施例を説明する。ゴミ焼却炉
は、図4に示すように、被焼却物である都市ゴミを受け
入れるホッパ3と、ホッパ3内のゴミを下端部から炉内
に投入するプッシャ4と、プッシャ4により投入された
ゴミを攪拌搬送しながら焼却処理するストーカ式の焼却
処理帯5を設け、その底部から一次燃焼用の空気を供給
する空気供給手段6を設けて構成してある。
【0011】焼却処理帯5は、固定の火格子(図示せ
ず)に対して斜め上方に往復移動する可動の火格子(図
示せず)を搬送方向に沿って交互に配するストーカ機構
により、ゴミを乾燥させつつ搬送する乾燥帯L、燃焼さ
せつつ搬送する燃焼帯M、灰化処理しつつ搬送する後燃
焼帯Nとから構成してあり、火格子の往復サイクルを可
変とすることで独立に速度調節自在に構成してある。
【0012】焼却処理帯5の上部を、被焼却物を直接に
焼却処理する一次燃焼領域1に構成し、さらに上方空間
を、燃焼ガスを完全燃焼させる二次燃焼領域2に構成し
て、該領域2の下流側の空間に燃焼排ガスの熱エネルギ
ーを回収する廃熱ボイラ6を設けて燃焼により生じた熱
量を発電装置11に供する一方、さらに下流につながる
排ガス路7から煙突10に至る流路途中にバグフィルタ
8、洗煙装置9等でなる排ガス処理装置を設けてある。
【0013】図1及び図4に示すように、焼却処理帯5
の下流側の側壁中央上部に、燃焼帯Mにおける燃焼状態
を撮影入力する撮像手段20としてのCCDカメラを設
け、その撮像手段20による入力画像データから燃焼帯
Mにおけるゴミの燃焼状態を判断するマイクロコンピュ
ータ利用の画像処理手段21を設けて燃焼状態検出装置
を構成してある。即ち、燃焼帯Mが燃焼部となる。
【0014】画像処理手段21は、図1に示すように、
撮像手段20から入力された画像データを赤(R)緑
(G)青(B)の色成分に分解し、緑(G)成分の画像
データから炎領域を抽出する第一判別手段C1と、第一
判別手段C1により抽出された炎領域における青(B)
成分と緑(G)成分の強度比を演算導出して、その値か
ら高温領域の面積を抽出する第二判別手段C2と、第一
判別手段C1により抽出された炎領域の面積と第二判別
手段C2により抽出された高温領域の面積の面積比を演
算導出して、その値から燃焼帯Mにおける燃焼状態を評
価する第三判別手段C3とからなる。
【0015】詳述すると、撮像手段20から入力された
画像データを赤(R)緑(G)青(B)の色成分に分解
すると、図2(イ)、(ロ)及び図3に示すように、各
画素毎に赤(R)緑(G)青(B)の強度データが得ら
れる。一般に、物体が1000K以上の温度では、目で
見える量の可視光を放射しており、その温度が上昇する
と最初に赤、次に黄、緑、青、最後に紫という具合に光
のエネルギー、スペクトルに新しい色の部分が付け加わ
る。燃焼部、つまり、焼却炉における燃焼帯Mに対し
て、撮像手段20により得られた画像データには、炎部
分以外に側壁やゴミ自身のデータも含まれ、それらの部
位の温度や反射光に基づいた色成分が混在するため、炎
のみを正確に抽出するためには、比較的低温部位を示す
赤(R)成分を参照しない方が好ましい。一方、青
(B)成分は、火炎温度に応じて大きく変動するので、
この成分のみにより炎の領域を特定するのも好ましくな
い。そこで、第一判別手段C1は、緑(G)成分の強度
データが所定の閾値GThより大なる画素を炎領域に対応
する画素、即ち、面積(SF )として抽出する。閾値
は、特に限定するものではなく、炉の規模や運転条件に
より適宜設定すればよい。
【0016】第二判別手段C2は、第一判別手段C1に
より抽出された炎領域における青(B)成分と緑(G)
成分の強度比(IB /IG )を演算導出して、その値が
所定の閾値(ほぼ0.3)以上となる画素を高温領域の
面積(SH )として抽出する。ここに、所定の閾値は、
上述の値に固定するものではなく、炉の規模や運転条件
により適宜設定すればよく、例えば、比較的高温で燃焼
させる炉では、小さな値に設定すればよい。
【0017】第三判別手段C3は、第一判別手段C1に
より抽出された炎領域の面積(SF)と第二判別手段C
2により抽出された高温領域の面積(SH )の面積比
(SH/SF )を演算導出して、その値から燃焼帯Mに
おける燃焼状態を評価する。例えば、面積比(SH /S
F )が大きければ、空気供給量が過剰で異常に高温燃焼
を起こしている状態であり、面積比(SH /SF )が中
程度であれば、適正な燃焼状態であり、面積比(SH
F )が小さければ、空気供給量が不足して一酸化炭素
の発生量が増加するおそれのある状態である等といった
具合であるが、その値の範囲も、炉の規模や運転条件に
より適宜設定すればよい。
【0018】つまり、青(B)緑(G)の二色の成分に
基づいて高温領域を特定し、燃焼状態を判断するので、
灰の飛散や、撮像手段20の窓が汚れた場合、燃焼帯M
の全体の燃焼度合いが変化して各色毎の強度平均が変化
した場合であっても、それらの影響は極僅かに抑えるこ
とができるのである。
【0019】上述の燃焼状態検出装置により判断された
燃焼状態に基づいて、コンピュータ利用の燃焼状態制御
手段22は、空気供給手段6を調節して燃焼用の空気供
給量を調節し、ストーカ機構によるゴミの搬送速度を調
節するのである。例えば、面積比(SH /SF )が大き
ければ、空気供給手段6のダンパの開度を絞り空気供給
量を制限するとともに、搬送速度を低下して火格子によ
るゴミの攪拌作用を抑え、面積比(SH /SF )が小さ
ければ、空気供給手段6のダンパの開度を大にして空気
供給量を増加するとともに、搬送速度を増して火格子に
よるゴミの攪拌作用を促進するといった具合である。こ
こに、燃焼状態制御手段22による搬送速度や空気供給
量の制御方式は、特に限定するものではなく、PID制
御方式、ファジィ制御、その他AI制御方式等適宜公知
の方式を用いることができる。
【0020】以下に別実施例を説明する。先の実施例で
は、燃焼部Mとして、ゴミ焼却炉の燃焼帯に適用したも
のを説明したが、燃焼部Mはこれに限定するものではな
く各種の燃焼機構における燃焼部Mに適用できる。
【0021】先の実施例では、撮像手段20による画像
データを赤(R)緑(G)青(B)といった光の三原色
の色成分に分解して解析するものを説明したが、赤
(R)緑(G)青(B)に分解する必要は必ずしもな
く、温度に対応して複数の波長の光(色)成分に分解す
るものであればよい。
【0022】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】要部の斜視図
【図2】入力画像データの特性図
【図3】フローチャート
【図4】ゴミ焼却炉の概略構成図
【符号の説明】 20 撮像手段 C1 第一判別手段 C2 第二判別手段 C3 第三判別手段 M 燃焼部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23N 5/08 F23G 5/50 F23M 11/04 103

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼部(M)における燃焼状態を入力す
    る撮像手段(20)と、 前記撮像手段(20)による画像データを赤(R)緑
    (G)青(B)の色成分に分解し、緑(G)成分の画像
    データから炎領域を抽出する第一判別手段(C1)と、 前記第一判別手段(C1)により抽出された炎領域にお
    ける青(B)成分と緑(G)成分の強度比(IB
    G )を演算導出して、その値から高温領域の面積(S
    H )を抽出する第二判別手段(C2)と、 前記第一判別手段(C1)により抽出された炎領域の面
    積(SF )と前記第二判別手段(C2)により抽出され
    た高温領域の面積(SH )の面積比(SH /SF )を演
    算導出して、その値から前記燃焼部(M)における燃焼
    状態を評価する第三判別手段(C3)とからなる燃焼状
    態検出装置。
  2. 【請求項2】 前記燃焼部(M)が、ストーカ搬送式の
    焼却処理帯(5)の燃焼部である請求項1記載の燃焼状
    態検出装置
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