JP3127668B2 - Combustion control method - Google Patents

Combustion control method

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JP3127668B2
JP3127668B2 JP05162869A JP16286993A JP3127668B2 JP 3127668 B2 JP3127668 B2 JP 3127668B2 JP 05162869 A JP05162869 A JP 05162869A JP 16286993 A JP16286993 A JP 16286993A JP 3127668 B2 JP3127668 B2 JP 3127668B2
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  • Control Of Combustion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はボイラ、工業炉等の燃焼
器に適用される燃焼制御方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combustion control method applied to a combustor such as a boiler or an industrial furnace.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、工場内の暖房装置に蒸気を供給
する燃焼器としてのボイラにおいては、バーナの火炎に
よって水を加熱して蒸気にしている。このようなシステ
ムでは、暖房装置で使用される蒸気の量に応じてボイラ
の蒸気圧が変動することから、この蒸気圧が常に一定と
なるようにボイラを作動させる必要がある。そこで、従
来は、バーナへ燃料を導く燃料供給管の途中に燃料調整
弁を設けるとともに、同バーナへ空気を導く空気供給管
の途中に空気調整弁を設けている。また、圧力センサで
蒸気圧を検出し、その蒸気圧が予め定められた設定値と
同一となるように、燃料調整弁の開度をコントロールモ
ータで調整し、バーナへの燃料供給量を増減させてい
る。そして、この燃料供給に対し空気供給を追従させる
ために、リンク機構等を用いて、前記燃料調整弁と空気
調整弁とを機械的に連結させている。従って、一つのコ
ントロールモータの作動によって、燃料調整弁の開度調
整と空気調整弁の開度調整とが同時に行われる。
2. Description of the Related Art For example, in a boiler as a combustor for supplying steam to a heating device in a factory, water is heated by a flame of a burner to produce steam. In such a system, since the steam pressure of the boiler fluctuates according to the amount of steam used in the heating device, it is necessary to operate the boiler so that the steam pressure is always constant. Therefore, conventionally, a fuel adjustment valve is provided in the middle of a fuel supply pipe that guides fuel to the burner, and an air adjustment valve is provided in the middle of an air supply pipe that guides air to the burner. In addition, the vapor pressure is detected by a pressure sensor, and the opening of the fuel regulating valve is adjusted by a control motor so that the vapor pressure becomes the same as a predetermined set value, and the amount of fuel supplied to the burner is increased or decreased. ing. In order to make the air supply follow the fuel supply, the fuel adjustment valve and the air adjustment valve are mechanically connected using a link mechanism or the like. Therefore, by operating one control motor, the opening adjustment of the fuel adjustment valve and the opening adjustment of the air adjustment valve are simultaneously performed.

【0003】しかし、この技術では、主として燃料供給
量が適正となるように燃料調整弁の開度調整が行われ、
それに付随して空気調整弁の開度調整が行われることか
ら、空気供給量の微調整ができない。このため、前記技
術では一般に空気不足等の不測の事態を考慮して、予め
適正量以上の空気が供給されるように設定されている。
従って、ボイラの通常運転時には、過剰量の空気がバー
ナに供給されて熱損失が増大してしまう。この現象は、
省エネの観点からは好ましくない。
However, in this technique, the opening of the fuel control valve is adjusted mainly so that the fuel supply amount is appropriate.
Since the opening of the air adjustment valve is adjusted accordingly, fine adjustment of the air supply amount cannot be performed. For this reason, in the above-mentioned technology, it is generally set in advance so that an appropriate amount or more of air is supplied in consideration of an unexpected situation such as a shortage of air.
Therefore, during normal operation of the boiler, an excessive amount of air is supplied to the burner, and heat loss increases. This phenomenon is
It is not preferable from the viewpoint of energy saving.

【0004】そこで、上記不具合を解消するべく、燃料
調整弁の開度調整と空気調整弁の開度調整とを別々のコ
ントロールモータで行い、そのときの燃料供給量に対し
て最適な空気供給量となるように空気調整弁の開度をフ
ィードバック制御することが考えられる。その一つとし
て、本出願人が先に提案した技術がある(特開平3−2
94721号公報参照)。
Therefore, in order to solve the above-mentioned problem, the adjustment of the opening of the fuel adjustment valve and the adjustment of the opening of the air adjustment valve are performed by separate control motors, and an optimum air supply amount for the fuel supply amount at that time is adjusted. It is conceivable to feedback-control the opening of the air regulating valve so that As one of them, there is a technique previously proposed by the present applicant (Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 94721).

【0005】この技術では、まず図23(a)で示すよ
うに、火炎光の状態を光センサによって電気信号に変換
し、その電気信号の時間変化を空気比(燃料供給量に対
する空気供給量の混合比率)毎に得ている。また、図2
3(b)で示すように、前記電気信号を周波数解析し、
各周波数の強度を空気比毎に得ている。そして、この強
度を全周波数領域で積分し、その積分値を振動パワーと
している。
In this technique, first, as shown in FIG. 23 (a), the state of the flame light is converted into an electric signal by an optical sensor, and the change over time of the electric signal is determined by the air ratio (the ratio of the air supply amount to the fuel supply amount). (Mixing ratio). FIG.
3 (b), the electric signal is subjected to frequency analysis,
The intensity of each frequency is obtained for each air ratio. This intensity is integrated over the entire frequency range, and the integrated value is used as the vibration power.

【0006】このようにして求めた振動パワーと燃焼量
と空気比との間には、下記式(1)が成り立つ場合があ
ることから、この式(1)を利用した空気比制御を行う
ことによって、熱損失の少ない効率の良い燃焼を行うよ
うにしている。
Since the following equation (1) may be established between the vibration power, the combustion amount, and the air ratio obtained in this manner, the air ratio control using this equation (1) is performed. Thus, efficient combustion with little heat loss is performed.

【0007】 λ=C×exp(p×f(x))……(1) 上記式(1)中、λは空気比、Cは定数、pは振動パワ
ー、f(x)は燃焼量の関数である。
Λ = C × exp (p × f (x)) (1) In the above equation (1), λ is an air ratio, C is a constant, p is a vibration power, and f (x) is a combustion amount. Function.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところが、その後の測
定により、多くの燃焼器では振動パワーが空気比に対し
山形の特性を示すことが明らかとなった。これは、振動
パワーが、火炎の乱れに起因するゆらぎ(振動成分)の
影響を受けるとともに、火炎の発光強度成分あるいはそ
れに相当する成分の影響を受けているためと推定され
る。
However, subsequent measurements have revealed that in many combustors, the vibration power exhibits an angle-shaped characteristic with respect to the air ratio. This is presumably because the vibration power is affected not only by the fluctuation (vibration component) due to the turbulence of the flame, but also by the emission intensity component of the flame or a component corresponding thereto.

【0009】例えば、図24には空気比と火炎の発光強
度成分との関係を示す。また、図28(a),(b)に
は発光強度成分及び振動成分の時間変化を示す。さら
に、図25、図26、図27には周波数解析時の設定周
波数を20Hz、50Hz、300Hzとした場合の、
空気比と振動パワーとの関係をそれぞれ示す。
For example, FIG. 24 shows the relationship between the air ratio and the luminous intensity component of the flame. FIGS. 28 (a) and 28 (b) show the temporal changes of the light emission intensity component and the vibration component. Further, FIGS. 25, 26, and 27 show the case where the set frequency at the time of frequency analysis is set to 20 Hz, 50 Hz, and 300 Hz.
The relationship between the air ratio and the vibration power is shown respectively.

【0010】図24及び図25から、設定周波数が空気
量の増減による火炎の乱れの影響を比較的受けにくい低
い値(例えば20Hz)の場合には、振動パワーと発光
強度成分との間に強い相関関係があり、振動パワーが発
光強度成分の影響を強く受けていることがわかる。ま
た、火炎の乱れの影響により、空気比が高くなるに従い
高周波成分の振動が増加する傾向にある(図23(b)
参照)。
According to FIGS. 24 and 25, when the set frequency is a low value (for example, 20 Hz) which is relatively insensitive to flame turbulence due to an increase or decrease in the amount of air, there is a strong relationship between the vibration power and the emission intensity component. There is a correlation, and it can be seen that the vibration power is strongly affected by the emission intensity component. Further, due to the influence of the flame turbulence, the vibration of the high frequency component tends to increase as the air ratio increases (FIG. 23B).
reference).

【0011】これらのことから、設定周波数を比較的高
い値(例えば300Hz)とした場合には、図27で示
すように、高空気比側ほど高周波成分が増加し、振動パ
ワーのピーク(最大値)が高空気比側へシフトする。逆
に、設定周波数を比較的低い値(例えば20Hz)とし
た場合には、図25に示すように振動パワーのピークが
50Hzの場合(図26)よりも低空気比側へシフト
し、図24とほぼ同様の傾向を示す。
From these facts, when the set frequency is set to a relatively high value (for example, 300 Hz), as shown in FIG. 27, the higher the air ratio side, the higher the high frequency component increases, and the peak of the vibration power (maximum value). ) Shifts to the high air ratio side. Conversely, when the set frequency is set to a relatively low value (for example, 20 Hz), as shown in FIG. 25, the peak of the vibration power shifts to a lower air ratio side than in the case of 50 Hz (FIG. 26). Shows almost the same tendency.

【0012】このような現象が起こるのは、図28
(a),(b)に示すように、発光強度成分の変化に比
例して振動成分の振幅が変化するためである。例えば炉
壁が断熱材によって構成されていると考えた場合、燃料
及び空気の燃焼が持続されると、断熱材が蓄熱してきて
炉内の温度が上昇してゆく。光センサは火炎からの赤外
線を検出しているので、前記のように炉内の温度が上昇
すると、発光強度成分が増大する。これに比例して、前
記振動成分の振幅が大きくなってしまう。
FIG. 28 shows that such a phenomenon occurs.
This is because the amplitude of the vibration component changes in proportion to the change in the light emission intensity component, as shown in (a) and (b). For example, when it is considered that the furnace wall is formed of a heat insulating material, if the combustion of fuel and air is continued, the heat insulating material accumulates heat and the temperature in the furnace increases. Since the optical sensor detects infrared rays from the flame, when the temperature in the furnace increases as described above, the emission intensity component increases. In proportion to this, the amplitude of the vibration component increases.

【0013】つまり、実際には、振動成分がこのような
現象を呈していないにもかかわらず、光センサによる電
気信号は前記発光強度成分の影響を受け、その結果、振
動成分の振幅が大きくなってしまう。このような影響を
強く受けるのは、特に、振幅の大きな低周波の成分であ
る。このため、周波数解析時の設定周波数を低くする
と、振動成分の影響よりも発光強度成分の影響の方が強
すぎて、図24に示す発光強度成分の山形の特性が振動
パワーの特性としてそのまま出てしまう。
That is, although the vibration component does not actually exhibit such a phenomenon, the electric signal from the optical sensor is affected by the light emission intensity component, and as a result, the amplitude of the vibration component increases. Would. Particularly, low-frequency components having large amplitudes are strongly affected by such influence. Therefore, if the set frequency at the time of the frequency analysis is lowered, the influence of the light emission intensity component is too strong than the influence of the vibration component, and the chevron characteristics of the light emission intensity component shown in FIG. Would.

【0014】そして、前記の山形の特性では、1点の振
動パワーが2点の空気比に対し存在することとなり、こ
のままでは最適な空気比に制御することができない。こ
のように、上記式(1)は狭い空気比の範囲しか成り立
たず、従来技術の適用可能な燃焼器が限定されてしまう
という問題があった。
[0014] With the above-mentioned chevron-shaped characteristics, the vibration power at one point exists for the air ratio at two points, and it is not possible to control the air ratio to an optimum value as it is. As described above, the above equation (1) holds only in a narrow range of the air ratio, and there is a problem that the combustor to which the related art can be applied is limited.

【0015】なお、上記問題を解決するために、周波数
解析時の設定周波数を高くすることが考えられる。すな
わち、例えば図27で示すように、設定周波数を300
Hzに設定してデータをとれば、空気比に対し振動パワ
ーがほぼ1対1に対応し、両者間に正の相関関係(一次
特性)がみられるので、前記式(1)を用いた燃焼制御
が可能となる。しかし、このようにしても、振動パワー
の特性を山形にさせるといった発光強度成分の影響が少
なからず依然として残る。そのため、燃焼器や燃料の種
類によっては、高周波数領域(数百Hz〜数kHz程
度)までのデータをとっても、山形の特性が残る場合が
あり、上記の問題を十分に解消できない。
In order to solve the above problem, it is conceivable to increase the set frequency at the time of frequency analysis. That is, for example, as shown in FIG.
If the data is set at Hz, the vibration power corresponds to the air ratio almost one-to-one, and a positive correlation (primary characteristic) is observed between the two, so the combustion using the above equation (1) is performed. Control becomes possible. However, even in this case, the effect of the emission intensity component such as making the characteristic of the vibration power into a mountain shape remains to some extent. Therefore, depending on the type of the combustor and the fuel, even if data in a high frequency range (about several hundred Hz to several kHz) is obtained, the shape of a mountain shape may remain, and the above problem cannot be sufficiently solved.

【0016】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、火炎の発光強度成分あるいはそ
れに相当する成分による振動成分への影響を一定にし
て、普遍的に空気比に対し一次特性を示す振動パワーを
得ることができる燃焼制御方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and has as its object to make the influence of the luminous intensity component of the flame or the equivalent component on the vibration component constant, and to universally increase the air ratio. An object of the present invention is to provide a combustion control method capable of obtaining vibration power exhibiting primary characteristics.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明は、燃料供給管に設けられた燃料調整弁
の開度と、空気供給管に設けられた空気調整弁の開度と
をそれぞれ調整し、前記燃料供給管及び空気供給管を介
して燃焼器のバーナに供給される燃料流量及び空気流量
を増減させることにより、前記バーナの火炎の状態を変
化させ、火炎光の状態を光センサにて電気信号に変換
し、その電気信号の振幅を増幅した後に周波数解析し、
全周波数領域での強度積分値である振動パワーを求め、
この振動パワーをそのときの燃料流量に応じた最適振動
パワーに一致させるべく、前記空気調整弁の開度を調整
するようにした燃焼制御方法において、前記光センサに
よる電気信号から火炎光の振動成分と火炎の発光強度を
代表する成分とをそれぞれ抽出し、その発光強度代表成
分による前記振動パワーへの影響を一定にするべく、振
動成分を前記発光強度代表成分で除算して同振動パワー
求めるようにしている。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is to provide a fuel supply system comprising: a fuel supply pipe having an opening degree; And the amount of fuel and the amount of air supplied to the burner of the combustor via the fuel supply pipe and the air supply pipe are increased or decreased to change the state of the flame of the burner. The state is converted into an electric signal by an optical sensor, the amplitude of the electric signal is amplified, and then the frequency is analyzed.
Obtain the vibration power, which is the intensity integrated value in all frequency regions,
In the combustion control method in which the opening degree of the air regulating valve is adjusted so that the vibration power matches the optimum vibration power corresponding to the fuel flow rate at that time, the vibration component of the flame light is obtained from the electric signal from the optical sensor. and a component representative of the emission intensity of the flame was extracted respectively, in order to constant the effect on the vibration power by the emission intensity representative component of the same vibration power by dividing the vibration ingredient in the luminous intensity representative component I want to ask .

【0018】第2の発明においては、第1の発明に加
え、前記電気信号の振幅の増幅に先立ち、振動成分を発
光強度代表成分で除算した後、得られた電気信号中の低
周波成分の信号をハイパスフィルタで除去し、高周波成
分の信号のみを取り出すようにしている。
According to a second aspect of the present invention, in addition to the first aspect, before the amplitude of the electric signal is amplified, the vibration component is divided by a light emission intensity representative component. The signal is removed by a high-pass filter, and only a high-frequency component signal is extracted.

【0019】第3の発明においては、前記第1又は第2
の発明の発光強度代表成分として、光センサによる電気
信号から振動成分とは別に抽出した発光強度成分を用い
ている。
[0019] In the third invention, the first or the second one is used.
The light emission intensity component extracted separately from the vibration component from the electric signal by the optical sensor is used as the light emission intensity representative component of the invention of the invention.

【0020】第4の発明においては、前記第1又は第2
の発明の発光強度代表成分として、光センサによる電気
信号の振動成分の振幅から抽出した振幅代表値を用いて
いる。
[0020] In the fourth invention, the first or the second is used.
The representative amplitude component extracted from the amplitude of the vibration component of the electric signal by the optical sensor is used as the representative component of the light emission intensity of the invention.

【0021】[0021]

【作用】第1の発明においては、燃料調整弁の開度と空
気調整弁の開度とがそれぞれ調整される。すると、燃料
供給管及び空気供給管を介して燃焼器のバーナに供給さ
れる燃料流量及び空気流量が増減する。この増減により
バーナの火炎光の状態が変化する。
In the first aspect, the opening of the fuel control valve and the opening of the air control valve are adjusted. Then, the fuel flow rate and the air flow rate supplied to the burner of the combustor via the fuel supply pipe and the air supply pipe increase or decrease. Due to this increase or decrease, the state of the flame light of the burner changes.

【0022】火炎光の状態は光センサを用いて電気信号
に変換され、その振幅が所定レベルまで増幅された後に
周波数解析される。その後、全周波数領域での強度積分
値である振動パワーが求められる。そして、この振動パ
ワーをそのときの燃料流量に応じた最適振動パワーに一
致させるべく、前記空気調整弁の開度が調整される。
The state of the flame light is converted into an electric signal using an optical sensor, and the frequency is analyzed after its amplitude is amplified to a predetermined level. After that, the vibration power, which is the intensity integrated value in the entire frequency range, is obtained. The opening of the air regulating valve is adjusted so that the vibration power matches the optimum vibration power according to the fuel flow at that time.

【0023】前記火炎光の振動成分の振幅は、火炎の発
光強度を代表する成分(発光強度代表成分)の変化に比
例して変化する。すなわち、発光強度代表成分が小さい
と振動成分の振幅が見かけ上小さくなり、発光強度代表
成分が大きいと振動成分の振幅が見かけ上大きくなる。
そのため、この電気信号をそのまま以後の処理に用いる
と、振動成分よりも発光強度代表成分の影響が支配的に
なるような燃焼器においては、振動パワーが発光強度代
表成分の影響を強く受けて、空気比に対し一次特性を示
す振動パワーが得られない。
The amplitude of the oscillating component of the flame light changes in proportion to a change in a component representative of the luminous intensity of the flame (a luminous intensity representative component). That is, if the emission intensity representative component is small, the amplitude of the vibration component is apparently small, and if the emission intensity representative component is large, the amplitude of the vibration component is apparently large.
Therefore, if this electric signal is used as it is for subsequent processing, in a combustor in which the influence of the emission intensity representative component becomes more dominant than the oscillation component, the vibration power is strongly affected by the emission intensity representative component, Vibration power showing primary characteristics with respect to the air ratio cannot be obtained.

【0024】しかし、第1の発明では、光センサによる
電気信号から振動成分及び発光強度代表成分がそれぞれ
抽出され、その後、振動成分が前記発光強度代表成分で
除算される。この除算により、発光強度代表成分による
振動成分の振幅への影響が一定にされる。このため、振
動パワーが発光強度代表成分の影響を受けず、同振動パ
ワーの特性は空気比に対して一次特性を示す。従って、
上記のようにして求められた振動パワーを前記最適振動
パワーと同一にすれば、最適な空気比を得ることが可能
となる。
[0024] However, in the first invention, the vibration component and emission intensity representative component from the electrical signal by the optical sensor are extracted respectively, then the vibration Ingredient is divided by the emission intensity representative component. By this division, the influence of the emission intensity representative component on the amplitude of the vibration component is made constant. For this reason, the vibration power is not affected by the emission intensity representative component, and the characteristic of the vibration power shows a primary characteristic with respect to the air ratio. Therefore,
If was seeking et vibration power as described above the same as the optimum vibration power, it is possible to obtain an optimum air ratio.

【0025】ところで、前記除算により得られた電気信
号は、周波数、振幅の異なる各種基本波形を合成した信
号であり、しかも各基本波形の振幅の大きさは周波数に
反比例している。このため、前記除算後の電気信号の振
幅が増幅される際に、電気信号中に低周波数成分の信号
が含まれていると、この信号の振幅が高周波数成分の信
号の振幅よりも大きいことから、同低周波数成分の信号
が基準となって増幅が行われる。すると、高周波数成分
の信号の振幅は十分な大きさにまで増幅されない。
The electric signal obtained by the division is a signal obtained by combining various basic waveforms having different frequencies and amplitudes, and the magnitude of the amplitude of each basic waveform is inversely proportional to the frequency. For this reason, when the amplitude of the electric signal after the division is amplified, if the signal of the low frequency component is included in the electric signal, the amplitude of this signal is larger than the amplitude of the signal of the high frequency component. Therefore, amplification is performed based on the signal of the same low frequency component. Then, the amplitude of the high frequency component signal is not amplified to a sufficient magnitude.

【0026】これに対し、第2の発明では、除算後の電
気信号のうち低周波数成分の信号がハイパスフィルタに
よって除去されて、高周波数成分の信号のみが取り出さ
れて増幅される。この増幅時には、高周波数成分の信号
の振幅が基準となるので、同高周波数成分の信号の振幅
が十分な大きさとなる。
On the other hand, in the second invention, the low-frequency component signal of the divided electric signal is removed by the high-pass filter, and only the high-frequency component signal is extracted and amplified. At the time of this amplification, the amplitude of the signal of the high frequency component is used as a reference, so that the amplitude of the signal of the high frequency component is sufficiently large.

【0027】従って、振幅増幅後には、振幅が十分なレ
ベルまで増幅された高周波数成分の信号が周波数解析さ
れるので、高周波数成分を含んだパワースペクトルが得
られる。これにともない、空気比に対し一次特性を示す
振動パワーが得られる。
Therefore, after the amplitude amplification, the signal of the high frequency component whose amplitude has been amplified to a sufficient level is subjected to frequency analysis, so that a power spectrum including the high frequency component is obtained. Accordingly, vibration power showing a primary characteristic with respect to the air ratio is obtained.

【0028】ここで、第1又は第2の発明で用いられる
光センサが赤外線素子よりなる場合、その光センサは火
炎以外の高温物質からの輻射の影響を受けやすいといっ
た特性を有している。すなわち、燃料量、空気量等の燃
焼条件が一定であっても、火炎以外からの輻射の影響が
大きい場合には、影響の少ない場合に比べ、発光強度代
表成分のみが大きく増加し、振動成分の振幅はほとんど
変化しない。つまり、振動成分の振幅が、発光強度代表
成分の変化に比例して変化するという前提が成り立ちに
くくなる。
Here, when the optical sensor used in the first or second invention is composed of an infrared element, the optical sensor has a characteristic that it is easily affected by radiation from a high-temperature substance other than a flame. That is, even if the combustion conditions such as the fuel amount and the air amount are constant, when the influence of radiation other than the flame is large, only the emission intensity representative component increases greatly compared to the case where the influence is small, and the vibration component Hardly changes its amplitude. That is, it is difficult to establish the assumption that the amplitude of the vibration component changes in proportion to the change of the light emission intensity representative component.

【0029】従って、例えば炉内の温度があまり高くな
らないボイラ等の燃焼器では、光センサが輻射の影響を
あまり受けず、特に問題とならない。しかし、炉内が高
温となる工業炉等の燃焼器では、耐火材、ワーク等の高
温物質からの輻射が無視できず、光センサが火炎の状態
以外に輻射のエネルギーも同時に検出してしまう。その
結果、燃焼状態を表すはずの振動パワーが、実際には燃
焼以外の外乱も含んだ状態を表すものとなってしまい、
これを制御指標として使用できなくなる。
Therefore, for example, in a combustor such as a boiler in which the temperature in the furnace does not become too high, the optical sensor is not much affected by the radiation, and there is no particular problem. However, in a combustor such as an industrial furnace where the temperature inside the furnace becomes high, radiation from a high-temperature substance such as a refractory material or a work cannot be ignored, and the optical sensor simultaneously detects radiation energy in addition to the state of the flame. As a result, the vibration power that should represent the combustion state actually represents a state that includes disturbance other than combustion,
This cannot be used as a control index.

【0030】このような観点から第3の発明において
は、光センサによる電気信号の振動成分とは別に抽出し
た発光強度成分が発光強度代表成分として用いられる。
また、第4の発明においては、光センサによる電気信号
の振動成分の振幅から抽出した振幅代表値が発光強度代
表成分として用いられる。
From this point of view, in the third aspect, a light emission intensity component extracted separately from a vibration component of an electric signal by the optical sensor is used as a light emission intensity representative component.
In the fourth aspect, a representative amplitude value extracted from the amplitude of the vibration component of the electric signal by the optical sensor is used as a representative light emission intensity component.

【0031】このため、第3の発明が輻射の少ないボイ
ラ等の燃焼器に適用された場合、発光強度成分として用
いられる発光強度成分中には、輻射による影響分はほと
んど含まれない。従って、振動成分を発光強度成分で除
算すると、その発光強度成分の振動成分への影響が一定
となる。
For this reason, when the third invention is applied to a combustor such as a boiler with low radiation, the luminous intensity component used as the luminous intensity component hardly contains the influence of radiation. Therefore, when the vibration component is divided by the light emission intensity component, the influence of the light emission intensity component on the vibration component becomes constant.

【0032】一方、第4の発明が火炎以外の高温物質を
有する工業炉等の燃焼器に適用された場合、振動成分の
振幅から抽出した振幅代表値が発光強度代表成分として
用いられる。ここで、火炎自体の温度等が上昇した場
合には、発光強度成分の増加にともない振動成分も比例
して増加すること、火炎以外の高温物質からの輻射が
あった場合には、発光強度成分は増加するものの振動成
分の振幅は変化しないことから、前記振幅代表値が輻射
の影響を受けにくいことがわかる。
On the other hand, when the fourth invention is applied to a combustor such as an industrial furnace having a high-temperature substance other than a flame, a representative amplitude value extracted from the amplitude of the vibration component is used as a representative emission intensity component. Here, when the temperature of the flame itself rises, the vibration component increases in proportion to the increase of the luminescence intensity component, and when there is radiation from a high-temperature substance other than the flame, the luminescence intensity component Although the amplitude increases, the amplitude of the vibration component does not change, indicating that the amplitude representative value is hardly affected by radiation.

【0033】従って、光センサが輻射のエネルギーを検
出するような場合であっても、その輻射の影響を排除し
た振幅代表値によって振動成分が除算されることにな
る。その結果、発光強度に相当する振幅代表値の振動成
分への影響が一定となる。
Therefore, even when the optical sensor detects the energy of the radiation, the vibration component is divided by the representative amplitude value excluding the influence of the radiation. As a result, the influence of the amplitude representative value corresponding to the emission intensity on the vibration component becomes constant.

【0034】[0034]

【実施例】【Example】

(第1実施例)以下、第1及び第3の発明の燃焼制御方
法を、工場内の暖房装置に蒸気を供給するボイラに適用
した第1実施例を図1〜図8に従って説明する。
(First Embodiment) A first embodiment in which the combustion control methods of the first and third inventions are applied to a boiler for supplying steam to a heating device in a factory will be described below with reference to FIGS.

【0035】図1は燃焼器としてのボイラを含む燃焼設
備全体の概略構成を示し、図2は図1におけるA−A線
方向の拡大断面を示している。ボイラ1の本体2は横長
の略円筒形状をなしている。本体2内は、炉壁15によ
り燃焼室3とその燃焼室3を取り囲む液室4とに仕切ら
れている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an entire combustion facility including a boiler as a combustor, and FIG. 2 shows an enlarged cross section along the line AA in FIG. The main body 2 of the boiler 1 has a horizontally long, substantially cylindrical shape. The inside of the main body 2 is partitioned by a furnace wall 15 into a combustion chamber 3 and a liquid chamber 4 surrounding the combustion chamber 3.

【0036】本体2の側壁には、燃焼室3内へ向けて火
炎Fを発するバーナ5が取付けられている。バーナ5に
は、燃料供給管6を介して燃料ポンプ7及び燃料タンク
8が接続されている。燃料ポンプ7の作動により、燃料
タンク8内の燃料が燃料供給管6を通ってバーナ5に供
給される。また、前記バーナ5には空気供給管9を介し
て送風ファン11が配設されており、その送風ファン1
1の作動により空気が空気供給管9を通ってバーナ5に
供給される。従って、バーナ5には燃料の外、送風ファ
ン11によって発生する空気流も供給される。これらの
燃料と空気とは混ざり合ってバーナ5で燃焼され、火炎
Fが生ずる。この火炎Fの光は、振動成分及び発光強度
成分を有している。
A burner 5 for emitting a flame F toward the inside of the combustion chamber 3 is attached to a side wall of the main body 2. A fuel pump 7 and a fuel tank 8 are connected to the burner 5 via a fuel supply pipe 6. By operating the fuel pump 7, the fuel in the fuel tank 8 is supplied to the burner 5 through the fuel supply pipe 6. Further, a blower fan 11 is provided on the burner 5 via an air supply pipe 9.
By the operation of 1, air is supplied to the burner 5 through the air supply pipe 9. Accordingly, the burner 5 is supplied with an air flow generated by the blower fan 11 in addition to the fuel. These fuel and air are mixed and burned by the burner 5, and a flame F is generated. The light of the flame F has a vibration component and a light emission intensity component.

【0037】前記液室4内には、その上部に若干の空間
Sを残した状態で水等の液体12が収容されている。ま
た、液室4内には図2に示すように煙管13が配設され
ており、前記燃焼室3内で生じた排気ガスがこの煙管1
3を通り、燃焼室3から突出する煙突14を経て外部へ
排出される。前記空間Sには、配管(図示しない)を介
して暖房装置が接続されている。
A liquid 12 such as water is stored in the liquid chamber 4 with a small space S left above. As shown in FIG. 2, a smoke tube 13 is disposed in the liquid chamber 4, and the exhaust gas generated in the combustion chamber 3
3 and is discharged outside through a chimney 14 protruding from the combustion chamber 3. A heating device is connected to the space S via a pipe (not shown).

【0038】そのため、液室4内の液体12には、バー
ナ5の火炎Fの熱が炉壁15を経て伝わるとともに、煙
管13を通る排気ガスの熱が同煙管13を経て伝わる。
これらの熱の伝達により液体12が加熱されて蒸気とな
り、その蒸気が配管を通って暖房装置に導かれる。ここ
で、炉壁15には水等の比熱の大きな液体が接している
ので、同炉壁15の温度は200〜300℃程度にまで
しか上昇しない。そして、前記暖房装置で消費された蒸
気量に応じて液室4内の蒸気圧力が変動することから、
本実施例では液室4内の蒸気圧力が一定となるように、
燃料流量を増減させている。
Therefore, to the liquid 12 in the liquid chamber 4, the heat of the flame F of the burner 5 is transmitted through the furnace wall 15, and the heat of the exhaust gas passing through the smoke tube 13 is transmitted through the smoke tube 13.
The transfer of these heats heats the liquid 12 to vapor, and the vapor is led to the heating device through the pipe. Here, since a liquid having a large specific heat, such as water, is in contact with the furnace wall 15, the temperature of the furnace wall 15 rises only to about 200 to 300 ° C. And since the steam pressure in the liquid chamber 4 fluctuates according to the amount of steam consumed in the heating device,
In this embodiment, the vapor pressure in the liquid chamber 4 is kept constant.
The fuel flow is increased or decreased.

【0039】前記バーナ5への燃料供給量を調節するた
めに、燃料供給管6の途中には燃料調整弁16が介在さ
れている。燃料調整弁16には、リンク機構17を介し
て開度調整用のコントロールモータ18が連結されてい
る。また、前記バーナ5への空気供給量を調節するため
に、空気供給管9の途中には空気調整弁19が介在され
ている。空気調整弁19にはリンク機構21を介して開
度調整用のコントロールモータ22が連結されている。
両コントロールモータ18,22は、入力信号に応じた
角度だけ自身の駆動軸を回転させることが可能なモータ
である。
In order to adjust the amount of fuel supplied to the burner 5, a fuel regulating valve 16 is interposed in the fuel supply pipe 6. A control motor 18 for opening adjustment is connected to the fuel adjustment valve 16 via a link mechanism 17. An air regulating valve 19 is interposed in the air supply pipe 9 in order to regulate the amount of air supplied to the burner 5. A control motor 22 for adjusting the opening is connected to the air adjustment valve 19 via a link mechanism 21.
The control motors 18 and 22 are motors that can rotate their own drive shafts by an angle corresponding to the input signal.

【0040】前記ボイラ1の作動状態を検出するため
に、本体2の上部には圧力計23が設けられている。こ
の圧力計23は、前記液体12の加熱にともない発生す
る蒸気の圧力を検出する。また、燃料供給管6の途中に
は流量計24が介在されている。この流量計24は燃料
供給管6を流通する燃料流量を測定する。さらに、ボイ
ラ1の本体2において、前記バーナ5と対向する側壁に
はのぞき窓25が設けられている。のぞき窓25には光
ファイバ26を介してセンサアンプ27が接続されてい
る。
A pressure gauge 23 is provided at an upper portion of the main body 2 to detect an operation state of the boiler 1. The pressure gauge 23 detects the pressure of steam generated as the liquid 12 is heated. A flow meter 24 is interposed in the middle of the fuel supply pipe 6. The flow meter 24 measures the flow rate of the fuel flowing through the fuel supply pipe 6. Further, in the main body 2 of the boiler 1, a viewing window 25 is provided on a side wall facing the burner 5. A sensor amplifier 27 is connected to the viewing window 25 via an optical fiber 26.

【0041】センサアンプ27はゲルマニウムフォトダ
イオード、フォトトランジスタ等の赤外線検出素子から
なる光センサ28を内蔵している。光センサ28は、前
記のぞき窓25及び光ファイバ26を通過した火炎光を
取り込み電気信号に変換する。すなわち、光センサ28
には、火炎Fの明るさに比例した大きさの起電流が流れ
る。また、図3に示すように、センサアンプ27は電流
/電圧変換器29、直流/交流変換器31、積分器3
2、アナログ除算器33及び増幅器34を内蔵してい
る。センサアンプ27は、光センサ28による電気信号
をこれらの変換器等によって順次演算処理する。
The sensor amplifier 27 has a built-in optical sensor 28 composed of an infrared detecting element such as a germanium photodiode or a phototransistor. The optical sensor 28 takes in the flame light passing through the viewing window 25 and the optical fiber 26 and converts it into an electric signal. That is, the optical sensor 28
, An electromotive current having a magnitude proportional to the brightness of the flame F flows. As shown in FIG. 3, the sensor amplifier 27 includes a current / voltage converter 29, a DC / AC converter 31, and an integrator 3
2. Built-in analog divider 33 and amplifier 34. The sensor amplifier 27 sequentially processes the electric signal from the optical sensor 28 using these converters and the like.

【0042】図1に示すように、前記圧力計23は圧力
調節器35の入力側に接続されている。圧力調節器35
の出力側には前記コントロールモータ18が接続されて
いる。そして、圧力調節器35は圧力計23によって検
出された蒸気圧力信号を取り込むと、コントロールモー
タ18に駆動信号を出力し、燃料調整弁16の開度を調
節する。この開度調節によってバーナ5への燃料供給量
が調整され、前記液室4内の蒸気圧力が予め設定した圧
力となるように制御される。その結果、暖房装置への蒸
気の供給が安定して行われる。
As shown in FIG. 1, the pressure gauge 23 is connected to an input side of a pressure regulator 35. Pressure regulator 35
The control motor 18 is connected to the output side. When the pressure regulator 35 receives the steam pressure signal detected by the pressure gauge 23, it outputs a drive signal to the control motor 18 to adjust the opening of the fuel regulating valve 16. The fuel supply amount to the burner 5 is adjusted by the opening degree adjustment, and the vapor pressure in the liquid chamber 4 is controlled so as to become a preset pressure. As a result, the supply of steam to the heating device is performed stably.

【0043】前記流量計24及びセンサアンプ27は、
許容入力電圧が所定範囲(例えば±2.5V)に設定さ
れた燃焼制御装置36の入力側にそれぞれ接続されてい
る。この燃焼制御装置36の出力側にはコントロールモ
ータ22が接続されている。燃焼制御装置36は、セン
サアンプ27からのアナログ信号と、流量計24からの
燃料流量信号とを取り込むと、両信号に基づき所定の演
算を行い、その演算結果に基づきコントロールモータ2
2の作動を制御し、空気調整弁19の開度を調節する。
The flow meter 24 and the sensor amplifier 27 are
The allowable input voltage is connected to the input side of the combustion control device 36 set to a predetermined range (for example, ± 2.5 V). The control motor 22 is connected to the output side of the combustion control device 36. Upon receiving the analog signal from the sensor amplifier 27 and the fuel flow rate signal from the flow meter 24, the combustion control device 36 performs a predetermined calculation based on both signals, and performs control motor 2 control based on the calculation result.
2 to control the opening of the air regulating valve 19.

【0044】なお、前記燃焼制御装置36には制御盤3
7が接続されており、両者間で信号の授受が行われるよ
うになっている。例えば、ボイラ1の作動に何らかの不
具合が発生した場合には、燃焼制御装置36から制御盤
37に対し、ボイラ1の運転を強制的に停止させるため
の指令信号が出力される。
The combustion control device 36 includes a control panel 3
7 are connected so that signals can be exchanged between the two. For example, when some trouble occurs in the operation of the boiler 1, a command signal for forcibly stopping the operation of the boiler 1 is output from the combustion control device 36 to the control panel 37.

【0045】次に、前記センサアンプ27内で実行され
る処理内容を図3に従って説明する。まず、センサアン
プ27はバーナ5の火炎光を、のぞき窓25及び光ファ
イバ26を介して光センサ28に取り込み、同火炎光を
電気信号(電流)に変換する。この電気信号における振
動成分の振幅は、火炎光の発光強度成分の変化に比例し
て変化する。換言すると、火炎光の発光強度成分が小さ
いと振動成分の振幅が見かけ上小さくなり、発光強度成
分が大きいと振動成分の振幅が見かけ上大きくなる。
Next, the contents of processing executed in the sensor amplifier 27 will be described with reference to FIG. First, the sensor amplifier 27 captures the flame light of the burner 5 into the optical sensor 28 through the viewing window 25 and the optical fiber 26, and converts the flame light into an electric signal (current). The amplitude of the vibration component in the electric signal changes in proportion to the change in the emission intensity component of the flame light. In other words, when the emission intensity component of the flame light is small, the amplitude of the vibration component is apparently small, and when the emission intensity component is large, the amplitude of the vibration component is apparently large.

【0046】次に、センサアンプ27は電流/電圧変換
器29で前記電気信号を図5(a)で示すような電圧信
号に変換する。この信号の波形は、所定の直流電圧を中
心として時間の経過とともに振動している。前記信号波
形中、直流電圧の平均値が発光強度成分を表し、振動成
分が火炎Fのゆらぎを表している。
Next, the sensor amplifier 27 converts the electric signal into a voltage signal as shown in FIG. The waveform of this signal oscillates with the passage of time around a predetermined DC voltage. In the signal waveform, the average value of the DC voltage represents the emission intensity component, and the vibration component represents the fluctuation of the flame F.

【0047】次に、センサアンプ27は直流/交流変換
器31において、図5(a)の信号波形から発光強度成
分を除去し、振動成分のみを交流電圧信号に変換する。
このようにして光センサ28による電気信号から振動成
分が抽出される(図5(b)参照)。また、センサアン
プ27は積分器32において、図5(a)の信号波形を
積分処理する。この積分器32の時定数は任意に設定可
能となっており、必要に応じて調整する。この処理によ
り、前記信号波形中の振動成分が平滑化され、平均発光
強度成分が得られる。このようにして光センサ28によ
る電気信号から発光強度成分が抽出される(図5(c)
参照)。本実施例ではこの発光強度成分自身を発光強度
代表成分とし、以後の演算処理に用いる。
Next, in the DC / AC converter 31, the sensor amplifier 27 removes the light emission intensity component from the signal waveform of FIG. 5A and converts only the vibration component into an AC voltage signal.
In this way, a vibration component is extracted from the electric signal from the optical sensor 28 (see FIG. 5B). In the integrator 32, the sensor amplifier 27 integrates the signal waveform of FIG. The time constant of the integrator 32 can be set arbitrarily, and is adjusted as necessary. By this processing, the vibration component in the signal waveform is smoothed, and an average light emission intensity component is obtained. In this way, the light emission intensity component is extracted from the electric signal from the optical sensor 28 (FIG. 5C).
reference). In this embodiment, the light emission intensity component itself is used as a light emission intensity representative component, and is used for the subsequent arithmetic processing.

【0048】ここで、電流/電圧変換器29からの信号
を積分器32で積分し平滑化するのは、後段のアナログ
除算器33において、例えば直流/交流変換器31から
の信号(振動成分)を、積分器32からの信号ではなく
電流/電圧変換器29からの信号で除算した場合、次の
問題が生ずるからである。すなわち、直流/交流変換器
31からの信号(振動成分)は、時間の経過とともに変
化する。また、電流/電圧変換器29からの信号も時間
の経過とともに変化する。このため、前者の信号を後者
の信号で除算した場合、低周波域での除算は特に問題な
いものの、高周波域での除算の結果、出力波形が歪んで
誤差が大きくなってしまうからである。
Here, the signal from the current / voltage converter 29 is integrated and smoothed by the integrator 32 in the analog divider 33 in the subsequent stage, for example, the signal (vibration component) from the DC / AC converter 31. Is divided by the signal from the current / voltage converter 29 instead of the signal from the integrator 32, the following problem occurs. That is, the signal (vibration component) from the DC / AC converter 31 changes over time. Further, the signal from the current / voltage converter 29 also changes over time. For this reason, when the former signal is divided by the latter signal, although division in the low frequency range is not particularly problematic, as a result of division in the high frequency range, the output waveform is distorted and the error increases.

【0049】上記したように、光センサ28による電気
信号中の振動成分の振幅は、火炎光の発光強度成分の変
化に比例して変化しているので、センサアンプ27は前
記両成分の抽出後、アナログ除算器33において振動成
分を発光強度成分で除算する。この除算により、発光強
度成分の影響が一定となった電気信号が得られる。この
電気信号は、火炎Fの乱れに起因する成分のみによって
構成されている。
As described above, since the amplitude of the vibration component in the electric signal from the optical sensor 28 changes in proportion to the change in the emission intensity component of the flame light, the sensor amplifier 27 extracts In the analog divider 33, the vibration component is divided by the emission intensity component. By this division, an electric signal in which the influence of the emission intensity component is constant is obtained. This electric signal is constituted only by a component caused by the disturbance of the flame F.

【0050】従って、図6で示すように、電流/電圧変
換後において、互いに異なる2種の波形a,bが得られ
た場合であっても、火炎Fの乱れの影響が同じで、発光
強度成分が異なっていれば、前記抽出処理及び除算処理
を施すことによって、ほぼ同一波形の電気信号が得られ
る。より詳しくは、振幅が大きな波形aの場合、平均値
(発光強度成分)の電圧が高くなるので、除算処理の結
果得られる電気信号の振幅は小さくなる。これに対し、
振幅が小さな波形bの場合、平均値(発光強度成分)の
電圧が低くなるので、除算処理の結果得られる第2の電
気信号の振幅は前記と同程度に小さくなる。このよう
に、本実施例では発光強度成分の影響で振動成分の振幅
が増えたり減ったりしていたものを、振動成分を発光強
度成分で除算することによって一定にしている。
Therefore, as shown in FIG. 6, even if two different waveforms a and b are obtained after the current / voltage conversion, the effect of the disturbance of the flame F is the same, and the emission intensity is not changed. If the components are different, an electric signal having substantially the same waveform can be obtained by performing the extraction processing and the division processing. More specifically, in the case of the waveform a having a large amplitude, the voltage of the average value (emission intensity component) increases, so that the amplitude of the electric signal obtained as a result of the division processing decreases. In contrast,
In the case of the waveform b having a small amplitude, the voltage of the average value (emission intensity component) becomes low, so that the amplitude of the second electric signal obtained as a result of the division processing becomes as small as above. As described above, in the present embodiment, the amplitude of the vibration component increased or decreased due to the influence of the light emission intensity component is made constant by dividing the vibration component by the light emission intensity component.

【0051】上記のようにして得られた電気信号は、所
定の振幅を有する低周波成分の信号と、同信号上に含ま
れ、かつ前記低周波成分の信号よりも振幅の小さな高周
波数成分の信号とからなる。
The electric signal obtained as described above includes a signal of a low frequency component having a predetermined amplitude and a signal of a high frequency component contained in the signal and having an amplitude smaller than that of the signal of the low frequency component. Signal.

【0052】そして、センサアンプ27は、前記除算後
の信号の振幅を増幅器34によって所定のレベルまで増
幅した後、燃焼制御装置36に出力する。次に、前記燃
焼制御装置36によって実行される処理内容を図4に従
って説明する。
Then, the sensor amplifier 27 amplifies the amplitude of the signal after the division to a predetermined level by the amplifier 34, and then outputs the amplified signal to the combustion control device 36. Next, the processing executed by the combustion control device 36 will be described with reference to FIG.

【0053】図中、一点鎖線で囲まれる箇所が主な制御
内容である。ここでは、センサアンプ27から出力され
たアナログ信号をもとに火炎Fの振動パワーを求めると
ともに、流量計24による燃料流量に応じた最適空気比
での振動パワーを求める。そして、前者の振動パワーを
後者の振動パワーに一致させるべく、空気調整弁19の
開度を調整するようにしている。
In the figure, the portion surrounded by the dashed line is the main control content. Here, the vibration power of the flame F is obtained based on the analog signal output from the sensor amplifier 27, and the vibration power at the optimum air ratio according to the fuel flow rate by the flow meter 24 is obtained. Then, the opening of the air regulating valve 19 is adjusted so that the former vibration power matches the latter vibration power.

【0054】詳しくは、燃焼制御装置36は前記センサ
アンプ27からのアナログ信号を取り込むと、A/D変
換器38で前記アナログ信号をデジタル信号に変換す
る。A/D変換後、燃焼制御装置36のDSP(デジタ
ル・シグナル・プロセッサ)39は、FFT処理部41
で前記デジタル信号をFFT(高速フーリエ変換)処理
する。なお、本実施例の燃焼制御装置36では、A/D
変換器38として、12bitの分解能を有するものが
用いられている。また、燃焼制御装置36では、FFT
処理時の測定周波数レンジの上限値を500Hzまで設
定可能となっている。
More specifically, when the combustion controller 36 receives the analog signal from the sensor amplifier 27, the A / D converter 38 converts the analog signal into a digital signal. After the A / D conversion, the DSP (digital signal processor) 39 of the combustion control device 36
Performs FFT (Fast Fourier Transform) on the digital signal. In addition, in the combustion control device 36 of the present embodiment, the A / D
A converter having a resolution of 12 bits is used as the converter 38. In the combustion control device 36, the FFT
The upper limit of the measurement frequency range during processing can be set up to 500 Hz.

【0055】FFT処理は、前記デジタル信号における
各周波数成分の強度を求めるための処理である(図23
(b)参照)。FFT処理により、前記デジタル信号が
周波数解析され各周波数成分の強度波形(パワースペク
トル)が得られる。この波形の面積は火炎のゆらぎ状態
と明るさを表している。パワースペクトルの波形の面積
と燃焼状態とは強い相関関係があるので、面積を求める
ことによって燃焼状態を定量化できる。このことから、
燃焼制御装置36はFFT処理部41で各周波数成分の
強度波形を全周波数領域で積分し、前記強度波形の面積
(振動パワー)を求める。
The FFT process is a process for obtaining the intensity of each frequency component in the digital signal (FIG. 23).
(B)). By the FFT processing, the digital signal is subjected to frequency analysis to obtain an intensity waveform (power spectrum) of each frequency component. The area of this waveform indicates the fluctuation state and brightness of the flame. Since there is a strong correlation between the area of the power spectrum waveform and the combustion state, the combustion state can be quantified by calculating the area. From this,
The combustion control device 36 integrates the intensity waveform of each frequency component in the entire frequency region by the FFT processing unit 41, and obtains the area (vibration power) of the intensity waveform.

【0056】ここで、センサアンプ27内での除算処理
により、振動パワーの算出に用いられる電気信号から
は、発光強度成分による振動成分の振幅への影響が一定
にされている。このため、振動パワーは発光強度成分の
影響を受けず、空気比に対してほぼ一次特性となる。図
7及び図8には、周波数解析時の設定周波数をそれぞれ
200Hz、300Hzとした場合の空気比と振動パワ
ーとの関係を示す。両図から明らかなように、振動パワ
ーと空気比との間に正の相関関係(一次特性)があるこ
とがわかる。このことは、空気比を大きくしていくと、
バーナ5に供給される空気量が増えて空気の流速が上が
り、ちらつき(火炎Fの乱れ)が大きくなってゆく現象
からも裏付けできる。従って、この振動パワーを用いる
ことにより、的確な空気比制御を行うことが可能とな
る。
Here, the influence of the emission intensity component on the amplitude of the vibration component is made constant from the electric signal used for calculating the vibration power by the division process in the sensor amplifier 27. For this reason, the vibration power is not affected by the emission intensity component, and has a substantially primary characteristic with respect to the air ratio. 7 and 8 show the relationship between the air ratio and the vibration power when the set frequencies in the frequency analysis are 200 Hz and 300 Hz, respectively. As is clear from both figures, there is a positive correlation (primary characteristic) between the vibration power and the air ratio. This means that as you increase the air ratio,
This can be supported by the phenomenon that the amount of air supplied to the burner 5 increases, the flow velocity of the air increases, and flicker (turbulence of the flame F) increases. Therefore, accurate air ratio control can be performed by using this vibration power.

【0057】次に、図4に示すように、燃焼制御装置3
6は移動平均処理部42において、FFT処理部41で
求められた振動パワーを、移動平均回数テーブル43に
て設定された平均回数で平均化する。この処理は、FF
T処理によって得られたデータ間のばらつきを小さくす
るための処理である。
Next, as shown in FIG.
Reference numeral 6 denotes a moving average processing unit 42 for averaging the vibration power obtained by the FFT processing unit 41 by the average number set in the moving average number table 43. This processing is FF
This is a process for reducing variation between data obtained by the T process.

【0058】一方、燃焼制御装置36は流量計24によ
る燃料流量信号を取り込むと、移動平均処理部44にお
いて、燃料流量信号を移動平均回数テーブル45にて設
定された平均回数で平均化する。そして、燃焼制御装置
36は、折線テーブル46を参照して、前記平均化処理
された燃料流量に応じた振動パワーを読み込む。折線テ
ーブル46には、燃料流量に対する目標値が予め設定さ
れている。ここでの目標値は、煙が発生しない最小空気
量のときの振動パワーの値である。
On the other hand, when the combustion control device 36 captures the fuel flow rate signal from the flow meter 24, the moving average processing section 44 averages the fuel flow rate signal by the average number set in the moving average number table 45. Then, the combustion control device 36 reads the vibration power according to the fuel flow rate subjected to the averaging process with reference to the broken line table 46. A target value for the fuel flow rate is set in the broken line table 46 in advance. The target value here is the value of the vibration power at the time of the minimum air amount that does not generate smoke.

【0059】燃焼制御装置36は、前記折線テーブル4
6から読み出した振動パワーの目標値と、移動平均処理
部42にて処理された振動パワーとを加算器47で加算
する。この場合、目標値から振動パワーを減算して両者
の偏差を求める。
The combustion control device 36 is connected to the folding line table 4.
The adder 47 adds the target value of the vibration power read from 6 and the vibration power processed by the moving average processing unit 42. In this case, the difference between the two is obtained by subtracting the vibration power from the target value.

【0060】続いて、燃焼制御装置36は、不感帯処理
部48において前記加算器47からの偏差信号を不感帯
処理する。すなわち、不感帯処理部48には予め不感帯
が設定されていて、前記偏差がその不感帯内で変動して
いる場合には、変動とみなさないようにしている。そし
て、燃焼制御装置36はPID演算部49において、前
記不感帯処理後の偏差に対しPID演算し、そのときの
偏差をなくすべく、コントロールモータ22を駆動制御
するための信号を加算器51に出力する。
Subsequently, the combustion control unit 36 performs a dead zone process on the deviation signal from the adder 47 in the dead zone processing unit 48. That is, a dead zone is set in the dead zone processing section 48 in advance, and if the deviation fluctuates within the dead zone, it is not regarded as a fluctuation. Then, the combustion control device 36 performs a PID operation on the deviation after the dead zone processing in the PID operation unit 49, and outputs a signal for driving and controlling the control motor 22 to the adder 51 so as to eliminate the deviation at that time. .

【0061】そして、燃焼制御装置36は出力リミッタ
52において、前記加算器51を経た信号に対し制限を
加える。すなわち、出力リミッタ52には上限値及び下
限値がそれぞれ設定されていて、加算器51を経た信号
が上限値を越えた場合、及び下限値を下回った場合に
は、強制的にそれらの上限値及び下限値に一致させてい
る。この出力リミッタ52を経た信号はコントロールモ
ータ22に出力され、その駆動により空気調整弁19の
開度が調整される。
Then, the combustion control device 36 limits the signal passing through the adder 51 in the output limiter 52. That is, an upper limit value and a lower limit value are set in the output limiter 52, and when the signal passing through the adder 51 exceeds the upper limit value and falls below the lower limit value, the upper limit value is forcibly set. And the lower limit. The signal that has passed through the output limiter 52 is output to the control motor 22, and the opening of the air adjustment valve 19 is adjusted by driving the signal.

【0062】燃焼制御装置36においては、上述した制
御以外にも、燃焼状態の変化に対する追従性向上や、部
分負荷時の空気比最適化を目的とした補正を行うように
している。
In the combustion control device 36, in addition to the above-described control, correction is performed for the purpose of improving the followability to changes in the combustion state and optimizing the air ratio under a partial load.

【0063】この補正について説明すると、燃焼制御装
置36は、前記移動平均処理部42による振動パワーの
平均値が、予め設定された下限値を下回ったかどうかを
PV下限モニタ53で検出する。すなわち、例えば、そ
のときの振動パワーの目標値の−10%に相当する値が
前記折線テーブル46に設定されていて、何らかの原因
で振動パワーの平均値が設定値を下回った場合には、P
V下限モニタ53がその状態を検出するようになってい
る。
To explain the correction, the combustion control unit 36 detects whether the average value of the vibration power by the moving average processing unit 42 has fallen below a preset lower limit value by the PV lower limit monitor 53. That is, for example, if a value corresponding to −10% of the target value of the vibration power at that time is set in the broken line table 46 and the average value of the vibration power falls below the set value for some reason, P
The V lower limit monitor 53 detects the state.

【0064】ここで、振動パワーの平均値が設定値を下
回ったことをPV下限モニタ53にて検出すると、燃焼
制御装置36はPV下限モニタレシオ演算部54におい
てレシオ演算を行う。PV下限モニタレシオ演算部54
には、所定の比率(例えば10%)が予め設定されてい
て、燃焼制御装置36は比較選択部55を介し、前記の
設定比率を前記加算器51に出力する。すると、この加
算器51において、設定比率が前記PID演算部49の
出力信号に加算され、空気調整弁19が強制的に開放さ
れる。このような処理を行うのは、移動平均処理部42
での振動パワーの平均値がPV下限モニタ53での設定
値を下回った場合には、空気量が絶対的に不足してお
り、急激に空気調整弁19を開いて空気を補う必要があ
るからである。
Here, when the PV lower limit monitor 53 detects that the average value of the vibration power has fallen below the set value, the combustion controller 36 performs a ratio operation in the PV lower limit ratio calculator 54. PV lower limit monitor ratio calculation unit 54
, A predetermined ratio (for example, 10%) is set in advance, and the combustion control device 36 outputs the set ratio to the adder 51 via the comparison and selection unit 55. Then, in the adder 51, the set ratio is added to the output signal of the PID calculation section 49, and the air regulating valve 19 is forcibly opened. Such processing is performed by the moving average processing unit 42.
When the average value of the vibration power at the time is lower than the value set by the PV lower limit monitor 53, the air amount is absolutely insufficient, and it is necessary to open the air regulating valve 19 suddenly to supplement the air. It is.

【0065】一方、燃焼制御装置36は変化率モニタ5
6によって燃料流量の変化の程度を検出する。詳しく
は、変化率モニタ56には所定変化率(例えば5%)が
予め設定されていて、燃料流量が急激に増加してその変
化率が前記所定変化率以上となったかどうかを検出す
る。
On the other hand, the combustion control device 36 controls the change rate monitor 5
6, the degree of change in the fuel flow rate is detected. Specifically, a predetermined change rate (for example, 5%) is preset in the change rate monitor 56, and it is detected whether or not the fuel flow rate suddenly increases and the change rate exceeds the predetermined change rate.

【0066】燃料流量の変化率が所定比率以上となった
ことを変化率モニタ56にて検出すると、燃焼制御装置
36は燃料変化率モニタレシオ演算部57でレシオ演算
を行う。燃料変化率モニタレシオ演算部57には、所定
の比率(%)が予め設定されていて、燃焼制御装置36
は比較選択部55を介し、前記の設定比率を前記加算器
51に出力する。すると、この加算器51において、設
定比率が前記PID演算部49の出力信号に加算され、
空気調整弁19が強制的に開放される。このような処理
を行うのは、燃料流量の急激な変化に追従させるべく、
瞬間的に空気調整弁19を開いて空気を補う必要がある
からである。
When the change rate monitor 56 detects that the change rate of the fuel flow rate is equal to or more than the predetermined rate, the combustion control device 36 performs a ratio calculation in the fuel change rate monitor ratio calculating section 57. A predetermined ratio (%) is set in the fuel change rate monitor ratio calculation unit 57 in advance.
Outputs the set ratio to the adder 51 via the comparison and selection unit 55. Then, in the adder 51, the set ratio is added to the output signal of the PID calculator 49,
The air regulating valve 19 is forcibly opened. Such processing is performed in order to follow a rapid change in the fuel flow rate.
This is because it is necessary to momentarily open the air regulating valve 19 to supplement the air.

【0067】すなわち、燃料増加に応じて空気量を増加
させる際に追従性が悪いと必要な空気量が得られず、黒
煙発生、失火等の原因になる。このため、流量計24に
よる出力信号の平均値の変化率を変化率モニタ56によ
り常時監視して燃料流量を把握し、一定値以上の急激な
燃料量の増加については、PID出力信号にさらに開度
情報を加算して出力する。
That is, if the follow-up property is poor when increasing the amount of air in accordance with the increase in fuel, the required amount of air cannot be obtained, causing black smoke and misfire. For this reason, the rate of change of the average value of the output signal from the flow meter 24 is constantly monitored by the rate-of-change monitor 56 to grasp the fuel flow rate. The degree information is added and output.

【0068】なお、前記比較選択部55は、PV下限モ
ニタレシオ演算部54と燃料変化率モニタレシオ演算部
57とが同時に作動した場合に、どちらの信号を優先さ
せるかを判断するためのものである。本実施例では比較
選択部55は絶対値の大きい方の値を選択するようにな
っている。
When the PV lower limit monitor ratio calculator 54 and the fuel change rate monitor ratio calculator 57 operate simultaneously, the comparison / selection unit 55 determines which signal has priority. is there. In the present embodiment, the comparing and selecting section 55 selects a value having a larger absolute value.

【0069】このように、空気量が不足するのを未然に
防止するために適正量よりも多めの空気をバーナ5に供
給し、また、燃料流量が増えたときには空気流量を追従
して増加させている。
As described above, in order to prevent shortage of the air amount, more air than the appropriate amount is supplied to the burner 5, and when the fuel flow rate increases, the air flow rate is increased. ing.

【0070】上記したように、光センサ28による電気
信号の振動成分の振幅が発光強度成分に比例して変化す
ることから、本実施例ではFFT処理前のアナログ信号
の状態で、アナログ除算器33によって振動成分を発光
強度成分で除算し、発光強度成分の影響を取り除いた信
号をFFT処理し、振動パワーを求めようにしている。
上記処理中、発光強度成分の影響を一定にすることで、
火炎Fの乱れに起因する成分の影響のみが取り出され
る。このため、最適燃焼時のパワースペクトル形状が燃
焼によらずほぼ同様となる。つまり、最適燃焼状態での
振動パワーがほぼ等しくなる。その結果、周波数解析時
の設定周波数を高くしなくても、空気比に対しほぼ一次
特性を示す振動パワーを得ることができる。従って、適
用可能なボイラ1が制限された従来技術とは異なり、本
実施例では多くのボイラにおいて、より的確で効率の良
い空気比制御を実現できる。 (第2実施例)次に、第1及び第4の発明の燃焼制御方
法を、熱処理炉等の工業炉に具体化した第2実施例を図
9〜図15に従って説明する。この工業炉はワークを熱
処理するための燃焼器である。ここでの熱処理とは、例
えば鋼部品の浸炭焼入れをしたり、セラミックスを焼成
させたり、アルミニウム、銑鉄等を溶解させたりするこ
とである。
As described above, since the amplitude of the vibration component of the electric signal by the optical sensor 28 changes in proportion to the emission intensity component, in this embodiment, the analog divider 33 is used in the state of the analog signal before the FFT processing. , The vibration component is divided by the light emission intensity component, and the signal from which the influence of the light emission intensity component is removed is subjected to FFT processing to obtain the vibration power.
During the above process, by making the effect of the luminescence intensity component constant,
Only the influence of the component caused by the turbulence of the flame F is extracted. For this reason, the power spectrum shape at the time of optimal combustion is almost the same regardless of combustion. That is, the vibration powers in the optimum combustion state become substantially equal. As a result, it is possible to obtain a vibration power that shows a substantially primary characteristic with respect to the air ratio without increasing the set frequency in the frequency analysis. Accordingly, unlike the related art in which the applicable boiler 1 is limited, in this embodiment, more accurate and efficient air ratio control can be realized in many boilers. (Second Embodiment) Next, a second embodiment in which the combustion control methods of the first and fourth inventions are applied to an industrial furnace such as a heat treatment furnace will be described with reference to FIGS. This industrial furnace is a combustor for heat-treating the work. Here, the heat treatment refers to, for example, carburizing and quenching of steel parts, firing of ceramics, and dissolution of aluminum, pig iron, and the like.

【0071】図9は第1実施例での図1に対応する図で
あり、燃焼器としての工業炉61を含む燃焼設備全体の
概略構成を示している。工業炉61の炉62は横長の四
角箱状をなしており、その内面には、前記第1実施例で
の水等の液体12にかえて、耐火レンガ等からなる耐火
材63が貼付けられている。このため、バーナ5から発
せられる火炎Fによって耐火材63が蓄熱し、第1実施
例でのボイラ1の炉壁15よりも高温(約900〜10
00℃)になる。
FIG. 9 is a view corresponding to FIG. 1 in the first embodiment, and shows a schematic configuration of the entire combustion equipment including an industrial furnace 61 as a combustor. The furnace 62 of the industrial furnace 61 has a horizontally long rectangular box shape, and on its inner surface, a refractory material 63 made of a refractory brick or the like is stuck instead of the liquid 12 such as water in the first embodiment. I have. For this reason, the refractory material 63 accumulates heat by the flame F emitted from the burner 5, and has a higher temperature (about 900 to 10) than the furnace wall 15 of the boiler 1 in the first embodiment.
00 ° C).

【0072】炉62内には搬送機(図示しない)が設置
されている。この搬送機の作動により、ワーク64が炉
62内を紙面と直交する方向へ搬送され、その搬送過程
で熱処理が施される。また、第1実施例での圧力計23
にかえて、炉62にはその内部の温度を検出するための
温度センサ65が取付けられている。この温度センサ6
5とコントロールモータ18とは温度調節器69に接続
されている。そして、温度調節器69は温度センサ65
によって検出された温度信号を取り込むと、コントロー
ルモータ18に駆動信号を出力し、燃料調整弁16の開
度を調節する。この開度調節によってバーナ5への燃料
供給量が調整され、炉62内の温度が予め設定された温
度となるように制御される。
A transfer device (not shown) is provided in the furnace 62. By the operation of the transfer device, the work 64 is transferred in the furnace 62 in a direction orthogonal to the paper surface, and a heat treatment is performed in the transfer process. Also, the pressure gauge 23 in the first embodiment is used.
Instead, the furnace 62 is provided with a temperature sensor 65 for detecting the internal temperature. This temperature sensor 6
5 and the control motor 18 are connected to a temperature controller 69. The temperature controller 69 is connected to the temperature sensor 65.
When the temperature signal detected by the above is input, a drive signal is output to the control motor 18 to adjust the opening of the fuel adjustment valve 16. The fuel supply amount to the burner 5 is adjusted by this opening degree adjustment, and the temperature inside the furnace 62 is controlled to be a preset temperature.

【0073】燃焼設備上の構成に関しては、上記以外の
構成は第1実施例と同様である。そのため、第1実施例
と同一部材には同一の番号を付してその説明を省略す
る。本実施例では、前記のようにボイラ1を工業炉61
に変更したことにともない、前記センサアンプ27内で
実行される処理内容を変更している。これは、赤外線検
出素子よりなる光センサ28が、火炎F以外の高温物質
からの輻射の影響を受けやすいといった特性に対処する
ためである。
With respect to the configuration on the combustion equipment, the configuration other than the above is the same as that of the first embodiment. Therefore, the same members as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In this embodiment, the boiler 1 is connected to the industrial furnace 61 as described above.
Accordingly, the processing executed in the sensor amplifier 27 is changed. This is to cope with the characteristic that the optical sensor 28 including the infrared detecting element is easily affected by radiation from a high-temperature substance other than the flame F.

【0074】図12(a),(b)には、光センサ28
の検出信号を電流/電圧変換した後の信号波形を示す。
図12(a)は輻射の影響がない場合であり、図12
(b)は輻射の影響が大きい場合である。これらの図か
ら、燃料量、空気量等の燃焼条件が一定であっても、火
炎F以外からの輻射の影響が大きい場合には、影響のな
い場合に比べ、発光強度成分のみが大きく増加し、振動
成分の振幅はほとんど変化しないことがわかる。つま
り、振動成分の振幅が、発光強度成分の変化に比例して
変化するという前提が成り立ちにくくなる。
FIGS. 12A and 12B show the optical sensor 28.
5 shows a signal waveform after current / voltage conversion of the detection signal of FIG.
FIG. 12A shows a case where there is no influence of radiation.
(B) is a case where the influence of radiation is large. From these figures, it can be seen that even when the combustion conditions such as the fuel amount and the air amount are constant, when the effect of radiation from other than the flame F is large, only the emission intensity component increases significantly compared to the case without the effect. It can be seen that the amplitude of the vibration component hardly changes. That is, it is difficult to assume that the amplitude of the vibration component changes in proportion to the change in the emission intensity component.

【0075】従って、第1実施例でのボイラ1のように
炉壁15が水冷壁になっていて、燃焼室3内の温度が比
較的低いものは、光センサ28が輻射の影響をあまり受
けず、特に問題とならない。しかし、炉62内が高温と
なる工業炉61では、耐火材63、ワーク64等の高温
物質からの輻射が無視できず、光センサ28が火炎Fの
状態以外に輻射のエネルギーも同時に検出してしまう。
その結果、燃焼状態を表すはずの振動パワーが、実際に
は燃焼以外の外乱も含んだ状態を表すものとなってしま
い、制御指標としては使用できないことになる。
Therefore, in the case where the furnace wall 15 is a water-cooled wall and the temperature in the combustion chamber 3 is relatively low as in the boiler 1 in the first embodiment, the optical sensor 28 is not easily affected by radiation. No problem. However, in the industrial furnace 61 in which the temperature inside the furnace 62 becomes high, radiation from high-temperature substances such as the refractory material 63 and the work 64 cannot be ignored, and the optical sensor 28 simultaneously detects radiation energy in addition to the state of the flame F. I will.
As a result, the vibration power that should represent the combustion state actually represents a state that includes disturbance other than combustion, and cannot be used as a control index.

【0076】図13(a)には、振動成分を発光強度成
分で除算し、FFT処理して各周波数成分の強度波形
(パワースペクトル)を空気比毎に求めた結果を示して
いる。この図から、低周波数域Bにおいては空気比間で
のパワースペクトルの偏差が比較的大きいのに対し、そ
れ以外の周波数域においては空気比間でのパワースペク
トルの偏差が小さいことがわかる。これは、空気比が変
わると火炎の温度が変化し、振動成分の見かけ上の振幅
が大きくなったり小さくなったりすることを表してい
る。
FIG. 13 (a) shows the result of dividing the vibration component by the emission intensity component and performing FFT processing to obtain the intensity waveform (power spectrum) of each frequency component for each air ratio. From this figure, it can be seen that the power spectrum deviation between the air ratios is relatively large in the low frequency range B, while the power spectrum deviation between the air ratios is small in the other frequency ranges. This indicates that when the air ratio changes, the temperature of the flame changes, and the apparent amplitude of the vibration component increases or decreases.

【0077】また、図14(a)には、燃焼条件一定の
もとで、工業炉61内に金属片(ワーク64に相当)を
入れて加熱させた場合の、炉立ち上げ時からの振動パワ
ーの時間変化を示す。この振動パワーは、第1実施例で
説明したように、振動成分を発光強度成分で除算した電
気信号に基づくものである。この図から、燃焼条件が一
定であっても発光強度成分の増加の影響を受け、振動パ
ワーが時間とともに減少してゆくことがわかる。このた
め、炉壁温度等が炉立ち上げ時から定常運転時までに大
きく変化する場合には、振動パワーを用いた適切な空気
比制御が困難となる。
FIG. 14A shows the vibration from the start of the furnace when a metal piece (corresponding to the work 64) is heated in an industrial furnace 61 under a constant combustion condition. It shows the power change over time. This vibration power is based on the electric signal obtained by dividing the vibration component by the emission intensity component, as described in the first embodiment. From this figure, it can be seen that even when the combustion conditions are constant, the vibration power is reduced with time due to the effect of the increase in the emission intensity component. For this reason, when the furnace wall temperature or the like greatly changes from the time of furnace startup to the time of steady operation, it is difficult to perform appropriate air ratio control using vibration power.

【0078】このような事情に鑑み、本実施例では発光
強度成分を用いず、輻射の影響を受けない方法で、振動
成分の振幅を一定に補正するようにしている。この方法
は、火炎F自体の温度等が上昇した場合には、発光強
度成分の増加にともない振動成分も比例して増加する
点、耐火材63やワーク64からの輻射があった場
合、発光強度成分は増加するものの、振動成分の振幅は
ほとんど変化しない点から案出したものである。具体的
には、輻射の影響を受けない振動成分の振幅を代表する
値をとり、この値を発光強度成分の代替値(発光強度代
表成分)とする。
In view of such circumstances, in the present embodiment, the amplitude of the vibration component is corrected to be constant by a method that is not affected by radiation without using the light emission intensity component. This method is characterized in that when the temperature of the flame F itself rises, the vibration component increases in proportion to the increase of the luminous intensity component, and when there is radiation from the refractory material 63 or the work 64, the luminous intensity increases. This is devised in that the component increases but the amplitude of the vibration component hardly changes. Specifically, a value representative of the amplitude of the vibration component that is not affected by radiation is taken, and this value is set as a substitute value (light emission intensity representative component) for the light emission intensity component.

【0079】図10は第1実施例での図3に対応する機
能ブロック図である。センサアンプ27は光センサ2
8、電流/電圧変換器29、直流/交流変換器31、増
幅器66、整流器67、積分器68、アナログ除算器3
3及び増幅器34を内蔵している。センサアンプ27
は、光センサ28にて検出された電気信号をこれらの変
換器等によって順次演算処理する。より詳しくは、セン
サアンプ27はバーナ5の火炎光を、のぞき窓25及び
光ファイバ26を介して光センサ28に取り込み、同火
炎光を電気信号(電流)に変換し、その信号を電流/電
圧変換器29で図11(a)で示すような電圧信号に変
換する。この信号の波形は、所定の直流電圧を中心とし
て時間の経過とともに振動している。次に、センサアン
プ27は直流/交流変換器31において、図11(a)
の波形から振動成分のみを交流電圧信号に変換し、この
信号の振幅を増幅器66で増幅する。このようにして、
光センサ28による電気信号から図11(b)で示すよ
うな振動成分が抽出される。
FIG. 10 is a functional block diagram corresponding to FIG. 3 in the first embodiment. The sensor amplifier 27 is an optical sensor 2
8, current / voltage converter 29, DC / AC converter 31, amplifier 66, rectifier 67, integrator 68, analog divider 3
3 and an amplifier 34. Sensor amplifier 27
, Sequentially processes the electrical signals detected by the optical sensor 28 by using these converters and the like. More specifically, the sensor amplifier 27 captures the flame light of the burner 5 into the optical sensor 28 through the viewing window 25 and the optical fiber 26, converts the flame light into an electric signal (current), and converts the signal into a current / voltage signal. The converter 29 converts the signal into a voltage signal as shown in FIG. The waveform of this signal oscillates with the passage of time around a predetermined DC voltage. Next, the sensor amplifier 27 is connected to the DC / AC converter 31 in FIG.
Is converted into an AC voltage signal only from the waveform (1), and the amplitude of this signal is amplified by the amplifier 66. In this way,
A vibration component as shown in FIG. 11B is extracted from the electric signal from the optical sensor 28.

【0080】また、センサアンプ27は整流器67にお
いて、図11(b)の信号波形を整流処理する。この処
理により、図11(c)で示すように交流電圧信号が直
流電圧信号に変換される。続いて、積分器68におい
て、図11(c)の信号波形を積分処理する。この処理
の際の積分時間は燃焼設備に応じて設定する。すなわ
ち、積分時間を長く設定すると、燃焼状態が変化したと
きの応答が悪くなるおそれがあることから、追従性を考
慮した時間、例えば1秒程度の時間に設定する。前記の
整流処理された直流電圧信号は、積分処理により図11
(d)で示すように平滑化される。平滑化された信号は
振動成分の振幅を代表する値であり、発光強度を代表す
る成分(発光強度代表成分)に相当する。この信号は、
輻射の影響を受けない振動信号をもとに求めたものなの
で、輻射があっても火炎Fの状態が変化しない限りほぼ
同一の値をとる。
In the rectifier 67, the sensor amplifier 27 rectifies the signal waveform shown in FIG. By this processing, an AC voltage signal is converted into a DC voltage signal as shown in FIG. Subsequently, in the integrator 68, the signal waveform of FIG. The integration time for this process is set according to the combustion equipment. That is, if the integration time is set to be long, the response when the combustion state changes may be deteriorated. Therefore, the time is set to a time in consideration of the followability, for example, about 1 second. The rectified DC voltage signal is subjected to integration processing as shown in FIG.
The smoothing is performed as shown in FIG. The smoothed signal is a value representative of the amplitude of the vibration component, and corresponds to a component representative of the emission intensity (emission intensity representative component). This signal is
Since it is obtained based on a vibration signal which is not affected by the radiation, it takes substantially the same value even if there is radiation unless the state of the flame F changes.

【0081】前記平滑後、センサアンプ27はアナログ
除算器33において図11(b)の振動成分を図11
(d)の振幅代表値で除算する。この除算により、振幅
代表値(発光強度代表成分)の影響が一定となった電気
信号が得られる。この信号は、輻射の影響が排除され、
火炎Fの変化のみに基づいた信号である。
After the smoothing, the sensor amplifier 27 converts the vibration component of FIG.
Divide by the representative amplitude value of (d). By this division, an electric signal in which the influence of the representative amplitude value (representative emission intensity component) is constant is obtained. This signal eliminates the effects of radiation,
This is a signal based only on the change of the flame F.

【0082】そして、センサアンプ27は、除算後の信
号の振幅を増幅器34によって所定のレベルまで増幅し
た後、燃焼制御装置36に出力する。なお、燃焼制御装
置36によって実行される処理内容は第1実施例のもの
と同様である。ここで、FFT処理により得られる各周
波数成分の強度波形(パワースペクトル)を図13
(b)に示す。この図から、低周波数域ではパワースペ
クトルが空気比によらずほぼ一定となっていることがわ
かる。これは、振動成分を発光強度代表成分としての振
幅代表値で除算したことにより、火炎Fの明るさの影響
が一定にされ、振動成分の基本的な振幅がほぼ一定に補
正されていることを示している。また、同図からは、空
気比が大きくなるに従いより高周波数域までパワースペ
クトルが現れていることがわかる。これは、空気の量が
多くなるほど、火炎Fの高周波数域でのちらつきが増え
てくることを表している。
Then, the sensor amplifier 27 amplifies the amplitude of the signal after the division to a predetermined level by the amplifier 34, and then outputs the amplified signal to the combustion control device 36. The processing executed by the combustion control device 36 is the same as that of the first embodiment. Here, the intensity waveform (power spectrum) of each frequency component obtained by the FFT processing is shown in FIG.
(B). From this figure, it can be seen that the power spectrum is almost constant in the low frequency range regardless of the air ratio. This means that the influence of the brightness of the flame F is fixed by dividing the vibration component by the amplitude representative value as the emission intensity representative component, and the basic amplitude of the vibration component is corrected to be substantially constant. Is shown. Also, it can be seen from the figure that the power spectrum appears up to a higher frequency range as the air ratio increases. This indicates that as the amount of air increases, the flicker of the flame F in the high frequency range increases.

【0083】また、図15は空気比と振動パワーとの関
係を示している。この図から、振動パワーが空気比に対
してほぼ一次特性となっていることがわかる。さらに、
前記した図13(a)と同一条件で測定した振動パワー
の時間変化を図13(b)に示す。両図から、前者では
振動パワーが時間とともに減少してゆくのに対し、後者
では振動パワーが時間に関係なくほぼ一定の値となって
いる。このため、空燃比制御指標として後者の振動パワ
ーを問題なく使用できる。
FIG. 15 shows the relationship between the air ratio and the vibration power. From this figure, it can be seen that the vibration power has a substantially primary characteristic with respect to the air ratio. further,
FIG. 13B shows the time change of the vibration power measured under the same conditions as in FIG. 13A. From both figures, in the former, the vibration power decreases with time, whereas in the latter, the vibration power has a substantially constant value regardless of time. For this reason, the latter vibration power can be used as an air-fuel ratio control index without any problem.

【0084】上記したように、本実施例では第1実施例
での発光強度成分を用いず、振動成分から求めた振幅代
表値で振動成分を除算するようにしている。このため、
様々なタイプの燃焼器に適用した場合でも、燃焼状態の
変化にともない変化する振動成分の振幅を確実に一定に
し、常に空気比に対し1対1で対応する振動パワーを得
ることができる。 (第3実施例)次に、第1及び第2の発明を具体化した
第3実施例を図16〜図21に従って説明する。第3実
施例では、図16に示すように、センサアンプ27内の
アナログ除算器33と増幅器34との間にハイパスフィ
ルタ71を介在させている。それ以外の構成は前記第1
実施例と同様である。
As described above, in this embodiment, the vibration component is divided by the representative amplitude value obtained from the vibration component without using the light emission intensity component in the first embodiment. For this reason,
Even when applied to various types of combustors, the amplitude of the vibration component that changes as the combustion state changes can be reliably kept constant, and the vibration power that always corresponds to the air ratio on a one-to-one basis can be obtained. (Third Embodiment) Next, a third embodiment embodying the first and second inventions will be described with reference to FIGS. In the third embodiment, as shown in FIG. 16, a high-pass filter 71 is interposed between the analog divider 33 and the amplifier 34 in the sensor amplifier 27. The other configuration is the first
This is the same as the embodiment.

【0085】このようにハイパスフィルタ71を追加し
たのは、燃焼制御装置36とは別に専用のFFTアナラ
イザを用いて測定を行ったところ、単に振動成分を発光
強度成分で除算するだけでは、振動パワーが空気比の一
次特性を示さない場合のあることが判明したからであ
る。例えば、FFT処理時の測定周波数レンジの上限値
が50Hz以下であると、振動パワーが、空気比による
乱れの変化よりも燃焼状態の変化の影響を大きく受ける
ことがある。すると、図19で示すように振動パワーと
空気比との相関関係が弱くなる。また、燃焼器によって
は、空気比に及ぼす発光強度成分の影響を一定にできな
いことがある。すると、振動パワーが空気比に対し一次
特性となりにくい。
The reason why the high-pass filter 71 is added in this way is that the measurement is performed using a dedicated FFT analyzer separately from the combustion control device 36. It has been found that sometimes does not show the primary characteristics of the air ratio. For example, if the upper limit of the measurement frequency range at the time of the FFT processing is 50 Hz or less, the vibration power may be more affected by the change in the combustion state than the change in the turbulence due to the air ratio. Then, as shown in FIG. 19, the correlation between the vibration power and the air ratio becomes weak. Further, depending on the combustor, the effect of the luminescence intensity component on the air ratio may not be constant. Then, it is difficult for the vibration power to have a primary characteristic with respect to the air ratio.

【0086】振動パワーを空気比の一次特性とするため
には、FFT処理時の測定周波数レンジの上限値を高く
(例えば200Hz以上)設定する必要がある。このよ
うにすれば、燃焼器の種類、型式に関係なく、空気比に
対し一次特性となる振動パワーが得られる。
In order to make the vibration power the primary characteristic of the air ratio, it is necessary to set the upper limit of the measurement frequency range at the time of FFT processing to be high (for example, 200 Hz or more). In this manner, regardless of the type and type of the combustor, vibration power having a primary characteristic with respect to the air ratio can be obtained.

【0087】一方、第1実施例で用いられている燃焼制
御装置36は、FFT処理時の測定周波数レンジの上限
値を500Hzまで設定可能である。従って、この点か
らは、前記の要求(測定周波数レンジの上限値を200
Hz以上に設定すること)を満足できる。しかし、セン
サアンプ27において、光センサ28で変換された後に
電流/電圧変換された電気信号は、周波数、振幅の異な
る各種基本波形の合成信号であり、しかも各基本波形の
振幅の大きさは周波数に反比例している。このことか
ら、センサアンプ27内の増幅器34による信号増幅に
際しては、図17(a)に示すように振幅の大きな低周
波数の信号を基準として、同電気信号の最大振幅が、許
容入力電圧(この場合、±2.5V)内に収まるように
増幅率の調整が行われる。このため、増幅された電気信
号中の高周波数の信号は、低周波数の信号の振幅に対し
相対的に振幅が小さく、分解能の小さなA/D変換器3
8では認識されない場合がある。この場合にFFT処理
を行っても、図18(a)に示すように80Hz程度ま
での周波数成分のパワースペクトルしか得られず、空気
比に対し一次特性となる振動パワーが得られない。
On the other hand, the combustion control device 36 used in the first embodiment can set the upper limit of the measurement frequency range at the time of FFT processing to 500 Hz. Therefore, from this point, the above requirement (the upper limit of the measurement frequency range is set to 200
Hz or more). However, in the sensor amplifier 27, the electric signal converted into current / voltage after being converted by the optical sensor 28 is a composite signal of various basic waveforms having different frequencies and amplitudes. Is inversely proportional to Therefore, when the signal is amplified by the amplifier 34 in the sensor amplifier 27, the maximum amplitude of the electric signal is determined by the allowable input voltage (this value) with reference to a low-frequency signal having a large amplitude as shown in FIG. In this case, the amplification factor is adjusted to fall within ± 2.5 V). For this reason, the high-frequency signal in the amplified electric signal has an amplitude relatively smaller than that of the low-frequency signal, and the A / D converter 3 having a small resolution.
8 may not be recognized. In this case, even if the FFT processing is performed, only a power spectrum of a frequency component up to about 80 Hz is obtained as shown in FIG. 18A, and vibration power having a primary characteristic with respect to the air ratio cannot be obtained.

【0088】500Hz程度までの周波数成分を含んだ
パワースペクトルを得るためには、A/D変換器38の
分解能を大きくしたり、DSP39をより高精度な演算
が可能なものに変更したりする等の対策が考えられる
が、燃焼制御装置36そのものが非常に高価となってし
まう。
To obtain a power spectrum including a frequency component up to about 500 Hz, the resolution of the A / D converter 38 is increased, or the DSP 39 is changed to one capable of performing a more accurate calculation. However, the combustion control device 36 itself becomes very expensive.

【0089】このような観点から、本実施例はセンサア
ンプ27内にハイパスフィルタ71を追加し、増幅器3
4での振幅増幅に先立ち、電気信号中の低周波成分の信
号をハイパスフィルタ71で除去するようにしている。
From this point of view, the present embodiment adds a high-pass filter 71 to the sensor amplifier 27 and
Prior to the amplitude amplification in step 4, the signal of the low frequency component in the electric signal is removed by the high-pass filter 71.

【0090】図16はセンサアンプ27内で実行される
処理内容を示す機能ブロック図であり、第1実施例での
図3に対応している。センサアンプ27は、アナログ除
算器33によって振動成分を発光強度成分で除算する
と、その結果得られた電気信号から低周波成分の信号を
ハイパスフィルタ71で除去し、高周波成分の信号のみ
を取り出す。このハイパスフィルタ71のカットオフ周
波数は任意に設定可能であり、対象となるボイラ1に合
わせて設定することが好ましい。カットオフ周波数は、
通常は20Hz前後に設定される。
FIG. 16 is a functional block diagram showing the contents of processing executed in the sensor amplifier 27, and corresponds to FIG. 3 in the first embodiment. When the analog divider 33 divides the vibration component by the emission intensity component, the sensor amplifier 27 removes the low-frequency component signal from the resulting electric signal with the high-pass filter 71 and extracts only the high-frequency component signal. The cutoff frequency of the high-pass filter 71 can be set arbitrarily, and is preferably set according to the target boiler 1. The cutoff frequency is
Usually, it is set to about 20 Hz.

【0091】続いて、センサアンプ27は、前記高周波
成分の信号を増幅器34で所定のレベルまで増幅する。
この増幅に際しては、前記したように高周波数成分の信
号のみが取り出されているので、この信号の振幅が基準
となり、同振幅が十分な大きさにまで増幅される。その
後、センサアンプ27は、増幅したアナログ信号を燃焼
制御装置36に出力する。
Subsequently, the sensor amplifier 27 amplifies the signal of the high frequency component to a predetermined level by the amplifier 34.
At the time of this amplification, only the signal of the high frequency component is extracted as described above, so that the amplitude of this signal is used as a reference, and the amplitude is amplified to a sufficient magnitude. Thereafter, the sensor amplifier 27 outputs the amplified analog signal to the combustion control device 36.

【0092】なお、前記燃焼制御装置36によって実行
される処理内容は第1実施例のものと同様であるので、
ここでは詳しい説明を省略する。ただし、前記センサア
ンプ27内での処理により、燃焼制御装置36に入力さ
れる電気信号からは発光強度成分による振動成分の振幅
への影響が一定化されている。しかも、高周波数成分の
信号の振幅が十分なレベルまで増幅されている。このた
め、FFT処理により得られる図18(b)のパワース
ペクトルは、図18(a)でのパワースペクトル中の低
周波成分が除去されたような波形となる。この除去によ
り、パワースペクトルが最大となる際の周波数が第1実
施例よりも高くなる。その結果、第1実施例よりも高周
波数成分(約300Hz)を含んだパワースペクトルが
得られる。
Since the contents of the processing executed by the combustion control device 36 are the same as those of the first embodiment,
Here, detailed description is omitted. However, due to the processing in the sensor amplifier 27, the influence of the emission intensity component on the amplitude of the vibration component is made constant from the electric signal input to the combustion control device 36. In addition, the amplitude of the high frequency component signal is amplified to a sufficient level. Therefore, the power spectrum of FIG. 18B obtained by the FFT processing has a waveform as if the low frequency components in the power spectrum of FIG. 18A were removed. By this removal, the frequency at which the power spectrum becomes maximum becomes higher than in the first embodiment. As a result, a power spectrum containing higher frequency components (about 300 Hz) than in the first embodiment can be obtained.

【0093】燃焼制御装置36は前記パワースペクトル
をもとに振動パワーを求めるが、この振動パワーは発光
強度成分の影響を受けず、しかも高周波成分を含んだパ
ワースペクトルから求められている。このため、同振動
パワーは空気比に対しほぼ一次特性となる。
The combustion control device 36 determines the vibration power based on the power spectrum. The vibration power is not affected by the emission intensity component and is determined from the power spectrum including the high frequency component. For this reason, the vibration power has a substantially primary characteristic with respect to the air ratio.

【0094】図20には、蒸発量が毎時5トンのA重油
焚き炉筒煙管ボイラを、毎時360リットルの燃焼量で
運転したときの、空気比と発光強度成分との関係を示
す。この発光強度成分を用い、第1実施例(ハイパスフ
ィルタ71省略)のセンサアンプ27内で各種演算処理
(除算、増幅)した後、その出力信号を専用のFFTア
ナライザでFFT処理した。測定周波数レンジは0〜2
00Hzである。前記FFT処理により求められた振動
パワーと空気比の関係を図21(a)に示す。この図か
ら、振動パワーと空気比との間には強い正の相関関係
(一次特性)のあることがわかる。
FIG. 20 shows the relationship between the air ratio and the luminescence intensity component when the A-fuel oil-fired furnace tube boiler whose evaporation amount is 5 tons / hour is operated at a combustion amount of 360 liters / hour. Using this light emission intensity component, after performing various arithmetic processing (division and amplification) in the sensor amplifier 27 of the first embodiment (omitting the high-pass filter 71), the output signal was subjected to FFT processing by a dedicated FFT analyzer. Measurement frequency range is 0-2
00 Hz. FIG. 21A shows the relationship between the vibration power and the air ratio obtained by the FFT processing. From this figure, it can be seen that there is a strong positive correlation (primary characteristic) between the vibration power and the air ratio.

【0095】また、前記図20の発光強度成分を用い、
本実施例(ハイパスフィルタ71使用)のセンサアンプ
27内で各種演算処理を行った後、その出力信号を本実
施例の燃焼制御装置36でFFT処理した。測定周波数
レンジは30〜400Hzである。FFT処理により求
められた振動パワーと空気比との関係を図21(b)に
示す。図21(a),(b)から、低周波数成分がなく
ても空気比と振動パワー間の相関関係にはほとんど変化
がなく、本実施例の燃焼制御方法により空気比の制御を
問題なく実施できることがわかる。
Further, using the emission intensity component shown in FIG.
After performing various arithmetic processing in the sensor amplifier 27 of the present embodiment (using the high-pass filter 71), the output signal was subjected to FFT processing by the combustion control device 36 of the present embodiment. The measurement frequency range is 30 to 400 Hz. FIG. 21B shows the relationship between the vibration power and the air ratio obtained by the FFT processing. 21 (a) and 21 (b), there is almost no change in the correlation between the air ratio and the vibration power even if there is no low frequency component, and the air ratio is controlled without any problem by the combustion control method of this embodiment. We can see that we can do it.

【0096】このように、本実施例によると、ハイパス
フィルタ71を追加するという簡単な改造で高周波数成
分を含んだパワースペクトルを求めることができ、空気
比に対し一次特性となる振動パワーを得ることが可能と
なる。 (第4実施例)次に、第1及び第3の発明を具体化した
第4実施例について説明する。
As described above, according to the present embodiment, a power spectrum including a high frequency component can be obtained by a simple modification of adding the high-pass filter 71, and vibration power having a primary characteristic with respect to the air ratio can be obtained. It becomes possible. (Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment embodying the first and third inventions will be described.

【0097】前記第1〜第3実施例では、センサアンプ
27内のアナログ除算器33による除算補正の後、その
補正された信号を、燃焼制御装置36内のA/D変換器
38によってデジタル変換している。そして、FFT処
理部41による前記デジタル信号の周波数解析を経て、
振動パワーを求めている。これに対し、第4実施例で
は、図22に示すような別の手順で信号を処理してい
る。すなわち、除算による信号補正を、アナログ信号の
A/D変換及びFFT処理の後に実行している。それ以
外の構成は前記第1実施例と同様である。
In the first to third embodiments, after the division correction by the analog divider 33 in the sensor amplifier 27, the corrected signal is converted into a digital signal by the A / D converter 38 in the combustion control device 36. are doing. Then, through the frequency analysis of the digital signal by the FFT processing unit 41,
Seeking vibration power. On the other hand, in the fourth embodiment, the signal is processed by another procedure as shown in FIG. That is, signal correction by division is performed after A / D conversion and FFT processing of an analog signal. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

【0098】図22に示すように、第4実施例で用いら
れるセンサアンプ27は、第1実施例におけるアナログ
除算器のかわりに、直流/交流変換器31に接続された
第1の増幅器34Aを備えるとともに、積分器32に接
続された第2の増幅器34Bを備えている。一方、燃焼
制御装置36は、第1の増幅器34Aに対応する第1の
A/D変換器38Aと、第2の増幅器34Bに対応する
第2のA/D変換器38Bとを備えている。燃焼制御装
置36はさらに、第1実施例のFFT処理部41(図4
参照)のかわりに、破線で囲まれたFFT/光量補正処
理部73を備えている。この処理部73は、FFT処理
部74、分割除算部75、分割除算の終了を判定する終
了判定部76及び補正振動パワー算出部77を備えてい
る。
As shown in FIG. 22, a sensor amplifier 27 used in the fourth embodiment includes a first amplifier 34A connected to a DC / AC converter 31 instead of the analog divider in the first embodiment. And a second amplifier 34B connected to the integrator 32. On the other hand, the combustion control device 36 includes a first A / D converter 38A corresponding to the first amplifier 34A, and a second A / D converter 38B corresponding to the second amplifier 34B. The combustion control device 36 further includes an FFT processing unit 41 (FIG. 4) of the first embodiment.
Instead, an FFT / light quantity correction processing unit 73 surrounded by a broken line is provided. The processing unit 73 includes an FFT processing unit 74, a division division unit 75, an end determination unit 76 that determines the end of division division, and a corrected vibration power calculation unit 77.

【0099】第1の増幅器34Aは、直流/交流変換器
31からの振動成分を増幅する。同様に、第2の増幅器
34Bは、積分器32からの発光強度成分を増幅する。
このとき、第1の増幅器34Aの増幅率(ゲイン)は第
2の増幅器34Bの増幅率と完全に一致していなければ
ならない。
The first amplifier 34A amplifies the vibration component from the DC / AC converter 31. Similarly, the second amplifier 34B amplifies the emission intensity component from the integrator 32.
At this time, the gain (gain) of the first amplifier 34A must completely match the gain of the second amplifier 34B.

【0100】増幅された振動信号成分は、第1のA/D
変換器38Aによってデジタル化される。そのデジタル
信号に基づいて、FFT処理部74はDSP39の介在
により、周波数解析における各周波数に対応する信号の
パワースペクトルを計算する。分割除算部75は、それ
ぞれのパワースペクトル値を、第2のA/D変換器38
Bによってデジタル化された発光強度信号で除算する。
The amplified vibration signal component has a first A / D
It is digitized by the converter 38A. Based on the digital signal, the FFT processing unit 74 calculates the power spectrum of the signal corresponding to each frequency in the frequency analysis with the intervention of the DSP 39. The division / divider 75 converts each power spectrum value into a second A / D converter 38
Divide by the emission intensity signal digitized by B.

【0101】終了判定部76は、FFT処理の分解能に
相当する回数(N)だけ、分割除算部75における処理
が行われたか否かを判断する。換言すれば、FFT処理
によって与えられた全てのパワースペクトル値がそれぞ
れに除算補正を受けるまで、分割除算部75における処
理が繰り返される。こうして、周波数解析における全て
の測定周波数範囲にわたり、各周波数に対応する補正パ
ワースペクトルが計算される。
The end determination unit 76 determines whether or not the processing in the division division unit 75 has been performed the number of times (N) corresponding to the resolution of the FFT processing. In other words, the processing in the division division unit 75 is repeated until all the power spectrum values given by the FFT processing are respectively subjected to division correction. Thus, the corrected power spectrum corresponding to each frequency is calculated over the entire measurement frequency range in the frequency analysis.

【0102】例えば、周波数解析における測定周波数範
囲が0〜200Hzであり、FFT処理の分解能が20
0ラインの場合、分割除算部75及び終了判定部76に
おけるループ処理によって、1Hz間隔の各周波数に対
応する200個の補正パワースペクトル値が計算され
る。
For example, the measurement frequency range in the frequency analysis is 0 to 200 Hz, and the resolution of the FFT processing is 20.
In the case of the 0 line, 200 correction power spectrum values corresponding to each frequency at 1 Hz intervals are calculated by the loop processing in the division division unit 75 and the end determination unit 76.

【0103】補正振動パワー算出部77は、求められた
全ての補正パワースペクトル値を合計することによって
補正振動パワーを算出する。前述の例に従えば、200
個の補正パワースペクトル値の総和が、発光強度による
影響を補正された振動パワーを与える。
The corrected vibration power calculator 77 calculates the corrected vibration power by summing all the obtained corrected power spectrum values. According to the above example, 200
The sum of the corrected power spectrum values gives the vibration power corrected for the influence of the emission intensity.

【0104】この第4実施例の手順に従って求められた
振動パワーは、前記第1実施例の手順に従って求められ
た振動パワーと等価であり、ボイラーにおける空気比制
御の指標として使用することができる。
The vibration power obtained according to the procedure of the fourth embodiment is equivalent to the vibration power obtained according to the procedure of the first embodiment, and can be used as an index of the air ratio control in the boiler.

【0105】なお、第1〜第4の発明は前記実施例の構
成に限定されるものではなく、例えば以下のように各発
明の趣旨から逸脱しない範囲で任意に変更してもよい。 (1)光センサ28としてシリコンフォトダイオードや
フォトトランジスタ等、火炎光を電気信号に変換可能な
光センサを用いてもよい。
Note that the first to fourth inventions are not limited to the configuration of the above-described embodiment, and may be arbitrarily changed without departing from the spirit of each invention as described below. (1) As the optical sensor 28, an optical sensor capable of converting flame light into an electric signal, such as a silicon photodiode or a phototransistor, may be used.

【0106】(2)第1〜第4の発明の燃焼制御方法
は、光センサ28による検出信号をもとに振動パワーを
求め、かつ、この振動パワーが予め設定された振動パワ
ーとなるように空気調整弁19の開度を調整するように
した燃焼器であれば、その種類に関係なく適用できる。
例えば、炉筒煙管ボイラ、水管ボイラ等の一般的な燃焼
器にも幅広く採用できる。
(2) In the combustion control methods of the first to fourth aspects of the present invention, the vibration power is obtained based on the detection signal from the optical sensor 28, and the vibration power is set to a predetermined vibration power. Any combustor that adjusts the opening of the air regulating valve 19 can be applied regardless of its type.
For example, it can be widely applied to general combustors such as furnace tube boilers and water tube boilers.

【0107】(3)前記第1実施例では燃料流量を直接
流量計24で検出したが、これにかえて、コントロール
モータ18に出力される信号から間接的に燃料流量を求
めるようにしてもよい。
(3) In the first embodiment, the fuel flow rate is directly detected by the flow meter 24. Alternatively, the fuel flow rate may be obtained indirectly from the signal output to the control motor 18. .

【0108】(4)燃焼器の熱を利用する設備として
は、ボイラ1や工業炉61以外にも、塗装ブースの空調
機器や、機械の洗浄装置等が挙げられる。 (5)第4の発明における振幅代表値としては、前記第
2実施例以外にも、図11(b)から一定時間毎に電圧
値を取り出し、その値を2乗したものを用いてもよい。
また、2乗した値の平方根を振幅代表値として用いても
よい。さらには、図11(b)の振幅の最大値をとり、
その値を振幅代表値として用いてもよい。要は振動成分
の振幅を代表する値であればよい。
(4) Examples of equipment utilizing the heat of the combustor include an air conditioner for a painting booth, a machine cleaning device, and the like, in addition to the boiler 1 and the industrial furnace 61. (5) As the amplitude representative value in the fourth invention, in addition to the second embodiment, a value obtained by taking a voltage value at regular intervals from FIG. 11B and squaring the value may be used. .
Alternatively, the square root of the squared value may be used as the representative amplitude value. Further, the maximum value of the amplitude in FIG.
The value may be used as a representative amplitude value. In short, any value that represents the amplitude of the vibration component may be used.

【0109】(6)第3実施例で用いたハイパスフィル
タ71を、第2実施例に利用してもよい。この場合に
は、図10において、アナログ除算器33と増幅器34
との間にハイパスフィルタ71を介在させる。
(6) The high-pass filter 71 used in the third embodiment may be used in the second embodiment. In this case, the analog divider 33 and the amplifier 34 in FIG.
, A high-pass filter 71 is interposed.

【0110】(7)前記第4実施例では、積分器32に
よって求められた発光強度成分に基づく信号補正を採用
しているが、前記第2実施例に従った信号補正の手法と
組み合わせられてもよい。
(7) In the fourth embodiment, the signal correction based on the emission intensity component obtained by the integrator 32 is employed. However, the fourth embodiment is combined with the signal correction method according to the second embodiment. Is also good.

【0111】[0111]

【発明の効果】以上詳述したように第1の発明では、光
センサで変換された電気信号から火炎光の振動成分と火
炎の発光強度を代表する成分とをそれぞれ抽出し、振動
分を発光強度代表成分で除算して振動パワーを補正す
るようにしている。このため、火炎の発光強度代表成分
による振動成分への影響を一定にして、普遍的に空気比
に対しほぼ一次特性を示す振動パワーを得ることができ
る。従って、燃料供給量に応じた適正量の空気をバーナ
に供給して、効率の良い燃焼を実現できる。また、適用
できる燃焼器が従来技術よりも多くなる。
As described above in detail, in the first invention, the vibration component of the flame light and the component representing the emission intensity of the flame are respectively extracted from the electric signal converted by the optical sensor, and the vibration is extracted. > the ingredients by dividing the emission intensity representative component and corrects the vibration power. For this reason, it is possible to obtain the vibration power that generally exhibits substantially the primary characteristic with respect to the air ratio while keeping the influence of the flame emission intensity representative component on the vibration component constant. Therefore, efficient combustion can be realized by supplying an appropriate amount of air to the burner according to the fuel supply amount. Also, applicable combustors are more than those of the prior art.

【0112】第2の発明では、光センサによる電気信号
の振幅の増幅に先立ち、振動成分を発光強度代表成分で
除算した後、得られた電気信号中の低周波成分の信号を
ハイパスフィルタで除去し、高周波成分の信号のみを取
り出すようにしている。このため、第1の発明の効果に
加え、大幅なコストの上昇を招くことなく、燃料供給量
に応じた適正量の空気をバーナに供給して、より効率の
良い燃焼を実現できる。
In the second invention, before the amplitude of the electric signal is amplified by the optical sensor, the vibration component is divided by the emission intensity representative component, and the signal of the low frequency component in the obtained electric signal is removed by the high-pass filter. Then, only the signal of the high frequency component is taken out. For this reason, in addition to the effect of the first invention, an appropriate amount of air according to the fuel supply amount can be supplied to the burner without causing a significant increase in cost, and more efficient combustion can be realized.

【0113】第3の発明では、光センサによる電気信号
から抽出した発光強度成分を発光強度代表成分としてい
る。このため、第1又は第2の発明の効果に加え、火炎
以外からの輻射が少ない燃焼器に適用した場合には、空
気比に対し一次特性を示す振動パワーを得ることができ
る。
In the third aspect, the light emission intensity component extracted from the electric signal from the optical sensor is used as the light emission intensity representative component. For this reason, in addition to the effect of the first or second invention, when applied to a combustor that emits less radiation from sources other than the flame, it is possible to obtain vibration power that exhibits primary characteristics with respect to the air ratio.

【0114】第4の発明では、光センサによる電気信号
の振動の振幅から抽出した振幅代表値を発光強度代表成
分としている。このため、第1又は第2の発明の効果に
加え、火炎以外からの輻射が大きい燃焼器に適用した場
合でも、その輻射の影響を取り除き、空気比に対し一次
特性を示す振動パワーを得ることができる。これにとも
ない、あらゆる燃焼器に対しても適用可能となる。
In the fourth aspect, the representative amplitude value extracted from the amplitude of the vibration of the electric signal by the optical sensor is used as the representative light intensity component. For this reason, in addition to the effects of the first or second aspect, even when applied to a combustor having a large radiation other than the flame, the influence of the radiation is removed and the vibration power showing the primary characteristic with respect to the air ratio is obtained. Can be. Accordingly, it can be applied to any combustor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1及び第3の発明を具体化した第1実施例の
燃焼制御方法が適用される燃焼設備の概略構成図であ
る。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a combustion facility to which a combustion control method according to a first embodiment that embodies the first and third inventions is applied.

【図2】図1のA−A線拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】第1実施例におけるセンサアンプ内での信号処
理を説明する機能ブロック図である。
FIG. 3 is a functional block diagram illustrating signal processing in a sensor amplifier according to the first embodiment.

【図4】第1実施例における燃焼制御装置内での信号処
理を説明する機能ブロック図である。
FIG. 4 is a functional block diagram illustrating signal processing in the combustion control device according to the first embodiment.

【図5】(a)〜(c)は、第1実施例においてセンサ
アンプ内で処理される各種電気信号を示す波形図であ
る。
FIGS. 5A to 5C are waveform diagrams showing various electric signals processed in the sensor amplifier in the first embodiment.

【図6】第1実施例において、センサアンプ内の処理に
よって得られる2種類の電気信号を比較して示す波形図
である。
FIG. 6 is a waveform chart showing a comparison between two types of electric signals obtained by processing in a sensor amplifier in the first embodiment.

【図7】第1実施例において、設定周波数を200Hz
にした場合の空気比と振動パワーとの関係を示すグラフ
である。
FIG. 7 is a diagram showing a setting frequency of 200 Hz in the first embodiment.
7 is a graph showing the relationship between the air ratio and the vibration power in the case of [1].

【図8】第1実施例において、設定周波数を300Hz
にした場合の空気比と振動パワーとの関係を示すグラフ
である。
FIG. 8 is a diagram showing a setting frequency of 300 Hz in the first embodiment.
7 is a graph showing the relationship between the air ratio and the vibration power in the case of [1].

【図9】第1及び第4の発明を具体化した第2実施例の
燃焼制御方法が適用される燃焼設備の概略構成図であ
る。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a combustion facility to which a combustion control method according to a second embodiment that embodies the first and fourth inventions is applied.

【図10】第2実施例におけるセンサアンプ内での信号
処理を説明する機能ブロック図である。
FIG. 10 is a functional block diagram illustrating signal processing in a sensor amplifier according to a second embodiment.

【図11】(a)〜(e)は、第2実施例のセンサアン
プ内で処理される各種信号を示す波形図である。
FIGS. 11A to 11E are waveform charts showing various signals processed in the sensor amplifier of the second embodiment.

【図12】(a),(b)は、第2実施例において、輻
射の影響を受けなかった場合と受けた場合の直流/交流
変換後の電気信号をそれぞれ示す波形図である。
FIGS. 12 (a) and 12 (b) are waveform diagrams respectively showing electric signals after DC / AC conversion in the second embodiment when there is no influence from radiation and when it is not.

【図13】(a),(b)は、第2実施例において、輻
射の影響を受けなかった場合と受けた場合のパワースペ
クトルの特性を空気比毎に示すグラフである。
FIGS. 13A and 13B are graphs showing power spectrum characteristics for each air ratio in the second embodiment when there is no radiation and when there is radiation.

【図14】(a),(b)は、輻射の影響を第1実施例
の方法で補正した場合と第2実施例の方法で除去した場
合の振動パワーの変化を示すグラフである。る。
FIGS. 14A and 14B are graphs showing changes in vibration power when the influence of radiation is corrected by the method of the first embodiment and when it is removed by the method of the second embodiment. You.

【図15】第2実施例における空気比と振動パワーとの
関係を示すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the air ratio and the vibration power in the second embodiment.

【図16】第1及び第2の発明を具体化した第3実施例
において、センサアンプ内での信号処理を説明する機能
ブロック図である。
FIG. 16 is a functional block diagram illustrating signal processing in a sensor amplifier in a third embodiment embodying the first and second inventions.

【図17】(a),(b)は、第3実施例において、除
算後の電気信号中の低周波成分をハイパスフィルタによ
って除去しなかった場合と除去した場合との電気信号を
それぞれ示す波形図である。
17A and 17B are waveforms respectively showing electric signals when a low-frequency component in an electric signal after division is not removed by a high-pass filter and when it is removed in the third embodiment. FIG.

【図18】(a),(b)は、第3実施例において、除
算後の電気信号中の低周波成分をハイパスフィルタによ
って除去しなかった場合と除去した場合とのパワースペ
クトルの特性をそれぞれ示す波形図である。
FIGS. 18 (a) and (b) show power spectrum characteristics when a low-frequency component in an electric signal after division is not removed by a high-pass filter and when it is removed in the third embodiment, respectively. It is a waveform diagram shown.

【図19】FFT処理時の測定周波数レンジの上限値が
低く、振動パワーが空気比による乱れの変化よりも燃焼
状態の変化の影響を大きく受けた場合の空気比と振動パ
ワーとの関係を示すグラフである。
FIG. 19 shows the relationship between the air ratio and the vibration power when the upper limit of the measurement frequency range during FFT processing is low and the vibration power is more affected by the change in combustion state than the change in turbulence due to the air ratio. It is a graph.

【図20】第3実施例における空気比と発光強度成分と
の関係を示すグラフである。
FIG. 20 is a graph showing a relationship between an air ratio and a light emission intensity component in the third example.

【図21】(a)は図20の信号を専用のFFTアナラ
イザで処理したときの空気比と振動パワーとの関係を示
し、(b)は図20の信号を第3実施例の燃焼制御装置
で処理したときの空気比と振動パワーとの関係を示すグ
ラフである。
21A shows the relationship between the air ratio and the vibration power when the signal of FIG. 20 is processed by a dedicated FFT analyzer, and FIG. 21B shows the relationship between the signal of FIG. 20 and the combustion control device of the third embodiment. 5 is a graph showing the relationship between the air ratio and the vibration power when the processing is performed at step (a).

【図22】第1及び第3の発明を具体化した第4実施例
において、センサアンプ内及び燃焼制御装置内での信号
処理を説明する機能ブロック図である。
FIG. 22 is a functional block diagram illustrating signal processing in a sensor amplifier and in a combustion control device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図23】従来技術を説明するためのものであり、
(a)は光センサによる電気信号の時間変化を空気比毎
に示す波形図であり、(b)は(a)の電気信号を周波
数解析した波形図である。
FIG. 23 is for explaining a conventional technique;
(A) is a waveform diagram showing a time change of an electric signal by an optical sensor for each air ratio, and (b) is a waveform diagram showing a frequency analysis of the electric signal of (a).

【図24】従来技術における空気比と火炎光の発光強度
成分との関係を示すグラフである。
FIG. 24 is a graph showing the relationship between the air ratio and the luminous intensity component of the flame light in the prior art.

【図25】従来技術において、設定周波数を20Hzに
した場合の空気比と振動パワーとの関係を示すグラフで
ある。
FIG. 25 is a graph showing the relationship between the air ratio and the vibration power when the set frequency is set to 20 Hz in the related art.

【図26】従来技術において、設定周波数を50Hzに
した場合の空気比と振動パワーとの関係を示すグラフで
ある。
FIG. 26 is a graph showing the relationship between the air ratio and the vibration power when the set frequency is set to 50 Hz in the related art.

【図27】従来技術において、設定周波数を300Hz
にした場合の空気比と振動パワーとの関係を示すグラフ
である。
FIG. 27 shows a setting frequency of 300 Hz in the prior art.
7 is a graph showing the relationship between the air ratio and the vibration power in the case of [1].

【図28】(a),(b)はともに従来技術における振
動成分及び発光強度成分の時間変化を示す波形図であ
る。
FIGS. 28 (a) and (b) are waveform diagrams each showing a change over time of a vibration component and a light emission intensity component in the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃焼器としてのボイラ、5…バーナ、6…燃料供給
管、9…空気供給管、16…燃料調整弁、19…空気調
整弁、28…光センサ、61…燃焼器としての工業炉、
71…ハイパスフィルタ、F…火炎
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Boiler as a combustor, 5 ... Burner, 6 ... Fuel supply pipe, 9 ... Air supply pipe, 16 ... Fuel regulation valve, 19 ... Air regulation valve, 28 ... Optical sensor, 61 ... Industrial furnace as a combustor,
71: High-pass filter, F: Flame

フロントページの続き (72)発明者 戸松 和也 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車 株式会社 内 (72)発明者 橘 敏治 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車 株式会社 内 (56)参考文献 特開 平2−8613(JP,A) 特開 昭60−213725(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23N 5/08 Continued on the front page (72) Inventor Kazuya Tomatsu 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation (72) Inventor Toshiharu Tachibana 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation (56) References JP-A-2-8613 (JP, A) JP-A-60-213725 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F23N 5/08

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 燃料供給管に設けられた燃料調整弁の開
度と、空気供給管に設けられた空気調整弁の開度とをそ
れぞれ調整し、前記燃料供給管及び空気供給管を介して
燃焼器のバーナに供給される燃料流量及び空気流量を増
減させることにより、前記バーナの火炎の状態を変化さ
せ、火炎光の状態を光センサにて電気信号に変換し、そ
の電気信号の振幅を増幅した後に周波数解析し、全周波
数領域での強度積分値である振動パワーを求め、この振
動パワーをそのときの燃料流量に応じた最適振動パワー
に一致させるべく、前記空気調整弁の開度を調整するよ
うにした燃焼制御方法において、 前記光センサによる電気信号から火炎光の振動成分と火
炎の発光強度を代表する成分とをそれぞれ抽出し、その
発光強度代表成分による前記振動パワーへの影響を一定
にするべく、振動成分を前記発光強度代表成分で除算し
て同振動パワーを求めるようにしたことを特徴とする燃
焼制御方法。
An opening of a fuel adjusting valve provided on a fuel supply pipe and an opening of an air adjusting valve provided on an air supply pipe are adjusted respectively, and the opening degree of the fuel adjustment pipe is adjusted via the fuel supply pipe and the air supply pipe. By increasing or decreasing the fuel flow rate and air flow rate supplied to the burner of the combustor, the state of the flame of the burner is changed, the state of the flame light is converted into an electric signal by an optical sensor, and the amplitude of the electric signal is changed. After amplification, frequency analysis is performed to determine vibration power, which is an intensity integrated value in the entire frequency range, and the opening degree of the air adjustment valve is adjusted to match the vibration power to the optimum vibration power according to the fuel flow rate at that time. the combustion control method to adjust, and components representing the luminous intensity of the vibration component and the flame of the flame light from the electric signal by the optical sensor respectively extracted, the vibration power by the emission intensity representative component In order to effect constant, combustion control method characterized by vibration Ingredient was to obtain the same vibration power is divided by the emission intensity representative component.
【請求項2】 前記電気信号の振幅の増幅に先立ち、振
動成分を発光強度代表成分で除算した後、得られた電気
信号中の低周波成分の信号をハイパスフィルタで除去
し、高周波成分の信号のみを取り出すようにしたことを
特徴とする請求項1に記載の燃焼制御方法。
2. Prior to amplifying the amplitude of the electric signal, a vibration component is divided by a light emission intensity representative component, a low frequency component signal in the obtained electric signal is removed by a high-pass filter, and a high frequency component signal is removed. 2. The combustion control method according to claim 1, wherein only the fuel is taken out.
【請求項3】 前記発光強度代表成分は、光センサによ
る電気信号から振動成分とは別に抽出した発光強度成分
であることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃焼制
御方法。
3. The combustion control method according to claim 1, wherein the emission intensity representative component is an emission intensity component extracted separately from a vibration component from an electric signal from an optical sensor.
【請求項4】 前記発光強度代表成分は、光センサによ
る電気信号の振動成分の振幅から抽出した振幅代表値で
あることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃焼制御
方法。
4. The combustion control method according to claim 1, wherein the emission intensity representative component is an amplitude representative value extracted from an amplitude of a vibration component of an electric signal by an optical sensor.
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