JP7244320B2

JP7244320B2 - 燃焼判定装置および燃焼装置

Info

Publication number: JP7244320B2
Application number: JP2019056210A
Authority: JP
Inventors: 加代鈴木; 雄一熊澤; 武志西山; 重樹石井
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2023-03-22
Anticipated expiration: 2039-03-25
Also published as: JP2020159568A

Description

本発明は、燃焼判定装置および燃焼装置に関する。

燃焼炉、乾燥炉、およびボイラなどで用いられる燃焼装置では、燃焼装置が異常な状態になるのを未然に防ぐことが重要であり、不着火や断火などが発生すると、この状態を検出して燃焼運転を停止させる。しかしながら、燃焼運転を停止させると、設備によっては操業停止となる。設備の復旧は緊急を要するが、燃焼装置における不着火や断火は、バーナ周辺機器の状況が複雑であるため、復帰に時間がかかることが多い。このため、燃焼運転中に、運転停止につながる予兆が診断できるようにすることが要求されている。

例えば、バーナの燃焼炎の状態を把握することで、燃焼運転の停止につながる予兆の診断をすることが考えられる。バーナの燃焼炎の状態の把握としては、燃焼炎をカメラで撮影し、撮影した画像データの赤色成分に基づいて、バーナに供給されている燃料と空気との比を検出することで、バーナに供給されている燃料と空気との比を検出する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１８－１７４１３号公報

しかしながら、燃焼炉などにおいては、高温燃焼状態で運転していると、燃焼室の壁面も加熱されて高温となる。このように、壁面が高温になると、炉壁の輻射と呼ばれている、壁面から光が放射される状態となる。この炉壁の輻射は、バーナが消炎した後も、ある程度の時間継続する。また、炉壁の輻射は、可視光域の光も含まれており、赤色の成分も含まれている。このため、前述した従来の技術では、消炎した後も、燃焼が継続しているものと誤判断する場合が発生するなど、バーナの燃焼炎の状態が正確に把握できないという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、バーナの燃焼炎の状態をより正確に把握することを目的とする。

本発明に係る燃焼判定装置は、供給される燃料による燃焼炎を生成するバーナの燃焼炎より生じる紫外光の光量を計測するように構成された第１計測部と、燃焼炎より生じる可視光の光量を計測するように構成された第２計測部と、第１計測部が計測した第１計測結果と、第２計測部が計測した第２計測結果とに基づいて、燃焼炎の状態を評価するように構成された評価部と、評価部の評価結果によって燃焼炎の燃焼状態を判定して判定結果を出力するように構成された判定部とを備える。

上記燃焼判定装置の一構成例において、評価部は、第１計測結果が設定されている第１基準値より大きく、かつ第２計測結果が設定されている正常値の範囲内の場合に第１状態と評価し、第１計測結果が設定されている第１基準値より大きく、かつ第２計測結果が設定されている正常値の範囲の上限より大きい場合に第２状態と評価し、第１計測結果が設定されている第１基準値より大きく、かつ第２計測結果が設定されている正常値の範囲の下限より小さい場合に第３状態と評価する。

上記燃焼判定装置の一構成例において、判定部は、評価部が第１状態と評価すると、燃焼炎の燃焼状態は正常と判定し、評価部が第２状態と評価すると、燃焼炎の燃焼状態は空気過多と判定し、評価部が第３状態と評価すると、燃焼炎の燃焼状態は空気不足と判定する。

上記燃焼装置の一構成例において、複数の第２計測部を備え、複数の第２計測部が計測した全ての第２計測結果が、設定されている許容値の範囲内で一致していない場合に警報を発令するように構成された警報部をさらに備える。

上記燃焼判定装置の一構成例において、第１計測部は、紫外光域に波長感度を有する光センサから構成され、第２計測部は、可視光域に波長感度を有する光センサから構成されている。

本発明に係る燃焼装置は、供給される燃料による燃焼炎を生成するバーナと、バーナの燃焼炎より生じる紫外光の光量を計測するように構成された第１計測部と、燃焼炎より生じる可視光の光量を計測するように構成された第２計測部と、第１計測部が計測した第１計測結果と、第２計測部が計測した第２計測結果とに基づいて、燃焼炎の状態を評価するように構成された評価部と、評価部の評価結果によって燃焼炎の燃焼状態を判定して判定結果を出力するように構成された判定部とを備える。

上記燃焼装置の一構成例において、評価部は、第１計測結果が設定されている第１基準値より大きく、かつ第２計測結果が設定されている正常値の範囲内の場合に第１状態と評価し、第１計測結果が設定されている第１基準値より大きく、かつ第２計測結果が設定されている正常値の範囲の上限より大きい場合に第２状態と評価し、第１計測結果が設定されている第１基準値より大きく、かつ第２計測結果が設定されている正常値の範囲の下限より小さい場合に第３状態と評価する。

上記燃焼装置の一構成例において、判定部は、評価部が第１状態と評価すると、燃焼炎の燃焼状態は正常と判定し、評価部が第２状態と評価すると、燃焼炎の燃焼状態は空気過多と判定し、評価部が第３状態と評価すると、燃焼炎の燃焼状態は空気不足と判定する。

上記燃焼装置の一構成例において、第１計測部は、紫外光域に波長感度を有する光センサから構成され、第２計測部は、可視光域に波長感度を有する光センサから構成されている。

上記燃焼装置の一構成例において、バーナへの点火を行うように構成された点火装置と、バーナに燃料を供給するように構成された燃料供給部と、バーナに空気を供給するように構成された空気供給部と、燃料供給部によるバーナへの燃料の供給流量と、空気供給部によるバーナへの空気の供給流量とを調節して、バーナの燃焼状態を制御するように構成された燃焼制御部とをさらに備える。

以上説明したように、本発明によれば、燃焼炎より生じる紫外光の光量を計測する第１計測部と、燃焼炎より生じる可視光の光量を計測する第２計測部とを用いるようにしたので、バーナの燃焼炎の状態がより正確に把握できる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る燃焼装置の構成を示す構成図である。図２Ａは、第１計測部１０１が、計測した第１計測結果の一例を示す特性図である。図２Ｂは、第２計測部１０２が、計測した第２計測結果の一例を示す特性図である。図２Ｃは、第２計測部１０２が、計測した第２計測結果の他の例を示す特性図である。図３は、本発明の実施の形態２に係る燃焼装置の構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１に係る燃焼装置１１０ついて、図１を参照して説明する。燃焼装置１１０は、燃焼判定装置１００、バーナ１１１、点火装置１１２，燃料供給部１１３、空気供給部１１４、燃焼制御部１１５を備える。また、燃焼判定装置１００は、第１計測部１０１、第２計測部１０２、評価部１０３、判定部１０４を備える。

バーナ１１１は、供給される燃料による燃焼炎１２１を生成する。点火装置１１２は、バーナ１１１への点火を行う。燃料供給部１１３は、バーナ１１１に燃料を供給する。空気供給部１１４は、バーナ１１１に空気を供給する。燃焼制御部１１５は、燃料供給部１１３によるバーナ１１１への燃料の供給流量と、空気供給部１１４によるバーナ１１１への空気の供給流量とを調節して、バーナ１１１の燃焼状態を制御する。また、燃焼制御部１１５は、点火装置１１２を介したバーナ１１１の点火制御、バーナ１１１の燃焼監視、およびバーナ１１１への燃料の供給と停止を制御する安全遮断弁（不図示）など制御も行う。

第１計測部１０１は、バーナ１１１の燃焼炎１２１より生じる紫外光の光量を計測する。第１計測部１０１は、紫外線検出管などの紫外光域に波長感度を有する光センサから構成することができる。第２計測部１０２は、燃焼炎１２１より生じる可視光の光量を計測する。第２計測部１０２は、可視光域に波長感度を有する光センサから構成することができる。第２計測部１０２は、例えば、アズビル株式会社製の「ＡＦＤ１００」である。

評価部１０３は、第１計測部１０１が計測した第１計測結果と、第２計測部１０２が計測した第２計測結果とに基づいて、燃焼炎１２１の状態を評価する。評価部１０３は、例えば、第１計測結果が設定されている第１基準値より大きく、かつ第２計測結果が設定されている正常値の範囲内の場合に第１状態と評価する。また、評価部１０３は、第１計測結果が設定されている第１基準値より大きく、かつ第２計測結果が設定されている正常値の範囲の上限より大きい場合に第２状態と評価する。また、評価部１０３は、第１計測結果が設定されている第１基準値より大きく、かつ第２計測結果が設定されている正常値の範囲の下限より小さい場合に第３状態と評価する。

判定部１０４は、評価部１０３の評価結果によって燃焼炎１２１の燃焼状態を判定して判定結果を出力する。判定部１０４は、例えば、評価部１０３が第１状態と評価すると、燃焼炎１２１の燃焼状態は正常と判定する。また、判定部１０４は、評価部１０３が第２状態と評価すると、燃焼炎１２１の燃焼状態は空気過多と判定する。また、判定部１０４は、評価部１０３が第３状態と評価すると、燃焼炎１２１の燃焼状態は空気不足と判定する。これらの判定結果が、例えば、図示しない表示部に表示される。

例えば、第１計測部１０１が、ある時間の間に計測した第１計測結果が、図２Ａに示すように変化し、第２計測部１０２が、ある時間の間に計測した第２計測結果が、図２Ｂに示すように変化した場合を考える。図２Ａに示す第１計測結果は、全ての測定時間において、設定されている第１基準値より大きい。また、図２Ｂに示す第２測定結果は、全ての測定時間において、設定されている正常値の範囲内となっている。このような測定結果が得られた場合は、評価部１０３は、第１状態と評価し、判定部１０４は、燃焼炎１２１の燃焼状態は正常と判定する。

一方、第１計測部１０１が、ある時間の間に計測した第１計測結果が、図２Ａに示すように変化し、第２計測部１０２が、ある時間の間に計測した第２計測結果が、図２Ｃに示すように変化した場合を考える。図２Ｃに示す第２測定結果は、（ａ）の測定時間において、設定されている正常値の範囲の上限より大きい。このような測定結果が得られた場合は、評価部１０３は、第２状態と評価し、判定部１０４は、燃焼炎１２１の燃焼状態は空気過多と判定する。

以上に説明したように、実施の形態１によれば、判定部１０４の判定結果を参照することで、バーナの燃焼炎の状態をより正確に把握することができる。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る燃焼装置１１０ａついて、図３を参照して説明する。燃焼装置１１０ａは、燃焼判定装置１００ａ、バーナ１１１、点火装置１１２，燃料供給部１１３、空気供給部１１４、燃焼制御部１１５を備える。また、燃焼判定装置１００ａは、第１計測部１０１、第２計測部１０２、評価部１０３、判定部１０４を備える。これらの構成は、前述した実施の形態１と同様である。

実施の形態２では、まず、燃焼判定装置１００ａが、複数の第２計測部１０２を備える。また、燃焼判定装置１００ａが、警報部１０５を備える。警報部１０５は、複数の第２計測部１０２が計測した全ての第２計測結果が、設定されている許容値の範囲内で一致していない場合に警報を発令する。複数の第２計測部１０２が計測した全ての第２計測結果が、おおよそ一致していれば、燃焼炎１２１の状態は正常であると判断することができる。これに対し、複数の第２計測部１０２が計測した全ての第２計測結果が、設定されている許容値の範囲内で一致していない場合は、燃焼炎１２１に異常が発生しているものと判断することができ、この場合に警報が発令される。

以上に説明したように、本発明によれば、燃焼炎より生じる紫外光の光量を計測する第１計測部と、燃焼炎より生じる可視光の光量を計測する第２計測部とを用いるようにしたので、バーナの燃焼炎の状態がより正確に把握できるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１００…燃焼判定装置、１０１…第１計測部、１０２…第２計測部、１０３…評価部、１０４…判定部、１１１…バーナ、１１２…点火装置、１１３…燃料供給部、１１４…空気供給部、１１５…燃焼制御部、１２１…燃焼炎。

Claims

供給される燃料による燃焼炎を生成するバーナの燃焼炎より生じる紫外光の光量を計測するように構成された第１計測部と、
前記燃焼炎より生じる可視光の光量を計測するように構成された第２計測部と、
前記第１計測部が計測した第１計測結果と、前記第２計測部が計測した第２計測結果とに基づいて、前記燃焼炎の状態を評価するように構成された評価部と、
前記評価部の評価結果によって前記燃焼炎の燃焼状態を判定して判定結果を出力するように構成された判定部と
を備え、
前記評価部は、
第１計測結果が設定されている第１基準値より大きく、かつ第２計測結果が設定されている正常値の範囲内の場合に第１状態と評価し、
第１計測結果が設定されている第１基準値より大きく、かつ第２計測結果が設定されている正常値の範囲の上限より大きい場合に第２状態と評価し、
第１計測結果が設定されている第１基準値より大きく、かつ第２計測結果が設定されている正常値の範囲の下限より小さい場合に第３状態と評価する
ことを特徴とする燃焼判定装置。
請求項１記載の燃焼判定装置において、
前記判定部は、
前記評価部が前記第１状態と評価すると、前記燃焼炎の燃焼状態は正常と判定し、
前記評価部が前記第２状態と評価すると、前記燃焼炎の燃焼状態は空気過多と判定し、
前記評価部が前記第３状態と評価すると、前記燃焼炎の燃焼状態は空気不足と判定する
ことを特徴とする燃焼判定装置。
請求項１または２記載の燃焼判定装置において、
複数の前記第２計測部を備え、
複数の前記第２計測部が計測した全ての前記第２計測結果が、設定されている許容値の範囲内で一致していない場合に警報を発令するように構成された警報部をさらに備えることを特徴とする燃焼判定装置。
請求項１～３のいずれか１項に記載の燃焼判定装置において、
前記第１計測部は、紫外光域に波長感度を有する光センサから構成され、
前記第２計測部は、可視光域に波長感度を有する光センサから構成されている
ことを特徴とする燃焼判定装置。
供給される燃料による燃焼炎を生成するバーナと、
前記バーナの燃焼炎より生じる紫外光の光量を計測するように構成された第１計測部と、
前記燃焼炎より生じる可視光の光量を計測するように構成された第２計測部と、
前記第１計測部が計測した第１計測結果と、前記第２計測部が計測した第２計測結果とに基づいて、前記燃焼炎の状態を評価するように構成された評価部と、
前記評価部の評価結果によって前記燃焼炎の燃焼状態を判定して判定結果を出力するように構成された判定部と
を備え、
前記評価部は、
第１計測結果が設定されている第１基準値より大きく、かつ第２計測結果が設定されている正常値の範囲内の場合に第１状態と評価し、
第１計測結果が設定されている第１基準値より大きく、かつ第２計測結果が設定されている正常値の範囲の上限より大きい場合に第２状態と評価し、
第１計測結果が設定されている第１基準値より大きく、かつ第２計測結果が設定されている正常値の範囲の下限より小さい場合に第３状態と評価する
ことを特徴とする燃焼装置。
請求項５記載の燃焼装置において、
前記判定部は、
前記評価部が前記第１状態と評価すると、前記燃焼炎の燃焼状態は正常と判定し、
前記評価部が前記第２状態と評価すると、前記燃焼炎の燃焼状態は空気過多と判定し、
前記評価部が前記第３状態と評価すると、前記燃焼炎の燃焼状態は空気不足と判定する
ことを特徴とする燃焼装置。
請求項５または６記載の燃焼装置において、
複数の前記第２計測部を備え、
複数の前記第２計測部が計測した全ての前記第２計測結果が、設定されている許容値の範囲内で一致していない場合に警報を発令するように構成された警報部をさらに備えることを特徴とする燃焼装置。
請求項５～７のいずれか１項に記載の燃焼装置において、
前記第１計測部は、紫外光域に波長感度を有する光センサから構成され、
前記第２計測部は、可視光域に波長感度を有する光センサから構成されている
ことを特徴とする燃焼装置。
請求項５～８のいずれか１項に記載の燃焼装置において、
前記バーナへの点火を行うように構成された点火装置と、
前記バーナに燃料を供給するように構成された燃料供給部と、
前記バーナに空気を供給するように構成された空気供給部と、
前記燃料供給部による前記バーナへの燃料の供給流量と、前記空気供給部による前記バーナへの空気の供給流量とを調節して、前記バーナの燃焼状態を制御するように構成された燃焼制御部と
をさらに備えることを特徴とする燃焼装置。