JPH02236425A - 燃焼火炎画像処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、発電用ボイラの火炉内部の燃焼火炎を画像と
して計測し、火炉を制御する方法に係り、特に火力発電
などに用いるボイラの燃焼状態を制御するのに好適な火
炎画像処理に関する。

〔従来の技術〕

従来、ボイラ炉内の火炎から燃焼状態を知るための方法
として，燃焼時の火炎をバーナノズルの対向壁面に取り
付けられたＩＴＶを用いる方法、炉壁に取り付けられて
いる覗き窓から点検する方法、伝熱管の温度管理などが
主流を占めてきた。

しかし、これらはボイラ運転中の燃焼状態の監視につい
ては、定量化された出力値がなかったため、運転員は経
験と勘に頼らざるを得なく、迅速な対応ができないとい
う問題があった。また、ＩＴＶによる燃焼状態の監視で
は、炉壁の取りつけられたＩＴＶを用いて、対向壁のバ
ーナノズルを映して監視するため、運転時には渦巻いた
状態となり、燃焼状態を的確に判断することが難かしく
，これもまた運転員の経験と勘に頼っていた。

特開昭５５−４６３６８号公報に記載されているように
最近の光応用技術の進展に伴い，燃焼火炎の光をライト
ガイドで伝送し，さらに演算処理することにより、炎の
燃焼状態を客観的に判断できるようになってきた。

以下この従来例を第２図に基づき詳細に説明する。ボイ
ラなどの燃焼装置の炉壁１に取りつけられたバーナ２の
近傍の炉壁１に覗き孔３が設けられ、該覗き孔３に着脱
自在に管体４が取りつけられて、その管体４内に蓋体５
に取りつけられた筒体６が挿入されている。そして筒体
６は好ましくは蓋体５に固定された外ｆｆＪ６ａと、該
外筒６ａに摺動自在な内筒６ｂとにより成っている。そ
して外筒６ａの先端部にバーナ先端７による燃焼火炎８
の光を集光する凸レンズよりなる集光レンズ９が設けら
れているとともに、内筒６ｂの内部には、該集光レンズ
９によって集光された燃焼火炎８の光を伝送する複数の
ライトガイド１０が収納されている。なお、ライトガイ
ド１０の集光レンズ９側の一端は、複数のライトガイド
１０面が例えば、合成樹脂等で結合さ九、鏡面研磨され
ている。そして複数本、例えば１６本のライトガイド１
０の他端は、それぞれ個別の分岐支で分岐され、一方は
光を電気信号に変換するライトガイド１０の数に対応す
る光電変換素子にそれぞれ導入され、単一のライトガイ
ド１０によって伝送された燃焼炎の光に対応した電気信
号に変換される。なお，管体４中には集光レンズ９にス
ス等が付着するのを防ぐためのエアーカーテン形成用あ
るいは，集光レンズ９洗浄泪等の空気吹出しノズル１５
を集光レンズ９の前方に設けるのが好ましく，されに集
光レンズ９等が過熱するのを防止するため、炉内圧より
もわずかに高い圧力の冷却用空気を炉内に吹き込む冷却
用吸込口１６を設けるのが望ましい。

そして，前記の光電変換素子よりの電気信号は演算装置
により演算処理される。このようにして、燃焼火炎の光
は電気信号に変換され、火炎の有無を検出できる。

しかし、本公知例では燃焼火炎から得られる光の有無か
ら燃焼の有無を検出するにとどまっており、燃焼火炎が
有する情報を有効に活用する点まで記述されていない欠
点がある。

また、特開昭６０−１３３２１８号公報においては、」
二記公知例を更に進めて、火炉内のバーナ火炎による光
像を広角レンズによりとらえ、その光像を上記広角レン
ズの光軸上に配置したイメージファイバを介してイメー
ジセンサに受光させ、その出力により、前記バーナ火炎
による光の輝度平均値を求めると共に、前記イメージセ
ンサ上における光像の特定位置の強度から輝度パターン
情報を得，これら輝度平均値および輝度パターン情報に
基づいて被検出バーナの燃焼状態をチェックするように
している。しかし、本公知例でも燃焼火炎の着火状況を
検出することを主眼にしているため、燃焼火炎の根元で
あるバーナに近い部分だけを検出している。このため、
燃焼火炎で最も輝度レベルが低い領域を観測しており，
最も輝度レベルが高い領域で燃焼に関する情報量が多い
領域をＩＩ測してなく、燃焼火炎が有する情報を十分に
活用していない欠点がある。

更に、実開昭５６−３３４４７号公報では、炉内の燃焼
状態を監視するために、炉壁の縦横に多数取付けろ九た
複数個の光学繊維束と、各光学繊維束より電送された光
量を光電変換する光電変換素子と、該光電変換素子の出
力を増巾する増巾器と、増巾器よりの出力を演算処理す
る演算装置とから構成され、炉内の燃焼火炎の発する輝
度を測定して輝度分布を求めている。

しかし，本公知例は多数の水冷管を炉壁に設けた火力発
電所に用いられているボイラには適用できない欠点があ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、火力発電所のボイラの燃焼火炎から発
する輝度情報が最も多い、高輝度部分の情報を有効に使
用する点について配慮がされておらず、燃焼火炎の状態
を十分把握する点で問題があった。本発明の目的は，ボ
イラ内の燃焼火炎を大きくとらえ、その視野で発する輝
度情報を十分に活用するための燃焼火炎画像処理方法を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、１つの燃焼火炎全体を少なくとも２組の受
光手段で受光し、該受光した光の輝度情報で火炎画像の
輪郭を画像処理手段で抽出し、該輪郭の一部に重なる部
分を設けて重なった部分を両方の輝度基準値とし、該基
準値に基づき両方の輝度を修正し、該修正した輝度を合
成することによって１つのｍ焼入炎の画像とし、燃焼率
の推定をすることにより、達成される。

〔作用〕

１つの燃焼火炎を少なくとも２組の受光手段で受光させ
、燃焼火炎全体をＲ察し、ａ察した視野に燃焼部共通の
重ね合せを同じ大きさとしてとらえ、画像処理するとき
の各画素を代表する面積を等しくなるよう受光手段を修
正し、燃焼火炎画像処理の情報を多く入手し燃焼率を推
定する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図，第３図〜第５図を用
いて説明する。炉壁１の外側に固定フランジ２０で燃焼
火炎８の光を集光する広角レンズを光端に装着し，該広
角レンズによって集光された燃焼火炎８の光を伝送する
イメージファイバ２３を内蔵し、広角レンズ及びイメー
ジファイバ２３が燃焼火炎８から生じた熱によって破損
しないように冷却するための冷却水２１が流入，流出し
更に、先端部に装着した広角レンズの前面が燃焼の際発
生するススなとでくもらないようにするための，パージ
エア２２の流入口を具備した筒体６が覗き孔３に固定さ
れている。イメージファイバ２３の一部は筒体６の外部
に導びかれ、広角レンズで集光した燃焼火炎８から発生
した光を電気信号に変換する、例えば撮像管や固体撮像
素子などの光電変換素子を内蔵したイメージセンサ、即
ち、ＩＴＶカメラ２４に接続されている。ＩＴＶカメラ
２４で電気信号に変換された燃焼火炎８からの情報は例
えば，ビデオテープレコーダに記録され、画像としてＣ
ＲＴ２６でａｉ１！測され、画像処理によって燃焼状態
の監視や燃焼の制御に使用されるようになる。本発明で
は，上記構成を１つの燃焼火炎８に対して、少なくとも
２組以上具備し、例えば第３図に示すように４段６列で
形成されたバーナ群を有するボイラにおいては、バーナ
群の側面でかつ，各段バーナ中心軸とほぼ同一平面内に
，覗き孔３が少なくとも２組以上設けられ、覗き孔３に
各々第１図に示した筒体６を含む光学系が設けられてい
る。

第４図に覗き孔３が１個の場合、第５図に本発明での覗
き孔が２個の場合の、燃焼火炎８の大きさとｉｌｌでき
る視野の位置の関係を示す。このときの条件で広角レン
ズの画角は７０’で、燃焼火炎８までの距離は約１．７
７ｍである。

燃焼火炎８の長さは通常４ｍ以上であるが，第４図の従
来例ではバーナロ７をＲｍ視野３０へ含めると燃焼火炎
８の根元側の１／２程度しか観察できないことになる。

これに対し，第５図の本発明の例では燃焼火炎８の大部
分を観察しうろことになる。この場合、第５図で観察視
野３０と３１で燃焼火炎８の輪郭が一致することが重要
であり、２組の光学系の調整によっても燃焼火炎８の輪
郭を一致させることも可能である。しかし、このような
調整は研究室のように条件を整えやすい場所では容易で
あるが、ボイラのように種々振動や制限があるところで
は困難である。

このような場合には、得られた燃焼火炎画像の輪郭を画
像処理装置により抽出し，その輪郭を一敗させるのが一
般的に用いられている。しかし燃焼火炎８のように刻々
と現象が変化し、ゆらぎが多い場合には輪郭がぼやけて
いるために，＠郭で一致させることは困難である。

そこで，燃焼火炎８から広角レンズで集光されＩＴＶカ
メラで電気信号に変換されて得られた燃焼火炎８の輝度
パターンを各々の視野で比較し、類似度、例えば相関係
数や相関関数等が最も良い軸を同一位置を示すものとし
て、ｆｌしている２つの視野を合成することによって、
１つの燃焼火炎８としてＷＡ察できるようになる。この
場合、先に述べたように、燃焼火炎８ではススが発生し
、パージエアでパージしていても経時的に広角レンズの
燃焼火炎側は曇ってくることがある。この場合、ａｍし
ている少なくとも２組の広角レンズのくもり具合が全く
同一になることは考えられず、輝度パターンで比較し、
重ね合せることは誤差が大きくなる可能性がある。この
ようなときには、第１図のＩＴＶカメラ２４に替えて、
カラーＩＴＶカメラのように少なくとも、２波長の輝度
情報が同時に計測できるカメラを使用し，この２波長の
輝度を比較することによって、２色光温計の原理で輝度
を温度に換算できる。このようにして得られた温度パタ
ーンはススなどによって、広角レンズがくもっていたと
しても影響は受けないので，輝度パターンと同様の方法
で観察している２視野を合成したとしても精度は高《な
る。このとき、２波長としては高はでの輝度レベルが高
い赤色を中心として選ぶ方が良い。本実施例によれば、
ボイラ内の１つの燃焼火炎８のバーナＯＲＭで、かつバ
ーナ中心軸とできるだけ同一平面内に設置した少なくと
も２箇所の覗き孔に水冷管で保護された広角レンズを先
端部に装着したイメージファイバを挿入し、同一の燃焼
火炎８を少なくとも２視野でｗｌ察し、かつ視野の一部
が燃焼火炎８の同一部分を含むような構成の覗き孔位置
及び、広角レンズの百角とすることによって、観察して
いる視野に共通の燃焼火炎８の部分を有しており、この
部分を重ね合せることにより、１つの広角レンズを用い
た場合や、多数の視野を得る構成にしても視野に重なり
合った部分がない場合には、とらえることができない燃
焼火炎８全体をとらえ，燃焼火炎画像処理の情報を多く
入手でき、ボイラの制御を効果的に行うことができる。

また、重ね合せるときの画像情報は最も簡単には燃焼火
炎８が発する輝度情報があるが、輝度情報は光学系が異
なったり、レンズが曇ったりすると変化するので、これ
に対する補正を行う必要がある。これに対して、２波長
温度計の原理を利用して２波長の輝度情報から得られる
温度情報は、光学系やレンズの曇り等に影響されないの
で少なくとも２視野以上でとらえた燃焼火炎８を重畳す
る場合には、温度情報が最も有効であり、温度より火炎
の輻射エネルギーが得られ、このエネルギーを用いて重
畳してもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば，１つの燃焼火炎を２組の受光手段で受
光でき、受光した光の輝度情報を画像処理で燃焼火炎の
輪郭を重ね合せ燃焼火炎全体の視野ができ、燃焼情報量
が多く計測できるので、燃焼率の推定精度の向上が図れ
、燃焼の制御に優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図，第２図は従来
例の構成図，第３図はボイラに適用するための２組の覗
き孔の設置した図、第４図は従来のＩ！察視野図、第５
図は本発明のｗｉ察視野を示す図である。 第　１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、１つの燃焼火炎全体を少なくとも２組の受光手段で
   受光し、該受光した光の輝度情報で火炎画像の輪郭を画
   像処理手段で抽出し、該輪郭の一部に重なる部分を設け
   て重なった部分を両方の輝度基準値とし、該基準値に基
   づき両方の輝度を修正し、該修正した輝度を合成するこ
   とによって１つの燃焼火炎の画像とし、燃焼率の推定を
   することを特徴とする燃焼火炎画像処理方法。 ２、前記燃焼火炎の輝度情報から変換した温度、あるい
   はエネルギー情報を用いて、各画素の類似度を相関係数
   、自己相関関数などで比較し、類似度が大きい位置を検
   出し、合成処理することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の燃焼火炎画像処理方法。