JPH0313715A - 燃焼炉用火炎検出装置 - 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、複数のバーナが設置された燃焼炉内のバーナ
に火がついているか、消えているかを識別する火炎検出
装置に関する。

〔従来の技術〕

コーナファイアリングボイラ等のように複数のバーナを
有する燃焼炉内のバーナの燃焼状態を識別するために採
用されている火炎検出方式としては、バーナ付近に火炎
検出器を設置し、それぞれの火炎から発生する一定領域
の波長をＣｄＳ　（硫化カドニウム）セル、ＰｂＳセル
、光導電管等で検出し、その波長領域における発光強度
を検出する方式が主流である。また近年、石油プラント
、発電プラント等各分野の工場において、安全対策、ロ
ングラン対策、あるいは省力化等の要請により、設備監
視の自動化要求が強まっている。そのため、テレビカメ
ラ等でバーナの火炎を撮影し、その火炎の画像を画像処
理して異常の有無判定するケースも見られる。

その例としては、特開昭５６−２３６３０号公報に示さ
れるように、火炎を赤外線テレビカメラでとらえ、得ら
れた火炎の温度分布を基に求めた実際の火炎パターンと
、標準状態にある火炎のパターンとを比較して、燃焼状
態を把握する方法がある。

また他の例としては、特開昭６３−６３２２号公報に示
されているように、着火識別対象バーナが形成する火炎
域をイメージセンサ−により複数に分割した区画毎の画
像としてとらえ、この分割した各区画毎の輝度に基づき
、ブラックスカート端部の形状を検出し、あらかじめ検
出しである燃焼時のブラックスカート端部の形状と比較
して着火と消火とを区別する方法もある。ここで、ブラ
ックスカートとは、バーナ噴出口の近傍での燃料の未燃
分により、火炎の輝度が低下する部分である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、それぞれの火炎から発生している一定領域の波
長を受光し、その発光強度から火炎を検出する従来の方
法では、油、ガス、微粉炭等の燃料を混焼させている場
合、同一波長でもそれぞれの発光強度が異なり、同一の
検出器で燃料の種類別にそれぞれの火炎を検出すること
は不可能である。また、特にコーナファイアリングボイ
ラにおいて、火炎検出器はそれぞれのバーナの近傍に設
置されてはいるが、検出すべきバーナが消えていたとし
ても、炉内の輝度も高い状態に保たれるため、対向する
バーナの火炎を検知したり、また火炎のゆらぎのために
隣接するバーナの燃焼を検知して誤信号を出力する場合
が多い。

また、火炎の温度分布を基に燃焼状態を把握する従来の
方法では、燃焼炉内に生じる燃焼ガスの乱流拡散により
、火炎の形状が不規則に変化したり火炎のゆらぎが生じ
る。そのため、゛火炎の温度分布の形状のみから各バー
ナの燃焼状態を迅速かつ精度よく把握することが難しか
った。

また、特開昭６３−６３２２号公報のブラックスカート
端部の形状を検出し、あらかじめ検出しておいたものと
比較して着火と消火とを区別する従来の方法では、バー
ナ先端の未燃部分を中心に測定するため、検出器に高い
検出精度が要求され、また各バーナごとに測定環境条件
が厳しい燃焼炉内に検出器を設置する必要がある。その
ため検出器の保守点検の頻度が多くなり、保守、メンテ
ナンス等の作業性に問題があった。

この発明は上記如き事情に鑑みてなされたものであって
、燃焼炉バーナ火炎の燃焼状態の検知において、隣接す
る他のバーナに影響されることなく、迅速かつ精度よく
各バーナの燃焼状態を判断することを可能とし、簡便な
手段でバーナの燃焼状態を検出し、保守性の優れた装置
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的に対応して本発明の火炎検出装置は、複数のバ
ーナが設置された燃焼炉内の画像を作成する画像作成手
段と、作成された画像からバーナの火炎の特徴部分また
は炉内の特定部分に関連する画像部分を抽出し、この画
像部分に関連する画像信号を二値化処理し、二値化処理
した信号に基づき抽出した画像部分の濃淡分析処理を行
ない、燃焼炉内の安定燃焼限界点を示す所定の値と、前
記濃淡分析処理結果とを比較する演算手段と、比較結果
を判断し警報を発する手段とを備えたことを特徴とする
。

さらに、画像作成手段に光ファイバケーブルを接続し、
炉内の画像を光ファイバケーブルを介して外側に位置す
るテレビカメラに導き、画像作成を行うことが好ましい
。

〔作用〕

本発明の火炎検知装置では、上記のように構成し、燃焼
炉内の状態を撮影し、画像情報として取り出し、取り出
された画像情報からバーナの燃焼状態に関連する部分の
画像部分を抽出する。抽出した画像部分に対応する画像
信号を濃淡情報とするため所定の閾値レベルに従って二
値化する。この二値化した各画素の濃淡情報に基づき上
記画像部分全体の濃淡度を求る。この濃淡度はバーナの
燃焼状態に関係しており、具体的にはバーナの燃焼状態
が悪いときは画像は暗く、画像濃度は濃くなり、燃焼状
態が良いときは画像が明るく、画像濃度は淡くなる。そ
こでこの濃淡度を検出判定することによりバーナの燃焼
状態を判別することができる。また、この濃淡度を検出
するため画像信号を二値化することにより判別速度を高
めかつ安定した状態で燃焼状態を検出する。そしてこの
ように得られた濃淡度を炉内の安定燃焼限界状態の；濃
淡度と比較し、バーナの燃焼状態を判断して警報を発し
、炉内のバーナの安定した燃焼を確保する。

また、炉内の画像情報を取り出す際、光ファイバケーブ
ルを用いて炉内の画像情報を炉外に導き、画像作成手段
であるテレビカメラ等に接続し、熱に弱い画像作成手段
たるテレビカメラを炉外に設置とし、画像作成手段の熱
による破壊を防止し、保守点検を容易にすることが好ま
しい。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明に従う火炎検出装置の一具体例を燃焼
炉に装着した状態の全体構成を示す。

第１図に示す構成では、燃焼炉であるコーナファイアリ
ングボイラ１内には複数のバーナ８が設けられ、コーナ
ファイアリング１の上部にはこのバーナ８の火炎９等の
画像を炉外に導くため、光ファイバケーブルの一端が挿
入されている。そしてこの光ファイバケーブル２の先端
にはレンズ（図示せず）が取り付けられており、レンズ
周囲には冷却、よごれ防止のためにパージ用空気が注入
できるようになっている。そしてこの光ファイバケーブ
ル２の他端には白黒テレビカメラ３が接続されている。

炉内の火炎等の撮影には燃焼炉内に直接テレビカメラを
取り付けることも可能であるが、燃焼炉内は温度も高く
環境条件が厳しいので、上記のように、光ファイバケー
ブルを用い、その先端にレンズを装着し、更にパージ用
空気を注入するようにして光フアイバーケーブルを検出
データ導出手段として用い、この検出データ導出手段に
テレビカメラを取り付け、テレビカメラを炉内の熱にさ
らさないようにしておくことが好ましい。

この白黒テレビカメラ３は同軸ケーブル４ａを介して画
像処理装置４に接続されている。この画像処理装置４に
は燃焼炉内の火炎の画像表示を行なうデイスプレィ装置
５、操作キーボード６及び警報器７が接続され、このデ
イスプレィ装置５は炉内を撮影した画像ばかりでな（、
操作キーボード６を操作することにより、画像処理装置
４の画像処理状況、具体的にはウィンドウ部分の位置・
面積、あるいは二値化のための閾値レベルの変更等を行
なった際の状況表示したり、演算処理の過程を監視し、
異常の際はその旨を表示する機能を持つものである。ま
た警報器７は画像処理装置４からの警報信号に基づき警
報を出す。そしてこの警報信号は画像処理装置４が炉内
のバーナの火炎等の画像処理結果と正常状態での火°炎
状態のデータとを比較演算し、その結果バーナ８を消え
ていると判断されたとき発せられる。

次に画像処理装置４の具体的動作について、第２図、第
３図に基づいて詳述する。

上記のように、コーナファイアリングボイラ１内のバー
ナ８の火炎等の画像は、光ファイバケーブル２を経由し
て白黒テレビカメラ３で撮影され、デイスプレィ装置５
に表示される。このデスプレイ装置５の画像表示状態を
第２図に示す。第２図に示すようにコーナファイアリン
グボイラ１内には各コーナにバーナ８ａ、８ｂ、８ｃ及
び８ｄが設けられ、それぞれの火炎１０〜１４が、デス
プレイ装置５に画像表示される。そしてＡ−Ｄは、画像
処理を行なうために抽出された画像ウィンドウ部分を示
し、Ａ−Ｄは火炎１０〜１４の特徴部分であり、火炎の
安定領域である内炎部分の画像ウィンドウ部分を、Ｅは
コーナファイアリングボイラ１内の中央部分に対応する
中央ウィンドウ部分を示す。そしてこれらのウィンドウ
部分Ａ、Ｂ。

ＣＳＤ及びＥは、デイスプレィ装置５の画面から画像抽
出され、画像処理される。

次に上記画像処理方法を、第３図を用いて説明する。第
３図は画像処理装置４にて各画像処理を実行する例を示
すフローチャートである。

画像演算処理開始後、まず画像処理条件、例えば、ウィ
ンドウ部分のデイスプレィ装置５の画面上での位置、面
積または白黒の二値化変換のための閾値レベルの変更を
行う必要があるかどうか判断される（ステップ１５）。

燃焼炉内の運転条件を変更される時などは、この画像処
理条件の変更が必要になる。

次にウィンドウ部分Ａの計測・画像処理を行う。

第２図で示したウィンドウ部分Ａの画像を白黒テレビカ
メラ３の全体画像から抽出し、取り込む（ステップ１６
）。そして抽出し取り込んだウィンドウ部分Ａの画像を
、例えば５０Ｘ６０−３０００画素（ポイント）又は５
０Ｘ５０−２５００画素に分割し、分割した画素のそれ
ぞれの濃淡を、濃淡レベル信号として入力（ステップ１
７）し、次にこれ以降の処理を容易にするために二値化
処理を行なう（ステップ１８）。この二値化処理では、
先に定めた二値化レベルとなる閾値レベルに基づき、各
画素の濃淡レベル信号を二値信号、具体的には白色情報
と黒色情報に変換する。次にそれぞれの情報、すなわち
白色情報、黒色情報に対応する部分の面積を求める（ス
テップ１９）・。ここで求められた各情報の面積がウィ
ンドウ部分Ａの画像濃淡度情報となる。次に、この画像
濃淡度情報が、ウィンドウ部分Ａに対して予め設定しで
ある安定燃焼限界点に対応する画像濃淡度情報に対応す
る規定値以上か否かを判断し、規定値以上であればバー
ナ８ａの火炎９が正常であると判断し、また、規定値以
下であればバーナ８ａが消えていると判断する（ステッ
プ２０）。

バーナ８ａが消えていると判断したときは、信号をＡＮ
Ｄ１０Ｒ機能ブロック２３に転送する。

更に上記判断ロジックをウィンドウ部分Ｂからウィンド
ウ部分Ｅについても同様に行なう（ステップ２１）。そ
して全てのウィンドウ部分においてもそれぞれバーナ８
ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが消えていると判断されたとき、
警報を発する。また、本実施例では、バーナが消えてい
るかどうかの検知を燃焼炉内中央部に対応するウィンド
ウＥを用い、ウィンドウ部分Ｅからの画像情報に基づき
、燃焼炉内のバーナが消えていると判断することも可能
であり、ウィンドウ部分Ｅの画像処理により燃焼炉内の
バーナが消えていると判断された時も警報を発する。ま
た、本実施例では、ウィンドウ部分ＡＳＢ、Ｃ，Ｄに対
応するバーナ８ａ、８ｂ。

８ｃ、８ｄ全てが消えていると判断されないが、バーナ
の少なくとも一つが消えていると判断されるときは先の
警報とは異なった警報を発する（ステップ２２）。この
ように構成しておくことにより炉内での燃焼状態、すな
わちバーナ４本の全てが消えてしまったのか、消えてし
まったバーナの数が所定の数量下となってしまったのか
を容易に判断できるようにしている。

これら一連の処理には市販の画像処理用ソフトウェアパ
ッケージが使用でき、コンピュータの能力にもよるが、
各ウィンドウ部分での計測を短時間で行ない、警報は、
バーナ消化後約３秒以内に発することが可能である。

また、ウィンドウ位置および二値化レベルの変更は、適
宜行なうことが可能であるので、バーナの負荷変動時に
おいても、誤動作を生じずバーナの燃焼状態を判断する
ことが可能である。

本発明は上記実施例に限定されず種々の変形例が考えら
れ得る。

具体的には上記実施例では白黒テレビを使用しているが
、テレビカメラとしては、カラーテレビを用いることが
可能であるが、カラーテレビを用いた場合は、赤色、青
色または黄色等特性の色を２種あるいは３種選択し白黒
に変換するための変換器が必要である。

また、ウィンドウの設定は、例えば、ひとつのバーナの
燃焼状態を単独に検出することも可能であるし、ウィン
ドウの設定を炉内の中央部等についても行ない、燃焼炉
内のバーナの消火状況に応じ警報を出すことも可能であ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃焼炉内に複数のバーナが設置されて
いても隣接する他のバーナによる影響を受けることがな
く、各バーナの燃焼状態を確実に検出できるものである
。また複数のバーナの燃焼状態を一つの画像としてとら
え、画像処理監視することも可能であるので、バーナご
とに検出器を設置する必要がなく、保守点検も容易であ
る。

さらに本発明の好適な実施例によれば、各バーナ火炎ご
とにまたは炉内の一部にウィンドウ部分を設け、各ウィ
ンドウそれぞれにつき比較演算を行なうので、各バーナ
火炎の状況全体を把握して警報のＰＩｉ類を変えること
も可能であり、炉内状況を遠隔地においても正しく判断
できるものであり、種々の燃焼炉に適用でき、プラント
のロングラン対策にも貢献するものである。

発明に従う火炎検出装置のデイスプレィ装置の画面上に
表示されたバーナ火炎域を例示した図、第３図は画像処
理装置にて各処理を実行する例を示すフローチャート図
である。

１・・・コーナファイアリングボイラ、２・・・光ファ
イバケーブル、３・・・テレビカメラ、４・・・画像処
理装置、５・・・デイスプレィ装置、６・・・操作キー
ボード、７・・・警報器、８．８　ａ　、　　８　ｂ　
、　　８　ｃ　、　　８　ｄ　−・・バーナ、９．１０
．１１．１２．１３・・・火炎、ＡＳＢ、Ｃ，ＤＳＥ・
・・ウィンドウ部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数のバーナが設置された燃焼炉内の画像を作成す
   る画像作成手段と、 作成された画像から前記バーナの火炎の特徴部分及び炉
   内の特定部分に関連する画像部分を抽出し、この抽出し
   た画像部分に関連する画像信号を二値化処理し、二値化
   処理した信号に基づき抽出した画像部分の濃淡分析処理
   を行ない、燃焼炉内の安定燃焼限界点を示す所定の値と
   、前記濃淡分析処理結果とを比較する演算手段と、 比較結果を判断し警報を発する手段とを備えた燃焼炉用
   火炎検出装置。 ２、前記画像作成手段が光ファイバケーブルと炉の外側
   に設けたテレビカメラとを含み炉内の画像を前記光ファ
   イバケーブルを用いてテレビカメラに導き、その画像を
   作成する請求項１記載の燃焼炉用火炎検出装置。