JPH04270820A

JPH04270820A - 燃焼診断装置

Info

Publication number: JPH04270820A
Application number: JP3050252A
Authority: JP
Inventors: Tetsuyoshi Ishida; 哲義石田; Hidenori Hidaka; 日高　秀則; Koujirou Yamada; 山田　紘二郎; Nobuo Morimoto; 信夫森本; Hiroyuki Kitazawa; 北沢　裕之; Minoru Hisanaka; 久中　実
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1991-02-25
Filing date: 1991-02-25
Publication date: 1992-09-28
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: JP3059229B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばボイラ装置など
の燃焼炉の燃焼状態を診断する燃焼診断装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ボイラ装置などの燃焼装置においては、
公害防止のため、窒素酸化物、煤塵ならびに一酸化炭素
などを発生させないことが望まれている。ところで、燃
焼状態の形成には、燃焼炉内で燃料と空気とが適度に混
合する火炎を形成し、これにより燃焼炉内において極端
な高温度領域ならびに低温度領域を形成させないことが
必要である。通常、このような燃焼状態を形成するには
、燃焼炉から排出される排ガスの煙道中に例えば窒素酸
化物濃度計、煤塵濃度計、一酸化炭素濃度計、酸素濃度
計などの各種計測器を配置し、これら計測器からの検出
値に基づいてバーナへの燃料流量の調整、空気流量の調
整、排ガス再循環流量の調整などを行うことにより窒素
酸化物、煤塵ならびに一酸化炭素などの発生量を抑制し
ていた。

【０００３】また、最近、燃焼炉内の火炎の発光スペク
トルを検出して燃焼状態を診断する装置が提案されてい
る。そしてこの診断装置の診断結果に基づいて、バーナ
への燃料流量の調整、空気流量の調整、排ガス再循環流
量の調整などを行うようなシステムになつている。この
発光スペクトルを検出する診断装置は、火炎中の燃焼生
成物であるスート、Ｃ２　、Ｈ２　Ｏ、ＣＯ２　などの
発光スペクトル強度を測定し、この発光スペクトル強度
からスート、Ｃ２　、Ｈ２　Ｏ、ＣＯ２　などの濃度お
よび火炎温度を演算し、窒素酸化物、煤塵ならびに一酸
化炭素などの発生量を把握しようとするものである（特
開昭６０−１５９５１５号公報、特開昭６１−２７５７
１号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の発光ス
ペクトル検出診断装置では火炎に揺らぎが生じているこ
とに配慮がされていない。そのため、燃焼生成物である
スート、Ｃ２　、Ｈ２　Ｏ、ＣＯ２　などの濃度を正確
に検出することが困難であり、従って窒素酸化物、煤塵
ならびに一酸化炭素などの抑制が十分に行われないとい
う欠点がある。すなわち、火炎中の燃焼生成物であるス
ート、Ｃ２　、Ｈ２　Ｏ、ＣＯ２　などの濃度分布なら
びに温度分布が経時的に大きく変動していることと、こ
の濃度分布ならびに温度分布の変動のため、燃焼生成物
は、周囲より高温の場合は発光状態、低温の場合は吸光
状態となり、この発光状態と吸光状態の変化のため、さ
らに燃焼診断を困難にしていた。従って従来の場合は、
単に、燃焼生成物であるスート、Ｃ２　、Ｈ２　Ｏ、Ｃ
Ｏ２　などの発光、吸光波長バンドにおける発光スペク
トル強度を検出し、このスペクトル強度からスート、Ｃ
２　、Ｈ２　Ｏ、ＣＯ２　などの濃度を求め、それによ
つて窒素酸化物、煤塵ならびに一酸化炭素などの発生量
を推量する程度のもので、信頼性は余り高くないという
欠点を有している。

【０００５】また従来の発光スペクトル検出診断装置で
は、複数個のバーナが設置され、かつ、窒素酸化物の発
生抑制のために燃焼排ガス再循環などを実施している大
型の燃焼炉における燃焼には配慮されていなかつた。す
なわち、燃料は燃焼の結果、前述のようにスート、Ｈ２
　Ｏ、ＣＯ２　などを生成して、発光状態となる。しか
し、局所的にみると、燃焼前の燃料は吸光状態にあり、
また、スート、Ｈ２　Ｏ、ＣＯ２　などは周囲より低温
の場合には吸光状態になる。バーナから供給された燃料
は、燃焼炉内に供給されても、直ちに着火して燃焼でき
ない。この着火するまでの間、燃料は吸光状態にある。また、
燃焼排ガス再循環法は、Ｈ２　Ｏ、ＣＯ２　を含有する
燃焼排ガスを再びバーナ近傍より燃焼炉内に供給してお
り、このＨ２　Ｏ、ＣＯ２　は温度が火炎温度より低い
ことから吸光状態にある。また、隣接バーナと比較して
、発熱量が少ないバーナの火炎スペクトルは、火炎から
の輻射熱が少なく、Ｈ２　Ｏ、ＣＯ２　の吸光スペクト
ル強度は相対的に大きくなる。したがつて、複数個のバ
ーナが設置され、かつ、燃焼排ガス再循環を実施してい
る大型の燃焼炉の監視において、吸光状態を考慮しない
燃焼診断は誤診となる問題があつた。

【０００６】さらにまた、従来の発光スペクトル検出診
断装置では、窒素酸化物の発生抑制のために二段燃焼法
を用いる大型燃焼炉においても十分に配慮されていなか
つた。二段燃焼法とは、バーナ部における空気孔および
燃焼炉の中央から出口側に設置された空気専用の供給孔
（排ガスが混合される場合もあるが、以下、二段燃焼用
空気孔と称す）の両方から燃焼炉内へ燃焼用空気を供給
する。そして、バーナ部においては空気流量を減らして
不完全燃焼状態を形成し、二段燃焼用空気孔においては
未燃焼となつた燃料を二段燃焼用空気孔から供給される
空気によつて再度燃焼させる燃焼方法である。この二段
燃焼法により、燃焼ゾーンの分散化による燃焼炉内温度
の均一化が図れる。その結果、火炎の最高温度は低下し
、窒素酸化物の生成が抑制できるとともに、極端に低温
となる領域をなくし、煤塵および一酸化炭素の発生も抑
制される。したがつて、バーナ部の火炎発光スペクトル
のみを検出し、二段燃焼用空気孔の火炎発光スペクトル
を検出しない従来の発光スペクトル検出診断装置では、
煤塵および一酸化炭素の発生について正確な診断ができ
ないという欠点を有している。

【０００７】本発明の目的は、このような従来技術の欠
点を解消し、信頼性の高い燃焼診断装置を提供するにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明は、（１）火炎に対して配置された例えば光プ
ローブや光フアイバなどで構成される火炎検出手段と、
その火炎検出手段からの光検出信号を入力する分光分析
手段と、その分光分析手段からの信号を入力して演算処
理する演算手段とを備え、前記分光分析手段によつて、
火炎中に含まれているスート以外の各種燃焼生成物の発
光・吸光波長バンドにおける発光・吸光によるスペクト
ル強度変化（スペクトル強度の増加または減少）のパタ
ーンを作成し、そのパターンに基づいて、前記演算手段
により各種燃焼生成物の濃度を演算するように構成され
ていることを特徴とするものである。

【０００９】（２）前記目的を達成するため、さらに本
発明は、火炎に対して配置された例えば光プローブや光
フアイバなどで構成される火炎検出手段と、その火炎検
出手段からの光検出信号を入力する分光分析手段と、そ
の分光分析手段からの信号を入力して演算処理する演算
手段とを備え、前記分光分析手段によつて、火炎中に含
まれているスート以外の各種燃焼生成物の発光・吸光波
長バンドにおける発光・吸光によるスペクトル強度変化
のパターンを作成し、そのパターンに基づいて、前記演
算手段により当該火炎の温度を演算するように構成され
ていることを特徴とするものである。

【００１０】（３）前記目的を達成するため、さらに本
発明は、火炎に対して配置された例えば光プローブや光
フアイバなどで構成される火炎検出手段と、その火炎検
出手段からの光検出信号を入力する分光分析手段と、そ
の分光分析手段からの信号を入力して演算処理する演算
手段とを備え、前記分光分析手段によつて検出される発
光スペクトルのうち、少なくとも、火炎中のスートの発
光スペクトル強度と、火炎中のＨ２　ＯならびにＣＯ２
　の少なくともいずれか一方の吸光波長域にけるＨ２　
ＯとＣＯ２　が無いときに推定される発光スペクトル強
度とスペクトル強度測定値とのスペクトル強度差とを検
出するように構成されていることを特徴とするものであ
る。

【００１１】（４）前記目的を達成するため、さらに本
発明は、火炎に対して配置された例えば光プローブや光
フアイバなどで構成される火炎検出手段と、その火炎検
出手段からの光検出信号を入力する分光分析手段と、そ
の分光分析手段からの信号を入力して演算処理する演算
手段とを備え、前記分光分析手段によつて検出される火
炎中のスートの発光スペクトル強度と、火炎中のＨ２　
ＯならびにＣＯ２　の少なくともいずれか一方の吸光ス
ペクトル強度から、ブラツクスカートの形成、燃料流量
、空気流量、燃焼排ガス流量、火炎温度分布、火炎中の
Ｈ２　Ｏ、ＣＯ２　の濃度分布のうち少なくとも１つが
演算できるように構成されていることを特徴とするもの
である。

【００１２】（５）前記目的を達成するため、さらに本
発明は、火炎に対して配置された例えば光プローブや光
フアイバなどで構成される火炎検出手段と、その火炎検
出手段からの光検出信号を入力する分光分析手段と、そ
の分光分析手段からの信号を入力して演算処理する演算
手段とを備え、前記分光分析手段によつて検出される火
炎中のスートの発光スペクトル強度と、火炎中のＨ２　
ＯならびにＣＯ２　の少なくともいずれか一方の吸光ス
ペクトル強度の時間変化から、燃料供給ノズルの閉塞状
況が検出できるように構成されていることを特徴とする
ものである。

【００１３】（６）前記目的を達成するため、さらに本
発明は、火炎に対して配置された例えば光プローブや光
フアイバなどで構成される火炎検出手段と、その火炎検
出手段からの光検出信号を入力する分光分析手段と、そ
の分光分析手段からの信号を入力して演算処理する演算
手段と発光スペクトル特性と燃焼状態との関係を予め記
憶しておく記憶手段とを備え、前記分光分析手段によつ
て検出される発光スペクトル強度と、前記記憶手段に記
憶されている発光スペクトル特性とを比較して、当該火
炎の状態を診断するようにに構成されていることを特徴
とするものである。

【００１４】（７）前記目的を達成するため、さらに本
発明は、主バーナ火炎に対して配置された主バーナ火炎
検出手段と、二段燃焼用空気孔火炎に対して配置された
二段燃焼用空気孔火炎検出手段と、前記主バーナ火炎検
出手段ならびに二段燃焼用空気孔火炎検出手段からの光
検出信号を入力する分光分析手段と、その分光分析手段
からの信号を入力して演算処理する演算手段と主バーナ
火炎ならびに二段燃焼用空気孔火炎の発光スペクトル特
性と燃焼状態との関係を予め記憶しておく記憶手段とを
備え、前記分光分析手段によつて検出される主バーナ火
炎ならびに二段燃焼用空気孔火炎からの発光スペクトル
強度と、前記記憶手段に記憶されている主バーナ火炎な
らびに二段燃焼用空気孔火炎の発光スペクトル特性とを
比較して、当該火炎の状態を診断するようにに構成され
ていることを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】火炎に揺らぎが生じても、瞬時、瞬時のスート
、Ｃ２　、Ｈ２　Ｏ、ＣＯ２　などの燃焼生成物の発光
によるスペクトル強度の増加量と濃度の関係、または吸
光によるスペクトル強度の減少量と濃度の関係から、当
該燃焼生成物の濃度を演算すると、発光時ばかりでなく
、吸光においても当該燃焼生成物の濃度を求めることが
でき、そのために検出精度が向上する。また、火炎中の
スート、Ｃ２　、Ｈ２　Ｏ、ＣＯ２　などの濃度に一時
的に大幅な変化が生じた場合でも、スート、Ｃ２　、Ｈ
２　Ｏ、ＣＯ２　などの各燃焼生成物の濃度は、その燃
焼生成物特有の局所的な発光・吸光波長バンドのスペク
トル強度を検出して求めているから、高精度で検出が可
能である。

【００１６】

【実施例】次に本発明の実施例を図面とともに説明する
。図１は実施例１に係る燃焼診断装置の概略構成図、図
２ないし図１０は各種の特性を示す図である。図１にお
いて図中の１は燃焼炉、２〜７は火炎、１２〜１７はバ
ーナ、２２〜２７は光プローブ、３２〜３７は光フアイ
バ、４０は光スキヤナ、４２は光干渉フイルタならびに
光電変換器を備えた分光分析装置、４４は演算機能なら
びに記憶機能を備えた電子計算機である。この実施例に
係る発光スペクトル検出方式の燃焼診断装置は、同図に
示すように複数個の光プローブ２２〜２７と、複数個の
光フアイバ３２〜３７と、分光分析装置４２と、電子計
算機４４とから主に構成されている。前記光プローブ２
２〜２７は、各バーナ１２〜１７に対して１個以上取り
付けられている。そして火炎２〜７からの発光スペクト
ルは、各光プローブ２２〜２７で受光され、光信号は光
フアイバ３２〜３７を通して分光分析装置４２に伝送さ
れる。そしてこの分光分析装置４２によつて火炎２〜７
からの発光スペクトル強度は電気信号に変換され、その
電気信号は電子計算機４４の入力信号となる。電子計算
機４４ではこの入力信号を基に、火炎２〜７の燃焼状態
を診断する。この分光分析装置４２は、５〜１００ｎｍ
のピツチでスペクトル強度を測定する。

【００１７】図２に、分散型分光器を用いて測定した０
．５〜２．５μｍの波長域における定格燃料消費量８０
リツトル／ｈのバーナの重油燃焼火炎の検出発光スペク
トルパターンの一例を示す。この図２から明らかなよう
に、０．５〜２．５μｍの波長域において、スートは全
域にわたつて発光状態を示し、Ｃ２は５２０ｎｍ近傍に
おいて発光（または吸光）を示し、Ｈ２　Ｏは１１３０
，１３８０，１４５０，１８８０ｎｍ近傍において吸光
（または一時的に発光）状態を示し、ＣＯ２　は１９６
０，２０１０，２２６０ｎｍ近傍において発光および吸
光状態を示す。このスペクトルパターンは同図に示すよ
うに、スートの発光スペクトル強度の上にＣ２　，Ｈ２
　Ｏ，ＣＯ２　の発光・吸光スペクトル強度が加算また
は減算されたものである。

【００１８】このような火炎スペクトルの発光・吸光状
態において、火炎温度及び火炎中のスート，Ｃ２　，Ｈ
２　Ｏ，ＣＯ２　の濃度は、次のようにして演算する。（１）火炎温度火炎温度の計測は、分光分析装置４２を用いて、図２に
示したように０．５〜２．５μｍの波長域にわたつて５
〜１００ｎｍのピツチでスペクトル強度を測定し（ピツ
チは小さいほど好ましい）、スペクトルパターンを作る
。そしてこのスペクトルパターンからＣ２　，Ｈ２　Ｏ
，ＣＯ２　の発光・吸光の影響を除去したスートだけの
スペクトルパターンを次に作る。次いでこのスペクトル
パターンの形状から火炎温度を換算する。なお、燃料消
費量が８０リツトル／ｈ，６０リツトル／ｈ，４０リツ
トル／ｈのときの火炎温度は、それぞれ１５８０℃，１
５２０℃，１４２０℃であつた。簡易的な火炎温度の求
め方として、Ｃ２　，Ｈ２　Ｏ，ＣＯ２　の発光・吸光
の影響を受けないバンド域、例えば７００〜８００ｎｍ
の波長域を５〜２０ｎｍでスペクトル強度を測定して、
スペクトルパターンを作る。図３に、この計測波長とス
ペクトル強度の関係を示す。この図３は、前記図２のう
ち７００〜８００ｎｍの波長域のデータのみを取り出し
たものである。この図３の関係を基にして、スペクトル
パターンの傾斜値と火炎温度との関係を求めると図４の
ようになる。そこで前記スペクトルパターンの傾斜値を
測定することにより、図４を用いて火炎温度を換算する
ことがてきる。

【００１９】（２）スート濃度（バーナ当たりの燃料消
費量）バーナ当たりの燃料消費量の計測は、前記した火炎温度
計測のために作成したスペクトルパターンを定格燃料消
費のスペクトルパターンと比較して、燃料消費量を求め
る。定格燃料消費８０リツトル／ｈの重油燃焼火炎の燃
料消費と７５０ｎｍのスペクトル強度の関係を図５に示
す。

【００２０】（３）Ｃ２　濃度Ｃ２　濃度の計測は、５００〜５４０ｎｍバンド域を５
〜２０ｎｍピツチでスペクトル強度を測定して、スペク
トルパターンを作る。このスペクトルパターンからスー
トの発光強度を減算し、Ｃ２　単独のスペクトルパター
ンを作る。このＣ２　単独のスペクトルパターンを、予
め作成されている基準スート濃度のスペクトルパターン
と比較して、Ｃ２　濃度を求める。図６に都市ガス火炎
、灯油火炎および重油火炎と、５００〜５４０ｎｍバン
ド域におけるＣ２　単独のスペクトル強度増加の積算値
の関係を示す。この図から、都市ガス火炎、灯油火炎お
よび重油火炎の順（燃えやすい燃料から燃えにくい燃料
の順）にしたがつて、Ｃ２　単独のスペクトル強度増加
の積算値が大きくなることがわかる。

【００２１】（４）Ｈ２　Ｏ濃度Ｈ２　Ｏは、１１３０，１３８０，１４５０，１８８０
ｎｍ近傍において吸光（または一時的に発光）状態を示
す。このうち油燃焼火炎は、吸光状態を示す時間が長い
。上記４波長のうち任意の１波長を選択してよい（ただ
し、１３８０ｎｍと１４５０ｎｍは近接しており、１バ
ンド域として取り扱つてもよい）。１３８０ｎｍと１４
５０ｎｍの吸光状態からのＨ２　Ｏ濃度変化の計測は、
１３３０〜１５００ｎｍバンド域を５〜２０ｎｍ間隔で
スペクトル強度を測定して、スペクトルパターンを作る
。そしてＨ２　Ｏ濃度が零（０）と推定されるときのス
ペクトルパターンと測定したスペクトルパターンとの差
を求め、Ｈ２　Ｏの吸光によるスペクトル減少パターン
を作成し、これと基準Ｈ２　Ｏ濃度のスペクトルパター
ンと比較して、Ｈ２　Ｏ濃度を求める。図７に、吸光状
態における、都市ガス火炎、灯油火炎および重油火炎と
、１３３０〜１５００ｎｍバンド域でのＨ２　Ｏ単独の
スペクトル強度減少の積算値との関係を示す。この図か
ら明らかなように、都市ガス火炎、灯油火炎および重油
火炎の順にしたがつてＨ２　Ｏ単独のスペクトル強度減
少の積算値が小さくなつており、吸光状態におけるＨ２
　Ｏ単独のスペクトル強度減少の積算値とＨ２　Ｏ濃度
との関係が明らかになつた。一方、１３８０ｎｍと１４
５０ｎｍの発光状態からのＨ２　Ｏ濃度変化の計測は、
同様に、１３３０〜１５００ｎｍバンド域を５〜２０ｎ
ｍ間隔でスペクトル強度を測定して、スペクトルパター
ンを作る。そしてこのスペクトルパターンからスートの
発光強度を引き、Ｈ２　Ｏ単独のスペクトルパターンを
作成する。そしてこのスペクトルパターンと基準Ｈ２　
Ｏ濃度のスペクトルパターンと比較して、Ｈ２　Ｏ濃度
を求める。図８に、発光状態における、都市ガス火炎、
灯油火炎および重油火炎と、１３３０〜１５００ｎｍバ
ンド域でのＨ２　Ｏ単独のスペクトル強度減少の積算値
との関係を示す。この図から明らかなように、都市ガス
火炎、灯油火炎および重油火炎の順にしたがつてＨ２　
Ｏ単独のスペクトル強度増加の積算値が小さくなつてお
り、発光状態におけるＨ２　Ｏ単独のスペクトル強度増
加の積算値とＨ２　Ｏ濃度との関係が明らかになつた。なお、都市ガス、灯油および重油の燃焼ガス中のＨ２　
Ｏ濃度は、容積割合で、それぞれ約１８％、１４％、１
２％である。

【００２２】（４）ＣＯ２　濃度ＣＯ２　は、１９６０，２０１０，２２６０ｎｍ近傍に
おいて発光・吸光状態を示す。上記３波長のうち任意の
１波長をＣＯ２　濃度の計測に選択してよい（ただし、
１９６０ｎｍと２０１０ｎｍは近接しており、１バンド
域として取り扱つてもよい）。１９６０ｎｍと２０１０
ｎｍの吸光状態からのＣＯ２　濃度計測は、１９５０〜
２０６０ｎｍバンド域を５〜２０ｎｍ間隔でスペクトル
強度を測定して、スペクトルパターンを作る。そしてＣ
Ｏ２　濃度が零（０）と推定されるときのスペクトルパ
ターンと測定したスペクトルパターンとの差を求め、Ｃ
Ｏ２　の吸光によるスペクトル減少パターンを作成し、
それと基準ＣＯ２　濃度のスペクトルパターンと比較し
て、ＣＯ２　濃度を求める。図９に、吸光状態における
、都市ガス火炎、灯油火炎および重油火炎と、１９５０
〜２０６０ｎｍバンド域でのＣＯ２　単独のスペクトル
強度減少の積算値との関係を示す。この図から明らかな
ように、都市ガス火炎、灯油火炎および重油火炎の順に
したがつてＣＯ２単独のスペクトル強度減少の積算値が
大きくなつており、吸光状態におけるＣＯ２　単独のス
ペクトル強度減少の積算値とＣＯ２　濃度との関係が明
らかになつた。一方、１９６０ｎｍと２０１０ｎｍの発
光状態からのＣＯ２　濃度計測は、同様に、１９６０〜
２０１０ｎｍバンド域を５〜２０ｎｍ間隔でスペクトル
強度を測定して、スペクトルパターンを作る。そしてこ
のスペクトルパターンからスートの発光強度を引き、Ｃ
Ｏ２　単独のスペクトルパターンを作成する。そしてこ
のスペクトルパターンを基準ＣＯ２　濃度のスペクトル
パターンと比較して、ＣＯ２　濃度を求める。図１０に
発光状態における、都市ガス火炎、灯油火炎および重油
火炎と、１９５０〜２０６０ｎｍバンド域でのＣＯ２　
単独のスペクトル強度増加の積算値との関係を示す。こ
の図から明らかなように、都市ガス火炎、灯油火炎およ
び重油火炎の順にしたがつてＣＯ２　単独のスペクトル
強度増加の積算値が小さくなつており、発光状態におけ
るＣＯ２　単独のスペクトル強度増加の積算値とＣＯ２
　濃度との関係が明らかになつた。なお、都市ガス、灯油および重油の燃焼ガス中のＣＯ２
　濃度は、容積割合で、それぞれ約１０％、１３％、１
４％である。

【００２３】なお、本発明の実施例によれば、発光時ば
かりでなく、吸光時においても燃焼生成物中の各種成分
の濃度ならびに火炎温度を求めることができるので、燃
焼診断の精度を向上することができる。特に、火炎の揺
らぎが大きい複数のバーナを有する大型の燃焼炉におい
て、燃焼診断の精度が従来のものに比較して大幅に向上
する。

【００２４】図１１ないし図１８は、本発明の実施例２
を説明するための図である。この実施例においても燃焼
診断装置全体の概略構成は前記図１を用いて説明したも
のと同様であるので、ここでは燃焼診断装置全体の概略
構成の説明は省略する。図１１に、バーナ近傍における
光プローブの火炎発光スペクトル受光状況を示す。光プ
ローブ２２は、火炎２からの発光スペクトルが光プロー
ブ２２に受光されるまでに、着火前の燃料、Ｈ２　Ｏ、
ＣＯ２　（場合によつて、煤塵）によつて、吸光される
ことが検出できるように、火炎２との間を、着火前の燃
料、再循環排ガスが流れるような位置に設置することが
必要である。図中の５１は燃焼用空気、５２は再循環排
ガス、５３は燃料、５４は燃焼炉壁、５５は空気旋回翼
である。

【００２５】図１２に、重油燃焼火炎を直接監視したと
きの各種燃焼条件における発光スペクトル特性を示す。この図から明らかなように、０．５〜５．０μｍの波長
域において、全域にわたつてスートの発光スペクトルが
あり、このスートの発光スペクトルの上に１．１，１．
３８，１．８７，２．７，３．２μｍにおいてＨ２　Ｏ
の吸光スペクトルのが形成されている。また、１．４，
１．６，２．０，２．７，４．３，４．８μｍにおいて
ＣＯ２　の吸光スペクトルのが形成されている。このＨ
２　ＯおよびＣＯ２　の吸光スペクトル強度は、Ｈ２　
ＯおよびＣＯ２　の吸光がないときのスートの発光スペ
クトル強度から差し引いたものである。このスートの発
光スペクトル、Ｈ２　Ｏの発光スペクトルならびにＣＯ
２　の吸光スペクトルは、各種燃焼状態と次のような関
係にある。

【００２６】（１）高温火炎が形成されたとき空気と燃
料の混合が盛んに行われ、ブラツクスカートの形成がな
い状態において、高温火炎が形成されたとする。このよ
うな燃焼状態のとき火炎温度が高いことから、スートの
発光スペクトル強度が増加する。しかし、Ｈ２　Ｏの発
光スペクトル強度ならびにＣＯ２　の吸光スペクトル強
度は、火炎からの輻射熱が多いことから、光プローブ近
傍のＨ２　Ｏ、ＣＯ２　が高温となつて吸光能力が低下
し、減少する。

【００２７】（２）低温火炎が形成されたとき空気と燃
料の混合が適度に行われ、ブラツクスカートの形成がな
い状態において、低温火炎が形成されたとする。このよ
うな燃焼状態のとき火炎温度が低いことから、スートの
発光スペクトル強度が低下する。しかし、Ｈ２　Ｏの発
光スペクトル強度ならびにＣＯ２　の吸光スペクトル強
度は、火炎からの輻射熱が少ないことから、光プローブ
近傍のＨ２　Ｏ、ＣＯ２が低温となつて吸光能力が向上
し、増加する。

【００２８】（３）大きなブラツクスカートが形成され
たとき空気と燃料の混合が悪く、大きなブラツクスカートが形
成がされたとする。このブラツクスカートが形成がされ
ると、火炎からの光はブラツクスカートによつて大部分
が吸光される。そして、スートの発光スペクトル強度は
極端に低下し、ときには火炎が形成されていないような
発光スペクトルとなる。なお、Ｈ２　Ｏの発光スペクト
ル強度ならびにＣＯ２　の吸光スペクトル強度は変わら
ない。

【００２９】（４）排ガス再循環量が多いとき空気と燃
料の混合が適度に行われ、ブラツクスカートの形成がな
い状態において、排ガス再循環量が多く、火炎が形成さ
れたとする。このように排ガス再循環量が多い状態の火
炎において、排ガス再循環量の増加は火炎温度を低下す
るため、スートの発光スペクトル強度が低下する。しか
し、Ｈ２　Ｏの発光スペクトル強度ならびにＣＯ２　の
吸光スペクトル強度は、光プローブ近傍のＨ２　Ｏ、Ｃ
Ｏ２　濃度が高くなるため、増加する。

【００３０】図１３から図１６までに、定格燃料消費量
８０リツトル／ｈの重油燃焼バーナを１６本を有する発
電用ボイラ炉内の火炎スペクトルを光フアイバで受光し
たときの、火炎スペクトルと各種燃焼制御操作との関係
を示す。スートの発光スペクトル強度は波長０．８μｍ
と１．０μｍのデシベル（ｄｂ）表示のスペクトル強度
の差をもつて表した。またＨ２　Ｏの発光スペクトル強
度ならびにＣＯ２　の吸光スペクトル強度は、多数ある
吸光波長域のうち、代表して１．３８μｍ近傍における
Ｈ２　Ｏの発光スペクトル強度の減少量を使用した。な
お、吸光スペクトル強度は、Ｈ２　Ｏに限られるもので
はなく、ＣＯ２　の吸光スペクトル強度にも用いられる
。また、吸収波長域は１．３８μｍに限定されるもので
ない。

【００３１】図１３は、燃料流量を変化させたときのス
ートの発光スペクトル強度およびＨ２　Ｏの吸光スペク
トル強度の変化を示す図である。この図から明らかなよ
うに、燃料流量を増加すると、波長０．８μｍと１．０
μｍのスペクトル強度の差は徐々に増加し、Ｈ２　Ｏの
吸光スペクトル強度は徐々に減少する関係が得られた。この現象は、燃料流量の増加により、高温の火炎が形成
されたことをあらわすものである。

【００３２】図１４は、空気流量を変化させたときのス
ートの発光スペクトル強度およびＨ２　Ｏの吸光スペク
トル強度の変化を示す図である。空気流量の変化は、節
炭器出口における排ガス中の酸素濃度変化で表す。排ガ
ス中の酸素濃度が低いとき（空気流量が少ないとき）、
波長０．８μｍと１．０μｍのスペクトル強度の差は小
さい。酸素濃度を高めると（空気流量が増加すると）、
波長０．８μｍと１．０μｍのスペクトル強度の差は急
激に増加し、その後変化しなくなる。一方、Ｈ２　Ｏの
吸光スペクトル強度は、徐々に減少する関係が得られた
。この現象は、排ガス中の酸素濃度が特に低いときは空
気不足からブラツクスカートが形成するが、酸素濃度の
増加にともなつてブラツクスカートが消滅したことを示
す。また酸素濃度の増加にともなつて再循環排ガスを含む空
気中のＨ２　Ｏ濃度が低下したことを示す。

【００３３】燃焼炉に供給される空気（再循環排ガスを
含む）に旋回力を与える旋回翼の取付け角度を変化する
操作において、この旋回翼における圧力降下とスートの
発光スペクトル強度とＨ２　Ｏの吸光スペクトル強度の
関係を図１５に示す。この旋回翼の角度変化による圧力
降下の変化は、空気（再循環排ガスを含む）と燃料の混
合状態の変化に置き換えられる。同図に示すように、波
長０．８μｍと１．０μｍのスペクトル強度の差は、旋
回翼における圧力降下が小さいとき小さく、この圧力降
下の増大にともなつてき急激に増大した後、ゆるやかに
増大する関係が得られた。このとき、バーナ側に取りつ
けられた覗き窓から火炎を目視したところ、旋回翼にお
ける圧力降下が小さいときは薄暗く、ブラツクスカート
の形成が確認された。そして旋回翼における圧力降下の
増大にともなつて、明るくなり、その後変化がなくなつ
た。Ｈ２　Ｏの吸光スペクトル強度と旋回翼の圧力降下
との間には、関係は認められなかつた。

【００３４】図１６は、再循環排ガス流量を変化させた
ときの波長０．８μｍと１．０μｍのスペクトル強度の
差ならびにＨ２　Ｏの吸光スペクトル強度の変化を示す
図である。この図から明らかなように、再循環排ガス流
量の増加にともなつて、波長０．８μｍと１．０μｍの
スペクトル強度の差は徐々に減少し、一方、Ｈ２　Ｏの
吸光スペクトル強度は反対に増加する関係が得られた。この現象は、再循環排ガス流量の増加を顕著に表すもの
である。

【００３５】前記図１３に示した燃料流量と火炎スペク
トル特性（波長０．８μｍと１．０μｍのスペクトル強
度差の変化ならびにＨ２　Ｏの吸光スペクトル強度の変
化）の関係、図１４に示した空気流量と火炎スペクトル
特性の関係、図１５に示した空気（再循環排ガスを含む
）と燃料の混合状態と火炎スペクトル特性の関係、図１
６に示した再循環排ガス流量と火炎スペクトル特性の関
係が得られたことから、この火炎スペクトルと燃料流量
、空気流量、空気（再循環排ガスを含む）と燃料の混合
状態ならびに再循環排ガス流量の関係を用いると、火炎
スペクトルの監視から、燃料流量、空気流量、空気（再
循環排ガスを含む）と燃料の混合状態ならびに再循環排
ガス流量の変化を把握できるようになる。また合わせて
、ボイラの運転調整において重大な監視項目の１つであ
るブラツクスカート形成も目視することなく検出できる
ようになる。

【００３６】前記実施例２では、１個の火炎に複数個の
受光プローブを設置し、それぞれの受光プローブより検
出したスートの発光スペクトル強度、Ｈ２ＯおよびＣＯ
２　の吸光スペクトル強度を測定し、当該火炎のスート
の発光スペクトル強度の空間分布、ならびにＨ２　Ｏお
よびＣＯ２　の吸光スペクトル強度の空間分布を求める
ものである。ところでスート、Ｈ２　ＯおよびＣＯ２　
の空間分布が得られることから、火炎内で生じている複
雑な窒素酸化物生成反応の把握が可能となる。

【００３７】前記実施例２の変形例として、スートの発
光スペクトル強度を火炎温度に変換することもできる。図１７は、波長０．８μｍと１．０μｍの発光スペクト
ル強度の差と火炎温度の関係を示す図である。なお、火
炎温度は、放射温度計での測定値である。この図から明
らかなように、波長０．８μｍと１．０μｍの発光スペ
クトル強度の差と火炎温度との間には相関関係があり、
この発光スペクトル強度の差から火炎温度を求めること
ができる。

【００３８】前記実施例２の更に異なる変形例として、
スートの発光スペクトル強度、Ｈ２　ＯおよびＣＯ２　
の吸光スペクトル強度の検出値、または、演算によつて
得られる個々のバーナの燃料流量、空気流量、燃焼ガス
流量、火炎温度の演算値と、電子計算機に予め記憶した
目標のスートの発光スペクトル強度、Ｈ２　Ｏの吸光ス
ペクトル強度、ＣＯ２　の吸光スペクトル強度、個々の
バーナの燃料流量、空気流量、燃焼ガス流量、火炎温度
を比較して、前記検出値または演算値が目標値と一致す
るように燃料流量、空気流量、燃焼ガス流量、および燃
料と空気と燃焼ガスの混合比等を調整することができる
。またこのように調整することにより、窒素酸化物なら
びに煤塵の発生量を最小限に抑えることもできる。

【００３９】前記実施例２の更に異なる変形例として、
スートの発光スペクトル強度、Ｈ２　ＯおよびＣＯ２　
の吸光スペクトル強度の時間的変化により、燃料供給ノ
ズルの閉塞状況を検出することができる。燃料供給ノズ
ルが閉塞していると、燃料流量が大きく変動する。しか
し、燃焼炉内の火炎は揺らぎが生じており、このためス
ペクトルの時間的変化は、燃料供給ノズルの閉塞と火炎
の揺らぎの影響とに判別する必要がある。従来では、火
炎の目視観察により、燃料供給ノズルの閉塞と火炎の揺
らぎの影響を判別していた。このため、燃料供給ノズル
の閉塞がかなり進行した時点でしか、燃料供給ノズルの
閉塞が判別できなかつた。この変形例によれば、スート
の発光スペクトル強度以外に目視では検出できないＨ２
　ＯおよびＣＯ２　の吸光スペクトル強度を検出してい
るため、早い時点において火炎の揺らぎと燃料流量の変
動による発光スペクトル強度の変化を判別し、燃料供給
ノズルの閉塞が判別できる。図１８に、火炎の揺らぎと
燃料流量の変動が生じたときの、スートの発光スペクト
ル強度およびＨ２　Ｏの吸光スペクトル強度の時間的変
化を示す。火炎の揺らぎによる火炎スペクトル強度の変化は、スー
トの発光スペクトル強度が増加すると、Ｈ２　Ｏの吸光
スペクトル強度が減少する関係がみられる。一方、燃料
供給ノズルの閉塞による燃料流量の変動が生じたときの
火炎スペクトル強度の変化は、スートの発光スペクトル
強度の変動とＨ２　Ｏの吸光スペクトル強度の変動との
間に関係はみられなかつた。

【００４０】次に本発明の実施例３について図１９ない
し図２７を用いて説明する。先ず図１９を用いてこの実
施例に係る発光スペクトル検出による燃焼診断装置の概
略構成について説明する。図中の１０１は燃焼炉、１０
２，１０３，１０４，１０５はバーナ火炎、１０６，１
０７は二段燃焼用空気孔火炎、１０９，１１０は二段燃
焼用空気孔、１１２，１１３，１１４，１１５はバーナ
、１２２，１２３，１２４，１２５，１２６，１２７は
光プローブ、１３２，１３３，１３４，１３５，１３６
，１３７は光フアイバ、１４０は光スキヤナ、１４２は
分光分析装置、１４４は電子計算機、１４６は燃焼排ガ
ス、１４７は燃焼用空気である。この実施例に係る発光
スペクトル検出燃焼診断装置は、複数個の光プローブ１
２２〜１２７と、複数個の光フアイバ１３２〜１３７と
、光スキヤナ１４０と、分光分析装置１４２と、電子計
算機１４４とから主に構成されている。また各バーナ１
０２〜１０５にはそれぞれ光プローブ１２２〜１２５が
設置され、二段燃焼用空気孔１０９、１１０には光プロ
ーブ１２６、１２７が取付けられている。これによりバ
ーナ火炎１０２〜１０５および二段燃焼用空気孔火炎１
０６、１０７の発光スペクトルは各光プローブ１２２〜
１２７で受光され、光フアイバ１３２〜１３７、光スキ
ヤナ１４０を通して、分光分析装置１４２に導入される
。そしてこの分光分析装置１４２によつて、バーナ火炎
１０２〜１０５および二段燃焼用空気孔火炎１０６、１
０７からの発光スペクトルは電気信号に変換されて、電
子計算機１４４に入力され、演算処理されて燃焼状態の
診断に供される。

【００４１】図２０に、重油燃焼火炎において、バーナ
火炎への燃焼用空気流量の比率を高く、二段燃焼用空気
孔への燃焼用空気流量の比率を低くしたときの、バーナ
火炎ならびに二段燃焼用空気孔火炎の発光スペクトル特
性を示す。０．５〜５．０μｍの波長域において、バー
ナ火炎ならびに二段燃焼用空気孔火炎ともに、全域にわ
たつてスートの発光スペクトルがあり、このスートの発
光スペクトルの上に、１．４，１．９，２．７μｍのバ
ンドにおいてＨ２　Ｏの吸光スペクトルが形成される。また、２．０，２．７，４．３μｍバンドにおいてＣＯ
２　の吸光スペクトルが形成れる。このＨ２　Ｏならび
にＣＯ２　の吸光波長域バンドにおいて、スペクトルの
吸光波状態が観測されるのは、燃焼用空気に混合された
排ガス中のＨ２　ＯならびにＣＯ２　が、それぞれの光
プローブ１２２〜１２７の前を流れているため、火炎か
らの発光スペクトルがＨ２　ＯならびにＣＯ２　に吸収
されるためである。この時のバーナ火炎のスベクトル特
性は、二段燃焼用空気孔火炎のスペクトル特性と比較し
て、全波長域にわたつてスペクトル強度が大で、０．９
μｍ近傍おける波長に対するスペクトル強度の傾斜値が
大となる火炎温度が高い特徴、およびＨ２　ＯとＣＯ２
　の吸光度（＝Ｈ２　ＯとＣＯ２　がないと仮定したと
きに得られる発光スペクトル強度と、測定されたスペク
トル強度との差で表せる検出値）が大となる燃焼用空気
に含まれる排ガス中のＨ２　Ｏ（又はＣＯ２　）流量の
増加を示す特徴が表れる。

【００４２】図２１に、重油燃焼火炎において、バーナ
火炎への燃焼用空気流量の比率を低く、二段燃焼用空気
孔火炎への燃焼用空気流量の比率を高くしたときの、バ
ーナ火炎および二段燃焼用空気孔火炎のスペクトル特性
を示す。この図から明らかなように、バーナ火炎のスペ
クトル特性は、二段燃焼用空気孔火炎のスペクトル特性
との差が減少する。前述の図２０のスペクトル特性と比
較して、バーナ火炎のスペクトル特性は燃焼用空気流量
の減少から、火炎温度が減少したことを示す。つまり、
全波長域にわたつてスペクトル強度の低下、Ｈ２　Ｏと
ＣＯ２　の吸光度の減少が表れる。また、二段燃焼用空
気孔火炎のスペクトル特性は燃焼用空気流量が増加した
ことから、火炎温度が上昇したことを示す。つまり、全
波長域にわたつてスペクトル強度の上昇、Ｈ２　ＯとＣ
Ｏ２　の吸光度増加の特徴が表れる。

【００４３】図２２に、重油燃焼火炎において、バーナ
火炎への燃焼用空気流量を一定とし、、二段燃焼用空気
孔火炎への燃焼用空気流量が変化したときの、二段燃焼
用空気孔火炎のスペクトル特性を示す。この図から明ら
かなように、二段燃焼用空気孔火炎への燃焼用空気流量
を増加すると、二段燃焼用空気孔火炎のスペクトル特性
は、全波長域にわたつてスペクトル強度の上昇、Ｈ２　
ＯとＣＯ２　の吸光度増加の特徴が表れる。

【００４４】図２３は、前記図２２の燃焼条件でのボイ
ラ出口煙道における窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃
度を示す。この図から明らかなように、バーナ火炎への
燃焼用空気流量が一定のとき、二段燃焼用空気孔火炎へ
の燃焼用空気流量が増加しても、窒素酸化物濃度の変化
は見られないが、一酸化炭素濃度は減少する。

【００４５】図２４に、重油燃焼火炎において、バーナ
火炎への燃焼用空気流量を一定とし、、二段燃焼用空気
孔の入口と燃焼炉内の圧力差が変化したときの二段燃焼
用空気孔火炎のスペクトル特性を示す。なお、このとき
のバーナ火炎への燃焼用空気流量の比率は低いという条
件である。この図から明らかなように、二段燃焼用空気
孔の入口と燃焼炉内の圧力差が増加すると、燃焼炉内に
おいて供給された燃焼用空気と燃焼炉内の未燃焼成分と
の混合が促進され、高温火炎が形成された特徴を示す。

【００４６】この実施例３によれば、二段燃焼用空気孔
火炎のスペクトル特性を検出することから、二段燃焼用
空気孔への燃焼用空気流量が変化したときの二段燃焼用
空気孔火炎のスペクトル特性（図２２）、二段燃焼用空
気孔への燃焼用空気流量とボイラ出口煙道における窒素
酸化物濃度および一酸化炭素濃度との関係（図２３）、
二段燃焼用空気孔の入口と燃焼炉内の圧力差が変化した
ときの二段燃焼用空気孔火炎のスペクトル特性（図２４
）を用いると、二段燃焼用空気孔火炎の火炎診断が可能
となり、二段燃焼用空気孔への燃焼用空気流量の変動お
よび燃焼用空気と燃焼炉内における混合状態が把握でき
、煤塵ならびに一酸化炭素の発生を抑制する最適な燃焼
制御が可能となる。

【００４７】この実施例３による二段燃焼用空気孔火炎
の燃焼診断と従来の燃焼診断とを組み合わせることによ
り、燃焼排ガス再循環と二段燃焼を併用している大型燃
焼装置の燃焼診断装置に適用することができる。バーナ
火炎の診断は、下記のような火炎発光スペクトル特性を
利用して行われる。（１）高温火炎が形成されたとき空気と燃料の混合が盛んに行われ、高温火炎が形成され
ると、発光スペクトル強度が増加し、０．９μｍ近傍の
波長に対するスペクトル強度の傾斜値が大となる。しか
し、Ｈ２　ＯとＣＯ２　の吸光スペクトル強度は、火炎
からの輻射熱が多いことから、光プローブ近傍のＨ２　
Ｏ、ＣＯ２　が高温となつて吸光度が減少する。（２）低温火炎が形成されたとき空気と燃料の混合が悪く、低温火炎が形成されると、発
光スペクトル強度が減少し、０．９μｍ近傍の波長に対
するスペクトル強度の傾斜値が小となる。しかし、Ｈ２
　ＯとＣＯ２　の吸光スペクトル強度は、火炎からの輻
射熱が少ないことから、光プローブ近傍のＨ２　Ｏ、Ｃ
Ｏ２　が低温となつて吸光能力が向上し、吸光度が増加
する。（３）大きなブラツクスカートが形成されたとき空気と
燃料の混合が悪く、ブラツクスカートが形成されると、
火炎からの光はこのブラツクスカートによつて強い吸光
状態になる。このため、発光スペクトル強度は極端に低
下し、ときには消火（失火）状態のような発光スペクト
ル特性となる。なお、このときＨ２　Ｏ、ＣＯ２　の吸
光スペクトル強度は変化しない。、（４）排ガス再循環が多いとき排ガス再循環を増加すると、火炎温度が低下するため、
発光スペクトル強度は低下し、０．９μｍ近傍の波長に
対するスペクトル強度の傾斜値が小となる。一方、Ｈ２
　Ｏ、ＣＯ２　の吸光スペクトル強度は、光プローブ近
傍のガス中Ｈ２　Ｏ、ＣＯ２　濃度が高くなるため、増
加する。

【００４８】これらの関係を用いると、バーナ部火炎の
燃焼診断において、つぎのようなことがいえる。（１）燃料流量が増加したとき高温の火炎が形成されたスペクトル特性を示す。（２）空気流量が増加したとき火炎温度は上昇するが、空気流量の増加から光プローブ
受光面のガス中Ｈ２　Ｏ、ＣＯ２　分圧が低下するため
、火炎温度は変わらず、Ｈ２　Ｏ、ＣＯ２　の吸光度が
低下したスペクトル特性を示す。（３）燃焼炉供給空気の旋回力が低下したとき燃焼用空
気と燃料の混合性が低下するため、火炎温度が低下し、
Ｈ２　ＯならびにＣＯ２　の吸光度が変化しないスペク
トル特性を示す。旋回力が極端に低下したときには、ブ
ラツクスカートが形成される。

【００４９】図２５ならびに図２６に、この実施例に係
る燃焼診断プログラムのフローチヤートを示す。ステツ
プ（以下、Ｓと略記する）１ならびにＳ２において、予
めバーナ火炎ならびに二段燃焼用空気孔火炎のスペクト
ル標準値を設定する。設定項目は下記の事項である。ａ１　´：バーナ火炎の全波長域のスペクトル強度ｂ１
　´：バーナ火炎のＨ２　Ｏ（またはＣＯ２　）の吸光
スペクトル強度ｃ１　´：バーナ火炎の波長０．９μｍ近傍のスペクト
ル強度の傾斜値ａ２　´：二段燃焼用空気孔火炎の全波長域のスペクト
ル強度ｂ２　´：二段燃焼用空気孔火炎のＨ２　Ｏ（またはＣ
Ｏ２　）の吸光スペクトル強度ｃ２　´：二段燃焼用空気孔火炎の波長０．９μｍ近傍
のスペクトル強度の傾斜値次にＳ３ならびにＳ４において、光プローブによつて実
際のバーナ火炎ならびに二段燃焼用空気孔火炎のスペク
トルを測定する。測定項目は前記標準値に対応した下記
の事項である。ａ１　：バーナ火炎の全波長域のスペクトル強度ｂ１　
：バーナ火炎のＨ２　Ｏ（またはＣＯ２　）の吸光スペ
クトル強度ｃ１　：バーナ火炎の波長０．９μｍ近傍のスペクトル
強度の傾斜値ａ２　：二段燃焼用空気孔火炎の全波長域のスペクトル
強度ｂ２　：二段燃焼用空気孔火炎のＨ２　Ｏ（またはＣＯ
２　）の吸光スペクトル強度ｃ２　：二段燃焼用空気孔火炎の波長０．９μｍ近傍の
スペクトル強度の傾斜値つぎにその以後のステツプにおいて、それぞれ標準値と
実測値とが比較され、（１）から（６４）までの燃焼診
断ＮＯ．を求める。この燃焼診断ＮＯ．は、例えば次の
ようにして求められる。まず、Ｓ５においてバーナ火炎
の全波長域のスペクトル強度の実測値ａ１　と標準値ａ
１　´とが比較され、その比較結果がａ１　＞ａ１　´
であるとＳ６に進み、今度はバーナ火炎のＨ２　Ｏ（ま
たはＣＯ２　）の吸光スペクトル強度の実測値ｂ１　と
標準値ｂ１　´とが比較される。そしてｂ１　＞ｂ１　
´であるとＳ７に進み、今度はバーナ火炎の波長０．９
μｍ近傍のスペクトル強度の傾斜値の実測値ｃ１　と標
準値ｃ１　´とが比較される。そしてｃ１　＞ｃ１　´
であるとＳ８に進み、今度は二段燃焼用空気孔火炎の全
波長域のスペクトル強度の実測値ａ２　と標準値ａ２　
´とが比較される。そしてａ２　＞ａ２　´であるとＳ
９に進み、今度は二段燃焼用空気孔火炎のＨ２　Ｏ（ま
たはＣＯ２　）の吸光スペクトルの実測値ｂ２　と標準
値ｂ２　´とが比較される。そしてｂ２　＞ｂ２　´で
あるとＳ１０に進み、今度は二段燃焼用空気孔火炎の波
長０．９μｍ近傍のスペクトの実測値ｃ２　と標準値ｃ
２　´とが比較される。そしてｃ２　＞ｃ２　´である
と燃焼診断ＮＯ．１となる。なお、Ｓ１０の比較結果ｃ
２　＞ｃ２　´でなければ燃焼診断ＮＯ．は２となる。このようにして燃焼診断ＮＯ．を決定すると、次に図２
７に示すテーブルから燃焼診断ＮＯ．を基にバーナ火炎
と二段燃焼用空気孔火炎の燃焼状態を、空気流量、排ガ
ス流量ならびに火炉内空気混合の大小で診断することが
できる。なお、図２７に示すテーブルは予め電子計算機の記憶部
に記憶されている。

【００５０】図２８は、本発明の他の実施例に係る燃焼
診断プログラムのフローチヤートである。このプログラ
ムの場合、Ｓ１で火炎温度の基準値Ａならびに水蒸気吸
光度の基準値Ｂが設定される。そしてＳ２において、火
炎温度の測定値ａと水蒸気吸光度の測定値ｂが取り入れ
られ、Ｓ３において基準値Ａと測定値ａとの偏差値ｋと
、基準値Ｂと測定値ｂとの偏差値ｍを求める。次にＳ４
において前記偏差値ｋが、予め設定されている許容値ｅ
を超えているか否かが判断される。この許容値ｅを超え
ていなければＳ５に進み、今度は前記偏差値ｍが、予め
設定されている許容値ｆを超えているか否かが判断され
る。その判断結果、許容値ｍを超えてなければ、Ｓ６に
おいて燃焼状態が正常と判断される。前記Ｓ４において
偏差値ｋが許容値ｅを超えておればＳ７において火炎温
度の測定値ａが基準値Ａよりも大か否かが判断され、そ
うでなければＳ８において今度は水蒸気吸光度の測定値
ｂが基準値Ｂよりも大か否かが判断され、そうでなけれ
ばＳ１０において燃料・空気混合が弱いと判断される。また前記Ｓ８において測定値ｂが基準値Ｂよりも大であ
ればＳ９において再循環排ガス流量が大であると判断さ
れる。前記Ｓ７において火炎温度の測定値ａが基準値Ａ
よりも大であると判断されるとＳ１１に進み、今度は水
蒸気吸光度の測定値ｂが基準値Ｂよりも大であるか否か
が判断される。そして測定値ｂが基準値Ｂよりも大であ
ればＳ１２において燃料・空気の混合が強いと判断され
、一方、測定値ｂが基準値Ｂよりも小さければ、Ｓ１３
において再循環排ガスの流量が小であると判断される。又、前記Ｓ５においてＮＯであると判断されると、Ｓ１
４に進んで水蒸気吸光度の測定値ｂが基準値Ｂよりも大
であるか否かが判断される。そして、大であればＳ１５
において空気流量が大であると判断され、測定値ｂが基
準値Ｂよりも小さければＳ１６において空気流量が少な
いと判断される。以上のようにして、燃焼診断か行なわ
れる。

【００５１】

【発明の効果】本発明は前述のような構成になつており
、火炎に揺らぎが生じている場合でも、燃焼生成物であ
るスート、Ｃ２　、Ｈ２　Ｏ、ＣＯ２　などの濃度なら
びに火炎温度を高精度に検出ができる。またこれにより
、煤塵ならびに一酸化炭素の発生量が正確に推算できる
燃焼診断装置を提供することができる。また本発明は、
窒素酸化物の発生抑制のために燃焼排ガス再循環法、二
段燃焼法を使用している大型燃焼装置にも適用でき、正
確な燃焼診断ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による燃焼診断装置の概略構
成図である。

【図２】重油燃焼火炎における発光スペクトル図である
。

【図３】７００〜８００ｎｍの波長域における重油燃焼
火炎の発光スペクトル図である。

【図４】スペクトルパターンの傾斜値と火炎温度との関
係を示す特性図である。

【図５】燃料消費量とスペクトル強度との関係を示す特
性図である。

【図６】都市ガス火炎、灯油火炎および重油火炎と、Ｃ
２　単独のスペクトル強度増加の積算値との関係を示す
特性図である。

【図７】都市ガス火炎、灯油火炎および重油火炎と、１
３３０〜１５００ｎｍバンド域でのＨ２　Ｏ単独のスペ
クトル強度減少の積算値との関係を示す特性である。

【図８】都市ガス火炎、灯油火炎および重油火炎と、１
３３０〜１５００ｎｍバンド域でのＨ２　Ｏ単独のスペ
クトル強度減少の積算値との関係を示す特性図である。

【図９】都市ガス火炎、灯油火炎および重油火炎と１９
５０〜２０６０ｎｍバンド域でのＣＯ２　単独のスペク
トル強度減少の積算値との関係を示す特性図である。

【図１０】都市ガス火炎、灯油火炎および重油火炎と１
９５０〜２０６０ｎｍバンド域でのＣＯ２　単独のスペ
クトル強度増加の積算値との関係を示す特性図である。

【図１１】本発明の実施例２に係る燃焼診断装置のバー
ナ近傍における光プローブの火炎発光スペクトル受光状
況を示す断面図である。

【図１２】重油燃焼火炎を直接監視したときの、各種燃
焼条件における発光スペクトル特性を示すである。

【図１３】燃料流量を変化させたときのスートの、発光
スペクトル強度およびＨ２　Ｏの吸光スペクトル強度の
変化を示す特性図である。

【図１４】空気流量を変化させたときのスートの、発光
スペクトル強度およびＨ２　Ｏの吸光スペクトル強度の
変化を示す特性図である。

【図１５】旋回翼における圧力降下と、スートの発光ス
ペクトル強度と、Ｈ２　Ｏの吸光スペクトル強度の関係
を示す特性である。

【図１６】再循環排ガス流量を変化させたときの、波長
０．８μｍと１．０μｍのスペクトル強度の差ならびに
Ｈ２　Ｏの吸光スペクトル強度の変化を示す特性図であ
る。

【図１７】波長０．８μｍと１．０μｍの発光スペクト
ル強度の差と、火炎温度の関係を示す特性図である。

【図１８】火炎の揺らぎと燃料流量の変動が生じたとき
の、スートの発光スペクトル強度およびＨ２　Ｏの吸光
スペクトル強度の時間的変化を示す特性図である。

【図１９】本発明の実施例３に係る発光スペクトル検出
による燃焼診断装置の概略構成図である。

【図２０】バーナ火炎への燃焼用空気流量の比率を高く
、二段燃焼用空気孔への燃焼用空気流量の比率を低くし
たときの、バーナ火炎ならびに二段燃焼用空気孔火炎の
発光スペクトル特性を示す特性図である。

【図２１】バーナ部火炎への燃焼用空気流量の比率を低
く、二段燃焼用空気孔火炎への燃焼用空気流量の比率を
高くしたときの、バーナ部火炎および二段燃焼用空気孔
火炎のスペクトル特性を示す特性図である。

【図２２】バーナ部火炎への燃焼用空気流量を一定とし
、二段燃焼用空気孔火炎への燃焼用空気流量が変化した
ときの、二段燃焼用空気孔火炎のスペクトル特性を示す
特性図である。

【図２３】ボイラ出口煙道における窒素酸化物濃度およ
び一酸化炭素濃度を示す特性である。

【図２４】バーナ部火炎への燃焼用空気流量を一定とし
、二段燃焼用空気孔の入口と燃焼炉内の圧力差が変化し
たときの二段燃焼用空気孔火炎のスペクトル特性を示す
特性図である。

【図２５】実施例３に係る燃焼診断プログラムのフロー
チヤートである。

【図２６】実施例３に係る燃焼診断プログラムのフロー
チヤートである。

【図２７】燃焼診断ＮＯ．と、バーナ火炎ならびに二段
燃焼用空気孔火炎の燃焼状態との関係を示す図である。

【図２８】他の実施例に係る燃焼診断プログラムのフロ
ーチヤートである。

【符号の説明】

１　　燃焼炉２　　火炎１２　　バーナ３２　　光フアイバ４０　　光スキヤナ４２　　分光分析装置４４　　電子計算機５０　　燃料５１　　空気５２　　再循環排ガス５３　　燃料１０１　　燃焼炉１０２　　バーナ火炎１０６　　二段燃焼用空気孔火炎１０９　　二段燃焼用空気孔１１２　　バーナ１２２　　光プローブ１３２　　光フアイバ１４０　　光スキヤナ１４２　　分光分析装置１４４　　電子計算機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　火炎に対して配置された火炎検出手段
と、その火炎検出手段からの光検出信号を入力する分光
分析手段と、その分光分析手段からの信号を入力して演
算処理する演算手段とを備え、前記分光分析手段によつ
て、火炎中に含まれているスート以外の各種燃焼生成物
の発光・吸光波長バンドにおける発光・吸光によるスペ
クトル強度変化のパターンを作成し、そのパターンに基
づいて、前記演算手段により各種燃焼生成物の濃度を演
算するように構成されていることを特徴とする燃焼診断
装置。
【請求項２】　　火炎に対して配置された火炎検出手段
と、その火炎検出手段からの光検出信号を入力する分光
分析手段と、その分光分析手段からの信号を入力して演
算処理する演算手段とを備え、前記分光分析手段によつ
て、火炎中に含まれているスート以外の各種燃焼生成物
の発光・吸光波長バンドにおける発光・吸光によるスペ
クトル強度変化のパターンを作成し、そのパターンに基
づいて、前記演算手段により当該火炎の温度を演算する
ように構成されていることを特徴とする燃焼診断装置。
【請求項３】　　火炎に対して配置された火炎検出手段
と、その火炎検出手段からの光検出信号を入力する分光
分析手段と、その分光分析手段からの信号を入力して演
算処理する演算手段とを備え、前記分光分析手段によつ
て検出される発光スペクトルのうち、少なくとも、火炎
中のスートの発光スペクトル強度と、火炎中のＨ２　Ｏ
ならびにＣＯ２　の少なくともいずれか一方の吸光波長
域におけるＨ２　ＯとＣＯ２　が無いときに推定される
発光スペクトル強度とスペクトル強度測定値とのスペク
トル強度差とを、検出するように構成されていることを
特徴とする燃焼診断装置。
【請求項４】　　火炎に対して配置された火炎検出手段
と、その火炎検出手段からの光検出信号を入力する分光
分析手段と、その分光分析手段からの信号を入力して演
算処理する演算手段とを備え、前記分光分析手段によつ
て検出される火炎中のスートの発光スペクトル強度と、
火炎中のＨ２　ＯならびにＣＯ２　の少なくともいずれ
か一方の吸光スペクトル強度から、ブラツクスカートの
形成、燃料流量、空気流量、燃焼排ガス流量、火炎温度
分布、火炎中のＨ２　Ｏ、ＣＯ２　の濃度分布のうち少
なくとも１つが演算できるように構成されていることを
特徴とする燃焼診断装置。
【請求項５】　　火炎に対して配置された火炎検出手段
と、その火炎検出手段からの光検出信号を入力する分光
分析手段と、その分光分析手段からの信号を入力して演
算処理する演算手段とを備え、前記分光分析手段によつ
て検出される火炎中のスートの発光スペクトル強度と、
火炎中のＨ２　ＯならびにＣＯ２　の少なくともいずれ
か一方の吸光スペクトル強度の時間変化から、燃料供給
ノズルの閉塞状況が検出できるように構成されているこ
とを特徴とする燃焼診断装置。
【請求項６】　　火炎に対して配置された火炎検出手段
と、その火炎検出手段からの光検出信号を入力する分光
分析手段と、その分光分析手段からの信号を入力して演
算処理する演算手段と発光スペクトル特性と燃焼状態と
の関係を予め記憶しておく記憶手段とを備え、前記分光
分析手段によつて検出される発光スペクトル強度と、前
記記憶手段に記憶されている発光スペクトル特性とを比
較して、当該火炎の状態を診断するようにに構成されて
いることを特徴とする燃焼診断装置。
【請求項７】　　主バーナ火炎に対して配置された主バ
ーナ火炎検出手段と、二段燃焼用空気孔火炎に対して配
置された二段燃焼用空気孔火炎検出手段と、前記主バー
ナ火炎検出手段ならびに二段燃焼用空気孔火炎検出手段
からの光検出信号を入力する分光分析手段と、その分光
分析手段からの信号を入力して演算処理する演算手段と
，主バーナ火炎ならびに二段燃焼用空気孔火炎の発光ス
ペクトル特性と燃焼状態との関係を予め記憶しておく記
憶手段とを備え、前記分光分析手段によつて検出される
主バーナ火炎ならびに二段燃焼用空気孔火炎からの発光
スペクトル強度と、前記記憶手段に記憶されている主バ
ーナ火炎ならびに二段燃焼用空気孔火炎の発光スペクト
ル特性とを比較して、当該火炎の状態を診断するように
に構成されていることを特徴とする燃焼診断装置。