JPH0579623A - Combustion system and combustion evaluation device - Google Patents
Combustion system and combustion evaluation deviceInfo
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- JPH0579623A JPH0579623A JP23827591A JP23827591A JPH0579623A JP H0579623 A JPH0579623 A JP H0579623A JP 23827591 A JP23827591 A JP 23827591A JP 23827591 A JP23827591 A JP 23827591A JP H0579623 A JPH0579623 A JP H0579623A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、火炎の発光を画像とし
て採光し、その光画像情報から空気比分布画像、温度分
布画像の情報を得て火炎の燃焼性を評価する装置、およ
び、これらの装置を備えた燃焼システムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for collecting flame emission as an image, and obtaining information of an air ratio distribution image and a temperature distribution image from the light image information to evaluate the flammability of the flame. Combustion system equipped with the above device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ボイラ等の燃焼する火炎の制御
は、一般には排ガス中のガス分析を行い、その分析値を
用いて制御系へ制御信号を出力する方法が用いられてい
る。排ガス中の監視成分としては、窒素酸化物、一酸化
炭素、酸素、二酸化炭素、亜硫酸ガス等があり、それら
の濃度をもとに火炎を制御している。2. Description of the Related Art Conventionally, a method of analyzing a gas in an exhaust gas and outputting a control signal to a control system by using the analyzed value is generally used for controlling a burning flame of a boiler or the like. Monitoring components in the exhaust gas include nitrogen oxides, carbon monoxide, oxygen, carbon dioxide, sulfurous acid gas, etc., and the flame is controlled based on their concentrations.
【０００３】これらの方法は、燃焼の急激な変化には追
従できない。更に、１つの燃焼器に複数のバーナを有す
る場合、排ガス濃度は平均化されて、個々のバーナにつ
いて精度の高い制御は難しくなる。These methods cannot follow the rapid changes in combustion. Further, in the case of having a plurality of burners in one combustor, the exhaust gas concentration is averaged, and it becomes difficult to control each burner with high accuracy.
【０００４】そこで、バーナ火炎から発する光を受け分
光分析することによって、そのバーナの燃焼状態を診断
する技術が考案された。装置は、光プローブで火炎の光
を受け、この光を光ファイバで伝送し、分光器で分光測
定を行い、更に光電気変換器を経て、計算機で処理して
診断結果を出力する構成である。この装置を使うことに
よって燃焼管理をバーナ一本ごとに行えるので、ボイラ
の効率改善を合理的に行うことができるというもので、
特開昭６０−１２９５２４、６１−１３８０２２、５３
−１０７８９０等に示されている。しかし、これらの方
法では、光プローブで火炎のある一点の光を受けてお
り、その点が必ずしもその火炎を代表する点であるとは
限らず、測定する点の位置が異なれば、火炎診断結果も
変化する可能性が生じる。Therefore, a technique has been devised for diagnosing the combustion state of the burner by spectroscopically analyzing the light emitted from the burner flame. The device is configured to receive flame light with an optical probe, transmit this light with an optical fiber, perform spectroscopic measurement with a spectroscope, and further through a photoelectric converter, process it with a computer and output a diagnostic result. .. By using this device, combustion management can be performed for each burner, so that it is possible to rationally improve the efficiency of the boiler.
JP-A-60-129524, 61-138022, 53
-107890 and the like. However, in these methods, the optical probe receives light at one point with a flame, and that point is not necessarily a point representative of that flame, and if the position of the point to be measured is different, the flame diagnostic result Can also change.
【０００５】更に、特開昭６０−１５９５１５には、火
炎の断層で燃焼状態に関する情報を得るような採光を行
い、その光を分光して特定波長域を選定し、特定波長域
の発光強度や発光パターンから燃焼火炎の温度、空気
比、排ガス成分の情報を得て、その情報から火炎の燃焼
状態を判定する方法が示されている。この発明では、火
炎の断層での燃焼状態に関する情報を含む火炎の発光を
得る採光方法として、採光点を移動させる方法を採用し
ている。この方法では、採光点を移動させるために短時
間に画像情報を得ることはできない。また、この発明で
は単一波長の発光強度と燃焼火炎の温度、空気比、排ガ
ス成分の関係を求めており、例えば、採光面の汚れ等に
よる採光強度の減衰が燃焼状態が変化したかのような測
定誤差を生じ、燃焼診断を誤るおそれがある。Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 60-159515, light is collected so as to obtain information on the combustion state at a flame fault, and the light is dispersed to select a specific wavelength range. A method is shown in which the information on the temperature of the combustion flame, the air ratio, and the exhaust gas component is obtained from the light emission pattern, and the combustion state of the flame is determined from the information. In the present invention, a method of moving the lighting point is adopted as a lighting method for obtaining the light emission of the flame including the information about the combustion state at the flame fault. With this method, it is not possible to obtain image information in a short time because the lighting point is moved. Further, in the present invention, the relationship between the emission intensity of a single wavelength, the temperature of the combustion flame, the air ratio, and the exhaust gas component is obtained, and for example, the attenuation of the lighting intensity due to dirt on the lighting surface may change the combustion state. Measurement error may occur, resulting in incorrect combustion diagnosis.
【０００６】また、特開昭６０−１６９０１５では、炭
素ラジカルと炭化水素ラジカルの発光量から燃焼状態を
診断する方法が示されているが、この方法は、燃焼状態
を診断できる具体的な物理量が不明瞭である。発光量
は、一般に火炎の温度と空気過剰率により決まるので、
発光量を検出しているのみではどちらが変化したのかは
分からず、測定結果に基づいた制御、判定ができない。
火炎の温度は、火炎周辺の環境変化によっても変わる。
例えば、燃料量と空気量を変化させず、即ち一定の空気
過剰率で燃焼していたとしても、火炉壁が冷却状態なの
か冷却しない耐火材状態なのかで、火炎から奪われる温
度が変わるので、火炎温度が変わる。従って、物理量が
不明瞭なことは、問題である。特開平１−１７４９２１
では、火炎の発光から温度を測定する装置についてであ
り、前述と同様の理由で火炎計測には問題が残る。Further, Japanese Patent Laid-Open No. 60-169015 discloses a method for diagnosing the combustion state from the emission amount of carbon radicals and hydrocarbon radicals. This method has a specific physical quantity for diagnosing the combustion state. It is unclear. Since the amount of light emitted is generally determined by the temperature of the flame and the excess air ratio,
It is not possible to know which one has changed only by detecting the light emission amount, and control or determination based on the measurement result cannot be performed.
The temperature of the flame also changes due to environmental changes around the flame.
For example, even if the amount of fuel and the amount of air are not changed, that is, even if the fuel is burned at a constant excess air ratio, the temperature taken by the flame changes depending on whether the furnace wall is in the cooled state or in the refractory state where it is not cooled. , The flame temperature changes. Therefore, the unclear physical quantity is a problem. JP-A-1-174921
Then, regarding the device for measuring the temperature from the light emission of the flame, there remains a problem in flame measurement for the same reason as described above.
【０００７】また、特開昭６０−１６２１２１では、火
炎のある地点のラジカル線スペクトルの強度と、固体輻
射スペクトルの強度をもとめ、これらの強度の差から、
還元火炎あるいは酸化火炎かどうかを判断する方法が提
案されている。Further, in JP-A-60-162121, the intensity of the radical ray spectrum at a point where a flame is present and the intensity of the solid-state radiation spectrum are determined, and from the difference between these intensities,
A method of determining whether it is a reducing flame or an oxidizing flame has been proposed.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】火炎の発光スペクトル
や強度から、燃焼状態を診断する上記従来技術におい
て、任意の点の光を受けて診断する方法では、その点が
必ずしもその火炎を代表する点であるとは限らず、測定
する点の位置が異なれば、火炎診断結果も変化する可能
性が生じる。また、単一の波長から診断を行う方法で
は、採光面の汚れ等による診断誤差を生じる。さらに、
ラジカル線スペクトルと固体輻射スペクトルの強度差か
ら、火炎を判断する方法では、定性的な判断しかできず
高精度に火炎を制御することはできなかった。In the above-mentioned conventional technique for diagnosing the combustion state from the emission spectrum and intensity of the flame, in the method of diagnosing by receiving light at an arbitrary point, that point does not always represent the flame. However, if the position of the measurement point is different, the flame diagnosis result may change. Further, in the method of performing diagnosis from a single wavelength, a diagnostic error is caused due to dirt on the lighting surface. further,
With the method of judging the flame from the difference in intensity between the radical spectrum and the solid-state radiation spectrum, only the qualitative judgment can be made and the flame cannot be controlled with high accuracy.
【０００９】本発明は、火炎の燃焼性を短時間で、高い
精度で定量的に火炎を診断することができる燃焼評価装
置と、この評価装置を備えた優れた環境性と、高い燃焼
効率を有する燃焼システムを提供することを目的とす
る。The present invention provides a combustion evaluation device capable of quantitatively diagnosing a flame combustibility in a short time with high accuracy, an excellent environmental property equipped with this evaluation device, and a high combustion efficiency. An object of the present invention is to provide a combustion system having the same.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料を
燃焼させるためのバーナと、前記バーナに燃料と燃焼用
空気を供給するための供給手段と、前記燃料の流量を調
節するための燃料流量調節手段と、前記空気の流量を調
節するための空気流量調節手段とを有する燃焼システム
において、前記バーナにより形成される火炎の少なくと
も一点以上の箇所の発光画像を採光する画像採光手段
と、前記発光画像についてそれぞれ２つの波長成分λ
１、λ２の光強度を求める光強度取得手段と、前記２つ
の波長の光強度の比を求め、この比から火炎の各点の燃
焼性を評価する物理量を演算する演算手段とを有するこ
とを特徴とする燃焼システムが提供される。According to the present invention, a burner for burning fuel, a supply means for supplying fuel and combustion air to the burner, and a flow rate for adjusting the fuel flow rate are provided. In a combustion system having a fuel flow rate adjusting means and an air flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the air, an image lighting means for lighting a luminescence image of at least one point or more of the flame formed by the burner, Two wavelength components λ for each of the luminescent images
1, a light intensity acquisition unit for obtaining the light intensity of λ2, and a calculation unit for obtaining a ratio of the light intensities of the two wavelengths and calculating a physical quantity for evaluating the combustibility of each point of the flame from the ratio. A featured combustion system is provided.
【００１１】また、本発明によれば、火炎の少なくとも
一点以上の箇所の発光画像を採光する画像採光手段と、
前記発光画像についてそれぞれ２つの波長成分λ１、λ
２の光強度を求める光強度取得手段と、前記２つの波長
の光強度の比を求め、この比から火炎の各点の燃焼性を
評価する物理量を演算する演算手段とを有することを特
徴とする燃焼評価装置が提供される。Further, according to the present invention, image lighting means for lighting the luminescent image of at least one point of the flame,
Two wavelength components λ1 and λ, respectively, for the luminescent image
2 has a light intensity obtaining means for obtaining a light intensity, and a computing means for obtaining a ratio of the light intensities of the two wavelengths and computing a physical quantity for evaluating the flammability of each point of the flame from this ratio. There is provided a combustion evaluation device that operates.
【００１２】[0012]
【作用】本発明の燃焼評価装置は、少なくとも１点以上
の火炎の発光を画像として採光し、それぞれの点におい
て、発光画像の２つの波長λ１、λ２の光強度を求め
る。この２つの波長の光強度の比を計算し、この比と、
密接な関係のある物理量を演算するものである。火炎の
各点で、この物理量を演算することにより、火炎の特徴
を定量的に求めることができる。物理量としては、空気
比や燃焼温度を演算することができる。The combustion evaluation apparatus of the present invention collects the light emission of at least one flame as an image, and at each point, obtains the light intensity of the two wavelengths λ1 and λ2 of the luminescence image. Calculate the ratio of the light intensity of these two wavelengths, and
It calculates physical quantities that are closely related. By calculating this physical quantity at each point of the flame, the characteristics of the flame can be quantitatively obtained. As the physical quantity, the air ratio and the combustion temperature can be calculated.
【００１３】空気比は、２つの波長のラジカルの発光ス
ペクトル強度の比から演算できる。燃焼温度は、ラジカ
ルの発光スペクトルを含まない、二つの波長の固体輻射
スペクトル強度の比から演算できる。The air ratio can be calculated from the ratio of emission spectrum intensities of radicals of two wavelengths. The combustion temperature can be calculated from the ratio of the solid-state radiation spectrum intensities of two wavelengths, which does not include the radical emission spectrum.
【００１４】火炎の発光を画像として採光し、２つ以上
の波長の画像に分けて、それぞれの波長の光強度の比を
用いることは、採光面の汚れ等による、光強度の減衰の
ための診断誤差を無くす作用がある。従って、火炎の燃
焼性を短時間に空間的に評価できるので、火炎診断を正
しく行え、燃焼制御の精度も向上できるよう作用する。By collecting the light emission of the flame as an image, dividing it into images of two or more wavelengths, and using the ratio of the light intensities of the respective wavelengths, it is possible to reduce the light intensity due to dirt on the light collecting surface. It has the effect of eliminating diagnostic errors. Therefore, the flammability of the flame can be spatially evaluated in a short time, so that the flame diagnosis can be correctly performed and the accuracy of the combustion control can be improved.
【００１５】これらの燃焼評価結果を用いて、燃料およ
び空気流量制御を行う燃焼システムは、環境性に優れ、
燃焼効率を高くする作用がある。A combustion system for controlling the flow rate of fuel and air using these combustion evaluation results is excellent in environmental friendliness.
It has the effect of increasing combustion efficiency.
【００１６】[0016]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１７】本発明の第１の実施例の燃焼システムを図
１に示す。図１のように、本実施例の燃焼システムは、
燃焼火炉１４にバーナ５１を備え、バーナ５１に燃料を
供給する配管５２と燃焼用空気を供給する配管５３とを
備え、該バーナに供給する燃料及び空気の流量を制御す
る流量調節手段５４を備えている。前記バーナ５１によ
り形成される火炎１の発光画像を、画像採光手段である
対物レンズ採光光学系２で採光する。この採光光学系２
で採光した発光画像を、位置関係を保ったまま２個の画
像に分岐鏡３を用いて分岐する。分岐された発光画像の
各光路２ａ、２ｂ上には、各々異なる波長の光を通過さ
せる光干渉フィルタ４、５を設けられている。さらに、
光干渉フィルタ４、５を通過した各々の波長の発光画像
を、電気信号に変換するために、光電素子面を有するカ
メラ６、７を設けられている。これらにより、単一の火
炎画像について、位置関係を保ったまま測定波長の異な
る２つの画像が得られる。以上の、対物レンズ採光光学
系２、分岐鏡３、光干渉フィルタ４、５およびカメラ
６、７を、まとめて１つのカメラ装置１５とする。The combustion system of the first embodiment of the present invention is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the combustion system of this embodiment is
The combustion furnace 14 is provided with a burner 51, a pipe 52 for supplying fuel to the burner 51 and a pipe 53 for supplying combustion air, and a flow rate adjusting means 54 for controlling the flow rates of fuel and air supplied to the burner. ing. The emission image of the flame 1 formed by the burner 51 is illuminated by the objective lens illumination optical system 2 which is an image illumination means. This daylighting optical system 2
The luminescent image taken in step 2 is branched into two images using the branch mirror 3 while maintaining the positional relationship. Optical interference filters 4 and 5 are provided on the optical paths 2a and 2b of the branched luminescent image to pass lights of different wavelengths. further,
Cameras 6 and 7 each having a photoelectric element surface are provided in order to convert an emission image of each wavelength that has passed through the optical interference filters 4 and 5 into an electric signal. As a result, two images with different measurement wavelengths can be obtained while maintaining the positional relationship with respect to a single flame image. The objective lens lighting optical system 2, the branch mirror 3, the optical interference filters 4, 5 and the cameras 6, 7 described above are collectively referred to as one camera device 15.
【００１８】これらの２つの画像は、画像取り込み装置
８に蓄えられる。画像取り込み装置８からの出力は、各
光電素子面上の同一座標点からの出力に基づいて火炎の
燃焼性を評価する物理量画像を演算する演算装置９へ至
る。ここで、火炎中の温度分布画像や、あるいは空気比
分布画像を得る。これらの結果は、出力用モニタ１０に
出力される。また、これらの結果は、火炎中の温度分布
画像や、あるいは空燃比分布画像に基づいて火炎の燃焼
性を評価する評価装置１１に出力される。この装置で、
実際の燃焼火炎と理想的な燃焼火炎との差違等を評価す
る。理想的な燃焼火炎のデータは予め記憶されている。
実際の燃焼火炎と理想的な燃焼火炎との差違が大きな場
合には、任意の範囲内で一致するような制御信号を出力
する制御装置１２が作動する。制御装置１２は、流量調
節手段５４に制御信号を送り、バーナ５１あるいは燃焼
室へ供給される空気量と燃料量を制御する。These two images are stored in the image capturing device 8. The output from the image capturing device 8 reaches a computing device 9 that computes a physical quantity image for evaluating the flammability of flame based on the output from the same coordinate point on each photoelectric element surface. Here, a temperature distribution image in the flame or an air ratio distribution image is obtained. These results are output to the output monitor 10. Further, these results are output to the evaluation device 11 which evaluates the flammability of the flame based on the temperature distribution image in the flame or the air-fuel ratio distribution image. With this device,
Evaluate the difference between the actual combustion flame and the ideal combustion flame. The ideal combustion flame data is stored in advance.
When the difference between the actual combustion flame and the ideal combustion flame is large, the control device 12 that outputs a control signal that matches within an arbitrary range operates. The control device 12 sends a control signal to the flow rate adjusting means 54 to control the amount of air and the amount of fuel supplied to the burner 51 or the combustion chamber.
【００１９】つぎに、図２を用いて、各光電素子面上の
同一座標点からの出力に基づいて、火炎の燃焼性を評価
する物理量画像を演算する方法について説明する。初め
に、対物レンズ採光光学系２が採光した火炎画像１３
を、位置関係を保ったまま測定波長の異なる２つの画像
（波長１、波長２）１３ａ、１３ｂに、分岐鏡３、およ
び光干渉フィルタ４、５により分ける。この２つの画像
をそれぞれ、任意行、任意列に区分する。これは、各光
電素子面の画素でも良い。Next, with reference to FIG. 2, a method of calculating a physical quantity image for evaluating the flammability of a flame based on the output from the same coordinate point on each photoelectric element surface will be described. First, the flame image 13 taken by the objective lens lighting optical system 2
Is divided into two images (wavelength 1, wavelength 2) 13a and 13b having different measurement wavelengths while maintaining the positional relationship by the branch mirror 3 and the optical interference filters 4 and 5. These two images are divided into arbitrary rows and arbitrary columns, respectively. This may be a pixel on each photoelectric element surface.
【００２０】つぎに、画像１３ａ、１３ｂにおいて、同
一位置の画像（例えばｉ行ｊ列）の分画を選び、以下述
べるような演算を行い、画像１３のｉ行ｊ列の分画物理
量を決定する。Next, in the images 13a and 13b, the fractions of the image at the same position (for example, i row and j column) are selected, and the following calculation is performed to determine the fractional physical quantity of the image 13 at i row and j column. To do.
【００２１】本実施例の燃焼システムでは、物理量とし
ては、空気比や温度を演算することができる。空気比と
は、Ｑｒ／Ｑｔで規定され、ここで、Ｑｒは供給された
ある量の燃料を燃焼させるために実際に供給した空気量
であり、Ｑｔは供給されたある量の燃料を完全燃焼させ
るのに必要な理論空気量である。空気比の分布画像を得
るためには、光干渉フィルタ４、５にラジカルの発光ス
ペクトルのみを透過させる光干渉フィルタを設置し、ラ
ジカルの発光スペクトルの強度を用いて演算する。In the combustion system of this embodiment, the air ratio and the temperature can be calculated as the physical quantity. The air ratio is defined by Qr / Qt, where Qr is the amount of air actually supplied to burn a supplied amount of fuel, and Qt is a complete combustion of the supplied amount of fuel. It is the theoretical amount of air required to make it. In order to obtain the distribution image of the air ratio, an optical interference filter that transmits only the emission spectrum of radicals is installed in the optical interference filters 4 and 5, and calculation is performed using the intensity of the emission spectrum of radicals.
【００２２】本実施例では、ラジカルとして、ＣＨラジ
カル（４３１ｎｍ）とＣ2ラジカル（５１７ｎｍ）を用
いた。ＣＨラジカルの発光スペクトル強度とＣ2ラジカ
ル発光スペクトルの強度の比と、空気比には図３に示す
ような関係がある。従って、ＣＨラジカルの発光スペク
トル強度とＣ2ラジカル発光スペクトルの強度がわかれ
ば、図３の関係を用いて、空気比を演算することができ
る。光信号画像を受光する光電素子面上の任意座標ごと
に、それぞれの光信号画像を受光する光電素子面上の電
気信号出力の比に基づいて、空気比を演算することによ
り、空気比分布画像を得ることができる。装置的には、
図１の光干渉フィルタ４、５にＣＨラジカルの発光（４
３１ｎｍ）のみを透過させる光干渉フィルタとＣ2ラジ
カルの発光（４１７ｎｍ）のみを透過させる光干渉フィ
ルタを設置する。In this example, CH radicals (431 nm) and C 2 radicals (517 nm) were used as radicals. The ratio between the emission spectrum intensity of the CH radical and the emission spectrum intensity of the C 2 radical and the air ratio have a relationship as shown in FIG. Therefore, if the intensity of the emission spectrum of the CH radical and the intensity of the emission spectrum of the C 2 radical are known, the air ratio can be calculated using the relationship of FIG. The air ratio distribution image is calculated by calculating the air ratio based on the ratio of the electrical signal output on the photoelectric element surface that receives each optical signal image for each arbitrary coordinate on the photoelectric element surface that receives the optical signal image. Can be obtained. In terms of equipment,
The CH interference light emission (4
An optical interference filter that transmits only 31 nm) and an optical interference filter that transmits only C 2 radical emission (417 nm) are installed.
【００２３】また、温度分布画像を得るためには、光干
渉フィルタ４、５にラジカルの発光スペクトルを含まな
い、固体輻射スペクトルのみを透過させる光干渉フィル
タを設置し、固体輻射の発光スペクトルの強度を用いて
演算する。ここでは、ラジカルの発光による光信号を含
まない他の波長として、７９７ｎｍと５０２ｎｍを選定
した。これらの光は、火炎中に存在する微粒子からの輻
射光である。これらの発光スペクトルの強度比と温度と
は、図４に示すような密接な関係がある。従って、７９
７ｎｍと５０２ｎｍの固体輻射スペクトルの強度がわか
れば、図４の関係を用いて温度を演算し、温度分布画像
を得ることができる。この場合、装置的には、光干渉フ
ィルタ４、５に７９７ｎｍの発光のみを透過させる光干
渉フィルタと５０２ｎｍの発光のみを透過させる光干渉
フィルタを設置する。Further, in order to obtain the temperature distribution image, an optical interference filter which does not include the emission spectrum of radicals but transmits only the solid emission spectrum is installed in the optical interference filters 4 and 5, and the intensity of the emission spectrum of the solid emission is set. Calculate using. Here, 797 nm and 502 nm are selected as other wavelengths that do not include an optical signal due to the emission of radicals. These lights are the radiant light from the particles present in the flame. The intensity ratio of these emission spectra and the temperature have a close relationship as shown in FIG. Therefore, 79
If the intensities of the solid-state radiation spectra of 7 nm and 502 nm are known, the temperature can be calculated using the relationship of FIG. 4 and a temperature distribution image can be obtained. In this case, in terms of the apparatus, the optical interference filters 4 and 5 are provided with an optical interference filter that transmits only the emission of 797 nm and an optical interference filter that transmits only the emission of 502 nm.
【００２４】従って、本実施例の燃焼システムでは、短
時間で、精度良く、容易に空気比や燃焼温度を求めるこ
とができるので、これを用いて、燃料および空気流量を
制御することにより効率の高い燃焼システムが提供され
る。Therefore, in the combustion system of this embodiment, the air ratio and the combustion temperature can be easily obtained in a short time with high accuracy. Therefore, by using this, the fuel and air flow rates can be controlled to improve the efficiency. A high combustion system is provided.
【００２５】また本発明の第２の実施例の燃焼システム
を、図５を用いて説明する。A second embodiment of the combustion system of the present invention will be described with reference to FIG.
【００２６】カメラ装置１５を用いて燃焼器１４内に形
成された火炎１の発光画像を採光する。採光された画像
は、画像取り込み装置８、演算装置９を経て火炎中の温
度分布画像や、あるいは空気比分布画像に基づいて火炎
の燃焼性を評価する評価装置１１に至る。空気比および
温度の演算方法は、実施例１を同様であるので説明を省
略する。評価装置１１は、実際の燃焼火炎と理想的な燃
焼火炎との差違等を評価する。評価する方法としては、
画像処理して画像の特徴量を計算する。従って、演算装
置９からの出力は、評価装置１１の中の画像処理装置１
８に入力される。ここでは、例えば入力画像について任
意の強度以上と以下に２分化する２値化処理、２値化処
理した画像についての面積算出、２値化処理した画像の
位置算出、２値化処理した画像について境界のみを線で
結ぶエッジ処理、エッジで囲まれた領域の個数算出、エ
ッジ処理後のエッジの長さ算出、全画素の強度の平均値
及び分散算出等を行う。入力物理量画像について、以上
のような特徴量として算出された結果は、比較装置２０
へと出力される。ここでは、記憶装置１９に予め記憶さ
れている理想的な燃焼火炎の特徴量データと入力された
実際の燃焼火炎の特徴量データとが比較される。実際の
燃焼火炎と理想的な燃焼火炎との差違が大きな場合に
は、任意の範囲内で一致するような制御信号を出力する
制御装置１２が作動する。制御としては、バーナへ供給
される空気量制御装置１６と燃料量制御装置１７で調製
される。The camera device 15 is used to collect a luminescent image of the flame 1 formed in the combustor 14. The captured image passes through the image capturing device 8 and the computing device 9 and reaches the evaluation device 11 that evaluates the flammability of the flame based on the temperature distribution image in the flame or the air ratio distribution image. The calculation method of the air ratio and the temperature is the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. The evaluation device 11 evaluates the difference between the actual combustion flame and the ideal combustion flame. As an evaluation method,
Image processing is performed to calculate the image feature amount. Therefore, the output from the arithmetic device 9 is the image processing device 1 in the evaluation device 11.
8 is input. Here, for example, a binarization process that divides an input image into two parts having an intensity equal to or higher than an arbitrary intensity, area calculation for the binarized image, position calculation for the binarized image, and binarized image Edge processing that connects only boundaries with lines, calculation of the number of areas surrounded by edges, calculation of edge length after edge processing, calculation of average value and variance of intensity of all pixels, and the like are performed. The result calculated as the above feature amount for the input physical quantity image is the comparison device 20.
Is output to. Here, the ideal combustion flame characteristic amount data stored in advance in the storage device 19 is compared with the input actual combustion flame characteristic amount data. When the difference between the actual combustion flame and the ideal combustion flame is large, the control device 12 that outputs a control signal that matches within an arbitrary range operates. The control is performed by the air amount control device 16 and the fuel amount control device 17 supplied to the burner.
【００２７】図６に、入力画像について任意の強度以上
と以下に２分化する２値化処理の後、境界のみを線で結
ぶエッジ処理をした例を示す。図６（ａ）は２つの領域
が出来た例であり、図６（ｂ）、図６（ｃ）は１つの領
域の例である。各々位置やエッジの長さ、面積等が異な
る。例えば図６（ｂ）が理想的であるとするならば、図
６（ａ）、（ｃ）に対して制御を行う。また、図６
（ｂ）からずれてきたならば、制御を再開する。この他
に、全画素の強度の平均値及び分散等についても比較評
価する。FIG. 6 shows an example in which the input image is subjected to the edge processing for connecting only the boundary with a line after the binarization processing for dividing the input image into two areas having an intensity equal to or higher than an arbitrary intensity. FIG. 6A is an example in which two regions are formed, and FIGS. 6B and 6C are examples in which one region is formed. The position, the length of the edge, the area, etc. are different. For example, assuming that FIG. 6B is ideal, control is performed on FIGS. 6A and 6C. In addition, FIG.
If it deviates from (b), control is restarted. In addition to this, the average value and variance of the intensities of all pixels are also compared and evaluated.
【００２８】本発明の第３の実施例の燃焼システムを図
７を用いて説明する。図７のように、１つの燃焼室内に
１つ以上のバーナを有する燃焼器２１において、１つ以
上のバーナを同時に観察できる位置に本発明の燃焼評価
装置のカメラ１５を備え、個々のバーナの燃焼性が評
価、制御される燃焼器の実施例を示す。この燃焼器には
ガスタービン燃焼器であり、内側バーナ群２２と外側バ
ーナ群２３がある。観察窓２４からの観察結果は、図８
に示す。内側バーナ群２２の８本のバーナ及び外側バー
ナ群２３の８本のバーナを同時に観察できる。従って、
本装置をこのような使い方をすれば、１度に複数のバー
ナを観察出来、全てのバーナを同時に管理できる効果が
ある。例えば、バーナ郡ごとに均一の燃焼を維持するこ
とも可能になる。均一に燃焼させることが燃焼効率を向
上させ、排ガス中窒素酸化物濃度も低減できるので、空
燃比分布あるいは温度分布の監視は非常に効果的であ
る。The combustion system of the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, in the combustor 21 having one or more burners in one combustion chamber, the camera 15 of the combustion evaluation apparatus of the present invention is provided at a position where one or more burners can be observed at the same time. An example of a combustor whose flammability is evaluated and controlled will be shown. This combustor is a gas turbine combustor and has an inner burner group 22 and an outer burner group 23. The observation result from the observation window 24 is shown in FIG.
Shown in. Eight burners of the inner burner group 22 and eight burners of the outer burner group 23 can be observed simultaneously. Therefore,
If this device is used in this way, it is possible to observe a plurality of burners at once and manage all the burners at the same time. For example, it is possible to maintain a uniform combustion in each burner county. Since the uniform combustion can improve the combustion efficiency and reduce the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas, it is very effective to monitor the air-fuel ratio distribution or temperature distribution.
【００２９】以上、説明してきた実施例は、物理量画像
として空燃比分布画像あるいは温度分布画像のどちらか
一方のみを測定するためのシステムを示した。そこで、
次に空燃比分布画像と温度分布画像を同時に測定するた
めの実施例を図９に示す。火炎１の発光画像を、対物レ
ンズ採光光学系２で採光する。この対物レンズ採光光学
系２で採光した発光画像を、位置関係を保ったまま２個
の画像に分岐鏡３を用いて分岐する。分岐された発光画
像の各光路上に、カメラ装置１５をそれぞれ配置する。
カメラ装置１５の出力以降は、図５に示したものと同様
であるので説明を省略する。The embodiments described above have shown the system for measuring only one of the air-fuel ratio distribution image and the temperature distribution image as the physical quantity image. Therefore,
Next, an embodiment for simultaneously measuring the air-fuel ratio distribution image and the temperature distribution image is shown in FIG. The emission image of the flame 1 is illuminated by the objective lens illumination optical system 2. The luminescent image captured by the objective lens illuminating optical system 2 is branched into two images using the diverging mirror 3 while maintaining the positional relationship. The camera device 15 is arranged on each optical path of the branched luminescence image.
Since the output from the camera device 15 is the same as that shown in FIG. 5, description thereof will be omitted.
【００３０】従って、本実施例によれば、一方のカメラ
装置１５ａにより空燃比分布画像を他方のカメラ装置１
５ｂにより温度分布画像を同時に測定できる効果があ
り、従って、燃焼火炎制御の精度もさらに向上する。Therefore, according to this embodiment, the image of the air-fuel ratio distribution is taken by the one camera device 15a and the other camera device 1a.
5b has the effect of simultaneously measuring the temperature distribution image, and therefore the accuracy of combustion flame control is further improved.
【００３１】本実施例では、燃焼システムについて説明
したが、画像採光カメラ１５、画像取り込み装置８、演
算装置９、評価装置１１、出力用モニタ１０から構成さ
れる燃焼評価装置や、燃焼評価装置に制御装置１２を加
えて既存の燃焼システムを制御する燃焼制御装置を構成
することももちろん可能である。Although the combustion system has been described in the present embodiment, the combustion evaluation device including the image lighting camera 15, the image capturing device 8, the arithmetic device 9, the evaluation device 11, and the output monitor 10 and the combustion evaluation device are used. It is of course possible to configure the combustion control device for controlling the existing combustion system by adding the control device 12.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
火炎の発光を画像として採光し、２つ以上の波長の画像
に分け、それぞれの波長の光強度の比を用いることで、
採光面の汚れ等による、光強度の減衰のための診断誤差
を無くす効果ある。また、それらの光強度の比を演算す
ることにより、短時間で空気比分布画像、温度分布画像
の情報を得ることができる。従って、火炎の燃焼性を短
時間に、定量的に評価できるので、火炎診断を高精度に
行え、燃焼制御の精度が向上する効果がある。As described above, according to the present invention,
By collecting the emission of flame as an image, dividing it into images of two or more wavelengths, and using the ratio of the light intensity of each wavelength,
This is effective in eliminating a diagnostic error due to attenuation of light intensity due to dirt on the lighting surface. Further, by calculating the ratio of the light intensities thereof, information of the air ratio distribution image and the temperature distribution image can be obtained in a short time. Therefore, the combustibility of the flame can be quantitatively evaluated in a short time, so that the flame diagnosis can be performed with high accuracy and the accuracy of combustion control can be improved.
【００３３】したがって、本発明によれば、火炎の燃焼
性を短時間で、定量的に、高い精度で火炎を診断するこ
とができる燃焼評価装置と、この評価装置を備えた優れ
た環境性と、高い燃焼効率を有する燃焼システムを提供
することができる。Therefore, according to the present invention, a combustion evaluation device capable of quantitatively and highly accurately diagnosing a flame combustibility in a short time, and an excellent environmental property provided with this evaluation device. A combustion system having high combustion efficiency can be provided.
【図１】本発明の第１の実施例の燃焼システムの構成を
示す説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a combustion system according to a first embodiment of the present invention.
【図２】光電変換手段上の同一座標点からの出力に基づ
いて、火炎の燃焼性を評価する物理量画像を演算するこ
とを示す説明図。FIG. 2 is an explanatory view showing that a physical quantity image for evaluating flammability of a flame is calculated based on outputs from the same coordinate point on the photoelectric conversion means.
【図３】ＣＨラジカルとＣ2ラジカルの発光強度比と空
燃比に関係を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the emission intensity ratio of CH radicals and C 2 radicals and the air-fuel ratio.
【図４】固体輻射光の強度比と温度の関係を示すグラ
フ。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the intensity ratio of solid-state radiation and temperature.
【図５】本発明の第２の実施例を燃焼システムの構成を
示す説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a combustion system according to a second embodiment of the present invention.
【図６】火炎の物理量画像について２値化処理の後、境
界のみを線で結ぶエッジ処理をした例を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example in which edge processing for connecting only boundaries with lines is performed after binarization processing for a physical quantity image of flame.
【図７】本発明の第３の実施例の燃焼システムの構成を
示す切り欠き断面図。FIG. 7 is a cutaway sectional view showing a configuration of a combustion system according to a third embodiment of the present invention.
【図８】図７に示したカメラ１５から見たバーナの観察
図。8 is an observation view of the burner viewed from the camera 15 shown in FIG.
【図９】空燃比分布画像と温度分布画像を同時に測定す
るための実施例を示す説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram showing an embodiment for simultaneously measuring an air-fuel ratio distribution image and a temperature distribution image.
１…火炎、２…対物レンズ採光光学系、３…分岐鏡、４
…光干渉フィルタ、５…光干渉フィルタ、６、７…カメ
ラ、８…画像取り込み装置、９…演算装置、１０…出力
用モニタ、１１…評価装置１１、１２…制御装置、１５
…画像採光カメラ、１６…空気量調製装置、１７…燃料
量調製装置、１８…画像処理装置、１９…記憶装置、２
０…比較装置、２１…複数のバーナを有する燃焼器、５
１…バーナ、５２…燃料供給配管、５３…空気供給配
管、５４…流量調節手段。1 ... Flame, 2 ... Objective lens light-gathering optical system, 3 ... Branch mirror, 4
... optical interference filter, 5 ... optical interference filter, 6, 7 ... camera, 8 ... image capturing device, 9 ... arithmetic device, 10 ... output monitor, 11 ... evaluation device 11, 12 ... control device, 15
... Image lighting camera, 16 ... Air amount adjusting device, 17 ... Fuel amount adjusting device, 18 ... Image processing device, 19 ... Storage device, 2
0 ... Comparison device, 21 ... Combustor having a plurality of burners, 5
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Burner, 52 ... Fuel supply piping, 53 ... Air supply piping, 54 ... Flow control means.
Claims (9)
ーナに燃料と燃焼用空気を供給するための供給手段と、
前記燃料の流量を調節するための燃料流量調節手段と、
前記空気の流量を調節するための空気流量調節手段とを
有する燃焼システムにおいて、 前記バーナにより形成される火炎の少なくとも一点以上
の箇所の発光画像を採光する画像採光手段と、前記発光
画像についてそれぞれ２つの波長成分λ１、λ２の光強
度を求める光強度取得手段と、前記２つの波長の光強度
の比を求め、この比から火炎の各点の燃焼性を評価する
物理量を演算する演算手段とを有することを特徴とする
燃焼システム。1. A burner for burning fuel, a supply means for supplying fuel and combustion air to the burner,
Fuel flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the fuel;
In a combustion system having an air flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the air, an image lighting means for lighting a luminescent image of at least one point or more of a flame formed by the burner, and 2 for each of the luminescent images A light intensity acquisition unit that obtains the light intensity of one wavelength component λ1 and λ2 and a calculation unit that obtains a ratio of the light intensity of the two wavelengths and calculates a physical quantity for evaluating the flammability of each point of the flame from this ratio. A combustion system characterized by having.
て、前記燃料流量調節手段と前記空気流量調節手段のう
ち少なくとも一方を制御する制御手段をさらに有するこ
とを特徴とする燃焼システム。2. The combustion system according to claim 1, further comprising control means for controlling at least one of the fuel flow rate adjusting means and the air flow rate adjusting means based on the physical quantity.
得手段は、前記発光画像を構成する光線束を分岐する分
岐手段と、分岐された２つの光線束の一方について波長
λ１、他方について波長λ２の成分を透過させる波長選
択手段と、透過した光線束を受光して電気信号に変換す
る光電変換手段とを有することを特徴とする燃焼システ
ム。3. The light intensity acquisition means according to claim 1 or 2, wherein the light intensity acquisition means has a branching means for branching a light ray bundle forming the emission image, a wavelength λ1 for one of the two branched light ray bundles, and a wavelength for the other. A combustion system, comprising: a wavelength selection means for transmitting the component of λ2; and a photoelectric conversion means for receiving the transmitted light flux and converting it into an electric signal.
波長λ１とλ２は、それぞれ異なるラジカルの発光スペ
クトル波長であり、前記演算手段はＱｒ／Ｑｔで定義さ
れる空気比を演算することを特徴とする燃焼システム。
ここで、Ｑｒは供給されたある量の燃料を燃焼させるた
めに実際に供給した空気量であり、Ｑｔは供給されたあ
る量の燃料を完全燃焼させるのに必要な理論空気量であ
る。4. The wavelengths .lamda.1 and .lamda.2 are emission spectrum wavelengths of different radicals, and the calculating means calculates an air ratio defined by Qr / Qt. Combustion system.
Here, Qr is the amount of air actually supplied to burn a certain amount of fuel supplied, and Qt is the theoretical amount of air required to completely burn a certain amount of fuel supplied.
は、それぞれＣＨラジカルとＣ2ラジカルの発光スペク
トルであることを特徴とする燃焼システム。5. The wavelengths λ1 and λ2 according to claim 4.
Are combustion spectra of emission spectra of CH radical and C 2 radical, respectively.
波長λ１とλ２は、それぞれラジカルの発光スペクトル
を含まない固体輻射波長であり、前記演算手段は燃焼温
度を演算することを特徴とする燃焼システム。6. The method according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the wavelengths λ1 and λ2 are solid state radiation wavelengths that do not include the emission spectrum of radicals, and the calculating means calculates the combustion temperature. Combustion system.
像を採光する画像採光手段と、前記発光画像についてそ
れぞれ２つの波長成分λ１、λ２の光強度を求める光強
度取得手段と、前記２つの波長の光強度の比を求め、こ
の比から火炎の各点の燃焼性を評価する物理量を演算す
る演算手段とを有することを特徴とする燃焼評価装置。7. An image collecting means for collecting a luminescent image of at least one spot of a flame, a light intensity acquiring means for obtaining light intensities of two wavelength components λ1 and λ2 respectively for the luminescent image, and the two wavelengths. And a calculation means for calculating a physical quantity for evaluating the combustibility of each point of the flame from the ratio of the light intensities.
は、前記発光画像を構成する光線束を分岐する分岐手段
と、分岐された２つの光線束の一方について波長λ１、
他方について波長λ２の成分を透過させる波長選択手段
と、透過した光線束を受光して電気信号に変換する光電
変換手段とを有することを特徴とする燃焼評価装置。8. The light intensity acquisition means according to claim 7, wherein the light intensity acquisition means branches the light flux forming the light emission image, and the wavelength λ1 for one of the two branched light fluxes.
A combustion evaluation apparatus comprising: a wavelength selection unit that transmits a component of wavelength λ2 for the other side; and a photoelectric conversion unit that receives the transmitted light flux and converts it into an electric signal.
表示する表示手段をさらに有することを特徴とする燃焼
評価装置。9. The combustion evaluation device according to claim 7, further comprising display means for displaying the physical quantity.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP3238275A JP3035389B2 (en) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | Combustion system and combustion evaluation device |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP3238275A JP3035389B2 (en) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | Combustion system and combustion evaluation device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0579623A true JPH0579623A (en) | 1993-03-30 |
| JP3035389B2 JP3035389B2 (en) | 2000-04-24 |
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ID=17027769
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|---|---|---|---|
| JP3238275A Expired - Lifetime JP3035389B2 (en) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | Combustion system and combustion evaluation device |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3035389B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7663874B2 (en) | 2006-03-08 | 2010-02-16 | Fujitsu Limited | Electronic apparatus |
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|---|---|---|---|---|
| JP2013072574A (en) * | 2011-09-27 | 2013-04-22 | Tokyo Gas Co Ltd | Combustion diagnostic device and method of diagnosing combustion |
-
1991
- 1991-09-18 JP JP3238275A patent/JP3035389B2/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7663874B2 (en) | 2006-03-08 | 2010-02-16 | Fujitsu Limited | Electronic apparatus |
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