JPH1061903A - ボイラの圧力部噴破検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボイラの負荷状態、バーナ運用パターン又は
センサの取付位置で変化する暗騒音レベル、オフセット
及びゲイン補正値、噴破しきい値のあらゆる状態につい
て予め行う測定を不要とする。 【解決手段】 ボイラ本体が発する音圧レベルを検出す
る検出センサ５に接続された検波整流器１３の出力信号
をサンプリングし、所定の時間間隔の前後の信号レベル
の絶対差分より暗騒音レベルの範囲か否かを判断する補
正指令装置１６と、上記検波整流器１３にオフセット補
正回路１４を介して接続されたゲイン補正回路１５の出
力信号をサンプリングし、この出力信号が上記補正指令
装置１６の判定指令出力時に所定の回数以上連続して噴
破しきい値を超えた場合に警報を発する監視装置２０を
備えたものとしたことによって、あらゆる状態について
予め暗騒音レベル等を測定しておくことが不要となり、
低コストで高精度のボイラの圧力部の噴破の検出が可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、事業用、産業用ボ
イラ等に適用されるボイラの圧力部噴破検知装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のボイラの圧力部噴破検知装置につ
いて、図７及び図８により説明する。図７は、従来の検
知装置の検出端部のボイラ炉壁への取付状態を示したも
のである。

【０００３】図７（ａ）は側面図で、１は蒸発管、２は
蒸発管１と炉壁３の間に設けられた断熱材である。４は
聴音管で、炉内，炉外の聴音管４はフランジ７で結合さ
れている。５は検出センサ（マイクロフォンなど）で、
６は信号ラインである。８はパージ用エアー配管であ
る。図７（ｂ）は炉内側から蒸発管１を見た図で、複数
の蒸発管１はスペーサにより連結されている。９は聴音
管４の開口部を示したものである。

【０００４】図８は従来の検知装置の全体構成を示した
ものであり、１１は電圧増幅器で、炉壁３に取り付けら
れた聴音管４内を伝搬し、検出センサ５により検知され
て電気信号に変換された音波信号６はこれに入力され
る。１２は電圧増幅器１１の出力を受け、ある周波数ｆ
ｃ以下の低周波成分を遮断する高域通過ろ波器、１３は
高域通過ろ波器１２の出力を検波整流する検波整流器、
１６’はボイラ負荷信号１７及び複数のバーナＯＮ／Ｏ
ＦＦ信号１７’を受けて出力補正信号を発する補正指令
装置である。

【０００５】１４は補正指令装置１６’からのボイラ負
荷及びバーナ運用パターンに対応した暗騒音レベルに対
するオフセット補正信号１８を受けて検波整流器１３の
出力に補正をかけるオフセット補正回路、１５は補正指
令装置１６’からのボイラ負荷及びバーナ運用パターン
に対応したゲイン補正信号１９を受けて、オフセット補
正回路１４の出力にゲイン補正をかけるゲイン補正回路
で、２０はゲイン補正回路１５の出力を監視する監視装
置で、検出状況の記録・表示及び出力がしきい値以上の
ときの警報の発信などを行う。

【０００６】２１はゲート回路、２２はボイラのスーツ
ブロー制御を行っている間のみゲート回路２１に閉の信
号を与えるスーツブロー制御器である。これは、スーツ
ブロー作動時には高周波音が存在し、噴破などによる異
常音との識別が困難となるため、回路をブロックするも
のである。

【０００７】２３は検波整流器１３の出力と補正指令装
置１６’からのボイラ負荷及びバーナ運用パターンに対
する暗騒音レベル信号２４を受けて暗騒音レベル低下を
検知し、聴音管開口部９の閉鎖状態を検知する閉鎖検出
回路で、閉鎖が検知されると、パージ発生回路２５（例
えば電磁弁など）を作動させ、図７（ａ）に示すパージ
用配管８からエアーを噴射させる。

【０００８】２６は空気入力配管で、２７は空気出力配
管を示している。また、閉鎖検知時には、閉鎖検出回路
２３から監視装置２０に対してパージ中信号を発信し、
監視装置２０はゲイン補正回路１５の信号を受けて、検
出センサ５の作動状態の判定を行う。

【０００９】次に、本検知装置の作用の詳細について、
図７乃至図１１により説明する。検出センサ５により検
出されて電気信号に変換され、電圧増幅器１１で増幅さ
れた音波信号は、ゲート回路２１を介して高域通過ろ波
器１２に伝送され、このろ波器１２が遮断周波数ｆｃ以
上の信号のみを通過させ、検波整流器１３で直流信号に
変換され、オフセット補正回路１４、ゲイン補正回路１
５を経て監視装置２０に入力される。また、上記検波整
流器１３の出力は、閉鎖検出回路２３にも入力される。

【００１０】図９（ａ）は、電圧増幅器１１の出力信号
の周波数分析結果例を示したもので、横軸を周波数、縦
軸を音圧レベルとしており、斜線部分は遮断周波数ｆｃ
以上の高域通過の成分を表している。

【００１１】図９（ａ）において、ａ，ｂはボイラ負
荷、バーナ運用パターン及びセンサ取付位置による暗騒
音レベルを表したもので、ａは暗騒音の周波数が高域通
過ろ波器１２のｆｃ以下のケース、ｂはｆｃ以上の周波
数の暗騒音が存在するケースで、ｂの場合は高周波成分
が含まれるため、暗騒音レベルの音圧を噴破と誤検出す
る可能性がある。

【００１２】図９（ｂ）は検波整流器１３の出力例を横
軸を時間として示したもので、同図の左半分は定常状態
の場合で、図９（ａ）中のａ，ｂに対応している。図９
（ｂ）の右半分は噴破による異常音を含む場合を示して
いる。こゝでのａはバーナ運用パターンを含めた負荷が
低い場合又はバーナより遠い位置にセンサがある場合の
例、ｂは負荷が高い場合又はバーナに近い位置にセンサ
がある場合の例で、一般的に負荷とともに暗騒音レベル
は増加し、また、バーナに近い程、暗騒音レベルは増加
し、異常音とのレベル差が小さくなる。

【００１３】このようにボイラ負荷、バーナ運用パター
ン及びセンサ取付位置による上記の状態を解消するた
め、予め実験的に当該ボイラの負荷、バーナ運用パター
ン及びセンサ取付位置に対する各センサの暗騒音レベル
を求めて補正指令装置１６’に記憶し、検波整流器１３
の出力に対してオフセット補正回路１４にて補正を行
い、暗騒音レベルをゼロ近傍にセットする。

【００１４】また、高負荷、バーナ位置に近い程、暗騒
音と異常音のレベル差が小さいことから、検出性を容易
にするため実験的にバーナ運用パターンを含めた負荷及
びセンサ取付位置に対する各センサのゲイン補正値を求
めて補正指令装置１６’に記憶し、オフセット補正回路
１４の出力についてゲイン補正回路８にてゲイン補正を
行う。

【００１５】図１０（ａ）は、負荷に対するオフセット
補正、図１０（ｂ）は、ボイラ負荷に対するゲイン補正
曲線の例を示したもので、いずれもボイラ負荷の上昇と
ともに補正レベルも上昇する。この補正曲線は、各セン
サ及び各負荷帯のバーナ運用パターン毎に補正指令装置
１６’に記憶されている。

【００１６】上記補正をほどこしたゲイン補正回路１５
の出力は監視装置２０に入力され、図９の例に示す予め
設定した異常音レベルに対するしきい値と比較し、しき
い値以上のとき、噴破発生と判定して警報を出力する。
なお、監視装置２０は検出レベル等の状態表示も行う。

【００１７】次に、閉鎖検出回路２３の作用について説
明する。閉鎖検出回路２３は、検波整流回路１３の出力
を受けて図９（ｂ）の左半分に示す暗騒音レベルの低下
を予め設定したしきい値ＴＨＬ（図９（ｂ）中に点線で
示す）と比較して、しきい値ＴＨＬ以下のときに聴音管
の開口部９が灰，スラグ等により閉鎖され、音波が遮断
されたものと判断する。

【００１８】このしきい値ＴＨＬは、ボイラ負荷及びバ
ーナ運用パターン別に予め実験的に求めて補正指令装置
１６’に記憶させておき、閉鎖検出回路２３に出力され
る。閉鎖と判断された場合、閉鎖検出回路２３はパージ
発生回路（電磁弁など）２５を作動させ、パージに必要
な加圧空気を空気出力管２７を介してパージ用配管８よ
り炉内に噴射させ、聴音管開口部の堆積物を除去する。
このパージ時間は一定時間又は暗騒音レベルが元のレベ
ルに復帰するまでのどちらでもよい。

【００１９】また、上記しきい値ＴＨＬ以下のとき、閉
鎖検出回路２３は監視装置２０にパージ中の信号を出力
し、監視装置２０はパージ中信号によりゲイン補正回路
１５の出力信号の判定を行う。パージ中は、加圧空気噴
射のため、図９（ｂ）に示すように音波レベルは暗騒音
レベルに較べて極めて高くなるものであり、しきい値と
比較してしきい値以下のときは検出センサ異常と判断
し、警報などを出力する。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】従来のボイラの圧力部
噴破検知装置においては、以下に説明する課題があっ
た。

【００２１】（１）ボイラにおける暗騒音レベルは、ボ
イラの負荷状態、バーナ運用パターン又はセンサ取付位
置により変化するため、各センサに対してボイラ負荷又
は、バーナ運用パターン別にオフセット及びゲイン補正
値を実験的に求めていたが、この補正値を求めるために
多大な時間を要する。

【００２２】（２）同一負荷帯でも上記バーナ運用パタ
ーンが異なる場合もあり、この場合、同一センサ位置に
おける暗騒音レベルは異なるため、考えられる全てのバ
ーナ運用パターンに関する補正値管理が必要となり、上
記と同様にこの管理に多大な時間を要する。

【００２３】（３）また、噴破検知のためのしきい値管
理についても、上記と同様に多大の時間を要する。本発
明は、上記の課題を解決しようとするものである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、複数のバーナを有するボイラ本体に聴音管を介して
接続された検出センサ、同検出センサが高域通過ろ波器
を介して接続された検波整流器、および同検波整流器が
オフセット補正回路を介して接続されたゲイン補正回路
を備えたボイラの圧力部噴破検知装置において、上記検
波整流器よりその出力信号をサンプリングし、所定の時
間間隔の前後の信号レベルの絶対差分が暗騒音しきい値
以下の場合は後者の信号レベルを暗騒音レベルと判断し
て上記オフセット補正回路とゲイン補正回路へ補正信号
を出力し、暗騒音しきい値以上の場合は上記補正信号の
出力を停止して判定指令と暗騒音レベル信号を出力する
補正指令装置、および上記ゲイン補正回路の出力信号を
サンプリングし、上記補正指令装置より判定指令と暗騒
音レベル信号を入力して、判定指令入力時にゲイン補正
回路の出力信号が所定の回数以上連続して噴破しきい値
を超えた場合に警報を発する監視装置を備えたことを特
徴としている。

【００２５】本発明においては、予め所定の時間間隔に
おけるボイラの負荷変動による最大の暗騒音レベルの変
化量を求め、これを暗騒音しきい値として補正指令装置
に記憶させ、このしきい値をもとに補正指令装置が検出
センサの検出した音圧レベルが暗騒音レベルの範囲内か
否を判定し、範囲外の場合は、判定指令と暗騒音レベル
信号を監視装置に入力する。

【００２６】上記監視装置は、判定指令を入力すると、
暗騒音レベルより噴破しきい値を求め、ゲイン補正回路
よりサンプリングした出力信号をこれと比較し、ゲイン
補正回路の出力信号が所定の回数以上連続して噴破しき
い値を超えた場合は、警報を発する。

【００２７】そのため、従来の装置の場合のように、ボ
イラの負荷状態、バーナ運用パターン又はセンサ取付位
置により変化する暗騒音レベル、オフセット及びゲイン
補正値、噴破しきい値をあらゆる状態について予め測定
しておくことが不要となり、低コストで高精度のボイラ
の圧力部の噴破の検知が可能となる。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態に係るボイ
ラの圧力部噴破検知装置について、図１により説明す
る。

【００２９】図１に示す本実施形態に係る検知装置は、
図８に示す従来の装置において用いられていたボイラ負
荷信号１７及び複数のバーナＯＮ／ＯＦＦ信号１７’を
入力してオフセット補正回路１４とゲイン補正回路１５
と閉鎖検出回路２３へそれぞれオフセット補正信号１
８、ゲイン補正信号１９、暗騒音レベル信号２４を出力
する補正指令装置１６’に代えて、検波整流器１３の出
力信号３０を入力してオフセット補正回路１４、ゲイン
補正回路１５、閉鎖検出回路２３及び監視装置２０へそ
れぞれオフセット補正信号１８、ゲイン補正信号、暗騒
音レベル信号２４、判定指令及び暗騒音レベル信号を出
力する補正指令装置１６が設けられている。

【００３０】次に、本実施形態に係るボイラの圧力部噴
破検知装置の作用について、図１乃至図６により説明す
る。なお、上記補正指令装置１６に係る部分以外につい
ては、従来の装置と同様のため、その説明を省略する。

【００３１】上記検波整流回路１３が出力した出力信号
３０は補正指令装置１６に入力され、補正指令装置１６
がこの出力信号３０をサンプリングすることにより所定
の処理が行われるが、この処理の内容は以下のとおりで
ある。

【００３２】上記補正指令装置１６は、まず検波整流器
１３の出力信号３０について、図２に示すようにデータ
サンプリングを行う。図２において、横軸は時間であ
り、ａ ₁ ，ａ₂ ，ａ₃ ，……はサンプリング時点、Δｔ
はサンプリング周期、ΔＴは音圧レベルの変動状況によ
り暗騒音レベルか噴破発生かを識別するためのデータ比
較周期である。ここでは、ΔＴ＝５×Δｔとしている。

【００３３】上記のようにデータサンプリングされた検
波整流器１３の出力信号３０については、ａ₁ でのサン
プリングデータは、ΔＴ後のａ₁ ’でのサンプリングデ
ータと比較し、｜ａ₁ −ａ₁ ’｜＜暗騒音しきい値ＴＨ
１の条件が成立すると、ａ₁’での音圧レベルを暗騒音
レベルと認識する。

【００３４】以下順次、ａ₂ とａ₂ ’，ａ₃ とａ₃ ’…
…ａ₅ とａ₅ ’，ａ₁ ，ａ₂ ’とａ ₂ ，………，ａ₅ ’
とａ₅ ，………の間で、両者間の絶対差分を計算し、暗
騒音しきい値ＴＨ１以下であれば、後者の値を暗騒音レ
ベルと認識する。

【００３５】この認識された暗騒音レベルは、補正信号
としてオフセット補正回路１４に対して出力され、オフ
セット補正回路１４は検波整流器１３の出力信号より上
記補正信号を減算し、これを出力信号として出力する。

【００３６】なお、上記データ比較周期ΔＴは外乱など
による一時的な暗騒音レベルの増加を噴破発生と誤検出
することを防止するために設けるものであり、その値は
対象ボイラの外乱などの状況により判断して決定する
が、一般的には５〜１０秒程度である。

【００３７】また、上記暗騒音しきい値ＴＨ１について
は、負荷変動時のサンプリング周期の間に生じる暗騒音
レベルの変動についてのバーナ運用パターンの違いも含
んだ全負荷域における最大値を求め、この最大値よりも
若干高い値に設定する。

【００３８】上記オフセット補正回路１４の出力信号は
ゲイン補正回路１５に入力され、ゲイン補正回路１５は
補正指令装置１６からのゲイン補正信号１９により、図
３に示すように上記出力信号についてオフセット補正レ
ベルに対応したゲイン補正を行って出力する。

【００３９】これは、一般的にボイラ負荷が高くなると
暗騒音レベルは増加し、負荷が高い程、暗騒音レベルと
噴破発生時の音圧レベルとのＳ／Ｎ比が小さくなり、上
記絶対差分の変動状況の把握が困難になるためである。

【００４０】上記ゲイン補正回路１５の出力信号は監視
装置２０によりサンプリングされ、監視装置２０は音圧
レベルが暗騒音レベルの範囲内の場合の上記絶対差分の
変動状況を明瞭に表示する。

【００４１】上記補正指令装置１６がサンプリングした
データ比較周期ΔＴ前後のデータの絶対差分がＴＨ１以
上のときは、補正指令装置１６はオフセット補正信号１
８及びゲイン補正信号１９の出力を停止し、判定指令及
び暗騒音レベル信号を出力し、これを監視装置２０に入
力する。

【００４２】上記監視装置２０は、判定指令及び暗騒音
レベル信号を入力すると、暗騒音レベル信号より噴破し
きい値ＴＨ２を求め、また、オフセット補正もゲイン補
正も行われずにゲイン補正回路１５から出力された検波
整流器１５の出力信号をサンプリングし、この出力信号
が上記噴破しきい値ＴＨ２以下、およびＴＨ２以上であ
るがＮ回（こゝではＮ＝５）以上連続しない場合は、リ
セット信号を補正指令装置１６に出力し、ＴＨ２以上が
Ｎ回以上連続した場合は、警報を発する。

【００４３】上記監視装置２０よりリセット信号が入力
されると、補正指令装置１６はオフセット補正信号１８
及びゲイン補正信号１９の出力停止状態が解除され、元
の状態に戻る。また、監視装置２０が警報を発した場合
は、噴破に対する処置を終了後、監視装置をリセットす
ることにより補正指令装置１６もリセットされ、元の運
用状態に戻る。

【００４４】なお、上記噴破しきい値ＴＨ２について
は、噴破を発生した場合、音圧レベルが図４（ｂ）に示
す値よりも大きくなることから、このレベルを用いてお
り、このレベルと暗騒音レベルのレベル差分は暗騒音レ
ベルの増加に応じて減少するものであり、これを暗騒音
レベル（オフセット補正レベル）で除算して求めたしき
い値係数は、図４（ａ）に示すように暗騒音レベルの増
加に応じて減少するものである。

【００４５】そのため、監視装置２０においては、図４
（ａ）に示すしきい値係数を記憶し、補正指令装置１６
から入力した暗騒音レベル信号から上記しきい値係数を
求め、これに暗騒音レベルを乗算してレベル差分を求
め、このレベル差分に暗騒音レベルを加算して上記噴破
しきい値ＴＨ２を求めている。

【００４６】上記監視装置２０がサンプリングしたゲイ
ン補正回路１５の出力信号３０の音圧レベルが噴破しき
い値ＴＨ２を超えるケースについて、以下に図５により
具体的に説明する。

【００４７】図５（ａ）は、音圧レベルが噴破しきい値
ＴＨ２を超過しても噴破発生の警報が出力されないケー
スである。このケースでは、サンプリング時点Ｓ１〜Ｓ
８中のＳ１，Ｓ２，Ｓ３の時点ではＴＨ２以上である
が、上記連続５回の条件を満たしていないため、警報は
出力されない。

【００４８】この場合、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の時点ではオ
フセット及びゲイン補正は停止するが、Ｓ４の時点、即
ちＴＨ２以下となったとき、監視装置２０は補正指令装
置１６に対してリセット信号を出力し、オフセット及び
ゲイン補正が再開される。これは外乱などによる突発的
なレベル変化による誤警報を防止するためである。

【００４９】図５（ｂ）は、Ｓ１〜Ｓ５の時点で噴破し
きい値ＴＨ２以上であり、ＴＨ２以上の音圧レベルが連
続して５回の条件を満たしているため、Ｓ５の時点で噴
破発生の警報が出力される。

【００５０】上記により、ボイラ負荷、バーナ運用パタ
ーン、センサ取付位置に左右されることなく、状況に応
じた暗騒音レベルの自動補正、暗騒音レベルの強弱に応
じたゲインの自動補正及び暗騒音レベルの強弱に応じた
噴破検知のためのしきい値の自動補正が可能となり、各
センサの音圧レベルの高精度の監視が可能となって、噴
破検出の信頼性が向上する。

【００５１】

【発明の効果】本発明のボイラの圧力部噴破検知装置
は、ボイラ本体が発する音圧レベルを検出する検出セン
サに接続された検波整流器の出力信号をサンプリング
し、所定の時間間隔の前後の信号レベルの絶対差分より
暗騒音レベルの範囲か否かを判断する補正指令装置と、
上記検波整流器にオフセット補正回路を介して接続され
たゲイン補正回路の出力信号をサンプリングし、この出
力信号が上記補正指令装置の判定指令出力時に所定の回
数以上連続して噴破しきい値を超えた場合に警報を発す
る監視装置を備えたものとしたことによって、あらゆる
状態について予め暗騒音レベル等を測定しておくことが
不要となり、低コストで高精度のボイラの圧力部の噴破
の検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係るボイラの圧力部噴
破検知装置の説明図である。

【図２】上記一実施形態に係る補正指令装置によるデー
タサンプリングの説明図である。

【図３】上記一実施形態に係るゲイン補正回路によるゲ
イン補正の説明図である。

【図４】上記一実施形態に係る監視装置が算出する噴破
しきい値の説明図で、（ａ）はオフセット補正レベルと
しきい値係数の関係図、（ｂ）は暗騒音レベルと噴破し
きい値の関係図である。

【図５】上記一実施形態に係る監視装置の作用の具体例
の説明図で、（ａ）は警報を発しない場合、（ｂ）は警
報を発する場合である。

【図６】上記一実施形態に係る検知装置のフロー図であ
る。

【図７】従来の装置に係る検出端部の説明図で、（ａ）
は側面図、（ｂ）は炉内側からの正面図である。

【図８】従来の装置の全体構成図である。

【図９】従来の装置に係る作用説明図で、（ａ）は暗騒
音の周波数分析図、（ｂ）は暗騒音レベルと噴破レベル
の説明図である。

【図１０】従来の装置の補正曲線図で、（ａ）はオフセ
ット補正、（ｂ）はゲイン補正の曲線図である。

【図１１】従来の装置のフロー図である。

【符号の説明】

５ 検出センサ １２ 高域通過ろ波器 １３ 検波整流器 １４ オフセット補正回路 １５ ゲイン補正回路 １６ 補正指令装置 １８ オフセット補正信号 １９ ゲイン補正信号 ２０ 監視装置 ３０ 出力信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のバーナを有するボイラ本体に聴音
   管を介して接続された検出センサ、同検出センサが高域
   通過ろ波器を介して接続された検波整流器、および同検
   波整流器がオフセット補正回路を介して接続されたゲイ
   ン補正回路を備えたボイラの圧力部噴破検知装置におい
   て、上記検波整流器よりその出力信号をサンプリング
   し、所定の時間間隔の前後の信号レベルの絶対差分が暗
   騒音しきい値以下の場合は後者の信号レベルを暗騒音レ
   ベルと判断して上記オフセット補正回路とゲイン補正回
   路へ補正信号を出力し、暗騒音しきい値以上の場合は上
   記補正信号の出力を停止して判定指令と暗騒音レベル信
   号を出力する補正指令装置、および上記ゲイン補正回路
   の出力信号をサンプリングし、上記補正指令装置より判
   定指令と暗騒音レベル信号を入力して、判定指令入力時
   にゲイン補正回路の出力信号が所定の回数以上連続して
   噴破しきい値を超えた場合に警報を発する監視装置を備
   えたことを特徴とするボイラの圧力部噴破検知装置。