JPS6287725A - 燃焼状態診断装置および燃焼状態制御装置 - Google Patents

燃焼状態診断装置および燃焼状態制御装置

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JPS6287725A
JPS6287725A JP60224753A JP22475385A JPS6287725A JP S6287725 A JPS6287725 A JP S6287725A JP 60224753 A JP60224753 A JP 60224753A JP 22475385 A JP22475385 A JP 22475385A JP S6287725 A JPS6287725 A JP S6287725A
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西川 光世
Yasuo Morooka
泰男 諸岡
Toshihiko Azuma
東 敏彦
Hisanori Miyagaki
宮垣 久典
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/02Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/08Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
    • F23N5/082Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2229/00Flame sensors
    • F23N2229/20Camera viewing

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)
  • Control Of Combustion (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ボイラ燃焼状態の監視方法に係り、特に火炎
画像から燃焼状態を診断すると共に、排ガス成分を推定
するの好適な燃焼状態診断方法に関する。
〔発明の背景〕
ボイラ運転中の燃焼排ガスの中に含まれている物質、特
に有害物質である窒素酸化物(以下N○χと称す)等に
は規制値が設けられており、その生成量を規制値以下に
守って運転する。
一方、ボイラの燃焼効率は、常時最大値に保って運転す
ることが望ましい。そして燃焼効率を算出する上で目安
となるのが排ガス中に含まれる未然分である。排ガス中
の未然分が多くなる程燃焼効率は低下し、同じ出力を得
るにも燃料消費量が増大する。しかし、従来、未燃分の
検出には長時間を要する事から、運転中における燃焼効
率は経験と勘に頼らざるを得ない。
最近、燃料としてガス・油に変わり石炭の利用が進みつ
つあり、ボイラにおいても微粉炭、CWM (石炭/水
スラリ) 、COM (石炭/油スラリ)9等に変換さ
れつつある。
特に1石炭を燃料とした場合、それ自体に含まれている
窒素分が燃焼によりN Oxに転換するため、その生成
量は多大なものになる。さらに、燃焼速度がガス・油に
比べて格段に遅いことから、火炉温度の低下を伴い、灰
中の未然分残存量も増える傾向にあり、問題となってい
た。
一方、ボイラ運転時の燃焼状態を知る方法として、(1
)火炎を検出するためバーナ・ノズル部に取り付けられ
たフレーム・デテクタ、(2)排ガスに含まれる成分を
検出するため排ガス出口或いは煙道に取り付けられた検
出器、(3)火炉内の情報を得ろため火炉上部に防爆機
構を施して取り付けられたITVカメラ、等があった。
このような検出端は、(1)についてはバーナの着火或
いは消火を検出するためのものであり、(2)について
は環境規制で定められている制限値を超えているか否か
を検出するために取り付けられている。(3)のITV
カメラは、火炉全体の燃焼状態を監視するためのもので
ある。(第2図)。
しかし、従来から取り付けられているこのような装置類
は次のような欠点を有していた。
■フレーム・デテクタは、バーナ出口での火炎の″着火
n、u消火″を検出する装置で、火炎がバーナ・ノズル
から飛んで“着火”している場合には、″消火″と誤っ
た出力をする可能性が有り、その判断は運転員にゆだね
られている7これは、基本的にフレーム・デテクタがバ
ーナ出口でのON(着火)、0FF(消火)信号しか出
力できないためである。
■排ガス成分の検出器は、分析時間に数十秒から数分(
灰中未燃分については、数時間から数日)を必要とし、
その分析値の実時間性に問題があると共に、火炉の燃焼
状態を知る上での手掛りとなるに過ぎなかった。
■火炉上部に取り付けられたITVカメラは、対向バー
ナからの火炎を撮影しているが、火炎が渦巻いた状態で
映っているため、燃焼状態の判断には、運転員の経験と
勘に頼らざるを得ながった。
さらに、ITVカメラの取り付けに際しては、安全対策
として防爆機構が不可欠であり、そのメンテナンス等は
困難な作業であった(なお、以上のような従来装置とし
て関連するものには、例えば特開昭49−93091が
ある)。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、計測した火炎画像及び画像処理で抽出
した火炎画像の特微量から、ボイラの燃焼状態、排ガス
生成量、操作量2等を推定するための燃焼に関する知識
データ・ベースを持たせた燃焼状態診断方法を提供する
ことにある。
〔発明の概要〕
本発明は、イメージファイバにより直接火炎画像を計測
し、プロセッサを用いてその特微量を抽出することで、
従来経験や勘に基づいて推定し、ていたボイラ炉内の燃
焼状態を、定量的に判断できる事に着目して、火炎画像
及び抽出した特微量と燃焼状態、排ガス生成量、操作量
との関係を知識として予め記憶しておくことにより、燃
焼状能を的確に把握すると共に、バーナ操量を調整する
ことにより排ガス生成量を軽減する方法しこ関する。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第3図に示す。本実施例は燃
料として微粉炭を用いる発電用ボイラに適用した例を示
す。
第3図は、各段のバーナから燃料(微粉炭)と共に空気
が火炉に投入され、火炉で燃焼することにより発生した
熱は伝熱管に供給され、排ガスは煙突から大気中に排出
されろ。
このような発電用ボイラにおいて、バーナ根元部の火炎
の状態は、その下流を含めた燃焼状態を大きく左右する
ことが経験的に知られている。本実施例は、第3図に示
すように次の構成から成る。
バーナ根元部の火炎を、保′Mi/l?で保護されたイ
メージファイバを用いて画像として計測し、炉外に設置
したITVカメラに取り込む、ITVカメラで撮影した
火炎画像は、A/D変換後フレーlトメモリに記憶して
コンピュータ(プロセッサ)に取り込み、画像処理、特
徴景抽出処理、知識処理を施した後、それらの処理結果
を所定の表示装置に出力する。
コンピュータ(プロセッサ)に取り込まれた火炎画像は
、例えば第1図に示す手順に従って処理する。
画像入力ステップ1は火炎の有無の判断、画像の平均化
処理、等により、火炎の安全性、安全性のチェック及び
平均化(例えば0)式)を図る。
1N Y:入力画像の平均 X:入力画像 N:平均化サンプル数 画像処理ステップ2は座標変換;イメージファイバの捩
れ等による火炎画像の回転、画像の切り出しによる座標
の平行移動、等の補正を施すこと。
画像処理;(a)ノイズ除去処理、火炎画像に含まれて
いるノイズ成分を除去する。(b)半閾値処理、濃淡画
像において(2)式を用いて処理する。
X (:L l j)フ平均化画像の座標IFJの位置 Xih   ;半開値化制限値 以上の処理の他、2値化処理、エツジ処理2等の画像処
理を必要に応じて施こす。
特徴量抽出処理ステップ3は面積計算1重Jヒ計算2周
囲長計算、距離計算9等を用いて特徴量を抽出する。
知識処理ステップ4は (1)推論;予め知識として記憶しておい九″火炎或い
はその特徴量と排ガス成分(NOx、SOx未燃分9等
)の量II 、  It火炎或いはその特徴量とバーナ
操作量((燃料量/空気量)比、2次空気量、3次空気
量、(2次空気量73次空気量)比。
アフタ・エア量2等)′などどの関係(知識データベー
スとして記憶:例えば第4図)を用いて燃焼状態を推論
する。
結論表示ステップ5は】1.〜4.の各処理結果を必要
に応じて指定することにより表示装置(例えばCRT、
等)に出力する。
以上1.〜5.のステップ処理により、ボイラ運転中の
燃焼状態を定量的に把握できると共に、知識処理を用い
た推論によって定性的(記述的)にも把握できる。
推論の1例を第4図(A)を用いて以下に述べる。
ここでは、x、y、zはバーナ1次口径比で正規化して
いる。
火炎を計測し排ガス量を推定すると共に、必要に応じて
操作量を制御する。その1例を第4図(B)に概略フロ
ーチャートに示す・ 計測した火炎から抽出した特徴量を用いて、排ガス(こ
こでは、N0x)について推論するmXgY、Zが火炎
の特徴量で第4図(A)のような関係を中知識として記
憶していると、Xが長くYが短かくなった場合、第4図
(B)の” N Oxは高?″の比較では、”Yess
”であり1次に火炎の特徴量と操作量について推論する
その損果、RXが長くYが短いと、燃焼速度が速い″と
いうのが該当し、”Xを短かくYを長くするには(3次
空気!/2次空気量)比を大きくすると良い′という結
論に達し、メツセージを出力する。
本発明の他の実施例を第5図に示す。ボイラの概要、燃
料等は、本発明の一実施例と同様とする。
本実施例は、次に説明する構成から成る。バーナ根元部
の火炎を、保護管で保護されたイメージファイバを用い
て画像として計測(輝度或いは温度の画像)シ、炉外に
設置したITVカメラに取り込む。ITVカメラで撮影
した輝度或いは温度の火炎画像はA/D変換後フレーム
・メモリに記憶してらンピュータ(プロセッサ)に取り
込み、画像処理、特徴量抽出処理、知識処理を施し、排
ガス推定、操作量決定で得た操作量に基づき、各段バー
ナへの投入空気量を制御する。
コンピュータ(プロセッサ)に取り込んだ火炎lI!8
i像は、例えば第6図に示す概略手順に従って処理する
。以下に第6図を説明する。
1、画像人カニ火炎の有無の判断2画像の平均化処理1
等により、火炎の安全性、安全性のチェック及び平均化
(例えば(1)式)を図る。また、火炎の安全性、安全
性のチェックの1例を第7図を用いて説明する。
取り込んだ火炎画像を複数領域に分割し、分割した各々
の領域の平均輝度(或いは平均温度)、もしくはその領
域に含まれる火炎の面積を求める。
第7図では、9領域に分割した例を示している。
ここで、A、B、C;分割した領域のX方向の和I、 
II、 III;分割した領域のX方向の和a、b、c
;y方向の分割領域 1.2,3;X方向の分割領域 ■  ;分割領域の平均輝度、或い は平均温度、もしくは火炎 面積 各々の領域で求める量は、火炎を表わす量であれば特1
こ規定しないが、各領域で得られた。tを(3)式を用
いて計算し、正常燃焼時の火炎から予じめ求めておいた
制限値と(4)式を用いて比較し。
図8図で判定することにより、火炎の安全性をチェック
する。
n > ’r H2(7) トき、■=0■[ンT H
3のとき、■=0 (4)式において、制限値より小さい時には“′1“と
する。また、第8図の安全性において LL Q 11
は正常、Ll I 11は異常を表わす。
ト記チェックは、一実施例でも同様の方法で行うことが
容易である。
さらに、21画像処理、3.特坪量抽出処理、4、知識
処理、5.結論表示は第1図と同様とする。
排ガス量推定ステップ6は排ガス量推定のアルゴリズム
、その1例は、特願昭59−92872 (NOx推定
)、特願昭59−83182 (未燃分推定)に示す通
りである。
操作量決定ステップ7は操作量として投入空気量を用い
た場合の1例で第9IJAに示す。
投入空気量制御ステップ8は操作量決定ステップ7で決
定された操作作置に基づき、例えば第1段のバーナの空
気量を(5)式を用いて徐々に変化させる(減少の場合
は、(6)式を用いる)。
ここで、at+z;第1段バーナの2次空気量ai+a
:第1段バーナの3次空気量 C0NT  ;定数 以上、本発明の他の実施例を実施することによす、ボイ
ラの燃焼状態を良好に保ちつつ運転制御を実現できる。
a 1+ z=a st 2−a 112/C()NT
     la1+ 5=as、 3−at、 a/C
0NT〔発明の効果〕 本発明によれば、燃焼などの専門家の知識を利用できる
ため、運転員(特に経験の少ない運転員)の負担を大幅
に軽減できる。
【図面の簡単な説明】
第2図は、ボイラに取り付けられた従来の計測装置、第
3図は、ボイラに取り付けられた本発明の1例を示す図
、第1図は1本発明をコンピュータを用いて実現する場
合の概略機能フロ、−の1例を示す図、第5図は1本発
明の他の実施例を示す図、第6図は、他の実施例の概略
機能フローの1例を示す図、第7図、第8図は、火炎の
安定性。 安定性のチェック法の1例を示す図、第9図は、操作量
決定の1例を示す図である。第4図(A)。 (B)は排ガスの推定と操作の関係を示す図である。 1・・・画像入力ステップ、2・・・画像処理ステップ
、4・・・知識処理ステップ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、ボイラの火炎画像の特徴を抽出して燃焼状態を診断
    する方法において、火炎画像から抽出された特徴量と予
    め記憶していた燃焼状態を判断するための知識を記憶し
    、該予め記憶しておく燃焼に関する知識は、燃焼状態、
    操作量、排ガス成分の少なくとも1つと火炎画像から抽
    出した特徴量とを結び付けるものとし、該記憶している
    知識を用いて該ボイラの燃焼状態を診断することを特徴
    とする燃焼状態診断方法。
JP60224753A 1985-10-11 1985-10-11 燃焼状態診断装置および燃焼状態制御装置 Expired - Lifetime JPH0627577B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160000602U (ko) * 2014-08-12 2016-02-22 한국남부발전 주식회사 보일러 화염 감시시스템
JP2019219147A (ja) * 2018-06-22 2019-12-26 中国電力株式会社 機械学習装置及び燃焼状態判定装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS597824A (ja) * 1982-07-07 1984-01-17 Hitachi Ltd 火炎形状監視方法

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JP2019219147A (ja) * 2018-06-22 2019-12-26 中国電力株式会社 機械学習装置及び燃焼状態判定装置

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