JPS6340824A - 燃焼状態の診断方法 - 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］ 本発明はボイラ等に使用するバーナの燃焼状態の診断方
法に関するものである。

［従来の技術］ 光スペクトル分析による管理技法は、化学分析室内の技
法としては古典的なものであり、これをプラント規模の
操業のオンライン測定に拡張する場合、従来の一般的な
分析技法はサンプリング、オフライン測定によっている
が、実プラントでは連続測定しなければならないことが
多い。例えば、ボイラに設置された多数のバーナは夫々
常時モニターされており、異常時には瞬時に対応処置を
とらないと事故につながる。

このため、燃焼状態を診断する手段として近年、第４図
に示すような装置が考えられている。

該手段では、バーナａの炎すの光を光プローブ等の検出
器Ｃにより検出し、検出した光を光フアイバーケーブル
ｄを介して回折格子ｅに導びき、回折格子ｅで所定の波
長ごとに得られた光スペクトルをＡ／Ｄ変換器「を介し
て計算機ｇへ送り、該計算機で例えばウィーンの式から
所定の波長λにおける温度Ｔや分光放射発散度Ｉλを求
め、その結果からバーナａの燃焼状態を診断する分光分
析法がとられている。

而して、上述の手段では、分光分析の際灰色近似を適用
して分光放射率εがどの波長においても等しいものとし
て温度Ｔや分光放射発散度■λを求めている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしなから、上述の分光放射率εは実際には波長λに
より異なるため、分光放射率εがどの波長λにおいても
等しいとして燃焼診断を行うと温度Ｔの誤差が大きくな
り、正確な燃焼診断を行うことができないという問題が
あった。

本発明は上述の実情に鑑み、バーナ等の燃焼状態の診断
を正確に行い得るようにすることを目的としてなしたも
のである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は火炎の燃焼状態を火炎から発生するスペクトル
の光分析を基に診断する方法において、広いスペクトル
領域の連続スペクトル発光から得られた所定の領域での
火炎の温度と分光放射率に基づき、他の所定領域の分光
放射率の偏差を求め、該分光放射率の偏差に基づいて燃
焼火炎の温度分布の高低又はスート粒子の発生強弱を判
断する構成を備えている。

［作　　　用］ 火炎の連続スペクトル発光から所定の領域の温度と分光
放射率が求められ、該温度と分光放射率を基に他の領域
の分光放射率の偏差が求められ、この偏差から燃焼火炎
の温度分布の高低或いはスート粒子の発生強弱等、燃焼
状態の判断が行われる。

［実　施　例］ 以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する
。

第１図は本発明の一実施例で、図中１はレンズ２及び光
ファイバー３を備えた光プローブ、４は光プローブ１に
より送信されて来た光を分光する例えば回折格子等の分
光器、５−１．　５−２゜５〜３，５（は各波長λ１．
λ２．λ３．λ４における分光放射発散度１　　　、Ｉ
　　　、Ｉ　　　。

λ１　　λ２　　λ３ Ｉユ４を電気信号として出力するための）第１・マル等
の光電変換器、６は光電変換器５−１〜５−からの信号
を増幅する増幅器、７は増幅器６からのデータを測定波
長に合わせて取込み得るようにしたＡ／Ｄ変換器、８は
Ａ／Ｄ変換器７からのデータを基に例えば温度Ｔや分光
放射率ε、を求め得るようにした計算器、９はバーナで
ある。

次に、本発明における燃焼診断方法の原理について説明
する。

分光放射発散度Ｉ、は紫外〜近赤外の波長域についてウ
ィーンの式で表わすと、 となる。

ここで、ε、；分光放射率 λ：波長 Ｔ；温度 Ｃ１，Ｃ２；定数 今、紫外〜近赤外の広いスペクトル領域の連続スペクト
ル発光のうちある領域に着目し、比較的近い光の波長を
λ１．λ２、そのときの分光放射発散度！−，１，とす
ると、 Ａ　　Ｉ　　　　　　　Ａ　　、？ （ｉ）式は となる。

ところで、上記（ｎ）　ＧＥＩ式中分光放射率ε１５、
ελ２は波長λ１、λ２として長波長で且つ比較的使い
波長（例えば第２図の波長λか７００ｎｍと８００ｎｍ
）を選定すれば、両波長λ１、λ２においてελ１′、
ελ２となる。従って、（至）式を（ｕ）式で割ると、 従って、長波長で比較的近い波長λ１、λ２とそのとき
の分光放射発散度Ｉ　　　、Ｉ　　　をλ１　　　λ２ ６、ＩＤ式に代入して計算すれば火炎の温度Ｔ　が求す
、この温度Ｔ　か求まれば、（ｉｉ）式又は（ト）式よ
り各波長における分光放射率に基づき平均分光放射率ε
　（−ελ１−ελ２）が求まる。

又温度Ｔ　が求まれば、対象としている連続Ｓ スペクトルのみを発生する波長（ガス体による輝線スペ
クトルか重ならない波長ンにおいて任意の波長で同一温
度が成り立ち該温度Ｔ　と紫外〜近赤外の所定の波長λ
（例えば２０ＯｎＩｍ、　３００ｎｍ）とそのときの分
光放射発散度Ｉユを（０式に代入して解けば、各計測波
長の分光放射率ε。

が求まる。

又全計測波長λｉに対する平均放射率をε−（ε　・ε
λ２・・・・・ελｎ）ＶｎＳ　　　λ１ 応して変化するスート発生濃度、光学距離（火炎長さ）
に直接的に関与することから燃焼の良否に対応して変化
し、それにより燃焼状態を全体的に評価することができ
る。一方、低ＮＯｘ燃焼等の緩慢燃焼を行なうと、燃料
と空気の反応による熱発生速度の遅れから火炎の温度分
布が大きく変化する。又、連続スペクトルの分光放射率
は発生スートの粒径分布により波長依存性を存し、一般
に短波長域で分光放射率が高くなる傾向を有する。更に
第２図の火炎温度分布の影響で更に分光放射率の波長依
存性が強められ、図中■−■の条件変動で波長依存性が
強化される結末となる。これは第２図中■の場合、火炎
後流の発光エネルギの影響が強くなる一方、その火炎後
流のエネルギが光プローブに入光するまでにその間に介
在するスート粒子の散乱、吸収の波長依存性があること
による。このように、ε　によるスート濃度の評価に加
えて、分光放射率の波長依存性を加味することにより、
燃焼状態をより精度良く判別できる。なお、第２図中■
は空燃比が高く燃焼状態良好で高Ｎｏにの場合を示し、
■は緩慢燃焼で低ＮＯｘの場合を示し、■は緩慢燃焼が
より強化され空燃比が低い状態を示す。

分光放射率の波長依存性は、各計測波長における分光放
射率ε、と前記ε８とから分光放射率の歪Ｑ（偏差ελ
／ε８で求めることができる。このελ７′ε８はバー
ナの燃焼条件により大きく異なり、第３図のグラフの曲
線４２口。

ハに示すように、火炎の長手方向の温度分布により歪量
（偏差）が決まる。換言すれば、バーナの燃焼条件が異
なれば、火炎の温度分布が変化し、火炎の温度分布が変
化すれば、低ＮＯｘ燃焼時のバーナの空燃比の良否等を
知ることができる。従って、火炎の長手方向の温度分布
により歪量（偏差）が分れば、低ＮＯｘ燃焼時空燃比の
アンバランスを診断、判別することができる。

次に、第１図の装置の作動について説明すると、レンズ
２て集光されたバーナの火炎の光は光ファイバー３を通
って分光器４に送られ、分光器４からは予め選定された
波長λ１．λ２゜λ３．λ４の光が取出され、取出され
た光は光電子増倍器５−１．　５−２．　５−：ｌ、　
　５−４で分光放射発散度１　　　、Ｉ　　　、Ｉ　　
　、Ｉ、　に比例ス１　　　λ２　　　λ３　　　　Ａ
ｄした電気信号に変換され、増幅器６で増幅されたうえ
Ａ／Ｄ変換器７へ与えられ、Ａ／Ｄ変換　（器７では順
次各波長ごとの分光放射発散度かサーチされて各データ
が計算機８に与えられ、各波長λ１．λ２．λ３．λ４
のうち比較的近い任意の２つの波長、例えばλ電、λ２
の場合の分光放射発散度Ｉ　　　、Ｉ　　　における火
炎のλ１　　　λ２ 温度Ｔが計算機８でｆｉＤ式により求められ、その温度
Ｔから第３図における火炎の温度分布による歪量ελ／
ε８及びε１が求められ、これらのデータから各バーナ
の空燃比のアンバランス延いてはスート粒子の発生強弱
等が判断され、バーナの燃焼状態が診断される。

なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく
、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得る
ことは勿論である。

［発明の効果］ 本発明の燃焼状態の、診断方法によれば各波長の分光放
射率の相違による歪量を求めることができるため、燃焼
状態の正確な診断が可能となる、等種々の優れた効果を
奏し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃焼状態の判断方法の説明図、第２図
は火炎軸方向における温度分布を示すグラフ、第３図は
波長と分光放射発散率比の関係を示すグラフ、第４図は
従来手段の説明図である。 図中１は光プローブ、２はレンズ、３は光ファイバー・
４は分光器・　５−＋、５−２１　５−３１５−４は光
電子増倍器、６は増幅器、７はＡ／Ｄ変換器、８は計算
機、９はバーナを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）火炎の燃焼状態を火炎から発生するスペクトルの光
   分析を基に診断する方法において、広いスペクトル領域
   の連続スペクトル発光から得られた所定の領域での火炎
   の温度と分光放射率に基づき、他の所定領域の分光放射
   率の偏差を求め、該分光放射率の偏差に基づいて燃焼火
   炎の温度分布の高低又はスート粒子の発生強弱を判断す
   ることを特徴とする燃焼状態の診断方法。