JPS62276421A - Combustion diagnostic apparatus - Google Patents

Combustion diagnostic apparatus

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JPS62276421A
JPS62276421A JP11999586A JP11999586A JPS62276421A JP S62276421 A JPS62276421 A JP S62276421A JP 11999586 A JP11999586 A JP 11999586A JP 11999586 A JP11999586 A JP 11999586A JP S62276421 A JPS62276421 A JP S62276421A
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JP
Japan
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light
burner
optical fiber
sent
filters
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JP11999586A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Chiba
千葉 明宏
Shigehiro Miyamae
宮前 茂広
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Control Of Combustion (AREA)

Abstract

PURPOSE:To diagnose a burner, by a simple constitution consisting of a plurality of optical cables transmitting the flame of the burner, a filter for selecting a predetermined wavelength, a means for converting the signal taken out from the filter to an electric signal and an operation means. CONSTITUTION:The light of a flame of a burner condensed by a lens 6 is sent to a photometric device 2 through a cable 7 consisting of a plurality of bundled optical fibers and optical fibers 9-1-9-4. The lights taken out from the optical fibers 9-1-9-4 are condensed by lenses 11-1-11-4 to be sent to filters 12-1-12-4. Lights having wavelengths preliminarily selected are taken out from the filters 12-1-12-4 and converted to electric signals proportional to spectral emission divergency by photoelectric converters 13-1-13-4 and sent to CPU4 through an A/D converter 3. CPU4 calculates the temp. and spectral emissivity of the flame from the inputted data to diagnose the combustion state of the burner.

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 [産業上の利用分野コ 本発明は、ボイラ等に使用するバーナの燃焼診断装置に
関するものである。
Detailed Description of the Invention 3. Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a combustion diagnosis device for a burner used in a boiler or the like.

[従来の技術] 光スペクトル分析による管理技法は、化学分析空白の技
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。
[Prior Art] Optical spectrum analysis control techniques are classic techniques for chemical analysis, and when extending this to on-line measurements of plant-scale operations, the traditional common analytical technique is sampling. However, in actual plants, continuous measurements are often required. For example, each of the many burners installed in a boiler is constantly monitored, and if an abnormality occurs, failure to take immediate action can lead to an accident.

このため、燃焼状態を診断する装置として近年、第5図
に示すような装置が考えられている。
For this reason, in recent years, a device as shown in FIG. 5 has been considered as a device for diagnosing the combustion state.

該装置では、バーナaの炎すの光を所要の検出器Cによ
り検出し、検出した光を光ファイバーケーブル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変換変換器針算機gへ送
り、該計算■で例えば所定の波長における分光放射率を
求め、その結果からバーナaの燃焼状態を判断する。
In this device, light from the flame of burner a is detected by a required detector C, and the detected light is guided to a diffraction grating e via an optical fiber cable d, and the light is obtained at each predetermined wavelength by the diffraction grating e. The optical spectrum is sent to an A/D converter/counter g, and the spectral emissivity at a predetermined wavelength, for example, is determined by the calculation (2), and the combustion state of the burner a is determined from the result.

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上述の装置では検出器Cから回折格子e
まで光ファイバーケーブルdで光を伝送することが必要
で、光ファイバーケーブル内での光の減衰等から光ファ
イバーケーブル敷設(麦光学特性を再チェックする必要
があり、又光ファイバーケーブルでの伝送距離が長くな
ると、紫外寄りの短波長の光減衰が大きく、回折格子e
での検出光の強さがノイズレベルにまで減衰しS/N比
を悪化させる原因となり、光ファイバーケーブルでの伝
送距離に制限を受ける等の制約がある、等の問題があっ
た。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above-mentioned device, the diffraction grating e from the detector C is
It is necessary to transmit light using an optical fiber cable d until the end of the optical fiber cable, and due to the attenuation of light within the optical fiber cable, it is necessary to recheck the optical characteristics of the optical fiber cable. The light attenuation of short wavelengths near the ultraviolet is large, and the diffraction grating e
The intensity of the detected light is attenuated to a noise level, causing a deterioration of the S/N ratio, and there are other problems, such as limitations on the transmission distance over the optical fiber cable.

本発明は上述の実情に鑑み、光の伝送手段として長い光
ファイバーケーブルを用いずに燃焼状態の診断を行い得
るようにすることを目的としてなしたものである。
In view of the above-mentioned circumstances, the present invention has been made with the object of making it possible to diagnose the combustion state without using a long optical fiber cable as a light transmission means.

[問題点を解決するための手段] 本発明はバーナの炎の光を集光する1個のレンズと該レ
ンズで集光した光を送る光ファイバーを複数本束ねた光
ファイバープローブとを内蔵したプローブと、各光ファ
イバーから光フアイバケーブルを介して送られて来た光
を集光する複数のレンズと該レンズで集光された光を夫
々取込む予め波長が選定された複数のフィルターと該フ
ィルターからの光を光電変換する光電変換器とを内蔵し
た測光装置と、該測光装置からの電気信号を基に所定の
計算を行いバーナの燃焼状態を診断する装置を設けた構
成を備えている。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a probe that includes a lens that focuses light from a burner flame and an optical fiber probe that is a bundle of a plurality of optical fibers that transmits the light that has been focused by the lens. , a plurality of lenses that condense light sent from each optical fiber via an optical fiber cable, a plurality of filters each having a pre-selected wavelength that captures the light condensed by the lenses, and a plurality of filters each having a predetermined wavelength. It has a configuration that includes a photometric device that includes a photoelectric converter that converts light into electricity, and a device that performs predetermined calculations based on electrical signals from the photometric device and diagnoses the combustion state of the burner.

[作  用] バーナの炎の光はレンズにより集光されて複数本の光フ
ァイバー及び光ファイバーケーブル内を送られ、複数本
の光ファイバーケーブル内を送られて来た光は夫々レン
ズで集光された俊予め波長が選定されているフィルター
に取込まれ、フィルターから取出されて電気信号に変換
され、所定の装置に送られて所定の計算が行われ、その
結果から各バーナの燃焼状態が診断される。
[Function] The light from the burner flame is focused by a lens and sent through multiple optical fibers and optical fiber cables, and the light sent through multiple optical fiber cables is focused by a lens and then The wavelength is taken into a filter whose wavelength has been selected in advance, and the signal is extracted from the filter and converted into an electrical signal.The signal is then sent to a predetermined device to perform predetermined calculations, and the combustion status of each burner is diagnosed from the results. .

[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
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第1図〜第3図は本発明の一実施例で、図中1はプロー
ブ、2はコンパクト化した測光装置、3はプローブ1の
数量と測定波長数に合わせてデータを取込み得るように
したA/D変換器、4はA/D変換器3からのデータを
基に例えば温度及び分光放射率を求め得るよう、電気ケ
ーブルを介してA/D変換器3から離れた場所へ設置し
た計算機である。
Figures 1 to 3 show an embodiment of the present invention, in which 1 is a probe, 2 is a compact photometer, and 3 is a device that can import data according to the number of probes 1 and the number of measurement wavelengths. The A/D converter 4 is a computer installed at a location away from the A/D converter 3 via an electric cable so that, for example, temperature and spectral emissivity can be determined based on the data from the A/D converter 3. It is.

プローブ1の前方ケーシング5内先端部には、バーナの
炎の光を集光するためのレンズ6が配設され、各レンズ
6の後方には、レンズ6で集光した光を送るため複数の
光ファイバー7−1゜7−2 、7−3 、7−4を束
ねた光ファイバープローブ7が配設されている。光フッ
・イバープローブ7は前方ケーシング5から後方へ延び
、後方ケーシング8内に収納され、光ファイバーz−+
 、 7−.2 。
A lens 6 for condensing the light of the burner flame is disposed at the tip inside the front casing 5 of the probe 1, and a plurality of lenses are provided behind each lens 6 for transmitting the light condensed by the lens 6. An optical fiber probe 7 in which optical fibers 7-1, 7-2, 7-3, and 7-4 are bundled is provided. The optical fiber probe 7 extends rearward from the front casing 5, is housed in the rear casing 8, and connects the optical fiber z-+
, 7-. 2.

L3,7−4は後方ケーシング8の後端で夫々束ねられ
た状態から分岐して短かい光ファイバーケーブル9−1
 、9−2 、9−.319−4が形成され、各光ファ
イバーケーブル9−1+ 9−2 + 9−3.9−4
の後端は測光装置2内に挿入されている。
L3 and 7-4 are bundled at the rear end of the rear casing 8 and branched to form short optical fiber cables 9-1.
, 9-2 , 9-. 319-4 is formed, each optical fiber cable 9-1 + 9-2 + 9-3.9-4
The rear end of is inserted into the photometric device 2.

測光装置2のケーシング10内には、ケーシング10内
に挿入された光ファイバーケーブル9−1゜9−2.9
−3.9−aの後端から取出された光を集光するための
レンズ11−、 、11−2 、11−3 、11.が
配設され、該レンズIL、 、 11−2 、11−3
 、 ii−、の後方にはレンズ11−+ 、 11−
2.11−3 、11−4からの光のうち予め選定され
た所定の波長の光のみを取出すフィルター12−1 、
12−2 、12−3 、12−4が配設され、フィル
ター12−、 、12−2 、12−3 、12.の後
方には、光電変換器13−、 、13−2 、13−3
 、13−4 、増幅器14−、 、14−2 、14
−3 、14−、が順次配設され、増幅器i4. 、1
4−2 、14−3 、14−4で増幅された電気信号
を測光装置2から出力し、シールド電線15を介してA
/D変換器3へ与え得るようになっている。
Inside the casing 10 of the photometric device 2 is an optical fiber cable 9-1°9-2.9 inserted into the casing 10.
-3.9-a lenses 11-, , 11-2, 11-3, 11. for condensing light extracted from the rear end of a. are arranged, and the lenses IL, , 11-2, 11-3
, ii-, behind lenses 11-+, 11-
2. A filter 12-1 that extracts only light of a predetermined wavelength selected from among the light from 11-3 and 11-4;
12-2, 12-3, 12-4 are arranged, and filters 12-, , 12-2, 12-3, 12. Behind the photoelectric converters 13-, , 13-2, 13-3
, 13-4 , amplifier 14-, , 14-2 , 14
-3, 14-, are arranged in sequence, and amplifiers i4. ,1
The electrical signals amplified by 4-2, 14-3, and 14-4 are outputted from the photometer 2 and sent to A via the shielded wire 15.
/D converter 3.

レンズ6で集光されたバーナの炎の光は、光ファイバー
L1.7−2 、7−3 、7−4の先端から取込まれ
て光ファイバー7−1.7−2 、7−3.7−4及び
光ファイバーケーブル9−、 、9−2 、9−3 、
9−4内を送られ、光ファイバーケーブル9−1 、9
−2 、9−3 、9−4の後端から取出され、レンズ
11−、 、11−2 、11−3 、11゜に集光さ
れて、フィルター12−、 、12−2.12−3 。
The light from the burner flame focused by the lens 6 is taken in from the tips of the optical fibers L1.7-2, 7-3, and 7-4, and is transmitted to the optical fibers L1.7-2, 7-3, and 7-4. 4 and optical fiber cables 9-, , 9-2, 9-3,
9-4, optical fiber cables 9-1, 9
-2, 9-3, 9-4 is taken out from the rear end, is focused on lenses 11-, , 11-2, 11-3, 11°, and filters 12-, , 12-2, 12-3. .

12−4に送られ、フィルター12−、 、12−2.
12−3 。
12-4, filters 12-, , 12-2.
12-3.

12−4からは予め選定された波長の光が取出され、取
出された光は光電変換器13−、 、13−2.13−
3゜13−4で分光放射発散度に比例した電気信号に変
換され、電気信号は増幅器IL、 、 14−2.14
−3 。
Light of a pre-selected wavelength is extracted from 12-4, and the extracted light is sent to photoelectric converters 13-, , 13-2.13-
3゜13-4 is converted into an electric signal proportional to the spectral radiant emittance, and the electric signal is passed through the amplifier IL, , 14-2.14
-3.

14−4で増幅されて出力され、A/D変換器3へ送ら
れる。なお、測光装置2の4組のフィルター12.4 
、12−2 、12−3 、12−4で選定される波長
は夫々異なった波長とする。又A/D変換器3からは、
計算機4ヘデータが与えられ、波長及び分光放射発散度
から例えば火炎の温度及び分光放射率が求められ、バー
ナの燃焼状態が診断される。一本のバーナの診断が終了
すると、A/D変換器3からは次のバーナのデータが計
算殿4に与えられ、当該バーナの診断が上述と同様の手
順により行われる。
The signal is amplified and output at 14-4, and sent to the A/D converter 3. Note that the four sets of filters 12.4 of the photometric device 2
, 12-2, 12-3, and 12-4 are different wavelengths. Also, from the A/D converter 3,
Data is given to the computer 4, and from the wavelength and spectral radiation emittance, for example, flame temperature and spectral emissivity are determined, and the combustion state of the burner is diagnosed. When the diagnosis of one burner is completed, the data of the next burner is provided from the A/D converter 3 to the calculation station 4, and the diagnosis of the burner is performed in the same manner as described above.

プローブ1及び測光装置2はポータプル形式とすること
により各バーナ部へ持ち運び診断を行うこともでき、単
一バーナの診断もできる。
Since the probe 1 and the photometric device 2 are of a portable type, they can be carried to each burner section for diagnosis, and a single burner can also be diagnosed.

次に診断の仕方の例について具体的に説明する。Next, an example of how to make a diagnosis will be explained in detail.

分光放射発散度Iλはウィーンの式で表わすと、 となる。Spectral radiant emittance Iλ is expressed by Wien's equation as follows: becomes.

ここで、    ελ;分光放射率 λ :波長 T ;温度 C1、C2;定数 今、上述のフィルター12−、 、12−2.12−3
 。
Here, ελ; Spectral emissivity λ: Wavelength T; Temperature C1, C2; Constant Now, the above-mentioned filter 12-, , 12-2.12-3
.

12−4のうち任意の2つ、例えばフィルター12−1
 。
Any two of filters 12-4, e.g. filter 12-1
.

12−2で選定された光の波長をλl、λ2、分光とな
る。
The wavelengths of the light selected in step 12-2 are λl, λ2, and spectroscopy.

ところで上記(n頂式中分光放射率ελ1、ελ2は、
波長λ1.λ2として固体微粒子(すす)による連続発
光特性のみを示す波長を選定すれば灰色体近似が適用で
き、どの波長においても同じであるから、(至)式を(
ii)式で割ると、となり、OV)式を変形すると、 となり、(V)式より 従って、測定された各波長λl、λ2と各波長λ1、λ
2ごどの分光放射発散度Iλ1、Iλ2をfyD式に代
入して計算すれば、温度Tが求まり、温度下が求まれば
(n)式又は(ロ)式より分光放射率ελ(−ελ1=
ελ2)が求まる。
By the way, the above (n-top type medium spectral emissivity ελ1, ελ2 is
Wavelength λ1. If we select a wavelength that exhibits only the continuous emission characteristics due to solid fine particles (soot) as λ2, we can apply the gray body approximation, and since it is the same at any wavelength, we can transform equation (to) into (
Dividing by equation ii), we get; transforming equation (OV), we get: From equation (V), each of the measured wavelengths λl, λ2 and each wavelength λ1, λ
By substituting the spectral radiant emittances Iλ1 and Iλ2 of 2 into the fyD formula, the temperature T can be found, and once the temperature is found, the spectral emissivity ελ (-ελ1=
ελ2) is found.

例えば分光放射率ελとN Ox或いはCOとは第4図
に示すように一定の関連性があるため分光放射率ελか
らバーナの燃焼状態の診断を行うことができる。
For example, since there is a certain relationship between the spectral emissivity ελ and NOx or CO as shown in FIG. 4, the combustion state of the burner can be diagnosed from the spectral emissivity ελ.

又フィルター12−3 、12−4で選定された光の波
長λ3、λ4の光の分光放射発散度■λ3、■λ4を測
定し、これから、温度下1分光放射率ελ′を求め、前
記分光放射率ελと合わせて平均化すれば、より一層正
確な高精度の分光放射率が求められる。又、λ3.λ4
として、燃焼過程で生成するC2 、CH等のラジカル
発光の波長を選定すれば、前記連続発光スペクトルのデ
ータとイパせて、更に詳細な燃焼状態を診 断できる。
In addition, the spectral radiant emittances ■λ3 and ■λ4 of the light at wavelengths λ3 and λ4 selected by the filters 12-3 and 12-4 are measured, and from this, the 1-spectral emissivity ελ' at temperature is determined, and the By averaging together with the emissivity ελ, a more accurate and highly accurate spectral emissivity can be obtained. Also, λ3. λ4
By selecting the wavelength of radical emission such as C2, CH, etc. generated during the combustion process, it is possible to diagnose the combustion state in more detail by comparing it with the data of the continuous emission spectrum.

なお、本発明はNOx、COによる診断を行う場合につ
いて説明したがすす等により診断を行うこともできるこ
と、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変
更を加え得ること、等は勿論である。
Although the present invention has been described with reference to the case where diagnosis is performed using NOx and CO, it goes without saying that diagnosis may also be performed using soot, etc., and that various other changes may be made without departing from the gist of the present invention. be.

[発明の効果] 本発明の燃焼診断装置によれば、装置のコンパクト化が
可能であり、ゲイン校正などの調整も容易になり、メン
テナンス性が向上する等、種々の優れた効果を奏し得る
[Effects of the Invention] According to the combustion diagnosis device of the present invention, it is possible to make the device more compact, and adjustments such as gain calibration become easier, and maintainability is improved, and various other excellent effects can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の説明図、第2図は本発明に
適用するプローブ先端部の詳細図、第3図は第2図の■
−■方向矢視図、第4図は分光放射率とNOx、Coの
濃度との関係を表わすグラフ、第5図は従来例の説明図
である。 図中1はプローブ、2は測光装置、3はA/D変換器、
4は計算機、6はレンズ、7は光ファイバー、7−1.
7−2 、7−3 、7−4は光フアイバー束、9−1
 、9−2 、9−3 、9−4は光ファイバーケーブ
ル、11−+ 、 11−2 、11−3 、11−4
はレンズ、12−1 。 12−2 、12−3 、12−4はフィルター、13
−、 、13−2゜1:L3 、13−4は光電変換器
を示す。
FIG. 1 is an explanatory diagram of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a detailed diagram of the tip of the probe applied to the present invention, and FIG.
-■ direction arrow view, FIG. 4 is a graph showing the relationship between spectral emissivity and concentration of NOx and Co, and FIG. 5 is an explanatory diagram of a conventional example. In the figure, 1 is a probe, 2 is a photometer, 3 is an A/D converter,
4 is a computer, 6 is a lens, 7 is an optical fiber, 7-1.
7-2, 7-3, 7-4 are optical fiber bundles, 9-1
, 9-2 , 9-3 , 9-4 are optical fiber cables, 11-+ , 11-2 , 11-3 , 11-4
is a lens, 12-1. 12-2, 12-3, 12-4 are filters, 13
-, , 13-2°1: L3, 13-4 indicate photoelectric converters.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1)バーナの炎の光を集光する1個のレンズと該レンズ
で集光した光を送る光ファイバーを複数本束ねた光ファ
イバープローブとを内蔵したプローブと、各光ファイバ
ーから光ファイバーケーブルを介して送られて来た光を
集光する複数のレンズと該レンズで集光された光を夫々
取込む予め波長が選定された複数のフィルターと該フィ
ルターからの光を光電変換する光電変換器とを内蔵した
測光装置と、該測光装置からの電気信号を基に所定の計
算を行いバーナの燃焼状態を診断する装置を設けたこと
を特徴とする燃焼診断装置。
1) A probe that has a built-in lens that focuses the light from the burner flame, an optical fiber probe that is a bundle of multiple optical fibers that sends the light that was focused by the lens, and a probe that is sent from each optical fiber via an optical fiber cable. It has a built-in plurality of lenses that collect the light that comes from the lens, a plurality of filters with pre-selected wavelengths that take in the light collected by the lenses, and a photoelectric converter that photoelectrically converts the light from the filters. A combustion diagnostic device comprising a photometric device and a device that performs predetermined calculations based on electrical signals from the photometric device to diagnose the combustion state of a burner.
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