KR100240228B1

KR100240228B1 - H.s.i 색모델을 이용한 발전설비용 버너화염 감시진단장치

Info

Publication number: KR100240228B1
Application number: KR1019970050979A
Authority: KR
Inventors: 노태정
Original assignee: 이해규; 삼성중공업주식회사
Priority date: 1997-10-02
Filing date: 1997-10-02
Publication date: 2000-01-15
Also published as: KR19990030668A

Abstract

본 발명은 H.S.I 색모델을 이용하여 버너화염상태를 분석함으로써 이상원인을 검출하고 운전자의 운전을 지원하는 발전설비용 버너화염 감시진단장치에 관한 것이다. 본 발명은 버너에 인접 설치된 이미지센서가 촬영한 화염영상에 대한 R.G.B 색모델을 H.S.I 색모델로 변환하고, 상기 R.G.B 색모델과 H.S.I 색모델에 기초하여 해당 버너의 화염에 대한 안정도와 투명도 및 온도를 판정하고, 판정결과에 따라 이상운전상황 및 평가결과를 운전자에게 알려주는 진단용 컴퓨터를 구비함을 특징으로 한다. 이러한 본 발명은 연소공정을 안정적으로 수행하며, 발전설비에서의 최적연소조건을 자동제어로 설정함에 의해 운전효율증대와 운전비용 및 운전인력을 절감할 수 있다. 특히, 환경오염의 규제대상인 질소산화물과 일산화탄소 및 유해한 미연분등의 발생량을 현격히 줄일 수 있고, 소각설비의 경우 쓰레기의 종류와 성질에 따라 진단조건을 새롭게 설정하여 모의실험을 실시할 수 있는등 실제운전에 앞서 최적의 운전조건을 얻을 수 있는 유용한 효과가 있다.

Description

Ｈ.Ｓ.Ｉ 색모델을 이용한 발전설비용 버너화염 감시진단장치

본 발명은 발전설비의 버너에 대한 화염영상에 따라 이상운전상황을 검출하고, 사용연료의 종류와 성질에 따라 최적의 운전조건을 설정함으로써 발전설비의 운전효율을 극대화할 수 있는 H.S.I 색모델을 이용한 발전설비용 버너화염 감시진단장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전기를 생산하는 발전설비의 보일러에는 다수의 버너가 설치되어 있고, 버너들을 적정한 운전조건하에서 착화시키므로써 연소운전을 개시하게 된다. 이후, 사용연료의 종류와 성질에 따라 운전조건을 새롭게 부여하여 소각운전을 진행하게 되는데, 버너에 인접설치된 촬영기부터 획득된 버너의 화염영상을 운전자가 경험을 토대로 분석하여 운전조건을 설정하여 왔다.

또한, 최근의 기술에서는 칼라용 CCD카메라를 사용하여 버너의 화염영상을 촬영하고, 촬영영상을 R(적),G(녹),B(청) 성분으로 분해한 다음 착화된 버너화염에 대한 안정도와 투명도 및 온도를 알아내어 운전조건을 설정하게 된다. 이와 같이, 운전조건을 새롭게 설정할 경우 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO)의 발생량을 줄이고 유해한 미연분을 저감시키는 운전동작이 요구되는데, 착화된 버너에 대한 화염영상을 R(적),G(녹),B(청) 성분으로 분석하는 경우 격심하게 변화되는 버너화염을 정확하게 분석하는데 미흡하였기 때문에 최적의 운전조건을 설정하는데 만족할 만한 결과를 얻지 못하였다. 또 다른 종래기술로서는 버너에 스펙트럼용 스캐너를 인접설치하고, 이로부터 얻어진 버너의 화염영상에 대해 주파수별로 스펙트럼분포를 알아낸 다음 스펙트럼 파워의 분포에 따라 질소산화물, 일산화탄소 및 미연분등을 정량적으로 조절하게 되는데, 이를 위한 장치의 구성이 하드웨어적으로 복잡할 뿐만 아니라 고가의 스캐너등을 구비해야하는등 경제적부담등이 상존하여 실용화에 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 H.S.I 색모델을 이용하여 버너화염상태를 분석하여 이상원인을 검출할 수 있어서 실제 발전설비를 운전하기 전에 모의실험을 통해 사용연료의 종류와 성질에 따라 최적의 운전조건을 알아내므로써 사용연료에 대한 운전효율을 크게 증대할 수 있는 H.S.I 색모델을 이용한 발전설비용 버너화염 감시진단장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발전설비용 버너화염 감시진단장치의 구성도,

도 2는 본 발명의 진단용 컴퓨터에 대한 상세구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 이미지센서부 11a∼11d : 버너

20 : 진단용 컴퓨터 21 : 색분해부

22 : 색합성부 23 : 안정도판정부

24 : 투명도판정부 25 : 온도판정부

26 : 비교부 27 : 진단부

28 : 이상유형검출부 29 : 평균휘도레벨검출부

30 : 버너제어부 40 : 모니터

50 : 키입력부 60 : 경보발생부

상기와 같은 본 발명의 목적은 보일러의 내부에 설치된 버너들의 화염을 촬영하고, 촬영한 화염영상을 분석하여 사용연료에 대한 적정한 연소조건을 버너제어부에 알려주기 위한 버너화염 감시진단장치에 있어서, 상기 버너에 인접설치된 이미지센서가 촬영한 화염영상에 대한 R.G.B 색모델을 H.S.I 색모델로 변환하고, 상기 R.G.B 색모델과 H.S.I 색모델에 기초하여 해당 버너의 화염에 대한 안정도와 투명도 및 온도를 판정하고, 판정결과에 따라 이상운전상황 및 평가결과를 운전자에게 알려주는 진단용 컴퓨터에 의하여 달성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명은 버너(11a∼11d)에 인접설치되여 화염을 촬영하는 이미지센서부(10)와 이미지센서부(10)가 촬영한 화염영상에 대한 R.G.B 색모델과 H.S.I 색모델에 기초하여 해당 버너의 화염에 대한 안정도와 투명도 및 온도를 판정하고, 판정결과에 따라 이상운전상황을 검출하는 진단용 컴퓨터(20)와, 진단용컴퓨터(20)로부터 해당 버너의 착화여부에 대한 신호를 인가받아 버너를 구동시키는 버너제어부(30)와 진단용컴퓨터(20)로부터의 버너화염에 대한 진단정보를 디스플레이하는 모니터(40)와, 진단동작을 지시하거나 진단에 필요한 새로운 운전조건을 입력하기 위한 키입력부(50) 및 진단용컴퓨터(20)로부터의 제어신호에 따라 이상운전상황을 알리기 위해 경보음을 발생하는 경보발생부(60)를 포함하고 있다.

상기 진단용 컴퓨터(20)는 이미지센서부(10)가 촬영한 신호를 R,G,B 색신호로 분리하는 색분리부(21)와, 버너화염의 온도분포를 검출하기 위해 R,G,B색신호를 합성하는 색합성부(22)와, 상기 색분리부(21)의 R,G,B 색모델 및 H.S.I 색모델에 기초하여 화염의 안정도를 판정하는 안정도판정부(23)와, 상기 색분리부(21)의 R,G,B 색모델 및 H.S.I 색모델에 기초하여 화염의 투명도를 판정하는 투명도판정부(24)와, 상기 색분리부(21)의 R,G,B 색모델 및 H.S.I 색모델에 기초하여 화염의 온도를 판정하는 온도판정부(25)와, 상기 안정도판정부(23)와 투명도판정부(24) 및 온도판정부(25)의 판정결과와 사전 설정된 기준치를 비교하는 비교부(26), 상기 비교부의 비교결과에 따라 프로그램된 진단로직으로 진단하는 진단부(27) 및 상기 진단부(27)의 진단결과에 따라 버너운전에 대한 이상유형을 검출하는 이상유형검출부(28)를 구비한다. 또, 진단용컴퓨터(20)는 버너에 대한 화염영상의 휘도레벨에 따라 버너의 착화여부를 검출하는 평균휘도레벨검출부(29)를 더 구비한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작 및 작용효과에 대하여 설명한다. 먼저, 이미지센서부(10)는 버너(11a∼11d)에 인접하여 다수설치되는데 고온의 설치환경을 고려하여 광섬유로 제작된 튜브내에 설치된다. 이미지센서부(10)가 촬영한 화염영상은 진단용컴퓨터(20)에 인가된다. 진단용컴퓨터(20)는 이미지센서부(10)로부터 해당 버너에 대한 화염영상을 인가받고, 그 화염영상에 대한 RGB 색모델과 H.S.I 색모델을 기초하여 화염상태를 분석하고, 정상운전시와 비교하여 이상운전여부를 판정하여 적절한 대응조치를 취하는데, 도 2에 따라 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 진단용컴퓨터(20)에 대한 상세구성도이다. 도 2에서 색신호분리부(21)는 이미지센서부(10)가 촬영한 화염영상을 입력받아 RGB 색모델에 따라 색성분을 분리한다. 상기 색신호분리부(21)는 분리된 RGB 색성분을 색합성부(22)로 출력한다. 색합성부(22)는 입력받은 화염영상에 대한 온도분포를 알아내기 위해 분리된 RGB색성분을 합성한다. 안정도판정부(23)는 버너의 화염영상에 대한 RGB 색모델과 H.S.I 색모델에 기초하여 안정도를 분석하고, 투명도판정부(24)는 버너의 화염영상에 대한 RGB 색모델과 H.S.I 색모델에 기초하여 투명도를 분석하고, 온도판정부(25)는 버너의 화염영상에 대한 RGB 색모델과 H.S.I 색모델에 기초하여 온도를 분석한다. 여기서, 상기 안정도판정부(23)와 투명도판정부(24) 및 온도판정부(25)에 공통적으로 적용되는 H.S.I 색모델에 대해 설명하기로 한다.

H.S.I 색모델은 다음의 수식으로 정의되며, 화염영상에 대한 다른 표현방식이다.

C = Hh+ Ss+ Ii -----색모델수식

여기서, H는 해당 화소에 대한 지배되는 색조(hue)이고, S는 해당 화소에 대한 흰색의 섞인 정도이며, I는 해당 화소에 대한 색의 명암이다. 또, i는 명도(intensity), h는 색조(hue), s는 채도(saturation)에 대한 각각의 단위벡터이다.

상기 색모델수식에서 H(hue)는 식(1)과 같이 표현된다.

H = [ 256/(λmax-λmin) ]* (λmax-λ) ---- 식(1)

식(1)의 λ는 레디칼(Radical) 자발광을 나타내며 식(2)로 표현된다.

λ = [(λmin-λmax)/256]*H + λmax ---- 식(2)

여기서, λmax는 이미지센서(CCD카메라)가 계측가능한 최대파장이고, λmin는 이미지센서가 계측가능한 최소파장이다.

상기 색모델에서 I(intensity)는 식(3)으로 표현된다.

I = Es / Emax ---- 식(3)

식(3)의 Es는 임의 화소에 대한 방사에너지를 나타내며, 식(4)로 표현된다.

Es = (3/8)E(T)(d/I)(cosθ/m) ---- 식(4)

여기서, Emax는 이미지센서가 계측가능한 최대계측에너지이고, E(T)는 소각대상물로부터 방출되는 빛에너지이고, d는 이미지센서에 취부된 촬영렌즈의 직경이고, I는 촬영거리이고, θ는 촬영대상점에 대한 경사각이고, m 은 촬영렌즈의 배율을 나타낸다.

상기 색모델에서 S(saturation)는 식(5)으로 표현된다.

S ∝ (1/(λmajor-λminor) ---- 식(5)

여기서, λmajor는 우세한 발광체의 휘도이고, λminor는 열세한 발광체의 휘도이다.

상기 안정도판정부(23)와 투명도판정부(24) 및 온도판정부(25)는 색신호분리부(21)에 의한 RGB 색모델과 식(1)∼식(5)에서 정의되는 H.S.I색모델을 이용하여 판정하고자 하는 안정도, 투명도, 온도에 대한 현재값을 얻을 수 있다.

상기 안정도판정부(23)와 투명도판정부(24) 및 온도판정부(25)는 판정결과를 비교부(26)로 출력한다. 비교부(26)는 현재 버너의 화염영상에 대한 안정도, 투명도 및 온도에 대한 판정결과치와 사전에 기억시켜둔 기준값과 비교하고, 그 비교결과에 따른 차이값에 대한 정보를 진단부(27)로 출력한다. 진단부(27)는 버너의 화염영상에 대한 안정도, 투명도 및 온도에 대한 비교결과치를 입력받고, 사전에 프로그램된 진단로직(logic)을 이용하여 비교결과치에 대한 진단을 수행한다. 이상유형검출부(28)는 진단부(27)의 진단결과에 따라 오류운전에 따른 이상유형을 검출하고 그 검출결과를 운전자에게 알리기 위한 제어신호를 경보발생부(60)로 출력한다. 상기 이상유형검출부(28)가 검출하는 이상유형으로는 질소산화물이 과도하게 발생되는 고NOx운전, 분진이 과도하게 발생되는 고분진운전, 고장난 버너의 이상을 알리는 개별버너이상동작, 특정 버너의 화염구(버너팁)에 대한 이상을 알리는 버너팁이상동작등에 대한 버너화염으로부터 추정할 수 있는 운전오류등에 대한 이상상황을 검출하게 된다.

평균휘도레벨검출부(29)는 이미지센서부(10)로부터의 촬영신호를 입력받아 평균치의 휘도레벨을 검출하고, 그 검출결과 평균치의 휘도레벨에 미치지 않을 경우 해당 버너의 착하가 일어나지 않은 것을 인식하여 버너제어부(30)로 검출결과를 출력한다. 이에 따라 버너제어부(30)는 연소운전동작에 맞추어 해당 버너의 착화동작을 제어할 수 있다.

상기 경보발생부(60)는 이상상황검출부(28)로부터의 제어신호에 따라 이상상황에 대응하는 경보음을 발생하게 된다.

상기 이상상황검출부(28)는 이상상황에 대한 정보를 모니터(40)를 통해 디스플레이하는데, 그 예로 해당 버너에 대응하는 안정도, 투명도, 온도에 대한 평가지표를 다이아그램형태로 표시하거나 특정 버너에 대한 성능평가 및 버너팁의 막힘여부를 표시할 수 있다.

상기 진단용 컴퓨터(20)는 사용연료의 종류와 성질에 따라 비교부(26)에 저장된 운전데이타 즉 기준치를 변경하거나, 진단부(27)에 프로그램된 진단로직을 변경함에 의해 버너의 화염에 대한 안정도와 투명도 및 온도에 대한 정상치를 가변적으로 설정할 수 있으며, 새롭게 설정된 정상치에 따라 이상유형을 검출하게 된다. 또한, 상기 진단용컴퓨터(20)는 실제 운전중인 발전설비에 사용하기 전에 실제운전시에서의 운전조건에 대응하는 가상데이터를 입력하여 모의실험을 수행할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 발전설비에 다수설치된 버너들의 착화동작과 버너의 화염상태를 RGB 색모델과 H.S.I 색모델을 이용하여 정밀하게 검사할 수 있어서 연소공정을 안정적으로 수행할 수 있을 뿐만 아니라 다수 버너에 대한 공연비를 적절하게 제어할 수 있다. 따라서, 발전설비에서의 최적연소조건을 자동제어로 설정함에 의해 운전효율증대와 운전비용 및 운전인력을 절감할 수 있다. 특히, 환경오염의 규제대상인 질소산화물과 이산화탄소 및 유해한 미연분등의 발생량을 현격히 줄일 수 있다. 더욱이, 사용연료의 종류와 성질에 따라 발열량과 연소성이 다르므로 이를 고려하여 진단조건을 새롭게 설정하여 모의실험을 실시할 수 있는등 실제운전에 앞서 최적의 운전조건을 얻을 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims

보일러의 내부에 설치된 버너들의 화염을 촬영하고, 촬영한 화염영상을 분석하여 사용연료에 대한 적정한 연소조건을 버너제어부에 알려주기 위한 버너화염 감시진단장치에 있어서,

상기 버너에 인접설치된 이미지센서가 촬영한 화염영상에 대한 R.G.B 색모델을 H.S.I 색모델로 변환하고, 상기 R.G.B 색모델과 H.S.I 색모델에 기초하여 해당 버너의 화염에 대한 안정도와 투명도 및 온도를 판정하고, 판정결과에 따라 이상운전상황 및 평가결과를 운전자에게 알려주는 진단용 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 H.S.I 색모델을 이용한 발전설비용 버너화염 감시진단장치.
제 1항에 있어서, 상기 진단용 컴퓨터는 상기 이미지센서가 촬영한 신호를 R,G,B색신호로 분리하는 색분리부와, 버너화염의 온도분포를 검출하기 위해 R,G,B색신호를 합성하는 색합성부와, 상기 색분리부의 R,G,B 색모델 및 H.S.I 색모델에 기초하여 화염의 안정도를 판정하는 안정도판정부와, 상기 색분리부의 R,G,B 색모델 및 H.S.I 색모델에 기초하여 화염의 투명도를 판정하는 투명도판정부와, 상기 색분리부의 R,G,B 색모델 및 H.S.I 색모델에 기초하여 화염의 온도를 판정하는 온도판정부와, 상기 안정도판정부와 투명도판정부 및 온도판정부의 판정결과와 사전 설정된 기준치를 비교하는 비교부, 상기 비교부의 비교결과에 따라 프로그램된 진단로직으로 진단하는 진단부 및 상기 진단부의 진단결과에 따라 버너운전에 대한 이상유형을 검출하는 이상유형검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 H.S.I 색모델을 이용한 발전설비용 버너화염 감시진단장치.
제 1항에 있어서, 상기 진단용 컴퓨터는 사용연료의 종류와 성질에 따라 버너의 화염에 대한 안정도와 투명도 및 온도에 대한 정상치를 가변적으로 설정하고, 설정된 정상치에 따라 이상유형을 검출하는 것을 특징으로 하는 H.S.I 색모델을 이용한 발전설비용 버너화염 감시진단장치.