(57)【要約】【課題】  空気予熱器の蓄熱体に付着した可燃物の発火を迅速に検知することができる発火検知装置を提供することを目的とする。【解決手段】  空気予熱器１を、発火検知装置２１を有する構成とする。発火検知装置２１を、火炉３の排気路７内の蓄熱体１２よりも下流側に、蓄熱体１２に対してそれぞれ径方向位置の異なる複数箇所に対向させて設けられる複数の下流側サンプリング口２２と、下流側サンプリング口２２を通じて取り入れた排気中の一酸化炭素濃度を測定する第一測定装置２３と、第一測定装置２３に接続される下流側サンプリング口２２を切り替えるサンプリング位置切替装置と、第一測定装置２３による測定結果に基づいて発火の発生の有無を判定する判定装置と、判定装置によって発火が生じたと判定された場合に警報を発する警報装置とを有する構成とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炉への空気供給路内と前記火炉の排気路内とにまたがって設けられる円盤状の蓄熱体を軸線回りに回転させることで該蓄熱体を介して前記排気路内の排気の熱を前記空気供給路内の空気に伝達して該空気の予熱を行う空気予熱器に用いられて、前記蓄熱体に付着した前記排気由来の可燃物の発火を検知する空気予熱器の発火検知装置であって、
前記排気路内の前記蓄熱体よりも下流側に、該蓄熱体に対してそれぞれ径方向位置の異なる複数箇所に対向させて設けられる複数の下流側サンプリング口と、
該下流側サンプリング口を通じて取り入れた排気中の一酸化炭素濃度を測定する第一測定装置と、
該第一測定装置と前記各下流側サンプリング口との間に設けられて前記第一測定装置に接続される前記下流側サンプリング口を切り替えるサンプリング位置切替装置と、
前記第一測定装置による測定結果に基づいて発火の発生の有無を判定する判定装置と、
該判定装置によって発火が生じたと判定された場合に警報を発する警報装置とを有していることを特徴とする空気予熱器の発火検知装置。
【請求項２】
前記排気路内の前記蓄熱体よりも上流側に設けられる上流側サンプリング口と、
該上流側サンプリング口を通じて取り入れた排気中の一酸化炭素濃度を測定する第二測定装置とを有し、
前記判定装置は、前記第二測定装置の測定値をバックグラウンド濃度として、第一測定装置の測定結果を判定する構成とされていることを特徴とする請求項１記載の空気予熱器の発火検知装置。
【請求項３】
前記判定装置は、同一の前記下流側サンプリング口から採取した排気中の一酸化炭素濃度の測定値が基準値を超えた回数を異常検出回数として計測し、一定の判断期間内で異常検出回数が基準回数を超えた場合に発火が生じたと判定する構成とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の空気予熱器の発火検知装置。
【請求項４】
前記下流側サンプリング口のうちの少なくとも一つが、前記排気路の最上部に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の空気予熱器の発火検知装置。
【請求項５】
前記サンプリング位置切替装置が、前記火炉の運転状態に応じて前記下流側サンプリング口の切替を行う構成とされていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の空気予熱器の発火検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気予熱器の発火検知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボイラ等に用いられる火炉には、その効率を向上させるために、酸素源として供給される空気を予熱する空気予熱器が設けられる。
このような空気予熱器としては、火炉への空気供給路内と前記火炉の排気路内とにまたがって設けられる円盤状の蓄熱体を有しており、蓄熱体を軸線回りに回転させることで、蓄熱体を介して排気路内の排気の熱を空気供給路内の空気に伝達して火炉に供給される空気の予熱を行うものがある。
しかし、蓄熱体は、排気路中の排気に接触するために、排気中に含まれる可燃物（例えば火炉内で十分燃焼しきれなかった燃料成分等）の付着が生じ、空気予熱器の運転を続けるにしたがって、可燃物の付着量は増加する。このため、火炉の運転条件等によっては、この可燃物が発火することがある。
この可燃物の発火を放置すると、次第に燃え広がって排気系統内で火災が発生してしまうので、空気予熱器内での可燃物の発火を、早期段階で検出する検出装置が求められている。
【０００３】
火炎を検出する検出装置としては、後記の特許文献１に記載のものがある。
この火炎検出装置は、カメラによって火炎の有無を監視するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２５６６９４号公報（段落［００２３］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、空気予熱器の蓄熱体は、空気及び排気との接触面積を広く確保して熱交換効率を高くするため、内部構造が複雑になっている（例えば蜂の巣構造が採用される）。
このため、蓄熱体内部で発火が生じた場合、カメラで蓄熱体内部を覗き見る必要があった。このようにカメラに蓄熱体内部を覗き込ませるための装置は高価で、かつ機構が複雑であるため、保守が困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、従来のような高価で機構が複雑な、蓄熱体内部を覗きこませる装置を用いずに、構造が簡略で安価で保守性に優れ、かつ空気予熱器の蓄熱体に付着した可燃物の発火を迅速に検知することができる空気予熱器の発火検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の空気予熱器の発火検知装置（以下「発火検知装置」とする）は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる発火検知装置は、火炉への空気供給路内と前記火炉の排気路内とにまたがって設けられる円盤状の蓄熱体を軸線回りに回転させることで該蓄熱体を介して前記排気路内の排気の熱を前記空気供給路内の空気に伝達して該空気の予熱を行う空気予熱器に用いられて、前記蓄熱体に付着した前記排気由来の可燃物の発火を検知する発火検知装置であって、前記排気路内の前記蓄熱体よりも下流側に、該蓄熱体に対してそれぞれ径方向位置の異なる複数箇所に対向させて設けられる複数の下流側サンプリング口と、該下流側サンプリング口を通じて取り入れた排気中の一酸化炭素濃度を測定する第一測定装置と、該第一測定装置と前記各下流側サンプリング口との間に設けられて前記第一測定装置に接続される前記下流側サンプリング口を切り替えるサンプリング位置切替装置と、前記第一測定装置による測定結果に基づいて発火の発生の有無を判定する判定装置と、該判定装置によって発火が生じたと判定された場合に警報を発する警報装置とを有していることを特徴とする。
【０００８】
このように構成される発火検知装置では、排気路内の蓄熱体よりも下流側に設けられる下流側サンプリング口から排気路内の排気が採取されて、この排気中の一酸化炭素濃度が第一測定装置によって測定される。そして、この排気中に含まれる一酸化炭素濃度に基づいて、判定装置によって、蓄熱体に付着した可燃物の発火の有無が判定される。
例えば、判定装置は、排気中の一酸化炭素濃度が、予め定めておいた基準値に達した場合には発火が生じたものと判定し、基準値に達しない場合には発火が生じていないものと判断する構成とされる。
そして、判定装置によって発火が生じていると判断された場合には、警報装置によって警報が発せられて、発火が検知されたことがオペレータに知らされる。
【０００９】
下流側サンプリング口は、蓄熱体の径方向位置の異なる複数箇所に対向させて設けられており、それぞれの設置位置近傍の排気を独立して採取することができるようになっている。
このため、蓄熱体に付着した可燃物が発火した場合には、発火位置に最も近い下流側サンプリング口から一酸化炭素濃度の高い排気が採取されるので、該位置での一酸化炭素濃度の上昇が直ちに検出されて、発火の発生が検知される。
さらに、可燃物の発火が生じた場合には、一酸化炭素濃度の高い排気を採取した下流側サンプリング口の位置に基づいて、蓄熱体において発火が生じている箇所を特定することができる。
【００１０】
また、この発火検知装置には、第一測定装置に接続される下流側サンプリング口を切り替えるサンプリング位置切替装置が設けられているので、サンプリング位置切替装置を操作して第一測定装置に接続される下流側サンプリング口の切替を行うことで、第一測定装置によって任意の下流側サンプリング口から採取した排気の成分測定を行うことができる。
これにより、一つの第一測定装置で複数の下流側サンプリング口から採取した排気の成分測定を行うことができるので、高価な測定装置の設置数が少なくて済み、装置コストが大幅に低減される。
【００１１】
本発明にかかる発火検知装置は、請求項１記載の発火検知装置であって、前記排気路内の前記蓄熱体よりも上流側に設けられる上流側サンプリング口と、該上流側サンプリング口を通じて取り入れた排気中の一酸化炭素濃度を測定する第二測定装置とを有し、前記判定装置は、前記第二測定装置の測定値をバックグラウンド濃度として、第一測定装置の測定結果を判定する構成とされていることを特徴とする。
【００１２】
このように構成される発火検知装置は、排気路内の蓄熱体よりも上流側での排気、すなわち蓄熱体を通過する前の排気が、上流側サンプリング口によって採取されて、第二測定装置によってその一酸化炭素濃度が測定される。
判定装置は、この第二測定装置の測定値をバックグラウンド濃度として、第一測定装置の測定結果を判定する。すなわち、判定装置は、蓄熱体を通過する前後での一酸化炭素濃度の変化を監視し、これに基づいて発火の有無を判定する。
これにより、この発火検知装置では、火炉の運転状態によって排気自体の一酸化炭素濃度の変動が生じた場合にも、誤動作することなく、発火の検知が正確に行われる。
【００１３】
本発明にかかる発火検知装置は、請求項１または２に記載の発火検知装置であって、前記判定装置は、同一の前記下流側サンプリング口から採取した排気中の一酸化炭素濃度の測定値が基準値を超えた回数を異常検出回数として計測し、一定の判断期間内で異常検出回数が基準回数を超えた場合に発火が生じたと判定する構成とされていることを特徴とする。
【００１４】
このように構成される発火検知装置では、単に第一測定装置による一酸化炭素濃度の測定値が基準値を超えただけでは発火が生じたと判定せず、同一の下流側サンプリング口から採取した排気の測定値が基準値を超えた回数を計測して、このカウントが、一定の判断期間内で基準回数を超えた場合にのみ、発火が生じたと判定する。すなわち、測定値に再現性があった場合にのみ、発火が生じたと判定する。
これにより、なんらかの理由によって発火の有無に関係なく突発的に高い測定値が得られた場合にも、警報を発することがない。すなわち、この発火検知装置は、誤報が生じにくく、信頼性が高い。
【００１５】
本発明にかかる発火検出装置は、請求項１から３のいずれかに記載の発火検知装置であって、前記下流側サンプリング口のうちの少なくとも一つが、前記排気路の最上部に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
ここで、空気予熱器において、蓄熱体に付着した可燃物が発火することによって生じた燃焼ガスは、排気路内の周辺雰囲気よりも高温であるため、排気路内の気流が弱い場合には、対流によって排気路の上方に集まって、排気路の最上部を通じて下流側に移動する。
火炉がバンキング（暖缶）を行っている状態では、空気供給路へ空気を送り込むファンの運転が停止させられるため、通常運転時に比べて排気路内の気流が弱まるので、バンキング中は、排気路の最上部以外の領域では可燃物の燃焼ガスがすぐには採取されにくい。
本発明にかかる発火検知装置では、排気路の最上部に下流側サンプリング口を設けているので、バンキング中であっても可燃物の燃焼ガスを迅速かつ確実に採取することができ、バンキング中の発火を、迅速かつ確実に検出することが可能となる。
【００１７】
本発明にかかる発火検出装置は、請求項１から４のいずれかに記載の発火検知装置であって、前記サンプリング位置切替装置が、前記火炉の運転状態に応じて前記下流側サンプリング口の切替を行う構成とされていることを特徴とする。
【００１８】
このように構成される発火検知装置では、火炉の運転状態に応じて、排気路の蓄熱体下流側における排気のサンプリング位置を、発火の検知に適した位置に変更することができる。
例えば、火炉が通常運転を行っている状態では、蓄熱体の各部について発火の有無を判定することができるよう、各下流側サンプリング口を順次切り替えて、各下流側サンプリング口からの排気のサンプリングを行う。
一方、火炉がバンキングを行っている状態では、排気路の上方での排気の成分分析を継続的に行って可燃物の発火を直ちに検出することができるよう、排気路の上方に設けられた下流側サンプリング口のみを第一測定装置に接続する。
【発明の効果】
【００１９】
このように構成される発火検知装置によれば、蓄熱体に付着した可燃物の発火を迅速かつ正確に検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明が適用される空気予熱器１は、ボイラ設備２の火炉３に設けられるものである。
空気予熱器１は、火炉３への空気供給路６と火炉３の排気路７とにまたがって設けられて内部がこれらに連通されるケーシング１１と、ケーシング１１内で空気供給路６内と排気路７内とにまたがって設けられる円盤状の蓄熱体１２と、蓄熱体１２を軸線回りに回転駆動する駆動装置（図示せず）とを有している。
ここで、空気供給路６には、図示せぬ送風ファンが設置されていて、この送風ファンによって外気が火炉３内に送出されるようになっている。また、蓄熱体１２の回転速度は、例えば、１回／分とされている。
【００２１】
蓄熱体１２は、空気供給路６及び排気路７と軸線を略平行にして設けられるものである。蓄熱体１２の内部は例えば蜂の巣構造とされていて、空気供給路６内を流通する空気及び排気路を流通する排気の、蓄熱体１２内を通じた下流側への流通が許容されている。そして、蓄熱体１２内を排気が通過することで蓄熱体１２に排気の熱が与えられ、蓄熱体１２内を空気が通過することで蓄熱体１２から空気に熱が与えられる。
空気予熱器１は、蓄熱体１２を回転させて、排気によって暖められた領域を空気供給路６側に移動させることで、空気供給路６内を流通する空気に排気の熱を伝達して予熱するものである。
【００２２】
この空気予熱器１は、蓄熱体１２に付着した排気由来の可燃物の発火を検知する発火検知装置２１を有している。
発火検知装置２１は、排気路７内の蓄熱体１２よりも下流側に、蓄熱体１２に対してそれぞれ径方向位置の異なる複数箇所に対向させて設けられる複数の下流側サンプリング口２２と、下流側サンプリング口２２を通じて取り入れた排気中の一酸化炭素濃度を測定する第一測定装置２３とを有している。
【００２３】
下流側サンプリング口２２は、それぞれ、排気路７の天井から排気路７内の所定位置まで挿入される配管Ｓの先端に設けられている。本実施の形態では、下流側サンプリング口２２は、図２に示すように、蓄熱体１２の径方向内側に対向配置される内側サンプリング口２２ａと、蓄熱体１２の径方向中央部に対向配置される中央部サンプリング口２２ｂと、蓄熱体１２の径方向外側に対向配置される外側サンプリング口２２ｃとを有している。
ここで、外側サンプリング口２２ｃは、排気路７の最上部に位置している。
【００２４】
図３に示すように、各配管Ｓと第一測定装置２３との間には、各配管Ｓ内の気体を第一測定装置２３に送出する送気ポンプ２４が設けられている。
また、各配管Ｓには、それぞれ自動弁が設けられていて、自動弁が開かれた配管Ｓを通じてのみ、第一測定装置２３に排気が送り込まれるようになっている。
本実施の形態では、内側サンプリング口２２ａが設けられている配管Ｓには自動弁Ｖａが設けられており、中央部サンプリング口２２ｂが設けられている配管Ｓには自動弁Ｖｂが設けられており、外側サンプリング口２２ｃが設けられている配管Ｓには自動弁Ｖｃが設けられている。これら自動弁Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは、それぞれ制御装置Ｍによってその開閉動作が制御されている。
これら自動弁Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ及び制御装置Ｍは、第一測定装置２３に接続される下流側サンプリング口２２を切り替えるサンプリング位置切替装置２５を構成している。
サンプリング位置切替装置２５は、一定時間おき（例えば４分おき）に下流側サンプリング口２２の切替を行うほか、下流側サンプリング口２２から採取した排気中の一酸化炭素濃度や、火炉３の運転状態に応じて、下流側サンプリング口２２の切替を行う構成とされている。
【００２５】
また、発火検知装置２１は、排気路７内の蓄熱体１２よりも上流側に設けられる上流側サンプリング口２６と、上流側サンプリング口２６を通じて取り入れた排気中の一酸化炭素濃度を測定する第二測定装置２７とを有している。
本実施の形態では、上流側サンプリング口２６は、排気路７の最上部に開口されている。
【００２６】
また、発火検知装置２１は、第一測定装置２３による測定結果に基づいて発火の発生の有無を判定する判定装置２８と、判定装置２８によって発火が生じたと判定された場合に警報を発する警報装置２９とを有している。
本実施形態では、判定装置２８は、後述するように第二測定装置２７の測定結果も参照して、発火の有無を判定する構成とされている。また、警報装置２９は、ボイラ設備２のＢＴＧ警報盤に組み込まれた構成とされている。
【００２７】
以下、本実施形態にかかる発火検知装置２１の動作について説明する。
この発火検知装置２１では、排気路７内の蓄熱体１２よりも下流側に設けられる下流側サンプリング口２２から排気路７内の排気が採取されて、この排気中の一酸化炭素濃度が第一測定装置２３によって測定される。
そして、この排気中に含まれる一酸化炭素濃度に基づいて、判定装置２８によって、蓄熱体１２に付着した可燃物の発火の有無が判定される。
そして、判定装置２８によって発火が生じていると判断された場合には、警報装置２９によって警報が発せられて、発火が検知されたことがオペレータに知らされる。
【００２８】
蓄熱体１２に付着した可燃物が発火した場合、発火点は蓄熱体１２の回転とともに移動する。また、火炉３の通常運転時には、排気路７内では、上流側から下流側に向く流れが形成されている。このため、蓄熱体１２に付着した可燃物が発火した場合には、発火によって生じた燃焼ガスは、図４に示すように、発火点から排気路７に沿って下流側に流される。すなわち、蓄熱体１２の直後の位置では、可燃物の発火によって生じた燃焼ガスは、発火点の現在位置の下流側に流されることとなる。
ここで、図４では、蓄熱体１２において径方向の中央部にて可燃物の発火が生じた場合を示している。
【００２９】
参考のために、図５（ａ）、（ｂ）に、シミュレーションによって得た、火炉３の通常運転時における排気路７内の蓄熱体１２の下流側での排気の流れの様子を示す。ここで、図５（ａ）では排気中の一酸化炭素濃度分布を示しており、一酸化炭素濃度の高い領域が燃焼ガスの通過した領域を示している。また、図５（ｂ）では排気中の温度分布を示しており、温度の高い領域が燃焼ガスの通過した領域を示している。
【００３０】
本実施形態にかかる発火検知装置２１では、下流側サンプリング口２２は、蓄熱体１２の径方向位置の異なる複数箇所に対向させて設けられており、それぞれの設置位置近傍の排気を独立して採取することができるようになっている。
蓄熱体１２で可燃物の発火が生じた場合、その発火点は、蓄熱体１２が一回転する間に、いずれかの下流側サンプリング口２２の近傍を通過する。このため、火炉３の通常運転時において、炎の小さい発火の初期段階では、蓄熱体１２の発火位置に最も近い下流側サンプリング口２２（図４に示す場合では中央部サンプリング口２２ｂ）から、他の下流側サンプリング口２２で採取された排気よりも一酸化炭素濃度の高い排気が採取される。
【００３１】
例えば、一酸化炭素濃度源（発火点）が直径３００ｍｍ、燃焼ガスの温度が８００°Ｃ、一酸化炭素濃度が５０００ｐｐｍ、排気路７の半径を４ｍと想定すると、排気路７の軸直交断面視において、燃焼ガスの流れの大きさは、排気路７の半径の１／３程度を占めることになる。
下流側サンプリング口２２は、いずれかの下流側サンプリング口２２によって上記の燃焼ガスの流れを捕捉することができるように、その設置数が設定されるものであって、上記の想定条件下では、最低三つ設ければよいと考えられる。
【００３２】
このように、この発火検知装置２１では、蓄熱体１２の径方向の各位置で生じた一酸化炭素濃度の上昇が直ちに検出される。これにより、この発火検査装置２１では、燃焼ガスが排気路７内に充満する前の段階、すなわち発火の初期段階で、発火の発生を検知することができる。
【００３３】
そして、このように複数の下流側サンプリング口２２から採取した排気の濃度を個別に測定するので、可燃物の発火が生じた場合には、一酸化炭素濃度の高い排気を採取した下流側サンプリング口２２の位置に基づいて、蓄熱体１２において発火が生じている箇所を特定することができる。
【００３４】
また、この発火検知装置２１には、第一測定装置２３に接続される下流側サンプリング口２２を切り替えるサンプリング位置切替装置２５が設けられているので、サンプリング位置切替装置２５を操作して第一測定装置２３に接続される下流側サンプリング口２２の切替を行うことで、第一測定装置２３によって任意の下流側サンプリング口２３から採取した排気の成分測定を行うことができる。
これにより、一つの第一測定装置２３で複数の下流側サンプリング口２２から採取した排気の成分測定を行うことができるので、高価な測定装置の設置数が少なくて済み、装置コストが大幅に低減される。
【００３５】
ここで、空気予熱器１において、蓄熱体１２に付着した可燃物が発火することによって生じた燃焼ガスは、排気路７内の周辺雰囲気よりも高温である。このため、排気路７内の気流が弱い場合には、図６に示すように、燃焼ガスは、対流によって排気路７の上方に集まって、排気路７の最上部を通じて下流側に移動する。
火炉３がバンキングを行っている状態では、空気供給路６へ空気を送り込むファンの運転が停止させられるため、通常運転時に比べて排気路７内の気流が弱まるので、バンキング中は、排気路７の最上部以外の領域では可燃物の燃焼ガスがすぐには採取されにくい。
【００３６】
参考のために、図７（ａ）、（ｂ）に、シミュレーションによって得た、火炉３のバンキング時における排気路７内の蓄熱体１２の下流側での排気の流れの様子を示す。ここで、図７（ａ）では排気中の一酸化炭素濃度分布を示しており、一酸化炭素濃度の高い領域が燃焼ガスの通過した領域を示している。また、図７（ｂ）では排気中の温度分布を示しており、温度の高い領域が燃焼ガスの通過した領域を示している。
【００３７】
本実施形態にかかる発火検知装置２１では、排気路７の最上部にも下流側サンプリング口２２を設けているので、バンキング中であっても可燃物の燃焼ガスを迅速かつ確実に採取することができ、バンキング中の発火を、迅速かつ確実に検出することが可能となる。
【００３８】
また、本実施形態にかかる発火検知装置２１では、サンプリング位置切替装置２５は、火炉３の運転状態に応じて下流側サンプリング口２２の切替を行う構成とされている。
例えば、火炉３が通常運転を行っている状態では、蓄熱体１２の各部について発火の有無を判定することができるよう、各下流側サンプリング口２２を順次切り替えて、各下流側サンプリング口２２からの排気のサンプリングを行う。例えば、サンプリング位置切替装置２５は、まず、内側サンプリング口２２ａを第一測定装置２３に接続し、四分経過後に、中央部サンプリング口２２ｂを第一測定装置２３に接続し、さらに四分経過後に、外側サンプリング口２２ｃを第一測定装置２３に接続する。そして、さらに四分経過したのちは、再び内側サンプリング口２２ａを第一測定装置２３に接続して、以降は上記の切替規則に従って順次切替を行う。
【００３９】
一方、火炉３がバンキングを行っている状態では、排気路７の上方での排気の成分分析を継続的に行って可燃物の発火を直ちに検出することができるよう、下流側サンプリング口２２のうち排気路７の上方に設けられた外側サンプリング口２２ｃのみを第一測定装置２３に接続する。
【００４０】
この発火検知装置２１では、上記各制御を行うことにより、火炉３の運転状態に応じて、排気路７の蓄熱体１２下流側における排気のサンプリング位置を、発火の検知に適した位置に変更して、発火の発生を迅速かつ確実に検出することができる。
【００４１】
また、本実施形態にかかる発火検知装置２１は、上流側サンプリング口２６から採取した排気中の一酸化炭素濃度を第二測定装置２７によって測定している。そして、判定装置２８は、第二測定装置２７の測定値をバックグラウンド濃度として、第一測定装置２３の測定結果を判定する構成とされている。
すなわち、判定装置２８は、蓄熱体１２を通過する前後での一酸化炭素濃度の変化をも監視し、これに基づいて発火の有無を判定する。
【００４２】
具体的には、火炉３の通常運転時には、排気路７の出口側（すなわち下流側サンプリング口２２の周辺）での一酸化炭素濃度は、排気路７の入口側（すなわち上流側サンプリング口２６の周辺）での一酸化炭素濃度とほぼ同一である。このため、火炉３の通常運転時は、第二測定装置２７の測定値をそのままバックグラウンド濃度として利用する。
これに対して、火炉３のバンキング中は、排気路７内での気流が弱まるため、排気路７の出口側での一酸化炭素濃度は、排気路７の入口側での一酸化炭素濃度よりも低下する。本実施形態では、出口側の一酸化炭素濃度は、入り口側の一酸化炭素濃度の約１／３となる。このため、火炉３のバンキング時には、第二測定装置２７の測定値に前記低下割合をかけた数値をバックグラウンド濃度として利用する。ここで、この低下割合は、ボイラ設備２ごとに異なるものであり、実測によって求める。
【００４３】
また、火炉３のバーナーの点火時には、排気中の一酸化炭素濃度が変動するので、発火検知装置２１の誤動作を避けるため、バーナー点火時から所定時間（例えば約３分間）は、判定装置２８による発火の判定は休止する。
これにより、この発火検知装置２１では、火炉の運転状態によって排気自体の一酸化炭素濃度の変動が生じた場合にも、誤動作することなく、発火の検知が正確に行われる。
【００４４】
また、判定装置２８は、単に下流側サンプリング口２２から採取した排気中の一酸化炭素濃度が高くなったことをもって発火が生じていると判断するのではなく、同一の下流側サンプリング口２２から採取した排気中の一酸化炭素濃度の測定値が基準値を超えた回数を異常検出回数として計測し、一定の判断期間内で異常検出回数が基準回数を超えた場合に発火が生じたと判定する構成とされている。
【００４５】
具体的には、この発火検知装置２１は、下流側サンプリング口２２のうちのいずれかを通じて採取した排気中の一酸化炭素濃度が基準値を超えた場合には、サンプリング位置切替装置２５によってこの排気の採取に用いられた下流側サンプリング口２２（以下、当該サンプリング口とする）のみを第一測定装置２３に接続して、当該サンプリング口を通じて採取される排気中の一酸化炭素濃度を継続的に監視する。
【００４６】
実際に蓄熱体１２に付着した可燃物の発火が生じている場合には、蓄熱体１２が一回転するごとに発火点が当該サンプリング口の近傍を通過する。このため、炎の小さい発火の初期段階では、当該サンプリング口を通じて採取される排気は、周期的に一酸化炭素濃度が高くなる。
そこで、この下流側サンプリング口２２から採取される排気中の一酸化炭素濃度が、蓄熱体１２の回転周期よりも長い一定の判断期間後に再び基準濃度を上回った場合、すなわち、測定値に再現性があった場合にのみ、発火が生じたと判定する。例えば、蓄熱体１２の回転周期が１分である場合には、５分間での異常検出回数が３回に達した場合に、発火が生じたと判定する。
ここで、測定値に蓄熱体１２の回転に伴う周期性があるかどうかを判別することができるよう、異常検出回数のカウントは、蓄熱体１２が一回転する間に一回のみとする。
【００４７】
これにより、なんらかの理由によって発火の有無に関係なく突発的に高い測定値が得られた場合にも、警報を発することがない。すなわち、この発火検知装置２１は、誤報が生じにくく、信頼性が高い。
【００４８】
以下、上記した発火検知装置２１の動作を実現するための構成について、図８のブロック図を用いて説明する。
図８の左上に示すように、第二測定装置２７は、その測定値を、比例器Ｐ１，Ｐ２に対してそれぞれ出力する構成とされている。
比例器Ｐ１，Ｐ２は、第二測定装置２７の信号をそれぞれの固有の倍率Ｐに増幅するものである。この倍率Ｐは、排気路７の出口側と入口側との間での一酸化炭素濃度の比と同一である。そして、比例器Ｐ１では、固有の倍率Ｐ１の値は、火炉３のバンキング時における前記濃度比の値と同一とされており（すなわちＰ１＝０．３３３）、比例器Ｐ２では、固有の倍率Ｐ２の値は、火炉３の通常運転時における前記濃度比の値（すなわちＰ２＝１．０）と同一とされている。
【００４９】
これら比例器Ｐ１，Ｐ２の出力信号は、切替器Ｔに入力されている。切替器Ｔには、空気供給路に設けられた送風ファンの運転信号が入力されており、切替器Ｔは、送風ファンが運転中である場合には比例器Ｐ２の出力信号のみを出力し、送風ファンが停止中の場合（すなわち火炉３がバンキング中である場合）には、比例器Ｐ１の出力信号のみを出力するようになっている。
【００５０】
また、図８の左中に示すように、第一測定装置２３は、その測定値を、差分器Ｄ１に対して出力する構成とされている。
差分器Ｄ１には、さらに切替器Ｔの出力信号が入力されており、差分器Ｄ１は、第一測定装置２３の出力と比例器Ｐ１または比例器Ｐ２によって増幅された第二測定装置２７の出力との差分を、後段に設けられた比較器Ｃ１に出力する。
すなわち、差分器Ｄ１は、第一測定装置２３の出力からバックグラウンド分を減じて、正味の測定値を出力するものである。
【００５１】
比較器Ｃ１は、差分器Ｄ１の出力と比較器Ｃ１に固有の基準値Ｃ１との比較を行い、差分器Ｄ１の出力が基準値Ｃ１を上回った場合にのみ、後段に設けられたＡＮＤ回路Ａ１に信号を出力する。
この基準値Ｃ１は、判定装置２８において用いられる排気中の一酸化炭素濃度の基準値である。本実施形態では、基準値Ｃ１の初期設定値を、５０ｐｐｍに設定し、実際に運転することによって得た情報に基づいて、適切な値に再設定する。
【００５２】
また、図８の左中に示すように、火炉３のバーナーの点火情報も発火検知装置２１の動作を決定する要素として利用されている。
すなわち、発火検知装置２１では、バーナーが点火されると、その信号がタイマＴＬＲ１に入力される構成とされている。
タイマＴＬＲ１は、信号を受けてから、固有の時間ｔ１が経過したのちに、後段に設けられたＡＮＤ回路Ａ１に信号を出力するものである。
【００５３】
ＡＮＤ回路Ａ１は、比較器Ｃ１とタイマＴＬＲ１とのうちの一方からのみ信号を入力された場合には後段に信号を出力せず、比較器Ｃ１とタイマＴＬＲ１との両方から信号を入力された場合にのみ、後段に信号を出力するものである。
すなわち、ＡＮＤ回路Ａ１とタイマＴＬＲ１とは、バーナーが点火してから時間ｔ１の間、ＡＮＤ回路Ａ１の後段への信号の出力を待機し、時間ｔ１が経過してから、後段に信号を発して、以降の処理を進行させるものである。本実施の形態では、タイマＴＬＲ１の固有の時間ｔ１は３分に設定されており、ＡＮＤ回路Ａ１は、バーナーが点火してから３分経過した後に、以降の処理が進行するようになっている。
【００５４】
ＡＮＤ回路Ａ１の出力（すなわち比較器Ｃ１の出力回数）は、カウンタブロックＣＢに入力されるようになっている。
カウンタブロックＣＢは、比較器Ｃ１の出力回数（すなわち差分器Ｄ１の出力が基準値Ｃを上回った回数）を計数するものである。
カウンタブロックＣＢは、ＡＮＤ回路Ａ１の出力が入力される自己保持回路ＳＲ１を有している。自己保持回路ＳＲ１は、ＡＮＤ回路Ａ１の出力が入力されると、解除信号が入力されるまで、後段に信号を送り続けるものである。
【００５５】
自己保持回路ＳＲ１の出力信号は、タイマＴＬＲ２を介して、自己保持回路ＳＲ１に対して解除信号として入力されるようになっている。
タイマＴＬＲ２は、自己保持回路ＳＲ１の信号を受けてから、固有の時間ｔが経過したのちに、後段に信号を出力するものである。本実施の形態では、タイマＴＬＲ２の固有の時間ｔ２は、５分に設定されている。すなわち、自己保持回路ＳＲ１は、ＡＮＤ回路Ａ１の出力が入力された時点から５分経過した時点で、信号の送出を停止するようになっている。
【００５６】
ここで、自己保持回路ＳＲ１の出力信号は、タイマＴＬＲ２以外にも、ＯＲ回路Ｏ１にも入力され、サンプリング位置切替装置２５（図８には図示せず）に入力されるようになっている。
サンプリング位置切替装置２５は、ＯＲ回路Ｏ１から信号を入力されている間は、サンプリング位置の切替を行わないように構成されている。
すなわち、この発火検知装置２１は、カウンタブロックＣＢの計数中は、同一の下流側サンプリング口２２から採取される排気について継続的に一酸化炭素濃度の計測が行われるように、サンプリング位置切替装置２５の動作が制御される。
【００５７】
また、カウンタブロックＣＢは、自己保持回路ＳＲ１の出力信号をタイマＴＬＲ３を介して入力されるＡＮＤ回路Ａ２を有している。ＡＮＤ回路Ａ２は、ＡＮＤ回路Ａ１の出力信号も入力されるようになっており、自己保持回路ＳＲ１とＡＮＤ回路Ａ１との両方から信号を入力された場合にのみ、後段に信号を出力するものである。
ここで、タイマＴＬＲ３は、自己保持回路ＳＲ１の信号を受けてから、固有の時間ｔ３が経過したのちに、後段に信号を出力するものである。本実施の形態では、タイマＴＬＲ３の固有の時間ｔ３は、３０秒に設定されている。すなわち、タイマＴＬＲ３は、自己保持回路ＳＲ１が信号を出力し始めた時点から、蓄熱体１２が半回転したのちにＡＮＤ回路Ａ２に信号を出力するようになっている。
【００５８】
ＡＮＤ回路Ａ２の出力は、自己保持回路ＳＲ２に入力されるようになっている。自己保持回路ＳＲ２は、ＡＮＤ回路Ａ２の出力が入力されると、解除信号が入力されるまで、後段に信号を送り続けるものである。
ここで、自己保持回路ＳＲ２には、自己保持回路ＳＲ１の出力信号が、タイマＴＬＲ２を介して、解除信号として入力されるようになっている。すなわち、自己保持回路ＳＲ２は、後段に信号を送っていたとしても、自己保持回路ＳＲ１にＡＮＤ回路Ａ１の出力が入力された時点から５分経過した時点で、信号の送出を停止するようになっている。
【００５９】
また、カウンタブロックＣＢは、自己保持回路ＳＲ２の出力信号をタイマＴＬＲ４を介して入力されるＡＮＤ回路Ａ３を有している。ＡＮＤ回路Ａ３は、ＡＮＤ回路Ａ２の出力信号も入力されるようになっており、自己保持回路ＳＲ２とＡＮＤ回路Ａ１との両方から信号を入力された場合にのみ、後段に信号を出力するものである。
ここで、タイマＴＬＲ４は、自己保持回路ＳＲ１の信号を受けてから、固有の時間ｔ４が経過したのちに、後段に信号を出力するものである。本実施の形態では、タイマＴＬＲ４の固有の時間ｔ４は、３０秒に設定されている。すなわち、タイマＴＬＲ４は、自己保持回路ＳＲ２が信号を出力し始めた時点から、蓄熱体１２が半回転したのちにＡＮＤ回路Ａ３に信号を出力するようになっている。
【００６０】
ＡＮＤ回路Ａ３の出力は、自己保持回路ＳＲ３に入力されるようになっている。自己保持回路ＳＲ３は、ＡＮＤ回路Ａ３の出力が入力されると、解除信号が入力されるまで、後段に信号を送り続けるものである。
ここで、自己保持回路ＳＲ３には、自己保持回路ＳＲ１の出力信号が、タイマＴＬＲ２を介して、解除信号として入力されるようになっている。すなわち、自己保持回路ＳＲ３は、後段に信号を送っていたとしても、自己保持回路ＳＲ１にＡＮＤ回路Ａ１の出力が入力された時点から５分経過した時点で、信号の送出を停止するようになっている。
【００６１】
上記自己保持回路ＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３の出力信号は、それぞれＡＮＤ回路Ａ４に入力されるようになっている。ＡＮＤ回路Ａ４は、自己保持回路ＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３の全てから出力信号を受けていない場合には後段への信号の出力を行わず、自己保持回路ＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３の全てから出力信号を受けた場合にのみ、後段に信号を出力する。
【００６２】
上記の構成を有するカウンタブロックＣＢでは、ＡＮＤ回路Ａ１から初めて信号を入力された場合には、自己保持回路ＳＲ１がＡＮＤ回路Ａ４に信号を出力する。
そして、ＡＮＤ回路Ａ１から初回の信号が入力された時点より３０秒以上経過してから、再びＡＮＤ回路Ａ１からカウンタブロックＣＢに信号が入力された場合には、自己保持回路ＳＲ２がＡＮＤ回路Ａ４に信号を出力する。
さらに、ＡＮＤ回路Ａ１から二回目の信号が入力された時点より３０秒以上経過してから、再びＡＮＤ回路Ａ１からカウンタブロックＣＢに信号が入力された場合には、自己保持回路ＳＲ３がＡＮＤ回路Ａ４に信号を出力する。
そして、上記の構成を有するカウンタブロックＣＢでは、ＡＮＤ回路Ａ１の初回の出力が入力された時点から５分経過した時点で、各自己保持回路ＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３がリセットされて、それぞれ信号の送出が停止させられるようになっている。
すなわち、カウンタブロックＣＢでは、ＡＮＤ回路Ａ１の初回の信号が入力された時点から５分以内に、ＡＮＤ回路Ａ１から三回以上信号が入力された場合にのみ、次の処理に進行し、そうでない場合には、再び初期状態に戻されて、上記の処理を行う構成とされている。
【００６３】
カウンタブロックＣＢの出力（すなわちＡＮＤ回路Ａ４の出力）は、ＯＲ回路Ｏ２に入力される。ＯＲ回路Ｏ２には、バイパス回路の出力も入力されるようになっている。
バイパス回路には、差分器Ｄ１の出力信号が入力される比較器Ｃ２と、比較器Ｃ２及びタイマＴＬＲ１の出力信号が入力されるＡＮＤ回路Ａ５が設けられており、ＡＮＤ回路Ａ５の出力が、ＯＲ回路Ｏ１に入力されるようになっている。
比較器Ｃ２は、差分器Ｄ１の出力と比較器Ｃ２に固有の基準値Ｃ２との比較を行い、差分器Ｄ１の出力が基準値Ｃ２を上回った場合にのみ、後段に設けられたＡＮＤ回路Ａ５に信号を出力する。
この基準値Ｃ２は、判定装置２８において用いられる排気中の一酸化炭素濃度の基準値の一つであって、本実施形態では、基準値Ｃ２の初期設定値を、明らかに発火が生じているであろう数値、具体的には２００ｐｐｍに設定し、実際に運転することによって得た情報に基づいて、適切な値に再設定する。
すなわち、このバイパス回路は、第一測定装置２３の測定値が、明らかに発火が生じているレベルに達していた場合に、カウンタブロックＣＢの処理を迂回して、ＯＲ回路Ｏ２までただちに処理を移行させるためのものである。
【００６４】
ＯＲ回路Ｏ２は、カウンタブロックＣＢとバイパス回路とのうちのいずれか一方から信号を入力されることで、後段に設けられるＡＮＤ回路Ａ６に信号を出力するようになっている。
ＡＮＤ回路Ａ６には、ＯＲ回路Ｏ２の出力信号以外にも、火炉３の運転情報に基づいて発火が生じる可能性が生じている場合に信号を出力する発火条件判定回路の出力が入力されるようになっている。
なお、この発火条件判定回路の詳細については後述する。
【００６５】
ＡＮＤ回路Ａ６の出力は、後段のＯＲ回路Ｏ３に入力されるようになっている。ＯＲ回路Ｏ３には、ＡＮＤ回路Ａ６の出力以外にも、ボイラ設備２の警報リセット回路の出力が入力されるようになっている。警報リセット回路については後述する。
【００６６】
ＯＲ回路Ｏ３の出力は、警報装置２９に入力されるようになっており、警報装置２９は、ＯＲ回路Ｏ３から信号を入力されることで、警報を発するようになっている。
ここで、ＯＲ回路Ｏ３の出力信号は、前記ＯＲ回路Ｏ１にも入力されるようになっている。すなわち、発火が検知された場合には、引き続き下流側サンプリング口の切替動作が停止されるようになっている。
【００６７】
また、ＯＲ回路Ｏ３の出力は、警報リセット回路にも入力されるようになっている。
警報リセット回路は、ＯＲ回路Ｏ３の出力と、ボイラ設備２に設けられる警報リセットボタンの入力信号ＰＢとが入力されるＡＮＤ回路Ａ７を有している。
【００６８】
前記の発火条件判定回路は、空気予熱器１の排気入口側での排気の温度を測定するＡＨ入口側温度測定装置（１）〜（５）と、空気予熱器１の排気出口側での排気の温度を測定するＡＨ出口側温度測定装置（１）〜（５）とを有している。
ＡＨ入口側温度測定装置（１）〜（５）は、演算装置によってその測定値の平均値が求められて、その平均値が、差分器Ｄ２に入力されるようになっている。
同様に、ＡＨ出口側温度測定装置（１）〜（５）は、演算装置によってその測定値の平均値が求められて、その平均値が、差分器Ｄ２に入力されるようになっている。
差分器Ｄ２は、ＡＨ入口側温度測定装置（１）〜（５）の測定値の平均値と、ＡＨ出口側温度測定装置（１）〜（５）の測定値の平均値との差分を求めて、後段の差分器Ｄ３に出力するようになっている。
すなわち、差分器Ｄ２は、空気予熱器１の排気入口側と排気出口側との間での排気の温度差ΔＴを求めて、その値を出力するものである。
【００６９】
差分器Ｄ３は、差分器Ｄ２の出力（すなわちΔＴの値）と、計算によって求められたΔＴの予想値との差分を求めて、その値を出力するものである。
ここで、ΔＴの予想値は、ボイラ設備２のタービン出力ＭＷと、発火が生じていない状態で実測したΔＴとの関係を求めることによって予めＭＷとΔＴの関係式Ｆｘを得ておき、この関係式Ｆｘに、現状の実際のＭＷ情報を当てはめることによって算出される。
【００７０】
差分器Ｄ３の出力（すなわちΔＴの実測値と予想値との差分）は、比較器Ｃ３に入力される。
比較器Ｃ３は、差分器Ｄ３の出力と比較器Ｃ３に固有の基準値Ｃ３との比較を行い、差分器Ｄ３の出力が基準値Ｃ３を上回った場合にのみ、後段に設けられたＯＲ回路Ｏ４に信号を出力するものである。
比較器Ｃ３は、ΔＴの実測値と予想値との差分が、発火が生じている可能性が認められる程度に大きくなった時点で信号を出力するものである。本実施形態では、比較器Ｃ３の基準値Ｃ３の初期設定値を、５０°Ｃに設定し、実際に運転することによって得た情報に基づいて、適切な値に再設定する。
【００７１】
ここで、発火条件判定回路は、上記の回路に加えて、ＡＨ入口側温度測定装置（１）〜（５）の測定値の平均値が基準値を超えた場合にＯＲ回路Ｏ４に信号を出力するＡＨ入口側温度比較回路と、ＡＨ出口側温度測定装置（１）〜（５）の測定値の平均値が基準値を超えた場合にＯＲ回路Ｏ４に信号を出力するＡＨ出口側温度比較回路とを有している。
そして、ＯＲ回路Ｏ４は、上記三種の回路のいずれかから信号を入力された場合に、出力した場合に、前記ＡＮＤ回路Ａ６に信号を出力するようになっている。
【００７２】
ＡＨ入口側温度比較回路は、比較器Ｃ４を有している。比較器Ｃ４は、ＡＨ入口側温度測定装置（１）〜（５）の測定値の平均値と比較器Ｃ４に固有の基準値Ｃ４との比較を行い、前記平均値が基準値Ｃ４を上回った場合にのみ、後段に設けられたＡＮＤ回路Ａ８に信号を出力するものである。
比較器Ｃ４は、ＡＨ入口側温度測定装置（１）〜（５）の測定値の平均値が、明らかに発火が生じている程度に高くなった時点で信号を出力するものであって、基準値Ｃ４は、例えば実験等によって適切な値が求められる。本実施形態では、基準値Ｃ４の初期設定値を、２００°Ｃに設定し、実際に運転することによって得た情報に基づいて、適切な値に再設定する。
ここで、ＡＮＤ回路Ａ８には、上記比較器Ｃ４の出力以外にも、火炉３の制御装置へのバンキング指令信号が入力されるようになっている。
すなわち、ＡＮＤ回路Ａ８は、ＡＨ入口側温度測定装置（１）〜（５）の測定値の平均値が、明らかに発火が生じている程度に大きくなり、かつ火炉３がバンキング中である場合にのみ、後段に設けられたＯＲ回路Ｏ４に信号を出力するものである。
【００７３】
一方、ＡＨ出口側温度比較回路は、比較器Ｃ５を有している。比較器Ｃ５は、ＡＨ出口側温度測定装置（１）〜（５）の測定値の平均値と比較器Ｃ５に固有の基準値Ｃ５との比較を行い、前記平均値が基準値Ｃ５を上回った場合にのみ、後段に設けられたＡＮＤ回路Ａ９に信号を出力するものである。
比較器Ｃ５は、ＡＨ出口側温度測定装置（１）〜（５）の測定値の平均値が、明らかに発火が生じている程度に大きくなった時点で信号を出力するものであって、基準値Ｃ５は、例えば実験等によって適切な値が求められる。本実施形態では、基準値Ｃ５の初期設定値を、１００°Ｃに設定し、実際に運転することによって得た情報に基づいて、適切な値に再設定する。
ここで、ＡＮＤ回路Ａ９には、上記比較器Ｃ５の出力以外にも、火炉３の制御装置へのバンキング指令信号が入力されるようになっている。
すなわち、ＡＮＤ回路Ａ９は、ＡＨ出口側温度測定装置（１）〜（５）の測定値の平均値が、明らかに発火が生じている程度に大きくなり、かつ火炉３がバンキング中である場合にのみ、後段に設けられたＯＲ回路Ｏ４に信号を出力するものである。
【００７４】
本実施形態にかかる発火検知装置２１は、以上の構成により、その動作が制御されて、空気予熱器１の蓄熱体１２に付着した可燃物の発火を、迅速かつ正確に検知するものである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる空気予熱器及びこの空気予熱器が用いられる火炉の構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる発火検知装置の、サンプリング口の配置を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる発火検知装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる発火検知装置による発火検知の原理を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる発火検知装置による発火検知の原理を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる発火検知装置による発火検知の原理を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる発火検知装置による発火検知の原理を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかる発火検知装置による発火検知処理の流れを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  空気予熱器
３  火炉
６  空気供給路
７  排気路
１２  蓄熱体
２１  発火検知装置
２２  下流側サンプリング口
２３  第一測定装置
２５  サンプリング位置切替装置
２６  上流側サンプリング口
２７  第二測定装置
２８  判定装置
２９  警報装置
【図１】
2005283015.tif 000003
【図２】
2005283015.tif 000004
【図３】
2005283015.tif 000005
【図４】
2005283015.tif 000006
【図５】
2005283015.tif 000007
【図６】
2005283015.tif 000008
【図７】
2005283015.tif 000009
【図８】
2005283015.tif 000010