(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
煤負荷の帰納的推定を可能にし燃焼の特性を示す少なくとも１つのパラメータが燃焼室（２３）の炎（１０）の監視により測定され、煤負荷がこの測定に基づいて求められる、連続作動中に燃焼室（２３）の煤負荷を求める方法において、
燃焼の特性を示すパラメータとして温度及び／又は一酸化炭素の含有量の空間的分布が測定され、
予め定められた換算曲線との比較により煤形成率が求められ、
煤形成率の積分によって煤負荷が求められる
ことを特徴とする燃焼室の煤負荷を求める方法。
【請求項２】
燃焼の特性を示す少なくとも１つのパラメータの測定値に対して、下限及び／又は上限を有する許容範囲が予め定められ、また予め定められた範囲の外側に位置する測定値は煤負荷を求める際に考慮されないことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
温度及び／又は一酸化炭素の含有量の測定された空間的分布から、場所的な煤形成率が求められることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
場所的な煤形成率が物理的及び／又は化学的な関係に従って計算されることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
求められた煤形成率が測定範囲に亘って合計されることを特徴とする請求項３又は４の１つに記載の方法。
【請求項６】
求められた煤形成率が予め定め得る時間に亘って合計されることを特徴とする請求項３乃至５の１つに記載の方法。
【請求項７】
予め定め得る時間が可変であることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
求められた煤形成率が合計の後に平均化されることを特徴とする請求項５乃至７の１つに記載の方法。
【請求項９】
求められた煤形成率が合計の前または後に煤負荷を求める較正係数と結合されることを特徴とする請求項５乃至８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
較正係数が炎（１０）に供給される燃焼空気及び／又は他のパラメータに関係して変更可能であることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
温度および一酸化炭素含有量が測定され、互いに結合されることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の方法。
【請求項１２】
煤負荷の帰納的推定を可能にし燃焼の特性を示す少なくとも１つのパラメータが燃焼室（２３）の炎（１０）の監視により測定され、煤負荷がこの測定に基づいて求められる、連続作動中に燃焼室（２３）の煤負荷を求める装置において、温度及び／又は一酸化炭素の含有量の空間的分布を測定する少なくとも１つのセンサ（２２）と、煤形成率を求めるデータ処理装置（１９）と、煤形成率から煤負荷を求める積分器（１５）とを含んでいることを特徴とする燃焼室の煤負荷を求める装置。
【請求項１３】
少なくとも１つのセンサ（２２）がＣＣＤカメラとして構成されていることを特徴とする請求項１２記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は連続作動中に燃焼室の煤負荷を求める方法および装置に関する。
【０００２】
燃焼室での化石燃料の燃焼に関しては燃焼プロセスを絶えず改善するべく努力されている。このことは一酸化炭素および窒素酸化物のような気体状の有害物質だけでなく煤のような固形物質を有する排ガスの負荷に対しても当てはまる。できるだけ良好な燃焼プロセスを達成するためには、燃焼が適当な燃焼調節により最適化されなければならない。化石燃料またはごみを使用する際には燃料の異なる出所またはごみの不均質な組成に基づいて燃料またはごみ混合物の加熱値の変動が生ずる。さらに燃料混合物では個々の燃料の比率が変動する。
【０００３】
最適化の可能性は連続作動中に煤負荷を求めることであり、その場合求められた煤負荷は続いて炎の調節に使用される。公知の方式は吸出しゾンデによって煤成分を有する排ガスを点で吸出すことにある。吸出しは燃焼室もしくは後段に接続されている排ガス系で行われる。続いて吸出された空気量が検査され、これにより煤負荷が求められる。煤負荷の完全な検出はこの方式によっては可能でない。なぜならば、点での吸出ししか行われないからである。従って燃焼室または排ガス系での煤負荷の局所的な変動はひずみを生ずる。さらに燃焼の際に生ずる煤負荷はある遅れ時間をもって初めて検出される。従って、燃焼調節は常に、大きい火力発電所では数分に達し得る比較的大きいむだ時間をもって行われる。
【０００４】
他の試みでは、ミー理論を介してレーザー吸収測定によって炎の煤負荷が求められる。しかしながらこの測定方法は実験室での研究目的にしか適していない。なぜならば、炎の煤負荷の測定には非常に費用がかかるからである。毎日の連続作動中の使用は現在可能でない。
【０００５】
従って、本発明の課題は、連続作動中に燃焼室の煤負荷を迅速かつ簡単に求める方法ならびに装置を提供することである。
【０００６】
方法に関する課題は、本発明によれば、煤負荷の帰納的推定を可能にし燃焼の特性を示す少なくとも１つのパラメータが燃焼室の炎の監視により測定され、煤負荷がこの測定に基づいて求められる、連続作動中に燃焼室の煤負荷を求める方法において、燃焼の特性を示すパラメータとして温度及び／又は一酸化炭素の含有量の空間的分布が測定され、予め定められた換算曲線との比較により煤形成率が求められ、煤形成率の積分によって煤負荷が求められることによって解決される。
【０００７】
本発明は煤負荷を求める従来知られている直接的な方法を間接的な方法により置換することを提案する。煤負荷された排ガスの吸出しまたは炎のなかの煤負荷の費用のかかる直接的な決定は避けられる。それどころか簡単な測定により燃焼の特性を示すパラメータが検出され、続いて煤負荷がこの測定に基づいて求められる。費用のかかる吸出しおよび分析装置は必要でない。さらに本発明によれば煤負荷が時間遅れなしに求められるので、最適な炎調節が達成される。
【０００８】
本発明の有利な実施態様は従属請求項にあげられている。
【０００９】
有利な実施態様では、燃焼の特性を示す少なくとも１つのパラメータの空間的な分布が測定される。これにより本発明による方法の精度が高められる。なぜならば、少なくとも１つのパラメータは炎の範囲内では通常一定でないからである。従って空間的な分布の検出により、煤負荷を、燃焼の特性を示す少なくとも１つのパラメータの一次元的な測定の場合よりも著しく正確に求めることが可能である。
【００１０】
さらに、火力発電所の燃焼室では常に存在するような乱れた燃焼の際に炎の位置が燃焼中に変化する。従って個々の選ばれた点における静的な測定は、炎がその位置を変化させると測定装置によって検出されないという危険をはらんでいる。空間的な分布の検出の場合にはこのことは空間的な測定範囲を予め定めることにより防止される。
【００１１】
さらに、測定値に対して下限及び／又は上限を有する許容範囲が予め定められると有利である。測定値が予め定められた範囲の外側に位置するならば、これは煤負荷を求める際に考慮されない。
【００１２】
有利な実施態様では、燃焼の特性を示す少なくとも１つのパラメータの測定された空間的な分布から場所的な煤形成率が求められる。それにより測定精度がさらに改善される。
【００１３】
別の有利な実施態様では、場所的な煤形成率が物理的及び／又は化学的な関係に従って計算される。これにより燃料または燃料混合物を設定することにより、前もっての検査および経験値なしに場所的な煤形成率が決定される。代替的または追加的に場所的な煤形成率は予め定められた換算曲線との比較により求められる。この過程は、既に換算曲線が存在しており、かつ（または）使用される燃料または燃料混合物に対して物理的及び／又は化学的な関係が知られていない場合に考慮に値する。両方の求め方が用いられる場合には、二重に求めることにより１つのコントロールが与えられている。同時に測定精度が高められる。
【００１４】
このような換算曲線は種々の燃料に対してドイツ技術者協会編の熱地図および“工業的燃焼”（バーナッツ、シュプリンガー出版社）に掲載されている。代替的または追加的にこれらの換算曲線は種々の燃料または燃料混合物に対する実験により求められ、特性ダイアグラムの形態で格納される。
【００１５】
求められた煤形成率が測定範囲に亘って合計されると有利である。これにより処理すべきデータ量が減ぜられる。同時に、コントロールおよび調節目的で使用される煤形成率の全体値が生ずる。
【００１６】
本発明の有利な実施態様によれば、求められた煤形成率が予め定め得る時間に亘って合計される。特に燃焼の乱れに基づく炎の変動が確実に検出され得る。同時にピーク値または最小値が滑らかにされる。さらに加算により炎のコントロールが行われる。炎が消滅すると、煤形成率は長い時間に亘って極端に低下する。短時間の変動は予め定められた時間に亘っての加算により滑らかにされ、他方において炎の消滅は本発明による方法により認識可能である煤形成率の持続的な低下を生ずる。こうして煤形成率を求めることの他に炎の監視も可能である。
【００１７】
有利な実施態様では、予め定め得る時間が可変である。特にこの時間は先に行われた測定に関係して変更され得る。さらに始動または負荷変動の際に、予め定め得る時間は不変の連続作動中とは異なる時間に選ばれ得る。
【００１８】
求められた煤形成率が合計の後に平均化されると有利である。この平均化は測定範囲の大きさに関係付けての煤形成率の表示を可能にするので、異なる大きさの多くの炎または燃焼室が互いに比較される。
【００１９】
本発明の有利な実施態様によれば、求められた煤形成率が合計の前または後に煤負荷を求める較正係数と結合される。この較正係数は煤形成率からの煤負荷の推定を可能にし、設備固有に求められる。
【００２０】
較正係数が特に炎に供給される燃焼空気及び／又は他のパラメータに関係して変更可能であると有利である。これにより異なる周辺条件への整合が達成される。
【００２１】
有利な実施態様では、燃焼の特性を示すパラメータとして温度が測定される。温度は空間的な温度分布としても１つまたはそれ以上の適当なセンサにより良好に検出される。測定は正確かつ無接触であり、可動の構成部分を必要とせず、また遅れなしに行われる。測定された空間的な温度分布から出発して、続いて場所的な煤形成率が上記の過程に従って求められる。他の有利な実施態様では、燃焼の特性を示すパラメータとして一酸化炭素の含有量が測定される。一酸化炭素の含有量の測定は一酸化炭素の特性を示す放射範囲内の放射の検出によって行われる。この放射範囲はたとえばビームスプリッターにより炎の全スペクトルから分離され、続いて検出される。たとえばＣＣＤカメラのような適当な評価ユニットにより炎内の一酸化炭素の空間的分布が測定される。
【００２２】
温度測定の際には例えば８００°Ｃの下限が定められ得る。温度がこの下限以下である範囲は炎の外側に位置しているとみなされ、煤負荷を求める際に考慮されない。
【００２３】
温度も一酸化炭素含有量も測定され、互いに結合されると有利である。この過程は２つの異なる測定値に基づいて煤負荷を求めることを可能にし、こうしてコントロールを可能にする。同時に精度が高められる。
【００２４】
装置に関する課題は、本発明によれば、煤負荷の帰納的推定を可能にし燃焼の特性を示す少なくとも１つのパラメータが燃焼室の炎の監視により測定され、煤負荷がこの測定に基づいて求められる、連続作動中に燃焼室の煤負荷を求める装置において、温度及び／又は一酸化炭素の含有量の空間的分布を測定する少なくとも１つのセンサと、煤形成率を求めるデータ処理装置と、煤形成率から煤負荷を求める積分器とを含んでいることによって解決される。
【００２５】
少なくとも１つのセンサがＣＣＤカメラとして構成されていると有利である。このような“電荷結合デバイス”カメラは測定範囲の場所分解、従って空間的分布のなかで燃焼の特性を示す少なくとも１つのパラメータの検出を可能にする。
【００２６】
求められた煤形成率は続いて適当な調節を介して事後処理され、炎のバーナーに導かれる。
【００２７】
以下に本発明を、図面に概要を示されている実施例により一層詳細に説明する。
【００２８】
図１は本発明による方法の進行を示す概要図である。燃焼室２３のなかの炎１０は検出装置Ｉを介して監視される。検出装置Ｉは煤負荷の帰納的推定を可能にする、燃焼の特性を示す少なくとも１つのパラメータを測定する。温度もしくは一酸化炭素の含有量もしくは温度および一酸化炭素の含有量が共通に検出される。続いて計算または調整ＩＩにより場所的な煤形成率が求められ、これが煤形成区域ＩＩＩに供給される。煤形成区域ＩＩＩは積分ＩＶにより加算され、場合によっては平均化される。続いて較正係数との結合Ｖが行われる。これにより燃焼室の煤負荷が求められ、それが適当な出力ＶＩを介して表示、印刷または記憶される。追加的に煤負荷は炎１０（従って燃焼）に作用する調節ＶＩＩに与えられる。これにより燃焼調節が達成される。
【００２９】
図２にはステップＩ〜ＶＩが一層詳細に示されている。最初に炎１０の温度区域１１が検出される。温度区域１１に基づいて場所的な煤負荷を求めるためには、実験により求められるかもしくは物理的及び／又は化学的関係に従って計算されている換算曲線１２が用いられる。このような換算曲線１２はドイツ技術者協会編の熱地図および“工業的燃焼”（バーナッツ、シュプリンガー出版社）に掲載されている。温度区域１１および換算曲線１２は比較モジュール１３において結合され、煤形成率の区域１４を供給する。煤形成率のこの区域１４は、空間的及び／又は時間的加算を行う積分器１５に伝達される。場合によっては積分の後に平均化も行われる。積分により全煤形成率が計算され、これが続いてメモリ要素Ｃからの較正係数１６と結合モジュール１７で結合される。これにより煤負荷が計算され、これが続いて排ガスモジュール１８に伝達される。
【００３０】
代替的に他のメモリ要素Ｃ′から、煤形成率の区域１４を求めた後にこの区域１４と結合される他の較正係数１６′が使用され得る。このことは破線で示されている。
【００３１】
図３は本発明による方法を実施するための装置の概要を示す。燃焼室２３内の炎１０はバーナー２１により供給される。燃焼の特性を示す少なくとも１つのパラメータを測定する１つまたはそれ以上のセンサ２２が炎を監視する役割をする。ここでセンサはＣＣＤカメラである。温度及び／又は一酸化炭素含有量の空間的分布の測定が行われると有利である。測定値は比較モジュール１３に伝達され、そこで煤形成率の区域１４が求められる。比較モジュール１３は煤形成率の区域１４を積分器１５に伝達し、そこで加算および場合によっては平均化が行われる。続いて結合モジュール１７において較正係数１６を介して煤負荷が求められる。この煤負荷は出力モジュール１８に出力される。出力モジュール１８は煤負荷をプリンタまたはメモリ２０に伝達する。同時に炎１０のバーナー２１への帰還結合が行われると有利である。これにより炎１０の直接的な監視による燃焼調節、従ってむだ時間の非常にわずかな燃焼調節が達成される。比較モジュール１３、積分器１５、結合モジュール１７ならびに出力モジュール１８はデータ処理装置１９にまとめられている。
【００３２】
全体として本発明による方法および付属の装置は煤負荷を迅速に、簡単に、かつ高精度で求めることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による方法の進行を示す概要図。
【図２】  本発明による方法の進行を示す概要図。
【図３】  本発明による方法を実施するための装置の概要図。
【符号の説明】
１０  炎
１１  温度区域
１２  換算曲線
１３  比較モジュール
１４  煤形成率の区域
１５  積分器
１６  較正係数
１７  結合モジュール
１８  出力モジュール
１９  データ処理装置
２０  メモリ
２１  バーナー
２２  センサ
２３  燃焼室
【図１】
0004365036.tif 000002
【図２】
0004365036.tif 000003
【図３】
0004365036.tif 000004