特開 2024-168287 バーナの異常燃焼検出装置、およびバーナの異常燃焼検出システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024168287

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】バーナの異常燃焼検出装置、およびバーナの異常燃焼検出システム

(51)【国際特許分類】

   F23N 5/24 20060101AFI20241128BHJP

   F22B 37/38 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

F23N5/24 106Z

F22B37/38 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023084834

(22)【出願日】2023-05-23

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】菅沼 直樹

(72)【発明者】

【氏名】中江 修二

(72)【発明者】

【氏名】沖本 貴寛

(72)【発明者】

【氏名】本田 雅幹

(72)【発明者】

【氏名】田中 学

(72)【発明者】

【氏名】堀岡 竜治

【テーマコード（参考）】

3K003

【Ｆターム（参考）】

3K003SA00

3K003SB08

3K003SC00

(57)【要約】

【課題】バーナの異常燃焼を速やかに検出することが可能なバーナの異常燃焼検出装置を提供する。
【解決手段】ボイラの炉壁に設けられたバーナの異常燃焼検出装置は、炉壁の振動に関する物理量を検知するセンサから物理量を示す振動データを取得する振動データ取得部と、振動データ取得部によって取得された振動データに基づいて、バーナの異常燃焼を検出するように構成された異常燃焼検出部と、を備える。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボイラの炉壁に設けられたバーナの異常燃焼検出装置であって、
前記炉壁の振動に関する物理量を検知するセンサから前記物理量を示す振動データを取得する振動データ取得部と、
前記振動データ取得部によって取得された前記振動データに基づいて、前記バーナの異常燃焼を検出するように構成された異常燃焼検出部と、を備える、
バーナの異常燃焼検出装置。

【請求項2】

前記異常燃焼検出部は、前記振動データ取得部によって取得された前記振動データが閾値を超過した場合に、前記バーナの異常燃焼を検出する、
請求項１に記載のバーナの異常燃焼検出装置。

【請求項3】

前記閾値は、前記バーナが正常状態であるときに前記ボイラの運転負荷に対応付けて取得された前記振動データに基づいて設定される、
請求項２に記載の異常燃焼検出装置。

【請求項4】

前記閾値は、前記バーナの出口の閉塞率に基づいて設定される、
請求項２又は３に記載のバーナの異常燃焼検出装置。

【請求項5】

前記バーナから噴射される流体の流量および流速のうちの少なくとも一方を含む流体情報を取得する流体情報取得部をさらに備え、
前記異常燃焼検出部は、前記振動データ取得部によって取得された前記振動データ、前記閾値、および前記流体情報取得部によって取得された前記流体情報の変化量に基づいて、前記バーナの異常燃焼を検出する、
請求項４に記載のバーナの異常燃焼検出装置。

【請求項6】

前記異常燃焼検出部によって前記バーナの異常燃焼が検出されると、前記バーナの点検を促すための報知情報を報知装置に出力する出力部を、さらに備える、
請求項１から３の何れか一項に記載のバーナの異常燃焼検出装置。

【請求項7】

前記振動データ取得部によって取得された前記振動データについて周波数解析を行い、前記振動データにおける所定の周波数帯の振動加速度レベルを算出する周波数解析部をさらに備え、
前記異常燃焼検出部は、前記周波数解析部によって算出された前記所定の周波数帯の前記振動加速度レベルが閾値を超過した場合に、前記バーナの異常燃焼を検出する、
請求項１から３の何れか一項に記載のバーナの異常燃焼検出装置。

【請求項8】

請求項１から３の何れか一項に記載のバーナの異常燃焼検出装置と、
前記センサと、を備える、
バーナの異常燃焼検出システム。

【請求項9】

前記センサは、前記ボイラ外に設けられている、
請求項８に記載のバーナの異常燃焼検出システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ボイラの炉壁に設けられたバーナの異常燃焼検出装置、およびバーナの異常燃焼検出システムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１に記載されるように石炭炊きボイラの火炉では、石炭の燃焼によって生成される燃焼灰がバーナスロート部の周囲に位置する耐火材に付着し、燃焼灰の大きな塊であるクリンカが生成されることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－２７１００１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記クリンカは、バーナ内部に堆積してバーナ内部を閉塞させる場合がある。バーナ内部が閉塞すると、バーナ内部に微粉炭が滞留し、この滞留した微粉炭が着火する虞がある。しかしながら、バーナ内部にクリンカが堆積したことをボイラの運転データから検知することは困難である。運転員が火炎の状況を目視確認することでバーナ内部のクリンカの有無をある程度の精度で検知できるが、目視確認はボイラが低負荷で運転している期間に限定され、且つボイラに設けられているのぞき窓から目視できる範囲に限定される。

【0005】

バーナ内部が閉塞されると、バーナ内部を流通する流体（例えば、燃焼用空気）の流速が局所的に変化するので、バーナの燃焼状態が変化し（バーナの異常燃焼が発生し）、炉内圧力の変動が大きくなる。このため、炉内圧力の変動からバーナの異常燃焼を検出することで、ボイラの運転期間や運転員の目視が可能な範囲に限定されずにバーナ内部のクリンカの有無を検知できる。そして、バーナ内部のクリンカに対して必要な対策を行えるように、バーナの異常燃焼を速やかに検出することが望ましい。

【0006】

本開示は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、バーナの異常燃焼を速やかに検出することが可能なバーナの異常燃焼検出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】

上記目的を達成するため、本開示に係るバーナの異常燃焼検出装置は、ボイラの炉壁に設けられたバーナの異常燃焼検出装置であって、前記炉壁の振動に関する物理量を検知するセンサから前記物理量を示す振動データを取得する振動データ取得部と、前記振動データ取得部によって取得された前記振動データに基づいて、前記バーナの異常燃焼を検出するように構成された異常燃焼検出部と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示のバーナの異常燃焼検出装置によれば、バーナの異常燃焼を速やかに検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に係るボイラの概略構成を模式的に示す図である。

【図2】一実施形態に係るバーナの構成を示す模式的な断面図である。

【図3】一実施形態に係るセンサの構成を示す模式的な断面図である。

【図4】一実施形態に係るセンサの位置を説明するための図である。

【図5】一実施形態に係る閉塞率を説明するための図である。

【図6A】一実施形態に係る閉塞率の時系列データの一例を示す図である。

【図6B】一実施形態に係るセンサから取得した振動データにおける所定の周波数の振動加速度レベルの時系列データの一例を示す図である。

【図7】一実施形態に係る異常燃焼検出装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図8】一実施形態に係る異常燃焼検出装置の機能的な構成の一例を説明するための図である。

【図9】一実施形態に係る異常燃焼検出装置による異常燃焼検出フローの一例を示す図である。

【図10】振動加速度レベルと周波数との関係を示すグラフである。

【図11】振動加速度レベルの増加量と混合気の流速の時間変動幅（増加量）との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の実施の形態によるバーナの異常燃焼検出装置について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

【0011】

図１は、一実施形態に係るボイラ１００の概略構成を模式的に示す図である。図１に示すように、ボイラ１００は、火炉１０２と、火炉１０２の炉壁１０４に設けられたバーナ１０６と、バーナの異常燃焼検出システム（以下、異常燃焼検出システム３０と記載する）と、を備える。ボイラ１００は、火炉２内に噴射された燃料Ｆを火炎Ｘを形成して燃焼することで高温の燃焼ガスＧを生成し、この高温の燃焼ガスＧから熱を回収することで蒸気を生成する。不図示であるが、燃焼ガスＧの熱は、火炉１０２内に設けられる熱交換器によって回収されてもよいし、火炉１０２から排出された燃焼ガスＧが流通する煙道内に設けられる熱交換器によって回収されてもよい。ボイラ１００は、例えば石炭を燃料Ｆとして用いる石炭炊きボイラであってもよい。

【0012】

火炉１０２は、壁で周囲を囲うことで筒形状（円筒形状や四角筒形状）を有しており、内部にバーナ１０６から噴射される燃料Ｆを燃焼させるための燃焼空間１０３が形成されている。燃焼空間１０３は、炉壁１０４によって囲まれることで画定されている。炉壁１０４は、鉛直方向Ｄ１に沿って延在する側壁１１０と、側壁１１０の下端に接続し火炉１０２の床面１０５を含む炉底部１１２と、側壁１１０の上端に接続する天井壁１１３と、を含む。炉底部１１２は、漏斗状に形成されており、側壁１１０の下端から下方に向かうにつれて炉底部１１２の中央に近づくように、鉛直方向Ｄ１及び水平方向（鉛直方向Ｄ１と垂直に交差する方向）の各々に対して傾斜した傾斜方向に沿って延在する。尚、炉底部１１２の下端には燃料Ｆの燃焼によって生成された燃焼灰を排出するための灰排出口が形成されていてもよい。

【0013】

バーナ１０６は、燃焼空間１０３で燃料Ｆを燃焼させて燃焼ガスＧを生成する。図１に例示する形態では、バーナ１０６は、火炉１０２の側壁１１０に設けられている。バーナ１０６は、微粉炭供給管１５２を介して、粉砕機１５０に接続されている。粉砕機１５０は、石炭（燃料Ｆ）を粉砕して微粉炭を生成する。微粉炭供給管１５２は、微粉炭を粉砕機１５０からバーナ１０６に供給するように構成されており、例えば、微粉炭と搬送用空気（１次空気）とが混合した混合気ＦＡがバーナ１０６に向かって流通するようになっている。

【0014】

図２は、一実施形態に係るバーナ１０６の概略構成を模式的に示す図である。図２に例示するように、バーナ１０６は、火炉１０２の側壁１１０を開口するバーナスロート部１１４に設けられている。バーナスロート部１１４は、耐火材によって形成されており、燃焼空間１０３に向かうにつれて開口１１６を拡げる傾斜面１１８を含む。バーナスロート部１１４の開口１１６は、燃焼空間１０３から視た場合に円形状を有していてもよいし、矩形状を有していてもよい。

【0015】

図２に例示するように、バーナ１０６は、ノズル１２０と、スリーブ１４０と、を含む。ノズル１２０は、矩形状あるいは円筒形状を有しており、一方向に沿って延びている。ノズル１２０は、上述した微粉炭供給管１５２と接続されており、内部に混合気ＦＡが流通する混合気流路１２２が形成されている。ノズル１２０の一端部（ノズル１２０の軸線方向Ｄ２の前方側の前端部）には、混合気流路１２２の出口１２３が形成されている。混合気ＦＡは、混合気流路１２２の出口１２３から燃焼空間１０３に向かって噴射される。

【0016】

以下、ノズル１２０の軸線Ｏが延びる方向を軸線方向Ｄ２とする。軸線方向Ｄ２のうち燃焼空間１０３に向かう方向を軸線方向Ｄ２の前方とし、燃焼空間１０３から離れる方向を軸線方向Ｄ２の後方とする。

【0017】

スリーブ１４０は、矩形状あるいは円筒形状を有しており、軸線方向Ｄ２に沿って延びている。スリーブ１４０は、ノズル１２０を外周側から囲っている。スリーブ１４０の内径は、ノズル１２０の外径よりも大きい。スリーブ１４０とノズル１２０との間には、二次空気が流通する二次空気流路が形成されていてもよい。スリーブ１４０は、ノズル１２０の出口１２３よりも軸線方向Ｄ２の前方側に位置する前端部１４２を含んでいる。

【0018】

図１に示すように、異常燃焼検出システム３０は、炉壁１０４の振動に関する物理量を検知するセンサ４０と、センサ４０によって検出した炉壁１０４の振動に関する物理量を示す振動データＡに基づいて、バーナ１０６の異常燃焼を検出するように構成されたバーナの異常燃焼検出装置（以下、異常燃焼検出装置１と記載する）と、を含む。センサ４０の位置は、特に限定されないが、バーナ１０６の異常燃焼を精度良く検出する視点からバーナスロート部１１４の開口１１６の近傍である。

【0019】

一実施形態では、センサ４０は、側壁１１０の振動に関する物理量（例えば、側壁１１０の振動時の側壁１１０の変位、振動速度又は振動加速度等のように、振動の程度を定量的に特徴づけることのできる物理量）を検知する。この目的によれば、センサ４０は、例えばＡＥセンサ、加速度センサ又はレーザ振動センサ等であってもよい。以下では、センサ４０が、側壁１１０の振動に関する物理量として側壁１１０の振動加速度レベルＬａを計測する振動加速度センサである場合を例に説明する。

【0020】

図３は、一実施形態に係るセンサ４０の構成を示す模式的な断面図である。図３に例示する形態では、火炉１０２の側壁１１０は、交互に配置された炉壁管１２４及びフィン１２６と、炉壁管１２４とフィン１２６における火炉１０２の外側を向く面を覆う保温材１２８と、保温材１２８における火炉１０２の外側を向く面を覆う外装板１３０と、を含む。また、保温材１２８と外装板１３０とをそれらの厚さ方向に貫通する導波棒１３２の一端がフィン１２６に固定されており、側壁１１０の外側（火炉１０２の外側）に配置されたセンサ４０が導波棒１３２の他端に固定されている。このように、センサ４０を火炉１０２の外側に配置することにより、火炉１０２の内部の高温に起因してセンサ４０の各々が破損することを抑制することができる。尚、図３に例示する形態では、センサ４０は側壁１１０の振動を検知する振動式センサであったが、本開示はこの形態に限定されない。センサ４０は、燃焼空間１０３内の音の振動を検知する音響式センサであってもよい。

【0021】

図４は、一実施形態に係るセンサ４０の位置を説明するための図である。図４におけるセンサ４０は、鉛直方向Ｄ１の位置を示している。図４に例示するように、センサ４０は、バーナスロート部１１４の開口１１６よりも上方に位置している。バーナ１０６に二次空気を供給するための風箱を接続する場合、風箱は火炉１０２外を側壁１１０に沿って配置されることがある。このため、センサ４０がバーナスロート部１１４の開口１１６よりも左方または右方に位置していると、センサ４０へのアクセス性が低下する虞がある。図４に例示する構成によれば、センサ４０は、開口１１６よりも上方に位置しているので、センサ４０へのアクセス性を向上させることができる。また、バーナ段は高温雰囲気にさらされやすいが、センサ４０を開口１１６よりも上方に位置させることで、センサ４０の熱対策を容易化できる。尚、本開示は、センサ４０を開口１１６よりも上方に位置させることに限定するものではない。センサ４０は、開口１１６よりも下方に位置してもよいし、左方又は右方に位置していてもよい。

【0022】

図４に例示する形態では、仮想線Ｌがノズル１２０の軸線Ｏから鉛直方向Ｄ１の上方に直線状に延びている。この仮想線Ｌがバーナスロート部１１４の開口１１６の周縁と交差する点を第１交差点４２とする。さらに、この仮想線Ｌがセンサ４０と最初に交差する点を第２交差点４４とする。第１交差点４２とノズル１２０の軸線Ｏとの間の距離をｒとし、第２交差点４４とノズル１２０の軸線Ｏとの間の距離をｄとすると、ｄ－ｒ＜Ｋを満たす。Ｋは、センサ４０が一定の精度を確保して検知可能な範囲を示す予め決められた値であって、例えば、５ｍである。

【0023】

図５は、一実施形態に係る閉塞率Ｙを説明するための図である。図６Ａは、一実施形態に係る閉塞率Ｙの時系列データの一例を示す図である。図６Ｂは、一実施形態に係るセンサ４０から取得した振動データＡにおける所定の周波数の振動加速度レベルＬａの時系列データの一例を示す図であって、図６Ａに示す時系列に対応している。

【0024】

閉塞率Ｙは、燃焼空間１０３からバーナ１０６を視認した際に、クリンカＣの占める面積Ｂ１をバーナ１０６の内部の面積で除算することで算出される値である。一実施形態では、図５に例示するように、閉塞率Ｙは、バーナ１０６の出口の閉塞率であって、クリンカＣの占める面積Ｂ１をスリーブ１４０の内部空間の面積Ｂ２で除算することで算出される。ここで、スリーブ１４０の内部空間の面積Ｂ２とは、スリーブ１４０を鉛直方向Ｄ１に沿って切断した際のスリーブ１４０の内部空間が占める断面積である。

【0025】

図６Ａに示すように、時間の経過とともにスリーブ１４０の前端部１４２に堆積するクリンカＣの量が増加し、閉塞率Ｙが増加している。そして、図６Ｂに示すように、時間の経過とともに閉塞率Ｙが増加しているため、振動加速度レベルＬａも増加している。

【0026】

図７は、一実施形態に係る異常燃焼検出装置１のハードウェア構成の一例を示す図である。図８は、一実施形態に係る異常燃焼検出装置１の機能的な構成の一例を説明するための図である。図９は、一実施形態に係る異常燃焼検出装置１による異常燃焼検出フローの一例を示す図である。

【0027】

図７に示すように、異常燃焼検出装置１は、例えばプロセッサ７２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）７４、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）７６、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）７８、入力Ｉ／Ｆ８０、及び出力Ｉ／Ｆ８２を含み、これらがバス８４を介して互いに接続されたコンピュータを用いて構成される。なお、異常燃焼検出装置１のハードウェア構成は上記に限定されず、制御回路と記憶装置との組み合わせにより構成されてもよい。また、異常燃焼検出装置１は、異常燃焼検出装置１の各機能を実現するプログラムをコンピュータが実行することにより構成される。以下で説明する異常燃焼検出装置１における各部の機能は、例えばＲＯＭ７６に保持されるプログラムをＲＡＭ７４にロードしてプロセッサ７２で実行するとともに、ＲＡＭ７４やＲＯＭ７６におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。異常燃焼検出装置１を構成するハードウェアは、１つの場所に集約されていてもよいし、複数の場所に分散して設けられていてもよい。幾つかの実施形態では、異常燃焼検出装置１は、クラウド環境に設けられたクラウドサーバである。

【0028】

図１に示すように、異常燃焼検出装置１は、センサ４０と電気的に接続されており、このセンサ４０から振動データＡを取得可能となっている。そして、図８に示すように、異常燃焼検出装置１は、振動データ取得部２と、異常燃焼検出部４と、出力部６と、周波数解析部８と、流体情報取得部１０と、を含む。

【0029】

図９に示すように、取得ステップＳ１において、振動データ取得部２は、センサ４０から振動データＡを取得する。一実施形態では、振動データ取得部２は、センサ４０から側壁１１０の振動に関する物理量を示す振動データＡとして、側壁１１０の振動加速度レベルＬａを示す振動データＡ（図６Ｂに例示する振動加速度レベルＬａの時系列データ）をセンサ４０から取得する。

【0030】

解析ステップＳ２において、周波数解析部８は、センサ４０から取得した振動データＡについて周波数解析（ＦＦＴ解析）を行い、該振動データＡにおける所定の周波数帯の振動加速度レベルＬａを算出する。なお、ここでの「所定の周波数帯」とは、ボイラ１００の運転に伴う側壁１１０の定常振動の周波数（火炉１０２内の燃焼音やバーナ１０６の噴霧音等の喧騒音（背景音）の周波数）よりもある程度高い周波数帯であってもよい。図１０は、振動加速度レベルＬａと周波数との関係を示すグラフである。図１０において、実線で示す振動加速度レベルＬａ１はバーナ１０６が異常燃焼しているときの振動加速度レベルＬａを示し、点線で示す振動加速度レベルＬａ２はバーナ１０６が正常に燃焼しているときの振動加速度レベルＬａを示している。図１０に示すように、バーナ１０６が正常に燃焼しているときに発生する音は小さい周波数帯に偏っている。一方で、バーナ１０６が異常燃焼すると、大きい周波数成分の振動加速度レベルＬａが増加している。

【0031】

検出ステップＳ３において、異常燃焼検出部４は、振動データ取得部２によって取得された振動データＡに基づいて、バーナ１０６の異常燃焼を検出する。一実施形態では、異常燃焼検出部４は、振動加速度レベルＬａが予め設定された閾値Ｚを超過した場合に（検出ステップＳ３：Ｙｅｓ）、バーナ１０６の異常を検出する。バーナ１０６の異常が検出されると、出力ステップＳ４に進む。異常燃焼検出部４は、振動加速度レベルＬａが閾値Ｚを超過しない場合には（検出ステップＳ３：Ｎｏ）、取得ステップＳ１に戻る。

【0032】

閾値Ｚは、予め設定される値である。一実施形態に係る閾値Ｚの設定例について説明する。一実施形態では、異常燃焼検出装置１は、ボイラ１００の運転負荷を取得可能に構成されている。例えば、異常燃焼検出装置１は、ボイラ１００の運転制御装置（上位制御装置）からボイラ１００の現在の運転状態を示す信号を受け取ることにより、現在のボイラ１００の運転負荷を取得してもよい。閾値Ｚは、バーナ１０６が正常状態であるときにボイラ１００の運転負荷に対応付けて取得された振動加速度レベルＬａに基づいて設定される。つまり、閾値Ｚは、ボイラ１００の運転負荷に応じて変化するようになっている。例えば、閾値Ｚは、ボイラ１００の運転負荷とともに、正常値（バーナ１０６が正常状態であるときの振動加速度レベルＬａ）との差が大きくなるように設定されている。

【0033】

一実施形態では、閾値Ｚは、閉塞率Ｙに基づいて設定される。閉塞率Ｙが大きくなると、バーナ１０６（スリーブ１４０）から噴射される混合気ＦＡの流速が大きくなる。混合気ＦＡの流速が大きくなると、振動加速度レベルＬａが大きくなる。閉塞率Ｙの増加に対応する混合気ＦＡの流速の増加量は既知であり、例えば、閉塞率Ｙが０％から５％になると混合気ＦＡの流速が０．３５ｍ／ｓ増加し、閉塞率Ｙが０％から１０％になると混合気ＦＡの流速が０．６０ｍ／ｓ増加する。図１１は、振動加速度レベルＬａの増加量と混合気ＦＡの流速の時間変動幅（増加量）との関係を示すグラフである。図１１に例示するように、振動加速度レベルＬａの増加量は、混合気ＦＡの流速の時間変動幅とともに大きくなっている。閾値Ｚの設定手順の一例について説明すると、まずはバーナ１０６が異常燃焼しているとされる閉塞率Ｙを決定する。そして、この閉塞率Ｙに対応する振動加速度レベルＬａの増加量を算出する。最後に、正常値にこの振動加速度レベルＬａの増加量を加算して、閾値Ｚが設定される。

【0034】

一実施形態では、流体情報取得部１０は、バーナ１０６から噴射される混合気ＦＡの流量および流速のうちの少なくとも一方を含む流体情報ＦＩを取得可能に構成されている。例えば、流体情報取得部１０は、ボイラ１００の運転負荷に基づいて、流体情報ＦＩを算出してもよい。または、流体情報取得部１０は、混合気ＦＡの流量を調整するバルブの開度に基づいて、流体情報ＦＩを算出してもよい。流体情報取得部１０は、混合気ＦＡの流量や流速を測定する測定装置から流体情報ＦＩを取得してもよい。

【0035】

一実施形態では、検出ステップＳ３において、異常燃焼検出部４は、振動データ取得部２によって取得された振動データＡ、閾値Ｚ、および流体情報取得部１０によって取得された流体情報ＦＩの変化量に基づいて、バーナ１０６の異常燃焼を検出する。

【0036】

出力ステップＳ４において、出力部６は、ボイラ１００の運転操作を行うオペレータ－にバーナ１０６の点検を促すための報知情報Ｉを報知装置５０に出力する。例えば報知装置５０がディスプレイ等の表示装置である場合には、出力部６は、上記報知情報Ｉを報知装置５０に表示させるための信号を報知装置５０に出力し、報知装置５０（表示装置）は、バーナ１０６の点検を促すための報知情報Ｉを表示してもよい。また、例えば報知装置５０が警報器等である場合には、出力部６は、上記報知情報Ｉを報知装置５０から音声として出力させるための信号を報知装置５０に出力し、報知装置５０（警報器等）は、バーナ１０６の点検を促すための報知情報Ｉを音声として出力してもよい。

【0037】

（作用・効果）
一実施形態に係る異常燃焼検出装置１の作用・効果について説明する。図６Ａおよび図６Ｂに示して説明したように、バーナ１０６内部（スリーブ１４０の前端部１４２）が閉塞されると、バーナ１０６内部を流通する混合気ＦＡの流速が局所的に変化するので、バーナ１０６の燃焼状態が変化する（バーナ１０６の異常燃焼が発生する）。そして、このようなバーナ１０６の異常燃焼が発生すると、側壁１１０の振動が促進される。

【0038】

一実施形態によれば、異常燃焼検出装置１は、側壁１１０の振動に関する物理量を示す振動データＡを取得する。そして、異常燃焼検出装置１は、この振動データＡに基づいてバーナ１０６の異常燃焼を検出するので、バーナ１０６の異常燃焼を速やかに検出することができる。

【0039】

一実施形態によれば、異常燃焼検出装置１は、バーナ１０６の異常燃焼が検出された場合に、報知装置５０に報知情報Ｉを報知させることで、オペレータにバーナ１０６の点検を実行させ、必要な対策を速やかにとらせることが可能となる。

【0040】

一実施形態によれば、異常燃焼検出装置１は、バーナ１０６が正常燃焼している場合の振動データＡを想定して閾値Ｚが設定されることにより、バーナ１０６の異常燃焼を精度良く検出することができる。

【0041】

ボイラ１００の運転負荷が変化すると、振動データＡも変化する。このため、例えば、ボイラ１００の運転負荷が大きい場合に設定された閾値Ｚだけが用いられていると、ボイラ１００の運転負荷が小さいときのバーナ１０６の異常燃焼の検出精度が低くなってしまう。これに対して、一実施形態によれば、閾値Ｚがボイラ１００の運転負荷に対応付けられて設定されるので、ボイラ１００の運転負荷が変化してもバーナ１０６の異常燃焼を精度良く検出することができる。一実施形態によれば、閾値Ｚが閉塞率Ｙに基づいて設定されているので、スリーブ１４０の前端部１４２に堆積したクリンカＣによるバーナ１０６の異常燃焼を検出するのに適した閾値Ｚを設定することができる。

【0042】

バーナ１０６から噴射される混合気ＦＡの流量または流速が変化すると、振動データＡも変化する。このため、例えば、流量の変化が小さい、又は無いにも関わらず振動データＡが閾値Ｚを超過する場合には、バーナ１０６が異常燃焼している可能性が高い。一方で、混合気ＦＡの流量の変化が大きいときに振動データＡが閾値Ｚを超過しても、バーナ１０６が異常燃焼していない可能性がある。一実施形態によれば、振動データＡ、閾値Ｚ、および流体情報ＦＩの変化量に基づいて、バーナ１０６の異常燃焼が検出されるので、バーナ１０６の異常燃焼の検出精度を高めることができる。

【0043】

バーナ１０６の異常燃焼によって生じる側壁１１０の振動の振動加速度レベルＬａは、ボイラ１００の運転に伴う定常振動と比較して、比較的高い周波数において大きな値をとるような周波数特性を有している。一実施形態によれば、その周波数特性を考慮して上記所定の周波数帯をボイラ１００の運転に伴う定常振動よりも比較的高い周波数帯（側壁１１０の振動の振動加速度レベルＬａの周波数分布において比較的振動加速度レベルＬａが大きな周波数帯）に設定することにより、バーナ１０６の異常燃焼をさらに精度良く検出することができる。尚、一実施形態では、バーナ１０６の異常燃焼の検出精度を高めるために、周波数解析部８で所定の周波数帯について算出した振動加速度レベルＬａを閾値Ｚと比較したが、周波数解析部８は必須ではなく、センサ４０から取得した振動加速度レベルＬａが閾値Ｚを超過した場合に、バーナ１０６の異常燃焼を検出してもよい。

【0044】

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

【0045】

［１］本開示に係るバーナの異常燃焼検出装置（１）は、
ボイラ（１００）の炉壁（１０４）に設けられたバーナ（１０６）の異常燃焼検出装置であって、
前記炉壁の振動に関する物理量を検知するセンサ（４０）から前記物理量を示す振動データ（Ｄ）を取得する振動データ取得部（２）と、
前記振動データ取得部によって取得された前記振動データに基づいて、前記バーナの異常燃焼を検出するように構成された異常燃焼検出部（４）と、を備える。

【0046】

バーナ内部が閉塞されると、バーナ内部を流通する流体（例えば、燃焼用空気）の流速が局所的に変化するので、バーナの燃焼状態が変化する（バーナの異常燃焼が発生する）。そして、このようなバーナの異常燃焼が発生すると、炉壁の振動が促進される。上記［１］に記載の構成によれば、炉壁の振動に関する物理量を示す振動データを取得される。そして、この振動データに基づいて、バーナの異常燃焼を速やかに検出することができる。

【0047】

［２］幾つかの実施形態では、上記［１］に記載の構成において、
前記異常燃焼検出部は、前記振動データ取得部によって取得された前記振動データが閾値（Ｚ）を超過した場合に、前記バーナの異常燃焼を検出する。

【0048】

上記［２］に記載の構成によれば、閾値を適切に設定することにより、バーナの異常燃焼を精度良く検出することができる。例えばバーナが正常燃焼している場合の振動データを想定して閾値を設定することにより、バーナの異常燃焼を精度良く検出することができる。

【0049】

［３］幾つかの実施形態では、上記［２］に記載の構成において、
前記閾値は、前記バーナが正常状態であるときに前記ボイラの運転負荷に対応付けて取得された前記振動データに基づいて設定される。

【0050】

ボイラの運転負荷が変化すると、振動データも変化する。このため、例えば、ボイラの運転負荷が大きい場合に設定された閾値だけを用いていると、ボイラの運転負荷が小さいときのバーナの異常燃焼の検出精度が低くなってしまう。上記［３］に記載の構成によれば、閾値がボイラの運転負荷に対応付けられるので、ボイラの運転負荷が変化してもバーナの異常燃焼を精度良く検出することができる。

【0051】

［４］幾つかの実施形態では、上記［２］又は［３］に記載の構成において、
前記閾値は、前記バーナの出口の閉塞率（Ｙ）に基づいて設定される。

【0052】

上記［４］に記載の構成によれば、バーナ内部に堆積したクリンカによるバーナの異常燃焼を検出するのに適した閾値を設定することができる。

【0053】

［５］幾つかの実施形態では、上記［４］に記載の構成において、
前記バーナから噴射される流体（ＦＡ）の流量および流速のうちの少なくとも一方を含む流体情報（ＦＩ）を取得する流体情報取得部（１０）をさらに備え、
前記異常燃焼検出部は、前記振動データ取得部によって取得された前記振動データ、前記閾値、および前記流体情報取得部によって取得された前記流体情報の変化量に基づいて、前記バーナの異常燃焼を検出する。

【0054】

バーナから噴射される流体の流量または流速が変化すると、振動データも変化する。このため、例えば、流量の変化が小さい、又は無いにも関わらず振動データが閾値を超過する場合には、バーナが異常燃焼している可能性が高い。一方で、流量の変化が大きいときに振動データが閾値を超過しても、バーナが異常燃焼していない可能性がある。上記［５］に記載の構成によれば、振動データ、閾値、および流体情報の変化量に基づいて、バーナの異常燃焼が検出されるので、バーナの異常燃焼の検出精度を高めることができる。

【0055】

［６］幾つかの実施形態では、上記［１］から［５］の何れか１つに記載の構成において、
前記異常燃焼検出部によって前記バーナの異常燃焼が検出されると、前記バーナの点検を促すための報知情報（Ｉ）を報知装置（５０）に出力する出力部６を、さらに備える。

【0056】

上記［６］に記載の構成によれば、バーナの異常燃焼が検出された場合に報知装置が報知情報を報知することで、オペレータにバーナの点検を実行させ、必要な対策を速やかにとることが可能となる。

【0057】

［７］幾つかの実施形態では、上記［１］から［６］の何れか１つに記載の構成において、
前記振動データ取得部によって取得された前記振動データについて周波数解析を行い、前記振動データにおける所定の周波数帯の振動加速度レベル（Ｌａ）を算出する周波数解析部（８）をさらに備え、
前記異常燃焼検出部は、前記周波数解析部によって算出された前記所定の周波数帯の前記振動加速度レベルが閾値を超過した場合に、前記バーナの異常燃焼を検出する。

【0058】

上記［７］に記載の構成によれば、バーナの異常燃焼によって生じる炉壁の振動の振動加速度レベルは、ボイラの運転に伴う定常振動と比較して、比較的高い周波数において大きな値をとるような周波数特性を有している。このため、その周波数特性を考慮して上記所定の周波数帯をボイラの運転に伴う定常振動よりも比較的高い周波数帯（炉壁の振動の振動加速度レベルの周波数分布において比較的振動加速度レベルが大きな周波数帯）に設定することにより、バーナの異常燃焼をさらに精度良く検出することができる。

【0059】

［８］本開示に係るバーナの異常燃焼検出システム（３０）は、
上記［１］から［７］の何れか１つに記載のバーナの異常燃焼検出装置と、
前記センサと、を備える。

【0060】

上記［８］に記載の構成によれば、バーナの異常燃焼検出システムは、上記［１］から［７］の何れか１つに記載のバーナの異常燃焼検出装置を備えるため、バーナの異常燃焼を高精度に検出することができる。

【0061】

［９］幾つかの実施形態では、上記［８］に記載の構成において、
前記センサは、前記ボイラ外に設けられている。

【0062】

上記［９］に記載の構成によれば、センサをボイラ外に配置することにより、ボイラの内部空間の高温に起因するセンサの損傷を抑制することができる。

【符号の説明】

【0063】

１ 異常燃焼検出装置
２ 振動データ取得部
４ 異常燃焼検出部
６ 出力部
８ 周波数解析部
１０ 流体情報取得部
３０ 異常燃焼検出システム
４０ センサ
５０ 報知装置
７２ プロセッサ
７４ ＲＡＭ
７６ ＲＯＭ
７８ ＨＤＤ
８０ 入力Ｉ／Ｆ
８２ 出力Ｉ／Ｆ
８４ バス
１００ ボイラ
１０２ 火炉
１０３ 燃焼空間
１０４ 炉壁
１０６ バーナ
１１０ 側壁
１１４ バーナスロート部
１１６ 開口
１２０ ノズル
１２２ 混合気流路
１２４ 炉壁管
１２６ フィン
１２８ 保温材
１３０ 外装板
１３２ 導波棒
１４０ スリーブ
１４２ 前端部
１５０ 粉砕機
１５２ 微粉炭供給管
Ａ 振動データ
Ｂ１ 面積
Ｂ２ 断面積
Ｃ クリンカ
Ｄ１ 鉛直方向
Ｄ２ 軸線方向
Ｆ 燃料
ＦＡ 混合気
ＦＩ 流体情報
Ｇ 燃焼ガス
Ｉ 報知情報
Ｌ 仮想線
Ｌａ 振動加速度レベル
Ｏ 軸線
Ｓ１ 取得ステップ
Ｓ２ 解析ステップ
Ｓ３ 検出ステップ
Ｓ４ 出力ステップ
Ｘ 火炎
Ｙ 閉塞率
Ｚ 閾値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】