特表 2024-502315 火炎監視・制御方法及びシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-18

(54)【発明の名称】火炎監視・制御方法及びシステム

(51)【国際特許分類】

   F23N 5/08 20060101AFI20240111BHJP

   G06T 7/00 20170101ALI20240111BHJP

【ＦＩ】

F23N5/08 A

G06T7/00 350B

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023539273

(86)(22)【出願日】2022-01-04

(85)【翻訳文提出日】2023-08-09

(86)【国際出願番号】 FI2022050006

(87)【国際公開番号】W WO2022148906

(87)【国際公開日】2022-07-14

(31)【優先権主張番号】20215014

(32)【優先日】2021-01-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FI

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520102646

【氏名又は名称】アンドリッツ オサケ ユキチュア

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】トルミコスキー、ペッカ

(72)【発明者】

【氏名】タスキネン、アンッティ

(72)【発明者】

【氏名】ヴィッタネン、ティモ

(72)【発明者】

【氏名】ラッピ、ヘイッキ

(72)【発明者】

【氏名】アールトネン、オッシ

【テーマコード（参考）】

3K005

5L096

【Ｆターム（参考）】

3K005QA04

3K005QC07

5L096AA02

5L096AA06

5L096BA02

5L096CA02

5L096DA02

5L096FA59

5L096FA64

5L096FA67

5L096FA69

5L096GA40

5L096GA51

5L096HA11

5L096JA11

5L096KA04

5L096KA15

(57)【要約】

石灰焼成炉のバーナーの火炎を監視する方法であって、石灰焼成炉のバーナー端部を示すビデオストリームを撮像することと、撮像されたビデオストリームから少なくとも１つの画像を抽出することと、事前学習アルゴリズムを使用して、少なくとも１つの画像から少なくとも１つの関心領域を決定し、ここで少なくとも１つの関心領域は火炎及び／又はバーナー端部の少なくとも１つの特性部分を含む領域を示す少なくとも１つの画像の一部からなり、前記少なくとも１つの関心領域の画素に基づいて、少なくとも１つの特徴部分の面積を算出することと、少なくとも１つの特徴部分の算出された面積に基づいて、少なくとも１つの関心量を決定することとを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

石灰焼成炉のバーナーの火炎を監視する方法であって、
前記石灰焼成炉の前記バーナーの端部を撮像したビデオストリームを撮像することと、
前記撮像されたビデオストリームから少なくとも１つの画像を抽出することと、
事前学習されたアルゴリズムを使用して、少なくとも１つの画像から少なくとも１つの関心領域を決定することであって、少なくとも１つの関心領域は、火炎および／またはバーナーの端部の少なくとも１つの特徴部分を含む領域を示す少なくとも１つの画像の一部からなる、決定することと、
前記少なくとも１つの関心領域の画素に基づいて、前記少なくとも１つの特徴部分の面積を算出することと、
前記少なくとも１つの特徴部分の算出された面積に基づいて、前記少なくとも１つの関心量を決定することと、
を含む、方法。

【請求項2】

前記算出された関心領域および／または前記少なくとも１つの関心量を所定の閾値と比較することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

ユーザインタフェース要素に前記少なくとも１つの関心量を表示することをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記少なくとも１つの関心量に基づいて前記バーナーの動作を調整することをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項5】

前記石灰焼成炉の前記バーナーの端部を撮像したビデオストリームを撮像することと、
前記撮像されたビデオストリームから複数のトレーニング画像を抽出し、当該複数のトレーニング画像の各画像を関心領域にセグメント化し、前記少なくとも１つの画像の関心領域は、前記石灰焼成炉の内部を構成することと、
前記セグメント化された画像から前記関心領域を認識するためのアルゴリズムをトレーニングすることと、
によって事前学習されたアルゴリズムが作成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記撮像されたビデオストリームから参照画像を抽出することと、
前記参照画像内で確認できる前記石灰焼成炉の既知の寸法を用いて、前記参照画像のピクセルのＳＩ単位での対応する寸法を決定することと、
をさらに含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

石灰焼成炉のバーナーの火炎を監視するためのシステムであって、
撮像手段と、
請求項１から６のいずれか一項に記載の方法を実行させるように構成されたプロセッサと、
を備える、システム。

【請求項8】

石灰焼成炉のバーナーを制御するための制御システムであって、
請求項７に記載のシステムを含み、
前記プロセッサは、前記少なくとも１つの関心量に基づいて前記バーナーの動作を調整するようにさらに構成される、制御システム。

【請求項9】

プロセッサによって実行されると、請求項１から６に記載の方法を実行させるコンピュータ実行可能なプログラムコードを含む、コンピュータプログラム製品。

【請求項10】

請求項９に記載のコンピュータプログラム製品を含む、有形のメモリ媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、火炎の監視および制御のための方法および配置に関する。特に、排他的ではないが、本発明は、石灰焼成炉のバーナーの火炎を監視および制御するための方法および構成に関するものである。

【背景技術】

【0002】

白液は、回収ボイラーから送られてくる緑液とカルシウムが反応し、白液と石灰泥を生成するカオスタイジング工程で生成される。このとき、次のような化学反応が起こる。

【0003】

【化1】

【0004】

セルロース製造において、調理工程で使用する白液の調製に使用する石灰泥から石灰を製造するために石灰焼成炉を使用する。以下の焼成反応が起こる。

【0005】

【化2】

【0006】

脱炭酸反応には熱が必要で、石油、ガス、その他の燃料を使って別のバーナーで生産される。石灰焼成炉の運転は、燃料の量を増減させ、バーナーの空気供給量を制御することで調整される。生産された石灰から炭酸カルシウムの残存量を測定し、そのレベルを一定に保つことが求められる。

【0007】

バーナーで使用する燃料が多すぎたり、空気の供給がうまくいかなかったりすると、温度が上がりすぎてしまうことがある。その場合、カルシウムの粒子が溶けてしまい、キルンの内張りが破損することがある。また、燃料が足りないと、石灰泥の大部分が未反応のままとなり、苛性化処理が不十分になる。

【0008】

従来、カウスティサイジング工程は、工程のリアルタイムな調整を提供しない残存炭酸カルシウムのサンプリングと測定によって制御されてきた。さらに、画像処理を用いて燃焼を監視する方法もこれまでに開示されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明の目的は、カウスティサイジング工程を監視し、工程の容易かつ迅速な制御を可能にするために、バーナーの火炎を監視する方法を提供することによって、既存の解決策を改善することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の様々な例示的態様は、特許請求の範囲に記載されている。

【0011】

本発明の第１の例示的態様によれば、
石灰焼成炉のバーナーの火炎を監視する方法であって、
前記石灰焼成炉の前記バーナーの端部を撮像したビデオストリームを撮像することと、
前記撮像されたビデオストリームから少なくとも１つの画像を抽出することと、
事前学習されたアルゴリズムを使用して、少なくとも１つの画像から少なくとも１つの関心領域を決定することであって、少なくとも１つの関心領域は、火炎および／またはバーナーの端部の少なくとも１つの特徴部分を含む領域を示す少なくとも１つの画像の一部からなる、決定することと、
前記少なくとも１つの関心領域の画素に基づいて、前記少なくとも１つの特徴部分の面積を算出することと、
前記少なくとも１つの特徴部分の算出された面積に基づいて、前記少なくとも１つの関心量を決定することと、
を含む、方法が提供される。

【0012】

本方法は、算出された領域及び／又は少なくとも１つの関心量を所定の閾値と比較することをさらに含むことができる。

【0013】

本方法は、ユーザインタフェース要素に少なくとも１つの関心量を表示することをさらに含むことができる。

【0014】

本方法は、少なくとも１つの関心量に基づいてバーナーの動作を調整することをさらに含むことができる。

【0015】

プレトレーニングアルゴリズムは、次のようにして作成することができる。
石灰焼成炉のバーナーの端部を撮像したビデオストリームを流す；
撮像されたビデオストリームから複数のトレーニング画像を抽出し、複数のトレーニング画像の各画像を関心領域にセグメント化し、少なくとも１つの画像の関心領域は、石灰焼成炉の内部を構成する；および
分割された画像から関心領域を認識するためのアルゴリズムをトレーニングする。

【0016】

本方法は、さらに以下を含むことができる。
撮像されたビデオストリームから参照画像を抽出すること；および
に見える石灰焼成炉の寸法を、既知の寸法を使用して決定する。
参照画像の画素に対応するＳＩ単位の寸法。

【0017】

本発明の第２の例示的態様によれば、石灰焼成炉のバーナーの火炎を監視するためのシステムであって、以下を備えるシステムが提供される。
撮像手段、および
本発明の第１の例示的態様の方法を遂行させるように構成されたプロセッサを備える。

【0018】

本発明の第３の例示的態様によれば、プロセッサによって実行されると、第１の例示的態様による方法を実行させるコンピュータ実行可能なプログラムコードを含むコンピュータプログラムが提供される。

【0019】

本発明の第４の例示的態様によれば、第３の例示的態様のコンピュータプログラムを含む非一過性のメモリ媒体が提供される。

【0020】

本発明の異なる拘束力のない例示的な態様および実施形態が、前述で例示された。前述における実施形態は、単に、本発明の実施において利用され得る選択された態様またはステップを説明するために使用されている。いくつかの実施形態は、本発明の特定の例示的な態様を参照してのみ提示され得る。対応する実施形態は、他の例示的な態様にも適用され得ることを理解されたい。本発明の例示的な実施形態のより完全な理解のために、次に、添付の図面に関連して取られる以下の説明を参照されたい。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本発明の例示的な実施形態による方法のフローチャートを示す。

【図2】図２は、本発明の例示的な実施形態による方法のさらなるフローチャートを示す。

【図3】図３は、本発明の例示的な実施形態による方法において使用される例示的な画像を示す。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１は、本発明の例示的な実施形態による方法のフローチャートである。実施形態において、本発明の例示的な実施形態による方法は、プロセッサ、例えば制御システムのプロセッサによって実行されるようにされる。本実施形態において、制御システムは、例えばローカル制御システムまたはクラウドベースの制御システムのように、方法を制御するように構成されたスタンドアロン制御システムである。さらなる実施形態では、制御システムは、工場全体の制御システムに統合されている。

【0023】

ステップ１１０では、石灰焼成炉のバーナー端部を示すビデオストリームが撮像される。一実施形態では、ビデオストリームを提供するための撮像手段は、デジタルビデオカメラ、連続した静止画像を撮像するように構成されたデジタルスチルカメラ、高速ビデオカメラ及び熱撮像手段の群から選択される少なくとも１つの手段からなる。一実施形態では、カメラは、石灰焼成炉のバーナー端部の適切な領域が撮像されるように、適切な場所に設置される。

【0024】

ステップ１２０において、石灰焼成炉のバーナー端部を示す少なくとも１つの画像が、ビデオストリームから抽出される。抽出された画像、又はその少なくとも一部は、石灰焼成炉のバーナー端部を描写する。画像は、画像処理及びビデオストリーム処理における便利な手順を使用して、ビデオストリームから抽出される。

【0025】

ステップ１３０において、少なくとも１つの画像から少なくとも１つの関心領域が決定され、少なくとも１つの関心領域は、バーナー端部の少なくとも１つの特徴部分を含む領域を示す少なくとも１つの画像の一部を構成する。本実施形態では、少なくとも１つの特徴部分は、白炎部分、黒炎部分及び／又は石灰床から構成される。関心領域の決定は、以下において詳細に説明される方法で事前学習されたアルゴリズムを用いて行われる。

【0026】

ステップ１４０において、少なくとも１つの特徴部分の面積は、その画素に基づいて決定された少なくとも１つの関心領域に基づいて算出される。一実施形態では、使用されるアルゴリズムの事前学習において、ＳＩ単位での面積が画素について決定される。一実施形態において、少なくとも１つの特徴部分の面積を算出することは、相対的な面積、例えば、キルンの断面の面積に対する白炎部分の面積を算出することを含んでいる。

【0027】

ステップ１５０において、少なくとも１つの関心量は、少なくとも１つの特徴部分の算出された面積に基づいて決定される。一実施形態では、少なくとも１つの関心量は、１つ又は複数の特徴部分の算出された面積、位置又は更なる特徴に基づいて決定される。一実施形態において、少なくとも１つの特徴部分の更なる特徴は、画像から抽出された色特性からなる。

【0028】

一実施形態において、少なくとも１つの関心量は、算出された１つまたは複数の特徴部分の面積、位置またはさらなる特徴に基づいて、直接または少なくとも１つの関心量が導かれる中間量を使用して決定される。例えば、炎の長さの変動に基づく火炎汲み上げ指数は、一実施形態では、ある期間からの最大の長さと最小の長さを用いて算出される。さらに別の実施形態では、少なくとも１つの算出された関心量は、火炎角、黒炎面積、白炎面積、石灰面積、火炎ポンピング指数、キルン内ダスト指数、石灰逆流面積、火炎長、火炎幅および火炎先端角の群から選択される。実施形態において、少なくとも１つの関心量の算出値は、石灰キルン断面積またはその一部と比較した絶対値または相対値である。一実施形態において、絶対値は、ＳＩ単位、ピクセル、または指定された範囲内の指標値からなる。

【0029】

少なくとも１つの関心量が決定された後、その結果は、一実施形態では、ステップ１５０において、石灰焼成炉が所望の方法で動作していることを確認するために、関心量に関する少なくとも１つの予め定められた閾値と比較される。少なくとも１つの関心量は、実施形態では、制御システムに送信される。一実施形態では、少なくとも１つの関心量は、ディスプレイなどのユーザインタフェース要素に表示される。一実施形態において、決定された少なくとも１つの関心量は、例えば、バーナー内の空気分布を調整することによって、又は燃料量を調整することによって、石灰焼成炉の燃焼工程を調整、又は制御するために使用される。

【0030】

図２は、本発明の例示的な実施形態によるさらなるフローチャートである。図２は、本発明の例示的な実施形態による、少なくとも１つの関心領域を決定するためのアルゴリズムを事前トレーニングするための方法を示している。ステップ２１０において、石灰焼成炉のバーナーの端部を示すビデオストリームが撮像される。一実施形態では、ビデオストリームを提供するための撮像手段は、デジタルビデオカメラ、連続する静止画像を撮像するように構成されたデジタルスチルカメラ、高速ビデオカメラ及び熱撮像手段の群から選択された少なくとも１つの手段からなる。

【0031】

ステップ２２０において、ステップ２１０で撮像されたビデオストリームから参照画像が抽出される。抽出された参照画像、又はその少なくとも一部は、石灰焼成炉のバーナー端部を描写する。参照画像は、画像及びビデオ処理における便利な手順を使用して、ビデオストリームから抽出される。ステップ２３０では、参照画像に描かれた石灰焼成炉のバーナー端部の既知の寸法を使用して、参照画像の画素のＳＩ単位での寸法が決定される。実施形態において、ステップ２２０および２３０は、画素寸法の決定が以前に実施された場合、および／またはＳＩ単位での対応する寸法が既知である場合には、スキップされる。

【0032】

ステップ２４０において、ステップ２１０で撮像されたビデオストリームから複数のトレーニング画像が抽出される。複数のトレーニング画像は、画像及びビデオ処理における好適な手順を使用して、ビデオストリームから抽出される。一実施形態では、複数のトレーニング画像は、異なる動作状況からの画像から構成される。

【0033】

複数のトレーニング画像の各画像について、ステップ２５０において、少なくとも１つの特徴部分が複数のトレーニング画像の別々の画像にセグメント化される。一実施形態において、少なくとも１つの特徴部分は、白炎部分、黒炎部分、パイプ領域及び／又は石灰床からなる。本実施形態では、セグメンテーションは手動で行われ、すなわち、ユーザ、またはオペレータが、例えば、各画像から特徴部分を選択することによって、セグメンテーションを実施する。

【0034】

ステップ２６０において、アルゴリズムは、ステップ２５０でセグメント化された複数のトレーニング画像をトレーニングデータセットとして使用して、特徴部分を認識するようにトレーニングされる。一実施形態では、アルゴリズムは、深層学習ニューラルネットワークを構成する。さらなる一実施形態において、特徴部分の認識、または検出は、閾値処理およびモルフォロジー演算などのさらなる画像解析手法に基づく。さらなる実施形態では、異なる方法を一緒にまたは別々に使用することができる。

【0035】

図３は、本発明の例示的な実施形態による方法において使用される例示的な画像３００を示す。画像３００は、石灰焼成炉のバーナー端部を描いている。図３は、本発明の方法に従って特徴部分を示す画像から決定された例示的な特徴的部分及び関心領域３１０、３２０及び３３０を示す。図３の例では、関心領域３１０は白炎部分からなり、関心領域３２０は黒炎部分からなり、関心領域３３０は石灰床からなる。

【0036】

別紙で説明される特許請求の範囲、解釈、または応用的事項を何ら制限することなく、本明細書に開示された１つまたは複数の例示的な実施形態の技術的効果は、燃焼の妨害への対応が実質的に速く認識されて対応することができる監視方法を提供することである。本明細書で開示される例示的な実施形態の１つ以上の技術的効果は、燃料および空気の供給を調整することによって、より安定した燃焼工程を提供することである。本明細書で開示される例示的な実施形態の１つ以上の別の技術的効果は、白液のバランスのとれた生産をもたらす、より安定したか焼工程である。本明細書で開示される例示的な実施形態の１つまたは複数のさらに別の技術的効果は、より環境に優しい操作である。

【0037】

所望であれば、本明細書で議論される異なる機能は、異なる順序で、および／または互いに同時に実行されてもよい。さらに、所望であれば、前述した機能の１つ以上は任意であってもよいし、組み合わされてもよい。

【0038】

本発明の様々な態様は独立請求項に記載されているが、本発明の他の態様は、記載された実施形態および／または従属請求項の特徴と独立請求項の特徴との他の組み合わせからなり、請求項に明示的に記載された組み合わせのみであるわけではない。

【0039】

また、本明細書では、前述したように本発明の例示的な実施形態を説明しているが、これらの説明を限定的な意味で見るべきではないことに留意されたい。むしろ、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなくなされ得るいくつかの変形および修正が存在するのである。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】