JP2006058165A - Flame detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、火炎検出器に係り、特に業務用ボイラなどの燃焼装置に用いられる、複数の光ファイバを用いた多視野型火炎検出器に関するものである。 The present invention relates to a flame detector, and more particularly to a multi-view type flame detector using a plurality of optical fibers used in a combustion apparatus such as a business boiler.
火炎検出器は、事業用ボイラを始めとした燃焼装置において、バーナの点火・消火等を判定する装置であり、機能として、火炎の有無、燃焼程度、燃焼状態の判定等を正確に診断することが重要となっている。例えば、火炎の有無の判定の場合、燃焼炉内で既に火炎が形成されているのに、火炎無しと判定した場合には、ボイラへの燃料の供給を停止するので消火してしまうし、また一方、火炎が存在しないのに火炎が形成されていると判定した場合には、ボイラへの燃料供給が行われ、燃焼爆発の危険性もでてくる。このように、火炎検出器の性能如何が燃焼制御に大きな影響を及ぼすこととなる。
発電所用大型ボイラの火炎検出器の場合、ボイラの大容量化に伴うバーナ本数の増加、中間負荷運用化に伴うバーナ点火・消火回数の増加、窒素酸化物(NOx)を低減する燃焼方法の実施、さらには燃料の多様化に伴う燃焼挙動の変化等により、バーナの火炎検出器に対するより一層の性能向上が望まれている。
A flame detector is a device that determines whether a burner is ignited or extinguished in a combustion apparatus such as a business boiler. It accurately diagnoses the presence / absence of a flame, the degree of combustion, and the determination of the state of combustion. Is important. For example, in the case of determination of the presence or absence of a flame, if a flame is already formed in the combustion furnace, but it is determined that there is no flame, the supply of fuel to the boiler is stopped and the fire is extinguished. On the other hand, when it is determined that a flame is formed even though there is no flame, fuel is supplied to the boiler, and there is a risk of combustion explosion. As described above, the performance of the flame detector greatly affects the combustion control.
In the case of flame detectors for large boilers for power plants, increase the number of burners as the capacity of the boiler increases, increase the number of burner ignition / extinguishment associated with intermediate load operation, and implement a combustion method that reduces nitrogen oxides (NOx) Furthermore, further improvement in the performance of the burner flame detector is desired due to changes in combustion behavior accompanying the diversification of fuel.
このような状況下で、従来技術として、複数本の光ファイバを用いた火炎検出装置が知られており、この装置は、従来の単一方向からのみの火炎を受光する火炎検出器と比べ、信頼性・性能の面で優れている。 Under such circumstances, a flame detection apparatus using a plurality of optical fibers is known as a conventional technique, and this apparatus is compared with a flame detector that receives a flame only from a single direction in the past. Excellent in terms of reliability and performance.
従来技術による複数の光ファイバを用いた火炎検出器を図5に示す。この火炎検出器は、バーナ18の火炎光19を光ファイバにより検知する火炎検知器本体16と、その先端に設けられた採光部17と、該採光部17で採光された光を伝送する光ファイバ15と、該光ファイバ15に伝送用の光ファイバケーブル20を介して連結された分析装置21とから主として構成される。光ファイバ15は、火炎検知器本体16内に挿入されており、その光ファイバ先端部が採光部17に位置している。分析装置21は、光信号を電気信号に変換する光電変換器22、この電気信号を増幅する増幅器23、この電気信号に基づき火炎の有無の検知を行う演算回路24からなり、火炎の有無を出力するように構成されている。
FIG. 5 shows a flame detector using a plurality of optical fibers according to the prior art. This flame detector includes a flame detector
図6は、火炎検出器本体16の説明図であり、図中、(a)は、採光部17の光ファイバの拡大図、(b)は、光ファイバの採光部と伝送部のコネクタ部分の断面図を示す。採光部17における光ファイバは、図6(a)に示されるように、広角度での採光が可能なように、1本の曲げの無い光ファイバを基準としてθ1、θ2と順次角度をもつように折り曲げ加工された光ファイバ15a、15b、15cから構成されている。
また採光部17と、火炎検知器本体16で使用されている光ファイバの径は図6(b)に示すように異なっており、採光部において、より火炎光を入射させるため、径の大きい光ファイバ26を使用し、光伝送部では径の小さい光ファイバ27を使用している。このように、従来の火炎検出器は、光の伝達方向に対して、順に光ファイバの径を小さくするように、複数の光ファイバの接続個所にコネクタを用いて連接した構成となっている。なお、26a、26b、26cは火炎光を構成的に示したものである。
Moreover, the diameter of the optical fiber used by the
しかしながら、従来の複数の光ファイバを用いた火炎検出器は、上記のように構造が複雑で、高価となるため、大規模発電のプラントでしか採用されておらず、中小規模な発電プラントでは、他の信頼性の劣る火炎検出器が使用されている。そのようなプラントの中には、火炎誤検出等のため、火炎検出機能を除外して運用しているところもあり、運用上問題となっている。従って、中小規模の発電プラントにおいては、複数の光ファイバを用いた高性能火炎検出器の構造の簡易化を行うことでコスト低減を図り、かつ性能面での向上を図った火炎検出器が待望されていた。 However, the conventional flame detector using a plurality of optical fibers has a complicated structure as described above and is expensive, so it is only used in large-scale power generation plants. Other unreliable flame detectors are used. Some of these plants are operated with the flame detection function excluded due to misdetection of the flame, which is an operational problem. Therefore, in small and medium-sized power plants, there is a long-awaited flame detector that reduces costs and improves performance by simplifying the structure of high-performance flame detectors that use multiple optical fibers. It had been.
従来の火炎検出器は、図6(a)に示したように、火炎検出器の採光部に配置する複数本の光ファイバは、広角度にわたり火炎を検出する機能を付与するため、曲げのない0°の光ファイバ15cを基準としてθ1、θ2(>θ1)と角度をもつように折り曲げ加工された光ファイバ15a、15bを配置する構造となっていた。このため、θ2のように角度を大きくとって曲げた光ファイバに関しては、折り曲げ加工されてない光ファイバに比べ、伝送損失が大きくなり、また曲げ部の強度が低下し、何からの理由で冷却空気が供給されず、例えば採光部が高温にさらされた場合には曲げ部に損傷を受け易くなる。加えて、光ファイバの曲げには主に熱加工が採用されるが、その場合、曲げ角度が大きくなるにつれ加工作業が難しくなり、製造工程での大きなロスとなっている。
さらに、上記従来技術では、異なる口径の光ファイバ26,27を連接させているため、複雑な構造となり、高額なコストを必要とし、さらに接続部においての伝送損失が大きくなる。また高温のバーナ近傍で使用される火炎検出器において、これら光ファイバの接続個所が損傷を受け易くなる。
In the conventional flame detector, as shown in FIG. 6 (a), the plurality of optical fibers arranged in the daylighting portion of the flame detector give a function of detecting the flame over a wide angle, so that there is no bending. The
Further, in the above-described prior art, since the
本発明の課題は、従来通りの機能を持たせたまま、採光部の光ファイバ構造を簡略化し、また光の伝達方向に関して同径の1本の光ファイバで構成することにより、コストの大幅な低減を計り、また光ファイバへの損傷を受けにくくした前記火炎検出器を提供することにある。 The object of the present invention is to simplify the optical fiber structure of the daylighting unit while maintaining the same functions as in the past, and to construct a single optical fiber having the same diameter in the light transmission direction. It is an object of the present invention to provide a flame detector which can be reduced and less susceptible to damage to optical fibers.
上記課題は、以下の特徴を有する火炎検出器により達成される。
(1)複数本のバーナを備えた燃焼装置の火炎光を複数本の光ファイバを介して採光する採光部と、該採光部の光ファイバからの光を分析装置に伝達する光ファイバからなる伝送部とを備えた火炎検出器において、前記採光部の複数本の光ファイバは、中心となる光ファイバと、該光ファイバの中心軸に対して先端部分が前記火炎光に向けて放射状に折り曲げ加工された複数本の光ファイバからなることを特徴とする火炎検出器。
(2)前記放射状に折り曲げ加工された光ファイバは、前記中心となる光ファイバに対して対称に配置されることを特徴とする(1)記載の火炎検出器。
The above object is achieved by a flame detector having the following characteristics.
(1) A transmission comprising a daylighting unit that collects flame light from a combustion apparatus having a plurality of burners via a plurality of optical fibers, and an optical fiber that transmits light from the optical fiber of the daylighting unit to the analyzer. A plurality of optical fibers of the daylighting unit, the optical fiber serving as the center, and the distal end portion of the optical fiber with respect to the central axis of the optical fiber is radially bent toward the flame light. A flame detector comprising a plurality of optical fibers.
(2) The flame detector according to (1), wherein the radially bent optical fiber is arranged symmetrically with respect to the central optical fiber.
(3)前記採光部から後続の伝送部まで略同一径の光ファイバによって構成されることを特徴とする(1)または(2)記載の火炎検出器。
(4)前記分析装置は、前記各バーナの火炎性状を検知する光電変換素子を有する火炎判定部を有し、前記採光部から火炎判定部まで略同一径の光ファイバによって構成されることを特徴とする(1)ないし(3)のいずれかに記載の火炎検出器。
(3) The flame detector according to (1) or (2), wherein the flame detector is configured by optical fibers having substantially the same diameter from the daylighting unit to the subsequent transmission unit.
(4) The analyzer includes a flame determination unit having a photoelectric conversion element that detects a flame property of each burner, and is configured by optical fibers having substantially the same diameter from the daylighting unit to the flame determination unit. The flame detector according to any one of (1) to (3).
[作用]
本火炎検出器は、検出器先端部における採光部において採光されたバーナ火炎光を同一径光ファイバにより、光電変換器まで光を伝達する。採光部においては、最小の光ファイバ曲げ角度によって火炎光を広角度で検出することが可能となる。それによって、光ファイバ曲げ部分にかかる応力を抑えることができると共に、曲げによる光伝送損失も最小限にすることができる。また、同一径光ファイバ採用により、従来のような接続部での光伝送損失がなくなることから、より正確な火炎検知が可能となる。
[Action]
In this flame detector, the burner flame light collected in the daylighting section at the detector front end is transmitted to the photoelectric converter through the same diameter optical fiber. In the daylighting unit, it is possible to detect the flame light at a wide angle with the minimum bending angle of the optical fiber. Thereby, the stress applied to the bent portion of the optical fiber can be suppressed, and the optical transmission loss due to the bending can be minimized. In addition, by adopting the same-diameter optical fiber, there is no optical transmission loss at the connection portion as in the conventional case, so that more accurate flame detection is possible.
本発明によれば、バーナ火炎に対して複数本の光ファイバを用いて検出する火炎検出装置において、従来と比較して、光の伝送損失を大幅に削減し、また光ファイバの曲げ部に対する応力が軽減することから、強度面においても向上が測れ、製品としての信頼性をより向上することができる。 According to the present invention, in a flame detection device that detects a burner flame using a plurality of optical fibers, the transmission loss of light is greatly reduced compared to the conventional case, and the stress on the bent portion of the optical fiber is reduced. Therefore, the strength can be improved and the reliability as a product can be further improved.
以下、本発明の実施例につき具体的に説明する。
図1は、本発明の一実施例を示す火炎検出器の説明図である。図6の従来装置と異なる点は、採光部17の採光用光ファイバの折り曲げ部分5a、5cが、直線状の光ファイバ5bを中心に火炎光に向けて放射状(広角度)(光ファイバ5bの中心軸に対して対称)に配置され、またこれらの各光ファイバ5a、5b、5cは、図2に示すように、その延長部がそれぞれ同一径のケーブル5から構成され、光ファイバ5a、5b、5cの先端部のみ保護被覆材8aを除去した構成となっている点である。
Examples of the present invention will be specifically described below.
FIG. 1 is an explanatory diagram of a flame detector showing an embodiment of the present invention. 6 differs from the conventional apparatus of FIG. 6 in that the
検出器本体16の外筒1は、内部に収納する部材をバーナ火炎による高熱から保持するのに充分な耐熱性を持つ、ステンレス等耐食、耐熱性のある材料より構成される。外筒1内には、その先端部近傍に支持部材3を介して外筒1に取り付けられた採光ヘッド2を有する。この支持部材3は、採光ヘッド2を高熱から保護する役割をも担っており、耐熱性の見地からセラミックス等により構成される。またこの採光ヘッド2の先端部には、先端開口部4に向けて、異なる角度で3本の溝が形成され、各々の溝に3本の採光用光ファイバ(5a、5b、5c)が、光ファイバ5bを中心としてその両側に左右対称に光ファイバ5a、5bが、中心軸からの角度θ1、θ2を保ち、一定の視野を有するように配置されている。なお、6a、6b、6cはバーナの火炎光を模式的に示したものである。またこれらの各光ファイバは、図2に示すように、同一径の1本のケーブルより構成され、先端部のみ保護被覆材8aを備えていない。この保護被覆材8aは光ファイバの曲げや引っ張り強度を保持するための被覆層で、四弗化エチレン(PTFE)等で構成される。これらの保護被覆材においては、耐熱性の高いものでも250℃前後であるため、400〜500℃以上の耐熱性が要求される採光部においては、図2に示すように、その保護被覆材8aを除去し、1000℃以上の温度に耐えうるコア部8b、クラッド部8cのみでの構成が望まれる。
The
次にこれらの光ファイバ5は、そのまま外筒1の基部に取り付けたウインドボックス7(図1)に至り、光ケーブルへと接続され、後続の光電変換器、分析器へと火炎情報が送られる構造となっている。この全体構造を図3に示す。また、このウインドボックス7は冷却用空気供給用に利用され、一部ウインドボックス7に入った冷却空気Aは、外筒1を経て一部は採光ヘッド2の周囲から、また他は採光ヘッド支持部材3の周囲から吹き出し、本体及び内部に収納した光ファイバを冷却する。また、このウインドボックス7に光電変換器10を収納することで、同ボックス内で各々の光ファイバによって伝達された各光信号を電気信号に変換し、増幅器11まで、後続の火炎判定を行う分析装置13まで電線ケーブル12を採用し、電気信号で出力する構成としてもよい。
Next, these
ここで、採光部に配置された各光ファイバ(6a、6b、6c)は、中心を曲げ0°の光ファイバ6b、および左右(または上下)対称に角度θ1の曲げを行った光ファイバ6a、6cを配置することにより、広角度の火炎検出器を可能としている。
このように構造を簡略化し、光ケーブルの曲げ角度を小さくすることで、より効率のよい採光が可能となり、また同一曲げの光ファイバの製作となること、及び接続部を必要としないことから、コスト面での大幅な減少が可能となる。
Here, each optical fiber (6a, 6b, 6c) arranged in the daylighting unit has an
By simplifying the structure and reducing the bending angle of the optical cable in this way, more efficient daylighting is possible, and the same bent optical fiber can be manufactured and no connection part is required. A significant reduction in terms of area is possible.
本発明と従来の採光効率及びコスト面での比較を図4の(a)、(b)に示す。図4(a)は、図1の光ファイバ5a、5bおよび5cの各採光効率を、図6の従来の光ファイバ15a、15bおよび15cの各採光効率と比較したものである。本発明の光ファイバの採光効率が、従来の光ファイバよりも平均値で高く、また(b)に示すように設備コストが著しく低減していることが分かる。
A comparison between the present invention and conventional lighting efficiency and cost is shown in FIGS. FIG. 4A shows a comparison of the daylighting efficiencies of the
業務用ボイラなどの燃焼装置の多視野型火炎検出器として有用である。 It is useful as a multi-view flame detector for combustion equipment such as commercial boilers.
1…外筒、2…採光ヘッド、3…支持部材、4…先端開口部、5a,5b,5c…採光用光ファイバ、6a,6b,6c…火炎光、7…ウィンドボックス、8a…保護被覆材、8b…コア部、8c…クラッド部、10…光電変換器、11…増幅器、13…分析装置、16…火炎検知器本体、17…採光部。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
The analysis apparatus includes a flame determination unit having a photoelectric conversion element that detects a flame property of each burner, and is configured by optical fibers having substantially the same diameter from the daylighting unit to the flame determination unit. Item 4. The flame detector according to any one of Items 1 to 3.
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2004
- 2004-08-20 JP JP2004241211A patent/JP2006058165A/en active Pending
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