[发明专利]气体分析装置、燃烧设备的控制系统以及控制辅助系统、以及气体分析方法

说明书

技术领域

本公开涉及对燃烧炉内的气体浓度分布以及温度分布进行分析的气体分析装置、具备该气体分析装置的燃烧设备的控制系统以及控制辅助系统、以及通过该气体分析装置来实施的气体分析方法。

背景技术

在使燃料燃烧的锅炉、使垃圾燃烧的垃圾焚烧炉那样的燃烧设备中，通过在燃烧炉内使物质燃烧来生成高温的燃烧空气(气体)。在燃烧设备中，为了使燃烧状态最佳化或者对燃烧状态进行监视，期望测量燃烧炉内的气体浓度分布、温度分布。关于这样的燃烧炉内的气体浓度分布、温度分布，气体浓度、温度通常不均匀，在燃烧炉的规模比较小的情况下，通过在燃烧炉内的若干处位置进行实测，能够以一定程度的精度进行把握，但在燃烧炉的规模变大时，测量方法受限。作为这类测量方法之一，已知有如下方法：在从设于燃烧炉的多个激光端口以通过燃烧炉内的燃烧空气的方式照射激光的多个测量路径中，通过利用计算机那样的运算处理装置对激光的吸收量的累计值进行解析，将气体浓度以及温度计算为二维分布。

在这样的方法中，针对每个进行激光照射的测量路径而设定解析参数。因此，为了提高解析精度，需要设置足够多的激光端口数。然而，在锅炉那样的实际的燃烧设备中，由于在燃烧炉的内壁铺设有供通过燃烧炉内的燃烧空气来加热的液体(冷却水)流通的配管，因此可设置的激光端口的数量有限。

专利文献1公开了针对上述那样的问题的解决方案之一。在专利文献1中，对供激光测量的燃烧炉内的二维空间进行网格分割，基于各网格中的激光吸收量而计算气体浓度值。而且，公开有如下内容：在将各网格中的气体浓度的分布假定为连续的高斯过程(GP：Gaussian Process)的基础上，利用贝叶斯方法求解而求出气体浓度分布。这样，在专利文献1中，通过将满足连续性条件设为条件，即便在解析参数的数量比较少的情况下，也能够获得具有可靠性的解析结果。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2006-522938

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1那样的使用激光的浓度测量基于取决于与燃烧空气所包含的成分对应的电子能级跃迁的吸收量，但上述那样的激光吸收量具有不仅取决于浓度、还取决于燃烧空气的温度的特性。在专利文献1中，通过对基于激光吸收量而求出的浓度分布设置连续性条件，从而求出接近实际的浓度分布。然而，在从激光吸收量导出浓度的过程中，没有考虑激光吸收量的温度依赖性，有可能无法实现足够的解析精度。

本发明的至少一实施方式是鉴于上述的问题点而完成的，其目的在于，提供能够高精度地分析燃烧炉内的燃烧气体未被均匀地缓和的系统中的气体浓度分布以及温度分布的气体分析装置、燃烧设备的控制系统以及控制辅助系统、以及气体分析方法。

解决方案

(1)本发明的至少一实施方式所涉及的气体分析装置为了解决上述课题，对燃烧炉内的燃烧气体的浓度分布以及温度分布进行分析，其中，所述气体分析装置具备：测定部，其通过在设为供所述燃烧气体通过的多个测量路径上照射激光来测定所述激光的吸收量，该激光包括与所述燃烧气体所含有的同一成分的至少两个电子能级跃迁对应的吸收波长；基准设定部，其基于所述测定部的测量结果而设定基准气体浓度分布以及基准温度分布；以及解析部，其以使由所述测量部测量出的吸收量与基于所述基准气体浓度分布以及所述基准温度分布而求出的基准吸收量之间的偏差成为最小的方式解开包含所述气体浓度分布以及所述温度分布作为变量的函数，由此求出所述气体浓度分布以及所述温度分布。

根据上述(1)的结构，在基于供燃烧空气通过的多个测量路径中的激光的吸收量而求出气体浓度分布以及温度分布时，通过以数值解析的方式解开包含气体浓度分布以及温度分布作为变量的函数，由此求出气体浓度分布以及温度分布，使得根据由基准设定部设定的基准分布来求出的基准吸收量与由测量部测量到的吸收量之间的偏差成为最小。由于上述那样的函数包含浓度分布以及温度分布来作为共用的变量，因此能够反映浓度以及温度间存在相关关系这样的实际现象的背景，能够得到更接近实际的分布的解析解，并且能够区分气体浓度和温度给予吸收量的影响(例如能够区分基于温度上升的吸收量减少和基于气体浓度降低的吸收量减少)。这样，根据本实施方式，即便在能够设置于燃烧炉的激光端口数有限的状况下，也能够高效地求出考虑了激光的吸收量的温度依赖性的、更接近实际的系统的气体浓度分布以及温度分布。

(2)在若干实施方式中，在上述(1)的结构的基础上，所述函数设定为与所述燃烧炉的形状对应。