气体分析装置、燃烧设备的控制系统以及控制辅助系统、以及气体分析方法与流程

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：gaussianprocess)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

技术实现要素：

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。

根据上述(2)的结构，通过采用与作为分析对象的燃烧气体的某一燃烧炉的形状对应的函数，能够在解析时求解函数时有效地探索更接近实际的解。

(3)在若干实施方式中，在上述(2)的结构的基础上，所述函数设定为，相对于圆柱坐标系而包含中心轴位置、坐标的椭圆率、周向分布项中的至少一者作为参数。

根据上述(3)的结构，通过这些参数来规定燃烧炉的形状，由此能够以更少的参数来表现气体浓度分布以及温度分布。由此，求解函数时的运算负担得以轻减，并且能够有效地探索弹簧接近实际的系统的解。

(4)在若干实施方式中，在上述(1)至(3)中的任一结构的基础上，所述基准设定部基于所述燃烧气体的平均温度而设定所述基准浓度分布以及所述基准温度分布，所述燃烧气体的平均温度基于所述多个测量路径中的所述激光所含有的与不同的电子能级跃迁对应的波长下的吸收量之比而求出。

根据上述(4)的结构，基于多个测量路径中的激光吸收量而计算燃烧炉内的平均温度，并基于该平均温度而设定基准浓度分布以及基准温度分布。这样设定的基准浓度分布以及基准温度分布在以数值解析的方式求解函数时，有效地探索最终的解而成为适当的初始值。例如，基准温度分布可以设定为燃烧炉内的温度分布在上述求出的平均温度处缓和的状态，也可以设定为在收敛解析运算中使用标号法等的情况下对该分布附加角度。

(5)在若干实施方式中，在上述(4)的结构的基础上，所述同一成分为h2o。

根据上述(5)的结构，h2o与例如o2、co2等相比，与相邻的两个电子能级跃迁对应的吸收波长区域存在于比较近的范围。因此，通过控制例如波长扫描型的激光二极管的驱动电流而对激光的波长进行扫描的情况下，能够在单一的激光二极管的扫描范围内覆盖相邻的两个电子能级跃迁，因此能够简化装置结构。

(6)本发明的至少一实施方式所涉及的燃烧设备的控制系统为了解决上述课题，具备：燃料供给机构，其构成为向所述燃烧炉供给燃料；空气供给机构，其构成为向所述燃烧炉供给空气；上述(1)至(5)中的任一结构的气体分析装置；以及控制机构，其基于由所述气体分析装置分析出的所述气体浓度分布以及所述温度分布，调整所述燃料供给机构以及所述空气供给机构，由此控制所述燃料以及所述空气向所述燃烧炉供给的供给量。。

根据上述(6)的结构，基于燃烧炉中的由气体分析得到的气体浓度分布以及温度分布而调整燃料供给机构以及空气供给机构，由此能够控制燃料以及空气向燃烧炉供给的供给量。由此，实现消除了燃烧炉中的燃烧气体的温度不平衡、氧供给的过多或不足的最佳运转，从而能够实现发电端效率的提高、抑制因o2过多而导致的nox生成的增加。

(7)本发明的至少一实施方式所涉及的燃烧设备的控制辅助系统为了解决上述课题，具备：燃料供给机构，其构成为向所述燃烧炉供给燃料；空气供给机构，其构成为向所述燃烧炉供给空气；上述(1)至(5)中的任一结构的气体分析装置；以及显示机构，其构成为显示由所述气体分析装置分析出的所述气体浓度分布以及所述温度分布。

根据上述(7)的结构，通过将上述气体分析装置的分析结果显示于显示器那样的显示机构而可视化，燃烧设备的操作人员能够容易地把握燃烧炉内的燃烧状态，由此能够使操作人员对燃料状态的调整作业高效化。

(8)本发明的至少一实施方式所涉及的气体分析方法为了解决上述课题，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，所述气体分析方法包括：测定工序，在该测定工序中，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；基准设定工序，在该基准设定工序中，基于所述测定工序的测量结果而设定基准气体浓度分布以及基准温度分布；以及解析工序，在该解析工序中，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来作为变量的函数，由此求出所述气体浓度分布以及所述温度分布。

上述(8)的方法能够通过上述的气体分析装置(包括上述各种结构)而适宜地实施。

发明效果

根据本发明的至少一实施方式，能够提供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。

附图说明

图1是示出具备本发明的至少一实施方式所涉及的气体分析装置的燃烧设备的结构的示意图。

图2是用于说明图1的燃烧炉的各区域的示意图。

图3是图1的a-a线的剖视图。

图4是示出图1的红外线测量解析单元的结构的框图。

图5是按照工序示出由图4的红外线测量解析单元实施的气体分析方法的流程图。

图6是由测量激光受光系统测定的吸收光谱的一例。

图7是按照工序示出由图4的红外线测量解析单元实施的分配控制机构的控制方法的流程图。

图8是示出本发明的另一实施方式所涉及的燃烧装置的结构的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的若干实施方式进行说明。其中，作为实施方式而记载的或者附图所示的构成部件的尺寸、材质、形状、及其相对的配置等并非意在将本发明的范围限定于此，仅是单纯的说明例。

例如，“朝某一方向”、“沿着某一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对或者绝对的配置的表现不仅严格表示上述那样的配置，还表示带有公差或者获得相同功能的程度的角度、距离而相对位移的状态。

另外，例如，表示四边形、圆筒形状等形状的表现不仅表示几何学上的严格意义的四边形、圆筒形状等形状，还表示在获得相同效果的范围内包括凹凸部、倒角部等的形状。

另一方面，“具备”、“具有”、“包括”、“含有”、“包含”一构成要素这样的表现并非排除其他构成要素的存在的排他性表现。

首先，参照图1～图3，对具备本发明的至少一实施方式所涉及的气体分析装置的燃烧设备1的整体结构进行说明。图1是示出具备本发明的至少一实施方式所涉及的气体分析装置的燃烧设备1的结构的示意图，图2是用于说明图1的燃烧炉的各区域的示意图，图3是图1的a-a线的剖视图。

燃烧设备1具备：使燃料燃烧的燃烧炉2；对由该燃烧炉2生成的燃烧空气进行引导的烟道4；从燃烧空气取得热能的再热器单元6；通过调整燃料以及空气向燃烧炉2内的供给而控制燃烧炉2内的燃烧状态的燃烧控制装置8；对燃烧炉2内的燃烧空气(气体)进行分析的气体分析装置10。

燃烧炉2构成为，由使用了耐热性材料的壁面围成大致箱形状。在燃烧炉2中，从后述的燃烧控制装置8供给的燃料以及空气燃烧，由此生成高温的燃烧空气。燃烧炉2的铅垂方向上侧开放，该开放的部位与烟道4连接。以将由燃烧炉2生成的高温的燃烧空气向烟道4引导的方式形成流路。

再热器单元6由多个再热器构成，且配置在燃烧炉2以及烟道4中的燃烧空气的流路上。再热器由在内部封入有液体或者气体的管状的构件构成。被封入再热器的液体或者气体与高温的燃烧空气进行热交换，由此取得热能并成为蒸汽。该蒸汽能够从再热器单元6经由规定的路线，并驱动未图示的涡轮旋转，由此将热能转换为电能或者机械能进行输出。

这样，燃烧设备1作为发电机、驱动机而发挥功能，但并不限于上述那样的用途，例如，也可以用作利用由再热器单元6取得的热能来加热任意物质的加热机。

燃烧控制装置8通过调整向燃烧炉2内供给的燃料以及空气来控制燃烧炉2内的燃烧状态。燃烧控制装置8具备向燃烧炉2供给燃料的燃料供给机构12以及供给空气的空气供给机构14。

燃料供给机构12具备：使燃料燃烧的微粉煤燃烧器(以下，适宜地称作“燃烧器”)16；供给作为燃料的微粉煤的微粉煤供给部18；产生用于搬运燃料的送风的送风机20；用于调整燃料的流量的流量调整阀22；以及将这些构件相互连接的配管24。

微粉煤供给部18是构成为将燃料向配管24供给的机构。被供给至配管24的微粉煤在送风机20的作用下在配管24中被搬运，在与经由流量调整阀22而从空气供给机构14的主配管32导入的空气混合之后，向燃烧器16供给。燃烧器16是设置为喷射口向燃烧炉2的内侧露出的燃烧机，喷射经由配管24供给来的燃料，并使该燃料在燃烧炉2内燃烧。

需要说明的是，燃烧器16配置在燃烧炉2内的多处位置，优选的是，布局为利用从各燃烧器16喷射的空气在燃烧炉2内形成漩涡状的空气流动。

需要说明的是，微粉煤供给部18可以是将煤粉碎而生成微粉煤并将该生成的微粉煤向配管24供给的机构，也可以是储存预先生成的微粉煤并将该储存的微粉煤向配管24供给的机构。

空气供给机构14具备：向燃烧炉2供给一次空气的一次空气供给单元26以及供给二次空气的二次空气供给单元28；与上述的燃料供给机构12同时向一次空气供给单元26以及二次空气供给单元28输送空气的鼓风机或者风扇即送风机30；以及将这些构件连接起来的主配管32。

一次空气供给单元26具备：配置为吹出口34向燃烧炉2露出的第一配管36；以及构成为调整该第一配管36中的空气流量的流量调整阀38。第一配管36构成为，经由流量调整阀38而与主配管32连接，能够将利用送风机30引入主配管32的空气导入吹出口34。吹出口34设置于燃烧炉2内的燃烧空气的流路中的、比燃烧器16靠下游侧的位置。流量调整阀38配置于主配管32与第一配管36的连接部，且对从主配管32向第一配管36供给的空气的量进行调整。

二次空气供给单元28具备：配置为吹出口40向燃烧炉2露出的第二配管42；以及构成为能够调整该第二配管42中的空气流量的流量调整阀44。第二配管42构成为，经由流量调整阀44而与主配管32连接，能够将利用送风机30引入主配管32的空气导入吹出口40。吹出口40设置于燃烧炉2内的燃烧空气的流路中的、比吹出口34靠下游侧的位置。流量调整阀44配置于主配管32与第二配管42的连接部，且对从主配管32向第二配管42供给的空气的量进行调整。

分配控制机构46通过调整流量调整阀22、38、44的开度，将由送风机30引入的空气以规定比率分配给燃料供给机构12、一次空气供给单元26以及二次空气供给单元28。在本实施方式中，分配控制机构46构成为，基于来自在控制室设置的红外线测量解析单元的控制信号而自动地控制。

根据上述结构，如图2所示，在燃烧炉2的内部从上游侧朝向下游侧而形成有燃烧器燃烧区域48、未燃燃料存在还原区域50、燃烧完结区域52的区域。在此，燃烧器燃烧区域48是供从燃烧器16喷射的燃料燃烧的区域，且是从吹出口34到上游为止的区域。未燃燃料存在还原区域50是通过从吹出口34以及吹出口40供给空气而使未反应的燃料与从吹出口34以及吹出口40供给的空气发生反应的区域，且是吹出口34以及吹出口40之间的区域、即供给二次空气的区域。燃烧完结区域52是剩余的燃料与空气发生反应的区域，且是从比吹出口40靠下游侧到燃烧炉2以及烟道4的连接部为止的区域。

再次返回图1，气体分析装置10具备：对出于测量的目的而向燃烧炉2的燃烧空气照射的激光进行控制的测量激光控制装置54；通过接受该照射的激光而解析测量结果、并且基于解析结果而控制分配控制机构46的红外线测量解析单元56；以及显示该解析结果的二维测量结果显示部58。

测量激光送光系统60以及测量激光受光系统62设置在燃烧炉2的相互对置的位置，以使得从测量激光送光系统60照射出的激光在通过燃烧炉2内的燃烧空气之后被测量激光受光系统62接受。在本实施方式中，尤其是构成为，通过将测量激光送光系统60以及测量激光受光系统62设置在比吹出口40靠下游侧的沿着大致水平方向的二维平面上，能够分析位于燃烧完结区域52的燃烧空气。

测量激光送光系统60包括能够发出具有红外线区域的波长带的激光的激光二极管。该激光二极管是能够调整由驱动电流输出的激光的波长的波长扫描型的激光二极管，且构成为基于来自测量激光控制装置54的指令而能够进行波长扫描。在此，测量激光送光系统60的波长扫描范围被选择为，包括与燃烧空气所含的相同气体种类的至少两个电子能级跃迁对应的波长。在本实施方式中，尤其是将激光二极管选择为，包括与燃烧空气所含有的气体的一种即h2o两个电子能级跃迁对应的波长。这是因为，h2o与同样被燃烧空气包含的o2、co2等相比，与相邻的两个电子能级跃迁对应的波长区域存在于比较近的范围。

在此，如图3所示，测量激光送光系统60以及测量激光受光系统62在燃烧炉2上设有多个。若从铅垂方向上方观察，则燃烧炉2具有大致矩形的二维截面。在本实施方式中，测量激光送光系统60以及测量激光受光系统62在该二维截面中设于相互对置的边上。上述那样的测量激光送光系统60以及测量激光受光系统62的对以彼此的测量路径垂直地交叉的方式在纸面上沿着垂直方向和水平方向而分别设有n(n为2以上的自然数)个。即，在本实施方式中，合计设有2n个测量激光送光系统60以及测量激光受光系统62的对。而且，利用这样配置的测量激光送光系统60以及测量激光受光系统62来形成有合计2n条测量路径p。

红外线测量解析单元56取得测量激光受光系统62中的测量结果，并基于该测量结果而实施利用了二维解析方法(断层照相法)的气体分析。在此，参照图4～图7，按照工序对该气体分析的具体方法进行说明。图4是示出图1的红外线测量解析单元56的结构的框图，图5是按照工序示出由图4的红外线测量解析单元56实施的气体分析方法的流程图，图6是由测量激光受光系统62测定的吸收光谱的一例，图7是按照工序示出由图4的红外线测量解析单元56实施的分配控制机构46的控制方法的流程图。

如图4所示，红外线测量解析单元56具备：测量部64，取得测量激光受光系统62的测量结果；基准设定部66，将基准气体浓度分布以及基准温度分布设定为二维分布函数；以及解析部68，以使所述吸收量与所述基准吸收量的偏差成为最小的方式通过收敛计算来求出所述气体浓度分布以及所述温度分布。

首先，基准设定部66基于由测量部64取得的测量结果而设定基准气体浓度分布dcr以及基准温度分布dtr(步骤s101)。基准气体浓度分布dcr以及基准温度分布dtr在由解析部68实施的解析中，作为以气体浓度分布dc以及温度分布dt为变量进行收敛运算时的初始值而发挥功能。

在此，基准气体浓度分布dcr以及基准温度分布dtr是基于利用测量激光送光系统60向燃烧空气照射激光并由测量激光受光系统62测量出的吸收量(吸收光谱)而设定的，该激光包括与燃烧空气所含的同一气体种类的至少两个电子能级跃迁对应的吸收波长。图6示出由测量激光受光系统62测量出的吸收光谱的一例，且示出燃烧空气的温度为t1、t2、t3(t1＞t2＞t3)的三个图案。该光谱在与燃烧空气所含的h2o的相邻的两个电子能级跃迁对应的波长区域中显现吸收光谱s1以及s2。s1是与第一能级跃迁对应的吸收光谱，s2为与第二能级对应的吸收光谱。

在此，吸收光谱s1相对于吸收光谱s2的峰值比具有取决于燃烧空气的温度而发生变化的性质。即，通过预先确定吸收光谱s1相对于吸收光谱s2的峰值比与燃烧空气的温度之间的相关，能够求出与基于实测值的吸收光谱s1相对于吸收光谱s2的峰值比对应的燃烧空气的温度。这样一来，所求出的燃烧空气的温度相当于进行该吸收光谱测定的测量路径上的平均温度。基准设定部66利用上述那样的峰值比的温度依赖性，基于由各测量路径p测量的吸收波长光谱s1以及s2而求出各测量路径中的平均温度。然后，通过使各测量路径中的平均温度进一步平均化，对燃烧炉2中的燃烧空气的平均温度进行计算。然后，基准设定部66在多个测量路径p存在的平面上按照这样计算出的平均温度设定基准气体浓度分布dcr以及基准温度分布dtr来作为恒定的温度分布。

再次返回图5，接着，解析部68准备在进行以下的解析时在控制方面使用的增量变量k，并将其初始值设定为“1”(步骤s102)。然后，测量激光控制装置54对测量激光送光系统60发送指令，由此对燃烧空气照射激光(步骤s103)。另一方面，测量激光受光系统62接收来自测量激光送光系统60的激光，利用红外线测量解析单元56根据该测量结果来求出多个测量路径中的吸收光谱s(步骤s104)。

需要说明的是，在以下的说明中，在单独地示出与2n条测量路径p对应的吸收光谱s的情况下，分别由“s1、s2、···s2n”表示。

解析部68基于与多个测量路径对应的吸收光谱s1、s2、s3、···s2n并通过再构成来推断作为二维分布的气体浓度分布dck以及温度分布dtk(步骤s105)。在步骤s105的推断运算中，解析部68将气体浓度分布dck以及温度分布dtk分别规定为包含共用的变量参数的函数。为了与供成为解析对象的燃烧空气存在的燃烧炉2的形状对应，例如以通常的圆柱坐标系(例如径向的低次的傅里叶级数展开、高斯分布等)为基本，在此适宜地使用以圆柱坐标系的中心轴位置、坐标的椭圆率、周向分布项为参数的二维分布函数，由此来设定该函数。

在本实施方式中，尤其是，鉴于气体浓度分布dck以及温度分布dtk存在相关性，以使表示气体浓度分布dck以及温度分布dtk的函数至少共用圆柱坐标系统的中心轴位置、坐标的椭圆率的参数的方式设定函数。由此，在计算气体浓度分布时考虑了基于燃烧空气的温度分布的影响，能够得到更接近实际的分布的解析结果。以下，是从上述那样的技术思想导出的函数的一例。

在此，在(1)式中，x为气体浓度分布dck，y为温度分布dtk，

另外，(1)式中的各参数如下：a、物理量中心值；b以及c、径向分布系数；dk以及ek、周向分布系数；widx以及widy、坐标的椭圆率；xc以及yc、圆柱坐标系的中心轴位置。

需要说明的是，在重复计算中例如使用标号法，以使所取得的吸收光谱s与解析上的吸收光谱sr的偏差变小的方式进行各参数(a、bi、ci、dk、ek、widx、widy、xc、yc)的更新。

接着，基于在步骤s101中设定的基准气体浓度分布dcr以及基准温度分布dtr而求出多个测量路径中的基准吸收光谱sr(步骤s106)，将与在步骤s104中取得的吸收光谱s之间的偏差δk通过下式求出(步骤s107)。

δk＝|s-sr|

接着，解析部68对在步骤s107中求出的δk是否为δk-1以上进行判断(步骤s108)。在δk小于δk-1的情况下(步骤s108：否)，与前次控制循环相比，偏差缩小，因此将在步骤s105中推断出的气体浓度分布dck以及温度分布dtk更新为基准气体浓度分布dcr以及基准温度分布dtr(步骤s109)。然后，加上增量变量(步骤s110)，使处理返回至步骤s107。

重复步骤s107～s110的处理的结果是，当δk变为δk-1以上时(步骤s108：否)，解析部68判断为解收敛，将在步骤s105中推断出的气体浓度分布dck以及温度分布dtk输出为解析结果(步骤s111)。这样，在本实施方式中，在计算气体浓度的二维分布时，将气体浓度分布dck以及温度分布dtk同时作为变量来处理，以使偏差δk变为最小的方式求解。

这样导出的解即气体浓度分布dck以及温度分布dtk作为解析结果而向分配控制机构46以及二维测量结果显示部58发送。分配控制机构46基于通过气体分析装置10分析出的气体浓度分布dck以及温度分布dtk而调整流量调整阀22、38、44，由此来控制燃料供给机构12、一次空气供给单元26、二次空气供给单元28。

在此，参照图7，对分配控制机构46的控制例进行具体说明。在该例中，对作为气体浓度分布dck而获得燃烧空气所含有的o2以及co2的浓度分布作为分析结果的情况进行说明。

首先，分配控制机构46基于气体浓度分布dck而判断燃烧炉2中的o2浓度的总量是否为上限目标值以下(步骤s201)。在o2浓度的总量大于上限目标值的情况下(步骤s201：否)，分配控制机构46控制燃烧器16、流量调整阀22、38、44，使得一次空气以及二次空气的总量降低(步骤s202)。

另一方面，在o2浓度的总量为上限目标值以下的情况下(步骤s201：是)，分配控制机构46还判断co2浓度的总量是否为上限目标值以下(步骤s203)。在co2浓度的总量大于上限目标值的情况下(步骤s203：否)，控制燃烧器16、流量调整阀22、38、44，使得一次空气以及二次空气的总量降低(步骤s204)。

另一方面，在co2浓度的总量为上限目标值以下的情况下(步骤s203：是)，分配控制机构46基于气体浓度分布dck以及温度分布dtk中的偏差进行反馈而控制燃烧器16、流量调整阀22、38、44的平衡(步骤s204)。在上述那样的反馈控制中，判断燃烧设备1是否停止(步骤s205)。在燃烧设备1为运转中的情况下(步骤s205：否)，使处理返回至步骤s201，并重复上述控制。另一方面，在燃烧设备1停止的情况下(步骤s205：是)，一系列的处理完成(结束)。

这样，分配控制机构46通过控制燃料、一次空气以及二次空气向燃烧炉2供给的供给量，实现消除了燃烧炉2中的温度不平衡、氧供给的过多或不足的最佳运转，从而能够抑制发电端效率的提高、因o2过多导致的nox生成的增加。另外，在二维测量结果显示部58中，气体浓度分布dck以及温度分布dtk通过例如显示器那样的显示机构而对操作人员可视化，由此容易监视燃烧炉2中的燃烧状态。

图8是示出本发明的另一实施方式所涉及的燃烧设备1的结构的示意图。本实施方式中，在控制室设置能够供操作人员操作的控制面板70。控制面板70将与所输入的操作内容对应的控制信号发送至分配控制机构46，由此操作分配控制机构46。在此，从控制面板70向分配控制机构46发送的控制信号与在图1中红外线测量解析单元56发送至分配控制机构46的控制信号等同，对燃料供给机构12、一次空气供给单元26、二次空气供给单元28进行控制。即，在本实施方式中构成为，操作人员操作控制面板70，由此对分配控制机构46进行手动操作而能够调整燃烧状态。

在控制室内设有显示红外线测量解析单元56中的解析结果的二维测量结果显示部58。二维测量结果显示部58是在例如显示器那样的显示机构中使解析结果对处于控制室内的操作人员可视化的机构。

控制面板70的操作人员通过参照例如在显示器那样的显示机构即二维测量结果显示部58中显示的解析结果，由此把握燃烧炉2内的燃烧状态，并根据其结果来操作控制面板70。这样，在本实施方式中，操作人员能够一边容易把握燃烧炉2的燃烧状态一边高效地进行作业。

如以上说明那样，根据本实施方式，能够提供可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。

工业实用性

本公开能够在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、以及由该气体分析装置实施的气体分析方法中应用。

附图标记说明：

1燃烧设备

2燃烧炉

4烟道

6再热器单元

8燃烧控制装置

10气体分析装置

12燃料供给机构

14空气供给机构

16微粉煤燃烧器

18微粉煤供给部

20、30送风机

22、38、44流量调整阀

24配管

26一次空气供给单元

28二次空气供给单元

32主配管

34、40吹出口

36第一配管

42第二配管

46分配控制机构

48燃烧器燃烧区域

50未燃燃料存在还原区域

52燃烧完结区域

54测量激光控制部

56红外线测量解析单元

58二维测量结果显示部

60测量激光送光系统

62测量激光受光系统

64测量部

66基准设定部

68解析部

70控制面板

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(修改后)一种气体分析装置，其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，

其特征在于，

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，其对被规定为包含共用的变量参数的函数的所述气体浓度分布以及所述温度分布进行规定，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求出所述变量参数，由此求出所述气体浓度分布以及所述温度分布。

2.根据权利要求1所述的气体分析装置，其特征在于，

所述函数设定为与所述燃烧炉的形状对应。

3.根据权利要求2所述的气体分析装置，其特征在于，

所述函数设定为，相对于圆柱坐标系而包含中心轴位置、坐标的椭圆率、周向分布项中的至少一者作为参数。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的气体分析装置，其特征在于，

所述基准设定部基于所述燃烧气体的平均温度而设定所述基准浓度分布以及所述基准温度分布，所述燃烧气体的平均温度基于所述多个测量路径中的所述激光所含有的与不同的电子能级跃迁对应的波长下的吸收量之比而求出。

5.根据权利要求4所述的气体分析装置，其特征在于，

所述同一成分为h2o。

6.一种燃烧设备的控制系统，其特征在于，

所述燃烧设备的控制系统具备：

燃料供给机构，其构成为向所述燃烧炉供给燃料；

空气供给机构，其构成为向所述燃烧炉供给空气；

权利要求1至5中任一项所述的气体分析装置；以及

控制机构，其基于由所述气体分析装置分析出的所述气体浓度分布以及所述温度分布，调整所述燃料供给机构以及所述空气供给机构，由此控制所述燃料以及所述空气向所述燃烧炉供给的供给量。

7.一种燃烧设备的控制辅助系统，其特征在于，

所述燃烧设备的控制辅助系统具备：

燃料供给机构，其构成为向所述燃烧炉供给燃料；

空气供给机构，其构成为向所述燃烧炉供给空气；

权利要求1至5中任一项所述的气体分析装置；以及

显示机构，其构成为显示由所述气体分析装置分析出的所述气体浓度分布以及所述温度分布。

8.(修改后)一种气体分析方法，其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，

其特征在于，

所述气体分析方法包括：

测定工序，在该测定工序中，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；

基准设定工序，在该基准设定工序中，基于所述测定工序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

解析工序，在该解析工序中，对被规定为包含共用的变量参数的函数的所述气体浓度分布以及所述温度分布进行规定，以使由所述测量工序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求出所述变量参数，由此求出所述气体浓度分布以及所述温度分布。