燃燒火焰輻射圖像處理研究及其在循環(huán)流化床鍋爐上的應用.pdf

1、潔凈燃燒技術是能源利用可持續(xù)發(fā)展的必然要求。循環(huán)流化床技術正是由于其高效率、低污染以及煤種適應性廣等優(yōu)點而越來越受到人們的重視，是目前清潔高效燃燒技術中一項較為成熟的技術。電站鍋爐燃燒的基本要求是爐膛內要建立并維持穩(wěn)定、均勻的燃燒火焰，因此，可靠、有效的燃燒檢測技術對于電站鍋爐的安全經(jīng)濟運行有著極為重要的意義。
　　 優(yōu)化爐內燃燒工況，最重要的環(huán)節(jié)是對燃燒實施準確的檢測，并在此基礎上建立燃燒診斷和優(yōu)化運行系統(tǒng)。對于循環(huán)流化床鍋爐

2、來說，床內溫度和床層高度是兩個直接影響其連續(xù)安全運行的重要參數(shù)。本課題的主要目的在于建立一種基于可見光輻射圖像處理技術的流化床燃燒在線檢測系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可實時檢測床內火焰溫度和黑度信息。同時，基于圖像處理技術和BP神經(jīng)網(wǎng)絡技術對循環(huán)流化床床高的檢測進行了模擬研究，并提出了一種循環(huán)流化床鍋爐吸熱量預測模型。
　　 本文首先開發(fā)了一套循環(huán)流化床燃燒火焰在線檢測系統(tǒng)。主要工作包括整套系統(tǒng)的硬件選型、軟件設計以及系統(tǒng)調試等工作。該系統(tǒng)

3、通過安裝在爐膛壁面上的火焰圖像探測器捕捉床內火焰輻射圖像，進而在圖像處理技術的基礎上檢測出火焰溫度和黑度并將其可視化顯示出來，為機組運行人員進行燃燒調整提供依據(jù)。
　　 在對彩色CCD探測器工作原理以及傳統(tǒng)雙色法測溫技術的深入了解后，本文提出了一種更為簡單的燃煤火焰溫度和黑度檢測方法。在基于灰度假設的前提下通過黑體爐標定得到溫度與任意兩基色比值（本文選取紅綠兩基色）的關系，以及黑體三基色值（本文選取紅色）與溫度的關系，因此當知道

4、檢測對象的兩基色比值后就可計算出對象的溫度，進而得到其黑度。相對于傳統(tǒng)的雙色法，本方法不需要構建復雜的光學系統(tǒng)以獲得兩個波長下火焰的單色輻射強度，也不需要知道彩色CCD攝像機的三基色代表性波長。在一臺480t/h循環(huán)流化床鍋爐上進行的工業(yè)試驗表明，通過該方法檢測得到的火焰溫度和黑度與實際爐內的燃燒工況是一致的。檢測得到的火焰溫度與熱電偶測量結果非常一致，兩者之間的最大誤差不超過10％，可滿足工業(yè)應用的精度要求。
　　 通過分析循

5、環(huán)流化床床高對火焰黑度分布的影響之后，本文提出了一種從爐內火焰黑度沿爐膛高度的分布信息中檢測出循環(huán)流化床床高的方法并進行了模擬計算。由于循環(huán)流化床床高與火焰黑度之間是一種高度非線性的關系，很難用數(shù)學模型加以描述，因此本文采用了處理非線性問題非常好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡技術來進行研究。通過布置在不同高度處的火焰圖像探測器得到循環(huán)流化床內火焰黑度沿床高的分布，進而由已經(jīng)訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡算法檢測出循環(huán)流化床的床高。這里在四種不同工況下對該方法進行了模

6、擬研究，以考察其可行性和收斂性。模擬研究結果表明，當床內的光學厚度不大時可獲得較好的檢測結果，而當光學厚度大到一定程度后，檢測結果不理想。雖然如此，本文提出的方法為循環(huán)流化床床高的檢測提出了一種新的思路，有一定的研究價值。
　　
　　 最后在前人所做的循環(huán)流化床傳熱計算的基礎上結合圖像處理技術，提出了一種循環(huán)流化床工質吸熱量在線預測模型，該模型可通過火焰圖像探測器檢測得到的火焰溫度和黑度預測出鍋爐工質的吸熱量。驗證結果