雙爐膛電站直流爐輻射圖像處理及燃燒診斷與優(yōu)化控制.pdf

1、未來很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)我國(guó)仍將以燃煤發(fā)電為主。在電站燃煤鍋爐中，燃燒工況組織不合理造成的燃燒不均勻、火焰中心偏斜、火焰刷墻等是導(dǎo)致爐膛結(jié)焦、爐管爆裂、爐膛滅火、爐膛爆炸等運(yùn)行事故的重要原因。將爐內(nèi)燃燒火焰圖像處理技術(shù)應(yīng)用到爐膛火焰監(jiān)視裝置中，對(duì)爐內(nèi)燃燒進(jìn)行溫度分布可視化監(jiān)視和燃燒診斷與優(yōu)化控制，對(duì)于改善現(xiàn)有鍋爐爐膛燃燒安全性和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。本文的研究對(duì)象為一臺(tái)300MW雙爐膛煤粉燃燒直流鍋爐，針對(duì)該鍋爐進(jìn)行了爐內(nèi)燃燒火焰輻射圖像處理和燃燒

2、診斷與優(yōu)化控制的研究。具體工作如下：
　　 ⑴大型電站鍋爐內(nèi)的燃燒火焰具有大尺寸、強(qiáng)脈動(dòng)的特點(diǎn)，一般的方法難以實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)的可視化，而雙爐膛鍋爐不僅重建的溫度分布數(shù)量是單爐膛鍋爐的2倍，而且由于其結(jié)構(gòu)的特殊性(為中間連通型)，使得重建爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)更為復(fù)雜?；诒菊n題組已有的研究成果能夠很好地解決這一問題：首先利用DRESOR法為爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)的重建提供充分的輻射成像信息，其次采用輻射溫度成像模型建立火焰溫度圖像(由成像裝

3、置檢測(cè)得到)與爐內(nèi)溫度場(chǎng)之間的線性關(guān)系，最后基于一種改進(jìn)的Tikhonov 正則化方法重建爐內(nèi)三維溫度分布。針對(duì)該雙爐膛直流爐的模擬研究結(jié)果表明：即使測(cè)量誤差的均方差達(dá)到0.11，仍然能夠達(dá)到很好的重建效果。
　　 ⑵在獲得爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)重建結(jié)果的基礎(chǔ)上開發(fā)了一套爐膛燃燒監(jiān)控系統(tǒng)，基于BCB和OpenGL混合編程在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)了爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)的可視化，基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)首次在電廠DCS控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了大型電站鍋爐爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)可視

4、化。DCS中溫度場(chǎng)可視化畫面實(shí)時(shí)刷新時(shí)間不超過5s，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行操作人員可通過DCS 畫面直觀地了解爐膛燃燒工況(如火焰中心位置、溫度高低及火焰中心偏斜等)，有助于減輕運(yùn)行人員工作強(qiáng)度，提高鍋爐安全運(yùn)行水平。
　　 ⑶在不同燃燒工況下開展了該直流爐爐內(nèi)分層黑度和溫度場(chǎng)特征參數(shù)檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明：在煤質(zhì)不變的情況下爐內(nèi)各層黑度與各層平均溫度均與負(fù)荷成正比；當(dāng)進(jìn)行層間燃料量調(diào)整時(shí)，煤粉濃度增加的區(qū)域分層黑度與層間溫度均增加；當(dāng)

5、鍋爐氧量降低時(shí)，爐膛下兩層黑度增加，上兩層黑度有所減少，此時(shí)爐膛火焰中心區(qū)域的輻射換熱水平增加，全爐膛平均溫度增加。在進(jìn)行爐內(nèi)溫度場(chǎng)特征參數(shù)檢測(cè)得到典型工況樣本的基礎(chǔ)上，以各層各角燃燒器燃料量及一次風(fēng)、二次風(fēng)量、燃盡風(fēng)量等作為輸入變量，以爐內(nèi)各層平均溫度及相應(yīng)的溫度中心坐標(biāo)作為輸出變量建立RBF網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)模型，該模型具有良好的自適應(yīng)能力，能夠有效克服現(xiàn)有模型的不足。通過安裝在爐本體上的多個(gè)CCD探頭，經(jīng)圖像處理技術(shù)能夠得到反映爐內(nèi)不同區(qū)域

6、燃燒強(qiáng)度大小的多層輻射能信號(hào)。本文提出利用爐內(nèi)多層輻射能信號(hào)進(jìn)行爐膛燃燒精細(xì)化診斷的設(shè)想，并對(duì)該爐一次滅火事故進(jìn)行了詳細(xì)分析。研究結(jié)果表明：多層輻射能信號(hào)相比現(xiàn)有的鍋爐運(yùn)行參數(shù)能夠更迅速更全面地反映爐內(nèi)燃燒工況的變化，可為幫助查明滅火事故原因提供一個(gè)有力的診斷工具。
　　 ⑷為便于將多層輻射能信號(hào)引入機(jī)組控制系統(tǒng)，提出一種將多層輻射能信號(hào)進(jìn)行融合處理得到總輻射能信號(hào)的自適應(yīng)算法，該算法能夠克服因某些CCD火焰探頭出現(xiàn)周期性積灰、

7、結(jié)焦情況導(dǎo)致某些分層輻射能失真帶來的不利影響，融合后的總輻射能能夠很好地反映負(fù)荷的變化趨勢(shì)，并超前負(fù)荷變化30s 以上，適合引入機(jī)組在線控制系統(tǒng)。本文提出了基于RBF網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)整定引入總輻射能反饋信號(hào)的燃燒串級(jí)控制系統(tǒng)PID 參數(shù)的控制策略，仿真研究表明該控制算法能快速響應(yīng)主汽壓的階躍擾動(dòng)，迅速克服燃料量?jī)?nèi)擾，其控制效果明顯優(yōu)于常規(guī)PID串級(jí)控制。
　　 ⑸介紹了基于總輻射能信號(hào)反饋進(jìn)行風(fēng)煤比優(yōu)化控制的原理，針對(duì)該直流爐進(jìn)行了氧