聲學法燃煤鍋爐爐膛火焰溫度場圖像重建研究.pdf

1、爐膛火焰溫度場是對爐膛火焰監(jiān)測和控制的最直接參數(shù)。為了維護鍋爐運行的安全和穩(wěn)定，必須對鍋爐的燃燒過程進行自動控制，在自動控制過程中，需要選取一些能夠及時響應燃燒過程熱物理參數(shù)變化的量來反映設備運行的狀況，而爐膛燃燒火焰溫度場直接體現(xiàn)了燃燒過程的穩(wěn)定性，所以為實現(xiàn)對燃燒過程的自動控制，首先必須對爐膛火焰溫度場進行準確測量，通過對燃燒火焰溫度場的測量，可及時掌握火焰的燃燒狀態(tài)，為燃燒優(yōu)化運行提供保證。但由于爐膛火焰燃燒過程自身具有瞬態(tài)變化、

2、隨機湍流、設備尺寸龐大、環(huán)境惡劣等特征，給實際鍋爐爐膛火焰溫度場的在線測量帶來困難。目前還沒有建立非常有效的大型鍋爐爐膛火焰溫度場可視化測量手段，因此尋求更為準確，可靠的鍋爐爐膛火焰檢測技術。 本文研究了基于聲波傳感器并結(jié)合圖像重建技術的燃煤鍋爐爐膛溫度場圖像重建方法，對該方法中的一些難點和關鍵問題，進行了深入的理論分析及研究，主要完成了以下工作： 1.歸納總結(jié)了燃煤鍋爐爐膛火焰溫度場檢測技術的研究應用現(xiàn)狀、難點和發(fā)展趨

3、勢。從聲學法燃煤鍋爐爐膛溫度場圖像重建系統(tǒng)構(gòu)成、技術特點、應用研究現(xiàn)狀、必須解決的關鍵技術問題、發(fā)展前景展望等對該技術進行了綜合評述。 2.對最小二乘法溫度場圖像重建算法和傅立葉正則化溫度場圖像重建算法進行了理論分析和仿真與實驗研究，結(jié)果表明兩種算法溫度場圖像重建精度除受聲波傳播時間測量精度和傳感器位置分布影響之外，最小二乘法溫度場圖像重建算法溫度場重建結(jié)果受測量區(qū)域小區(qū)域劃分方法、小區(qū)域數(shù)量、爐壁溫度測量精度等的影響較大，傅立

4、葉正則算法受先驗知識矩陣及正則化參數(shù)影響較大，溫度場圖像重建結(jié)果存在一定的邊緣效應。 3.研究了由于溫度梯度變化所產(chǎn)生的聲波路徑“彎曲效應”對溫度場圖像重建的影響，通過仿真和實驗在矩形溫度場測量區(qū)域上實現(xiàn)了聲波路徑“彎曲”的補償和溫度場圖像重建。通過仿真比較了各種溫度場情況下，聲波路徑“彎曲”補償前后溫度場圖像重建效果，結(jié)果表明對單峰對稱溫度場，聲波路徑“彎曲”補償前后的最大誤差，均方根誤差分別為34k、17k，1.99％、1.

5、61％；對單峰偏斜溫度場，聲波路徑“彎曲”補償前后的最大誤差，均方根誤差分別為55k、38k，2.62％、1.57％；對雙峰偏斜溫度場，聲波路徑“彎曲”補償前后的最大誤差，均方根誤差分別為40k、40k，4.34％、3.67％。當溫度梯度變化較大時，通過對聲波路徑“彎曲”的補償，可在一定程度上提高溫度場圖像的重建精度。 4.提出一種基于高斯函數(shù)與正則化方法的溫度場圖像重建算法，充分考慮火焰先驗知識在溫度場圖像重建中的作用，通過在

6、溫度場圖像重建中加入火焰先驗知識，實現(xiàn)被測溫度場的較高精度重建。通過仿真考察了該算法對不同溫度分布函數(shù)的重建效果，結(jié)果表明該算法比高斯函數(shù)溫度場重建算法具有較高精度而重建速度相近。 5.提出基于正則化方法與迭代技術的溫度場圖像重建算法。對單峰溫度分布，迭代前后溫度場圖像重建結(jié)果的均方根誤差分別為3.8％和3.7％；對單峰偏斜溫度分布迭代前后溫度場圖像重建結(jié)果的均方根誤差分別為2.1％和1.9％，對雙峰溫度分布，迭代前后溫度場圖像

7、重建結(jié)果的均方根誤差分別為4.1％和4.0％。該算法僅進行一次優(yōu)化迭代，使溫度場圖像重建質(zhì)量有一定的提高，而溫度場圖像重建速度與傅立葉正則化算法溫度場圖像重建速度相近。該算法溫度場重建質(zhì)量優(yōu)于其它算法，可望用于燃煤鍋爐爐膛二維溫度場圖像的重建。 6.設計一套溫度場圖像重建實驗系統(tǒng)。利用該實驗系統(tǒng)和上述研究結(jié)果對室溫溫度分布及燃燒火焰溫度場進行了重建實驗，實現(xiàn)了室溫溫度分布和燃燒火焰溫度場圖像的重建，驗證了所研究算法對實際被測溫度