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(yīng)用.pdf

1、潔凈燃燒技術(shù)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(shù)正是由于其高效率、低污染以及煤種適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)而越來越受到人們的重視，是目前清潔高效燃燒技術(shù)中一項(xiàng)較為成熟的技術(shù)。電站鍋爐燃燒的基本要求是爐膛內(nèi)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(shù)對于電站鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著極為重要的意義。
　　 優(yōu)化爐內(nèi)燃燒工況，最重要的環(huán)節(jié)是對燃燒實(shí)施準(zhǔn)確的檢測，并在此基礎(chǔ)上建立燃燒診斷和優(yōu)化運(yùn)行系統(tǒng)。對于循環(huán)流化床鍋爐

2、來說，床內(nèi)溫度和床層高度是兩個(gè)直接影響其連續(xù)安全運(yùn)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(shù)的流化床燃燒在線檢測系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測床內(nèi)火焰溫度和黑度信息。同時(shí)，基于圖像處理技術(shù)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對循環(huán)流化床床高的檢測進(jìn)行了模擬研究，并提出了一種循環(huán)流化床鍋爐吸熱量預(yù)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(shè)計(jì)以及系統(tǒng)調(diào)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(nèi)火焰輻射圖像，進(jìn)而在圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)上檢測出火焰溫度和黑度并將其可視化顯示出來，為機(jī)組運(yùn)行人員進(jìn)行燃燒調(diào)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(shù)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(shè)的前提下通過黑體爐標(biāo)定得到溫度與任意兩基色比值（本文選取紅綠兩基色）的關(guān)系，以及黑體三基色值（本文選取紅色）與溫度的關(guān)系，因此當(dāng)知道

4、檢測對象的兩基色比值后就可計(jì)算出對象的溫度，進(jìn)而得到其黑度。相對于傳統(tǒng)的雙色法，本方法不需要構(gòu)建復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)以獲得兩個(gè)波長下火焰的單色輻射強(qiáng)度，也不需要知道彩色CCD攝像機(jī)的三基色代表性波長。在一臺480t/h循環(huán)流化床鍋爐上進(jìn)行的工業(yè)試驗(yàn)表明，通過該方法檢測得到的火焰溫度和黑度與實(shí)際爐內(nèi)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(jié)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(yīng)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(nèi)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(jìn)行了模擬計(jì)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(guān)系，很難用數(shù)學(xué)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(luò)技術(shù)來進(jìn)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(nèi)火焰黑度沿床高的分布，進(jìn)而由已經(jīng)訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行了模

6、擬研究，以考察其可行性和收斂性。模擬研究結(jié)果表明，當(dāng)床內(nèi)的光學(xué)厚度不大時(shí)可獲得較好的檢測結(jié)果，而當(dāng)光學(xué)厚度大到一定程度后，檢測結(jié)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(jià)值。
　　
　　 最后在前人所做的循環(huán)流化床傳熱計(jì)算的基礎(chǔ)上結(jié)合圖像處理技術(shù)，提出了一種循環(huán)流化床工質(zhì)吸熱量在線預(yù)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(yù)測出鍋爐工質(zhì)的吸熱量。驗(yàn)證結(jié)果