基于數(shù)字成像的單顆粒燃料燃燒特性研究與爐膛火焰監(jiān)測.pdf

1、固體燃料為全球最主要的能量來源，其儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉，且由于未來可再生能源成本可能較高，這種局勢將會(huì)持續(xù)較長的時(shí)間。近年來，環(huán)境問題受到了全球的高度關(guān)注，提高燃料燃燒效率、有效控制污染物排放是目前改善環(huán)境問題的有效途徑。為了提高燃燒效率、控制污染，在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上對(duì)燃料燃燒行為特性進(jìn)行更深入的研究以及對(duì)爐膛火焰的監(jiān)測均必不可少。
　　單顆粒燃料燃燒行為特性的研究實(shí)驗(yàn)易于實(shí)現(xiàn)，理論易于解釋，是深入了解燃料氣流燃燒的基礎(chǔ)，研究單顆粒燃

2、料燃燒有助于燃燒器的優(yōu)化設(shè)計(jì)和燃燒的控制，因此，本文首先對(duì)單顆粒燃料燃燒行為特性進(jìn)行研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)提出基于高速成像和數(shù)字圖像處理的單顆粒燃料燃燒行為特性研究方法，對(duì)單顆粒燃料燃燒圖像進(jìn)行采集，并采用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)采集到的顆粒燃燒圖像進(jìn)行處理，根據(jù)顆粒的性質(zhì)，對(duì)單顆粒燃料的重要參數(shù)（大小、形狀、旋轉(zhuǎn)特性和亮度特征）進(jìn)行定義并計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單顆粒燃料燃燒行為的描述。
　　(2)將所提出的單顆粒燃料燃燒

3、行為特性研究方法應(yīng)用于不同粒度的單煤粉顆粒（粒度分別為106-150μm和150-212μm）和棕櫚核(Palm kernel expeller，PKE)生物質(zhì)顆粒（粒度分別為75-125μm和125-150μm）燃燒行為特性的研究中，分別研究了其在燃燒過程中的揮發(fā)分燃燒和焦炭/固定碳燃燒特性并對(duì)煤粉顆粒燃燒行為特性和生物質(zhì)顆粒燃燒進(jìn)行了對(duì)比。
　　在實(shí)際燃燒過程中，燃料以燃料氣流的形式送入爐膛并進(jìn)行燃燒，單顆粒燃料燃燒行為特性研

4、究有助于更深入的認(rèn)識(shí)燃燒，但無法替代實(shí)際燃燒過程。為了有效的控制燃燒、降低排放，對(duì)實(shí)際燃燒過程的了解和爐膛火焰的實(shí)時(shí)監(jiān)測十分必要，因此，本文下半部分針對(duì)于爐膛火焰特性和其過程監(jiān)測展開研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)受爐膛背景及燃燒工況的影響，難以在保證圖像分割速度的同時(shí)具有較高的分割準(zhǔn)確度。為了提高火焰圖像分割的質(zhì)量和速度，本文提出一種基于多尺度顏色特征和小波紋理特征的無監(jiān)督火焰圖像分割技術(shù)。這種無監(jiān)督火焰圖像分割技術(shù)結(jié)合了火

5、焰的顏色特征和紋理特征，在多尺度空間對(duì)火焰圖像進(jìn)行分割，從而實(shí)現(xiàn)在保證分割準(zhǔn)確度的同時(shí)保持較快的速度。將所提出的火焰圖像分割算法與其他圖像分割算法對(duì)含有高斯噪聲、椒鹽噪聲的火焰圖像分割性能和分割效率進(jìn)行了對(duì)比。
　　(2)利用數(shù)字圖像處理技術(shù)研究了湍流火焰的熱混合層分形特性。根據(jù)湍流火焰的特性，采用數(shù)字圖像采集系統(tǒng)在煤粉燃燒實(shí)驗(yàn)鍋爐中采集湍流火焰圖像，利用形態(tài)學(xué)圖像處理技術(shù)提取火焰熱混合層的分形特征，研究了不同一次風(fēng)量、二次風(fēng)/三

6、次風(fēng)對(duì)湍流火焰熱混合層分形特性的影響。
　　(3)針對(duì)于現(xiàn)有基于圖像處理的燃燒過程監(jiān)測方法僅適用于單個(gè)燃燒工況的缺點(diǎn)，提出了一種基于主元分析-隨機(jī)權(quán)網(wǎng)絡(luò)(Principal component analysis-randomweight network，PCA-RWN)的多工況燃燒過程監(jiān)測方法。提取火焰圖像的顏色特征和紋理特征，采用PCA對(duì)特征進(jìn)行降維處理并采用RWN對(duì)當(dāng)前燃燒工況進(jìn)行識(shí)別，最后采用Hotelling T2和平方預(yù)