文档介绍：绪论
90年代后,随着计算机图像处理技术的发展,D与计算机图像处理相结合的技术是炉膛火焰监测系统中较为热门的研究方向之一。锅炉燃烧的基本要求是在炉膛内建立并维持稳定、均匀的燃烧火焰。燃烧火焰是表征燃烧状态稳定与否最直接的反映。燃烧调整不好或者燃烧不稳定会导致锅炉热效率下降,产生更多的污染物、噪声等,在极端情况下可能引起锅炉炉膛灭火,甚至诱发炉膛爆炸造成事故。为了预防潜在的危险,必须进行切实有效的燃烧诊断和火焰监测。因此,安全、可靠的燃烧诊断技术成为锅炉安全运行的重要条件和基本要求。
锅炉的安全运行在很大程度上取决于燃烧的稳定性,煤粉锅炉要求在炉膛内组织稳定、均匀的火焰,保证强烈充分的燃烧,防止引发炉膛爆燃事故。对于煤粉炉,燃料在炉膛内悬浮燃烧,它的工况是极不稳定的脉动燃烧,炉内的温度场分布也不均匀。如果燃烧不稳定,产生脉动和火焰内动易引起炉膛压力不稳,造成炉墙损坏。如果炉内温度场不均匀,造成炉膛温度场的偏移,离火焰中心近的水冷壁过热或结焦,容易引起热应力过高造成爆管,而离火焰中心远的水冷壁管则由于加热不足破坏锅炉水循环平衡,金属热应力增加,锅炉寿命减少。如果炉内温度场不均匀,低温煤粉得不到充分燃烧,效率降低,还影响过热器的工作。因此,迫切需要实时监控燃烧过程,加强对燃烧过程的判断、预测和诊断。
大中型锅炉都配备炉膛安全监控装置,即FSSS(Furnace Safeguard Supervisory System),其最重要的组成部分是火焰安全监控系统。对大型燃煤锅炉而言,锅炉燃烧工况的组织和监控对电厂运行的可靠性、安全性和经济性有较大的影响。锅炉的安全运行在很大程度上取决于燃烧的稳定性,煤粉锅炉要求在炉膛内组织稳定、均匀的火焰,保证强烈充分的燃烧,防止引发炉膛爆燃事故。对于煤粉炉,燃料在炉膛内悬浮燃烧,它的工况是极不稳定的脉动燃烧,炉内的温度场分布也不均匀。如果燃烧不稳定,产生脉动和火焰内动易引起炉膛压力不稳,造成炉墙损坏。如果炉内温度场不均匀,造成炉膛温度场的偏移,离火焰中心近的水冷壁过热或结焦,容易引起热应力过高造成爆管,而离火焰中心远的水冷壁管则由于加热不足破坏锅炉水循环平衡,金属热应力增加,锅炉寿命减少。如果炉内温度场不均匀,低温煤粉得不到充分燃烧,效率降低,还影响过热器的工作。因此,迫切需要实时监控燃烧过程,加强对燃烧过程的判断、预测和诊断。
为了提高对火力发电厂的认识,为了增强对火焰图像传感器的认识,故选择《电厂锅炉火焰安全检测系统设计》课题进行研究。本研究课题采用先进的传像光纤,运用计算机技术、数字图像处理原理和燃烧理论实现煤粉燃烧器火焰图像信号分析,准确地发出单火焰燃烧器有无火的On/Off信号,并能够实时显示火焰图像燃烧情况,对锅炉燃烧的经济性和稳定性具有重要的意义。
国内外情况
目前国内在锅炉火焰安全监控设计方面主要侧重于软件方面的设计来提高锅炉火焰监控的可靠性、安全性,如小波分析、模糊控制、模式识别、频谱分析等,特点是:基于计算机的软件处理速度快,但现场安装不方便;而国外主要侧重于硬件的设计,如采用专用的DSP控制器、ARM单片机、硬件电路设计、开发并集成摄像头等,在图像处理方面用硬件电路来检波、滤波,并用处理芯片来对锅炉的火焰进行控制,特定是:硬件设计难,控制方便。目前国内外大量应用检测可见光与红外光、可见光与红外光和紫外光、声学法、图像法等来监控锅炉火焰以提高火焰检测的可靠性、安全性。
国内这方面的研究起步较晚,典型的例子是上海交大和重庆大学等单位分别对此进行了研究。
(1)上海交大的徐伟勇、孙江等用三色波长光谱测量法和温度分段线性化的方法来计算火焰温度为火焰温度分布的确定提出了较准确的方法。还研制了一套图像火焰检测系统,能实现火焰伪彩色显示,燃烧直方图显示,亮度分布及亮度历史记录和变化趋势,输出燃烧器“有”、“无”的开关量信号等。
(2)上海交大的赵铁成等提出了基于火焰锋面动态检测的着火判据,并与国家电力公司合作开发了基于DSP和数字视频技术的火焰检测系统,解决了复杂判据无法实时运行的。
(3)重庆大学的良熹利用现代谱估计、神经网络模式识别等现代检测技术,对提高火焰的分辨能力和识别能力分别作了探讨,并根据讨论的结果,以HHG-98红外动态火焰检测器为基础,建立了一套具有自适应、自学习能力的新型火焰检测设备。
(4)国内一些企业也做了相关的研究,并研发出了炉膛火焰检测设备,例如常州远泰电子有限公司的SG-GJ拐角内窥式炉膛火焰电视设备,如图1-1所示。
图1-1 SG-GJ拐角内窥式炉膛火焰电视设备
SG-GJ拐角内窥式炉膛火焰电视监控设备主要适用于电厂燃烧炉、垃圾燃烧炉、钢厂