新聞中心/news
國(guó)內(nèi)外技術(shù)研究
作者： 發(fā)布時(shí)間：2017-07-25 瀏覽量：3025
日本較早地開(kāi)展了與燃燒技術(shù)相關(guān)的研究且取得大量的研究成果。 由于其國(guó)家的那保標(biāo)準(zhǔn)十分嚴(yán)格， 而使用的煤來(lái)自世界各地煤質(zhì)情況復(fù)雜 ， 因此對(duì)燃燒性能的要求就更高。 日本三菱公司開(kāi)發(fā)的第一代光學(xué)圖像火焰掃描系統(tǒng) ( OPTIS-I, 0ptical Image F1ame System)可以監(jiān)視整個(gè)爐膛的火焰燃燒狀況,清晰地現(xiàn)測(cè)到鍋爐四角燃燒形成的切圓 。 之后又開(kāi)發(fā)了其第二代產(chǎn)品 OPTIS-II, 該系統(tǒng)能夠較好地克服爐膛背景輻射和相鄰燃燒器的火焰信號(hào)干擾,可實(shí)現(xiàn)火焰形狀識(shí)別和火焰穩(wěn)定性判斷, 可為鍋爐低污染物燃燒提供有效監(jiān)控手段[26-28]。
八十年代日本的日立研究室研制了基于火焰圖像的鍋爐燃燒監(jiān)視系統(tǒng) ( FIRES Flame Image Recognition System),并在其公司的 HIACS-3000中應(yīng)用。該系統(tǒng)可計(jì)算爐膛內(nèi)火焰的溫度分布, 評(píng)價(jià)燃燒的經(jīng)濟(jì)性。 它通過(guò)計(jì)算 N0x生成區(qū)與燃燒器噴嘴之間的距離、 高溫區(qū)揮發(fā)份燃燒的濃度值和熱分解區(qū)的寬度等參數(shù), 定義了 N0x的減少指數(shù), 用該指數(shù)和化學(xué)平衡比可精確估算排氣中的 N0x含量。 用燃燒率和煙氣中剰余氧量建立了爐膛燃燒數(shù)學(xué)模型, 用來(lái)進(jìn)行UBC預(yù)測(cè)。 M.Shimoda提出了類似于比色法的火焰溫度場(chǎng)算法, 給出了多燃燒器鍋爐UBC生成的預(yù)測(cè)模型, 這対于提高鍋爐的燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率具有重要意義[29-31]。
九十年代美國(guó)的電力研究協(xié)會(huì)(EPRI, Electric Power Research Institute) 的維護(hù)與診斷中心(Maintenance andDiagnostics Center)聯(lián)合五家電力公司, 進(jìn)行了用紅外光法測(cè)量爐內(nèi)火焰及爐內(nèi)部件溫度的研究。 對(duì)燃?xì)饧?/span>燃煤爐膛進(jìn)行了紅外光譜測(cè)量, 發(fā)現(xiàn)了可用作溫度測(cè)量的高透過(guò)率光譜窗口; 開(kāi)發(fā)出了耐高溫的紅外鏡頭獲取爐內(nèi)部件的良好圖像, 總結(jié)了爐內(nèi)輻射傳遞過(guò)程, 探索了準(zhǔn)確 測(cè)量爐內(nèi)高溫過(guò)程[32-33] 。
芬蘭開(kāi)展了智能化爐般火焰檢側(cè)和數(shù)字圖像處理方面的研究, Imatran Voima0y Techno1ogy公司開(kāi)發(fā)了燃燒的數(shù)字監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)(DIl1lAC Digital Monitoring and Analysis of Combustion)。該系統(tǒng)是專門(mén)為燃煤鍋爐設(shè)計(jì)用來(lái)監(jiān)視單燃燒器火焰的, 它通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)和專門(mén)的圖像采集卡獲取火焰圖像并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)存入計(jì)算機(jī).計(jì)算機(jī)以25幀/秒的速率分折數(shù)字圖像,計(jì)算著火點(diǎn)距高、火焰的平均強(qiáng)度、區(qū)域火焰強(qiáng)度等參數(shù),并每隔一秒顯示火焰參數(shù)。該系統(tǒng)具有降低爐膛出口氧溫度,提高燃燒效率, 減少輔助燃油量的功能[10][34]。
清華大學(xué)的無(wú)占松和常寶成等開(kāi)展了電站鍋爐故障診斷和鍋爐溫度分布測(cè)量的研究。研究已數(shù)字圖像處理技術(shù)為手段，通過(guò)對(duì)火焰圖像信息的處理，推導(dǎo)出了火焰圖像中的亮度信息與火焰溫度之間的關(guān)系，獲得了火焰的溫度分布、火焰燃燒的穩(wěn)定性等多項(xiàng)式回歸模式：探討了煤粉鍋爐煙氣中NOx含量的有效估計(jì)方法及相關(guān)技術(shù)；設(shè)計(jì)了在線故障診斷平臺(tái)；開(kāi)展了非對(duì)稱火焰三維溫度場(chǎng)分布重建的研究，通過(guò)再計(jì)算中加入內(nèi)部火焰分布平滑的先驗(yàn)假設(shè)，給出了非對(duì)稱火焰的三維溫度分布測(cè)量的重構(gòu)算法[35-38]。
上海交通大學(xué)的徐偉勇、余岳峰和張銀橋等采用傳像光纖和數(shù)字圖像處理技術(shù)再電站鍋爐燃燒火焰監(jiān)測(cè)方面開(kāi)展了研究工作。用火焰亮度信號(hào)及其變化趨勢(shì)作為判斷火焰燃燒穩(wěn)定性的依據(jù)：通過(guò)火焰圖像處理的結(jié)論信號(hào)實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒過(guò)程閉環(huán)控制研究；實(shí)現(xiàn)了火焰?zhèn)尾噬@示、燃燒直方圖顯示、亮度分布顯示；提出了基于火焰封面動(dòng)態(tài)檢測(cè)的著火判據(jù)。其研究成果已投入到電站運(yùn)行中，并將火焰圖像檢測(cè)產(chǎn)生的火焰有無(wú)(ON/OFF)信號(hào)聯(lián)入到鍋爐燃燒控制系統(tǒng)(FSSS)中。于國(guó)家電力公司合作開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)第一套基于DSP和數(shù)字視頻技術(shù)的圖像火焰檢測(cè)系統(tǒng),解決了復(fù)雜判據(jù)無(wú)法實(shí)時(shí)運(yùn)行的問(wèn)題[39-44]。
華中科技大學(xué)的周懷春和樓新生等在煤粉燃燒的發(fā)光原理、光學(xué)測(cè)溫原理及鍋爐溫度場(chǎng)計(jì)算方面開(kāi)展研究工作。對(duì)燃燒火焰的顏色進(jìn)行了定量實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)色度座標(biāo)能發(fā)映煤粉濃度的變化，可以從中提取出火焰燃燒的特征信息；通過(guò)在CCD前加裝單色濾光片，獲取了火焰的單色輻射圖像；根據(jù)輻射定律獎(jiǎng)單色圖像與其中某一參考點(diǎn)的輻射強(qiáng)度進(jìn)行比較獲得圖像對(duì)溫度場(chǎng)其中參考點(diǎn)的溫度基準(zhǔn)用雙色高溫計(jì)或熱電偶測(cè)溫計(jì)獲得。在應(yīng)用中，根據(jù)所測(cè)得的爐內(nèi)溫度場(chǎng)進(jìn)行火焰燃燒狀態(tài)診斷。由于鎖獲得的二維溫度場(chǎng)圖像是三維火焰的投影，則使得參考點(diǎn)的具體位置難以確定；進(jìn)一步的工作是研究將火焰輻射圖像和燃燒過(guò)程數(shù)值模擬相結(jié)合來(lái)重建三維溫度場(chǎng)[19][45-48]。
浙江大學(xué)的衛(wèi)成業(yè)、王飛和馬增益等開(kāi)展了爐內(nèi)燃燒診斷和火焰輻射圖像處理的研究工作。建立了油及煤粉燃燒火焰、煤粉輻射特性沉降爐等試驗(yàn)系統(tǒng)；在理論分析和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，提出了一種迭代算法-------雙色校正法作為對(duì)雙色測(cè)溫法的改進(jìn)，并應(yīng)用于用面陣CCD攝像機(jī)測(cè)量高溫火焰濕度分度的系統(tǒng)中；結(jié)合火焰輻射傳遞方程，推導(dǎo)出輻射強(qiáng)度隨投影路徑衰減的控制方程，計(jì)算爐內(nèi)彌散介質(zhì)的輻射特性；網(wǎng)格化火焰斷面后，運(yùn)用代數(shù)重建技術(shù)對(duì)離散方程進(jìn)行迭代求解，并在電廠的鍋爐上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究給出了光學(xué)探測(cè)鏡頭的布置方案并介紹了數(shù)值模擬結(jié)果，為利用輻射圖像進(jìn)行燃燒監(jiān)測(cè)和計(jì)算三維溫度場(chǎng)提供兩理論基礎(chǔ)；討論的基于輻射圖像的面向全爐膛的火焰的三無(wú)為溫度場(chǎng)測(cè)量；將懲罰函數(shù)、模擬退火法以及單純形法結(jié)合起來(lái)提出了優(yōu)化重建模型；提出了系統(tǒng)的非線性物理模型，并對(duì)其作了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化以得到線性模型，借鑒袋鼠重建技術(shù)（ART)來(lái)進(jìn)行求解。同時(shí)，考慮到測(cè)量對(duì)象的一些特征，還設(shè)計(jì)了一個(gè)模糊判斷器以“篩選”出合適的解；驚醒了數(shù)值模擬計(jì)算并在油煤混燒實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行了測(cè)試[21-22][49-55]。
