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国内外技术研究
作者： 发布时间：2017-07-25 浏览量：2934
日本较早地开展了与燃烧技术相关的研究且取得大量的研究成果。 由于其国家的那保标准十分严格， 而使用的煤来自世界各地煤质情况复杂 ， 因此对燃烧性能的要求就更高。 日本三菱公司开发的第一代光学图像火焰扫描系统 ( OPTIS-I, 0ptical Image F1ame System)可以监视整个炉膛的火焰燃烧状况,清晰地现测到锅炉四角燃烧形成的切圆 。 之后又开发了其第二代产品 OPTIS-II, 该系统能够较好地克服炉膛背景辐射和相邻燃烧器的火焰信号干扰,可实现火焰形状识别和火焰稳定性判断, 可为锅炉低污染物燃烧提供有效监控手段[26-28]。
八十年代日本的日立研究室研制了基于火焰图像的锅炉燃烧监视系统 ( FIRES Flame Image Recognition System),并在其公司的 HIACS-3000中应用。该系统可计算炉膛内火焰的温度分布, 评价燃烧的经济性。 它通过计算 N0x生成区与燃烧器喷嘴之间的距离、 高温区挥发份燃烧的浓度值和热分解区的宽度等参数, 定义了 N0x的减少指数, 用该指数和化学平衡比可精确估算排气中的 N0x含量。 用燃烧率和烟气中剰余氧量建立了炉膛燃烧数学模型, 用来进行UBC预测。 M.Shimoda提出了类似于比色法的火焰温度场算法, 给出了多燃烧器锅炉UBC生成的预测模型, 这対于提高锅炉的燃烧稳定性和燃烧效率具有重要意义[29-31]。
九十年代美国的电力研究协会(EPRI, Electric Power Research Institute) 的维护与诊断中心(Maintenance andDiagnostics Center)联合五家电力公司, 进行了用红外光法测量炉内火焰及炉内部件温度的研究。 对燃气及燃煤炉膛进行了红外光谱测量, 发现了可用作温度测量的高透过率光谱窗口; 开发出了耐高温的红外镜头获取炉内部件的良好图像, 总结了炉内辐射传递过程, 探索了准确 测量炉内高温过程[32-33] 。
芬兰开展了智能化炉般火焰检側和数字图像处理方面的研究, Imatran Voima0y Techno1ogy公司开发了燃烧的数字监测分析系统(DIl1lAC Digital Monitoring and Analysis of Combustion)。该系统是专门为燃煤锅炉设计用来监视单燃烧器火焰的, 它通过光学系统和专门的图像采集卡获取火焰图像并转换成数字信号存入计算机.计算机以25帧/秒的速率分折数字图像,计算着火点距高、火焰的平均强度、区域火焰强度等参数,并每隔一秒显示火焰参数。该系统具有降低炉膛出口氧温度,提高燃烧效率, 减少辅助燃油量的功能[10][34]。
清华大学的无占松和常宝成等开展了电站锅炉故障诊断和锅炉温度分布测量的研究。研究已数字图像处理技术为手段，通过对火焰图像信息的处理，推导出了火焰图像中的亮度信息与火焰温度之间的关系，获得了火焰的温度分布、火焰燃烧的稳定性等多项式回归模式：探讨了煤粉锅炉烟气中NOx含量的有效估计方法及相关技术；设计了在线故障诊断平台；开展了非对称火焰三维温度场分布重建的研究，通过再计算中加入内部火焰分布平滑的先验假设，给出了非对称火焰的三维温度分布测量的重构算法[35-38]。
上海交通大学的徐伟勇、余岳峰和张银桥等采用传像光纤和数字图像处理技术再电站锅炉燃烧火焰监测方面开展了研究工作。用火焰亮度信号及其变化趋势作为判断火焰燃烧稳定性的依据：通过火焰图像处理的结论信号实现锅炉燃烧过程闭环控制研究；实现了火焰伪彩色显示、燃烧直方图显示、亮度分布显示；提出了基于火焰封面动态检测的着火判据。其研究成果已投入到电站运行中，并将火焰图像检测产生的火焰有无(ON/OFF)信号联入到锅炉燃烧控制系统(FSSS)中。于国家电力公司合作开发了国内第一套基于DSP和数字视频技术的图像火焰检测系统,解决了复杂判据无法实时运行的问题[39-44]。
华中科技大学的周怀春和楼新生等在煤粉燃烧的发光原理、光学测温原理及锅炉温度场计算方面开展研究工作。对燃烧火焰的颜色进行了定量实验研究，发现色度座标能发映煤粉浓度的变化，可以从中提取出火焰燃烧的特征信息；通过在CCD前加装单色滤光片，获取了火焰的单色辐射图像；根据辐射定律奖单色图像与其中某一参考点的辐射强度进行比较获得图像对温度场其中参考点的温度基准用双色高温计或热电偶测温计获得。在应用中，根据所测得的炉内温度场进行火焰燃烧状态诊断。由于锁获得的二维温度场图像是三维火焰的投影，则使得参考点的具体位置难以确定；进一步的工作是研究将火焰辐射图像和燃烧过程数值模拟相结合来重建三维温度场[19][45-48]。
浙江大学的卫成业、王飞和马增益等开展了炉内燃烧诊断和火焰辐射图像处理的研究工作。建立了油及煤粉燃烧火焰、煤粉辐射特性沉降炉等试验系统；在理论分析和试验研究的基础上，提出了一种迭代算法-------双色校正法作为对双色测温法的改进，并应用于用面阵CCD摄像机测量高温火焰湿度分度的系统中；结合火焰辐射传递方程，推导出辐射强度随投影路径衰减的控制方程，计算炉内弥散介质的辐射特性；网格化火焰断面后，运用代数重建技术对离散方程进行迭代求解，并在电厂的锅炉上进行了实验研究。研究给出了光学探测镜头的布置方案并介绍了数值模拟结果，为利用辐射图像进行燃烧监测和计算三维温度场提供两理论基础；讨论的基于辐射图像的面向全炉膛的火焰的三无为温度场测量；将惩罚函数、模拟退火法以及单纯形法结合起来提出了优化重建模型；提出了系统的非线性物理模型，并对其作了适当的简化以得到线性模型，借鉴袋鼠重建技术（ART)来进行求解。同时，考虑到测量对象的一些特征，还设计了一个模糊判断器以“筛选”出合适的解；惊醒了数值模拟计算并在油煤混烧实验系统上进行了测试[21-22][49-55]。
