典型炉膛火焰图像燃烧模式识别与应用黄勇理1,林诗庄2,陈前明2,刚1陈(11华中科技大学能源与动力工程学院,湖北武汉430074,21沙角C电厂,广东东莞523908)ResearchofCombustionPatternRecognitionandApplicationforTypicalFurnaceFlameImages(11HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China;21ShajiaoCPowerPlant,Dongguan523908,China)Abstract:ThefullfurnaceflameTVequipmentisintroducedthatmakestheoperatorsobserveflameimagesdirectlytodistin2guishthecurrentcombustionstatusbyflameappearancesinpow2erstations.Thispaperstudiestheflamepatternsofafour2cornertangential2firedfurnacewidelyused.Severalpatternparametersreflectingactualcombustionstatesareproposed.Combustionmonitoringandcontrolmethodsbasedontheflamepatternrecog2nitiontechnologyarediscussed.Keywords:flamemonitoring;imageprocessing;patternrecog2nition;combustioncontrol摘要:电站锅炉采用看火电视直接观察炉膛火焰图像,从火焰表面特征判断当前锅炉燃烧状态。对典型的四角切圆燃烧锅炉的火焰特征进行研究,提出若干反映实时燃烧状态的特征参数和模式识别措施,为图像处理设备从火焰图像识别火焰偏心和贴边等重要运行工况提供了定量的判别依据,并探征的研究具有典型意义。近年来国内外兴起的炉膛火焰辐射参数和温度分布可视化技术的研究1,2,逐渐为火焰图像模式识别技术建立了理论和实验基础。本文通过对四角切圆燃烧锅炉的运行原理以及炉膛火焰形成特点的研究,提出了几种用于分析火焰模式特征的状态参数,探讨了依靠火焰图像处理和模式识别技术将火焰状态监视和燃烧过程控制相结合的技术途径。1炉膛火焰模式定义四角切圆燃烧锅炉采用直流燃烧器,一般布置在炉膛四角呈对称角布局。燃烧器出口喷射出的风煤混合射流几何中心轴线指向位于炉膛中心的假想圆的切线方向。燃烧时因炉内煤粉颗粒和烟气的粘滞性较大,在炉内燃烧区域形成高温旋转的气固两相流,并在引风负压的作用下汇集形成一个上升的燃烧火焰旋转流场,以提高燃料和空气的混合几率,增加燃料颗粒在炉膛内飞行的距离,达到使燃料充分高效稳定地燃烧,使炉膛辐射和壁面温度分布均匀的目的。如图1(a)、(b)所示。可以想象,炉膛燃烧区域基本上处于这个旋转的火焰流场之中,其高温高亮度区域是燃烧较为强烈和集中的主要燃烧区。主要燃烧区外廓近似形成一个广义的圆柱体。根据目前四角切圆燃烧方式锅炉设计思想,理想情况下炉膛内有效燃烧区的旋转流场应该形成一个直径相同、轴线垂直的圆柱体。中图分类号:TK16文献标识码:A引言电站锅炉采用全炉膛看火电视从火焰的实时图像直观地从一些表面特征观察当前的燃烧状态,使锅炉系统运行获得较高的安全稳定性能保障。实际上,借助模式识别技术可将炉膛熄火、火焰中心偏移和贴边等重要的运行工况纳入自动化监控范围。四角切圆燃烧方式是电站锅炉普遍采用的一种性能较优的燃烧运行方式,对这类锅炉燃烧火焰模式特收稿日期:2003210223;修订日期:2003211211·36·电力科学与工程2004它既要充分利用炉膛空间,保证燃料颗粒在炉膛中获得足够长的运动路程,使不同大小的颗粒充分燃烧获得较优的燃烬度;也要使柱体表面与炉膛壁面保持适当距离,减少壁面堆灰或结渣。事实上,切圆中心和切圆半径基本上依靠理论计算和经验确定,很难较好地反映受到多方面因素影响的实际运行情况,不可避免地存在着许多难以预知的干扰和变化,甚至为了减轻火焰贴边状况还人为地送入反切的安装位置既受到锅炉结构、燃烧方式的限制,也受到火焰探测器的物理性能和工作条件的限制。单台火焰探测器通常安装于炉膛上侧角或侧面。如图2(a)所示。为了分析计算炉内三维燃烧特性,需要选择多点监测方式,从不同的侧面、不同的横断面和不同的监视角度获得炉膛火焰图像。几种具有代表性的安装位置如图2(b)所示。显然,必须综合不同观测位置的图像进行坐标变换和图形矫正等一系列预处理4。风3圆,。因此旋转流场水平横截面边界不一定是理想柱体的本征直径也难保持一致,其中心轴线也不可能是一条理想的垂直线。分析四角切圆燃烧过程,我们将反映炉膛内旋...