基于数字图像处理的锅炉火焰燃烧诊断仿真研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.comNo．6陕西科技大学学报DeC．2006JOURNALOFSHAANXIUNIVERSITYOFSCIENCE＆TECHNOLOGY·85·Vo1．24文章编号：1000-5811(2006)06-0085-05基于数字图像处理的锅炉火焰燃烧诊断仿真研究张玉杰，齐忆南，田亚萍(1．陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西成阳712081I2．咸阳市公安局，陕西成阳712000)摘要：利用数字图像处理技术提取了全炉膛火焰特征量，分析了火焰特征量与火焰燃烧诊断的关系，并在MATLAB下进行了仿真研究，提出了对火

2、焰进行燃烧诊断的方法，据此判断出了炉膛火焰燃烧情况并预测了火焰的燃烧趋势。这种方法适合于中小型锅炉火焰监视，为灭火保护提供了可靠的检测信号。关键词：数字图像处理；火焰检测；燃烧诊断；火焰特征量中图分类号：TK223．7文献标识码：A0引百电站锅炉在启动点火、正常燃烧运行、熄火停止的每一个阶段，炉膛内部聚集部分爆炸性燃料，如煤粉和燃油与空气的混合物，存在着炉膛灭火和爆炸的可能性事故。对人员和设备造成威胁。现代化工业锅炉安装有炉膛灭火保护装置，它是一个燃烧火焰检测、燃烧器控制和燃料安全燃烧的监测与控制系统，其基本功能就是防止锅炉内任何部位积聚燃料及空气的

3、混合物，并贯穿在锅炉燃烧的各个阶段，以保证锅炉的安全运行。但在实际中，对不同的煤种，负荷引起的火区位置的变化难以做到自适应。在动态情况下误报、漏报现象也常有发生，给锅炉安全造成极大的威胁。尤其是分布范围广泛的中小型煤粉锅炉，安全性和经济性问题更为突出所以中小型锅炉目前迫切需要改造。工业电视已经普遍的应用到锅炉火焰监视中，运行人员可以通过它直观地观察到锅炉的燃烧状况，及时发现灭火等事故。然而，长时间观察火焰图像会造成人员的视觉疲劳，造成注意力的不集中，因此，单靠运行人员的观察是不能保证锅炉的安全运行的。为此，我们结合数字图像处理技术。设计了一套利用工业

4、电视信号进行火焰监视的方法，能适时进行火焰监视和燃烧诊断。该方法投资小，方法简单，适合于中小型锅炉火焰监视，为灭火保护提供了可靠的检测信号。1系统结构殛组成系统的结构如图1所示，由光学系统、CCD摄像机和—五计算机处理单元构成。光学系统为内窥光学潜望镜，利用CCDmm~它获取炉内火焰图像，经棱镜转向并用光纤引出后投射在一⋯⋯一⋯⋯⋯广L-]CCD摄像机靶面上为了使光学系统在炉膛内安全工作，l竺墨墨竺I采用双层套管结构，通过冷却风降温，并通过气流清洁镜图1系统结构框图头。防止积灰。光学系统安装于锅炉上部30m标高处，其视野能有效地覆盖整个炉膛断面，获得

5、全炉膛完整的火焰燃烧图像。CCD摄像机以每秒5O帧的速度采集火焰图像，并将其转换为视频信号·收稿日期：2006一l0一l1-作者简介：张玉杰(1966一)。男，陕西省武功县人，副教授，硕士，研究方向z数学图像处理及DSP的应用基金项目；陕西省教育厅专项基金项目(o5JK159)、陕西省工业攻关项目(2006K05-GI8)、陕西科技大学研究生创新研究基金项目维普资讯http://www.cqvip.com-86·陕西科技大学学报第24卷!!!!I．．II一一．——I———!I!!!!!图像采集卡将CCD摄像机输出的信号经过采样、离散化后存储在计算机内

6、。图像采集卡包括数字化高速A／D芯片、缓冲寄存器和显示逻辑等部件。采集图像时，高速A／D芯片将摄像机输出的模拟图像信号进行等时间间隔采样，并把每个采样点的模拟灰度值转换成数字信号，然后按顺序存入存储器中得到数字化图像。这样计算和处理时，计算机可经缓冲存储器对每个像素进行访问。2锅炉燃烧火焰的特点燃煤锅炉的燃烧就是把煤粉磨成细粉用空气送入炉膛中在悬浮状态下进行燃烧。为了使煤粉进入炉膛后能迅速燃烧，首先把经过预热到380~420~C的空气与煤粉混合形成一次风并经喷燃器送入锅炉内，在一次风一侧的炉体上设置了为燃烧提供足够的氧量的二次风。煤粉气流一般在喷入炉

7、内0．3～O．5m处开始着火，到1～2ITI处大部分挥发物已析出燃尽，余下的焦炭粒进入炉膛内大约10~20m后，在二次风的作用下才能燃尽。因此煤粉的燃烧过程在喷燃器出口处形成1～2m的火舌，并在炉膛中心形成大火球。从以上的分析可以看出，煤粉在炉内的燃烧表现出两个特点：(I)燃烧过程是一个剧烈的物理、化学反应，煤粉在炉内2s内已完全燃尽，燃烧中心的温度大约为1400~--1600℃，火焰产生强烈的辐射能，这些能量主要包括光能(紫外光、可见光、红外光等)、热能及声波，所有这些形态的能量将构成了检测炉膛火焰存在的依据。(2)火焰具有很强的脉动性。脉动由以下

8、几方面的原因产生，第一，由燃料的挥发份、火焰的大小以及周围热环境产生的光亮等因素决定。这种火焰辐射光强在平均