《電廠鍋爐火焰綜合監(jiān)測系統(tǒng)》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、化工自動化及儀表第42卷電廠鍋爐火焰綜合監(jiān)測系統(tǒng)侯一民倫向敏(東北電力大學(xué)自動化工程學(xué)院，吉林吉林132012)摘要基于圖像技術(shù)設(shè)計電廠鍋爐火焰監(jiān)測系統(tǒng)，采集到火焰圖像后，采用三色測溫法計算圖像中各點(diǎn)的溫度，并重建溫度場，重建過程中為實(shí)現(xiàn)三色測溫法的標(biāo)定，用鎢錸熱電偶檢測實(shí)際火焰中各檢測點(diǎn)的溫度。系統(tǒng)還包括火焰有效區(qū)面積爭高溫區(qū)面積的提取、平均溫度和最高溫度的顯示功能。關(guān)鍵詞火焰監(jiān)測系統(tǒng)鍋爐溫度場標(biāo)定中圖分類號TH862+．7文獻(xiàn)標(biāo)識碼B文章編號1000-3932(2015)12．1336-04大型鍋爐是電力、化工及冶金等行業(yè)的重要設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)的安全性和經(jīng)濟(jì)

2、性對生產(chǎn)過程尤為重要。鍋爐的燃燒管理也是整個電站安全且經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。近年來，隨著數(shù)字技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，有一些學(xué)者利用數(shù)字圖像處理技術(shù)測量爐膛中的火焰溫度場等參數(shù)，并用于鍋爐的燃燒控制，王補(bǔ)宣等通過小型發(fā)光火焰溫度分布測量的研究，建立了圖像亮度信號與火焰溫度間的關(guān)系，經(jīng)黑體爐標(biāo)定獲得了多項(xiàng)式回歸模型，在國內(nèi)火焰圖像處理領(lǐng)域開創(chuàng)了先河?，但其精度不高，僅能建立比較稀疏的等溫線；姜志偉等在圖像控制器前加裝單色濾光片，獲取了火焰的單色輻射圖像，并根據(jù)輻射定律，將單色圖像與其中某一參考點(diǎn)的輻射強(qiáng)度進(jìn)行比較建立溫度場，其參考點(diǎn)用雙色高溫計或熱電偶測溫獲得心3；諶貴輝

3、等設(shè)計了一種鍋爐安全監(jiān)測專家系統(tǒng)，其中涉及到火焰圖像的溫度場建立，但并未針對溫度場的計算展開詳細(xì)論述‘引。筆者針對電力鍋爐設(shè)計其火焰監(jiān)測系統(tǒng)，包括鍋爐火焰的多種參數(shù)檢測，以及基于三色測溫法的圖像溫度場的建立。1測溫基本原理和方法1．1熱輻射測溫原理熱輻射原理是可見光測溫的依據(jù)。一切溫度高于絕對零度的物體都能發(fā)射出電磁波，從而產(chǎn)生熱輻射。根據(jù)普朗克定律和維恩位移定律，當(dāng)物體的輻射波長很小時，非黑體的輻射亮度和波長之間的關(guān)系可以用維恩公式表示為H1：Lcr，=÷FcA，r，÷exp(齋)㈩式中C。——第一輻射常數(shù)；c：——第二輻射常數(shù)；r——物體的溫度；A——物體的

4、輻射波長；占(A，T)——非黑體的發(fā)射率。可以看出，輻射體的光譜輻射亮度是波長和溫度的函數(shù)。根據(jù)黑體和輻射理論，各種輻射能可以按照其電磁波的波長或頻率排列。波長在40～100nm的電磁波(包括可見光和紅外線短波部分)的熱效應(yīng)最顯著，這個范圍內(nèi)的電磁波稱為熱射線或熱輻射。因此，輻射能可以表示輻射源發(fā)出的電磁波的能量，也可以表示被輻射表面接收到的電磁波的能量。電廠煤粉鍋爐的爐膛火焰溫度測量工作可以基于黑體輻射理論展開，結(jié)合輻射理論，經(jīng)過一系列的分析和計算，得到的結(jié)論是：當(dāng)空間溫度發(fā)生較小的變化時，可以引起輻射的較大變化。因此，根據(jù)輻射度，能夠反推出溫度的變化，進(jìn)而測

5、量某些點(diǎn)的溫度。1．2三色測溫法火焰溫度場是能夠直接體現(xiàn)燃燒情況的數(shù)據(jù)組收稿日期：2015．10．11(修改稿)基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(60662003)；吉林省“十二五”科研規(guī)劃項(xiàng)目([2011]80)；吉林市科技計劃項(xiàng)Ifl(201362507)第12期侯一民等．電廠鍋爐火焰綜合監(jiān)測系統(tǒng)合，目前能夠獲取的是火焰的圖像數(shù)據(jù)。又由于物體的輻射與其光譜分布有直接關(guān)系，因此可以通過火焰圖像處理分析火焰光譜得到其輻射度，進(jìn)而計算溫度，即根據(jù)基色輻射模型確定溫度值”。。通過計算整個視野范圍內(nèi)的光譜分布，可以計算相應(yīng)空間內(nèi)的溫度分布，建立溫度場。再經(jīng)過簡化和修

6、正，能夠較為準(zhǔn)確地顯示出視野內(nèi)的溫度分布情況。利用三色測溫法進(jìn)行溫度測定，是通過火焰3個波長的相對輻射信號實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)式(1)，R、G、B單色輻射的亮度的計算式分別為：，^r(恥上'IT砌∥)丟唧(岳)(2)，^g㈩』'IT小，，和(§)㈩kc恥÷砌。，r，丟唧(品)c4，若選取兩個波長A，和A。的輻射圖像進(jìn)行Lt卜蒜禹㈣卜硪泰藥@’r：：蘭：【圭：圭：圭11，n!!蘭群+5-nI[AAr。A：b／T)(A。，)2＼A。2／(6)基于式(6)，根據(jù)由彩色CCD攝像機(jī)攝取的火焰圖像溫度場中某一點(diǎn)像素灰度值(R、G、B)的分量，并引入適當(dāng)?shù)膸捄突倚约僭O(shè)補(bǔ)償修正，即

7、可測得對應(yīng)點(diǎn)的溫度值，進(jìn)而建立溫度場。2火焰圖像的特征提取獲取了火焰溫度場，還不能直接作為火焰燃燒控制的依據(jù)，溫度場的視圖效果僅能給操作人員提供火焰燃燒是否安全、正常和穩(wěn)定的定性依據(jù)，在視覺上完成火焰燃燒過程的處理任務(wù)，對于計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)還需要定量的數(shù)值加以描述，火焰圖像本身還有較多的有效特征需要呈現(xiàn)。由于火焰圖像中的每一個像素點(diǎn)(并i，乃)都對應(yīng)一個溫度值t(并i，乃)，那么火焰圖像溫度分布可以用矩陣r表示：T=[￡(x．，，，，)]。．，(7)x、y分別表示火焰圖像中水平和垂直方向上像素的值。根據(jù)火焰溫度場的分布設(shè)定有效區(qū)域溫度的閾值丁¨那么有效區(qū)域的面積s

8、，定義為：s，=三∑叭￡