為了對(duì)鍋爐燃燒狀況進(jìn)行更為有效的監(jiān)測(cè)、診斷和控制，在姚孟發(fā)電有限公司2號(hào)爐（雙爐膛直流鍋爐）實(shí)現(xiàn)了對(duì)爐膛燃燒三維溫度場(chǎng)、壁面輻射熱流、爐膛容積熱負(fù)荷和斷面熱負(fù)荷等分布的可視化實(shí)時(shí)監(jiān)視和診斷，以提高鍋爐效率。
1、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件配置
    鍋爐三維溫度場(chǎng)可視化監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過16個(gè)CCD火焰探頭獲得爐膛火焰的燃燒信息，經(jīng)過視頻分割器和計(jì)算機(jī)圖像處理以及相關(guān)的溫度重建算法進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)時(shí)計(jì)算爐膛火焰的三維溫度分布，并動(dòng)態(tài)顯示火焰中心的位置偏移狀況。16個(gè)CCD火焰探頭分4層布置在雙爐膛的四角附近，每層4個(gè)，兩層之間間距為(3～5)m，鏡頭俯視爐膛，其視角范圍為上下、左右各100。的棱錐形區(qū)域。視角中心線位于正方體垂直對(duì)角面上，均向下傾斜45°。16個(gè)CCD火焰探頭從不同層面觀測(cè)爐膛，得到16幅火焰畫面經(jīng)過視頻分隔器合成為一幅圖像，輸人工控機(jī)的圖像采集卡中。合成的火焰圖像根據(jù)軟件的重建算法實(shí)時(shí)計(jì)算出爐膛三維溫度場(chǎng)。系統(tǒng)可視化站主要用作三維溫度場(chǎng)計(jì)算，采集站負(fù)責(zé)與DCS相互通訊，并給出燃燒診斷和報(bào)警信號(hào)。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
    系統(tǒng)包括火焰檢測(cè)、控制柜等，主要硬件配置見表l。
1.2軟件構(gòu)成
    軟件模塊包括：火焰圖像采集模塊、溫度場(chǎng)計(jì)算及顯示模塊、通訊模塊、燃燒診斷與控制模塊。通訊模塊又包括基于TCP／IP的WinSock網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、硬接線通訊模塊、基于Modbus協(xié)議的串口通訊模塊等�；鹧鎴D像采集模塊實(shí)時(shí)獲取爐膛燃燒火焰圖像數(shù)據(jù)，溫度場(chǎng)計(jì)算及顯示模塊對(duì)火焰圖像進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)計(jì)算爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)并在彩色CRT上顯示溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果。WinSock網(wǎng)絡(luò)通訊模塊負(fù)責(zé)2臺(tái)工作站的數(shù)據(jù)通訊，將可視化站作為服務(wù)器端，采集站作為客戶端，可視化站完成三維溫度場(chǎng)計(jì)算后實(shí)時(shí)將計(jì)算結(jié)果通過光纖傳給采集站。硬接線通訊模塊發(fā)送兩路爐膛輻射能信號(hào)到DCS參與機(jī)組燃燒控制調(diào)節(jié)，同時(shí)從DCS接收實(shí)發(fā)功率、爐膛負(fù)壓、給水流量等少量熱工參數(shù)（周期均為1 s）�；�于Modbus協(xié)議的串口通訊模塊將三維溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)發(fā)給DCS并從DCS接收較多的熱工參數(shù)。三維溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)包括甲、乙爐膛最高溫度值及其坐標(biāo)值（X、y、Z方向），甲、乙爐膛各5層平均溫度值及各層最高溫度對(duì)應(yīng)的X、y坐標(biāo)值等；熱工參數(shù)包括8個(gè)角二次風(fēng)總風(fēng)門開度，各層各角周界風(fēng)開度、32臺(tái)給粉機(jī)轉(zhuǎn)速、各層各角一次風(fēng)粉壓力等共192個(gè)參數(shù)點(diǎn)。因?yàn)橥ㄓ崝?shù)據(jù)量比較多，采樣周期為5s。燃燒診斷和控制模塊結(jié)合爐內(nèi)燃燒溫度場(chǎng)及DCS傳來的熱工參數(shù)等信息，對(duì)爐內(nèi)燃燒工況進(jìn)行診斷，給出甲、乙爐膛火焰圖像異常，輻射熱過強(qiáng)、過弱，火焰中心偏低、偏高，滅火預(yù)警，火焰刷墻等報(bào)警信息并傳給DCS。
2、系統(tǒng)運(yùn)行
    火焰探頭經(jīng)過冷態(tài)檢測(cè)、快門設(shè)定、靶面調(diào)整及黑體爐標(biāo)定后，實(shí)際運(yùn)行獲取的不同負(fù)荷下的火焰圖象見圖2。
    從圖2中可以看出，隨著負(fù)荷的增加，圖像逐漸變亮，圖像本身的特性如紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)值及灰度值都呈有規(guī)律的變化。由于煤的灰熔點(diǎn)及燃燒工況的變化，在實(shí)際投運(yùn)中采集的圖像局部有結(jié)焦現(xiàn)象，為此針對(duì)結(jié)焦區(qū)域編制了專用的除焦算法。基于圖像信息本身的分析和處理，得到了爐內(nèi)燃燒三維溫度場(chǎng)和爐膛總輻射能。構(gòu)建出的爐膛實(shí)時(shí)三維溫度場(chǎng)見圖3。
    從重建出的爐膛可視化結(jié)果可以看出：(1)爐內(nèi)的溫度范圍為(1 200～1 800)K左右；(2)爐膛上部及爐膛出口區(qū)域的溫度較低，爐膛中部燃燒器區(qū)域的溫度較高；(3)甲、乙爐膛都能形成單峰分布的火焰溫度場(chǎng)，靠近中間水冷壁的溫度較高。
    爐膛壁面熱流顯示、火焰中心沿高度分析、火焰中心相對(duì)位置分別見圖4、圖5、圖6。
3、爐內(nèi)燃燒工況與輻射能信號(hào)相關(guān)性試驗(yàn)
    根據(jù)維恩輻射定律及比色測(cè)溫原理，得到火焰圖像平均溫度：
    由圖7可知，輻射能信號(hào)對(duì)各參數(shù)的變化很靈敏，實(shí)時(shí)快速地反應(yīng)了爐內(nèi)燃燒工況的變化。在其它參數(shù)保持不變的情況下，降低氧量輻射能增加，增加氧量輻射能減少。在機(jī)組300 MW負(fù)荷下的鍋爐變氧量試驗(yàn)中，當(dāng)總風(fēng)量變化8.5%左右時(shí)，爐內(nèi)A、B側(cè)輻射能變化6. 3%左右；在機(jī)組250 MW變氧量試驗(yàn)中，當(dāng)總風(fēng)量進(jìn)行同等幅度變化時(shí)，爐內(nèi)A、B側(cè)輻射能變化7.8%左右。
4、結(jié)  論
    在姚孟發(fā)電有限公司2號(hào)爐上實(shí)現(xiàn)了燃燒三維溫度場(chǎng)及相關(guān)熱力參數(shù)等分布的實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控、診斷，優(yōu)化了鍋爐燃燒。利用三維燃燒溫度場(chǎng)可視化信息計(jì)算出的爐膛燃燒總輻射能信號(hào)，能快速、準(zhǔn)確反映爐內(nèi)燃燒狀況，并與鍋爐的主要運(yùn)行參數(shù)有顯著的相關(guān)性。以爐膛輻射能信號(hào)作為前饋的機(jī)組相關(guān)控制（主蒸汽溫控制、煤水比控制、氧量尋優(yōu)控制、機(jī)組協(xié)調(diào)控制等）是可行的。輻射能信號(hào)作為調(diào)節(jié)信號(hào)引入直流鍋爐控制中，可以提高機(jī)組主要參數(shù)的調(diào)節(jié)品質(zhì)及其穩(wěn)定性。對(duì)超臨界、超超臨界直流鍋爐機(jī)組燃燒優(yōu)化控制、給水控制、負(fù)荷控制等提供了新思路、新方法。爐膛輻射能信號(hào)參與控制的試驗(yàn)研究工作正在進(jìn)行中，富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。


相關(guān)生物質(zhì)鍋爐顆粒機(jī)產(chǎn)品：
1、生物質(zhì)熱風(fēng)空調(diào)
2、木屑顆粒機(jī)
2、秸稈顆粒機(jī)