蔡　飛,張治湖（煙臺龍?jiān)措娏夹g(shù)股份有限公司,山東　煙臺　264006）

圖像火焰檢測及燃燒分析系統(tǒng)的應(yīng)用分析

蔡飛,張治湖
（煙臺龍?jiān)措娏夹g(shù)股份有限公司,山東煙臺264006）

針對電站鍋爐常規(guī)火檢系統(tǒng)存在的“偷看”、“漏看”問題，從鍋爐燃燒特性和圖像火檢工作原理進(jìn)行了分析，探討了圖像火檢的實(shí)用性和應(yīng)用情況。

圖像火檢；火焰檢測；探頭

目前，我國電站鍋爐采用的火焰檢測器是以可見光、紅外光為主的光敏元件檢測器，這兩種光敏原件檢測器都是借助火焰著火區(qū)輻射能量的交流分量、火焰的脈動幅值和脈動頻率，進(jìn)行火焰著火與熄火的檢測。然而在鍋爐運(yùn)行過程中，由于鍋爐負(fù)荷及配風(fēng)的變化，煤火檢過程中，“偷看”、“漏看”的問題一直比較嚴(yán)重，而且長期存在，導(dǎo)致對燃燒器的檢測準(zhǔn)確性大大降低，以至于滅火保護(hù)也不得不解除，影響機(jī)組運(yùn)行安全。

圖像火焰檢測及燃燒分析系統(tǒng)，其原理是利用火焰圖像，來對火焰燃燒情況進(jìn)行全程監(jiān)控，能夠直觀地判斷火焰的存在狀態(tài)，煤種和負(fù)荷變化對其影響極小。這是一種新型的火焰檢測裝置。本文主要分析了圖像火檢的工作原理，以及燃燒器在燃燒方面的特性，以此論證在鍋爐火焰檢測中，圖像火檢所獨(dú)有的優(yōu)勢。

1　圖像火檢系統(tǒng)概述

圖像火焰檢測及燃燒分析系統(tǒng)的核心，是基于煤粉在燃燒過程中的火焰圖像分析，主要是對火焰圖像視頻信號進(jìn)行處理，整個處理過程包括火焰圖像視頻信號的采集、傳輸、放大、錄制、顯示、分析等幾部分。圖像火焰檢測及燃燒分析系統(tǒng)的組成主要有如下幾部分：

●火焰圖像傳感器

●視頻信號分配器

●火焰圖像檢測器（下位機(jī)）

●火焰圖像監(jiān)視管理系統(tǒng)

●火焰圖像錄放系統(tǒng)

●通訊系統(tǒng)

火檢探頭采用視頻信號傳輸，不配備光纖。

2　圖像火檢工作原理

圖像火焰檢測及燃燒分析系統(tǒng)，其原理是借助廣角長焦距工作鏡頭對整個燃燒器狀況進(jìn)行判斷，并利用彩色CCD攝像機(jī)對燃燒器噴口的火焰圖像進(jìn)行直觀拍攝。由于燃燒火焰圖像中含有大量的信息，再采用傳像技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)、模式識別技術(shù)等對圖像進(jìn)行分析，以便對單個燃燒器火焰的ON/OFF信號進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

3　火焰檢測不穩(wěn)定性分析

電站鍋爐運(yùn)行過程中常規(guī)煤火檢一直存在“偷看”、“漏看”和穩(wěn)定性差的問題，為了解決這個問題，就需要對電站鍋爐不斷地進(jìn)行調(diào)整，否則，就會因?yàn)榛饳z信號失去而造成磨煤機(jī)跳閘或鍋爐MFT問題。

影響因素如下：

（1）存在“偷看”對角、鄰角等其它燃燒器火焰；

（2）負(fù)荷及配風(fēng)變化影響火焰未然區(qū)、燃燒區(qū)遷移；

（3）爐膛內(nèi)熱輻射；

（4）常規(guī)煤火檢檢測頻率較低，強(qiáng)度較弱；

（5）燃燒器剛滅火時，煤火檢檢測強(qiáng)度增加，發(fā)出有火信號。

4　鍋爐燃燒特性分析

（1）噴入爐膛的風(fēng)粉混合物，經(jīng)過加熱、氣化、著火、燃燒等過程，會產(chǎn)生黑龍區(qū)（預(yù)燃區(qū)）、著火區(qū)和燃盡區(qū)。黑龍區(qū)是燃料加熱的環(huán)節(jié)，沒輻射強(qiáng)度不高，主要表現(xiàn)為煤粉本色；著火區(qū)的火焰燃燒一般比較穩(wěn)定，閃爍頻率也不高，因此，火焰表現(xiàn)明亮，且輻射強(qiáng)度通常會很強(qiáng)；燃盡區(qū)由于其燃燒基本殆盡，無論閃爍頻率，還是輻射強(qiáng)度都已經(jīng)降到很低。所以，常規(guī)火檢檢測的角度，必須要在著火區(qū)位置，才能對燃燒器的火焰狀態(tài)進(jìn)行有效檢測。

（2）如果火焰檢測中存在不穩(wěn)定的因素，就影響到著火需要的時間，以及著火的距離，也就是會使火焰各區(qū)域分布不穩(wěn)定，與黑龍區(qū)的分界點(diǎn)產(chǎn)生頻繁變化。如果著火區(qū)發(fā)生外移，黑龍區(qū)沒有燃燒盡的煤粉，就會在靠近燃燒器出口處，形成遮蓋區(qū)，影響到常規(guī)火焰檢測的準(zhǔn)確性。如果因?yàn)槊嘿|(zhì)、負(fù)荷等因素，著火點(diǎn)的距離不斷變化，黑龍區(qū)形成的遮蓋區(qū)也會隨之變化。特別是近年來煤炭供應(yīng)緊張，煤質(zhì)得不到有效保證，導(dǎo)致著火點(diǎn)變化劇烈，進(jìn)而也使得遮蓋區(qū)域變化頻繁、劇烈。因?yàn)槌Ｒ?guī)火檢的視角范圍比較小，火檢檢測的火焰信號就會不穩(wěn)定，發(fā)生“漏看”現(xiàn)象。而圖像火檢的大視角可覆蓋火焰的黑龍區(qū)、著火區(qū)和燃盡區(qū)，有效解決了火焰檢測不穩(wěn)定性因素的影響。

（3）常規(guī)火檢檢測范圍，約5°視角，主要檢測著火區(qū)；圖像火檢檢測范圍，約90°視角，可以檢測預(yù)燃區(qū)（黑龍區(qū)）、著火區(qū)和燃盡區(qū)。

5　圖像火檢檢測效果與結(jié)論

在常規(guī)火檢中，常常因?yàn)槭艿矫悍N、負(fù)荷變化而導(dǎo)致燃燒器噴口火焰漂移，使得火檢產(chǎn)生“誤判”，另外，因?yàn)槭艿礁鞣N因素的干擾，火檢中還常存在“偷看”等問題。數(shù)字圖像處理技術(shù)能對單個燃燒噴口火焰有火/無火的情況，進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，就很好地解決了這個問題。圖像檢測技術(shù)和模式識別技術(shù)，可以對有效區(qū)域進(jìn)行選擇，并把偷看到的鄰角圖像進(jìn)行有效遮蔽，降低了誤動的幾率。而且，該系統(tǒng)只在檢測到煤火焰的特征區(qū)，才會產(chǎn)生反應(yīng)，發(fā)出有火信號。

由于CCD攝像機(jī)視角較大（可達(dá)900左右），能夠直接觀測燃燒器的整體燃燒狀態(tài)。即使工況發(fā)生了變化，或者著火區(qū)的位置發(fā)生了改變，也仍然能夠觀測得到，實(shí)用性非常強(qiáng)。同時，對燃燒的情況，能夠做到準(zhǔn)確反映，工作人員對各燃燒器在燃燒過程中的狀態(tài)，能較為直觀地進(jìn)行觀測，并根據(jù)燃燒情況進(jìn)行相關(guān)調(diào)整。

6　結(jié)束語

圖像火焰檢測及燃燒分析系統(tǒng)的成功應(yīng)用，有效的避免了常規(guī)火檢的“偷看”和“漏看”問題，提高了火焰檢測的可靠性，保證了鍋爐的安全運(yùn)行。并且鍋爐運(yùn)行人員通過主控室大屏幕可以實(shí)時觀測燃燒器噴口火焰，方便進(jìn)行鍋爐燃燒調(diào)整。特有的圖像存儲和回放功能，為事故分析提供了有力的佐證。

該系統(tǒng)已在國內(nèi)200多臺50MW～1000MW機(jī)組鍋爐的直流和旋流燃燒器上成功應(yīng)用，對鍋爐的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都起到了非常積極的作用。圖像火檢探頭還是等離子點(diǎn)火裝置和少油點(diǎn)火裝置的配套火檢，對等離子拉弧、點(diǎn)火和少油點(diǎn)火過程實(shí)時監(jiān)視，可以及時調(diào)整燃燒工況。

[1]楊晉萍,白建云.大型火檢機(jī)組控制技術(shù)叢書-安全檢測保護(hù)系統(tǒng)[M].北京:中國電力出版社,2005.

[2]周懷春 爐內(nèi)火焰可視化檢測原理與技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2005.

蔡飛（1974—），男，本科，工程師。