陳明重,池毓菲,高國宏,陳志榮,黃宜斌,李海洋

(1.福建華電永安發(fā)電有限公司,福建 永安366013;2.中國華電集團有限公司福建分公司,福州350001;3.華電電力科學研究院有限公司,杭州310030)

0 引 言

澆注料爐襯是循環(huán)流化床 (circulating fluidized bed,CFB)鍋爐不可缺少的組成部分,在鍋爐的運行過程中,由于其內部運行工況惡劣,使爐內因循環(huán)燃燒產生的高溫固體顆粒物料對鍋爐內部的澆注料造成嚴重的磨損、剝落現象[1],且鍋爐及旋風分離器內壁的澆注料發(fā)生剝落、損壞,會導致鍋爐的被迫停運[2]。

CFB鍋爐澆注料的性能主要取決于材料的化學組成及設計施工的方式[3]。對于現役的循環(huán)流化床鍋爐主要通過維修保證其使用。因此,如何科學選擇材料、對鍋爐澆注料質量進行評估是CFB鍋爐長期安全穩(wěn)定運行的重要保障。

該文利用圖像方法對鍋爐澆注料剝落裸露的銷釘進行提取及量化分析,通過銷釘的量化數據對澆注料的質量與工藝做出科學評價,以改善澆注料質量。

1 澆注料檢修質量控制

循環(huán)流化床鍋爐澆注料重點檢修部位包括旋風分離器、爐膛水冷壁、屏式受熱面等。由于CFB鍋爐特殊的燃燒方式與其結構特點,使爐內有大量因循環(huán)燃燒反應產生的高溫固體顆粒物料,造成了鍋爐各部件嚴重磨損現象[4]。

澆注料檢修為防磨防爆的管理范疇,在循環(huán)流化床停爐檢修中,應嚴格按照要求進行全面檢查。對于檢修外觀正常的澆注料,應使用“錘擊聽音”的方法檢查其牢固情況,如果在錘擊的過程中出現松動或空響的情況,應立即進行更換[5]。在檢查過程中,發(fā)現鍋爐澆注料表面有管道外露、異常隆起、銷釘裸露、表面裂紋寬度超過廠家設計值等問題時,應將表面損壞的澆注料進行拆除,再重新敷設。對于磨損嚴重、頻繁剝落的部位,需對其位置進行記錄,分析澆注料剝落的原因,并制定改善澆注料質量的預防措施。

2 澆注料銷釘圖像識別及量化

2.1 圖像預處理

根據對澆注料檢修分析,并結合現場檢修人員經驗,當澆注料表面出現銷釘時,則為澆注料檢修的評判方式。因此,對澆注料出現的銷釘進行量化分析,對后續(xù)改善澆注料質量具有一定的意義。利用圖像方法對其鍋爐爐膛、旋風分離器內壁澆注料出現的銷釘進行量化分析。根據量化所得澆注料表面的銷釘表面積和形狀來評判澆注料磨損的嚴重程度。

圖1為在CFB鍋爐旋風分離器內壁拍攝的發(fā)生澆注料剝落的照片,從圖中可觀察到澆注料表面裸露的銷釘,為量化澆注料表面銷釘的表面積及形狀,先將拍攝的澆注料照片轉化為8-bit的灰度圖,見圖2。為了減少圖像中噪聲的影響,采用中值濾波對圖2進行降噪處理,如圖3(a)所示,以更好地提取澆注料表面的銷釘,然后采用模糊算法對拍攝的澆注料圖像的銷釘進行增強,如圖3(b)所示。

圖1 澆注料表面缺陷圖

圖2 澆注料表面缺陷8-bit灰度圖

圖3 澆注料中值濾波與模糊增強示意圖

根據經典的模糊集概念[6],假設存在一幅大小為M×N,且灰度級為L的圖像I,可以表示為一個M×N的模糊矩陣:

(1)

式中:μi,j/xi,j表示圖像中(i,j)的灰度xi,j相對于某個特定灰度值的隸屬度。

在經典的模糊增強算法中,Pal與King采用的隸屬函數[7]為

(2)

式中:Fe、Fd分別為指數模糊因子和倒數模糊因子,一般Fe=2;Xc為渡越點,當xi,j=Xc時,μc=T(Xc)=0.5。

計算所得μi,j后,需對圖像進行模糊增強處理,進行隸屬變換:

μ′i,j=Ir(μi,j)=I1(Ir-1(μi,j)),r=1,2,…

(3)

(4)

將μ′i,j進行逆變換,得到經過模糊增強后的圖像X′,X′矩陣中像素點(i,j)的灰度值為

x′i,j=T-1(μ′i,j)

(5)

式中:T-1為T函數的逆運算。當式(3)中的r循環(huán)到一定次數時,圖像可以得到顯著增強,如圖3(b)所示。

2.2 銷釘的提取

將圖像模糊增強的圖像,導入相關圖像處理軟件,利用黑帽變換[8]法對澆注料表面的銷釘進行提取,見圖4。為進一步量化澆注料表面裸露的銷釘,提取澆注料銷釘單個裸露的面積,通過整理裸露的面積來對澆注料剝落的嚴重程度進行判定。

圖4 黑帽變換法提取銷釘示意圖

根據上文可知,已通過黑帽變換法對裸露的銷釘進行提取,然后利用八鄰域分割法對單個裸露的銷釘進行提取,見圖5,圖中的彩色區(qū)域則為提取的單個銷釘。對提取的單個銷釘的表面積進行統(tǒng)計分析,從圖6可以發(fā)現大部分的銷釘面積范圍主要集中在250 pixel,總計23個單獨的銷釘發(fā)生裸露。

圖5 銷釘分割示意圖

圖6 銷釘量化示意圖

通過上述對澆注料表面剝落銷釘的量化,可以對經常發(fā)生澆注料剝落的部位進行分析,以量化澆注料表面裸露銷釘的分布、表面積,來側面反應每次進行澆注料表面修復的質量。

3 結 語

使用模糊增強的圖像處理方法對澆注料表面的銷釘進行增強處理。利用黑帽變換法對澆注料表面的銷釘進行提取,且通過二十六鄰域圖像分割方法對單個銷釘的表面積進行量化統(tǒng)計。通過對單個銷釘面積的統(tǒng)計分析,得出銷釘面積主要集中在250 pixel。

通過對頻繁發(fā)生澆注料剝落的銷釘進行量化分析,并對剝落部位修復的澆注料質量進行對比分析,提高澆注料的質量,保證循環(huán)流化床機組運行的安全性。