锅炉燃烧诊断和运行指导系统在300MW电厂锅炉上的应用

　　0 前 言

　　近年来，电厂锅炉容量增加，环保标准日渐严格。同时，电厂面临的市场竞争要求提高运行经济性，这就需要对锅炉燃烧进行监测、分析和优化，以提高锅炉运行安全性、经济性和清洁性，传统的炉膛安全监控系统的功能主要集中在对燃烧火焰"有"或"无"的判断上。由于煤粉燃烧是一个复杂的多相反应过程，因此只判断火焰"有"或"无"的传统的炉膛安全监控系统，对于燃烧诊断和优化运行显然不够。

　　随着汁算机多媒体技术的发展，图像采集卡的出现使CCD摄像机输出的视频信号能转化为计算机可处理的数字化图像。这样，原来定性的火焰图像信号可进行定量分析，为火焰的后续分析和自动监控提供了可能。因此，摄像型火焰监测系统成为火检技术发展的重要方向。

　　目前，关于火焰图像处理技术的研究已成为热点[1～5]。但迄今为止，国内外还没有应用于300MW电厂锅炉燃烧诊断和运行指导的火焰图像处理系统见诸报道。浙江大学的研究人员在近10年研究的基础上[6～10]，成功开发了基于火焰图像处理的300MW电厂锅炉燃烧诊断和运行指导系统，已于2003年在嘉兴发电有限公司1号炉运行。该系统超越了传统的炉膛安全监控系统(FSSS)，综合运用现代光学、计算机技术、CT技术和人工智能技术，实现了对锅炉燃烧的稳定性、经济性和清洁性的智能判断，并根据诊断结果提出优化运行策略，通过这个系统，可全面实现锅炉燃烧的智能诊断和控制。

　　1 系统主要原理和功能

　　300MW电厂锅炉燃烧诊断和运行指导系统是火焰图像处理系统和电厂运行实时监测系统的集成。系统通过布置在不同位置的探测器传回的数字火焰图像及电厂实时运行系统测量的风粉煤参数，通过数字图像特征提取、辐射反问题重建计算和人工智能合成，提供优化运行信息。系统的主要功能如下。

　　1.1 监视和判断火焰图像

　　监视各燃烧器火焰燃烧图像是本系统的基本功能，可涵盖电厂原有的火检系统。除提供各燃烧器火焰图像，系统还通过定义的火焰特征量判断火焰燃烧状态，提供各燃烧器、各层和全炉膛的熄灭火信号。

　　1.2 温度场测量

　　炉内三维温度场的重建是燃烧诊断的核心和难点。多点布置的CCD摄像系统可获得大量火焰辐射投影信息。通过基于CT技术的辆射反问题重建算法可获得温度在三维空间的分布。关于温度场重建的原理和方法见文献[6]～文献[8]。通过温度场重建计算，系统将显示炉膛内的三维温度分布。同时，提供炉膛横截面和纵剖面的温度分布、炉膛切圆位置偏差以及炉膛温度变化的历史曲线。