炉内燃烧三维可视化诊断及机组负荷控制新技术

　　迄今为止，电站锅炉炉内燃烧状况监测手段和方法，大都处于实验室试验和模拟研究的层面，而用于炉内煤粉燃烧计算分析的Furnace软件，求解三维内流的EURANS-Turbo软件，求解二维及三维煤粉燃烧、气化、流动与传热的通用软件，以及有NOx形成子程序等的PCGC-2和PCGC-3软件等[1]，除了对炉内燃烧温度场的监控有一定的深度外，均还没有达到实用程度。

　　随着电网容量扩大和对电能质量要求的提高，对自动发电控制(AGC)的要求日益迫切。实现AGC的基础，在于单元机组负荷控制，最完满的实现方法是采用直接能量平衡(DEB)法的协调控制系统，现在DEB/500已把协调范围扩大到整个发电机组的异常工况和起停工况。除满足发电控制需要外，还可以满足发电机组运行的可靠性、安全性、运行最优化及环境保护要求[2]。随着对协调控制的理解不断深入，派生出众多新的协调控制方式，例如:基于PID控制和自整定、神经网络、预测控制、多变量辨识和频域控制、智能解耦控制、DEB等[3]。其中，以炉膛总辐射能与机组负荷所建立的协调控制系统，将会从更深层次的意义上改善锅炉侧和汽机侧在对象本质上的不平衡。

　　在实际运行过程中，机组运行经济性的进一步改善仍受到一些关键技术问题的制约，如:缺乏大型炉膛燃烧三维空间的运行工况实时监测技术，以及充分考虑燃烧及传热过程的机组负荷控制新技术[4]等。为此，需从研究炉内燃烧状况入手，力求获取实际炉膛燃烧的量化信息，并以此建立起单元机组负荷控制的一种全新的能量平衡模式，以指导燃烧运行。

　　一、技术构成及其创新

　　1.1 系统基本结构

　　本系统所监视的炉膛燃烧空间为冷灰斗以上、折焰角以下的区域。利用该区域之间的过道或平台，设计布置4或6层火焰图像探测器，每层2只，对角布置，相邻两层互相交叉。探测器视角中心线位于正方体垂直对角面上，均向下倾斜45°。多个CCD摄像机从不同层面观测炉膛，得到的多幅火焰辐射图像经过视频分隔器合成一幅图像，进入工控机的图像采集卡，合成的火焰图像在工控机进行处理。采用专用重建算法软件实时计算出炉膛三维温度场，动态显示火焰中心的位置偏移情况，并进行燃烧诊断，提供操作指导信息。

　　正常运行时，用一台计算机实现火焰图像的快速计算及可视化处理，用另一台计算机对现场的模拟量、开关量进行处理，得出一系列实时信息，并向DCS发送相应的开关量和模拟量信号，经组态后，构成新的控制回路，指导燃烧运行。

　　1.2 监测和控制关键技术

　　(1)确保现场探头的最佳布置，以保证系统对整个炉膛火焰检测的完整性。