在DCS中实现炉内三维温度场可视化技术

　　作为火电厂DCS重要子系统的炉膛安全监控系统(FSSS)，目前只能判断燃烧器单个喷嘴火焰的有无，而在线获取的炉膛燃烧信息很少。炉内火焰温度分布是煤粉在经过高温化学反应、流动以及传热传质等复杂的物理化学过程后的综合体现，其三维温度分布特征是揭示炉内燃烧规律的关键。

　　一、基本原理

　　将CCD火焰探头作为二维辐射能量传感器接收三维炉膛内的高温辐射能量信号，利用辐射能量图像与炉内燃烧温度分布的关联模型，采用Tikhonov正则化算法计算得到炉内三维温度分布，其计算刷新率不超过5s，且有效性和准确性己得到验证。

　　针对1台亚临界压力、一次中间再热、双炉膛、Ⅱ型布置、四角切圆燃烧的直流锅炉，设定炉内燃烧温度分布的计算区域为冷灰斗以上至折烟角以下标高为(12~27.6)m之间，整个炉膛横截面为17m×8.475m(约144m2)，单个炉膛横截面积8.5m×8.475m(约72m2)。单个炉膛沿i(炉宽)、H(炉深)、k(炉高)方向将温度场计算区间划分为lO×lO×16的网格，即单个炉膛沿高度方向分为16层断面，每层断面又分为100(10×10)个网格，这样每一个立体网格单元的尺寸为1×0.85×0.847(约0.72)m3，这就是炉内三维温度分布的最小分辨单元。使用工业控制机(工控机)计算得到炉内三维温度场后，通过通讯送到DCS，在DCS中进行可视化显示。

　　二、实现方法

　　炉内三维温度分布的特征量为:(1)全炉膛火焰中心温度值Tj及其所在位置坐标(Xj,Yj，Zj);(2)反应炉内某一断面燃烧强度的平均温度Ti;(3)反应该层断面火焰中心偏斜的程度，即该层断面最高温度点所在位置(Xi，Yi)。

　　双炉膛某一层断面温度场在DCS中的显示情况如图1所示，右侧甲炉膛断面温度场在实际坐标平面xO1y下，最高温度点所在位置坐标为(X1，y1)。为了立体显示，实际坐标平面在DCS组态画面上x轴与y轴的夹角设置为θ因为目前DCS尚无三维坐标系，只有平面直角坐标系，因此最高温度点在DCS中进行显示时以绘图坐标平面x'O1y'为参照，实际坐标(X1,y1)需要转换为绘图坐标(X1、y1)。由图1知，实际坐标(X1，y1)与绘图坐标(X1'，y1')的转换关系为:x1'=X1+Y1cosθ，Y1'=Y1sinθ。同理，左侧乙炉膛断面温度场最高温度点在实际坐标平面xO2y下的实际坐标(X2，y2)与在绘图坐标平面x'O2y'下的绘图坐标(X2'，y2')之间的转换关系为:x'2=X2+Y2cosθ,Y2'=Y2sinθ。因此，工控机只需要将实际坐标值送入DCS，在DCS中就可以转换为绘图坐标在组态画面上进行直观显示。此外，为了清晰显示该层断面甲、乙炉膛燃烧强度，左右两侧的柱状长度分别表示该层断面甲、乙炉膛平均温度T1、T2。如果需要显示的断面温度场较多，则θ角设置较小，否则θ角设置较大。工控机计算得到16层断面温度场，在DCS申显示由下到上的第1、4、8、12、16层共5层断面温度场，因为该5层温度场分布在燃烧器区域、炉膛中部和折烟焰角下部区域，具有代表意义。本例中设置θ=45。