引言

大型火電機組中，為了保證鍋爐安全、平穩(wěn)地運行，必 須對鍋爐的火焰燃燒狀況進(jìn)行實時監(jiān)控，以便對鍋爐的燃料 控制裝置連鎖，保證鍋爐滅火時停止燃燒供應(yīng)，防止可燃性物 質(zhì)在爐膛或管道內(nèi)聚積，發(fā)生爆燃甚至引起爆炸。

對于鍋爐安全系統(tǒng)(FSSS)而言，火焰檢測器是至關(guān)重 要的部件，它的主要功能就是鑒別燃燒器是否正常工作、當(dāng) 燃料送入爐膛而未被點燃和燃燒時可能導(dǎo)致爐膛爆炸的潛在 危險。全爐膛滅火以及燃燒喪失這兩個重要的跳爐(WFT) 信號都是由火焰檢測裝置檢測和判斷得出的，火焰檢測無火 信號也是進(jìn)行爐膛吹掃的必要條件。

1系統(tǒng)構(gòu)成原理

1.1火焰圖像檢測

火焰圖像檢測系統(tǒng)是一套人工監(jiān)視火焰圖像和計算機自 動檢測火焰相結(jié)合的智能型燃煤鍋爐安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng) 由光纖圖像傳感器(CCD)、冷卻系統(tǒng)、視頻信號處理器、火 焰檢測器、工作主機、下位機、火焰圖像監(jiān)視管理系統(tǒng)、火 焰圖像錄放系統(tǒng)和通信模塊等構(gòu)成，圖1所示是火焰圖像檢 測裝置系統(tǒng)圖。其中火焰檢測器是核心部件，由它檢測及判 斷得出全爐膛滅火及燃料喪失這兩個重要的跳爐(MFT)信 號?；鹧鎴D像檢測系統(tǒng)煩呢單個燃燒器的火焰圖像檢測和全 爐膛火焰圖像檢測兩部分，對于單個燃燒器火焰圖像檢測主 要是判斷該燃燒器的工作狀況，發(fā)出熄火、著火和燃燒不穩(wěn) 的報警信號。對于全爐膛火焰檢測主要是通過火焰圖像信息利用計算機計算出全爐膛火焰溫度場分布狀況以及火焰燃燒 的能級，通過建立一套完整的火焰圖像的分析計算理論，預(yù) 測火焰的各種態(tài)勢，計算全爐膛火焰燃燒的能量，將能量信號、 溫度信號和全爐膛熄滅著火信號送往FSSS系統(tǒng)，及時進(jìn)行燃 燒調(diào)整，保證鍋爐的安全和經(jīng)濟運行。

1.2火焰圖像檢測器的基本原理

火焰圖像檢測器基本原理如圖2所示，將帶有冷卻風(fēng)的

傳像光纖伸入爐膛，將所檢測的燃燒器火焰圖像或全爐膛火焰 圖像的光信號傳到CCD攝像機的靶面上，CCD將圖像轉(zhuǎn)化 為標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻信號并通過視頻電纜傳給圖像火焰檢測器內(nèi) 的視頻輸入處理器。視頻處理器將模擬視頻信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn) 換，變成數(shù)字圖像存儲于圖像存儲器重。計算機則將圖像存 儲器中數(shù)字化的圖像信息按照一定的判斷體系進(jìn)行計算，得 出燃燒器火焰的ON/OFF信號和其他診斷信息，并送至FSSS 系統(tǒng)。

2比色法測火焰溫度場

火焰溫度場參數(shù)能直接反映爐內(nèi)燃燒運行組織的優(yōu)劣, 燃燒火焰溫度場的瞬態(tài)變化直接體現(xiàn)燃燒過程的穩(wěn)定性，溫 度場分布與燃燒效率、氣體污染物排放以及爐膛出口未燃盡碳 損失都有重要關(guān)系。

2.1比色法測溫原理

通過CCD采集的圖像，轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像之后，圖像中每 一個像素點都可以通過三個分量來表示：R(紅)G(綠)B (藍(lán))這樣就可以用⑴ 式來表達(dá)一張數(shù)字圖像：

當(dāng)測量波長小于780 nm，溫度小于3 400 K時，通過 Wien輻射定律可知：

上式中,E(T)為燃燒火焰的單色輻射能W/sr/m3, e(X,T)為 人工黑體輻射率，幾乎與波長無關(guān)，且近似于1。人為輻射波長, Ci、C2為常數(shù)。因為空氣對可見光波段的輻射減弱系數(shù)很低, 抵達(dá)圖像探測器表面的單色輻射強度可近似等于黑體輻射的 單色輻射強度。標(biāo)定系數(shù)k、、分別來修正三個分量R、G、, 分別得到在RGB三基色波長下的單色輻射強度：

結(jié)合式(2)和式(3),可得到：

式中,爲(wèi)分別為RGB三基色光的代表波長，其值分別 為700 nm、546.1 nm和435.8 nm；為黑體爐溫度，單位為K。

本文采用的標(biāo)定方式是將其中一種基色保持不變，對其 他兩個基色的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，使得修正后的紅藍(lán)綠三基色Ri、

Gi、Bi之間的相對大小正確地反映火焰的相對光譜分布特性:

式(7)中，僅有參數(shù)cg,根據(jù)具體的火焰燃燒圖像就可以標(biāo) 定此參數(shù)，依此可以得到火焰圖像中任一像素的溫度。

2.2溫度場重建

對于不同的火焰視頻圖像，c是一個變化量，對同一幅 火焰圖像取亮點不同的N個點，假定各點對應(yīng)的溫度值，根 據(jù)這N個點的綠色分量和對應(yīng)溫度，就可以擬合出q的值, 再根據(jù)每一個像素的綠色分量，就能得出火焰的溫度場分布。

3實驗結(jié)果

實驗中采取某電站鍋爐的一段錄像視頻作為研究數(shù)據(jù), 利用軟件化的模型分析運算，在秒級范圍內(nèi)得到實時動態(tài)的 溫度場分布數(shù)據(jù)，圖3所示為三維溫度場分布圖，圖4所示 為程序運行界面。

4結(jié)語

本算法在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，將原本的參數(shù)函數(shù)簡 化為一個參數(shù)，進(jìn)一步減小了標(biāo)定的困難，也加速了運算速度, 減小了誤差。為整個系統(tǒng)判斷滅火保護(hù)功能提供了有效的保障。

20211122_619bab6dc99d7__基于圖像處理的爐膛火焰溫度場測定