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摘要：近年來電站的發(fā)展與多種先進(jìn)技術(shù)融合有關(guān)，這表明電站的發(fā)展正逐漸走向智慧化和信息化。因而，本文探討了三維溫度場在電站鍋爐智慧燃燒中的應(yīng)用，為提高電站的運(yùn)轉(zhuǎn)水平提供了可靠的參考。

關(guān)鍵詞：三維溫度場;電站鍋爐;智慧燃燒;可視化監(jiān)測

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）03-0051-02

1 電站鍋爐智慧燃燒技術(shù)

燃料利用效率作為電站運(yùn)轉(zhuǎn)的重要組成部分，不僅與電站的生產(chǎn)效率有關(guān)，并且與電站的生產(chǎn)成本相關(guān)。電站鍋爐的智慧燃燒有效地解決了這些問題，尤其是在信息可視化和圖像識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用中，結(jié)合煤場空間信息和煤場的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，電站不斷優(yōu)化和調(diào)整空間布局，進(jìn)一步加強(qiáng)了煤場信息和鍋爐信息的互動(dòng)與交流，促進(jìn)了電站的可持續(xù)發(fā)展。

2 三維溫度場的技術(shù)原理

三維溫度場的技能原理是使用CCD（電荷耦合器件）相機(jī)作為二維輻射能分布傳感器，以在三維爐中接收高溫輻射能信號(hào)。使用正則化重構(gòu)方法取得相關(guān)方程，以取得三維溫度場可視化，從CCD攝像機(jī)目標(biāo)外表取得的火焰輻射能圖畫用于反轉(zhuǎn)火焰內(nèi)部的溫度分布[1]。

3 三維溫度場在電站鍋爐智慧燃燒的應(yīng)用

三維溫度場能夠應(yīng)用于電站鍋爐智慧燃燒進(jìn)程的可視化監(jiān)控。該技術(shù)能夠提供三維溫度場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，顯示爐內(nèi)5000多個(gè)離散單元。三維溫度場的刷新周期小于5秒，誤差在5%以內(nèi)?？梢暬w系檢測到的輻射能信號(hào)能夠參與DCS體系，以優(yōu)化和協(xié)調(diào)燃燒控制。三維溫度可視化監(jiān)控體系主要由四個(gè)CCD高溫火焰圖畫檢測器和一個(gè)高性能工業(yè)控制核算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控體系組成。監(jiān)視體系安裝在燃燒器底部的燃燒實(shí)驗(yàn)爐上。經(jīng)過運(yùn)用數(shù)據(jù)采集卡和視頻采集卡，將測量點(diǎn)數(shù)據(jù)和CCD捕獲的圖畫數(shù)據(jù)引入工控機(jī)。應(yīng)該留意的是，三維溫度場可視化主要分為兩部分：第一步，將彩色火焰圖畫轉(zhuǎn)換為火焰溫度圖畫;第二步，將火焰圖畫轉(zhuǎn)換為火焰溫度圖畫。在第二步中，每個(gè)分段單元都是經(jīng)過一步矩陣運(yùn)算直接取得的溫度場數(shù)據(jù)。

為了保證氣體區(qū)域的網(wǎng)格區(qū)分的準(zhǔn)確性，改進(jìn)了管壁單元的區(qū)分。在管壁的徑向上，依據(jù)四個(gè)象限將一個(gè)圓分紅四個(gè)網(wǎng)格，然后可以提高管壁單元的溫度測量精度。網(wǎng)格區(qū)分越精細(xì)，網(wǎng)格總數(shù)越多，核算精度越高。可是，因?yàn)楹怂銠C(jī)的內(nèi)存大小，無法將網(wǎng)格區(qū)分過多，否則因?yàn)閮?nèi)存不足，用于核算DRESOR編號(hào)的程序?qū)o法運(yùn)行。類似地，當(dāng)使用輻射溫度模型核算三維溫度場時(shí)，假如網(wǎng)格太多，則會(huì)延伸核算時(shí)刻，并且會(huì)丟失三維溫度可視化體系的實(shí)時(shí)特性。為了考慮工業(yè)核算機(jī)硬件核算資源和三維溫度場可視化檢測體系的實(shí)時(shí)性要求，采用了網(wǎng)格區(qū)分方法[2]。

因?yàn)殄仩t水冷壁的吸熱效果，煤粉電站鍋爐水冷壁的溫度相對較低，其輻射奉獻(xiàn)遠(yuǎn)小于爐內(nèi)高溫介質(zhì)。因而，在煤粉電站鍋爐的三維溫度場的重建中，壁溫通常設(shè)置為800K，而且壁面輻射的奉獻(xiàn)要從CCD接收的輻射中減去。經(jīng)過正則化辦法重建了爐內(nèi)三維溫度場。但是，在管式加熱爐中，因?yàn)闆]有水冷壁的吸熱效果，所以壁表面的溫度與爐中高溫介質(zhì)的溫度及其份額之間沒有太大差異。CCD接收到的輻射不能忽略。因而，當(dāng)重構(gòu)管狀加熱爐的三維溫度場時(shí)，其與壁溫一同重構(gòu)[3]。

因?yàn)闋t內(nèi)管網(wǎng)氣體和丙烷的燃燒，很難準(zhǔn)確地取得光學(xué)參數(shù)。光學(xué)參數(shù)的近似范圍能夠經(jīng)過參考相關(guān)文獻(xiàn)來找到。經(jīng)過更改不同的光學(xué)參數(shù)并將溫度場結(jié)果與熱電偶數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，所選氣體區(qū)域的吸收系數(shù)為0.01，散射系數(shù)為0.005。爐壁和壁的發(fā)射率均為0.8。因?yàn)樵谌紵鞒隹趨^(qū)域中燃料燃燒產(chǎn)物的濃度最高，所以光學(xué)參數(shù)必須與其他區(qū)域不同。在實(shí)際的火焰區(qū)域中，根據(jù)經(jīng)歷更改了相應(yīng)方位的光學(xué)參數(shù)。吸收系數(shù)設(shè)定為0.03，散射系數(shù)設(shè)定為0.008。

CCD高溫火焰圖像檢測器的特定安裝方位在三維溫度可視化的計(jì)算結(jié)果中起著重要效果。挑選安裝方位的標(biāo)準(zhǔn)之一是探頭能夠觀察到爐子中最大的空間區(qū)域。捕獲的圖像一起考慮了火焰區(qū)域和管壁區(qū)域，并充分接收了來自爐子和管壁的輻射信息。

在熱測驗(yàn)爐床爐中完成了測驗(yàn)。在典型的燃燒條件下，由四個(gè)CCD捕獲的火焰圖畫如圖1所示。圖片中不同的火焰色彩是由不同的氣體和丙烷混合比以及不同的空燃比引起的。不同的火焰高度取決于燃燒器的噴發(fā)強(qiáng)度。圖片a是在試驗(yàn)爐剛從冷態(tài)點(diǎn)火時(shí)拍的。此刻，爐中的溫度較低。圖片b是在最大燃油下拍的，并在一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。此刻，爐內(nèi)溫度高。在燃油程度轉(zhuǎn)小的情況下拍照相片c。從圖畫中能夠發(fā)現(xiàn)，在相同的快門下，爐內(nèi)的能量水平由圖畫的亮度決定，亮度直觀地反映了爐內(nèi)的溫度水平。

圖2顯示了火焰高度2m下三維溫度場的計(jì)算成果。從圖像中能夠清楚地看到火焰燃燒的高溫區(qū)域，這與電站中鍋爐燃燒的實(shí)際情況一樣，因此應(yīng)用三維溫度場能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測電站鍋爐的燃燒情況，實(shí)現(xiàn)電站的智能化、科技化。

參考文獻(xiàn)

[1] 周懷春.電站鍋爐爐內(nèi)三維溫度場在線檢測與分析[J].熱能動(dòng)力工程，2020（01）：61-64.

[2] 呂傳新.大型電站鍋爐爐內(nèi)三維燃燒溫度場可視化研究[J].工程熱物理，2019（03）：23-26.

[3] 尹峰，陳波.智慧電站與智慧發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)研究[J].浙江電力，2018（10）：24-26.

Abstract：The development of power stations in recent years is related to the integration of multiple advanced technologies， which indicates that the development of power stations is gradually moving towards intelligence and information. Therefore， this paper discusses the application of three-dimensional temperature field in the smart incineration of power station boilers， which provides a reliable reference for improving the operation level of power stations.

Key words：three-dimensional temperature field; utility boiler; intelligent combustion; visual monitoring