一種燃煤火電機組爐內燃燒能量輻射能信號的構建方法技術

一種燃煤火電機組爐內燃燒能量輻射能信號的構建方法，屬于火力發電廠鍋爐燃燒監測及控制技術領域。首先，通過沿爐膛不同高度位置上布置的多只火焰圖像探測器獲得燃燒火焰的圖像信息，實時計算每一幅圖像的灰度值并轉化到與機組實發電功率相同的量程范圍，將其定義為初始輻射能信號。再次，利用機組實發電功率的值對初始輻射能信號進行動態補償的數據處理，得到最終的輻射能信號。最后，將該輻射能信號作為爐內能量水平的檢測量輸出到火電機組的協調控制系統中。應用結果表明，該方法構建的輻射能信號能夠有效反映爐膛火焰的脈動性，并消除了因探測器積灰、結焦等因素造成的信號偏差，能夠適用于不同類型、不同容量機組的連續在線優化控制。

【技術實現步驟摘要】
一種燃煤火電機組爐內燃燒能量輻射能信號的構建方法
本專利技術涉及一種燃煤火電機組爐內燃燒能量輻射能信號的構建方法，屬于火力發電廠鍋爐燃燒監測及控制技術。
技術介紹
利用爐內火焰輻射成像監測系統獲取輻射能信號，準確反映爐內燃燒過程釋放能量的在線監測技術(周懷春，爐內火焰可視化檢測原理與技術，科學出版社，2005年5月，pp.306-309)在火電機組協調優化控制領域取得一定成果。該技術是通過在煤粉燃燒鍋爐不同高度、位置上安裝多只高溫火焰圖像探測器，拍攝爐內火焰圖像，經圖像處理技術、輻射傳熱理論及先進求解策略獲取輻射能信號。由于火焰彩色圖像亮度直接正比于圖像探測器接收到的輻射能，在圖像采集和處理條件固定的情況下(鏡頭光圈、照相機快門、增益和白平衡等影響圖像信息的條件不發生變化)，可直接從圖像的灰度值中獲得相對輻射能信號，可以稱之為輻射能信號初始值。該值能夠快速反映爐膛空間燃燒狀況，與機組的關聯性強，但探測器在使用過程中受結焦、積灰、鏡片變色等影響，初始輻射能信號值會出現不穩定，脈動大、可靠性差的情況。在此基礎上，中國專利文獻公開了一種修正輻射能靜態偏差的方法【申請號：201310301791.7】，介紹了一種具體的解決辦法，在一定程度上消除了各因素對輻射能信號準確性的影響。為了完善對初始輻射能的優化計算，更好的適應不同類型、各種容量的機組，并經長期的工程實踐應用，現提出一種最新的輻射能信號檢測及構建方法。
技術實現思路
本專利技術的目的是提出一種燃煤火電機組爐內燃燒能量輻射能信號構建方法，使其獲得的輻射能信號具有準確度高、適用性強、不受干擾等特點。本專利技術的技術方案如下：一種燃煤火電機組爐內燃燒能量輻射能信號的構建方法，其特征在方法包括如下步驟：1)、沿爐膛不同高度位置上安裝多只火焰圖像探測器，獲取爐內火焰輻射圖像信息，經圖像處理技術實時計算圖像的灰度值GSUi,j，其表達式:GSUi,j＝0.11R+0.59G+0.23B(1)其中，i為火焰探測器的個數，j為每個探測器采集圖像的張數，每張圖像計算得到一個灰度值；R、G、B分別為圖像三原色紅、綠、藍信息值，并定義圖像的灰度值GSUi,j為初始輻射能；2)、以機組的實發功率作為基準對初始輻射能做動態量程換算，依據式(2-3):Ei,M＝k1,i·GSUi,M(3)其中，k1,i為第i個探測器獲得的初始輻射能信號的比例系數，M為計算比例系數的數據段長度，Pj為該數據段內的機組實發功率，GSUi,M為第i個探測器獲得的初始輻射能信號在第M時刻的數值，Ei,M即為M時刻換算到與機組負荷同量程的輻射能值；3)、篩選其中正確反映機組負荷變化的初始輻射能信號，依據式(4-5):|Ei,M-PM|≤Ethr(4)其中，PM為對應M時刻的實發功率，Ethr為設定的閾值，N為總探測器個數，N′為滿足式(4)的探測器個數，E0即為篩選后的正確反映能量變化的輻射能信號均值；4)、對機組在負荷變化劇烈階段的輻射能信號均值E0優化：E＝k2·E0(7)其中，k2為第二個修正系數，a'，b'是k1,i隨機組功率變化的均值與發電功率P經最小二乘法計算得到的系數，為發電功率均值，E即為反應爐內能量水平高低，最后輸出的輻射能。本專利技術與相應技術相比，具有以下優點及突出性的技術效果：本專利技術主要是運用了兩次比例系數修正環節和一次閾值判斷環節，第一次比例修正是將圖像的灰度值，即初始輻射能值轉化到與機組實發功率相同的量程；閾值判斷環節是剔除因圖像探測器的運行過程中受到結焦、積灰等因素所帶來的錯誤信息的影響。第二次比例修正是依據第一個修正系數與機組功率的線性關系來消除劇烈變負荷階段輻射能信號過大或過小的偏差；最終得到的輻射能信號是爐內能量水平的檢測信號，在燃燒指令發生變化時輻射能信號能及時的反映出來，其值過大或者過小反映了爐內燃燒率要么“供大于求”，要么“供小于求”，并且該方法構建的輻射能信號不受測量噪聲的影響，可以作為機組的運行參數輸送到協調控制系統中參與燃燒優化控制。經實踐結果證明，輸出的輻射能信號既能夠有效反映爐膛火焰的脈動性，又消除了探測器積灰結焦所造成的信號偏差，能夠適用于不同型號、不同容量的燃煤機組。對參與鍋爐燃燒及機組協調的優化控制提供了一個很好的在線檢測手段。附圖說明圖1為火焰在線監測系統結構圖。圖2為輻射能信號構建方法流程圖。圖3為圖像的灰度值與實發功率對比曲線。圖4為探測器CCD13獲得圖像灰度值與實發功率對比，可以發現在9:10及9:40時刻出現較大的錯誤信息。圖5為原始輻射能信號閾值判斷，給出了4層火焰探測器中每層的代表，通過閾值上下限剔除誤差數值。圖6為閾值判斷后的原始輻射能信號均值，計算該均值的來源個數是動態的，與機組實際發電功率對比，可以看出兩者的差異。圖7a、圖7b為升降負荷階段的初始輻射能信號誤差，偏小、偏大在圖中用圓圈標出。圖8a、圖8b為最終輻射能信號與機組實發功率對比。圖9a、圖9b和圖9c分別為在200MW、300MW、600WM鍋爐中輻射能檢測系統的應用，最終輸出的輻射能信號與實發功率在一天的對比曲線。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術做進一步的說明。本專利技術提供的一種燃煤火電機組爐內燃燒能量輻射能信號構建方法，其具體的實現方法如下：一、安裝在燃煤鍋爐爐膛1內不同高度位置上的火焰探測器獲取爐內的火焰輻射圖像信息，并通過視頻采集系統2送到硬盤錄像機中合成一副圖像3，經圖像處理技術實時計算圖像的RGB值，求其代表相對輻射能信號的灰度值GSU(gray-scale-unit)，如表達式：GSUi,j＝0.11R+0.59G+0.23B(1)其中，i為火焰探測器的個數，j為每個探測器采集圖像的張數，每張圖像計算得到一個灰度值。二、爐膛輻射能信號是燃料在爐膛燃燒釋放的能量反映，它通過輻射傳熱、對流傳熱等方式傳遞到汽水系統中，并最終轉換成發電機的輸出電能。所以，爐膛輻射能的變化最終導致機組發電量的變化，爐膛輻射能與機組的實際發電量變化方向是一致的?；诖?，以機組的實發功率作為基準對代表輻射能信號的灰度值GSUi,j做動態跟蹤計算，依據式(2)：k1,i為第i個探測器獲得的初始輻射能信號的比例系數，M為計算比例系數的數據段長度，Pj為該數據段內的機組實發功率，GSUi,M為第i個探測器獲得的初始輻射能信號在第M時刻的數值：Ei,M＝k1,i·GSUi,M(3)Ei,M為M時刻換算到與機組發電功率同量程的輻射能值；三、篩選其中正確反映機組負荷變化的原始輻射能信號，方法是將與機組發電功率同量程的輻射能信號Ei,M與當前的實發功率PM作差值計算，如下式：|Ei,M-PM|≤Ethr(4)Ethr為設定閾值，PM為對應M時刻的實發功率值。不滿足上式的輻射能信號說明圖片中含有的錯誤信息較大，需要剔除，依據式(5):其中，N為總探測器個數，N′為滿足式(4)的探測器個數，E0即為篩選后的正確反映能量變化的輻射能信號均值。Ethr的選取既要保留能反應爐內正常能量波動的探測器信息，又要將無效的或者受到結焦等因素較大的探測器信息剔除，起到一個限定誤差范圍的作用。需要注意，由于燃燒工況與探測器工作狀況的不同，其中正確反映爐內能量變化的原始輻射能信號的數量N′也是動態變化的。四、在機組負荷本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種燃煤火電機組爐內燃燒能量輻射能信號的構建方法，其特征在方法包括如下步驟：1)、沿爐膛不同高度的位置上安裝多只火焰圖像探測器，獲取爐內火焰輻射圖像信息，經圖像處理技術實時計算圖像的灰度值GSUi,j，其表達式:GSUi,j＝0.11R+0.59G+0.23B???(1)其中，i為火焰探測器的個數，j為每個探測器采集圖像的張數，每張圖像計算得到一個灰度值；R、G、B分別為圖像三原色紅、綠、藍信息值，并定義圖像的灰度值GSUi,j為初始輻射能值；2)、以機組的實發功率作為基準對初始輻射能值做動態量程換算，依據式(2?3):k1,i=Σj=1MPj/GSUi,jM---(2)]]>Ei,M＝k1,i·GSUi,M???(3)其中，k1,i為第i個探測器獲得的初始輻射能信號的比例系數，M為計算比例系數數據段的數據長數，GSUi,M為第i個探測器獲得的初始輻射能信號在第M時刻的數,Ei,M即為M時刻換算到與機組負荷同量程的輻射能值；3)、篩選其中正確反映機組負荷變化的初始輻射能信號，依據式(4?5):|Ei,M?PM|≤Ethr(4)E0=Σi=1N′Ei,MN′,(N′≤N)---(5)]]>其中，PM為對應M時刻的實發功率值，Ethr為設定的閾值，N為總探測器個數，N′為滿足公式(4)的探測器個數，E0即為篩選后的正確反映能量變化的輻射能信號均值；4)、對機組在負荷變化劇烈階段的輻射能信號E0優化：k2=(a′+b′·P)/(a′+b′·P‾)---(6)]]>E＝k2·E0???(7)其中，k2為第二個修正系數，a'，b'是k1,i隨機組功率變化的均值與發電功率P經最小二乘法計算得到的系數，為發電功率均值，E即為反應爐內能量水平高低,最后輸出的輻射能值。...

【技術特征摘要】
1.一種燃煤火電機組爐內燃燒能量輻射能信號的構建方法，其特征在方法包括如下步驟：1)、沿爐膛不同高度的位置上安裝多只火焰圖像探測器，獲取爐內火焰輻射圖像信息，經圖像處理技術實時計算圖像的灰度值GSUi,j，其表達式:GSUi,j＝0.11R+0.59G+0.23B(1)其中，i為火焰探測器的個數，j為每個探測器采集圖像的張數，每張圖像計算得到一個灰度值；R、G、B分別為圖像三原色紅、綠、藍信息值，并定義圖像的灰度值GSUi,j為初始輻射能值；2)、以機組的實發功率作為基準對初始輻射能值做動態量程換算，依據式(2-3):Ei,M＝k1,i·GSUi,M(3)其中，k1,i為第i個探測器獲得的初始輻射能信號的比例系數，M為計算比例系數的數據段長度，Pj為該數據段內的機組實發功率，GSUi,M為第i個探測器獲得的初始輻射能信號在第M時刻的數值，Ei,M即為M時刻換...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周懷春，劉珠偉，周遠科，
申請(專利權)人：清華大學，武漢九州三維燃燒科技有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11