300 MW電 廠鍋爐燃燒診斷和運行指導系統(tǒng)應用研究

韓鳴利

（陜西渭河發(fā)電有限公司，陜西咸陽712085）

1 系統(tǒng)主要原理和功能

300 MW電廠鍋爐燃燒診斷和運行指導系統(tǒng)是將火焰圖像處理系統(tǒng)和電廠運行實時監(jiān)測系統(tǒng)的特點進行充分吸收從而集成的一個智能化系統(tǒng)。通過對探測器進行布置，將火焰圖像所獲得的數(shù)字圖像和電廠實時運行過程中測量到的煤粉參數(shù)進行回傳，使用計算機技術(shù)對其進行提取、分析和智能合成，對設備的運行情況進行全面的優(yōu)化。系統(tǒng)主要具有以下幾方面的功能：

1.1 監(jiān)視和判斷火焰圖像

該系統(tǒng)的基本功能是對各個燃燒器的火焰燃燒圖像進行檢測，而且還可以通過對火焰的特征量進行分析，從而判斷出火焰的真實燃燒狀態(tài)。

1.2 溫度場測量

爐內(nèi)三維溫度場的重建工作是煤粉燃燒診斷工作的核心和關(guān)鍵點。通過在不同位置設置攝像系統(tǒng)可更加全面地獲得火焰輻射的投影信息。以CT技術(shù)為基礎的反射問題，對算法進行重建后，可獲得溫度在三維空間的分布情況。通過對溫度場進行重建，系統(tǒng)能更加直觀地顯示出爐膛內(nèi)的三維穩(wěn)定分布情況。

1.3 燃燒診斷

系統(tǒng)對各個燃燒器的數(shù)字圖像進行采集、分析，從而全面地顯示出各個燃燒器的著火點。以數(shù)字圖像處理技術(shù)來對火焰圖像連續(xù)5幀信息進行提取，分析火焰的平均灰度和火焰鋒面位置，最后再使用神經(jīng)網(wǎng)絡來實現(xiàn)熄火操作，并且發(fā)出預警信號[1]。此外，系統(tǒng)還可以對物質(zhì)的燃燒穩(wěn)定性進行判斷，從而提高物質(zhì)的燃燒性能。通過對爐內(nèi)的溫度、煤質(zhì)參數(shù)和火焰圖像進行獲取、分析，從而建立數(shù)學計算模型，更加全面地預測爐內(nèi)積灰情況。

1.4 污染物和經(jīng)濟性預測

根據(jù)氣態(tài)污染物質(zhì)的生成規(guī)律建立預測模型，模型可對污染物質(zhì)的排放進行預測，從而有效地指導燃燒方式[2]。

1.5 運行指導

以溫度場和燃燒診斷信息為基礎建立運行指導專家系統(tǒng)，系統(tǒng)對各個數(shù)據(jù)信息進行采集，從而給出最佳的燃燒方案，不斷地優(yōu)化燃燒。此外，通過建立燃燒狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，并安裝客戶端，使得所有人員可以借助網(wǎng)絡來對燃燒進行監(jiān)控。

運行指導技術(shù)路線圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)組成

300 MW電廠鍋爐燃燒診斷和運行指導系統(tǒng)包含的內(nèi)容較多，主要為圖像信息采集系統(tǒng)、冷卻保護系統(tǒng)和數(shù)字信息處理系統(tǒng)。

圖1 運行指導專家系統(tǒng)的技術(shù)路線

2.1 圖像采集系統(tǒng)

圖像采集系統(tǒng)以光學系統(tǒng)和CCD攝像機為基礎，對爐膛內(nèi)不同位置的火焰圖像進行采集，并傳輸給數(shù)字信息處理系統(tǒng)后對信息進行分析處理，以獲得溫度場和信息特征量[3]。

某發(fā)電廠采用300 MW燃煤鍋爐，四角切圓燃燒方式，一共設置有5層燃燒器。為了更好地對CCD視場角進行計算，一共設置20個探頭，具體如圖2所示。

圖2300 MW電廠鍋爐燃燒診斷和運行指導系統(tǒng)CCD探頭布置

燃燒器一共有3層，每層設置4個CCD探頭。通過計算機可以對已設定好位置的探頭進行識別，并且標記出每層燃燒的火焰[4]。

CCD探頭具有鴨嘴吹掃裝置，能有效地避免鏡頭發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象。此外，溫度探測裝置和自動進退系統(tǒng)能有效地避免溫度過高對探頭產(chǎn)生損壞。

2.2 數(shù)字處理系統(tǒng)

由計算機局域網(wǎng)和數(shù)字信息處理模塊組成系統(tǒng)的數(shù)字處理系統(tǒng)。計算機局域網(wǎng)借助本地服務器和電廠的局域網(wǎng)進行連接，從而實現(xiàn)數(shù)字圖像信息的傳遞。數(shù)字處理系統(tǒng)組成圖如圖3所示。

圖3 300 MW電廠鍋爐燃燒診斷和運行指導系統(tǒng)的數(shù)字處理系統(tǒng)

3 軟件功能

根據(jù)系統(tǒng)的功能來進行軟件的設計。軟件界面主要分為兩大部分：服務器端界面和網(wǎng)絡端界面。

服務器端界面主要的功能是顯示溫度場、爐膛出口污染物的排放濃度以及燃燒異常情況。

網(wǎng)絡端界面的功能是提供人機界面，方便電廠運行人員和設備管理人員借助局域網(wǎng)來對各個燃燒器的火焰圖像、溫度和燃燒診斷信息進行觀察，并且對各個時間段內(nèi)的燃燒信息進行分析[5]。

4 現(xiàn)場應用情況

本系統(tǒng)安裝完成后，需對其進行現(xiàn)場試驗，觀察系統(tǒng)計算得出的溫度場中心位置、切圓位置等是否與運行人員的判斷保持一致性。此外，系統(tǒng)還能對爐膛內(nèi)結(jié)渣情況、燃燒情況進行預警，從而有效提高了鍋爐的工作效率。

本系統(tǒng)的優(yōu)勢是能確保操作人員和維護人員更加全面有效地對爐膛內(nèi)煤粉的燃燒情況進行分析和判斷，從而提高鍋爐運行的安全性。此外，系統(tǒng)還建立了專家數(shù)據(jù)庫，通過對燃燒診斷結(jié)構(gòu)進行分析，制定出科學合理的燃燒調(diào)整方案，為運行優(yōu)化做好了基礎工作。

在系統(tǒng)運行過程中存在一些問題，主要是火焰圖像測槍工作不穩(wěn)定。因此，需不斷提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性，不斷完善軟件的功能，實現(xiàn)自動化操作。

智能化燃燒診斷和運行指導系統(tǒng)能有效保證電廠鍋爐安全、高效地運行，并且其污染物的排放標準符合環(huán)保要求。由于鍋爐煤粉在進行燃燒時存在一定的復雜性，雖然國內(nèi)外眾多科研單位對其進行了研究分析，但依然未取得突破性的進展。因此，為了更好地獲取爐膛內(nèi)煤粉的燃燒情況，需建立全爐膛燃燒探測器系統(tǒng)，以便對燃燒信息進行分析、診斷，從而制定出解決方案，提高燃燒效率。

5 結(jié)語

綜上所述，在300 MW電廠鍋爐燃燒診斷和運行指導系統(tǒng)中，使用CCD探頭來獲取爐膛內(nèi)的火焰燃燒情況并進行分析，借助計算機來對火焰圖像進行處理，對爐膛內(nèi)溫度分布情況進行重建計算，可獲得圖像的特征量。以電廠運行實時監(jiān)測系統(tǒng)為基礎，借助神經(jīng)網(wǎng)絡和專家系統(tǒng)對鍋爐實際的燃燒情況和異常情況進行分析和診斷，可不斷提高鍋爐的燃燒效率。某電廠應用了本系統(tǒng)，為鍋爐的燃燒診斷工作提供了基礎，并使運行人員和設備維護人員能更加全面有效地獲得鍋爐溫度場、污染物指數(shù)等信息，確保鍋爐的正常運行。實踐證明，采用此系統(tǒng)有效解決了鍋爐智能化燃燒診斷和運行指導中存在的問題，且提高了鍋爐運行的安全性和可靠性，有利于獲得更高的經(jīng)濟效益。

[1]王坤.基于爐膛火焰圖像信號的電站鍋爐控制策略研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2009.

[2]衛(wèi)成業(yè)，王飛，嚴建華，等.利用代數(shù)重建技術(shù)根據(jù)火焰輻射圖像測量煤粉火焰斷面溫度場[J].計量學報，2001，22（2）：116-121.

[3]衛(wèi)成業(yè)，王飛，馬增益，等.基于爐內(nèi)火焰輻射圖像的斷面溫度場的重建方法研究[J].動力工程，2001，21（1）：1046-1049.

[4]王飛，馬增益，衛(wèi)成業(yè)，等.根據(jù)火焰圖像測量煤粉爐截面溫度場的研究[J].中國電機工程學報，2000，20（7）：41-43.

[5]馬暉，王飛，崔巍，等.鍋爐燃燒診斷和運行指導系統(tǒng)在300 MW電廠鍋爐上的應用[J].中國電力，2004，37（9）：30-33.