圖像火焰檢測及燃燒分析系統的應用分析

蔡　飛,張治湖（煙臺龍源電力技術股份有限公司,山東　煙臺　264006）

圖像火焰檢測及燃燒分析系統的應用分析

蔡飛,張治湖
（煙臺龍源電力技術股份有限公司,山東煙臺264006）

針對電站鍋爐常規火檢系統存在的“偷看”、“漏看”問題，從鍋爐燃燒特性和圖像火檢工作原理進行了分析，探討了圖像火檢的實用性和應用情況。

圖像火檢；火焰檢測；探頭

目前，我國電站鍋爐采用的火焰檢測器是以可見光、紅外光為主的光敏元件檢測器，這兩種光敏原件檢測器都是借助火焰著火區輻射能量的交流分量、火焰的脈動幅值和脈動頻率，進行火焰著火與熄火的檢測。然而在鍋爐運行過程中，由于鍋爐負荷及配風的變化，煤火檢過程中，“偷看”、“漏看”的問題一直比較嚴重，而且長期存在，導致對燃燒器的檢測準確性大大降低，以至于滅火保護也不得不解除，影響機組運行安全。

圖像火焰檢測及燃燒分析系統，其原理是利用火焰圖像，來對火焰燃燒情況進行全程監控，能夠直觀地判斷火焰的存在狀態，煤種和負荷變化對其影響極小。這是一種新型的火焰檢測裝置。本文主要分析了圖像火檢的工作原理，以及燃燒器在燃燒方面的特性，以此論證在鍋爐火焰檢測中，圖像火檢所獨有的優勢。

1　圖像火檢系統概述

圖像火焰檢測及燃燒分析系統的核心，是基于煤粉在燃燒過程中的火焰圖像分析，主要是對火焰圖像視頻信號進行處理，整個處理過程包括火焰圖像視頻信號的采集、傳輸、放大、錄制、顯示、分析等幾部分。圖像火焰檢測及燃燒分析系統的組成主要有如下幾部分：

●火焰圖像傳感器

●視頻信號分配器

●火焰圖像檢測器（下位機）

●火焰圖像監視管理系統

●火焰圖像錄放系統

●通訊系統

火檢探頭采用視頻信號傳輸，不配備光纖。

2　圖像火檢工作原理

圖像火焰檢測及燃燒分析系統，其原理是借助廣角長焦距工作鏡頭對整個燃燒器狀況進行判斷，并利用彩色CCD攝像機對燃燒器噴口的火焰圖像進行直觀拍攝。由于燃燒火焰圖像中含有大量的信息，再采用傳像技術、計算機數字圖像處理技術、模式識別技術等對圖像進行分析，以便對單個燃燒器火焰的ON/OFF信號進行準確判斷。

3　火焰檢測不穩定性分析

電站鍋爐運行過程中常規煤火檢一直存在“偷看”、“漏看”和穩定性差的問題，為了解決這個問題，就需要對電站鍋爐不斷地進行調整，否則，就會因為火檢信號失去而造成磨煤機跳閘或鍋爐MFT問題。

影響因素如下：

（1）存在“偷看”對角、鄰角等其它燃燒器火焰；

（2）負荷及配風變化影響火焰未然區、燃燒區遷移；

（3）爐膛內熱輻射；

（4）常規煤火檢檢測頻率較低，強度較弱；

（5）燃燒器剛滅火時，煤火檢檢測強度增加，發出有火信號。

4　鍋爐燃燒特性分析

（1）噴入爐膛的風粉混合物，經過加熱、氣化、著火、燃燒等過程，會產生黑龍區（預燃區）、著火區和燃盡區。黑龍區是燃料加熱的環節，沒輻射強度不高，主要表現為煤粉本色；著火區的火焰燃燒一般比較穩定，閃爍頻率也不高，因此，火焰表現明亮，且輻射強度通常會很強；燃盡區由于其燃燒基本殆盡，無論閃爍頻率，還是輻射強度都已經降到很低。所以，常規火檢檢測的角度，必須要在著火區位置，才能對燃燒器的火焰狀態進行有效檢測。

（2）如果火焰檢測中存在不穩定的因素，就影響到著火需要的時間，以及著火的距離，也就是會使火焰各區域分布不穩定，與黑龍區的分界點產生頻繁變化。如果著火區發生外移，黑龍區沒有燃燒盡的煤粉，就會在靠近燃燒器出口處，形成遮蓋區，影響到常規火焰檢測的準確性。如果因為煤質、負荷等因素，著火點的距離不斷變化，黑龍區形成的遮蓋區也會隨之變化。特別是近年來煤炭供應緊張，煤質得不到有效保證，導致著火點變化劇烈，進而也使得遮蓋區域變化頻繁、劇烈。因為常規火檢的視角范圍比較小，火檢檢測的火焰信號就會不穩定，發生“漏看”現象。而圖像火檢的大視角可覆蓋火焰的黑龍區、著火區和燃盡區，有效解決了火焰檢測不穩定性因素的影響。

（3）常規火檢檢測范圍，約5°視角，主要檢測著火區；圖像火檢檢測范圍，約90°視角，可以檢測預燃區（黑龍區）、著火區和燃盡區。

5　圖像火檢檢測效果與結論

在常規火檢中，常常因為受到煤種、負荷變化而導致燃燒器噴口火焰漂移，使得火檢產生“誤判”，另外，因為受到各種因素的干擾，火檢中還常存在“偷看”等問題。數字圖像處理技術能對單個燃燒噴口火焰有火/無火的情況，進行準確判斷，就很好地解決了這個問題。圖像檢測技術和模式識別技術，可以對有效區域進行選擇，并把偷看到的鄰角圖像進行有效遮蔽，降低了誤動的幾率。而且，該系統只在檢測到煤火焰的特征區，才會產生反應，發出有火信號。

由于CCD攝像機視角較大（可達900左右），能夠直接觀測燃燒器的整體燃燒狀態。即使工況發生了變化，或者著火區的位置發生了改變，也仍然能夠觀測得到，實用性非常強。同時，對燃燒的情況，能夠做到準確反映，工作人員對各燃燒器在燃燒過程中的狀態，能較為直觀地進行觀測，并根據燃燒情況進行相關調整。

6　結束語

圖像火焰檢測及燃燒分析系統的成功應用，有效的避免了常規火檢的“偷看”和“漏看”問題，提高了火焰檢測的可靠性，保證了鍋爐的安全運行。并且鍋爐運行人員通過主控室大屏幕可以實時觀測燃燒器噴口火焰，方便進行鍋爐燃燒調整。特有的圖像存儲和回放功能，為事故分析提供了有力的佐證。

該系統已在國內200多臺50MW～1000MW機組鍋爐的直流和旋流燃燒器上成功應用，對鍋爐的安全、穩定和經濟運行都起到了非常積極的作用。圖像火檢探頭還是等離子點火裝置和少油點火裝置的配套火檢，對等離子拉弧、點火和少油點火過程實時監視，可以及時調整燃燒工況。

[1]楊晉萍,白建云.大型火檢機組控制技術叢書-安全檢測保護系統[M].北京:中國電力出版社,2005.

[2]周懷春 爐內火焰可視化檢測原理與技術[M].北京:科學出版社,2005.

蔡飛（1974—），男，本科，工程師。