300 MW電 廠鍋爐燃燒診斷和運行指導系統應用研究

韓鳴利

（陜西渭河發電有限公司，陜西咸陽712085）

1 系統主要原理和功能

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

1.1 監視和判斷火焰圖像

該系統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。

1.2 溫度場測量

爐內三維溫度場的重建工作是煤粉燃燒診斷工作的核心和關鍵點。通過在不同位置設置攝像系統可更加全面地獲得火焰輻射的投影信息。以CT技術為基礎的反射問題，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，系統能更加直觀地顯示出爐膛內的三維穩定分布情況。

1.3 燃燒診斷

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

1.4 污染物和經濟性預測

根據氣態污染物質的生成規律建立預測模型，模型可對污染物質的排放進行預測，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，系統對各個數據信息進行采集，從而給出最佳的燃燒方案，不斷地優化燃燒。此外，通過建立燃燒狀態數據庫，并安裝客戶端，使得所有人員可以借助網絡來對燃燒進行監控。

運行指導技術路線圖如圖1所示。

2 系統組成

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

圖1 運行指導專家系統的技術路線

2.1 圖像采集系統

圖像采集系統以光學系統和CCD攝像機為基礎，對爐膛內不同位置的火焰圖像進行采集，并傳輸給數字信息處理系統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生結焦現象。此外，溫度探測裝置和自動進退系統能有效地避免溫度過高對探頭產生損壞。

2.2 數字處理系統

由計算機局域網和數字信息處理模塊組成系統的數字處理系統。計算機局域網借助本地服務器和電廠的局域網進行連接，從而實現數字圖像信息的傳遞。數字處理系統組成圖如圖3所示。

圖3 300 MW電廠鍋爐燃燒診斷和運行指導系統的數字處理系統

3 軟件功能

根據系統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的燃燒信息進行分析[5]。

4 現場應用情況

本系統安裝完成后，需對其進行現場試驗，觀察系統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，系統還能對爐膛內結渣情況、燃燒情況進行預警，從而有效提高了鍋爐的工作效率。

本系統的優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，系統還建立了專家數據庫，通過對燃燒診斷結構進行分析，制定出科學合理的燃燒調整方案，為運行優化做好了基礎工作。

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

智能化燃燒診斷和運行指導系統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煤粉的燃燒情況，需建立全爐膛燃燒探測器系統，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 結語

綜上所述，在300 MW電廠鍋爐燃燒診斷和運行指導系統中，使用CCD探頭來獲取爐膛內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。以電廠運行實時監測系統為基礎，借助神經網絡和專家系統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，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、污染物指數等信息，確保鍋爐的正常運行。實踐證明，采用此系統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：合肥工業大學，2009.

[2]衛成業，王飛，嚴建華，等.利用代數重建技術根據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]衛成業，王飛，馬增益，等.基于爐內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，衛成業，等.根據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在300 MW電廠鍋爐上的應用[J].中國電力，2004，37（9）：30-33.