三维温度场在电站锅炉智慧燃烧的应用研究

张建龙 张越

摘要：近年来电站的发展与多种先进技术融合有关，这表明电站的发展正逐渐走向智慧化和信息化。因而，本文探讨了三维温度场在电站锅炉智慧燃烧中的应用，为提高电站的运转水平提供了可靠的参考。

关键词：三维温度场;电站锅炉;智慧燃烧;可视化监测

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）03-0051-02

1 电站锅炉智慧燃烧技术

燃料利用效率作为电站运转的重要组成部分，不仅与电站的生产效率有关，并且与电站的生产成本相关。电站锅炉的智慧燃烧有效地解决了這些问题，尤其是在信息可视化和图像识别技术的应用中，结合煤场空间信息和煤场的实际运转状况，电站不断优化和调整空间布局，进一步加强了煤场信息和锅炉信息的互动与交流，促进了电站的可持续发展。

2 三维温度场的技术原理

三维温度场的技能原理是使用CCD（电荷耦合器件）相机作为二维辐射能分布传感器，以在三维炉中接收高温辐射能信号。使用正则化重构方法取得相关方程，以取得三维温度场可视化，从CCD摄像机目标外表取得的火焰辐射能图画用于反转火焰内部的温度分布[1]。

3 三维温度场在电站锅炉智慧燃烧的应用

三维温度场能够应用于电站锅炉智慧燃烧进程的可视化监控。该技术能够提供三维温度场实时数据，显示炉内5000多个离散单元。三维温度场的刷新周期小于5秒，误差在5%以内。可视化体系检测到的辐射能信号能够参与DCS体系，以优化和协调燃烧控制。三维温度可视化监控体系主要由四个CCD高温火焰图画检测器和一个高性能工业控制核算机实时监控体系组成。监视体系安装在燃烧器底部的燃烧实验炉上。经过运用数据采集卡和视频采集卡，将测量点数据和CCD捕获的图画数据引入工控机。应该留意的是，三维温度场可视化主要分为两部分：第一步，将彩色火焰图画转换为火焰温度图画;第二步，将火焰图画转换为火焰温度图画。在第二步中，每个分段单元都是经过一步矩阵运算直接取得的温度场数据。

为了保证气体区域的网格区分的准确性，改进了管壁单元的区分。在管壁的径向上，依据四个象限将一个圆分红四个网格，然后可以提高管壁单元的温度测量精度。网格区分越精细，网格总数越多，核算精度越高。可是，因为核算机的内存大小，无法将网格区分过多，否则因为内存不足，用于核算DRESOR编号的程序将无法运行。类似地，当使用辐射温度模型核算三维温度场时，假如网格太多，则会延伸核算时刻，并且会丢失三维温度可视化体系的实时特性。为了考虑工业核算机硬件核算资源和三维温度场可视化检测体系的实时性要求，采用了网格区分方法[2]。

因为锅炉水冷壁的吸热效果，煤粉电站锅炉水冷壁的温度相对较低，其辐射奉献远小于炉内高温介质。因而，在煤粉电站锅炉的三维温度场的重建中，壁温通常设置为800K，而且壁面辐射的奉献要从CCD接收的辐射中减去。经过正则化办法重建了炉内三维温度场。但是，在管式加热炉中，因为没有水冷壁的吸热效果，所以壁表面的温度与炉中高温介质的温度及其份额之间没有太大差异。CCD接收到的辐射不能忽略。因而，当重构管状加热炉的三维温度场时，其与壁温一同重构[3]。

因为炉内管网气体和丙烷的燃烧，很难准确地取得光学参数。光学参数的近似范围能够经过参考相关文献来找到。经过更改不同的光学参数并将温度场结果与热电偶数据进行比较，所选气体区域的吸收系数为0.01，散射系数为0.005。炉壁和壁的发射率均为0.8。因为在燃烧器出口区域中燃料燃烧产物的浓度最高，所以光学参数必须与其他区域不同。在实际的火焰区域中，根据经历更改了相应方位的光学参数。吸收系数设定为0.03，散射系数设定为0.008。

CCD高温火焰图像检测器的特定安装方位在三维温度可视化的计算结果中起着重要效果。挑选安装方位的标准之一是探头能够观察到炉子中最大的空间区域。捕获的图像一起考虑了火焰区域和管壁区域，并充分接收了来自炉子和管壁的辐射信息。

在热测验炉床炉中完成了测验。在典型的燃烧条件下，由四个CCD捕获的火焰图画如图1所示。图片中不同的火焰色彩是由不同的气体和丙烷混合比以及不同的空燃比引起的。不同的火焰高度取决于燃烧器的喷发强度。图片a是在试验炉刚从冷态点火时拍的。此刻，炉中的温度较低。图片b是在最大燃油下拍的，并在一段时间内保持稳定。此刻，炉内温度高。在燃油程度转小的情况下拍照相片c。从图画中能够发现，在相同的快门下，炉内的能量水平由图画的亮度决定，亮度直观地反映了炉内的温度水平。

图2显示了火焰高度2m下三维温度场的计算成果。从图像中能够清楚地看到火焰燃烧的高温区域，这与电站中锅炉燃烧的实际情况一样，因此应用三维温度场能够实时监测电站锅炉的燃烧情况，实现电站的智能化、科技化。

参考文献

[1] 周怀春.电站锅炉炉内三维温度场在线检测与分析[J].热能动力工程，2020（01）：61-64.

[2] 吕传新.大型电站锅炉炉内三维燃烧温度场可视化研究[J].工程热物理，2019（03）：23-26.

[3] 尹峰，陈波.智慧电站与智慧发电关键技术研究[J].浙江电力，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