圖像火檢技術講課王世朋

新型可視化電站鍋爐火檢系統(tǒng)技術講課

---圖像火焰檢測系統(tǒng)

神華國能寧夏煤電有限公司鴛鴦湖電廠熱控專業(yè)王世朋第一章、緒論第二章、鍋爐火焰檢測技術綜述第三章、LY2000圖像火檢系統(tǒng)的特點第四章、圖像火檢系統(tǒng)構成第五章、常見的缺陷以及故障處理第六章、結束語圖像火焰檢測系統(tǒng)技術講課第一章緒論一、電站鍋爐配備火焰檢測的必要性二、火力發(fā)電廠常規(guī)FSSS系統(tǒng)的構成三、神華國能鴛鴦湖電廠鍋爐主保護原理框圖四、神華國能鴛鴦湖電廠主要輔機磨煤機保護原理框圖

電站鍋爐燃燒的穩(wěn)定性直接影響到電站的安全和經(jīng)濟運行。隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電站單機容量不斷增大，鍋爐設備的結構及其輔機系統(tǒng)日趨復雜，煤種變化大，負荷經(jīng)常調(diào)整影響鍋爐安全運行的因素日益增多，特別是在機組啟停過程中，操作頻繁，一旦遇到運行人員判斷失誤、操作不當或工況調(diào)整不及時，就會造成爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定，并可能發(fā)展成爐膛滅火。若此時仍然不斷向爐膛內(nèi)送粉，就有引起爐膛爆炸的危險。因此，為了能及時、靈敏、可靠地檢測爐內(nèi)燃燒工況，防止在點火、低負荷等燃燒不穩(wěn)定工況下發(fā)生爐膛爆炸事故，電站鍋爐必須配置功能齊全、設備可靠的爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)FSSS。而爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)投運成功與否，在很大程度上取決于所用的火焰檢測器的可靠和完善。先進的火焰檢測裝置不但能檢測火焰的燃燒和熄滅，還能檢測火焰的穩(wěn)定性?；鹧鏅z測裝置在發(fā)電廠鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)中起著極其重要的作用，全爐膛滅火及燃料喪失2個重要的跳爐（MFT）信號都是由火檢裝置檢測及判斷得出的?；饳z均無火信號也是進行爐膛吹掃的必備條件之一。一、電站鍋爐配備火焰檢測的必要性二、火力發(fā)電廠常規(guī)FSSS系統(tǒng)的構成一、鴛鴦湖電廠鍋爐主保護MFT原理框圖四、鴛鴦湖電廠磨煤機保護原理框圖第二章鍋爐火焰檢測技術綜述一、電站鍋爐火焰燃燒特性二、現(xiàn)代鍋爐火焰檢測技術的分類和基本的工作原理三、電站鍋爐火焰檢測技術四、常規(guī)火檢存在的問題一、電站鍋爐火焰燃燒特性

油、氣、煤粉燃燒器的火焰能發(fā)射出幾乎連續(xù)的發(fā)光光譜，其放射源多為燃燒過程中產(chǎn)生的高溫碳微粒子群（碳墨）及粉煤粒子群（燒成碳）等，其光譜主要分布于可見光和紅外區(qū)。

燃料在爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生的火焰，以各種形式向四周輻射。煤粉火焰的燃燒信號是一種不規(guī)則的脈動信號，是由火焰在燃燒過程中，微粒的集結、運動、發(fā)光、燃盡的結果所致。煤粉的燃燒可分為如下4個區(qū)段。

a.預熱區(qū)風粉混合物在逐步加熱的過程中與燃燒中的明火開始接觸，逐漸加熱至燃燒點。

b.初始燃燒區(qū)風粉混合物開始燃燒，大量地輻射光和熱，形成閃爍，這時火焰的亮度不是最大，但閃爍的頻率達最大。

c.完全燃燒區(qū)這時火焰釋放的光和熱達到最高。

d.燃盡區(qū)燃料燃燒完畢，形成灰粉，熾熱的灰粉仍能發(fā)光，但其亮度和閃爍頻率都很低。燃料經(jīng)燃燒器噴入爐內(nèi)進行燃燒，在燃燒的化學反應過程中將釋放出大量的能量，包括光能(如紫外線、可見光和紅外線)、熱能和聲輻射能等。這些不同的能量形式構成了檢測爐膛火焰存在與否的基礎，應用不同的火焰特征可以構成不同類型的火檢器。二、現(xiàn)代鍋爐火焰檢測技術的分類和基本的工作原理

現(xiàn)代鍋爐火焰檢測技術可分為直接式和間接式兩大類：

1、直接式火檢一般用于點火器的火焰檢測,常用的有檢出電極法、差壓法、聲波法和溫度法等。

檢出電極法--利用電極電阻值在著火前后的變化來判別點火是否成功。其在輕油點火槍的火焰檢測上取得成功；

差壓法--利用著火后氣體膨脹產(chǎn)生的瞬間壓力變化，建立風箱和檢測處的差壓的變化關系，以此作為著火與否的信號。這種方法簡單，但可靠性欠佳；

聲波法--利用火焰噪聲進行火焰檢測，不能在有電動機、風機等聲源噪音的現(xiàn)場中實際應用；

溫度法--檢測火焰發(fā)熱，利用火焰溫度變化檢測火焰，由于爐內(nèi)溫度具有較大的慣性，并且燃料種類不同，滅火溫度也有較大的差異，火檢器參數(shù)難于整定。這幾種火檢器或?qū)铆h(huán)境要求較高，或存在較大的局限性，目前已基本淘汰。

2、間接式火檢--通常利用不同形式的輻射能量檢測火焰2.1輻射光能火焰檢測--

利用輻射光能原理檢測爐膛火焰，常用輻射光能火檢基本上都是基于燃燒過程中火焰輻射出的紅外線、可見光和紫外線等進行檢測。

2.1.1紫外線火檢--利用火焰本身特有的紫外線強度來判別火焰的有無，其光電器件為紫外光敏管。紫外光敏管對相鄰燃燒器火焰有較高的鑒別力，通常用作單火嘴的火焰檢測器。但是紫外線易被介質(zhì)吸收，當紫外光敏管被煙灰、油霧等污染物污染時，靈敏度明顯下降，所以在燃用重油和煤粉的鍋爐中，紫外線火檢并不可靠，尤其在煤粉爐上，當鍋爐低負荷運行時，紫外線大量減少，其靈敏度更低。因此紫外線檢測適用于燃用氣體或輕油燃料的鍋爐，不適用于燃用重油和煤粉燃料的鍋爐。

2.1.2紅外線火檢

--通過檢測燃燒火焰放射的紅外線強度和火焰頻率來判別火焰是否存在，探頭采用硫化鉛光電管或硅光電二極管。由于爐膛完全燃燒著火區(qū)火焰閃爍頻率通常不超過2Hz，因此通過濾波電路，紅外線火檢能區(qū)分燃燒器火焰和背景火焰。紅外線檢測器在不同煤種的鍋爐上都有良好的監(jiān)視效果，應用廣泛，典型產(chǎn)品有FORNEY公司的IDD-II。

2.1.3可見光火檢--同時檢測火焰閃爍頻率和可見光亮度，并進行邏輯加運算來檢測燃燒火焰的存在。同時采用火焰平均光強和脈動閃爍頻率雙信號，可提高檢測的可靠性。另外，可見光檢測器有濾紅外光功能，能排除煙塵、熱煙氣、爐渣和爐壁的紅外輻射，進一步提高了火焰檢測的可靠性。但是，可見光容易被油霧、煙霧及未燃燒的煤粉阻擋和吸收，而紅外線則有一定的穿透能力，因此紅外線檢測比可見光檢測更理想。可見光火檢器用光纖和光電二極管識別火焰特性，典型產(chǎn)品有CE公司的SAFESCAN，BAILEY公司的FLAMEON。三、電站鍋爐火焰檢測技術

3.1相關性火焰檢測器由英國LandCombustion公司推出。它同時使用兩只相同的探測器，使檢測區(qū)域在燃燒區(qū)域相交，利用相關理論分析方法，根據(jù)相關系數(shù)的大小判斷燃燒器的燃燒狀況。當火焰存在時，兩探測器獲得的火焰信號是相似的，相關系數(shù)比較大。當火焰不存在時，相關性系數(shù)低，而且火焰的漂移和不穩(wěn)定也將引起相關系數(shù)降低。因此，根據(jù)火焰相關系數(shù)的變化可判斷火焰燃燒狀況。相關性火焰檢測方法在原理上具有獨到之處，原則上不受負荷變化的影響，適應范圍廣。它不僅能監(jiān)視燃燒器是否有火，而且能間接地反映著火點位置和著火狀態(tài)的變化。但是，相關性火檢的優(yōu)點是以兩個檢測器特性完全一致為前提，而實際運用中，因設計、制造等方面的原因，及運行中污染狀況等因素的影響，兩個檢測器特性難以保證完全一致，這嚴重影響其優(yōu)勢的徹底發(fā)揮。同時，使用相關性火檢與使用一般火檢相比，火檢器數(shù)量增加一倍，無疑會使安裝、調(diào)試及運行維護費用大大增加，因此其推廣應用受到一定的限制。

3.2智能型數(shù)字火焰檢測器數(shù)字式火焰檢測器以FORNEY產(chǎn)品為代表，使用微處理器及相應的軟件算法，通過檢測目標火焰的幅度和頻率，并與在學習方式下存儲的背景火焰圖像進行比較，從而精確確定火焰的有無。在實際運行時，它通過比較目標火焰信號與存儲的火焰圖像信號來精確地確定火焰的狀態(tài)。由于現(xiàn)場客觀條件的制約,不能滿足理論上的學習要求，F(xiàn)ORNEY數(shù)字式火檢提供三個獨立文件用來存儲三種不同的學習圖像，這有利于現(xiàn)場應用中的靈活性。為了獲得最佳的視線角度，使火檢的視線最大限度地與火焰的主燃燒區(qū)相交，且盡量少看甚至不看鄰近或相對的火焰，在現(xiàn)場調(diào)試中必須調(diào)整火檢的視線角度。數(shù)字式火檢提供現(xiàn)場實時對準功能,與傳統(tǒng)火檢器相比有如下創(chuàng)新：指紋式鑒別火焰有無方式；不同負荷工況下選擇不同的鑒別圖像文件；對準功能使火檢視角更佳。該火檢器將背景參數(shù)整定變?yōu)樽詫W習并提供手段幫助對準火檢視角，因此能更精確地確定火焰的狀態(tài)。但是它并沒能從根本上擺脫傳統(tǒng)火檢器的定值比較判斷工作方式，盡管可在不同工況下選擇不同的鑒別圖像文件，但仍然無法適應實際運行中多變的工況。視角對準功能方便了現(xiàn)場調(diào)試，但只有在靜態(tài)調(diào)整時才有用，仍不能克服運行中無法跟蹤因各種動態(tài)因素導致的火焰漂移問題。

3.3

圖像火焰檢測器圖像型火檢是基于火焰電視、綜合多媒體計算機和數(shù)字圖像處理技術發(fā)展起來的，它繼承了火焰電視直觀、形象的優(yōu)點，又充分發(fā)揮計算機強大的處理計算能力，使火檢功能得到了質(zhì)的提升。

電站鍋爐圖像火焰檢測系統(tǒng)的核心是對煤粉燃燒火焰圖像的分析，突破了常規(guī)火檢的檢測機理，通過每個燃燒器噴口和全爐膛的火焰圖像來實時監(jiān)測鍋爐的燃燒狀況；利用模式識別、數(shù)字圖像處理神經(jīng)網(wǎng)絡等技術對火焰圖像進行檢測處理，從而準確發(fā)出單個燃燒器噴口火焰的ON/OFF信號，送入FSSS或DCS參與鍋爐安全保護。圖像火檢真正實現(xiàn)了單火咀準確檢測，解決了背景干擾和“偷看”問題，對于因煤質(zhì)、負荷等引起的工況變化具有較強的適應能力。圖像火檢用直觀的火焰實時圖像為運行人員進行鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整提供參考。隨著計算機處理技術的發(fā)展，可以從火焰實時視頻圖像中提取更多的燃燒信息，進行鍋爐燃燒穩(wěn)定性分析和調(diào)整。四、防常規(guī)始火檢醉存在指的問掘題火焰繡隨負蜜荷、帽煤質(zhì)紗、配瘋風等意變化段產(chǎn)生茫漂移摸時，逝火焰郵信號譽采樣雖的不隨準確隨導致翻“誤進動”跑和“瘦拒動捐”，償常規(guī)技火檢焰適應贏工況墊變化填能力暖差。常規(guī)叫火檢譜的檢恰測機睬理導檔致以探下問腳題：1.火檢頭探頭班安裝遮與調(diào)團整的標矛盾2.火檢叼探頭鋪小視馬場角道與火柴焰大藍幅度狀飄移麻的矛體盾3.火檢澆參數(shù)鑼靜態(tài)組整定貨與火忘焰狀嘗態(tài)動刃態(tài)變搭化的床矛盾4.火檢棒功能貴與燃告燒診敏斷的綱矛盾這些款矛盾廉導致恐火焰特檢測著判斷采不準別，會代出現(xiàn)慌使FS牲SS發(fā)生仔誤動送或拒敘動現(xiàn)抗象，鑰造成舒磨煤湊機跳交閘，添甚至污發(fā)生條鍋爐吸滅火店事故順導致相鍋爐吳非計療劃停丟運。藥運行案人員學提前保進行的投油兼助燃憑或鍋咳爐重僻新啟四動都沫將增唉加運掩行用勢油成棉本，木造成引不必潮要經(jīng)級濟損灘失。第三奪章LY巴20儉00圖像瘋火檢警系統(tǒng)誤的特鍬點一、圖像默型火祥檢的萄總體抹特征則特點二、故具體典特征槍的分綿析說董明1、大淋視角排的火漂焰圖杯像采殖集2、多局種火疫焰檢般測判閑據(jù)3、準往確的贈單燃拐燒器虛噴口授火焰磨檢測4、全拿圖像王顯示5、集鐮控室嘆遠程售顯示攻和操愿作6、火再焰圖筐像滾損動記留錄7、適繞應工威況變圍化8、避稿免“受偷看絹”和掏背景雅干擾9、圖鐘像處蹈理技招術，翼提供犬豐富疲的燃交燒信膊息圖像枕火焰脾檢測蔑系統(tǒng)胳突破深了國如內(nèi)外賭常規(guī)透火檢診的檢蜓測機賞理，勸通過冷檢測核每個證燃燒緞器噴占口實茂時火痛焰來喜監(jiān)測遠鍋爐哪的燃剛燒狀德況。圖像槽型火烈檢具追有以中下特拜點：（1）運夸行人雄員直霉接觀測察爐坡內(nèi)燃廁燒的姜真實汁情況跟；（2）圖騎像傳尖感器較具有證較大扛的視鈔角（85～90團°）；（3）火跌檢判尊斷算腥法使隸工作鑄更加敵準確筋可靠陜；（4）利裕用計塌算機耍系統(tǒng)溝豐富筑的軟副件功盲能，難圖像故型火豎檢能誕以曲己線、枕棒狀我圖、盲偽彩顏色圖冷等不之同的士方式養(yǎng)展示掀爐內(nèi)補燃燒偉工況婚，使總運行季人員買能從緊不同荒的角喬度更抹精確鴉地掌蟻握燃黨燒狀原況。（5）輸爪出ON抄/O棵FF開關樸量信億號，纖可方都便地損與各述種類剩型的宇鍋爐科滅火雕保護酒裝置膠聯(lián)接叮。大視嘴角的儀火焰圖辭像采旬集火焰見圖像箱傳感飄器視桑角可敘達90度，頭能夠曾攝取逐單個委燃燒犯器噴古口燃應燒火征焰圖拴像，今該圖拖像包橡含火案焰的掌所有春特征桃區(qū)，錘確保配后續(xù)所檢測副的準話確性振，提漁高系正統(tǒng)適廳應能繭力。多種火焰擋檢測習判據(jù)多種目檢測句判據(jù)微實現(xiàn)計單火身咀準行確檢卵測，ON有/O躁FF信號秒送入FS議SS或DC所S參與贏鍋爐留安全別保護；檢測決信息司和燃捏燒穩(wěn)拋定性詢信息錦可通布過RS鍛23搞2送入DC丟S系統(tǒng)繞；準確的煤單燃璃燒器在噴口?；鹧娴隀z測真正臥實現(xiàn)竄單火燃咀準剛確檢瓦測，ON嶄/O臉FF信號圓送入FS辨SS或DC墨S參與癥鍋爐偵安全刃保護；檢測瞞信息纖和燃吃燒穩(wěn)膜定性即信息分可通慮過RS彼23稼2送入DC同S系統(tǒng)期；全圖宰像顯蝴示清晰障顯示飄所有糧一次溪風噴望口火倦焰圖恩像和牌全爐反膛火焰遼圖像，便蜜于運姥行人懼員準盼確了鵲解燃胳燒工宗況，守提高蠅鍋爐杰運行畝水平倡；火焰劣圖像弓滾動萍記錄每個忍燃燒維器噴屑口火差焰圖栽像視撥頻可72小時楊滾動嶼記錄教在數(shù)菜字硬置盤錄叢像機酒中，掙便于乓事故竊追憶籍和燃喇燒工軟況分腥析；集控冒室遠厚程顯暖示和鴨操作運行蝴人員潮在運由行室旦可清拔晰看賠到每放個燃排燒器樸噴口帖火焰撕圖像消和鍋聽爐燃炕燒穩(wěn)械定性惱信息督，便幻玉于對積鍋爐瞧實施社燃燒烤優(yōu)化鳳調(diào)整犁，適時游投入泉等離紛子點榨火器物或油映系統(tǒng)尖進行動穩(wěn)燃羅，提郊高鍋虧爐運爛行的竿安全癥性，眾減少摔非計背劃停黎運次羨數(shù)，謹降低瞞機組狡啟停往消耗追的費事用。對煤駱質(zhì)、磨負荷受、配電風等孫變化鬧的適外應性直較強適應斑工況課變化避免“偷看”和背惹景干組擾圖像踏處理思技術章，提縱供豐駁富的嘩燃燒廣信息利用炎計算施機系腦統(tǒng)豐篩富的胃軟件南功能蓮，圖有像火草檢能煉以曲師線、永偽彩基色圖蜜等不門同的哄方式嫌展示競爐內(nèi)紀燃燒束工況健，使掏運行熊人員某能從臺不同躬的角幣度更貸精確狀地掌臂握燃非燒狀絮況。一、圖像諒火檢整體唉構成套圖二、圖像術火檢硬件須組成社圖三、圖像緒火檢信號團流向顫圖四、粒就地枯火檢膠探頭倦以及僵硬件障明細棕說明第四悔章臣圖也像火接檢系生統(tǒng)構紀成一、圖像火管檢整碰體構魚成圖通訊撇模塊上位雜機視頻秘信號濕切換宏器視頻衛(wèi)信號羅分配甜器圖像叼火焰雜檢測你器四畫悉面分違割器十六檢畫面基分割闊器數(shù)字戲錄像擔機二、丹圖像溉火檢峽硬件迫組成傻圖圖像堂火焰香檢測酸系統(tǒng)討的核賴心是折對燃燒下火焰委圖像的檢磁測分為析,輸出尼單個凝燃燒確器浸火焰ON少/O廊FF信號系統(tǒng)基包括貧對視扶頻信魔號的采集望、傳羅輸、岸放大龜、錄映制、謙顯示勸、分疫析等各部寶件實宜現(xiàn)模血塊化競，可蠟適用挪于各趁種容永量的湊鍋爐三、岡圖像麗火檢粒信號斷流向散圖圖像艇火檢魄探頭解決翼高溫涉問題——冷卻剝、隔孤熱、厘耐高絡溫特饑種玻文璃鏡篩片解決扭積灰診問題——旋流膨吹掃坦結構掩、多隊層風港簾特康種結戒構解決艘安裝惠問題——探頭排設計步尺寸馬要小凍；可患隨燃取燒器尊一起際擺動解決柜火焰插采集勁問題——圖像容傳感戶器視同角大,光衰藥小,體積灶小,圖像套清晰圖像順傳感舌器圖像憲火檢泄探頭四、珠就地捧火檢割探頭易以及邁硬件漢明細網(wǎng)說明火焰頑圖像程檢測述器（丑下位脅機）火焰熊圖像堅檢測暑判斷粘，輸駕出火買焰有/無的ON簡/O印FF開關揪量。采用DS陶P快速殃完成睛海量全圖像塵處理傭運算帳，確嗎保檢環(huán)測的出實時示性。獨立賓檢測擔軟件邊，無稿電腦爆病毒拾干擾懶，確爺保系述統(tǒng)的拍穩(wěn)定眉性。以通舞信方煮式與統(tǒng)上位薦機進混行數(shù)流據(jù)交宣流，蝦參數(shù)薦設定運直觀但準確罪。4.尾6系統(tǒng)葉介紹--奇-火焰臥圖像趴檢測蜂器1（下蒜位機黎）上位釋機（撒工程刃師站點）建立蔽良好萄的人妨機界熄面，捎便于尖對系攤統(tǒng)管望理和客參數(shù)粘整定繭?？梢园圆僮骱狼袚Q呼器實敵現(xiàn)畫瓜面的查切換唐功能財。操作季分割定器實蕉現(xiàn)單販角/四角泡切換雹功能晝。組臺戶化上得位機仇軟件黃可任催意配哥置，木適用困各種申容量護、各男種配羨置的茶鍋爐民。監(jiān)視嶄管理低系統(tǒng)由視貧頻信燃號切敘換器讓、四處畫面風分割柄器、箏共享趕器、鵲圖像匹采集惠卡、史高性惜能工獨控機扭等部抽件構拉成；可實桌現(xiàn)視宣頻信偷號的供選擇偏顯示描、系繞統(tǒng)設恢置、肆火焰脹狀態(tài)號指示旗、火閱焰溫落度場叛的顯蝕示等可功能渾?？筛x據(jù)DC蘿S要求習的通搭訊協(xié)役議實莫現(xiàn)與DC雕S之間螺的通痛訊視頻承信號恨切換劇器四畫捧面分絨割器圖像帶采集枕卡共享蹲器操作迷員站工程仰師站圖像槍錄放壁系統(tǒng)由畫傾面分路割器稍、數(shù)代字硬吐盤錄篇像機酸構成可實瞇現(xiàn)視鮮頻信春號復則合、舌壓縮祥、錄困制和湖回放可與片上位圓機通把訊進找行功初能選場擇電源的供電遠系統(tǒng)交流邊側電書源采云用雙健路供鍬電模飲式，支一路奧取自塊廠用針保安免段電卸源，器另一機路取果自廠帖用UP從S電源蓋。柜內(nèi)巷直流諸供電毯系統(tǒng)家采用矩雙電逼源塊弱相互儲冗余族備用書，具棗有電逼流均綠衡供星電功吃能。各部告件直誓流供缸電采宗取隔觸離措刻施，器任一扣部件貝出現(xiàn)窗故障環(huán)時都碎不會悉影響竿其他艘設備去正常漂工作志，實述現(xiàn)風厚險分漂散，短系統(tǒng)駁安全?？煽啃?。第五雅章、因常見械的缺脹陷以綿及故殲障處艇理一、旋開關揭量跳山變調(diào)整