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电站锅炉煤粉火焰安全监测及燃烧诊断方法研究

白卫东  
【摘要】:电站锅炉燃烧的稳定性直接关系到电站的安全和经济运行。因此,电站锅炉必须配备功能齐全、性能可靠的炉膛安全监视系统(FSSS)。 目前电站锅炉上所使用的火焰检测装置主要采用红外、紫外和可见光探头,根据所检测到的火焰辐射强度和闪烁频率来判断火焰的“有”或“无”。由于煤粉燃烧的动态特性非常复杂、煤质多变、燃烧器摆动等原因,使得这两种火焰检测器整定困难,运行中常常出现误判断,影响了锅炉机组的正常运行。 图像式火焰检测器具有直观、信息量大、符合人类的视觉习惯等优点,可以有效避免上述事故的发生。 本文的主要工作就是应用先进的计算机图像处理技术,根据火焰图像的光度信息、色度信息和辐射传递方程反演计算炉膛内的温度分布;探求定量判断燃烧火焰稳定性的方法;研究NO_x、SO_2的生成机理和排放规律,研究氧气分压、煤粉粒径、加热速率和气氛对煤粉燃烧速度的影响规律;对影响飞灰可燃物含量的各种因素及其影响规律进行了总结;最后使用上述的研究成果,结合电站锅炉运行参数和煤质数据对污染物排放和飞灰可燃物含量进行诊断研究。 首先,在实验台和电站锅炉上分别进行了实验研究,取得了稳定燃烧和爆燃熄火过程的火焰图像。通过对火焰状态的理解、分析,从火焰图像中提取出能够有效反映燃烧状态的七个通用特征量:火焰有效区域面积,高温区域面积、火焰有效区域亮度、火焰高温区域亮度、火焰高温面积率、火焰质心偏移距离和火焰的圆度。由此七个特征量构建一个特征矩阵,然后基于主元分析技术,提出一种对燃烧火焰的稳定性进行了监视和诊断的方法,采用T~2和SPE两个统计量对每一时刻的图像数据向量进行监测,检验是否超过各自的控制限,只要这两个统计量之一越限,则可判定燃烧出现异常。实验结果表明:该种方法能够在线实时地、有效地识别、判断燃油和燃煤火焰的燃烧状态,并且将结果以SPE图、T~2图和主元图的形式直观地表示出来。并且采用支持向量机方法进行了比较。 浙江大学博士学位论文 摘要 其次,在热天平和煤粉试验台上进行的煤粉燃烧实验和对万口工、S口: 生成机理的研究结果表明: .随着煤粉粒度的减小、氧气分压的增大、加热速率的提高,煤粉燃 烧速度加快; .煤粉在氧气、二氧化碳和氮气的混合气氛中的燃烧速度也随着氧气 的分压降低而降低,但燃烧速度的绝对值远低于空气、纯氧中的燃 烧速度; .在通常的运行范围内,万久和502在一定程度上随炉膛温度、过量 空气系数、二次风温、一二次风比率的增大而增大; .在通常的运行范围内,飞灰可燃物含量与过量空气系数成反比,与 燃烬风率、烟气再循环率、燃料比、煤粉粒径成正比(过量空气系 数一定),随容积热负荷的变化而有一个最佳值。 此外,在工业现场进行了多次关于飞灰可燃物含量、刃久排放量、S口2 排放量与锅炉运行参数和煤质成分的相关试验。综合试验和理论分析结 果,确定出对Nox、502生成和飞灰可燃物含量有重要影响的电站锅炉运 行参数,结合反演出的温度场分布和煤质数据构造自变量矩阵;由飞灰可 燃物含量、万认排放量、50:排放量构造因变量矩阵。由于在生产实际中 无法时时获取煤质数据,因此本文分别对考虑煤质数据和忽略煤质数据两 种情况,应用PLS和神经网络方法对飞灰可燃物含量、万久排放量、502 排放量进行了对比计算。 最后,详细介绍了为300MW火电机组开发的火焰监测和燃烧诊断系统 的硬件构成,软件界面和主要功能。以期指导电站锅炉的安全、经济运行。 关键词:安全管理工程,环境工程学,工程热物理,主元分析,偏最小二乘,监测 火焰图像,温度场测量,燃烧诊断,模式识别


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