图像火检技术讲课王世朋

新型可视化电站锅炉火检系统技术讲课

---图像火焰检测系统

神华国能宁夏煤电有限公司鸳鸯湖电厂热控专业王世朋第一章、绪论第二章、锅炉火焰检测技术综述第三章、LY2000图像火检系统的特点第四章、图像火检系统构成第五章、常见的缺陷以及故障处理第六章、结束语图像火焰检测系统技术讲课第一章绪论一、电站锅炉配备火焰检测的必要性二、火力发电厂常规FSSS系统的构成三、神华国能鸳鸯湖电厂锅炉主保护原理框图四、神华国能鸳鸯湖电厂主要辅机磨煤机保护原理框图

电站锅炉燃烧的稳定性直接影响到电站的安全和经济运行。随着我国电力工业的迅速发展，电站单机容量不断增大，锅炉设备的结构及其辅机系统日趋复杂，煤种变化大，负荷经常调整影响锅炉安全运行的因素日益增多，特别是在机组启停过程中，操作频繁，一旦遇到运行人员判断失误、操作不当或工况调整不及时，就会造成炉内燃烧不稳定，并可能发展成炉膛灭火。若此时仍然不断向炉膛内送粉，就有引起炉膛爆炸的危险。因此，为了能及时、灵敏、可靠地检测炉内燃烧工况，防止在点火、低负荷等燃烧不稳定工况下发生炉膛爆炸事故，电站锅炉必须配置功能齐全、设备可靠的炉膛安全监视系统FSSS。而炉膛安全监视系统投运成功与否，在很大程度上取决于所用的火焰检测器的可靠和完善。先进的火焰检测装置不但能检测火焰的燃烧和熄灭，还能检测火焰的稳定性。火焰检测装置在发电厂锅炉炉膛安全监控系统中起着极其重要的作用，全炉膛灭火及燃料丧失2个重要的跳炉（MFT）信号都是由火检装置检测及判断得出的。火检均无火信号也是进行炉膛吹扫的必备条件之一。一、电站锅炉配备火焰检测的必要性二、火力发电厂常规FSSS系统的构成一、鸳鸯湖电厂锅炉主保护MFT原理框图四、鸳鸯湖电厂磨煤机保护原理框图第二章锅炉火焰检测技术综述一、电站锅炉火焰燃烧特性二、现代锅炉火焰检测技术的分类和基本的工作原理三、电站锅炉火焰检测技术四、常规火检存在的问题一、电站锅炉火焰燃烧特性

油、气、煤粉燃烧器的火焰能发射出几乎连续的发光光谱，其放射源多为燃烧过程中产生的高温碳微粒子群（碳墨）及粉煤粒子群（烧成碳）等，其光谱主要分布于可见光和红外区。

燃料在炉膛内燃烧产生的火焰，以各种形式向四周辐射。煤粉火焰的燃烧信号是一种不规则的脉动信号，是由火焰在燃烧过程中，微粒的集结、运动、发光、燃尽的结果所致。煤粉的燃烧可分为如下4个区段。

a.预热区风粉混合物在逐步加热的过程中与燃烧中的明火开始接触，逐渐加热至燃烧点。

b.初始燃烧区风粉混合物开始燃烧，大量地辐射光和热，形成闪烁，这时火焰的亮度不是最大，但闪烁的频率达最大。

c.完全燃烧区这时火焰释放的光和热达到最高。

d.燃尽区燃料燃烧完毕，形成灰粉，炽热的灰粉仍能发光，但其亮度和闪烁频率都很低。燃料经燃烧器喷入炉内进行燃烧，在燃烧的化学反应过程中将释放出大量的能量，包括光能(如紫外线、可见光和红外线)、热能和声辐射能等。这些不同的能量形式构成了检测炉膛火焰存在与否的基础，应用不同的火焰特征可以构成不同类型的火检器。二、现代锅炉火焰检测技术的分类和基本的工作原理

现代锅炉火焰检测技术可分为直接式和间接式两大类：

1、直接式火检一般用于点火器的火焰检测,常用的有检出电极法、差压法、声波法和温度法等。

检出电极法--利用电极电阻值在着火前后的变化来判别点火是否成功。其在轻油点火枪的火焰检测上取得成功；

差压法--利用着火后气体膨胀产生的瞬间压力变化，建立风箱和检测处的差压的变化关系，以此作为着火与否的信号。这种方法简单，但可靠性欠佳；

声波法--利用火焰噪声进行火焰检测，不能在有电动机、风机等声源噪音的现场中实际应用；

温度法--检测火焰发热，利用火焰温度变化检测火焰，由于炉内温度具有较大的惯性，并且燃料种类不同，灭火温度也有较大的差异，火检器参数难于整定。这几种火检器或对应用环境要求较高，或存在较大的局限性，目前已基本淘汰。

2、间接式火检--通常利用不同形式的辐射能量检测火焰2.1辐射光能火焰检测--

利用辐射光能原理检测炉膛火焰，常用辐射光能火检基本上都是基于燃烧过程中火焰辐射出的红外线、可见光和紫外线等进行检测。

2.1.1紫外线火检--利用火焰本身特有的紫外线强度来判别火焰的有无，其光电器件为紫外光敏管。紫外光敏管对相邻燃烧器火焰有较高的鉴别力，通常用作单火嘴的火焰检测器。但是紫外线易被介质吸收，当紫外光敏管被烟灰、油雾等污染物污染时，灵敏度明显下降，所以在燃用重油和煤粉的锅炉中，紫外线火检并不可靠，尤其在煤粉炉上，当锅炉低负荷运行时，紫外线大量减少，其灵敏度更低。因此紫外线检测适用于燃用气体或轻油燃料的锅炉，不适用于燃用重油和煤粉燃料的锅炉。

2.1.2红外线火检

--通过检测燃烧火焰放射的红外线强度和火焰频率来判别火焰是否存在，探头采用硫化铅光电管或硅光电二极管。由于炉膛完全燃烧着火区火焰闪烁频率通常不超过2Hz，因此通过滤波电路，红外线火检能区分燃烧器火焰和背景火焰。红外线检测器在不同煤种的锅炉上都有良好的监视效果，应用广泛，典型产品有FORNEY公司的IDD-II。

2.1.3可见光火检--同时检测火焰闪烁频率和可见光亮度，并进行逻辑加运算来检测燃烧火焰的存在。同时采用火焰平均光强和脉动闪烁频率双信号，可提高检测的可靠性。另外，可见光检测器有滤红外光功能，能排除烟尘、热烟气、炉渣和炉壁的红外辐射，进一步提高了火焰检测的可靠性。但是，可见光容易被油雾、烟雾及未燃烧的煤粉阻挡和吸收，而红外线则有一定的穿透能力，因此红外线检测比可见光检测更理想。可见光火检器用光纤和光电二极管识别火焰特性，典型产品有CE公司的SAFESCAN，BAILEY公司的FLAMEON。三、电站锅炉火焰检测技术

3.1相关性火焰检测器由英国LandCombustion公司推出。它同时使用两只相同的探测器，使检测区域在燃烧区域相交，利用相关理论分析方法，根据相关系数的大小判断燃烧器的燃烧状况。当火焰存在时，两探测器获得的火焰信号是相似的，相关系数比较大。当火焰不存在时，相关性系数低，而且火焰的漂移和不稳定也将引起相关系数降低。因此，根据火焰相关系数的变化可判断火焰燃烧状况。相关性火焰检测方法在原理上具有独到之处，原则上不受负荷变化的影响，适应范围广。它不仅能监视燃烧器是否有火，而且能间接地反映着火点位置和着火状态的变化。但是，相关性火检的优点是以两个检测器特性完全一致为前提，而实际运用中，因设计、制造等方面的原因，及运行中污染状况等因素的影响，两个检测器特性难以保证完全一致，这严重影响其优势的彻底发挥。同时，使用相关性火检与使用一般火检相比，火检器数量增加一倍，无疑会使安装、调试及运行维护费用大大增加，因此其推广应用受到一定的限制。

3.2智能型数字火焰检测器数字式火焰检测器以FORNEY产品为代表，使用微处理器及相应的软件算法，通过检测目标火焰的幅度和频率，并与在学习方式下存储的背景火焰图像进行比较，从而精确确定火焰的有无。在实际运行时，它通过比较目标火焰信号与存储的火焰图像信号来精确地确定火焰的状态。由于现场客观条件的制约,不能满足理论上的学习要求，FORNEY数字式火检提供三个独立文件用来存储三种不同的学习图像，这有利于现场应用中的灵活性。为了获得最佳的视线角度，使火检的视线最大限度地与火焰的主燃烧区相交，且尽量少看甚至不看邻近或相对的火焰，在现场调试中必须调整火检的视线角度。数字式火检提供现场实时对准功能,与传统火检器相比有如下创新：指纹式鉴别火焰有无方式；不同负荷工况下选择不同的鉴别图像文件；对准功能使火检视角更佳。该火检器将背景参数整定变为自学习并提供手段帮助对准火检视角，因此能更精确地确定火焰的状态。但是它并没能从根本上摆脱传统火检器的定值比较判断工作方式，尽管可在不同工况下选择不同的鉴别图像文件，但仍然无法适应实际运行中多变的工况。视角对准功能方便了现场调试，但只有在静态调整时才有用，仍不能克服运行中无法跟踪因各种动态因素导致的火焰漂移问题。

3.3

图像火焰检测器图像型火检是基于火焰电视、综合多媒体计算机和数字图像处理技术发展起来的，它继承了火焰电视直观、形象的优点，又充分发挥计算机强大的处理计算能力，使火检功能得到了质的提升。

电站锅炉图像火焰检测系统的核心是对煤粉燃烧火焰图像的分析，突破了常规火检的检测机理，通过每个燃烧器喷口和全炉膛的火焰图像来实时监测锅炉的燃烧状况；利用模式识别、数字图像处理神经网络等技术对火焰图像进行检测处理，从而准确发出单个燃烧器喷口火焰的ON/OFF信号，送入FSSS或DCS参与锅炉安全保护。图像火检真正实现了单火咀准确检测，解决了背景干扰和“偷看”问题，对于因煤质、负荷等引起的工况变化具有较强的适应能力。图像火检用直观的火焰实时图像为运行人员进行锅炉燃烧优化调整提供参考。随着计算机处理技术的发展，可以从火焰实时视频图像中提取更多的燃烧信息，进行锅炉燃烧稳定性分析和调整。四、防常规始火检醉存在指的问掘题火焰绣随负蜜荷、帽煤质纱、配疯风等意变化段产生茫漂移摸时，逝火焰邮信号誉采样虽的不随准确随导致翻“误进动”跑和“瘦拒动捐”，偿常规技火检焰适应赢工况垫变化填能力暖差。常规叫火检谱的检恰测机睬理导档致以探下问脚题：1.火检头探头班安装遮与调团整的标矛盾2.火检叼探头铺小视马场角道与火柴焰大蓝幅度状飘移麻的矛体盾3.火检浇参数锣静态组整定货与火忘焰状尝态动刃态变搭化的床矛盾4.火检棒功能贵与燃告烧诊敏断的纲矛盾这些款矛盾廉导致恐火焰特检测着判断采不准别，会代出现慌使FS牲SS发生仔误动送或拒叙动现抗象，钥造成舒磨煤凑机跳交闸，添甚至污发生条锅炉吸灭火店事故顺导致相锅炉吴非计疗划停丢运。药运行案人员学提前保进行的投油兼助燃凭或锅咳炉重僻新启四动都沫将增唉加运掩行用势油成棉本，木造成引不必潮要经级济损滩失。第三夺章LY巴20俭00图像疯火检警系统误的特锹点一、图像默型火祥检的萄总体抹特征则特点二、故具体典特征枪的分绵析说董明1、大淋视角排的火漂焰图杯像采殖集2、多局种火疫焰检般测判闲据3、准往确的赠单燃拐烧器虚喷口授火焰磨检测4、全拿图像王显示5、集镰控室叹远程售显示攻和操愿作6、火再焰图筐像滚损动记留录7、适绕应工威况变围化8、避稿免“受偷看绢”和掏背景雅干扰9、图钟像处蹈理技招术，翼提供犬丰富疲的燃交烧信膊息图像枕火焰脾检测蔑系统胳突破深了国如内外赌常规透火检诊的检蜓测机赏理，劝通过冷检测核每个证燃烧缎器喷占口实茂时火痛焰来喜监测远锅炉哪的燃刚烧状德况。图像槽型火烈检具追有以中下特拜点：（1）运夸行人雄员直霉接观测察炉坡内燃厕烧的姜真实汁情况跟；（2）图骑像传尖感器较具有证较大扛的视钞角（85～90团°）；（3）火跌检判尊断算腥法使隶工作铸更加敌准确筋可靠陕；（4）利裕用计塌算机耍系统沟丰富筑的软副件功盲能，难图像故型火竖检能诞以曲己线、枕棒状我图、盲伪彩颜色图冷等不之同的士方式养展示掀炉内补燃烧伟工况婚，使总运行季人员买能从紧不同荒的角乔度更抹精确鸦地掌蚁握燃党烧状原况。（5）输爪出ON抄/O棵FF开关朴量信亿号，纤可方都便地损与各述种类剩型的宇锅炉科灭火雕保护酒装置胶联接叮。大视嘴角的仪火焰图辞像采旬集火焰见图像箱传感飘器视桑角可叙达90度，头能够曾摄取逐单个委燃烧犯器喷古口燃应烧火征焰图拴像，今该图拖像包橡含火案焰的掌所有春特征桃区，锤确保配后续所检测副的准话确性振，提渔高系正统适厅应能茧力。多种火焰挡检测习判据多种目检测句判据微实现计单火身咀准行确检卵测，ON有/O躁FF信号秒送入FS议SS或DC所S参与赢锅炉留安全别保护；检测决信息司和燃捏烧稳抛定性询信息锦可通布过RS锻23搞2送入DC丢S系统绕；准确的煤单燃璃烧器在喷口常火焰店检测真正卧实现窜单火燃咀准刚确检瓦测，ON崭/O脸FF信号圆送入FS辨SS或DC墨S参与症锅炉侦安全刃保护；检测瞒信息纤和燃吃烧稳膜定性即信息分可通虑过RS彼23稼2送入DC同S系统期；全图宰像显蝴示清晰障显示飘所有粮一次溪风喷望口火倦焰图恩像和牌全炉反膛火焰辽图像，便蜜于运姥行人惧员准盼确了鹊解燃胳烧工宗况，守提高蝇锅炉杰运行亩水平倡；火焰劣图像弓滚动萍记录每个忍燃烧维器喷屑口火差焰图栽像视拨频可72小时杨滚动屿记录教在数菜字硬置盘录丛像机酒中，挣便于乓事故窃追忆籍和燃喇烧工软况分腥析；集控冒室远厚程显暖示和鸭操作运行蝴人员潮在运由行室旦可清拔晰看赔到每放个燃排烧器朴喷口帖火焰撕图像消和锅听炉燃炕烧稳械定性恼信息督，便幻玉于对积锅炉瞧实施社燃烧烤优化凤调整犁，适时游投入泉等离纷子点榨火器物或油映系统尖进行动稳燃罗，提郊高锅亏炉运烂行的竿安全症性，众减少摔非计背划停黎运次羡数，谨降低瞒机组狡启停往消耗追的费事用。对煤骆质、磨负荷受、配电风等孙变化闹的适外应性直较强适应斑工况课变化避免“偷看”和背惹景干组扰图像踏处理思技术章，提纵供丰驳富的哗燃烧广信息利用炎计算施机系脑统丰筛富的胃软件南功能莲，图有像火草检能炼以曲师线、永伪彩基色图蜜等不门同的哄方式嫌展示竞炉内纪燃烧束工况健，使掏运行熊人员某能从台不同躬的角币度更贷精确状地掌臂握燃非烧状絮况。一、图像谅火检整体唉构成套图二、图像术火检硬件须组成社图三、图像绪火检信号团流向颤图四、粒就地枯火检胶探头倦以及僵硬件障明细棕说明第四悔章臣图也像火接检系生统构纪成一、图像火管检整碰体构鱼成图通讯撇模块上位杂机视频秘信号湿切换宏器视频卫信号罗分配甜器图像叼火焰杂检测你器四画悉面分违割器十六检画面基分割阔器数字戏录像担机二、丹图像溉火检峡硬件迫组成傻图图像堂火焰香检测酸系统讨的核赖心是折对燃烧下火焰委图像的检磁测分为析,输出尼单个凝燃烧确器浸火焰ON少/O廊FF信号系统基包括贫对视扶频信魔号的采集望、传罗输、岸放大龟、录映制、谦显示劝、分疫析等各部宝件实宜现模血块化竞，可蜡适用挪于各趁种容永量的凑锅炉三、冈图像丽火检粒信号断流向散图图像艇火检魄探头解决翼高温涉问题——冷却剥、隔孤热、厘耐高络温特饥种玻文璃镜筛片解决扭积灰诊问题——旋流膨吹扫坦结构掩、多队层风港帘特康种结戒构解决艘安装惠问题——探头排设计步尺寸马要小冻；可患随燃取烧器尊一起际摆动解决柜火焰插采集劲问题——图像容传感户器视同角大,光衰药小,体积灶小,图像套清晰图像顺传感舌器图像宪火检泄探头四、珠就地捧火检割探头易以及迈硬件汉明细网说明火焰顽图像程检测述器（丑下位胁机）火焰熊图像坚检测暑判断粘，输驾出火买焰有/无的ON简/O印FF开关揪量。采用DS陶P快速殃完成睛海量全图像尘处理佣运算帐，确吗保检环测的出实时示性。独立宾检测担软件边，无稿电脑爆病毒拾干扰懒，确爷保系述统的拍稳定眉性。以通舞信方煮式与统上位荐机进混行数流据交宣流，虾参数荐设定运直观但准确罪。4.尾6系统叶介绍--奇-火焰卧图像趴检测蜂器1（下蒜位机黎）上位释机（撒工程刃师站点）建立蔽良好萄的人妨机界熄面，捎便于尖对系摊统管望理和客参数粘整定茧。可以霸操作豪切换呼器实敌现画瓜面的查切换唐功能财。操作季分割定器实蕉现单贩角/四角泡切换雹功能昼。组台户化上得位机仇软件黄可任催意配哥置，木适用困各种申容量护、各男种配羡置的茶锅炉民。监视崭管理低系统由视贫频信燃号切叙换器让、四处画面风分割柄器、筝共享赶器、鹊图像匹采集惠卡、史高性惜能工独控机扭等部抽件构拉成；可实桌现视宣频信偷号的供选择偏显示描、系绕统设恢置、肆火焰胀状态号指示旗、火阅焰温落度场叛的显蚀示等可功能浑。可根辉据DC萝S要求习的通搭讯协役议实莫现与DC雕S之间螺的通痛讯视频承信号恨切换剧器四画捧面分绒割器图像带采集枕卡共享蹲器操作迷员站工程仰师站图像枪录放壁系统由画倾面分路割器稍、数代字硬吐盘录篇像机酸构成可实眯现视鲜频信春号复则合、舌压缩祥、录困制和湖回放可与片上位圆机通把讯进找行功初能选场择电源的供电远系统交流边侧电书源采云用双健路供锹电模饮式，支一路奥取自块厂用针保安免段电卸源，器另一机路取果自厂帖用UP从S电源盖。柜内巷直流诸供电毯系统家采用矩双电逼源块弱相互储冗余族备用书，具枣有电逼流均绿衡供星电功吃能。各部告件直誓流供缸电采宗取隔触离措刻施，器任一扣部件贝出现窗故障环时都碎不会悉影响竿其他艘设备去正常漂工作志，实述现风厚险分漂散，短系统驳安全海可靠腥。第五雅章、因常见械的缺胀陷以绵及故歼障处艇理一、旋开关揭量跳山变调整