图像火焰检测及燃烧分析系统的应用分析

蔡　飞,张治湖（烟台龙源电力技术股份有限公司,山东　烟台　264006）

图像火焰检测及燃烧分析系统的应用分析

蔡飞,张治湖
（烟台龙源电力技术股份有限公司,山东烟台264006）

针对电站锅炉常规火检系统存在的“偷看”、“漏看”问题，从锅炉燃烧特性和图像火检工作原理进行了分析，探讨了图像火检的实用性和应用情况。

图像火检；火焰检测；探头

目前，我国电站锅炉采用的火焰检测器是以可见光、红外光为主的光敏元件检测器，这两种光敏原件检测器都是借助火焰着火区辐射能量的交流分量、火焰的脉动幅值和脉动频率，进行火焰着火与熄火的检测。然而在锅炉运行过程中，由于锅炉负荷及配风的变化，煤火检过程中，“偷看”、“漏看”的问题一直比较严重，而且长期存在，导致对燃烧器的检测准确性大大降低，以至于灭火保护也不得不解除，影响机组运行安全。

图像火焰检测及燃烧分析系统，其原理是利用火焰图像，来对火焰燃烧情况进行全程监控，能够直观地判断火焰的存在状态，煤种和负荷变化对其影响极小。这是一种新型的火焰检测装置。本文主要分析了图像火检的工作原理，以及燃烧器在燃烧方面的特性，以此论证在锅炉火焰检测中，图像火检所独有的优势。

1　图像火检系统概述

图像火焰检测及燃烧分析系统的核心，是基于煤粉在燃烧过程中的火焰图像分析，主要是对火焰图像视频信号进行处理，整个处理过程包括火焰图像视频信号的采集、传输、放大、录制、显示、分析等几部分。图像火焰检测及燃烧分析系统的组成主要有如下几部分：

●火焰图像传感器

●视频信号分配器

●火焰图像检测器（下位机）

●火焰图像监视管理系统

●火焰图像录放系统

●通讯系统

火检探头采用视频信号传输，不配备光纤。

2　图像火检工作原理

图像火焰检测及燃烧分析系统，其原理是借助广角长焦距工作镜头对整个燃烧器状况进行判断，并利用彩色CCD摄像机对燃烧器喷口的火焰图像进行直观拍摄。由于燃烧火焰图像中含有大量的信息，再采用传像技术、计算机数字图像处理技术、模式识别技术等对图像进行分析，以便对单个燃烧器火焰的ON/OFF信号进行准确判断。

3　火焰检测不稳定性分析

电站锅炉运行过程中常规煤火检一直存在“偷看”、“漏看”和稳定性差的问题，为了解决这个问题，就需要对电站锅炉不断地进行调整，否则，就会因为火检信号失去而造成磨煤机跳闸或锅炉MFT问题。

影响因素如下：

（1）存在“偷看”对角、邻角等其它燃烧器火焰；

（2）负荷及配风变化影响火焰未然区、燃烧区迁移；

（3）炉膛内热辐射；

（4）常规煤火检检测频率较低，强度较弱；

（5）燃烧器刚灭火时，煤火检检测强度增加，发出有火信号。

4　锅炉燃烧特性分析

（1）喷入炉膛的风粉混合物，经过加热、气化、着火、燃烧等过程，会产生黑龙区（预燃区）、着火区和燃尽区。黑龙区是燃料加热的环节，没辐射强度不高，主要表现为煤粉本色；着火区的火焰燃烧一般比较稳定，闪烁频率也不高，因此，火焰表现明亮，且辐射强度通常会很强；燃尽区由于其燃烧基本殆尽，无论闪烁频率，还是辐射强度都已经降到很低。所以，常规火检检测的角度，必须要在着火区位置，才能对燃烧器的火焰状态进行有效检测。

（2）如果火焰检测中存在不稳定的因素，就影响到着火需要的时间，以及着火的距离，也就是会使火焰各区域分布不稳定，与黑龙区的分界点产生频繁变化。如果着火区发生外移，黑龙区没有燃烧尽的煤粉，就会在靠近燃烧器出口处，形成遮盖区，影响到常规火焰检测的准确性。如果因为煤质、负荷等因素，着火点的距离不断变化，黑龙区形成的遮盖区也会随之变化。特别是近年来煤炭供应紧张，煤质得不到有效保证，导致着火点变化剧烈，进而也使得遮盖区域变化频繁、剧烈。因为常规火检的视角范围比较小，火检检测的火焰信号就会不稳定，发生“漏看”现象。而图像火检的大视角可覆盖火焰的黑龙区、着火区和燃尽区，有效解决了火焰检测不稳定性因素的影响。

（3）常规火检检测范围，约5°视角，主要检测着火区；图像火检检测范围，约90°视角，可以检测预燃区（黑龙区）、着火区和燃尽区。

5　图像火检检测效果与结论

在常规火检中，常常因为受到煤种、负荷变化而导致燃烧器喷口火焰漂移，使得火检产生“误判”，另外，因为受到各种因素的干扰，火检中还常存在“偷看”等问题。数字图像处理技术能对单个燃烧喷口火焰有火/无火的情况，进行准确判断，就很好地解决了这个问题。图像检测技术和模式识别技术，可以对有效区域进行选择，并把偷看到的邻角图像进行有效遮蔽，降低了误动的几率。而且，该系统只在检测到煤火焰的特征区，才会产生反应，发出有火信号。

由于CCD摄像机视角较大（可达900左右），能够直接观测燃烧器的整体燃烧状态。即使工况发生了变化，或者着火区的位置发生了改变，也仍然能够观测得到，实用性非常强。同时，对燃烧的情况，能够做到准确反映，工作人员对各燃烧器在燃烧过程中的状态，能较为直观地进行观测，并根据燃烧情况进行相关调整。

6　结束语

图像火焰检测及燃烧分析系统的成功应用，有效的避免了常规火检的“偷看”和“漏看”问题，提高了火焰检测的可靠性，保证了锅炉的安全运行。并且锅炉运行人员通过主控室大屏幕可以实时观测燃烧器喷口火焰，方便进行锅炉燃烧调整。特有的图像存储和回放功能，为事故分析提供了有力的佐证。

该系统已在国内200多台50MW～1000MW机组锅炉的直流和旋流燃烧器上成功应用，对锅炉的安全、稳定和经济运行都起到了非常积极的作用。图像火检探头还是等离子点火装置和少油点火装置的配套火检，对等离子拉弧、点火和少油点火过程实时监视，可以及时调整燃烧工况。

[1]杨晋萍,白建云.大型火检机组控制技术丛书-安全检测保护系统[M].北京:中国电力出版社,2005.

[2]周怀春 炉内火焰可视化检测原理与技术[M].北京:科学出版社,2005.

蔡飞（1974—），男，本科，工程师。