300 MW电 厂锅炉燃烧诊断和运行指导系统应用研究

韩鸣利

（陕西渭河发电有限公司，陕西咸阳712085）

1 系统主要原理和功能

300 MW电厂锅炉燃烧诊断和运行指导系统是将火焰图像处理系统和电厂运行实时监测系统的特点进行充分吸收从而集成的一个智能化系统。通过对探测器进行布置，将火焰图像所获得的数字图像和电厂实时运行过程中测量到的煤粉参数进行回传，使用计算机技术对其进行提取、分析和智能合成，对设备的运行情况进行全面的优化。系统主要具有以下几方面的功能：

1.1 监视和判断火焰图像

该系统的基本功能是对各个燃烧器的火焰燃烧图像进行检测，而且还可以通过对火焰的特征量进行分析，从而判断出火焰的真实燃烧状态。

1.2 温度场测量

炉内三维温度场的重建工作是煤粉燃烧诊断工作的核心和关键点。通过在不同位置设置摄像系统可更加全面地获得火焰辐射的投影信息。以CT技术为基础的反射问题，对算法进行重建后，可获得温度在三维空间的分布情况。通过对温度场进行重建，系统能更加直观地显示出炉膛内的三维稳定分布情况。

1.3 燃烧诊断

系统对各个燃烧器的数字图像进行采集、分析，从而全面地显示出各个燃烧器的着火点。以数字图像处理技术来对火焰图像连续5帧信息进行提取，分析火焰的平均灰度和火焰锋面位置，最后再使用神经网络来实现熄火操作，并且发出预警信号[1]。此外，系统还可以对物质的燃烧稳定性进行判断，从而提高物质的燃烧性能。通过对炉内的温度、煤质参数和火焰图像进行获取、分析，从而建立数学计算模型，更加全面地预测炉内积灰情况。

1.4 污染物和经济性预测

根据气态污染物质的生成规律建立预测模型，模型可对污染物质的排放进行预测，从而有效地指导燃烧方式[2]。

1.5 运行指导

以温度场和燃烧诊断信息为基础建立运行指导专家系统，系统对各个数据信息进行采集，从而给出最佳的燃烧方案，不断地优化燃烧。此外，通过建立燃烧状态数据库，并安装客户端，使得所有人员可以借助网络来对燃烧进行监控。

运行指导技术路线图如图1所示。

2 系统组成

300 MW电厂锅炉燃烧诊断和运行指导系统包含的内容较多，主要为图像信息采集系统、冷却保护系统和数字信息处理系统。

图1 运行指导专家系统的技术路线

2.1 图像采集系统

图像采集系统以光学系统和CCD摄像机为基础，对炉膛内不同位置的火焰图像进行采集，并传输给数字信息处理系统后对信息进行分析处理，以获得温度场和信息特征量[3]。

某发电厂采用300 MW燃煤锅炉，四角切圆燃烧方式，一共设置有5层燃烧器。为了更好地对CCD视场角进行计算，一共设置20个探头，具体如图2所示。

图2300 MW电厂锅炉燃烧诊断和运行指导系统CCD探头布置

燃烧器一共有3层，每层设置4个CCD探头。通过计算机可以对已设定好位置的探头进行识别，并且标记出每层燃烧的火焰[4]。

CCD探头具有鸭嘴吹扫装置，能有效地避免镜头发生结焦现象。此外，温度探测装置和自动进退系统能有效地避免温度过高对探头产生损坏。

2.2 数字处理系统

由计算机局域网和数字信息处理模块组成系统的数字处理系统。计算机局域网借助本地服务器和电厂的局域网进行连接，从而实现数字图像信息的传递。数字处理系统组成图如图3所示。

图3 300 MW电厂锅炉燃烧诊断和运行指导系统的数字处理系统

3 软件功能

根据系统的功能来进行软件的设计。软件界面主要分为两大部分：服务器端界面和网络端界面。

服务器端界面主要的功能是显示温度场、炉膛出口污染物的排放浓度以及燃烧异常情况。

网络端界面的功能是提供人机界面，方便电厂运行人员和设备管理人员借助局域网来对各个燃烧器的火焰图像、温度和燃烧诊断信息进行观察，并且对各个时间段内的燃烧信息进行分析[5]。

4 现场应用情况

本系统安装完成后，需对其进行现场试验，观察系统计算得出的温度场中心位置、切圆位置等是否与运行人员的判断保持一致性。此外，系统还能对炉膛内结渣情况、燃烧情况进行预警，从而有效提高了锅炉的工作效率。

本系统的优势是能确保操作人员和维护人员更加全面有效地对炉膛内煤粉的燃烧情况进行分析和判断，从而提高锅炉运行的安全性。此外，系统还建立了专家数据库，通过对燃烧诊断结构进行分析，制定出科学合理的燃烧调整方案，为运行优化做好了基础工作。

在系统运行过程中存在一些问题，主要是火焰图像测枪工作不稳定。因此，需不断提高系统的工作稳定性和可靠性，不断完善软件的功能，实现自动化操作。

智能化燃烧诊断和运行指导系统能有效保证电厂锅炉安全、高效地运行，并且其污染物的排放标准符合环保要求。由于锅炉煤粉在进行燃烧时存在一定的复杂性，虽然国内外众多科研单位对其进行了研究分析，但依然未取得突破性的进展。因此，为了更好地获取炉膛内煤粉的燃烧情况，需建立全炉膛燃烧探测器系统，以便对燃烧信息进行分析、诊断，从而制定出解决方案，提高燃烧效率。

5 结语

综上所述，在300 MW电厂锅炉燃烧诊断和运行指导系统中，使用CCD探头来获取炉膛内的火焰燃烧情况并进行分析，借助计算机来对火焰图像进行处理，对炉膛内温度分布情况进行重建计算，可获得图像的特征量。以电厂运行实时监测系统为基础，借助神经网络和专家系统对锅炉实际的燃烧情况和异常情况进行分析和诊断，可不断提高锅炉的燃烧效率。某电厂应用了本系统，为锅炉的燃烧诊断工作提供了基础，并使运行人员和设备维护人员能更加全面有效地获得锅炉温度场、污染物指数等信息，确保锅炉的正常运行。实践证明，采用此系统有效解决了锅炉智能化燃烧诊断和运行指导中存在的问题，且提高了锅炉运行的安全性和可靠性，有利于获得更高的经济效益。

[1]王坤.基于炉膛火焰图像信号的电站锅炉控制策略研究[D].合肥：合肥工业大学，2009.

[2]卫成业，王飞，严建华，等.利用代数重建技术根据火焰辐射图像测量煤粉火焰断面温度场[J].计量学报，2001，22（2）：116-121.

[3]卫成业，王飞，马增益，等.基于炉内火焰辐射图像的断面温度场的重建方法研究[J].动力工程，2001，21（1）：1046-1049.

[4]王飞，马增益，卫成业，等.根据火焰图像测量煤粉炉截面温度场的研究[J].中国电机工程学报，2000，20（7）：41-43.

[5]马晖，王飞，崔巍，等.锅炉燃烧诊断和运行指导系统在300 MW电厂锅炉上的应用[J].中国电力，2004，37（9）：30-33.