一种燃煤火电机组炉内燃烧能量辐射能信号的构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种燃煤火电机组炉内燃烧能量辐射能信号的构建方法，属于火力发 电厂锅炉燃烧监测及控制技术。
【背景技术】
[0002] 利用炉内火焰辐射成像监测系统获取辐射能信号，准确反映炉内燃烧过程释放能 量的在线监测技术（周怀春，炉内火焰可视化检测原理与技术，科学出版社，2005年5月， pp. 306-309)在火电机组协调优化控制领域取得一定成果。
[0003] 该技术是通过在煤粉燃烧锅炉不同高度、位置上安装多只高温火焰图像探测器， 拍摄炉内火焰图像，经图像处理技术、辐射传热理论及先进求解策略获取辐射能信号。由于 火焰彩色图像亮度直接正比于图像探测器接收到的辐射能，在图像采集和处理条件固定的 情况下（镜头光圈、照相机快门、增益和白平衡等影响图像信息的条件不发生变化），可直 接从图像的灰度值中获得相对辐射能信号，可以称之为辐射能信号初始值。该值能够快速 反映炉膛空间燃烧状况，与机组的关联性强，但探测器在使用过程中受结焦、积灰、镜片变 色等影响，初始辐射能信号值会出现不稳定，脉动大、可靠性差的情况。在此基础上，中国专 利文献公开了一种修正辐射能静态偏差的方法【【申请号】201310301791.7】，介绍了一种具 体的解决办法，在一定程度上消除了各因素对辐射能信号准确性的影响。
[0004] 为了完善对初始辐射能的优化计算，更好的适应不同类型、各种容量的机组，并经 长期的工程实践应用，现提出一种最新的辐射能信号检测及构造方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提出一种燃煤火电机组炉内燃烧能量辐射能信号构建方法，使其 获得的辐射能信号具有准确度高、适用性强、不受干扰等特点。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] -种燃煤火电机组炉内燃烧能量辐射能信号的构建方法，其特征在方法包括如下 步骤：
[0008] 1)、沿炉膛不同高度位置上安装多只火焰图像探测器，获取炉内火焰辐射图像信 息，经图像处理技术实时计算图像的灰度值GSUu，其表达式：
[0009] GSUi；J= 0. 11R+0. 59G+0. 23B (1)
[0010] 其中，i为火焰探测器的个数，j为每个探测器采集图像的张数，每张图像计算得 到一个灰度值；R、G、B分别为图像三原色红、绿、蓝信息值，并定义图像的灰度值GSUu为初 始车§射能值；
[0011] 2)、以机组的实发功率作为基准对初始辐射能值做动态量程换算，依据式（2-3):
[0012]
[0013]E.^k^-GSU^ (3)
[0014]其中，l为第i个探测器获得的初始辐射能信号的比例系数，M为计算比例系数 数据段的数据长数，GSUy为第i个探测器获得的初始辐射能信号在第M时刻的数，Eu即 为M时刻换算到与机组负荷同量程的辐射能值；
[0015]3)、筛选其中正确反映机组负荷变化的初始辐射能信号，依据式（4-5):
[0016]Ei；M-PM| ^Ethr (4)
[0017]
[0018] 其中，PM为对应M时刻的实发功率值，E_为设定的阈值，N为总探测器个数，N' 为满足式（4)的探测器个数，匕即为筛选后的正确反映能量变化的辐射能信号均值；
[0019] 4)、对机组在负荷变化剧烈阶段的辐射能信号^优化：
[0020]
[0021] E=k2 ?E〇 (7)
[0022] 其中，k2为第二个修正系数，a'，b'是k^随机组功率变化的均值与发电功率P经 最小二乘法计算得到的系数，戶为发电功率均值，E即为反应炉内能量水平高低，最后输出 的辐射能值。
[0023] 本发明与相应技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：
[0024] 本发明主要是运用了两次比例系数修正环节和一次阀值判断环节，第一次比例修 正是将图像的灰度值，即初始辐射能值转化到与机组实发功率相同的量程；阀值判断环节 是剔除因图像探测器的运行过程中受到结焦、积灰等因素所带来的错误信息的影响。第二 次比例修正是依据第一个修正系数与机组功率的线性关系来消除剧烈变负荷阶段辐射能 信号过大或过小的偏差；最终得到的辐射能信号是炉内能量水平的检测信号，在燃烧指令 发生变化的时候辐射能信号能及时的反映出来，其值的过大或者过小反映了内燃烧率要么 "供大于求"，要么"供小于求"，并且该方法构建的辐射能信号不受测量噪声的影响，可以作 为机组的运行参数输送到协调控制系统中参与燃烧优化控制。因此该方法可以消除由机组 负荷升降剧烈时对辐射能修正过小或过大的影响，最终将辐射能信号输出。经实践结果证 明，输出的辐射能信号既能够有效反映炉膛火焰的脉动性，又消除了探测器积灰结焦所造 成的信号偏差，能够适用于不同型号、不同容量的燃煤机组。对参与锅炉燃烧及机组协调的 优化控制提供了一个很好的在线检测手段。
【附图说明】
[0025] 图1为火焰在线监测系统结构图。
[0026] 图2为辐射能信号构建方法流程图。
[0027]图3为图像的灰度值与实发功率对比曲线。
[0028] 图4为探测器(XD13获得图像灰度值与实发功率对比，可以发现在9:10及9:40 时刻出现较大的错误信息。
[0029] 图5对原始辐射能信号阀值判断，给出了 4层火焰探测器中每层的代表，通过阀值 上下限剔除误差数值。
[0030]图6为经阀值判断后的原始辐射能信号均值，计算该均值的来源个数是动态的， 与机组实际发电功率对比，可以看出两者的差异。
[0031]图7a、图7b为升降负荷阶段的初始辐射能信号误差，偏小、偏大在图中用圆圈标 出。
[0032] 图8a、图8b为最终辐射能信号与机组实发功率对比。
[0033] 图9a、图9b和图9c分别为在20(MW、30(MW、600丽锅炉中辐射能检测系统的应用， 最终输出的辐射能信号与实发功率在一天的对比曲线。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0035] 本发明提供的一种燃煤火电机组炉内燃烧能量辐射能信号构建方法，其具体的实 现方法如下：
[0036] -、安装在燃煤锅炉炉膛1内不同高度位置上的火焰探测器获取炉内的火焰辐射 图像信息，并通过视频采集系统2送到硬盘录像机中合成一副图像3,经图像处理技术实时 计算图像的RGB值，求其代表相对福射能信号的灰度值GSU(gray-scale-unit)，如表达式：
[0037]GSUi；J= 0. 11R+0. 59G+0. 23B (1)
[0038] 其中，i为火焰探测器的个数。j为每个探测器采集图像的张数，每张图像计算得 到一个灰度值。
[0039] 二、炉膛辐射能信号是燃料在炉膛燃烧释放的能量反映，它通过辐射传热、对流传 热等方式传递到汽水系统中，并最终转换成发电机的输出电能。所以，炉膛辐射能的变化最 终导致机组发电量的变化，炉膛辐射能与机组的实际发电量变化方向是一致的。基于此，以 机组的实发功率作为基准对代表辐射能信号的灰度值GSUu做动态跟踪计算，依据式（9):
[0040]
[0041]I为第i个探测器获得的初始辐射能信号的比例系数，M为计算比例系数数据段 的数据长数，GSUy为第i个探