基于双图像的燃煤电厂炉膛火焰判断方法
【专利摘要】本发明提供一种基于双图像的燃煤电厂炉膛火焰判断方法，包括以下步骤：（1）、获取两幅相同时间、不同角度的炉膛火焰图像；（2）、以炉膛火焰基准状态切圆的质心坐标为基准，分别计算该两幅火焰图像在其所在面的质心偏移距离；（3）、根据该两个质心偏移距离计算出炉膛火焰的实际质心偏移距离；（4）、将实际质心偏移距离与预设有效区域进行比较，若实际质心偏移距离超出有效区域，则提出预警。本发明选取两幅火焰图像进行分析，而且从不同角度出发，判别炉膛火焰燃烧状态，获取实时运行特征，进而判断燃煤电厂炉膛火焰燃烧的安全性、稳定性。
【专利说明】基于双图像的燃煤电厂炉膛火焰判断方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤炭发电【技术领域】，尤其涉及一种基于双图像的燃煤电厂炉膛火焰判断方法。
【背景技术】
[0002]电厂发电过程中，被控对象是炉膛中的燃烧火焰，促使火焰正常燃烧的前提是稳定的高温煤粉供给。调控炉膛火焰的主要硬件设备就是输送管道中的阀门(挡板)机构，而锅炉在正常运行过程中最重要的事故预防就是防止输送管道中高温煤粉的输送量突变，避免簇拥的团型煤粉或因煤粉输送拥堵导致在炉膛的高压下突然灭火，引发重大事故，甚至锅炉爆炸。而稳定的高温煤粉供给的前提是能够获取比较准确的炉膛火焰燃烧状况，而炉内悬浮燃烧状态的火焰是一种非常复杂的高压悬浮燃烧，它的工况是不稳定的，由于炉火是以旋转模式燃烧而形成一个火球，并悬浮在炉膛中，好比是一个软性的、外观几何特征时变的悬浮“陀螺”，进而形成一个具有旋转特性的高压热气流动力场，所以仅仅选取某一个时刻的火焰图像作为判定炉膛火焰燃烧状况的判据，是不可靠的。
[0003]目前我国工业用燃煤锅炉的煤炭消耗约占我国煤炭消耗总量的四分之一，而且正在使用的工业锅炉大多是使用年限较长的锅炉，效率较低，污染较大。这些锅炉的自动控制水平不高，较严重地影响锅炉的燃烧效率。传统的控制方式，不能及时有效地将锅炉燃煤的燃烧控制在最佳状态，也限制了锅炉设备及辅机的运行效率，造成了能源浪费和污染物不能达标排放。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，选取两幅时间相同、角度不同的火焰图像进行分析，判别炉膛火焰燃烧状态，进而根据炉膛火焰燃烧状态判断燃煤电厂炉膛火焰燃烧的安全性、稳定性。
[0005]一种基于双图像的燃煤电厂炉膛火焰判断方法，包括以下步骤:
[0006](I)、获取两幅相同时间、不同角度的炉膛火焰图像；
[0007](2)、以炉膛火焰基准状态切圆的质心坐标为基准，分别计算该两幅火焰图像在其所在面的质心偏移距离；所述基准状态就是理想运行时的炉膛内部温度均匀、压力均匀，每一个煤粉供给执行器的动作完全对称，火焰燃烧波动率最小的状态；切圆质心坐标是基准状态工况下，选取多段半小时长度的燃烧火焰图像，计算出每个半小时中所有图像的质心，采用算术平均法算得的质心坐标；所述质心偏移距离为基准状态切圆的质心与实际获取的火焰图像的质心两质心的之间的距离差；
[0008](3)、根据该两个质心偏移距离计算出炉膛火焰的实际质心偏移距离；
[0009](4)、将实际质心偏移距离与预设有效区域进行比较，若实际质心偏移距离超出有效区域，则提出预警；所述有效区域为切圆质心坐标加上安全运行所允许的最大半径所构成的区域。[0010]进一步地，如上所述的基于双图像的燃煤电厂炉膛火焰判断方法，步骤I中获取的两幅图像垂直。
[0011]进一步地，如上所述的于双图像的燃煤电厂炉膛火焰判断方法，在步骤I之后，步骤2之前，还包括对两幅图像进行预处理，所述预处理包括对两幅火焰图像分别进行中值滤波以去除噪声，其中，中值滤波的计算公式为:
[0012]g (X，y) = med {f (x_i, y-1)}, i, j e S (I)；
[0013]式中，其中g(x，y)、f(x，y)为像素灰度，S为模版窗口，图像g(x，y)是有原始图像f(x，y)和噪声η (X，y)叠加而成的图像。
[0014]进一步地，如上所述的基于双图像的燃煤电厂炉膛火焰判断方法，所述预处理还包括对中值滤波后的火焰图像采用Canny算子进行边缘提取，从边缘提取后的图像中确定火焰图像的质心。
[0015]本发明提供的基于双图像的燃煤电厂炉膛火焰判断方法，通过获取相同时间、不同角度的两幅火焰图像，并分别分析两幅图像的质心坐标，然后将该质心坐标与基准状态切圆质心分别做对比，从而能够更加准确、可靠地判断出炉膛火焰燃烧状况，然后根据炉膛火焰燃烧状况来恰当调节锅炉的煤粉供给，进而实现了燃煤电厂炉膛燃烧安全性、稳定性。另外，本发明将复杂的图像处理、图像分析和燃烧状态判别蕴藏于监控系统中，通过监控系统判断燃煤电厂炉膛火焰燃烧的状态，通过炉膛火焰燃烧的状态来调整煤粉供给执行器的给粉率和热风量，从而实现逐渐纠偏来达到炉膛锅炉燃烧的精确自动监测和控制，从而实现燃煤电厂炉膛燃烧安全性、稳定性。通过监控系统开监控炉膛火焰的燃烧状况，使得最终的炉膛火焰燃烧状态判别方法简单易懂，给操作人员带来了方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为具有4个特征区域的炉膛火焰边缘特征图；
[0017]图2为经过中值滤波去噪和Canny算子后的火焰图像的边缘特征图；
[0018]图3垂直获取的两火焰图像空间结构图。
【具体实施方式】
[0019]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020]实施例:
[0021]1、炉膛火焰原始双图像获取
[0022]选用合适的双图像采集系统(例如两台摄取图像角度为90°、水平位置安装的红外线火焰检测器)获得实时燃烧的炉膛火焰原始图像，将获取的火焰图像通过数据线传送到上位机，然后通过上位机对获取的两幅图像进行处理运算来确定火焰图像的质心。
[0023]首先，考虑到炉膛火焰工况的不稳定性，获得的原始图像蕴涵着较多噪声因素，影响图像的清晰度，因此原始图像先完成预处理工作；
[0024]2、每个原始单图像预处理[0025]根据火焰图像有效特征，为抑制在锅炉内部、成像过程、信号传送中各种干扰给图像带来的噪声，从而能快速、清晰、实时地反映出炉膛火焰，预处理的主要内容是滤波。
[0026]本发明采取中值滤波对图像进行去噪处理:
[0027]由于炉膛火焰燃烧过程是一个动态的过程，因此一定会含有随机干扰，多图像平均法自然而然成为一种抑制噪声的有效手段。
[0028]设定图像g(x, y)是有原始图像f (X，y)和噪声η (X，y)叠加而成，则:
[0029]g(x, y)=f(x, y)+n (x, y)
[0030]假定各像素的噪声是不相关的，且其均值为零，则用N幅不同的噪声图像平均可得到一幅图像gp(x, y)。
【权利要求】
1.一种基于双图像的燃煤电厂炉膛火焰判断方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)、获取两幅相同时间、不同角度的炉膛火焰图像； (2)、以炉膛火焰基准状态切圆的质心坐标为基准，分别计算该两幅火焰图像在其所在面的质心偏移距离；所述基准状态就是理想运行时的炉膛内部温度均匀、压力均匀，每一个煤粉供给执行器的动作完全对称，火焰燃烧波动率最小的状态；切圆质心坐标是基准状态工况下，选取多段半小时长度的燃烧火焰图像，计算出每个半小时中所有图像的质心，采用算术平均法算得的质心坐标；所述质心偏移距离为基准状态切圆的质心与实际获取的火焰图像的质心两质心的之间的距离差； (3)、根据该两个质心偏移距离计算出炉膛火焰的实际质心偏移距离； (4)、将实际质心偏移距离与预设有效区域进行比较，若实际质心偏移距离超出有效区域，则提出预警；所述有效区域为切圆质心坐标加上安全运行所允许的最大半径所构成的区域。
2.根据权利要求1所述的基于双图像的燃煤电厂炉膛火焰判断方法，其特征在于，步骤I中获取的两幅图像垂直。
3.根据权利要求1所述的于双图像的燃煤电厂炉膛火焰判断方法，其特征在于，在步骤I之后，步骤2之前，还包括对两幅图像进行预处理，所述预处理包括对两幅火焰图像分别进行中值滤波以去除噪声，其中，中值滤波的计算公式为:
g (X，y) = med {f (x-1, y-1)}，i, j e S (I)； 式中，其中g(x，y)、f(x，y)为像素灰度，S为模版窗口，图像g(x，y)是有原始图像f(x，y)和噪声η (X，y)叠加而成的图像。
4.根据权利要求3所述的基于双图像的燃煤电厂炉膛火焰判断方法，其特征在于，所述预处理还包括对中值滤波后的火焰图像采用Canny算子进行边缘提取，从边缘提取后的图像中确定火焰图像的质心。
【文档编号】G06K9/46GK104008385SQ201410102714
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】陈荣保, 肖本贤, 费敏锐, 朱勇军, 卞敬慈, 孟芳慧 申请人:合肥工业大学