基于多光谱显微成像的颗粒表面温度分布测量

分别采用彩色相机和多光谱相机构建辐射测温系统,利用黑体炉进行温度模型标定实验,并基于BP神经网络对标定数据进行训练得到测温模型。通过蜡烛火焰的温度测量实验,验证了测温模型的可靠性,且结果显示多光谱成像测温系统的测温精度高于彩色相机测温系统。针对常规辐射成像测温系统空间分辨率不足的问题,采用多光谱相机结合显微镜搭建了显微测温平台,对高温热台内的单石油焦颗粒燃烧过程进行记录,得到了石油焦颗粒表面的温度分布以及随时间的温度变化过程。     

一种新型炉膛火焰温度图像检测仪

设计了一种新型的便携式炉膛火焰温度图像检测装置,系统由便携式炉膛火焰探测器及基于DSP的数字电路组成,通过对火焰辐射图像的处理直接给出火焰温度图像的检测结果。温度检测方法是采用基于彩色火焰图像r、g、b三基色的综合测温法,该方法通过黑体炉的标定具有较高的测量精度。在一台300MW电站锅炉上的仿真实验表明,炉膛内的燃烧温度与负荷的变化相同,检测结果与比色高温计检测结果相比,误差在5％之内。     

基于彩色CCD的摩擦焊接温度场测量系统

根据彩色CCD三基色测温原理,设计了摩擦焊接的温度场测量系统.采用CCD摄像头对焊接界面进行高速、连续拍摄,得到温度场图像,DSP对图像进行预处理后,对温度进行计算,然后使用伪彩色增强方法,通过不同颜色来反映焊接界面各部分的动态温度分布状况.为提高测量的精度,通过黑体炉实验对计算公式中的参数进行标定,并根据实验数据进行了插值修正.TMS320DM647的高速运算能力和丰富的片上资源保证了测量的实时性,伪彩色处理后的温度场图像可以方便、直观地反映出温度场的分布.     

基于相干反斯托克斯拉曼散射的二维温度场扫描测量

开展了基于相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)技术的二维温度场扫描测量研究。通过同步扫描测量点及信号接收端的方式,实验测量了甲烷/空气预混火焰水平截面离散点的温度,并插值重建了二维温度场;用同步扫描法调节测量点与火焰的位置,实现了在扫描过程中对火焰同一空间位置的温度测量,排除了火焰空间分布不均匀性对扫描测温结果的附加影响。最后分析了提出的扫描CARS测量系统在实验设定状态下的扫描测温A类不确定度。结果显示:在扫描测量同一空间位置的实验中,测得该点平均温度为2 074K;测温A类不确定度优于21K。本研究量化了扫描CARS温度测量系统的不确定度,提高了扫描温度测量结果的可信度,为后续稳态火焰温度分布高精度测量、计算机流体动力学(CFD)模拟验证及燃烧基本问题研究奠定了实验基础。     

突扩燃烧室燃烧火焰深度二维温度场测量

针对电子耦合器件（CCD）辐射测温中因温度过高导致的辐射图像“发白”问题，提出了摄像机快门时间控制模型，该模型能有效地防止CCD光敏面输出过饱和电流。在此基础上，引入计算机断层图像检测理论，对燃烧火焰不同聚焦面的CCD成像过程进行研究，建立了用单一摄像机实现火焰深度方向聚焦面辐射图像与温度场分布关联模型，实现了火焰深度二维温度场的在线测量。实验室煤气燃烧实验表明：黑体炉标定后的关联模型实现了燃烧火焰内部温度场的在线测量与诊断，快门控制模型能有效解决辐射图像“发白”问题，扩大了CCD辐射测量的温度范围。     

基于彩色火焰图像的铝、硼纳米颗粒燃烧特性

用彩色数码相机拍照结合图像处理的诊断方法研究了铝、硼纳米颗粒的燃烧特性和机理,得到了铝、硼纳米颗粒火焰的形貌特征、温度分布及着火时间等。燃烧实验中使用多元扩散平焰燃烧器(Hencken燃烧器)提供可控的高温环境,利用固体颗粒乙醇溶解-超声分散-雾化-干燥的给粉方式产生高分散的纳米气溶胶,并在不同工况下对纳米颗粒火焰进行拍照。从所得彩色图片中提取红、绿、蓝三色通道信号,结合普朗克辐射定律获得颗粒的辐射强度信息及温度信息。结果表明:不同环境温度会导致不同的颗粒变温历程。高温环境下铝、硼颗粒经着火后颗粒温度逐渐下降,而低温下由于氧化层多晶相变的影响铝颗粒温度先缓慢升高而后缓慢下降,硼颗粒温度则几乎维持恒定。硼颗粒着火过程可分为着火延时和着火两个阶段,通过火焰图像定义了相应的时间,测得的硼颗粒着火延迟时间为1.17~2.98ms,着火时间为0.31~0.85ms。     

基于颜色实现温度测量的方法及实验研究

利用颜色传感器TCS230获得高温体发出的彩色光颜色信息,采用三基色测温方法进行分析,经计算、标定后测出物体温度。并就该方法的误差来源进行了分析,给出了系统的校正方法和标定方式。实验结果表明,系统具有快速准确的特点,测量精度优于3.29%。     

忽扩燃烧室回流区截面二维温度场数值化研究

采用机器视觉和非接触辐射测温理论和技术，建立了忽扩燃烧室回流区断面图像的二基色信息与温度的关系模型，实现了回流区火焰断面坐标的温度值在线测量，并绘制了断面二维平面投影的温度场等高线。煤气燃烧实验结果表明，这种测温技术是可行的，它实现了忽扩燃烧室燃烧状况的在线监测与诊断，为分析预测燃烧过程、改进燃烧器和确保工况安全稳定运行提供了有效的监控调节手段。     

颗粒浓度和光学厚度对火焰温度场重建的影响

利用彩色CCD摄像机重建火焰三维温度场分布是一项具有广泛应用前景的研究课题。目前,此项研究的重点集中于在假设燃烧中颗粒的浓度已知的条件下,求取温度的分布。但是,这样的模型没有考虑到火焰中颗粒的浓度（对应于光学厚度）对测量带来的影响。基于CCD摄像机得到的辐射能图像,本文利用三维吸收、发射和各向异性散射介质温度场重建的模型,根据燃煤锅炉数值计算结果,主要考察了颗粒浓度和光学厚度对温度场重建的影响。采用最小二乘QR分解（LSQR）对重建方程进行了求解,较好的克服了重建问题的病态性对结果的影响。结果表明,在一定的颗粒浓度范围内,随着颗粒浓度和光学厚度的增大,重建误差呈现了开始稍微减小然后又增大的趋势,重建温度场总体上能够较好的再现假设温度场的特征。     

基于面阵CCD图像的温度场测量研究

推导出具有实物面的高温辐射体温度和CCD像素点亮度之间的关系。结合比色测温法，给出一种基于彩色CCD图像的温度场测量方法。用一套经黑体炉标定过的测温系统，分别在黑体炉和普通煤炉上进行测温试验，取得较好结果。通过比较计算温度值和热电偶测量值，分析了本测温方法的误差来源。     

煤粉颗粒燃烧过程可视化研究

基于McKenna型燃烧器,研制了双光路成像系统,对煤粉颗粒燃烧过程中的背光投影轮廓图像和自发光光强分布信息进行同步采集,观察了不同高度位置煤粒的运动、着火和燃烧过程。针对烟煤和无烟煤颗粒燃烧实验中出现的挥发组分着火燃烧、碳黑形成、焦炭着火燃烧等现象进行了分析,发现两种煤种分别以均相着火和非均相着火为主。同时对煤颗粒燃烧时固体和挥发组分由于相间速度差产生的脱离现象编写了图像处理程序,分别计算了气固相的运动速度。该研究为进一步定量分析煤粉的着火和燃烧特性提供了参考。     

中心给粉旋流燃烧器气固两相流动的数值模拟

电厂采用的煤粉燃烧技术应达到稳燃、低污染、防结渣及防高温腐蚀的要求。中国电厂燃用煤的煤质偏差,煤种多变。在燃用这些煤的时候,锅炉的稳燃能力较低。针对这些问题,提出中心给粉旋流煤粉燃烧技术。由于燃烧器的气固流动特性对燃烧器的性能有很大的影响,利用可实现的k-ε和Lagrangian随机轨道模型对中心给粉旋流燃烧器的气固两相流动进行数值模拟,并将计算结果和三维相位多普勒测速技术(Phase-Doppler anemometry,PDA)试验结果进行详细比较,计算值和试验值速度分布的趋势基本相同。计算和试验结果表明,在轴向方向产生了回流区,切向速度分布出现典型的Rankine涡结构,中心线附近区域的径向速度小。当颗粒的轴向速度衰减为0之后,颗粒的运动方向发生偏转,开始向后上方运动。颗粒迂回型运动轨迹延长了煤粉在回流区中的停留时间。     

低NOx排放的"风包粉"浓淡煤粉燃烧技术

提出了一种低ＮＯｘ排放的煤粉燃烧技术──“风包粉”浓淡煤粉燃烧技术。分析了这种技术降低ＮＯｘ排放的原理和技术措施，并指出这项技术在低ＮＯｘ排放的同时，还具有低负荷稳燃、高燃烧效率、防止结渣和防止高温腐蚀的性能。介绍了这项技术的一些试验结果和应用情况。     

Observation of coal fragmentation in early stages of combustion

Measurements of coal fragmentation in the early stages of combustion were undertaken in the size range of crushed coals for Chinese Dongjin and Indonesian Roto coals. A flat flame burner fed with a premixed mixture of methane, air and partly hydrogen was used for the burning of a single coal particles. A high speed video camera system was used for the observation of coal fragmentation during approximately 80 msec. Fragmentation is consistently observed in the controlled combustion environment over a gas flame temperature range of 1220K–1320K. The data indicate that a single coal particle often disintegrates into two, three, and sometimes more fragments. The dominant mechanisim of fragmentation is that producing two fragments in primary fragmentation. The Dongjin coal breaks up more extensively than the Roto coal with the frequency of fragmentation exhibiting a strong particle size dependence and a weaker gas flame temperature dependence. The mean time of primary fragmentation for the Dongjin coal falls to between 10 msec and 20 msec and does not remarkably vary with particle size and gas flame temperature. The mean time of primary fragmentation for the Roto coal is strongly dependent on the particle size, whilst shows less gas flame temperature dependence.     

适用于燃用贫煤1 025 t/h锅炉的中心给粉旋流燃烧器

提出了中心给粉旋流煤粉燃烧器,并针对某厂采用EI-DRB型燃烧器设计燃用贫煤的1 025 t/h锅炉稳燃能力差,不能燃用设计煤质的问题,进行了实验室冷态试验及锅炉冷、热态试验,得出了新型的燃烧器结构,并将下层8只燃烧器改造为新型燃烧器.试验表明,中心给粉燃烧器的回流区最大直径、长度与燃烧器最外层直径之比分别为1.40和1.89,可卷吸足够的高温烟气及时点燃煤粉,得出了外二次风叶片角度、一次风量、二次风量及三次风对燃烧器出口射流的影响规律;在实际运行参数下,EI-DRB型燃烧器没有回流区,不利于稳定燃烧.得出了二次风挡板开度和给粉机转数对燃烧器出口处温度场的影响规律.采用新型燃烧器后,锅炉效率提高,当电负荷降至140 MW时,锅炉可以不投油稳定运行,在燃用贫煤、无烟煤和贫煤的混煤时(混合比为11),锅炉在高负荷和低负荷下均可稳定运行.锅炉NOx排放下降.     

基于图像卷积变分自编码的电站锅炉 燃烧稳定性评价方法

为实现基于电站锅炉火焰图像的燃烧稳定性定量表征,并克服不稳定燃烧样本不足的训练难题,提出一种基于卷积变分自编码模型的燃烧稳定性实时、定量表征方法。首先使用稳定燃烧工况下的火焰图像进行模型训练,利用卷积变分自编码器得到稳定燃烧图像的高维潜在概率分布。记录该模型对应的隐变量分布特征,计算该分布与标准正态分布之间的KL散度值,利用该KL散度实现燃烧稳定性的定量表征。在仿真验证中,通过对比说明引入变分推断理论可提高模型对于燃烧图像的重构质量,图片重构前后均方根误差为0.005 48;通过磨煤机给煤量调整实验,人为制造不同稳定度的燃烧器燃烧工况,验证了该评价方法的准确性和有效性,评价准确率高达92.1%;通过与煤火检评价结果的比较,表明该方法具备煤火检系统对于火焰的定量判断功能,且感知能力更加灵敏,能在燃烧器灭火前167 s给出燃烧不稳定的预警,具有一定的工程应用价值。     

基于Fluent的煤粉燃烧器风管流场数值模拟与分析

利用Fluent软件对煤风管道内气-固两相流进行模拟仿真,通过观察固体颗粒运动轨迹,对管道内冲蚀磨损进行研究分析。利用RNG k-ε湍流模型和拉格朗日离散相模型对燃烧器煤风管道内煤粉颗粒-空气两相流场进行耦合数值模拟,对比分析了输煤管在不同角度α时的流场特性和颗粒运动轨迹,发现当α≤15°时,管道壁面冲蚀磨损率有所降低;管道中除了存在冲蚀磨损,同时还伴随有摩擦磨损。通过对计算结果的分析和讨论,发现燃烧器设计的不合理因素,对煤粉燃烧器结构改进和相关参数优化有一定指导意义。