声学法锅炉温度场检测技术及应用

声学法锅炉温度场检测技术是近年来发展起来的一项新技术。介绍了声学温度场检测技术的声学原理和通过测量声波传感器间的声波传播时间 ,然后利用最小二乘原理重建温度场的测量方法 ,并进行了炉膛截面二维温度场重建仿真。对声学烟温测量方法在锅炉烟温测量中的应用及存在的问题进行了分析和讨论。     

考虑声波折射的声学锅炉温度场测量技术的研究

根据炉膛断面理想的温度分布函数,给出了二维单峰圆对称模型温度场,数值计算了声波在模型温度场中沿直线路径的传播时间,用声学CT算法进行了温度场的重建仿真。根据光学Fermat原理和数学变分方法建立的声波传播路径的数学模型,数值计算了声波在模型温度场中的折射传播路径,发现声波在非均匀温度场中不沿直线传播,其传播路径朝向温度较高的区域发生弯曲。利用得到的声波实际传播路径,用声学CT算法重建了温度场,结果表明考虑声波折射后建立的声学法二维温度场精确度得到提高。图5参7     

GMRES算法在声学法重建三维温度场中的应用

利用声学测量技术进行锅炉炉膛温度场测量时,重建算法是实现炉膛温度场重建的关键。而在基于像素分割的重建算法中,准确、快速求解飞渡时间矩阵方程是重点及难点。对于求解大型稀疏矩阵方程问题,GMRES(广义极小残差法)效果比较好,尤其是针对大型稀疏非对称矩阵的求解问题。本研究将GMRES算法应用于锅炉炉膛三维温度场重建过程中,并利用MATLAB软件对单峰对称和单峰偏斜两种三维理想温度场模型进行了计算机仿真重建。研究表明:该算法重建精度高、速度快,可用于锅炉炉内三维温度场重建过程。     

基于少量声学数据的炉内温度场重建

针对炉内温度场声学测量中只有少量声学数据问题,提出了基于平面像素分割和正则化的温度场重建方法.利用二维温度场像素之间的邻近关系,给出了正则化矩阵的一般求取方法,并对正则化参数进行了研究.分别对单峰对称和非对称、双峰对称和非对称的温度场模型进行了仿真实验,得出了三维显示图和等温线图,并给出了温度场的绝对误差和均方根误差.仿真结果表明:该模型的准确度较高,时各种温度场计算有一定的通用性.     

声学法重建炉内温度场的算法研究

基于声学测温的基本原理和理想状态下炉内温度场的分布规律,提出了每条声波传播路径上温度的抛物线函数,利用数值计算插值方法中的平方反比法,得出了测量平面上划分的各网格点温度值,从而实现了二维温度场的重建。基于领域经验,借助工程数学软件MATLAB,对本重建算法进行了计算机仿真,得出了二维温度场的网格立体图和等温线图。最后,将仿真出的温度场和理想温度场比较,进行误差分析,验证了本重建算法的正确性和可行性,取得了声学测温图像重建的一定进展。     

声学CT算法重建炉内三维温度场的仿真研究

为了实现炉内温度场的实时在线监测,提出了2种声学CT算法:代数重建法(ART)和同步迭代重建法(SIRT).采用2种CT算法分别对炉膛火焰分布的单峰模型、双峰模型和四峰模型进行了温度场重建仿真实验,并对2种算法的仿真结果进行了比较,分析了2种算法的抗噪声能力.结果表明:2种算法均可用于炉膛三维温度场重建且各有优劣,对于燃烧情况复杂的电站锅炉,抗噪声能力更强的SIRT算法具有更好的稳定性.     

基于塔克分解和声学测温的三维温度场重建

提出了一种基于塔克分解和声学测温的三维温度分布重建算法,该算法采用数值计算方法建立先验数据集,利用塔克分解提取锅炉温度场的主要特征,将声学测温与二维温度场插值相结合,重建三维温度场,提高了复杂温度场的重构精度,具有较快的重建速度。结果表明：该算法能够在10 s左右重建复杂三维温度场,相比传统声学测温可以将重建误差降低10%以上,对于先验工况外的温度场也有较强的适用性,对燃煤电厂燃烧优化和负荷调整具有一定的指导意义。     

基于火焰辐射的回转式危险废弃物焚烧炉内介质温度场的非接触重建

以两段式回转窑焚烧炉为研究对象,基于逆向Monte Carlo方法,提出了利用电荷耦合器件摄像机所获取的辐射信息进行炉膛断面二维弥散介质温度场快速重建的模型.应用最小二乘QR(LSQR)矩阵分解算法结合维恩定律即可重建出截面温度场.模拟计算表明,即使在存在测量误差的情况下,仍可以较好地重建出介质温度场,同时辐射能传感器的信噪比不应低于70 dB.并进行了现场试验研究,试验结果证实了重建方法的可行性和实用性.     

基于声学层析成像的炉内温度场重建算法研究

为了获取快速准确的锅炉温度场在线监测信息,提出了一种基于声学层析成像(AT)测量的代数重建-神经网络(ART-NN)温度场重建算法,该算法结合了代数重建方法(ART)和BP神经网络方法的优势.采用该算法对多种典型的温度场模型进行数值仿真,分析了算法的重建结果和稳健性,并利用实验研究进一步评估该算法的性能.结果表明:ART-NN算法的重建质量和稳健性要优于Tikhonov正则法、Landweber迭代法和ART方法,为提高锅炉炉膛温度场重建质量提供了一种有效方法.     

W型火焰锅炉炉膛温度场的可视化试验研究

使用火焰辐射图像探测系统探测炉膛空间发射到镜头各像素的辐射能量，然后从能量传递和平衡的角度，由所得图像重建空间的温度场。在300MW机组W型火焰炉进行了炉膛二维断面温度场可视化重建试验。试验在炉膛壁面布置4个CCD火焰探测器，采用计算机图像采集处理技术获取炉膛火焰辐射图像，通过对火焰辐射图像的处理以厦相关算法，重建炉膛断面温度分布、可动态反映火焰断面温度水平、火焰中心的偏穆和火焰刷墙等燃烧异常工况。断面温度场可视化结果刷新一次的时间不超过5S，满足在线监测的要求。     

非轴对称层流自由火焰温度场的辐射反演

将CT技术中的ART(代数重建)算法应用于火焰的反演，提出了一种基于发射-透射辐射测量的反演非对称层流自由火焰温度场的新方法。模拟算例表明：即使存在辐射量的测量误差，用ART算法反演非轴对称火焰的温度场亦可得到较为精确的结果。     

炉膛中二维温度场与辐射参数的同时重建

辐射逆问题研究受到了广泛的关注。以炉膛为研究对象,开展了二维温度场与辐射参数同时重建的研究。用CCD接收边界辐射强度图像和辐射温度图像,提出用正则化方法从辐射温度图像中重建介质温度场,从辐射强度图像中更新辐射参数,两者交替迭代,直到收敛。模拟计算表明,在测量数据中加入标准方差为0.02,0.05的正态分布的误差后,仍可以较好地重建出介质温度场与辐射参数。图4表4参13     

基于声阵列的电站锅炉水冷壁泄漏定位研究

在声学测温系统测点布置的基础上,融入声阵列定位技术,再现声波测温的同时对炉膛水冷壁的泄漏声信号进行实时监测,并进行泄漏点的精确定位.建立炉管泄漏声阵列定位模型,基于到达时间差定位(TDOA)方法和改进的Chan算法进行三维空间声学定位仿真研究,并进行了空旷环境下和炉膛冷态、热态环境下泄漏点的实验研究.结果表明:仿真与实验结果均符合工程要求,该定位算法具有可行性.     

声波法测量炉膛四角切圆速度场重建仿真

基于声学矢量层析成像原理,对炉内二维速度场进行重建,实现炉内速度场的在线监测。针对炉内典型测量二维截面,布置8个有效声学测点,选取四角切圆简化模型速度场进行重建仿真。使用6个参量标定模型速度场,通过拟牛顿迭代法确定模拟速度场参数。对重建结果加入6%以内的随机扰动后重建结果仍然可靠,验证了该算方法的准确性和稳定性,可为大型电站锅炉速度场声学测量提供指导。     

声波法监测锅炉炉膛二维复杂空气动力场的模拟研究

主要介绍了声波法监测炉内动力场一般二维速度场的重建方法。将待重建速度场分解为螺旋分量和发散分量进行处理，对前者采用基函数展开法解线性方程组，后者满足Laplace方程及Neumann边界条件。算法整体上为一迭代过程。以该算法得出的中间速度场为基础，结合由图像处理法测得的温度场所得到的声速值分布，可较为理想地重建出炉内高温复杂空气动力场。数值实验分别对较为简单和复杂的模拟速度场模型进行重建，并作了误差分析。结果表明：所研究的方法较为稳定、可靠，进一步完善可作为炉膛动力场实时在线监测的较有效方法。图4参9     

基于DenseNet与声学层析成像的温度场高分辨率重建

提出一种虚拟观测结合密集连接网络(DenseNet)的两阶段声学层析成像温度场高分辨率重建算法。以总体最小二乘为目标,采用虚拟观测法对超声飞行时间(TOF)进行重建,得到粗网格下的温度分布;然后利用搭建的DenseNet预测细化网格的温度分布信息,采用双输入模型,同时利用模块化输出方法对典型的温度场模型进行数值仿真。结果表明：该算法的重建质量和抗噪性均优于常用的虚拟观测方法、Landweber迭代法、Tikhonov算法及代数重建(ART)方法。     

对称与非对称碳氢火焰温度场重建实验研究

为了测量碳氢火焰的截面温度场分布,根据火焰烟黑辐射传递特性,提出了基于火焰发射辐射能图像的温度场重建模型,使用最小二乘QR矩阵分解法（LSQR法）求解该模型。数值模拟重建了轴对称和非对称分布的两类温度场,重建结果精度较高。进而对实验室的甲烷扩散火焰截面二维温度场进行了重建,结果与已有文献相比符合较好,特别是对非对称火焰,能准确还原其温度场分布特征,实验得到了较好的结果。     

统计回归方法在电站锅炉氮氧化物排放量监测中的应用

通过对电站锅炉煤燃烧过程中氮氧化物生成模型的分析，确定了与氮氧化物生成量密切相关的锅炉运行参数。使用燃烧火焰图像处理技术和辐射传递方程反演测量，得到炉膛温度场变量。将锅炉运行参数和温度场变量联合构建一个输入数据矩阵，利用偏最小二乘法对锅炉运行过程中的氮氧化物排放值进行估计。并同实测值进行对比。分析结果表明：该种方法可以用于在线实时预测污染物的排放量。图1表3参9     

600MW超临界煤粉炉燃烧过程数值模拟

四角切圆煤粉锅炉是我国较为普遍适用的燃煤锅炉的炉型之一,炉膛结渣是影响锅炉圆燃煤锅炉膛内的湍流流动,传热和燃烧过程进行了三维数值模拟,得出炉膛内温度场和速度场分布。通过灰污层外表面平均温度与煤灰的变形温度DT进行比较,能够较为准确地判断结渣区域,为安全运行提供有效依据。     

基于先验知识的炉内速度场声波法测量研究

采用主动声波法,基于少量测量数据重建切圆燃烧锅炉炉膛空气速度场.从切圆炉内空气速度场服从的物理、数学规律出发,充分利用其有效先验知识使反问题超定,首次提出利用旋转高斯曲面拟合炉内切圆速度矢量场无散分量部分的算法,并结合介质质量守恒定律及相应边界条件,对炉膛二维断面速度场进行了有效重建.在典型的仿真模拟检验基础上,详实的冷态炉膛模型声波法在线测量试验得出了可靠的结果.为该方法进一步研究提供了有效的理论及实验基础.