炉膛燃烧温度场三维可视化监测方法模拟研究

为了利用火焰图像监测装置检测到的炉膛燃烧辐射能分布图像信息重建三维燃烧温度场，作者提出了一种针孔成像条件下的快速方法计算CCD（Charge-Coupled Device，电荷耦合器件）靶面接收的辐射能。成像像素接收到的系统网格单元的辐射能的份额的计算结果和辐射能图像计算结果均体现了成像过程的方向选择性和辐射能传递规律的作用。针对炉膛燃烧三维温度场重建的严重病态问题建立了一种基于Tikhonov正则化的求解方法，对于单峰型三维温度分布重建模拟计算结果表明，即使辐射图像检测包含均方差达到0.11的误差，温度场重建误差仍能维持与测量误差基本相当的水平，温度分布可视化质量较高，各种图像检测组合方式的重建结果比较显示，炉膛四角沿高度方向每隔5m左右交叉对角布置两个辐射图像采集装置，能够获得较好的全炉膛温度场可视化结果。     

四角切圆锅炉炉膛燃烧流场协同分析

采用空气分级燃烧和浓淡分离直流型燃烧器对某330MW四角切圆锅炉进行低氮改造,结合场协同原理对锅炉炉膛内的速度场、温度场、NOx浓度进行了分析。结果表明,切圆燃烧方式下,锅炉炉膛内的温度场和速度场在炉膛不同位置呈现不同的协同分布,协同角越小的区域,温度场和速度场协同性越好;沿炉膛高度方向上,协同角呈现波动的变化规律。燃烧器区域内温度影响NOx的生成,速度影响NOx迁移,炉膛上部结构对NOx分布影响较大。     

炉膛燃烧诊断系统在电站锅炉上的应用

介绍了一种基于火焰图像处理、燃烧器风量精确测量和炉内气氛测量的锅炉燃烧诊断系统的组成、功能及在某350 MW锅炉上的应用。提出了一种炉膛燃烧诊断系统,可对每个燃烧器火焰温度场、组分场及燃烧器配风进行精确测量。通过分析燃烧器出口火焰温度场的分布情况,优化燃烧器配风,使每个燃烧器实现最佳的燃烧工况,在保持较高燃烧效率的同时,降低锅炉NO_x排放。系统可全面实现锅炉燃烧的智能诊断,并对锅炉运行不断优化和改进。     

数字式火焰电视监测系统研制及应用

本文介绍了东方锅炉研制的基于双波长理论、采用内窥式成像传感器获取锅炉燃烧火焰图像、通过计算机处理得到炉膛火焰温度场的数字式火焰电视监测系统的结构特点、系统功能和实际使用效果。数字式火焰电视系统与常规炉膛火焰电视和光电高温计的相比，同时具有看火和测温功能，优点明显，是常规炉膛火焰电视系统或光电高温计的替代升级产品。     

燃煤锅炉炉膛断面温度场可视化实验研究

在一台300MW燃煤锅炉上进行了炉膛断面温度场可视化实验研究，采用炉膛燃烧数值模拟程序计算沿炉膛高度平均颗粒容积份额的变化，计算出温度场重建所需的辐射参数，由火焰图像重建的炉膛温度场结果表明，燃烧器区域之上某一个断面的温度场呈现典型的单峰分布特征，且其偏料情况与电厂运行经验基本一致；250MW负荷水平下的最高温度比200MW负荷水平下的最高温度高约80K；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。     

切向燃烧煤粉锅炉燃烧和污染物排放的数值模拟

借助FLUENT CFD软件平台，对1台20MW切向燃烧锅炉炉内燃烧流动进行了三维数值模拟。计算了炉内流场、温度场、组分场，还对炉内污染物NO排放规律进行了计算。计算结果显示，整个炉膛空间存在旋转流场，直到炉膛出口还有旋转残余。炉内的温度场的最高温度出现在燃烧器区域，各组分浓度场与温度场都有很大关系，NO的生成主要是在燃烧过程中，沿炉膛高度浓度逐渐减小，与炉膛中氧气组分的浓度也有一定的对应关系。计算结果为工业运行、设计和改造提供了参考。图11参1表6     

600MW超超临界燃煤锅炉燃烧特性数值模拟研究

为了能提升锅炉燃烧特性,改进锅炉结焦难题,文中选取600 MW超超临界、直流、对冲燃烧锅炉作为研究对象,选用CFD数值模拟方法对该锅炉炉膛内二相流动性、燃烧现象、传热传质特性展开了仿真模拟根据数据分析燃烧器位置和燃尽风位置温度云图、炉膛温度场云图以及沿炉膛高度方向O₂浓度、CO浓度、CO₂云图分布情况,阐述了炉内的空气动力场、温度梯度。最终对炉膛展开了仿真模拟,发现最高温度和较大吸热量均出现在燃烧器的顶部位置,最高温度可以达到2 000 K。炉膛中部氧气浓度值减少,每层燃烧器部分区域因为空气填补存有起伏波动,燃尽风区域得到很多填补,但是随着高度的升高氧含量逐渐降低。为后续炉膛内结焦难题的解决和运行燃烧的改善提供指导和借鉴。     

负荷变化对900 MW超临界锅炉炉内燃烧影响的数值模拟

利用Fluent软件对1台900 MW四角切圆燃烧锅炉在不同负荷下炉内燃烧过程进行了数值模拟,分析了负荷变化对炉内流动和传热的影响规律.结果表明:在高负荷工况下运行时,炉内燃烧充分且稳定,但是炉内火焰更容易冲刷水冷壁,可能发生局部结渣现象;在低负荷工况下运行时,炉内火焰充满度较差,切圆燃烧的稳定性显著下降,炉膛水冷壁灰污表面温度也相应降低,水冷壁表面结渣的倾向弱化,沿高度方向水冷壁吸热不均匀性增大.由于该锅炉的低NOx燃烧器采用了分离燃尽风,使得高温区扩展,火焰中心高度比采用有关标准推荐的方法计算所得结果高4~5 m.     

基于PSO-Powell算法重建炉膛截面温度场的研究

煤粉锅炉炉膛火焰温度场的测量是燃烧调整的基础,对于锅炉的燃烧经济性、安全性诊断以及优化运行有着重要的意义.利用4个面阵CCD获取的火焰图像的数字信号,在分析测试系统物理模型和炉膛火焰温度分布规律的基础上,建立了非线性多目标优化数学模型,并应用PSO算法和文中提出的微粒群.鲍威尔混和算法(PSOPowell)对其进行了求解.并在某电站350 MW锅炉上进行了多负荷工况下的实际测试.结果表明,此混合算法提高了PSO算法的寻优能力,利用其重建的温度场可以作为燃烧诊断和优化运行的重要依据.     

300MW燃煤锅炉O_2_CO_2_烟气再循环燃烧的数值模拟

以一台300 MW四角切圆煤粉锅炉为研究对象,通过ICEM建立炉膛的三维结构框架及网格生成,在TASCFLOW中选择合适的炉内湍流流动、燃烧与传热的数学模型,进行煤粉在氧气体积比为29%时O2/CO2气氛下燃烧过程的数值模拟.研究发现:采用O2/CO2均匀混合送入炉膛时,煤粉的点火和燃烧较空气助燃时的状况有一定的延迟,火焰中心和炉膛内的高温区有明显扩大的趋势,火焰中心更接近炉膛中心,且沿炉膛高度有所上移;采用烟气再循环时,O2直接送入炉膛有利于煤粉的点火和燃烧,大大提高炉膛内的温度水平.     

1000MW超超临界锅炉水冷壁壁温计算

采用分区计算简化大容量高参数超超临界锅炉炉内辐射、对流传热模型,研究炉膛水冷壁热负荷及壁温的空间分布情况,并与试验数据进行了对比,计算结果与试验值之间的偏差较小,最大为5.72%.该模型与算法可给出不同锅炉负荷条件下,水冷壁壁面热负荷与壁温沿炉膛宽度方向的分布规律.结果表明,水冷壁热负荷与壁温均呈现出中间高两端低的弧形分布.四角切圆燃烧锅炉火焰位置对炉内传热有很大影响.模拟计算可为超超临界锅炉的运行提供参考,预测了在材料允许温度范围内,火焰中心偏斜最大不超过2 m.     

电站锅炉神经网络燃烧诊断系统应用研究

先进的燃烧诊断技术可以有效地提高电站锅炉运行的经济性和安全性,本文通过对炉膛火焰的图像采集,利用计算机数字图像处理技术及人工神经网络模型分析方法,开发了永安电厂5号炉的火焰图像燃烧诊断系统。该系统为运行人员提供了有意义的定量化特征参数,并对燃烧状况辩识的机理进行了富有成效的探索,为电站锅炉的燃烧诊断和优化控制提供新方法和新途径。     

煤粉燃烧一维温度分布可视化模拟研究

现有的红外线热像仪监测火焰时只能提供火焰累积温度图像,无法提供火焰内部温度分布信息。在一定条件下煤粉炉膛内的局部燃烧过程可近似为一维对象,本文作者提出采用两只探头分别从其两炉壁开孔处拍摄火焰图像,运用图像处理技术和辐射传递原理重建出两探头之间的一维温度分布。对两种典型温度分布对象,采用两种火焰监测方式,分别进行了模拟研究,并给出了实验的初步结果。结果表明以适当的拍摄角度可获得良好的重现效果,说明其方法具有应用价值。     

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。     

电站煤粉锅炉火焰监测与燃烧诊断优化控制研究

为保证锅炉安全运行,必须进行切实有效的火焰监测和燃烧诊断措施。基于火焰图像处理技术的电站锅炉火焰监测和燃烧诊断优化控制系统,能够实时在线地监视火焰图像,对火焰图像特征进行分析,对炉内温度场进行重建,同时进行燃烧稳定性、经济性和清洁性的判断,提出运行建议,并利用炉内辐射能信号响应灵敏、迅速的特点将其作为负荷控制的前馈信号,接入DCS控制逻辑中以提高锅炉的负荷响应能力和抗干扰能力。     

基于粗糙集理论的火焰图像处理与状态识别

针对全炉膛火焰检测的主要问题,提出了一种基于粗糙集理论的火焰状态识别方法。该方法利用粗糙集理论的分类原则,得到火焰燃烧的高温区域,结合其它火焰图像的特征量,用基于粗糙集的知识决策系统建立火焰状态识别规则,构建全炉膛燃烧状态识别的基本模型,判断燃烧状态。由于决策表的简单属性表达,有利于操作人员的理解并为调整锅炉燃烧提供操作指导。现场试验表明,火焰图像的特征量与燃烧的好坏有密切关系。通过属性集的定量分类实现输出量的定性识别,系统状态识别准确可靠。     

基于火焰图像处理的炉膛辐射能信号的检测及分析

采用基于火焰图像处理的炉膛辐射能信号检测系统对湘潭电厂300MW燃煤机组进行了现场检测， 并对炉膛辐射能信号与机组主要运行参数之间的关系进行了分析，结果表明，在一定程度上，炉膛辐射能信号不仅可以预测机组的实际出力，还可以反映出炉 内的燃烧状况。     

初始氧浓度对锅炉富氧燃烧和NOx排放的影响

针对某电站300MW燃煤锅炉,基于专门开发的CFX-TASCFLOW软件平台,将额定负荷下空气气氛、不同初始氧浓度φ(O2=21%、30%、35%、40%)的O2/CO2气氛,共五种工况下的炉内流动、燃烧及污染物生成进行了数值模拟。计算结果表明:O2/CO2燃烧方式下,炉膛出口烟气中CO2的浓度均可达到90%以上,便于CO2的回收;随着初始氧浓度的增大,炉内的火焰温度提高,沿炉膛高度方向温度的降低幅度增高,炉膛出口烟气温度降低,NOx的生成量小于空气气氛;飞灰可燃物在初始氧浓度为21%时最高,在初始氧浓度增至30%～40%时,飞灰可燃物大幅度下降;30%的初始氧浓度是比较合理的富氧燃烧浓度。