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函 经验交流 垃圾焚烧炉火焰参数自动检测方法 李俊欣 (广州环保投资集团有限公司) 摘要：针对国内垃圾电厂焚烧工况变化复杂、依赖人工调整的特性，提出一种基于视频图像处理的炉膛火 焰参数自动检测方法，利用电厂火焰监视摄像探头采集火焰监控图像，实时分析炉膛中的垃圾燃烧状态，并把分 析后的火焰参数传输到 DCS的监控画面，作为人工调整炉排速度和助燃风量的参考。该方法能有效减少运行人 员习惯或经验差异导致的控制效果差异，提高焚烧控制系统的自动化水平。 关键词：垃圾焚烧：火焰自动检测；视频图像处理 O 引言 近十几年来，国外垃圾焚烧发电技术已相对成 熟，同时由于现实需要，国内许多城市相继引进国外 长期验证过的先进焚烧技术，国内垃圾焚烧发电厂发 展迅速。自动焚烧控制系统在实际运行中，由于国内 的垃圾与国外垃圾成分不同，导致燃烧工况不稳定。 一 般自动焚烧控制系统采用蒸汽流量与炉排速度给 定值的固定参数换算公式，不能根据工况的变化及时 调整进料量和配风量，需要人工观察垃圾焚烧情况适 时调整。炉膛内的垃圾焚烧状况一般通过测量料层厚 度、一次风量、二次风量等参数间接反映，运行人员 根据这些检测数据，不间断地观察火焰监视画面，判 断焚烧工况，人工调整控制策略。一旦焚烧工况转变 或人工调整不及时，容易出现炉排或焚烧炉墙结焦、 炉排片损坏、炉温过低产生二恶英等后果。人工观察 的缺点是反应较慢，准确率低，耗费操作人员大量精 力，并且垃圾焚烧炉容易出现灭火事故。一般采用火 检探头进行检测，但火检探头在实际应用中存在灵敏 度不足、误动或拒动的情况。 针对垃圾焚烧过程中需要根据火焰状况判断焚 烧工况的需求，本文提出一种基于图像处理技术的火 焰状况检测方法，在线采集炉膛火焰监视摄像头的图 像，进行图像处理及分析，检测出火焰的亮度、位置、 变化趋势等参数，反映实时的焚烧状况。 l 火焰参数自动检测综述 垃圾焚烧炉火焰参数主要包括各级炉排火焰比 例、火焰位置和火焰亮度数据 (火焰像素点的Y值)。 垃圾焚烧炉火焰参数自动检测利用炉膛火焰监控摄 像头实时采集炉膛内火焰图像，并传输到火焰检测 机；利用Visual Studio软件对火焰图像进行图像预处 理和分析处理；分析结果通过 RS．485等通讯协议输 出到自动焚烧控制系统的操作员站监控画面，用于代 替操作人员的人工观察，辅助操作人员判断当前焚烧 状况，根据火焰参数变化的趋势进行人工调整。例如 当自动检测燃烬段的火焰参数变大时，表示主燃烧段 上的焚烧不充分，应及时减慢炉排速度，同时增大主 燃烧段和燃烬段的一次风量，改善主燃烧段和燃烬段 的焚烧条件。 此外，利用自动检测得出的火焰参数，可以作为 常规火检探头信号的辅助，完成灭火保护等联锁保护 逻辑，增强系统的安全性和可靠性。 2 火焰参数自动检测设计 2．1 设备选型 GB50049—201 1小型火力发电厂设计规范 】规定， 电厂锅炉的主要运行参数包括炉膛火焰监视。因此在 设计垃圾电厂时，需要配备炉膛火焰监视显示系统， 便于运行人员在中控室实时观察炉膛内焚烧情况。本 文利用电厂原有火焰监视探头，对火焰监视画面进行 处理和分析，无需额外增加火焰探头设备。 一 般摄像机的最高工作温度为50℃，而炉内火焰 中心温度高达 1600~C以上，本文利用可耐高温的潜望 管，将图像由棱镜转向后直接投射在安装于炉膛保温 层外、温度合适的摄像机靶面上【2J。同时要求摄像头 的观察视场为不少于 60。转角的 9O。锥面范围。保 护罩工作环境 (炉外温度)温度范围一l0℃～70℃。 摄像机输出PAL制式，通过图像采集卡实现A／D 转换及信号放大，经过同轴电缆传给监视器。监视器 把信号分为2路：一路传到中控室大屏幕进行人工监 视，另一路传到火焰检测机进行火焰参数自动检测。 2．2 图像预处理 由于现场环境复杂，通过摄像机得到的火焰视频 信号需要进行一系列的图像预处理，得到更准确的现 场图像数据，以便对火焰参数进行量化判断。 首先，模拟视频信号通过火焰检测机的图像视频 采集卡进行采集编码，得到火焰图像的数字编码信 息。视频采集卡采用 DH-CG410图像采集卡，支持标 准 PAI SC(CC瓜／E )视频输入，每通道最大分 辨率可达768×576X32 bit，可以满足系统的采集速 度及性能要求。 其次，经图像采集编码处理后得到640X480@30 s的Ⅵ Ⅳ 图像数据。为提升图像处理的准确性，需 要对图像编码数据进行二次处理—平滑处理，消除火 焰图像中随机噪声。常用的平滑方法有中值法、平均 法、空间频率域带通滤波等。综合考虑效率与性能的 要求，本文采用中值法对图像进行降噪处理，对一段 时间内的图像信息进行采集，然后排序，按照中值计 算的方式取出中值作为图像信息[3】。