图像火检技术讲课王世朋.ppt

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1、新型可视化电站锅炉火检系统技术讲课-图像火焰检测系统,神华国能宁夏煤电有限公司鸳鸯湖电厂热控专业 王世朋,第一章、绪论第二章、锅炉火焰检测技术综述第三章、LY2000图像火检系统的特点第四章、图像火检系统构成第五章、常见的缺陷以及故障处理第六章、结束语,图像火焰检测系统技术讲课,第一章 绪论,一、电站锅炉配备火焰检测的必要性二、火力发电厂常规FSSS系统的构成三、神华国能鸳鸯湖电厂锅炉主保护原理框图四、神华国能鸳鸯湖电厂主要辅机磨煤机保护原理框图,电站锅炉燃烧的稳定性直接影响到电站的安全和经济运行。随着我国电力工业的迅速发展，电站单机容量不断增大，锅炉设备的结构及其辅机系统日趋复杂，煤种变化大

2、，负荷经常调整影响锅炉安全运行的因素日益增多，特别是在机组启停过程中，操作频繁，一旦遇到运行人员判断失误、操作不当或工况调整不及时，就会造成炉内燃烧不稳定，并可能发展成炉膛灭火。若此时仍然不断向炉膛内送粉，就有引起炉膛爆炸的危险。因此，为了能及时、灵敏、可靠地检测炉内燃烧工况，防止在点火、低负荷等燃烧不稳定工况下发生炉膛爆炸事故，电站锅炉必须配置功能齐全、设备可靠的炉膛安全监视系统FSSS。而炉膛安全监视系统投运成功与否，在很大程度上取决于所用的火焰检测器的可靠和完善。先进的火焰检测装置不但能检测火焰的燃烧和熄灭，还能检测火焰的稳定性。火焰检测装置在发电厂锅炉炉膛安全监控系统中起着极其重要的作

3、用，全炉膛灭火及燃料丧失2个重要的跳炉（MFT）信号都是由火检装置检测及判断得出的。火检均无火信号也是进行炉膛吹扫的必备条件之一。,一、电站锅炉配备火焰检测的必要性,二、火力发电厂常规FSSS系统的构成,一、鸳鸯湖电厂锅炉主保护MFT原理框图,四、鸳鸯湖电厂磨煤机保护原理框图,第二章 锅炉火焰检测技术综述,一、电站锅炉火焰燃烧特性二、现代锅炉火焰检测技术的分类和基本的工作原理三、电站锅炉火焰检测技术四、常规火检存在的问题,一、电站锅炉火焰燃烧特性,油、气、煤粉燃烧器的火焰能发射出几乎连续的发光光谱，其放射源多为燃烧过程中产生的高温碳微粒子群（碳墨）及粉煤粒子群（烧成碳）等，其光谱主要分布于可见

4、光和红外区。燃料在炉膛内燃烧产生的火焰，以各种形式向四周辐射。煤粉火焰的燃烧信号是一种不规则的脉动信号，是由火焰在燃烧过程中，微粒的集结、运动、发光、燃尽的结果所致。煤粉的燃烧可分为如下4个区段。a.预热区风粉混合物在逐步加热的过程中与燃烧中的明火开始接触，逐渐加热至燃烧点。b.初始燃烧区风粉混合物开始燃烧，大量地辐射光和热，形成闪烁，这时火焰的亮度不是最大，但闪烁的频率达最大。c.完全燃烧区这时火焰释放的光和热达到最高。d.燃尽区燃料燃烧完毕，形成灰粉，炽热的灰粉仍能发光，但其亮度和闪烁频率都很低。燃料经燃烧器喷入炉内进行燃烧，在燃烧的化学反应过程中将释放出大量的能量，包括光能(如紫外线、可

5、见光和红外线)、热能和声辐射能等。这些不同的能量形式构成了检测炉膛火焰存在与否的基础，应用不同的火焰特征可以构成不同类型的火检器。,二、现代锅炉火焰检测技术的分类和基本的工作原理,现代锅炉火焰检测技术可分为直接式和间接式两大类：1、直接式火检 一般用于点火器的火焰检测,常用的有检出电极法、差压法、声波法和温度法等。检出电极法-利用电极电阻值在着火前后的变化来判别点火是否成功。其在轻油点火枪的火焰检测上取得成功；差压法-利用着火后气体膨胀产生的瞬间压力变化，建立风箱和检测处的差压的变化关系，以此作为着火与否的信号。这种方法简单，但可靠性欠佳；声波法-利用火焰噪声进行火焰检测，不能在有电动机、风机

6、等声源噪音的现场中实际应用；温度法-检测火焰发热，利用火焰温度变化检测火焰，由于炉内温度具有较大的惯性，并且燃料种类不同，灭火温度也有较大的差异，火检器参数难于整定。这几种火检器或对应用环境要求较高，或存在较大的局限性，目前已基本淘汰。,2、间接式火检-通常利用不同形式的辐射能量检测火焰,2.1 辐射光能火焰检测-利用辐射光能原理检测炉膛火焰，常用辐射光能火检基本上都是基于燃烧过程中火焰辐射出的红外线、可见光和紫外线等进行检测。2.1.1 紫外线火检-利用火焰本身特有的紫外线强度来判别火焰的有无，其光电器件为紫外光敏管。紫外光敏管对相邻燃烧器火焰有较高的鉴别力，通常用作单火嘴的火焰检测器。但是

7、紫外线易被介质吸收，当紫外光敏管被烟灰、油雾等污染物污染时，灵敏度明显下降，所以在燃用重油和煤粉的锅炉中，紫外线火检并不可靠，尤其在煤粉炉上，当锅炉低负荷运行时，紫外线大量减少，其灵敏度更低。因此紫外线检测适用于燃用气体或轻油燃料的锅炉，不适用于燃用重油和煤粉燃料的锅炉。2.1.2 红外线火检-通过检测燃烧火焰放射的红外线强度和火焰频率来判别火焰是否存在，探头采用硫化铅光电管或硅光电二极管。由于炉膛完全燃烧着火区火焰闪烁频率通常不超过2Hz，因此通过滤波电路，红外线火检能区分燃烧器火焰和背景火焰。红外线检测器在不同煤种的锅炉上都有良好的监视效果，应用广泛，典型产品有FORNEY公司的 IDD-

8、II。,2.1.3 可见光火检-同时检测火焰闪烁频率和可见光亮度，并进行逻辑加运算来检测燃烧火焰的存在。同时采用火焰平均光强和脉动闪烁频率双信号，可提高检测的可靠性。另外，可见光检测器有滤红外光功能，能排除烟尘、热烟气、炉渣和炉壁的红外辐射，进一步提高了火焰检测的可靠性。但是，可见光容易被油雾、烟雾及未燃烧的煤粉阻挡和吸收，而红外线则有一定的穿透能力，因此 红外线检测比可见光检测更理想。可见光火检器用光纤和光电二极管识别火焰特性，典型产品有CE公司的 SAFESCAN，BAILEY 公司的 FLAMEON。,三、电站锅炉火焰检测技术,3.1相关性火焰检测器 由英国 Land Combustio

9、n 公司推出。它同时使用两只相同的探测器，使检 测区域在燃烧区域相交，利用相关理论分析方法，根据相关系数的大小判断燃烧器的燃烧状况。当火焰存在时，两探测器获得的火焰信号是相似的，相关系数比 较大。当火焰不存在时，相关性系数低，而且火焰的漂移和不稳定也将引起相关系数降低。因此，根据火焰相关系数的变化可判断火焰燃烧状况。相关性火焰检测方法在原理上具有独到之处，原则上不受负荷变化的影响，适应范围广。它不仅能监视燃烧器是否有火，而且能间接地反映着火点位置和着火状态的变化。但是，相关性火检的优点是以两个检测器特性完全一致为前提，而实际运用中，因 设计、制造等方面的原因，及运行中污染状况等因素的影响，两个

10、检测器特性难以保证完全一致，这严重影响其优势的彻底发挥。同时，使用相关性火检与使用一般火检相比，火检器数量增加一倍，无疑会使安装、调试及运行维护费用大大增加，因此其推广应用受到一定的限制。,3.2 智能型数字火焰检测器 数字式火焰检测器以 FORNEY 产品为代表，使用微处理器及相应的软件算法，通过检测目标火焰的幅度和频率，并与在学习方式下存储的背景火焰图像进行比较，从而精确确定火焰的有无。在实际运行时，它通过比较目标火焰信号与存储的火焰图像信号来精确地确定火焰的状态。由于现场客观条件的制约,不能满足理论上的学习要求，FORNEY 数字式火检提供三个独立文件用来存储三种不同的学习图像，这有利于

11、现场应用中的灵活性。为了获得最佳的视线角度，使火检的视线最大限度地与火焰的主燃烧区相交，且尽量少看甚至不看邻近或相对的火焰，在现场调试中必须调整火检的视线角度。数字式火检提供现场实时对准功能,与传统火检器相比有如下创新：指纹式鉴别火焰有无方式；不同负荷工况下选择不同的鉴别图像文件；对准功能使火检视角更佳。该火检器将背景参数整定变为自学习并提供手段帮助对准火检视角，因此能更精确地确定火焰的状态。但是它并没能从根本上摆脱传统火检器的定值比较判断工作方式，尽管可在不同工况下选择不同的鉴别图像文件，但仍然无法适应实际运行中多变的工况。视角对准功能方便了现场调试，但只有在静态调整时才有用，仍不能克服运行

12、中无法跟踪因各种动态因素导致的火焰漂移问题。,3.3 图像火焰检测器 图像型火检是基于火焰电视、综合多媒体计算机和数字图像处理技术发展起来的，它继承了火焰电视直观、形象的优点，又充分发挥计算机强大的处理计算能力，使火检功能得到了质的提升。电站锅炉图像火焰检测系统的核心是对煤粉燃烧火焰图像的分析，突破了常规火检的检测机理，通过每个燃烧器喷口和全炉膛的火焰图像来实时监测锅炉的燃烧状况；利用模式识别、数字图像处理神经网络等技术对火焰图像进行检测处理，从而准确发出单个燃烧器喷口火焰的ON/OFF信号，送入FSSS或DCS参与锅炉安全保护。图像火检真正实现了单火咀准确检测，解决了背景干扰和“偷看”问题，

13、对于因煤质、负荷等引起的工况变化具有较强的适应能力。图像火检用直观的火焰实时图像为运行人员进行锅炉燃烧优化调整提供参考。随着计算机处理技术的发展，可以从火焰实时视频图像中提取更多的燃烧信息，进行锅炉燃烧稳定性分析和调整。,四、常规火检存在的问题,火焰随负荷、煤质、配风等变化产生漂移时，火焰信号采样的不准确导致“误动”和“拒动”，常规火检适应工况变化能力差。常规火检的检测机理导致以下问题：1.火检探头安装与调整的矛盾 2.火检探头小视场角与火焰大幅度飘移的矛盾 3.火检参数静态整定与火焰状态动态变化的矛盾 4.火检功能与燃烧诊断的矛盾 这些矛盾导致火焰检测判断不准，会出现使FSSS发生误动或拒动

14、现象，造成磨煤机跳闸，甚至发生锅炉灭火事故导致锅炉非计划停运。运行人员提前进行投油助燃或锅炉重新启动都将增加运行用油成本，造成不必要经济损失。,第三章 LY2000图像火检系统的特点,一、图像型火检的总体特征特点二、具体特征的分析说明1、大视角的火焰图像采集2、多种火焰检测判据3、准确的单燃烧器喷口火焰检测4、全图像显示5、集控室远程显示和操作6、火焰图像滚动记录7、适应工况变化8、避免“偷看”和背景干扰9、图像处理技术，提供丰富的燃烧信息,图像火焰检测系统突破了国内外常规火检的检测机理，通过检测每个燃烧器喷口实时火焰来监测锅炉的燃烧状况。图像型火检具有以下特点：（1）运行人员直接观察炉内燃烧

15、的真实情况；（2）图像传感器具有较大的视角（8590）；（3）火检判断算法使工作更加准确可靠；（4）利用计算机系统丰富的软件功能，图像型火检能以曲线、棒状图、伪彩色图等不同的方式展示炉内燃烧工况，使运行人员能从不同的角度更精确地掌握燃烧状况。（5）输出ON/OFF开关量信号，可方便地与各种类型的锅炉灭火保护装置联接。,大视角的火焰图像采集,火焰图像传感器视角可达90度，能够摄取单个燃烧器喷口燃烧火焰图像，该图像包含火焰的所有特征区，确保后续检测的准确性，提高系统适应能力。,多种火焰检测判据 多种检测判据实现单火咀准确检测，ON/OFF信号送入FSSS或DCS参与锅炉安全保护；检测信息和燃烧稳定

16、性信息可通过RS232送入DCS系统；,准确的单燃烧器喷口火焰检测 真正实现单火咀准确检测，ON/OFF信号送入FSSS或DCS参与锅炉安全保护；检测信息和燃烧稳定性信息可通过RS232送入DCS系统；,全图像显示 清晰显示所有一次风喷口火焰图像和全炉膛火焰图像，便于运行人员准确了解燃烧工况，提高锅炉运行水平；,火焰图像滚动记录 每个燃烧器喷口火焰图像视频可72小时滚动记录在数字硬盘录像机中，便于事故追忆和燃烧工况分析；,集控室远程显示和操作 运行人员在运行室可清晰看到每个燃烧器喷口火焰图像和锅炉燃烧稳定性信息，便于对锅炉实施燃烧优化调整，适时投入等离子点火器或油系统进行稳燃，提高锅炉运行的安

17、全性，减少非计划停运次数，降低机组启停消耗的费用。,对煤质、负荷、配风等变化的适应性较强,适应工况变化,避免“偷看”和背景干扰,图像处理技术，提供丰富的燃烧信息 利用计算机系统丰富的软件功能，图像火检能以曲线、伪彩色图等不同的方式展示炉内燃烧工况，使运行人员能从不同的角度更精确地掌握燃烧状况。,一、图像火检整体构成图二、图像火检硬件组成图三、图像火检信号流向图四、就地火检探头以及硬件明细说明,第四章 图像火检系统构成,一、图像火检整体构成图,通讯模块,上位机,视频信号切换器,视频信号分配器,图像火焰检测器,四画面分割器,十六画面分割器,数字录像机,二、图像火检硬件组成图,图像火焰检测系统的核心

18、是对燃烧火焰图像的检测分析,输出单个燃烧器 火焰ON/OFF信号系统包括对视频信号的采集、传输、放大、录制、显示、分析等各部件实现模块化，可适用于各种容量的锅炉,三、图像火检信号流向图,图像火检探头 解决高温问题冷却、隔热、耐高温特种玻璃镜片 解决积灰问题旋流吹扫结构、多层风帘特种结构 解决安装问题探头设计尺寸要小；可随燃烧器一起摆动 解决火焰采集问题图像传感器视角大,光衰小,体积小,图像清晰,图像传感器,图像火检探头,四、就地火检探头以及硬件明细说明,火焰图像检测器（下位机）火焰图像检测判断，输出火焰有/无的ON/OFF开关量。采用DSP快速完成海量图像处理运算，确保检测的实时性。独立检测软

19、件，无电脑病毒干扰，确保系统的稳定性。以通信方式与上位机进行数据交流，参数设定直观准确。,4.6 系统介绍-火焰图像检测器1（下位机）,上位机（工程师站）建立良好的人机界面，便于对系统管理和参数整定。可以操作切换器实现画面的切换功能。操作分割器实现单角/四角切换功能。组台化上位机软件可任意配置，适用各种容量、各种配置的锅炉。,监视管理系统由视频信号切换器、四画面分割器、共享器、图像采集卡、高性能工控机等部件构成；可实现视频信号的选择显示、系统设置、火焰状态指示、火焰温度场的显示等功能。可根据DCS要求的通讯协议实现与DCS之间的通讯,视频信号切换器,四画面分割器,图像采集卡,共享器,操作员站,

20、工程师站,图像录放系统由画面分割器、数字硬盘录像机构成可实现视频信号复合、压缩、录制和回放可与上位机通讯进行功能选择,电源供电系统交流侧电源采用双路供电模式，一路取自厂用保安段电源，另一路取自厂用UPS电源。柜内直流供电系统采用双电源块相互冗余备用，具有电流均衡供电功能。各部件直流供电采取隔离措施，任一部件出现故障时都不会影响其他设备正常工作，实现风险分散，系统安全可靠。,第五章、常见的缺陷以及故障处理,一、开关量跳变 调整黑龙区与亮区之间参数 二、无视频输入 检查摄像头保险是否正常、检查视频线是否正常、检查火检探头是否正常 三、集控室视频信号质量差 检查RS485连接线路是否正常 核心说明：

21、图像火检维护量相对较少，通过鸳鸯湖电厂实际运行效果总结，火检检测系统整体效果还行，主要缺陷来自于涉及问题，引起火检探头超温被烫坏，鸳鸯湖电厂通过多次技术改造，目前火检稳定性进一步提高。主要方案是，取消等离子火检，单台机组减少8路冷却风用风量，保证煤火检的冷却效果，同时火检冷却风机增容，保证火检冷却风压力，保证火检探头以及内部视频电缆的冷却效果。,第六章、结束语,火检是电站锅炉必不可少的一个组成部分，可靠的火焰检测系统可以明显地提高锅炉的安全性和经济性,减少锅炉的非计划停运次数和恶性事故的发生，希望大家认真对待，努力钻研，提高自己的业务水平，维护好火焰检测系统，增强火检保护的可靠性，提高锅炉安全经济性，促进咱们神华国能鸳鸯湖电厂的经济效益和社会效益。,谢谢！,2013年07月29日,银川,