分析|垃圾焚燒爐火焰參數自動檢測方法

　　摘要：隨著城市化進程的加快，解決城市垃圾處理問題成為亟待解決的問題。在目前幾種垃圾處理方法中，垃圾焚燒發電是資源處理最有效、無害化、減量化的方式。根據國內垃圾焚燒電廠工況變化復雜的特點，依靠人工調節，提出了一種基于視頻圖像處理的爐膛火焰參數的自動檢測方法，電廠火焰監控攝像探頭監測火焰圖像采集使用，在垃圾焚燒爐的實時狀態分析，和火焰參數的監測分析傳輸到DCS為手動調整，爐排速度和空氣體積的參考。該方法有效地減少了操作人員習慣或經驗的差異所造成的控制效果的差異，提高了焚燒控制系統的自動化水平。

　　1前言

　　目前，人們賴以生存的自然環境正在一步一步的走向惡化以及毀滅的道路，其中就二氧化碳、二氧化硫的排放量年年高漲而毫無下降的氣象，就對人們的生產與生活帶來了十分嚴重的影響。現在，能過有效且完全根治這一環境問題的辦法就是加快我國城市垃圾的再利用，這也就進一步說明了城市垃圾焚燒發電對我國后續發展與建設的重要性。

　　近年來，國外垃圾焚燒發電技術已經比較成熟，由于實際的需要，國內許多城市已經引進了國外先進的焚燒技術，國內垃圾焚燒發電廠取得了快速發展。

　　為了根據火焰焚燒工藝的需求判斷燃燒狀況，本文提出了一種基于圖像處理技術的火焰狀態檢測方法、圖像采集、攝像機監控在線火焰爐，用于圖像處理和分析，檢測火焰的亮度，以及參數的變化趨勢，反映焚燒的實時狀態。

　　2常用的清灰方式

　　2.1鋼球清灰

　　鋼球清灰是利用提升機將鋼球運送至余熱鍋爐頂部，再自上而下播撒鋼球的清灰方式，利用鋼球在受熱面管道間的彈跳碰撞除去積灰，掉落的積灰隨煙氣被帶走，鋼球落入余熱鍋爐底部設置的鋼球收集裝置。

　　2.2蒸汽吹灰

　　蒸汽吹灰以一定壓力和干度的蒸汽作為吹灰介質，通過吹灰器噴口使蒸汽具備一定的動能，并以噴射的方式直接吹掃有積灰附著的受熱面。蒸汽吹灰，具有吹灰介質壓力高，噴射速度大的特點，可迅速將積灰吹離受熱面，對結渣性較強，灰熔點低的灰效果較為明顯，因而在現代鍋爐中被廣泛使用。但是，蒸汽的高速射流會磨損余熱鍋爐的受熱面，必須對受熱面采取一定的保護措施。同時，由于采用蒸汽作為吹灰介質，蒸汽噴入后會增加煙氣中的水分，容易造成余熱鍋爐尾部受熱面的腐蝕和積灰，同時，蒸汽的使用還會增加余熱鍋爐補給水和水處理的費用。

　　2.3聲波吹灰

　　聲波吹灰主要是通過壓縮氣體作用于振動膜片，將壓縮氣體的能量轉變為具有一定聲壓和頻率的聲波，余熱鍋爐受熱面的積灰在聲波的作用下會處于松動和懸浮狀態，并被煙氣帶走，從而達到清理受熱面積灰的目的，該種清灰方式對松散性積灰的清除效果較為明顯。聲波吹灰器結構簡單可靠，運行方便，維護工作量小。此外，與蒸汽吹灰相比，聲波吹灰可吹掃的范圍更大，傳播損耗更小，且不會對受熱面管道造成損傷。

　　2.4激波吹灰

　　激波吹灰的原理是利用可燃氣體乙炔與壓縮空氣按一定比例混合，再在特殊的裝置中進行劇烈爆燃形成沖擊激波，沖擊激波經噴口作用于積灰受熱面，對積灰產生一種先壓后拉的作用力，使積灰表面上的灰垢因沖擊而碎裂并脫離受熱面，達到清灰的效果。該種清灰方式可以通過控制激波的強度，用以滿足余熱鍋爐多種受熱面的清灰要求。

　　激波吹灰方式產生的沖擊波攜帶的能量極大，既適用于清除松散性積灰又適用于清除粘結性積灰，操作自動化程度高，不需要經常維護。在煙氣含塵量較大，余熱鍋爐需要頻繁清灰的應用場合，乙炔的需求量將會很大，因此需頻繁更換乙炔瓶，某種程度上增加了運行成本。此外，需要特別指出的是，由于乙炔屬易燃易爆氣體，在使用過程中必須嚴格執行易燃易爆氣體的相關使用規程，以保證生產安全。

　　2.5機械振打除灰

　　機誡振打除灰，通常用于清除余熱鍋爐低溫對流受熱面上的積灰。它利用小容量電動機帶動轉軸進行低速轉動，振打器按照等分的相位設置在轉軸上，依次對余熱鍋爐的受熱面進行錘擊，通過機誡力將灰塵從受熱面上振動下來，一般受熱面管道振幅達到1.Smm即可有效除去積灰。機誡振打除灰的優點是工作可靠，投資較少，消耗動力也較少，對松散性積灰的清除效果要優于蒸汽吹灰。機誡振打除灰的最大缺點是由于對受熱面的頻繁錘擊振打，會對余熱鍋爐受熱面管道和焊口的使用壽命造成一定的不良影響。

　　3火焰參數自動檢測設計

　　3.1設備選型

　　GB50049-2011小型火力發電廠設計規范規定，電站鍋爐的主要運行參數包括爐膛火焰監測。因此，在垃圾發電廠的設計中，需要配備爐膛火焰監測和顯示系統，便于操作人員觀察中央控制室爐膛內的燃燒情況。本文利用電廠原有火焰監測探頭，不添加火焰探頭裝置，對火焰監測屏進行了處理和分析。一般相機最高工作溫度為50℃，與爐膛火焰中心溫度高達1600℃，采用耐高溫的潛望鏡管，從棱鏡轉動直接投射安裝在絕緣層外面的爐內溫度合適的相機屏幕圖像。同時，攝像機的視場要求不小于90度的錐角60度。保護罩工作環境（爐外溫度）溫度范圍-10～70。攝像機輸出PAL制式，通過圖像采集卡實現A/D轉換和信號放大，通過同軸電纜傳輸到顯示器。該監視器將信號分為2種方式：一種傳送到中央控制室的大屏幕，另一種傳送到火焰探測器，對火焰參數進行自動檢測。

　　3.2圖像預處理

　　由于場景環境復雜，攝像機獲得的火焰視頻信號需要進行一系列的圖像預處理，可以獲得更為精確的場景圖像數據，從而對火焰參數進行量化和判斷。首先，通過火焰探測器的圖像采集卡采集模擬視頻信號并進行編碼，得到火焰圖像的數字編碼信息。使用dh-cg410圖像采集卡，視頻采集卡，支持標準PAL/NTSC（CCIR/EIA）視頻輸入，每個通道由一個768×576×32位的最大分辨率，可以滿足系統的性能要求和采集速度。其次，640×480@30幀/秒的圖像采集和編碼處理得到的YUV圖像數據。為了提高圖像處理的精度，需要對圖像編碼數據進行兩次平滑處理，消除火焰圖像中的隨機噪聲。常用的平滑方法有空間頻率域中值法、平均法和帶通濾波法。考慮到效率和性能的要求，本文采用中值方法對圖像進行去噪、圖像采集、信息一段時間的排序，然后根據中值計算出的中值圖像信息。最后，你需要將圖像轉換為YUV顏色空間。圖像的原始格式是RGB，其原理是每種顏色都可以用紅色（R）、綠色（G）、藍色（B）3種顏色變量來表示，其優點是符合人眼觀察的規律，容易理解。然而，RGB格式的圖像不能反映圖像亮度和色差的變化，不適合用計算機語言識別圖像中的火焰。因此，有必要將圖像轉換為YUV顏色空間。在圖像處理領域，YUV顏色空間的使用更為廣泛，因為它是從亮度和色差的分離，有利于圖像的分析與處理。在YUV空間，每一種顏色都是由1個亮度信號Y的定義，2個色差信號U和V的YUV空間使用RGB信息變換，利用Y通道信息可以從全彩色圖像，產生一個黑白圖像的彩色信息通過U，V的描述，更有利于后續的火焰識別工作。為了更好地描述圖像信息，每個像素的圖像坐標表示，連續選取N幀背景圖像進行YUV空間轉換處理后，按中值計算方式得到該圖像的YUV值描述。

　　4結束語

　　隨著垃圾焚燒處理技術的發展，垃圾焚燒自動控制系統將在垃圾無害化處理領域起不可或缺的作用，提高焚燒控制的自動化程度，提高控制的準確性，具有積極的實際應用意義。

　　參考文獻：

　　[1]陳忠.城市垃圾焚燒發電現狀及發展前景[J].綠色環保建材，2017（09）

　　作者單位：常州綠色動力環保熱電有限公司 江蘇常州 213000

　　原標題:垃圾焚燒爐火焰參數自動檢測方法