分析|垃圾焚烧炉火焰参数自动检测方法

摘要：随着城市化进程的加快，解决城市垃圾处理问题成为亟待解决的问题。在目前几种垃圾处理方法中，垃圾焚烧发电是资源处理最有效、无害化、减量化的方式。根据国内垃圾焚烧电厂工况变化复杂的特点，依靠人工调节，提出了一种基于视频图像处理的炉膛火焰参数的自动检测方法，电厂火焰监控摄像探头监测火焰图像采集使用，在垃圾焚烧炉的实时状态分析，和火焰参数的监测分析传输到DCS为手动调整，炉排速度和空气体积的参考。该方法有效地减少了操作人员习惯或经验的差异所造成的控制效果的差异，提高了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

1前言

目前，人们赖以生存的自然环境正在一步一步的走向恶化以及毁灭的道路，其中就二氧化碳、二氧化硫的排放量年年高涨而毫无下降的气象，就对人们的生产与生活带来了十分严重的影响。现在，能过有效且完全根治这一环境问题的办法就是加快我国城市垃圾的再利用，这也就进一步说明了城市垃圾焚烧发电对我国后续发展与建设的重要性。

近年来，国外垃圾焚烧发电技术已经比较成熟，由于实际的需要，国内许多城市已经引进了国外先进的焚烧技术，国内垃圾焚烧发电厂取得了快速发展。

为了根据火焰焚烧工艺的需求判断燃烧状况，本文提出了一种基于图像处理技术的火焰状态检测方法、图像采集、摄像机监控在线火焰炉，用于图像处理和分析，检测火焰的亮度，以及参数的变化趋势，反映焚烧的实时状态。

2常用的清灰方式

2.1钢球清灰

钢球清灰是利用提升机将钢球运送至余热锅炉顶部，再自上而下播撒钢球的清灰方式，利用钢球在受热面管道间的弹跳碰撞除去积灰，掉落的积灰随烟气被带走，钢球落入余热锅炉底部设置的钢球收集装置。

2.2蒸汽吹灰

蒸汽吹灰以一定压力和干度的蒸汽作为吹灰介质，通过吹灰器喷口使蒸汽具备一定的动能，并以喷射的方式直接吹扫有积灰附着的受热面。蒸汽吹灰，具有吹灰介质压力高，喷射速度大的特点，可迅速将积灰吹离受热面，对结渣性较强，灰熔点低的灰效果较为明显，因而在现代锅炉中被广泛使用。但是，蒸汽的高速射流会磨损余热锅炉的受热面，必须对受热面采取一定的保护措施。同时，由于采用蒸汽作为吹灰介质，蒸汽喷入后会增加烟气中的水分，容易造成余热锅炉尾部受热面的腐蚀和积灰，同时，蒸汽的使用还会增加余热锅炉补给水和水处理的费用。

2.3声波吹灰

声波吹灰主要是通过压缩气体作用于振动膜片，将压缩气体的能量转变为具有一定声压和频率的声波，余热锅炉受热面的积灰在声波的作用下会处于松动和悬浮状态，并被烟气带走，从而达到清理受热面积灰的目的，该种清灰方式对松散性积灰的清除效果较为明显。声波吹灰器结构简单可靠，运行方便，维护工作量小。此外，与蒸汽吹灰相比，声波吹灰可吹扫的范围更大，传播损耗更小，且不会对受热面管道造成损伤。

2.4激波吹灰

激波吹灰的原理是利用可燃气体乙炔与压缩空气按一定比例混合，再在特殊的装置中进行剧烈爆燃形成冲击激波，冲击激波经喷口作用于积灰受热面，对积灰产生一种先压后拉的作用力，使积灰表面上的灰垢因冲击而碎裂并脱离受热面，达到清灰的效果。该种清灰方式可以通过控制激波的强度，用以满足余热锅炉多种受热面的清灰要求。

激波吹灰方式产生的冲击波携带的能量极大，既适用于清除松散性积灰又适用于清除粘结性积灰，操作自动化程度高，不需要经常维护。在烟气含尘量较大，余热锅炉需要频繁清灰的应用场合，乙炔的需求量将会很大，因此需频繁更换乙炔瓶，某种程度上增加了运行成本。此外，需要特别指出的是，由于乙炔属易燃易爆气体，在使用过程中必须严格执行易燃易爆气体的相关使用规程，以保证生产安全。

2.5机械振打除灰

机诫振打除灰，通常用于清除余热锅炉低温对流受热面上的积灰。它利用小容量电动机带动转轴进行低速转动，振打器按照等分的相位设置在转轴上，依次对余热锅炉的受热面进行锤击，通过机诫力将灰尘从受热面上振动下来，一般受热面管道振幅达到1.Smm即可有效除去积灰。机诫振打除灰的优点是工作可靠，投资较少，消耗动力也较少，对松散性积灰的清除效果要优于蒸汽吹灰。机诫振打除灰的最大缺点是由于对受热面的频繁锤击振打，会对余热锅炉受热面管道和焊口的使用寿命造成一定的不良影响。

3火焰参数自动检测设计

3.1设备选型

GB50049-2011小型火力发电厂设计规范规定，电站锅炉的主要运行参数包括炉膛火焰监测。因此，在垃圾发电厂的设计中，需要配备炉膛火焰监测和显示系统，便于操作人员观察中央控制室炉膛内的燃烧情况。本文利用电厂原有火焰监测探头，不添加火焰探头装置，对火焰监测屏进行了处理和分析。一般相机最高工作温度为50℃，与炉膛火焰中心温度高达1600℃，采用耐高温的潜望镜管，从棱镜转动直接投射安装在绝缘层外面的炉内温度合适的相机屏幕图像。同时，摄像机的视场要求不小于90度的锥角60度。保护罩工作环境（炉外温度）温度范围-10～70。摄像机输出PAL制式，通过图像采集卡实现A/D转换和信号放大，通过同轴电缆传输到显示器。该监视器将信号分为2种方式：一种传送到中央控制室的大屏幕，另一种传送到火焰探测器，对火焰参数进行自动检测。

3.2图像预处理

由于场景环境复杂，摄像机获得的火焰视频信号需要进行一系列的图像预处理，可以获得更为精确的场景图像数据，从而对火焰参数进行量化和判断。首先，通过火焰探测器的图像采集卡采集模拟视频信号并进行编码，得到火焰图像的数字编码信息。使用dh-cg410图像采集卡，视频采集卡，支持标准PAL/NTSC（CCIR/EIA）视频输入，每个通道由一个768×576×32位的最大分辨率，可以满足系统的性能要求和采集速度。其次，640×480@30帧/秒的图像采集和编码处理得到的YUV图像数据。为了提高图像处理的精度，需要对图像编码数据进行两次平滑处理，消除火焰图像中的随机噪声。常用的平滑方法有空间频率域中值法、平均法和带通滤波法。考虑到效率和性能的要求，本文采用中值方法对图像进行去噪、图像采集、信息一段时间的排序，然后根据中值计算出的中值图像信息。最后，你需要将图像转换为YUV颜色空间。图像的原始格式是RGB，其原理是每种颜色都可以用红色（R）、绿色（G）、蓝色（B）3种颜色变量来表示，其优点是符合人眼观察的规律，容易理解。然而，RGB格式的图像不能反映图像亮度和色差的变化，不适合用计算机语言识别图像中的火焰。因此，有必要将图像转换为YUV颜色空间。在图像处理领域，YUV颜色空间的使用更为广泛，因为它是从亮度和色差的分离，有利于图像的分析与处理。在YUV空间，每一种颜色都是由1个亮度信号Y的定义，2个色差信号U和V的YUV空间使用RGB信息变换，利用Y通道信息可以从全彩色图像，产生一个黑白图像的彩色信息通过U，V的描述，更有利于后续的火焰识别工作。为了更好地描述图像信息，每个像素的图像坐标表示，连续选取N帧背景图像进行YUV空间转换处理后，按中值计算方式得到该图像的YUV值描述。

4结束语

随着垃圾焚烧处理技术的发展，垃圾焚烧自动控制系统将在垃圾无害化处理领域起不可或缺的作用，提高焚烧控制的自动化程度，提高控制的准确性，具有积极的实际应用意义。

参考文献：

[1]陈忠.城市垃圾焚烧发电现状及发展前景[J].绿色环保建材，2017（09）

作者单位：常州绿色动力环保热电有限公司 江苏常州 213000

原标题：垃圾焚烧炉火焰参数自动检测方法