基于數(shù)字成像的單顆粒燃料燃燒特性研究與爐膛火焰監(jiān)測.pdf

1、固體燃料為全球最主要的能量來源，其儲量豐富、價格低廉，且由于未來可再生能源成本可能較高，這種局勢將會持續(xù)較長的時間。近年來，環(huán)境問題受到了全球的高度關(guān)注，提高燃料燃燒效率、有效控制污染物排放是目前改善環(huán)境問題的有效途徑。為了提高燃燒效率、控制污染，在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上對燃料燃燒行為特性進(jìn)行更深入的研究以及對爐膛火焰的監(jiān)測均必不可少。
　　單顆粒燃料燃燒行為特性的研究實驗易于實現(xiàn)，理論易于解釋，是深入了解燃料氣流燃燒的基礎(chǔ)，研究單顆粒燃

2、料燃燒有助于燃燒器的優(yōu)化設(shè)計和燃燒的控制，因此，本文首先對單顆粒燃料燃燒行為特性進(jìn)行研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)提出基于高速成像和數(shù)字圖像處理的單顆粒燃料燃燒行為特性研究方法，對單顆粒燃料燃燒圖像進(jìn)行采集，并采用數(shù)字圖像處理技術(shù)對采集到的顆粒燃燒圖像進(jìn)行處理，根據(jù)顆粒的性質(zhì)，對單顆粒燃料的重要參數(shù)（大小、形狀、旋轉(zhuǎn)特性和亮度特征）進(jìn)行定義并計算，從而實現(xiàn)對單顆粒燃料燃燒行為的描述。
　　(2)將所提出的單顆粒燃料燃燒

3、行為特性研究方法應(yīng)用于不同粒度的單煤粉顆粒（粒度分別為106-150μm和150-212μm）和棕櫚核(Palm kernel expeller，PKE)生物質(zhì)顆粒（粒度分別為75-125μm和125-150μm）燃燒行為特性的研究中，分別研究了其在燃燒過程中的揮發(fā)分燃燒和焦炭/固定碳燃燒特性并對煤粉顆粒燃燒行為特性和生物質(zhì)顆粒燃燒進(jìn)行了對比。
　　在實際燃燒過程中，燃料以燃料氣流的形式送入爐膛并進(jìn)行燃燒，單顆粒燃料燃燒行為特性研

4、究有助于更深入的認(rèn)識燃燒，但無法替代實際燃燒過程。為了有效的控制燃燒、降低排放，對實際燃燒過程的了解和爐膛火焰的實時監(jiān)測十分必要，因此，本文下半部分針對于爐膛火焰特性和其過程監(jiān)測展開研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)受爐膛背景及燃燒工況的影響，難以在保證圖像分割速度的同時具有較高的分割準(zhǔn)確度。為了提高火焰圖像分割的質(zhì)量和速度，本文提出一種基于多尺度顏色特征和小波紋理特征的無監(jiān)督火焰圖像分割技術(shù)。這種無監(jiān)督火焰圖像分割技術(shù)結(jié)合了火

5、焰的顏色特征和紋理特征，在多尺度空間對火焰圖像進(jìn)行分割，從而實現(xiàn)在保證分割準(zhǔn)確度的同時保持較快的速度。將所提出的火焰圖像分割算法與其他圖像分割算法對含有高斯噪聲、椒鹽噪聲的火焰圖像分割性能和分割效率進(jìn)行了對比。
　　(2)利用數(shù)字圖像處理技術(shù)研究了湍流火焰的熱混合層分形特性。根據(jù)湍流火焰的特性，采用數(shù)字圖像采集系統(tǒng)在煤粉燃燒實驗鍋爐中采集湍流火焰圖像，利用形態(tài)學(xué)圖像處理技術(shù)提取火焰熱混合層的分形特征，研究了不同一次風(fēng)量、二次風(fēng)/三

6、次風(fēng)對湍流火焰熱混合層分形特性的影響。
　　(3)針對于現(xiàn)有基于圖像處理的燃燒過程監(jiān)測方法僅適用于單個燃燒工況的缺點，提出了一種基于主元分析-隨機權(quán)網(wǎng)絡(luò)(Principal component analysis-randomweight network，PCA-RWN)的多工況燃燒過程監(jiān)測方法。提取火焰圖像的顏色特征和紋理特征，采用PCA對特征進(jìn)行降維處理并采用RWN對當(dāng)前燃燒工況進(jìn)行識別，最后采用Hotelling T2和平方預(yù)