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1、目：电厂锅炉炉膛温度控制与检测锅炉在电厂的日常工作中，有着重要的作用，是电厂发电最为基础的设备之一。由于锅炉处于长期的高温工作环境，因此对于其炉膛温度的控制和检测就有了一定的要求，只有这样才能保证锅炉能够安全正常工作。如何控制和检测电厂锅炉炉膛的温度，随着技术的发展，不断有新的技术和措施被采用和利用。基于此，本文对电厂锅炉炉膛的温度控制和检测方面的内容展开相关论述，希望对未来提升电厂锅炉的工作效率和使用寿命等问题能够有一定的帮助作用。关键词：电厂；锅炉；炉膛温度；控制；检测AbstractAbstractBoilerpowerplantintheirdailywork,playsanimpor
2、tantrole,isoneofthemostbasicequipmentpowerplants.Duetolong-termhightemperatureboilerintheworkingenvironment,soforitsfurnacetemperaturecontrolandmonitoringwillhaveacertainrequirement,theonlywaytoensurethenormaloperationoftheboilersafely.Howtocontrolanddetectthetemperatureofthepowerplantboilerfurnace,
3、withthedevelopmentoftechnology,therearealwaysnewtechnologiesandmeasurestobeadoptedandused.Basedonthis,thecontentofthetemperaturecontrolanddetectionofthepowerplantboilerfurnaceExpanddiscourses,hopeforthefuturetoenhancethepowerplantboilerefficiencyandlifeissuescanhavesomehelp.KeywordsTowerPlant；Boiler
4、；Furnacetemperature；Control；Detect目录摘要IAbstractIl1、前言12、电厂发电系统概述12.1 电厂发电概述12.2 锅炉系统及温度控制22.2.1 锅炉概述22.2.2 锅炉温度控制33炉膛温度控制44锅炉炉膛温度检测控制系统44.1 系统构成44.2 CCD控制44.3 温度图像检测及处理方法54.3.1 图像采集54.3.2 图像噪声处理54.3.3 温度数值计算54.3.4 伪彩色处理54.3.5 数据备份55结语6致谢7参考文献8Iv前言随着社会经济的发展，各行各业的建设都需要消耗大量的电能。在电厂的发电工作中，锅炉是其中最主要的设备之一,在
5、很大程度上决定了电厂的发电能力，同时也直接关系到电厂的工作安全。因此研究电厂锅炉炉膛的温度控制和检测便有着深远的实际意义。电厂发电机组的构成设备主要有发电机、汽轮机和锅炉三部分，电厂发现系统构造看似简单其实其规模非常庞大，各个构造的工艺也比较复杂，在实际的发电过程中，需要各个设备的协调运转，其中需要进行控制和检测的设备要数以千计。为了提升电厂工作的经济型、可靠性和安全性，就要使用各种自动化系统对电厂各个构造部分进行自动化检测。现代锅炉的炉膛持续在高温条件下工作，其温度的控制和检测是电厂控制工作中的非常重要的环节，其温度的稳定性对发电效率有着直接的影响。如果炉膛温度过高，不仅仅会引起汽轮机内部零
6、件过热，影响安全运行，而如果温度过低，那么就会使发电效率得不到提升，同时还增加了燃料的消耗率。因此要对锅炉炉膛的温度进行有效的检测和控制，以保证各设备的安全高效运行，提升电厂的发电效率。2、电厂发电系统概述2.1 电厂发电概述本文所论述的电厂就是火力发电厂，火力发电厂的发电原理是利用燃料的燃烧形成热量来带动电机转动进行发电，通常情况下的主要构件为汽轮发电机组，利用锅炉内的高温蒸汽带动汽轮机旋转最终带动发电机旋转进行发电。在电厂的实际工作中，首先要将煤炭用相关设备输送到煤仓中。在大型火电厂里，为了使燃烧效率得到提升，都会将煤炭碾压成煤粉，所以，原煤进过煤斗要先进输送至磨煤机内进行碾磨，碾磨之后的
7、煤粉会通过热空气的裹挟，在播煤机的鼓吹下进行锅炉的炉膛内进行燃烧。煤粉燃烧之后会形成一种热烟气，这种热烟气会沿锅炉的水平烟道以及尾部烟道流动并且放出热量，最后到达除尘器，除尘器就会把煤灰分离出来。处理后洁净的烟气通过引风机作用经过烟囱直接可以排入大气中。用来助燃用的空气经过送风机，送入到装设在尾部烟道上的空气预热器里面，利用热烟气把空气加热。如此一来进入锅炉的空气温度得到提高，让点着煤粉并且促进燃烧，从另一方面说，降低了排烟温度，热能的利用率得到提升。空气预热器中会排出两股热空气：一股用作磨煤机干燥以及输送煤粉，另一股就直接送入炉膛用来助燃。燃煤燃尽后的灰渣在落入炉膛下面的渣斗里面后，连同从除
8、尘器分离出来的细灰一起用水冲至灰浆泵房内，再利用灰浆泵送到灰场。给水泵把火力发电厂中在除氧器水箱里面的水升压，然后通过高压加热器，电厂锅炉炉膛温度控制与检测最后被送入省煤器。省煤器里，水经过热烟气加热，下一步就进入锅炉顶部的汽包内。锅炉炉膛的四周密集分布着水管，这些水管被称为水冷壁。水冷壁水管的上下两端都是通过联箱和汽包进行连通，如此汽包内的水就可以经由水冷壁进行持续的循环，能量来自于媒燃烧过程中所释放出的热量。一部分水在冷壁中被加热变得沸腾然后汽化成水蒸汽，蒸汽饱和后经汽包上部流出后进入到过热器中。饱和蒸汽进入过热器后继续吸热，这样就成为过热蒸汽。因为过热蒸汽拥有很高的压力和温度，所以过热蒸
9、汽有很大的热势能。之后经管道被引入汽轮机，这样就完成了热势能到动能的转变。高速流动的蒸汽会推动汽轮机转子进行转动，完成到机械能的转变。连轴器把发电机的转子与汽轮机的转子联在一起，汽轮机转子转动带动发电机转子转动。发电机转子的另一边带着一台名叫励磁机的小直流发电机。当励磁机把它发出的直流电送到发电机的转子线圈中时，转子变成电磁铁，转子线圈周围产生磁场。发电机转子旋转带动磁场旋转，发电机定子里的导线就会切割磁力线产生感应电流。这样就完成了机械能到电能的转变。电能经变压器升压后，经过输电线送到电用户。见下图。热空图一：热电厂生产流程2.2 锅炉系统及温度控制2.2.1 锅炉概述科学技术发展日新月异，
10、自在现代工业中自动控制起着非常重要的作用，目前被广泛应用在生产方面。热电厂最基本并且重要的设备就是锅炉，在输出变量中最重要的一个是主蒸汽温度。主汽温度把过热器出口汽温维持在允许范围内，这就是主汽温度的自动调节的功能，确保机组运行的经济性和安全性。主汽温度过高，会加快会使锅炉受热面和蒸汽管道金属材料的蠕变速度，使其使用寿命降低。如果长期处于若超温状态，可能导致过热器发生爆管，还会降低汽机侧中汽轮机的气阀、汽缸、前几级喷嘴和叶片以及高压缸前轴承等部件的寿命或者损坏；相反，该汽温过低时，机组的循环热效率会降低，同时会增加通过汽轮机的最后几级蒸汽湿度，加速叶片磨损；然而当汽温变化太大时，就导致锅炉、汽
11、轮机金属管材及部件的劳损，也可能引起转子和汽轮机汽缸的胀差变化,以至于产生剧烈振动，让机组安全受到威胁，所以一定要有效并且精准的控制。现如今工业生产过程规模不断扩大，生产过程也不断强化，锅炉作为全厂热源和动力的设备，同样可以向大容量、高参数、高效率三个方向发展。锅炉产生的蒸汽可以供生产过程作热源使用，还可以为蒸汽透平的提供动力。为了保证锅炉在生产过程中的安全操作以及稳定运行，在锅炉设备的自动控制方面有了更高的要求。222锅炉温度控制常见的锅炉设备主要工艺流程图如图二所示。由图可知，燃料和热空气按照一定的比例进入燃烧室燃烧，产生的热量传递给蒸汽发生系统锅炉，产生饱和蒸汽,然后经过热器变成一定汽温
12、的过热蒸汽，汇集至蒸汽母管。过热蒸汽经负荷设备调节阀供给生产负荷使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，将饱和蒸汽变成过热蒸汽后，经省煤器预热锅炉预热空气，最后经引风机送往烟筒排入大气。Q-w逊林热空气图二：锅炉设备主要工作流程图根据经济性和安全性的总体要求，使锅炉安全运行和使完全燃烧。锅炉设备的主要控制要求应有如下几条：首先要要保证供给蒸汽量适应负荷变化；其次要使锅炉供给用汽设备的蒸汽压力保持在一定范围内；再次要保证过热蒸汽温度保持在一定范围内；再次要使锅筒水位保持在一定范围内；最后使炉膛负压保持在一定范围内并保持锅炉燃烧的经济性和安全运行。3炉膛温度控制锅炉炉膛温度控制在热电厂安全经济运行方
13、面有着相当重要的地位，也是防止锅炉超温的一种重要手段，但绝大多数热电厂内的锅炉系统不时会出现锅炉炉膛超温的问题，这就涉及如何有效地控制锅炉减温水系统的问题了。在经典控制理论中，通常假定调节量响应迅速且远大于调节对象的变化量,但在生产实践中，大多数控制系统并非如此。锅炉炉膛温度信号是一个大滞后信号，热电厂锅炉炉膛温度控制系统通常采用串级PID调节方式，在工况相对稳定的情况下，每台锅炉都能将炉膛温度控制得很好。但是,在较大幅扰动情况下很难达到控制要求。处理好上述问题对锅炉的整体设计十分关键，通过仔细研究，可以在锅炉炉膛温度相对较高的区域布置有效吸热部件，并留有一定的裕度，以保证燃烧烟气温度低于秸秆
14、灰熔点温度，控制炉膛出口烟气的温度，从根本上解决炉膛温度过高的问题。4锅炉炉膛温度检测控制系统4.1 系统构成系统构成如图2所示，系统通过光学探头将炉膛内火焰燃烧图像传到CCD上，采集的图像灰度信息经图像采集卡输入到计算机再经过计算机对图像进行噪声滤除及伪彩色处理后得到炉膛全场温度分布图，通过对被测点温度值的监测，判断锅炉燃烧是否正常，发出报警信号。除了基本的图像操作之外，系统还设计了历史记录功能和CCD控制功能。可以以表格的形式显示当天的燃烧信息。并对异常情况下的图像给予记录以便于分析调查;也可以在计算机上控制CCD的摆动和光圈、变焦等。图二：检测系统构成框图4.2 CCD控制利用ViSUa
15、IC+编制上位机控制程序并通过串口与单片机通讯,由单片机控制实现摄像头的摆动、电子镜头的聚焦及光圈大小等。上位机控制界面有手动、自动及端口设置等按钮。用户可以直接点击上位机控制面板相应按钮控制摄像头动作。控制CCD的按钮工作方式为:当按钮按下触发Windows系统MouseDown消息,向单片机发送闭合对应继电器的指令,镜头随之运动;当按钮抬起时触发MouseUp消息,向单片机发送复位指令,镜头停止运动。端口设置接钮可调整数据传输率、校验位、数据位、停止位、串口号5个参数;当用户选择自动调节时,系统判断当前图像是否饱和,在不饱和的情况下则不进行系统自调整,若是饱和的话则通过串口发相应控制信号通
16、知单片机控制摄像头光圈变化直至图像非饱和。4.3 温度图像检测及处理方法4.3.1 图像采集采用大恒图像系列中DH-CG300视频采集卡,其在采集传输中基于不占用CPU时间,并可将图像直接送到计算机内存或显存。使用双缓存技术分配两幅图像大小的内存用来采集图像,即当一块内存用于采集图像时,可以处理另一块内存中的数据。如此反复,实现了图像数据的实时处理。4.3.2 图像噪声处理在系统检测过程中受背景环境及硬件本身带来的影响,燃烧图像中不可避免的引入随机噪声。此系统中引入多图像平均法及中值滤波实现噪声的滤除。其算法为分别采集两帧图像到内存,叠加平均后与第三帧图像叠加平均。遍历叠加平均后的图像,对图像
17、每点像素周围33窗口中的像素值按大小进行排序,然后取中序值作为该点像素值,而对于边界数据采用复制图像边界数据方法解决。4.3.3 温度数值计算通过温度分段线性化拟合方法标定温度与灰度的非线性映射关系。采用十字光标,可以查看图像任意点的温度值。其算法是遍历全图根据当前CCD光圈的档位选择不同区域的对应拟合曲线,算出该点温度,越限报警。4.3.4 伪彩色处理通过伪彩色处理将图像中不同灰度级赋予不同的颜色,实现用不同颜色表示不同温度的等温区域从而实现温度区域的划分。其算法是根据火焰图像各点的灰度值计算温度值,用指定的伪彩色调色板来替换当前图像的调色板。完成该操作需要分两步:首先按照伪彩色编码表来更改
18、当前DIB的调色板;其次调用调色板类Cpalette的SetPaletteEntries()函数来替换当前文档的调色板,并刷新当前视图实现变换。4.3.5 数据备份图像数据与文本字段不同,它是作为OLE字段在数据库中存储,通过数据集对象的成员变量自动交换得到的图像数据,得到的数据并不能直接显示。此系统利用ADO在数据库中存取图像数据,使用Append-Chunk函数及GetChunk等函数实现了图像数据的读取、浏览及修改。5结语通过上文论述，对锅炉炉膛的温度控制和检测的相关内容有了一定的了解，本文首先对锅炉炉膛的温度检测控制的意义和发展情况做了相关概述，而后简要分析了电厂发电的详细过程以及锅炉
19、等相关系统的构成，其次着重介绍分析了锅炉炉膛温度控制的相关问题，并对电厂锅炉温度控制检测系统做出了相应设计，以满足实际工作中的检测和控制需要。随着社会经济的发展，各行各业的建设都需要消耗大量的电能。在电厂的发电工作中，锅炉是其中最主要的设备之一，在很大程度上决定了电厂的发电能力，同时也直接关系到电厂的工作安全。因此研究电厂锅炉炉膛的温度控制和检测便有着深远的实际意义。希望本文的论述对未来电厂锅炉温度控制和检测的技术发展能够有一定的促进作用。致谢致谢参考文献参考文献1姜学东,韦穗,等.图像处理技术在火焰温度场分布中的应用.微机发展，2002,12(3):3437.周长发.精通Visualc+图像
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