一种循环流化床内循环倍率的计算方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种循环流化床内循环倍率的计算方法和系统，属于循环流化床燃烧诊断技术领域。利用相机得到循环流化床炉内火焰颗粒燃烧信息，并基于时刻1s取的一张火焰颗粒燃烧图片，通过Canny边缘检测、Hough直线检测等一系列图像处理方法，获得循环流化床内的火焰颗粒流速，最终通过结合测点的管道横截面积、烟气飞灰浓度、旋风分离器分离效率以及实时投料量，最终得到循环流化床的循环倍率曲线。最终，该方法解决了生物质发电厂无法实施获得循环流化床循环倍率的问题，能实时更新循环倍率的变化情况，为循环流化床炉内燃烧诊断提供较强的依据，从而实现生活生物质发电厂的清洁高效利用。

【技术实现步骤摘要】
一种循环流化床内循环倍率的计算方法和系统
本专利技术涉及循环流化床燃烧诊断
，具体地说，涉及一种循环流化床内循环倍率的计算方法和系统。
技术介绍
循环流化床锅炉采用的是工业化程度最高的洁净煤燃烧技术。循环流化床锅炉采用流态化燃烧，通过使物料随着床料在炉内多次循环燃烧的方法，为物料颗粒提供了充足的燃尽时间，大大提高了燃料的燃烧效率，特别是针对生物质这类低热值燃料的焚烧利用。循环流化床锅炉主要结构包括燃烧室(包括密相区和稀相区)和循环回炉(包括高温气固分离器和返料系统)两大部分。循环流化床锅炉有着燃烧适应性广、燃烧效率高和污染物排放低等特点，其炉膛单位截面积热负荷接近或高于煤粉炉。与鼓泡流化床燃烧技术的最大区别是运行风速高，强化了燃烧和脱硫等非均相反应过程，锅炉容量可以扩大到电力工业可以接受的大容量(600MW或以上等级)，在同样热负荷下，鼓泡流化床锅炉需要的炉膛截面积要比循环流化床锅炉大2倍。循环流化床锅炉很好的解决了热学、力学、材料学等基础问题和膨胀、磨损、超温等工程问题，成为难燃固体燃料(如煤矸石、油页岩、城市垃圾、淤泥和其他废弃物)能源利用的先进技术。循环倍率是循环流化床锅炉运行的重要指标之一，一般定义为锅炉循环物料量与投入物料量之比。影响循环倍率的主要运行参数是分离器效率、燃料粒度、燃料含灰量、燃料的成分、灰特性和灰颗粒的磨耗特性，另外锅炉蒸发量的减少同样会因为降低锅炉整体风量和烟气流速而导致循环倍率降低。循环倍率的大小在一定程度上反映了物料颗粒的循环燃烧次数及在炉内的总停留时间，再结合锅炉机组的运行参数，即可对循环流化床锅炉内的燃烧过程及流化状态进行诊断。因而，循环倍率的定量检测计算，对于循环流化床锅炉的燃烧过程诊断至关重要。目前，国内外循环倍率的计算方法大致有，分离效率及颗粒分档饱和夹带模型计算法、双循环生物质气化流化床模型计算、基于炉内燃烧过程机理分析的软测量方法，但这些方法存在着误差大、计算模型复杂难以应用、限制条件多等缺陷。现场运行人员往往依据运行经验，通过观察炉膛内生物质燃烧情况对炉膛燃烧进行诊断，因此在现阶段的研究中，缺少一个有效的技术方法，能够对循环倍率进行实时定量检测计算。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种循环流化床内循环倍率的计算方法和系统，解决现有技术中循环流化床倍率无法实时测算的问题。为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供的循环流化床内循环倍率的计算方法包括以下步骤：1)获取循环流化床炉膛内的火焰图像；2)将火焰图像进行灰度化处理得到灰度图；3)对所述灰度图进行边缘检测，得到含有火焰颗粒轨迹边缘信息的图像；4)将火焰颗粒轨迹用直线表示，计算直线长度，并保留长度大于基准值的直线，取所有保留直线的长度平均值作为图像中火焰颗粒轨迹的平均长度d_image；5)计算火焰颗粒轨迹的真实长度d_true，d_true＝d_image×ξ，ξ为真实转换系数；6)计算火焰颗粒的流速，其中，t为相机的曝光时间；7)计算循环流化床的循环倍率，其中，S为所检测炉膛管道横截面积，c为飞灰浓度，η为旋风分离器的分离效率，ty为烟气温度，m为检测时循环流化床投料量。上述技术方案中，通过对循环流化床火炉膛火焰图像的分析，计算出炉膛实时循环倍率，提高循环流化床循环倍率计算的准确性和实时性。通过实时更新循环流化床的实时循环倍率，帮助运行人员对于循环流化床炉膛内燃烧的诊断，从而循环流化床燃烧的高效与清洁。步骤1)中，在流化床炉膛上设置多个观察窗口，利用相机采集炉膛内火焰视频，从火焰视频中提取所述的火焰图像。步骤2)中还包括：通过图像切割方法去除灰度图上的时间日期信息。步骤3)中，通过canny算子对灰度图进行边缘计算，所述canny算子中的分割阈值，低阈值取100，高阈值取180。步骤4)中，通过Hough直线变换将火焰颗粒轨迹用直线表示出来，Hough直线变换在Python程序中的参数定义为minLineLength＝100，maxLineGap＝400。依据模拟实验结果，步骤4)中长度基准值设定为300。步骤5)中，真实转换系数ξ的计算方法为：其中，a为图像上火焰颗粒轨迹的像素数，dpi为图像上每英寸面积内的像素点数。第二方面，本专利技术提供的循环流化床内循环倍率的计算系统包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序配置为由所述处理器调用时实现上述循环流化床内循环倍率的计算方法的步骤。与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：本专利技术的循环流化床内循环倍率的计算方法和系统，通过计算出火焰颗粒平均流速并得到旋风分离器的循环物料量，并结合此时的循环投料量，最终得到循环流化床的循环倍率。基于火焰图像的循环倍率计算方法相较现场运行人员根据DCS数据估算，更具有实时性和精确性，其能够高效和准确的实时更新循环倍率曲线，能实现对循环流化床的稳定燃烧的诊断，减少污染物排放以及燃烧的高效清洁利用。附图说明图1为本专利技术实施例中循环流化床的结构示意图；图2为本专利技术实施例中循环流化床循环倍率计算方法的流程图；图3为本专利技术实施例中得到的灰度图；图4为本专利技术实施例中通过canny算子进行边缘计算后得到的图像；图5为专利技术实施例中通过Hough直线变换后得到的图像；图6为本专利技术实施例中循环流化床炉膛上部后方观察窗口55分钟的循环流化床循环倍率的曲线图(时间单位：分钟)；图7为本专利技术实施例中循环流化床炉膛上部后方观察窗口55分钟的循环流化床循环倍率的曲线图(时间单位：秒)；图8为本专利技术实施例中循环流化床炉膛上部前方观察窗口55分钟的循环流化床循环倍率的曲线图(时间单位：分钟)；图9为本专利技术实施例中循环流化床炉膛上部前方观察窗口55分钟的循环流化床循环倍率的曲线图(时间单位：秒)。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本专利技术作进一步说明。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另外定义，本专利技术使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本专利技术中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。实施例参见图1，本实施例的循环流化床包括：循环流化床炉膛6、工控机1、数据线2、工业相机4、旋风分离器8和一次风引风机9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种循环流化床内循环倍率的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)获取循环流化床炉膛内的火焰图像；/n2)将火焰图像进行灰度化处理得到灰度图；/n3)对所述灰度图进行边缘检测，得到含有火焰颗粒轨迹边缘信息的图像；/n4)将火焰颗粒轨迹用直线表示，计算直线长度，并保留长度大于基准值的直线，取所有保留直线的长度平均值作为图像中火焰颗粒轨迹的平均长度d_image；/n5)计算火焰颗粒轨迹的真实长度d_true，d_true＝d_image×ξ，ξ为真实转换系数；/n6)计算火焰颗粒的流速v，

【技术特征摘要】
1.一种循环流化床内循环倍率的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取循环流化床炉膛内的火焰图像；
2)将火焰图像进行灰度化处理得到灰度图；
3)对所述灰度图进行边缘检测，得到含有火焰颗粒轨迹边缘信息的图像；
4)将火焰颗粒轨迹用直线表示，计算直线长度，并保留长度大于基准值的直线，取所有保留直线的长度平均值作为图像中火焰颗粒轨迹的平均长度d_image；
5)计算火焰颗粒轨迹的真实长度d_true，d_true＝d_image×ξ，ξ为真实转换系数；
6)计算火焰颗粒的流速v，其中，t为相机的曝光时间；
7)计算循环流化床的循环倍率K，其中，S为所检测炉膛管道横截面积，c为飞灰浓度，η为旋风分离器的分离效率，ty为烟气温度，m为检测时循环流化床投料量。


2.根据权利要求1所述的循环流化床内循环倍率的计算方法，其特征在于，步骤1)中，在流化床炉膛上设置多个观察窗口，利用相机采集炉膛内火焰视频，从火焰视频中提取所述的火焰图像。


3.根据权利要求1所述的循环流化床内循环倍率的计算方法，其特征在于，步骤2)中还包括：通过图像切割方法去除灰度图上的时间日期信息。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄群星，谢昊源，汪守康，薛志亮，章平衡，龚俊，周永刚，
申请(专利权)人：浙江大学，嘉兴新嘉爱斯热电有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33