多光谱分析燃煤电站锅炉燃烧火焰稳定性在线检测方法技术

本发明专利技术公开了一种多光谱分析燃煤电站锅炉燃烧火焰稳定性在线检测方法，包括以下步骤：S1:利用光谱仪采集测量辐射光谱；S2:根据采集的光谱进行平均光谱辐射强度、火焰脉动频率、燃烧温度和平均光谱发射率的参数测量；S3：将燃烧的煤粉浓度作为表征燃烧稳定性指数的参数，并将步骤S2中测量的参数带入，建立方程；S4:通过线性回归算法，建立燃烧稳定性指数CSI的函数，可实现燃烧稳定性指数的在线监测；本发明专利技术通过建立燃烧稳定性指数与以上测量参数之间的函数关系，能够实现燃烧稳定性指数的在线监测，使其满足锅炉低负荷运行和快速变负荷时燃烧稳定性。时燃烧稳定性。时燃烧稳定性。

【技术实现步骤摘要】
多光谱分析燃煤电站锅炉燃烧火焰稳定性在线检测方法


[0001]本专利技术涉及电站燃煤火焰检测领域，具体是涉及多光谱分析燃煤电站锅炉燃烧火焰稳定性在线检测方法。

技术介绍

[0002]随着新能源发电装机容量的日益增加，未来燃煤电站机组将需要通过深度调峰和快速变负荷的方式来维持电网供电负荷的平衡。燃煤电站锅炉在低负荷下运行时容易发生燃烧不稳定甚至熄火，此时稳定、可靠的火检将成为燃烧调整所必需的技术装备。
[0003]传统的光学式火焰检测方法包括光谱型和图像型，传统光谱型的火检通常可分为红外型、可见光型和紫外型。传统光谱型火检的基本原理是基于检测火焰在红外、可将光和紫外响应谱带范围内的辐射信息，通过分析火焰的辐射亮度和闪烁频率等参数的变化规律来判断火焰的有无。由于检测的火焰原始辐射信息并不具有光谱分辨率，因此后续信号过程中可获取的能够反映燃烧稳定性的参数能力有限。传统图像型火检的信号具有二维空间分辨率，但只能检测R、G、B三通道内的响应值，信号同样不具备光谱分辨率。
[0004]传统的光学式火焰检测方法，通常只能判读火焰的有无，并不能全面反映燃煤电站锅炉燃烧火焰的稳定性，此时难以满足锅炉低负荷运行和快速变负荷时燃烧稳定性准确监测的需求，因此，本检测方法是通过多光谱分析算法同时获取燃烧温度、平均光谱发射率、火焰脉动频率和平均光谱辐射强度等参数，在此基础上，建立火焰燃烧稳定性指数与以上所获取参数之间的定量关系，从而实现燃烧稳定性指数的在线监测，使其满足锅炉低负荷运行和快速变负荷时燃烧稳定性。
专利技术内容
[0005]本专利技术的目的在于提供多光谱分析燃煤电站锅炉燃烧火焰稳定性在线检测方法，以解决
技术介绍
中传统火焰检测一般只能判断火焰有无，并不能在线监测火焰燃烧稳定性的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的多光谱分析燃煤电站锅炉燃烧火焰稳定性在线检测方法的具体技术方案如下：
[0007]多光谱分析燃煤电站锅炉燃烧火焰稳定性在线检测方法,包括以下步骤：
[0008]S1:利用光谱仪采集测量200
‑
1100nm波段范围内的辐射光谱；
[0009]S2:根据采集的光谱进行平均光谱辐射强度I
ave
(λ)、火焰脉动频率f2、燃烧温度T和平均光谱发射率ε
ave
的参数测量；
[0010]S3：将燃烧的煤粉浓度作为表征燃烧稳定性指数的参数，并将步骤S2中测量的参数带入，归一化处理后记作CSI,建立以下方程：
[0011]h(CSI)＝θ0+θ1·
I
ave
+θ2·
f2+θ3·
T+θ4·
ε
ave
ꢀꢀ
(11)
[0012]S4:通过线性回归算法，计算得到参数θ0、θ1、θ2、θ3和θ4，至此已建立燃烧稳定性指数CSI的函数，可实现燃烧稳定性指数的在线监测。
[0013]进一步，所述步骤S1中，光谱仪采样频率设置为200HZ，光谱仪采集数据的最大位深为16bit，设定光谱仪的初始曝光时间τ0为1ms，光谱采集到的最大光谱辐射强度为S0，每次采样后按照式(1)自动更新曝光时间，使光谱仪始终能够采集到非饱和的火焰辐射光谱，更新后的曝光时间为τ
new
表达式为：
[0014][0015]进一步，所述自动更新曝光时间τ0<5ms。
[0016]进一步，所述步骤S2中，平均光谱辐射强度I
ave
(λ)可表示为：
[0017][0018]式(2)中，I
b
(λ,T)表示黑体辐射强度，W/m3.sr，dλ表示波长，可根据普朗克定律计算得到，λ1＝200nm，λ2＝1100nm。
[0019]进一步，将光谱辐射强度I(λ)做积分，得到该波段的辐射强度为E，表达式为：
[0020][0021]其中，E单位为W/m2.sr。
[0022]进一步，所述步骤S2中，火焰脉动频率f2的参数测量，具体的为，首先计算离散时间序列E(n)的自相关函数的无偏估计，表达式为：
[0023][0024]其中，N为E(n)的序列长度，m为n的延时量；然后对自相关函数作傅里叶变换，得到功率谱密度P
X
(e
jw
)，表达式为：
[0025][0026]利用功率谱密度计算火焰脉动频率f2，表达式为：
[0027][0028]进一步，所述步骤S2中，燃烧温度T和平均光谱发射率ε
ave
的参数测量具体的为，首先利用3阶多项式假设火焰的光谱发射率，表达式为：
[0029]ε(λ)＝a0+a1·
λ+a2·
λ2+a3·
λ3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0030]根据光谱辐射强度的定义和式(7)，火焰的光谱辐射强度可表示为：
[0031]I(λ
i
)＝(a0+a1·
λ+a2·
λ2+a3·
λ3)
·
I
b
(λ
i
,T)
ꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0032]通过求解式(9)的极小值计算得到火焰温度T、a0、a1、a2和a3：
[0033][0034]式(9)中，k为光谱仪测量波长的数量，此时，已计算得到火焰温度T和火焰的光谱
发射率ε(λ)，火焰在200
‑
1100nm波段内的平均光谱发射率可表示为：
[0035][0036]本专利技术的有益效果：
[0037]1.本专利技术利用光谱仪在线采集燃烧过程中的辐射光谱，采集的数据具有光谱分辨率，能够实现平均光谱辐射强度、火焰脉动频率、燃烧温度和平均光谱发射率等参数的同时测量，通过建立燃烧稳定性指数与以上测量参数之间的函数关系，能够实现燃烧稳定性指数的在线监测，使其满足锅炉低负荷运行和快速变负荷时燃烧稳定性。
附图说明
[0038]图1是本专利技术算法流程图；
[0039]图2是本专利技术实施例中探测器示意图；
[0040]图3是本专利技术火焰辐射光谱分布示意图；
[0041]图4是本专利技术不同时刻的平均光谱辐射强度分布示意图；
[0042]图5是本专利技术不同时刻的辐射强度分布示意图；
[0043]图6是本专利技术不同时刻的火焰温度示意图；
[0044]图中：1.煤粉火焰，2.燃烧器，3.炉壁，4.风冷套管，5.微型光纤光谱仪，6.壳体，7.冷却风接口，8.电源接口，9.光纤，10.单片电脑，11.千兆网口。
具体实施方式：
[0045]下面结合说明书附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明。
[0046]如图1所示，多光谱分析燃煤电站锅炉燃烧火焰稳定性在线检测方法，括以下步骤：
[0047]S1:利用光谱仪采集测量200
‑
1100nm波段范围内的辐射光谱；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多光谱分析燃煤电站锅炉燃烧火焰稳定性在线检测方法,其特征在于，包括以下步骤：S1:利用光谱仪采集测量200
‑
1100nm波段范围内的辐射光谱；S2:根据采集的光谱进行平均光谱辐射强度I
ave
(λ)、火焰脉动频率f2、燃烧温度T和平均光谱发射率ε
ave
的参数测量；S3：将燃烧的煤粉浓度作为表征燃烧稳定性指数的参数，并将步骤S2中测量的参数带入，归一化处理后记作CSI,建立以下方程：h(CSI)＝θ0+θ1·
I
ave
+θ2·
f2+θ3·
T+θ4·
ε
ave
ꢀꢀ
(11)S4:通过线性回归算法，计算得到参数θ0、θ1、θ2、θ3和θ4，至此已建立燃烧稳定性指数CSI的函数，可实现燃烧稳定性指数的在线监测。2.根据权利要求1所述的多光谱分析燃煤电站锅炉燃烧火焰稳定性在线检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，光谱仪采样频率设置为200HZ，光谱仪采集数据的最大位深为16bit，设定光谱仪的初始曝光时间τ0为1ms，光谱采集到的最大光dλ谱辐射强度为S0，每次采样后按照式(1)自动更新曝光时间，使光谱仪始终能够采集到非饱和的火焰辐射光谱，更新后的曝光时间为τ
new
表达式为：3.根据权利要求1所述的多光谱分析燃煤电站锅炉燃烧火焰稳定性在线检测方法，其特征在于，所述自动更新曝光时间τ0<5ms。4.根据权利要求1所述的多光谱分析燃煤电站锅炉燃烧火焰稳定性在线检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，平均光谱辐射强度I
ave
(λ)为：式(2)中，I
b
(λ,T)表示黑体辐射强度，W/m3.sr，dλ表示波长，可根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫伟杰，
申请(专利权)人：江苏神火环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：