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1、沈阳理工大学硕士学位论文摘要对大型燃煤锅炉而言，炉膛内煤粉的燃烧过程是发生在大空间范围、不断脉动的、具有明显三维特征的物理和化学过程，并具有动态、高温、参数复杂和环境恶劣等特点。因此，针对大型锅炉内燃烧火焰变化的多样性，为能实时掌握炉内火焰燃烧状况，炉内三维温度场重建技术的研究成为解决问题的关键。基于图像处理技术的炉内燃烧火焰三维温度分布的求取是非接触的测量方法，具有传统接触式测温方法所不具备的很多优点。要实现炉内燃烧火焰三维温度场的重建，彩色 CCD 摄像机获取的炉膛内燃烧火焰辐射能图片对应的二维温度值的求取则成为关键问题。本文首先设计了基于图像处理的火焰温度测量系统，将该系统应用于北京顺义
2、城北供热中心的 1#90 吨大型燃煤热水锅炉，搭建了炉膛内三维温度场在线监测系统，对该系统进行了标定。然后，研究了基于图像的火焰温度测量方法，阐述了基于 SVM 的火焰温度测量法的基本理论，为 SVM 测温网络以及 GA_SVM 测温网络的建立奠定了理论基础；建立了 SVM 测温网络模型，为进一步减小计算误差，采用遗传算法(GA)对 SVM 网络进行了参数优化，阐述了 GA 优化 SVM 网络的具体步骤，建立了 GA_SVM 测温网络模型；分别对 SVM 测温网络模型预测结果及 GA_SVM 测温网络模型预测结果进行了分析。最后，采用本文建立的 SVM网络和 GA_SVM 网络对火焰辐射能图片
3、的二维温度值进行了求取，结合正则化方法完成了炉内燃烧火焰三维温度场的重建。通过热电偶点测量值对仿真结果进行了实验验证，验证结果比较理想，同时也证明将 SVM 网络用于三维温度分布的求取是可行的。关键词：锅炉,图像处理,三维温度场,SVM,遗传算法沈阳理工大学硕士学位论文AbstractFor large-scale coal boiler is concerned, the combustion of pulverized-coal inboiler is a complexly physical and chemical reaction, which is occurred in larg
4、e space,fluctuating frequently, with conspicuous three-dimension character, which hascharacteristics of dynamic, high temperature, parameters and complex environments,etc. So, because of the variety of burning flame in furnace of large-scale boiler, in orderto know and control the condition of the b
5、urning flame in furnace, it is the key toresearch on how to reconstruct the three-dimensional temperature field in furnace.It is a non-contact measurement based on image processing technology to researchon the three-dimensional temperature distribution of burning flame in furnace, it hasmany advanta
6、ges which traditional contact temperature measuring method does not. Torealize reconstructing the three-dimensional temperature field in furnace, it is the key tosolve the flame radiant energy of 2d images corresponding temperature by the colorCCD camera.Firstly, this paper designing the flame tempe
7、rature measuring system based onimage processing, putting this system apply to in 1 # 90 tons of large coal-fired hotwaterboilerofBeijingShunyiChengbeiHeatingCenter,buildingthethree-dimensional temperature field of on-line monitoring system in the furnace, takingthe calibration of the system. Then,
8、studying the flame temperature measuring methodbased on image, expounding the basic theory of the flame temperature measuringmethod based on SVM, laiding a theoretical foundation for the establishment of theSVM temperature measuring network and the GA_SVM temperature measuringnetwork; Establishing t
9、he model of the SVM temperature measuring network, to furtherreduce calculation error, the SVM network parameters were optimized by GA,expounding the specific steps of the SVM network which was optimized by GA, andestablishing the model of the GA_SVM temperature measuring network; Analyzing theforec
10、asting results of the SVM temperature measuring network model and theGA_SVM temperature measuring network model. Finally, solving the flame radiantenergy of 2d images corresponding temperature by the established SVM network andGA_SVM network, finishing to reconstruct the three-dimensional temperatur
11、e field infurnace with the regularization method. The simulation results are validated through the沈阳理工大学硕士学位论文value of the thermocouple point measurement, the result is ideal in degree, it alsoproved that the SVM network was used to get the distribution of three-dimensionaltemperature is feasible.Ke
12、y words: boiler, image processing, three-dimensional temperature field, SVM, GA沈阳理工大学 硕士学位论文原创性声明本人郑重声明:本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本 人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出， 并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。作者（签字）： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解沈阳理
13、工大学有关保留、使用学位论文 的规定，即：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理工 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：指导教师签名： 日期：日期：第 1 章第 1 章绪论绪论温度是一个极其重要的物理量，我们的日常生活以及工业生产，几乎都和温度密切相关。因而，对温度的测量和控制是十分重要的1。例如，在锅炉燃烧过程中，通过对炉膛内火焰温度的准确控制，在降低能源消耗的同时，可以提高煤粉的充分燃烧率
14、，进而阻止和减少锅炉事故的发生。由此看出，准确地进行温度的测量与控制，不仅能够节约能源、提高设备热效率，而且对进一步保护环境、促进一个国家的可持续发展具有重大意义。锅炉技术的进步，主要依靠先进的流动、传热和燃烧理论做指导以及新型燃烧换热设备的研究开发。同时以先进的检测和控制技术为基础的优化运行手段在提高锅炉运行的安全性、经济性以及降低污染物的排放方面，显示出其广阔的应用前景。锅炉燃烧的基本要求是在炉膛内建立并保持稳定、均匀的火焰，燃烧调整不好或者燃烧不稳定会导致锅炉热效率下降、产生更多的污染物和噪声，在极端情况下，可能引起锅炉炉膛熄火，甚至诱发炉膛爆炸事故。为了预防潜在的危险，必须进行有效的燃
15、烧火焰温度检测和监视。目前所用的测温仪器，大多是传统的热电偶、热电阻、光学高温计、红外测温仪等测温仪器。这些测温仪器测量的大多是温度场某一部位的点温度，不能及时反映整个温度场。工业炉现场的高温、多粉尘、强干扰等恶劣环境因素，限制了对环境要求较高的一些精密测量仪器仪表的应用2。因此，精度高、实时性强的温度场测量技术的发展是必要的。对于优化燃烧过程、提高产品质量、提高燃烧效率、改善工人工作条件、保护生态环境以及保证生产安全都有重要的意义3。1.1课题背景和研究意义能源问题是目前困扰全球经济、生态可持续发展的重要问题之一。我国能源丰富，是世界上最大的煤炭生产国和消费国。由于水利资源不稳定因素太多，如
16、经常受季节、气候等因素的影响，很难作为稳定的动力能源，目前我国大部分的电站锅炉仍以煤炭作为主要能源。近年来，我国的工业生产迅猛发展，一大批300MW600MW 等级的大型燃煤锅炉相继投入运行。由于我国劣质煤较多，燃-1-沈阳理工大学硕士学位论文烧时易产生一些影响锅炉安全运行的问题，如炉膛结渣、炉管道爆裂、水冷壁高温腐蚀和环境污染等问题。锅炉在运行时，由于内外扰动大，会发生一些剧烈变化。其中调峰运行和煤质变化对锅炉整个系统影响很大，运行参数和运行费用都将发生变化，这些问题直接关系到燃烧是否稳定。所以电站燃煤锅炉安全地、低污染地、经济地运行是特别重要的。燃烧是一种带有剧烈放热化学反应的流动现象，它包含着流动、传热、传质和化学反应以及它们之间的相互作用，大型锅炉炉膛内的燃烧过程是发生在较大空间范围内的、不断脉动的、具有明显三维特征的复杂物理化学过程4。从锅炉燃烧控制角度来说，炉膛内火焰燃烧状况的准确检测，将对锅炉运行的安全性和降低污染提供有效的保证。因此，锅炉炉膛内的温度检测是十分重要的，掌握了炉膛内火焰的燃烧状况，也就为燃烧的优化控制以及合理组织生产提供了依据。传统锅炉炉
