CN112924033A - 一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法，包括有通过通信网络依次连接的视觉图像采集装置、视觉图像分析及状态监控计算机，通过视觉图像处理算法分析计算得出火焰评估相关特征数据，结合焚烧炉参数及工况数据，依据燃烧火焰状态评估模型，评估得出燃烧火焰状态，并根据评估的燃烧火焰状态进行反馈，实现垃圾焚烧炉燃烧火焰状态自动监测功能。
Description
[技术领域]
本发明涉及垃圾焚烧发电领域，特别涉及一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法。
[背景技术]
近年来，我国垃圾焚烧发电行业得到迅猛发展，垃圾焚烧发电厂如雨后春笋般在各地拔地而起，据统计，截止2019年末，我国已建、在建的垃圾焚烧发电厂项目约600个。
当前我国的城市生活垃圾成分复杂，热值比较低，容易造成了垃圾焚烧炉燃烧工况不稳定。当前国内焚烧炉对垃圾燃烧火焰状态的监视方式主要依靠炉膛火焰监视器，并通过视频观察炉内的燃烧状况，依靠操作人员经验判断垃圾燃烧工况的好坏，再做出调节控制判断。由于火焰监视器安装位置以及炉内温度很高、灰尘很大等原因，因此观察时肉眼难以看清并做出准确判断。而且这种观察方式无法将火焰状态转变成计算机所需的数字信号。所以当前通过火焰监视器检测垃圾燃烧火焰状态难以维持工况稳定，这也是当前国内的大部分焚烧炉设备做不到垃圾焚烧炉燃烧控制的自动化的主要因素之一。
因此研发一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测系统及方法迫在眉睫，成为自动燃烧控制系统的重要技术支撑。
[发明内容]
本发明克服了上述技术的不足，提供了一种能有效满足垃圾焚烧炉燃烧火焰状态自动监测的要求，且具有较高可靠性和稳定性，可实现垃圾焚烧炉燃烧自动控制的垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法。
为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法，包括有用于采集焚烧炉燃烧段炉排火焰图像的视觉图像采集装置、内置燃烧火焰状态评估模型的视觉图像分析及状态监测软件及计算机，其特征在于：
步骤S1、视觉图像采集装置采集燃烧段炉排实时火焰图像传输到视觉图像分析及状态监测计算机上；
步骤S2、视觉图像分析及状态监测软件及计算机将燃烧段炉排划分成若干区域，通过图像空间测距算法分析实时火焰图像，计算每个区域的火焰高度分布和火焰中心线位置；
步骤S3、通过边沿检测算法分析实时火焰图像得到火焰着火线位置和燃烬线位置；
步骤S4、通过灰度计算分析实时火焰图像得到每个区域的火焰强度分布；
步骤S5、将每个区域的火焰高度分布、火焰中心线位置、火焰着火线位置、燃烬线位置、每个区域的火焰强度分布以及焚烧炉参数及工况数据输入燃烧火焰状态评估模型，得出燃烧火焰状态综合评估；
步骤S6、若火焰状态异常，视觉图像分析及状态监测软件及计算机则发出告警信息，提醒操作人员进行干预。
如上所述的一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法，其特征在于：视觉图像采集装置安装于垃圾焚烧炉尾部。
如上所述的一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法，其特征在于：视觉图像采集装置上设有两个拍摄面积覆盖焚烧炉燃烧段炉排高速高清工业摄像头。
如上所述的一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法，其特征在于：两个高速高清工业摄像头在视觉图像采集装置上的安装距离及位置按照空间测距算法要求设置。
如上所述的一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法，其特征在于：燃烧火焰状态评估模型包括有常规火焰高度分布数据、常规火焰中心线位置数据、常规火焰着火线位置数据、常规火焰燃烬线位置数据、常规火焰强度分布数据。
如上所述的一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法，其特征在于：燃烧火焰状态综合评估包括有火焰中心线位置超前滞后评估、火焰着火线位置超前滞后评估、燃烬线位置超前滞后评估、火焰高度及强度分布评估。
如上所述的一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法，其特征在于：视觉图像分析及状态监测软件及计算机内置焚烧炉参数及工况数据、视觉图像处理算法、燃烧状态信息查询与显示、燃烧状态信息统计分析、状态异常告警功能，还可通过通信接口将燃烧状态数据传输给垃圾焚烧炉燃烧自动控制系统进行焚烧炉燃烧的调节控制。
如上所述的一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法，其特征在于：火焰高度分布计算方法包括：设定视觉图像采集装置双目相机的安装高度为h0，双目相机的最大像素为Mi*Mj，视场角为90*60度，L1为相机至燃烧段炉排近边的距离，P为任意火焰点，双目相机测距得到的坐标值为(i0，j0，z0)，火焰点在燃烧段炉排上的坐标为(i，j)，火焰高度为h，则：
初始近边高：
h1＝L1/1.72-j0*dh (式1)
其中：
dh：高度方向像素点距离；
L1：相机至燃烧段炉排近边的距离；
j0：火焰点像素横坐标值；
初始近边深度：
火焰高度：
h＝z0*h1/S1 (式3)
其中：
z0：双目相机测距得到的火焰点深度值；
火焰纵坐标：
i＝i0 (式4)
火焰横坐标：
j＝Mj-(z0*L1/S1-L1)/dz (式5)
其中：
Mj：相机高度方向最大像素；
dz：深度方向像素点距离。
本发明的有益效果是：
1、本发明按照图像空间测距算法要求，研制了一种具有双摄像头的视觉图像采集装置，且具有耐高温、防爆的性能，以满足安装于垃圾焚烧炉的要求。
2、本发明实现图像信号在线、实时采集、分析、处理，取代传统的人工看火，为实现ACC垃圾焚烧炉燃烧自动控制提供重要支撑。
3、本发明通过设计和实现一整套视觉图像分析算法，计算得出的火焰高度分布及火焰中心线位置、火焰着火线及燃烬线位置、火焰强度分布等火焰评估相关特征数据具有较高的准确性、可靠性及稳定性。
4、本发明建立的燃烧火焰状态评估模型能较好地满足焚烧炉工况要求，能够真实反映实际燃烧工况。
[附图说明]
图1为垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测系统结构示意图；
图2为垃圾焚烧炉燃烧火焰视觉图像分析处理流程图；
图3为燃烧火焰高度计算方法示意图；
图4为燃烧火焰状态评估模型图；
图5为视觉图像分析及状态监测软件界面示例图。
[具体实施方式]
下面通过本发明的实施方式作进一步详细的描述：
以某垃圾焚烧发电厂#1炉为例，该炉主要参数如下：两列三段式机械炉排，日焚烧垃圾量500吨，炉排宽度8250毫米，主蒸汽额定流量50吨/小时，额定温度400°，额定压力4MP。
如图1所示，该垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测系统包括视觉图像采集装置1和视觉图像采集装置2、视觉图像分析及状态监测软件3及计算机4，视觉图像采集装置1和视觉图像采集装置2分别安装于垃圾焚烧炉尾部左右两侧，以覆盖焚烧炉燃烧段炉排。视觉图像采集装置1和视觉图像采集装置2通过高速视频信号传输线5与计算机4相连。
该垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法是通过视觉图像处理算法分析计算得出火焰评估相关特征数据，结合焚烧炉参数及工况数据，依据燃烧火焰状态评估模型，评估得出燃烧火焰状态。如图2所示，具体步骤如下：
S1：视觉图像采集装置1、视觉图像采集装置2采集到的实时火焰图像传输到计算机3上；
S2：将燃烧段炉排划分成8行12列的区域，通过图像空间测距算法，计算每个区域火焰高度分布，分析得出火焰中心线位置；
S3：通过边沿检测算法分析得出火焰着火线及燃烬线位置；
S4：应用S2步划分的区域，通过灰度计算每个区域的火焰强度分布；
S5：将以上火焰状态相关特征数据计算结果、焚烧炉参数及工况数据输入燃烧火焰状态评估模型中，通过实时火焰图像得到的火焰状态相关特征数据与火焰评估模型进行对比分析，得出燃烧火焰状态综合评估；
S6：若火焰状态异常，则发出告警信息，提醒操作人员进行干预。
其中，燃烧火焰状态评估模型包括有常规火焰高度分布数据、常规火焰中心线位置数据、常规火焰着火线位置数据、常规火焰燃烬线位置数据、常规火焰强度分布数据。
如图3所示，火焰高度分布计算方法包括：设定双目相机安装位置Z，视觉图像采集装置双目相机的安装高度为h0，双目相机的最大像素为2208*1242，视场角为90*60度，L1为相机至燃烧段炉排近边的距离，P为任意火焰点，双目测距得到的坐标值为(i0，j0，z0)。火焰点在炉排上的坐标为(i，j)，火焰高度为h，则：
初始近边高h1＝L1/1.72-j0*dh，其中dh为：高度方向像素点距离。
初始近边深度
火焰高度h＝z0*h1/S1；
火焰坐标i＝i0；
火焰坐标j＝1242-(z0*L1/S1-m_L1)/dz，其中dz为：深度方向像素点距离。
如图4所示，燃烧火焰状态综合评估包括有火焰中心线位置超前滞后评估、火焰着火线位置超前滞后评估、燃烬线位置超前滞后评估、火焰高度及强度分布评估。
其中火焰状态异常为火焰中心线位置超前或滞后常规火焰中心线位置、火焰着火线位置超前或滞后常规火焰着火线位置、燃烬线位置超前或滞后常规火焰燃烬线位置、火焰高度及强度分布不均。
视觉图像分析及状态监测软件及计算机内置焚烧炉参数及工况数据、视觉图像处理算法、燃烧状态信息查询与显示、燃烧状态信息统计分析、状态异常告警功能，还可通过通信接口将燃烧状态数据传输给垃圾焚烧炉燃烧自动控制系统进行焚烧炉燃烧的调节控制，软件运行界面示例如图5所示。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法，包括有用于采集焚烧炉燃烧段炉排火焰图像的视觉图像采集装置、内置燃烧火焰状态评估模型的视觉图像分析及状态监测软件及计算机，其特征在于：
步骤S1、视觉图像采集装置采集燃烧段炉排实时火焰图像传输到视觉图像分析及状态监测计算机上；
步骤S2、视觉图像分析及状态监测软件及计算机将燃烧段炉排划分成若干区域，通过图像空间测距算法分析实时火焰图像，计算每个区域的火焰高度分布和火焰中心线位置；
步骤S3、通过边沿检测算法分析实时火焰图像得到火焰着火线位置和燃烬线位置；
步骤S4、通过灰度计算分析实时火焰图像得到每个区域的火焰强度分布；
步骤S5、将每个区域的火焰高度分布、火焰中心线位置、火焰着火线位置、燃烬线位置、每个区域的火焰强度分布以及焚烧炉参数及工况数据输入燃烧火焰状态评估模型，得出燃烧火焰状态综合评估；
步骤S6、若火焰状态异常，视觉图像分析及状态监测软件及计算机则发出告警信息，提醒操作人员进行干预。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法，其特征在于：视觉图像采集装置安装于垃圾焚烧炉尾部。
3.根据权利要求2所述的一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法，其特征在于：视觉图像采集装置上设有两个拍摄面积覆盖焚烧炉燃烧段炉排高速高清工业摄像头。
4.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法，其特征在于：两个高速高清工业摄像头在视觉图像采集装置上的安装距离及位置按照空间测距算法要求设置。
5.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法，其特征在于：燃烧火焰状态评估模型包括有常规火焰高度分布数据、常规火焰中心线位置数据、常规火焰着火线位置数据、常规火焰燃烬线位置数据、常规火焰强度分布数据。
6.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法，其特征在于：燃烧火焰状态综合评估包括有火焰中心线位置超前滞后评估、火焰着火线位置超前滞后评估、燃烬线位置超前滞后评估、火焰高度及强度分布评估。
7.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法，其特征在于：视觉图像分析及状态监测软件及计算机内置焚烧炉参数及工况数据、视觉图像处理算法、燃烧状态信息查询与显示、燃烧状态信息统计分析、状态异常告警功能，还可通过通信接口将燃烧状态数据传输给垃圾焚烧炉燃烧自动控制系统进行焚烧炉燃烧的调节控制。
8.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉燃烧火焰状态监测方法，其特征在于：火焰高度分布计算方法包括：设定视觉图像采集装置双目相机的安装高度为h0，双目相机的最大像素为Mi*Mj，视场角为90*60度，L1为相机至燃烧段炉排近边的距离，P为任意火焰点，双目相机测距得到的坐标值为(i0，j0，z0)，火焰点在燃烧段炉排上的坐标为(i，j)，火焰高度为h，则：
初始近边高：
h1＝L1/1.72-j0*dh (式1)
其中：
dh：高度方向像素点距离；
L1：相机至燃烧段炉排近边的距离；
j0：火焰点像素横坐标值；
初始近边深度：
火焰高度：
h＝z0*h1/S1 (式3)
其中：
z0：双目相机测距得到的火焰点深度值；
火焰纵坐标：
i＝i0 (式4)
火焰横坐标：
j＝Mj-(z0*L1/S1-L1)/dz (式5)
其中：
Mj：相机高度方向最大像素；
dz：深度方向像素点距离。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210608 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |