爐內(nèi)火焰可視化檢測原理與技術(shù)

前言

我于1993年完成的博士學(xué)位論文中，即開始涉及爐內(nèi)火焰檢測的研究。1994年我開始博士后研究工作，當(dāng)年就作為負(fù)責(zé)人獲得國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助（項(xiàng)目名稱：煤粉燃燒過程穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)分析及其診斷，項(xiàng)目編號(hào)59476026），同時(shí)承擔(dān)甘肅省電力試驗(yàn)研究所科研合作項(xiàng)目，開始致力于爐內(nèi)火焰圖像處理燃燒監(jiān)控的研究工作。1996年，我再次獲得國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(項(xiàng)目名稱：煤粉爐膛燃燒三維瞬態(tài)溫度分布重建，項(xiàng)目編號(hào)59606007)，將研究重點(diǎn)集中在采用火焰輻射圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)三維燃燒溫度場分布可視化的理論和方法上。2001年，在爐內(nèi)三維可視化監(jiān)測技術(shù)基本成型的條件下，我第三次獲得國家自然科學(xué)基金的資助（項(xiàng)目名稱：低氮氧化物排放燃燒優(yōu)化控制新方法研究，項(xiàng)目編號(hào)50176056），以控制爐內(nèi)三維溫度水平及其分布作為控制氮氧化物生成途徑。1999年，我主持國家教育部重點(diǎn)科技項(xiàng)目（項(xiàng)目名稱：大型電站燃煤鍋爐爐內(nèi)輻射傳熱逆問題研究及其可視化），獲得了國家教育部首屆青年教師教學(xué)和科研獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃的支持；2001年，我主持國家科技部科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目（項(xiàng)目名稱：采用爐膛火焰圖像處理技術(shù)的新一代燃燒監(jiān)控系統(tǒng)），繼續(xù)在國家部委項(xiàng)目的支持下進(jìn)行燃燒火焰圖像處理檢測技術(shù)的研究和開發(fā)。在同一時(shí)期，我相繼承擔(dān)湖南、湖北省電力局科技合作項(xiàng)目，還有武漢鋼電股份有限公司、湖北省青山熱電廠、河南姚孟發(fā)電有限責(zé)任公司、廣東電力發(fā)展有限公司沙角A發(fā)電廠等單位的科研合作項(xiàng)目，使得我不斷有機(jī)會(huì)和條件把理論研究和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，相互促進(jìn)，在采用火焰輻射圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)燃燒三維可視化方面進(jìn)行系統(tǒng)性的、理論結(jié)合實(shí)踐的艱苦研究和探索。10年來，獲得了四項(xiàng)國家發(fā)明專利，該方向研究在國內(nèi)外發(fā)表論文40多篇，其中SCI收錄10篇，EI收錄20篇，火焰圖像處理研究方面的論文被國內(nèi)外引用超過100次。2004年3月，我作為負(fù)責(zé)人和武漢鋼電股份有限責(zé)任公司聯(lián)合完成的《670t/h電站燃煤鍋爐爐內(nèi)三維溫度場實(shí)時(shí)監(jiān)測及燃燒優(yōu)化研究》項(xiàng)目，通過由湖北省科技廳組織的專家鑒定，以哈爾濱工業(yè)大學(xué)秦裕琨院士為主任委員的專家委員會(huì)鑒定認(rèn)為“本項(xiàng)目具有重要的創(chuàng)新性，在用輻射圖像處理方法測量爐內(nèi)三維溫度場分布方面達(dá)到國際領(lǐng)先水平”，相關(guān)研究成果已獲得2004年度湖北省科技成果二等獎(jiǎng)。2004年7月25日至7月31日，我參加在美國芝加哥舉行的第30屆國際燃燒會(huì)議，宣讀有關(guān)爐內(nèi)三維燃燒溫度場可視化試驗(yàn)研究的論文，論文已被收入到已出版的“Proceedings of the Combustion Institute”(2005, Vol30)中。在這個(gè)時(shí)期，國內(nèi)外在基于火焰輻射圖像處理的燃燒檢測和診斷方面開展了活躍的研究，同行的成果為此方向研究的初步系統(tǒng)化起到了不可或缺的作用，我也從中汲取了豐富的營養(yǎng)。

內(nèi)容概要

　　《工程與材料科學(xué)系列：爐內(nèi)火焰可視化檢測原理與技術(shù)》系統(tǒng)地總結(jié)了作者10年來的相關(guān)研究工作以及國內(nèi)外同行的研究成果，將高溫火焰輻射圖像探測器作為爐膛燃燒火焰輻射能二維傳感器，結(jié)合彌散介質(zhì)輻射傳熱及其逆分析、光電信號(hào)及圖像處理、病態(tài)問題求解、熱工學(xué)、信號(hào)分析等多學(xué)科的理論和知識(shí)，闡述了大型爐內(nèi)三維燃燒溫度場相燃燒工況可視化的原理和技術(shù)。本書理論聯(lián)系實(shí)際，主題鮮明，結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)容豐富?！　　豆こ膛c材料科學(xué)系列：爐內(nèi)火焰可視化檢測原理與技術(shù)》的主要讀者包括高等學(xué)校熱能與動(dòng)力工程和工程熱物理專業(yè)教師和研究生、本科生，電力科研院所、火力發(fā)電廠、電力高科技公司等的相關(guān)專業(yè)的研究人員和工程技術(shù)人員，以及冶金、建材、化工等行業(yè)的熱能工程及爐窯熱工監(jiān)測與控制專業(yè)技術(shù)人員。

書籍目錄

前言主要符號(hào)表第一章 緒論  第一節(jié) 爐內(nèi)燃燒火焰檢測技術(shù)發(fā)展  第二節(jié) 本書的內(nèi)容和特點(diǎn)  參考文獻(xiàn)第二章 爐內(nèi)輻射傳熱原理及輻射傳遞方程求解  第一節(jié) 彌散介質(zhì)輻射傳熱基本原理  第二節(jié) 輻射傳熱及輻射傳遞方程求解方法簡述  第三節(jié) 用DRESOR法求解輻射傳遞方程（RTE）  參考文獻(xiàn)第三章 輻射傳遞逆向問題求解  第一節(jié) 一般逆問題  第二節(jié) 輻射傳遞逆問題的提出與常用算法  第三節(jié) 輻射特性參數(shù)的逆求解  第四節(jié) 源項(xiàng)分布逆求解  第五節(jié) 輻射特性參數(shù)與源項(xiàng)分布同時(shí)逆求解重建  參考文獻(xiàn)第四章 基于圖像的測量原理及火焰可視化概述  第一節(jié) 基于圖你的測量原理  第二節(jié) 火焰顏色定時(shí)及溫度檢測  第三節(jié) 彩色成像原理及特性  第四節(jié) 爐膛及火焰可視化技術(shù)概述  第五節(jié) 火焰形成狀定量分析  參考文獻(xiàn)第五章 火焰溫度圖像檢測及燃燒診斷分析  第一節(jié) 基于雙色法的火焰溫度圖像檢測  第二節(jié) 其他幾種輻射溫度力偶檢測的方法  第三節(jié) 基于輻射溫度圖像檢測的燃燒診斷  參考文獻(xiàn)第六章 爐內(nèi)燃燒輻射成像過程及其模型  第一節(jié) 輻射能量成像模型  第二節(jié) 輻射強(qiáng)度和溫度成像模型  第三節(jié) 輻射溫度圖像檢測方法的計(jì)算比較分析  參考文獻(xiàn)第七章 爐內(nèi)二維溫度場可視化方法  第一節(jié) 二維溫度場重建方法及其模擬研究  第二節(jié) 二維溫度場可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)研究  參考文獻(xiàn)第八章 爐內(nèi)三維溫度場可視化方法  第一節(jié) 三維爐膛空間輻射成像模型及其計(jì)算  第二節(jié) 爐膛溫度場正側(cè)化重建方法的模擬研究  第三節(jié) 大型電站燃煤鍋爐路內(nèi)三維溫度場可視化試驗(yàn)研究  第四節(jié) 加熱爐爐內(nèi)三維溫度場可視化試驗(yàn)研究  第五節(jié) 基于三維溫度場可視化的燃燒診斷  參考文獻(xiàn)第九章 聲波法爐內(nèi)可視化檢測原理與技術(shù)  第一節(jié) 聲速概念及聲波傳遞衰減特性基礎(chǔ)試驗(yàn)  第二節(jié) 聲波法測溫原理及試驗(yàn)研究  第三節(jié) 聲波法空氣動(dòng)力場可視化原理和技術(shù)  參考文獻(xiàn)第十章 基于爐內(nèi)可視化的燃燒優(yōu)化控制  第一節(jié) 爐內(nèi)輻射換熱原理及輻射能信號(hào)檢測  第二節(jié) 基于輻射能信號(hào)反饋的燃燒及機(jī)組負(fù)荷控制  第三節(jié) 煤粉爐內(nèi)三維燃燒溫度分布優(yōu)化控制方法  第四節(jié) 爐內(nèi)燃燒控制其他方法  參考文獻(xiàn)主題索引

章節(jié)摘錄

插圖：圖5—15（見書末彩圖）顯示了典型的煤粉火焰和燃?xì)饣鹧鏈囟葓D像。圖中左邊顯示一幅瞬態(tài)火焰圖像，右邊顯示用六種顏色的偽彩色表示的溫度分布。左邊火焰圖像中的藍(lán)色的區(qū)域?qū)?yīng)于熱的爐墻。所測量到最高、最低和平均溫度顯示在下部區(qū)域。在100min內(nèi)連續(xù)記錄了煤粉火焰溫度分布圖像，結(jié)果如圖5—16所示。圖中還顯示了采用獨(dú)立的光學(xué)高溫計(jì)在圖像探測相對(duì)的方向上測量得到的溫度。一只熱電偶測量爐膛出口的溫度。從圖中可見，爐內(nèi)的溫度高于爐膛出口的溫度，但具有相同的逐漸增加的變化趨勢。文獻(xiàn)[23]采用相同的方法在一臺(tái)燃?xì)庠囼?yàn)爐上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，在較廣泛的使用范圍內(nèi)該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡便，實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀、正確。通過火焰圖像，可直接觀測在運(yùn)行過程中火焰的位置、幾何形狀的變化，包括火焰的高度、偏斜、中心高溫區(qū)分布、顫動(dòng)及火焰充滿度等。

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《爐內(nèi)火焰可視化檢測原理與技術(shù)》為工程與材料科學(xué)系列之一。

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