燃料燃燒小論文

1、燃料與燃燒論文報(bào)告課 題 名 稱： 測試技術(shù)于工業(yè)燃燒系統(tǒng)的應(yīng)用 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人： 馬柯 學(xué) 號： 2011031511 院 系： 動(dòng)力與能源工程學(xué)院 完 成 時(shí) 間： 2014.5.26 測試技術(shù)于工業(yè)燃燒系統(tǒng)的應(yīng)用馬柯（哈工程，哈爾濱市 150001）照片尺寸為20mm*30mm；最好不用紅色背景摘 要：燃燒鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)制造過程中為重要的制程設(shè)備，主要提供其所需的熱源與蒸汽等，在燃燒系統(tǒng)的操作上需多方地考量鍋爐的安全性、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保等因素，但目前多數(shù)的燃燒爐所裝置之感測信息，如溫度、壓力與流量等，僅能描述鍋爐之部份系統(tǒng)狀態(tài)，如爐膛中燃燒的火焰狀態(tài)則無法透過上述的感測設(shè)備而獲得之，好的火焰形態(tài)可

2、有效的提升燃燒效率與滿足制程所需溫度，然而火焰狀態(tài)目前仍需經(jīng)驗(yàn)豐富的人員進(jìn)行觀察與調(diào)整，由于近年來光學(xué)感測技術(shù)的迅速發(fā)展，已有許多研究文獻(xiàn)將光學(xué)感測技術(shù)應(yīng)用于燃燒系統(tǒng)領(lǐng)域，因此本文匯整了基于光學(xué)感測技術(shù)在工業(yè)燃燒系統(tǒng)之研究文獻(xiàn)，其中包含下列主題：(1)基于火焰影像之燃燒系統(tǒng)安全性監(jiān)控；(2)以火焰影像結(jié)合制程信息之分析、預(yù)測與優(yōu)化操作；(3)以火焰影像計(jì)算溫度場分布與燃燒熱值評估。關(guān)鍵詞：燃燒系統(tǒng)；火焰影像；火焰監(jiān)控；溫度場Application of testing technology in industrial combustion systemsMake(Harbin engining

3、 University, Harbin, Chin)Abstract：Industrial combustion furnaces are important equipments for chemical and manufacturing plants. These utility systems provide heat and steam in production process. It is necessary to consider safety, economy and environment issues at the same time when operating com

4、bustion system. Temperature, pressure, and flow rate measured from classical sensors can only obtain partial information of combustion system, but flame states have to be observed and manipulated by experienced operator. In recent years, optical image sensing technologies are drastically in progress

5、 and applied to industrial furnaces. The targets of novel control systems are to sense the flame state to control the furnace automatically. The purpose of this paper is to collect and describe the research results of this application field, which includes the following topics:(1) safety monitoring

6、of the flame for combustion systems; (2) analysis, forecasting and optimization of combustion systems by using flame images and process information; (3) temperature field distribution and combustion efficiency assessments by using VIS images. Keywords: Combustion system, flame image, flame monitorin

7、g, temperature field3 火焰之穩(wěn)定性對于燃燒行為而言，相當(dāng)重要，過往均由具經(jīng)驗(yàn)之工程師透過肉眼觀察、判斷燃燒狀況，在攝影機(jī)技術(shù)較為成熟后，透過影像分析方式取代工程師之肉眼，可進(jìn)行實(shí)時(shí)、長期之監(jiān)控工作。 作品來源： 作者簡介：馬 柯(1991-10-21)，男，學(xué)生，動(dòng)力與能源工程學(xué)院指導(dǎo)教師：周 松(), 男，教授，動(dòng)力與能源工程學(xué)院1 量的書寫規(guī)則 火焰之穩(wěn)定性對于燃燒行為而言，相當(dāng)重要，過往均由具經(jīng)驗(yàn)之工程師透過肉眼觀察、判斷燃燒狀況，在攝影機(jī)技術(shù)較為成熟后，透過影像分析方式取代工程師之肉眼，可進(jìn)行實(shí)時(shí)、長期之監(jiān)控工作。 光學(xué)攝影機(jī)用來拍攝石化燃料之火焰(fossil

8、fuel fired flame)，攝影機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)如圖一所示。透過此系統(tǒng)能實(shí)時(shí)獲得火焰影像，并取得影像幾何信息特征，如：火焰根部距離、火焰面積與火焰擴(kuò)散角度等，研究中將擷取的火焰特征與燃燒過程進(jìn)行分析比對，結(jié)果驗(yàn)證火焰影像特征信息具備足夠的信息來呈現(xiàn)燃燒過程變化。于研究中，同時(shí)以統(tǒng)計(jì)相關(guān)性、靈敏度分析方法，找出那些火焰特征對于燃燒系統(tǒng)為重要的影響因子，有助于后續(xù)火焰影像特征監(jiān)視系統(tǒng)的建置。 由上所述，燃燒火焰是表征火焰燃燒狀態(tài)最直接的媒介。爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)的成功投運(yùn)，在很大程度上取決于可靠與準(zhǔn)確的火焰檢測系統(tǒng)?；鹧嬖谌紵^程中會(huì)福射出各種類型的豐富的信息，如光能（紫外光、可見光、紅外光）、熱能

9、、聲能和圖像等。所有這些形式的信息構(gòu)成了火焰檢測的依據(jù)?；鹧鏅z測技術(shù)正是利用感光探測器、感溫探測器或者圖像探測器獲取火焰燃燒產(chǎn)生的光照、溫度或者圖像的效應(yīng)，通過后期的數(shù)據(jù)處理判斷火焰的燃燒狀態(tài)。國內(nèi)外不少學(xué)者對火焰檢測技術(shù)進(jìn)行深入的研究，推動(dòng)了其快速發(fā)展?，F(xiàn)代火焰檢測技術(shù)可分為直接式和間接式。常用的直接式火焰檢測技術(shù)包括檢出電極法、差壓法和溫度法等。這些方法的原理雖然簡單，但可靠性欠佳，對現(xiàn)場噪音十分敏感，火焰檢測器的參數(shù)也難于整定，存在著較大的局限性，目前已基本被間接式火焰檢測技術(shù)淘汰間接式火焰檢測技術(shù)是目前比較先進(jìn)的火焰檢測手段，通常利用不同形式的福射能量來檢測火焰。其中，福射式火焰檢測技

10、術(shù)是目前使用最廣泛，也是較行之有效的方法，下面將對其作詳細(xì)介紹。 燃燒過程可以簡蘋地看作是燃料的氧化過程，這一過程主要發(fā)生在靠近燃燒器的上游區(qū)。但是，在這燃燒區(qū)內(nèi)存在著大量未充分燃燒的中間產(chǎn)物，其濃度直接影響了火焰的時(shí)頻信號特性。此外，燃料顆粒在燃燒時(shí)會(huì)形成光子流，存在光波閃爍和脈動(dòng)現(xiàn)象，火焰福射的閃爍頻率與光照強(qiáng)度是不斷變化的。故從檢測手段來看，福射式火焰檢測法可以分為福射強(qiáng)度檢測法和火焰頻率檢測法。 福射強(qiáng)度檢測法的原理是：利用光電探頭接收火焰福射信號，由于火焰福射光照強(qiáng)度在平均光照強(qiáng)度的水平上進(jìn)行波動(dòng)，利用數(shù)字信號檢測手段提取出平均光照強(qiáng)度作為火焰的福射強(qiáng)度。資料13表明，當(dāng)火焰存在時(shí)，

11、福射信號的福射強(qiáng)度在數(shù)值水平上較高，而當(dāng)火焰不存在時(shí)，福射信號的福射強(qiáng)度在數(shù)值水平上較低。通過對時(shí)域上的輻射強(qiáng)度設(shè)定閾值的方法，可以判斷出某一時(shí)刻火焰的“有”或者“無”的燃燒狀態(tài)。這種檢測方法最大的局限性在于其僅僅考慮了火焰的有和無兩種工況，忽略了其他燃燒工況對火焰福射信號的影響。比如燃料量較小時(shí)，福射信號時(shí)域中的福射強(qiáng)度的水平處于較低狀態(tài)；而燃料量增大時(shí)，火焰的福射信息就會(huì)增加，轄射信號時(shí)域中的福射強(qiáng)度的水平就會(huì)增加。這兩種火焰燃燒工況很容易被時(shí)域上的福射強(qiáng)度閾值理解為火焰的“有”和“無”兩種燃燒狀態(tài)。另外，當(dāng)火焰燃燒負(fù)荷在大范圍變化時(shí)，時(shí)域內(nèi)的強(qiáng)度閾值的適應(yīng)性可能會(huì)較差。這兩點(diǎn)體現(xiàn)出福射強(qiáng)

12、度檢測法比較嚴(yán)重的局限性。 燃料在燃燒時(shí)都會(huì)不同程度地向外福射紫外線、可見光和紅外線等光波。燃燒工況不同，火焰福射光波在各波段上的信息量則會(huì)不同。如果僅用一種波段下的光電檢測器對火焰進(jìn)行檢測，則只能獲取窄波段下的火焰輻射信號，遺漏了許多有用的信息，容易造成火焰狀態(tài)誤判。有研究表明，采用多波段檢測法可以獲得更為豐富的火焰福射信息，解釋更多火焰的時(shí)頻特性，避免開關(guān)信號的錯(cuò)判和信號的錯(cuò)送。多波段檢測法的原理是：采用多種不同波段下（最好覆蓋紫外線、可見光和紅外線）的火焰檢測器，對燃燒火焰進(jìn)行同時(shí)實(shí)時(shí)檢測，把采集到的火焰福射信息融合到一起來判斷火焰狀態(tài)多波段檢測法使不同波段下的火焰檢測器相互補(bǔ)充、相互印

13、證，可以提高火焰檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。但其不足之處也往往造成信號的錯(cuò)判。由于同一時(shí)間用不同的火焰檢測器釆集同一信號，勢必造成光電探頭擁擠在一個(gè)狹小的區(qū)域內(nèi)，而且這些光電探頭不可能同時(shí)在一條直線上排列開，在檢測區(qū)域一定產(chǎn)生某種程度的位置重疊，這種位置重疊往往導(dǎo)致光電探頭檢測不到火焰輻射信號，或者檢測到極其微弱的福射信號，對檢測品質(zhì)造成很大的影響。 為了提高火焰檢測裝置的探測分辨能力和可靠性，研發(fā)了一套基于光電檢測的火焰燃燒監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過針對火焰特有頻譜段的光電傳感器與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的組合，實(shí)現(xiàn)了火焰燃燒穩(wěn)定性能的綜合評判，同時(shí)具有媳火預(yù)警的能力。針對火焰信號的光學(xué)傳感裝置、與計(jì)算機(jī)的傳輸以及

14、接口單元、信號的處理分析方法和火焰燃燒穩(wěn)定性和熄火預(yù)警的判據(jù)，形成一個(gè)完整的檢測系統(tǒng)。 信號釆集系統(tǒng)包括光電傳感器、數(shù)據(jù)采集電路、三相直流電源和數(shù)據(jù)釆集卡。 光電傳感器采用光電三極管。光電三極管是由一個(gè)PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件，具有單方向?qū)щ娞匦浴Ｓ捎谶@個(gè)特性，往往在電路中用它作為光電轉(zhuǎn)換元件，通過它把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。其工作原理很簡單35。光電三極管是在反向電壓作用下工作的。沒有光照或者光照強(qiáng)度不大時(shí)，反向電流極其微弱；有較大的光照時(shí)，反向電流將會(huì)增大到幾十微安。光的強(qiáng)度越大，反向電流也就越大。光的變化引起光電三極管電流變化，就可以把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。任何燃料在燃燒時(shí)都會(huì)向外福射出紫外線、

15、可見光和紅外線。不同的燃料福射的波段也就不同。燃?xì)饣鹧嬗凶贤饩€（波長范圍為400nm以下）、紅外線（波長范圍為400nm700nm)和較少的可見光（波長范圍為700nm以上）。本實(shí)驗(yàn)中采用上海青岳科技集團(tuán)的3DU465P3光電三極管,其波長范圍為500?lOSOnm,尖峰波長為680nm，其良好的波段范圍保證了光電傳感器能較好地接收到較多的有效的光波福射信號。有研究表明，火焰在初始燃燒區(qū)輻射出較多的可見光和紅外線，而且福射率變化聚烈。為了獲得好的火焰檢測效果，得到較為敏感的火焰福射數(shù)字信號和由此衍生出的頻率信號，本次實(shí)驗(yàn)將火焰檢測探頭對準(zhǔn)燃燒器的初始燃燒區(qū)進(jìn)行測試。 參考文獻(xiàn):1 S. Key

16、van, R. Rossow, C. Romero, L. Xianchang, Comparison between visible and near-IR flame spectra from natural gas-fired furnace for blackbody temperature measurements, Fuel, Vol.83, pp.1175-1181, 2004. 2 3. K. Imoto and M. Sumi, Inner pressure control method in optical fiber perform fabrication by vapor-phase axial deposition, Technol., Vol.6, No.4, pp