三維溫度場(chǎng)技術(shù)交流2015409

三維溫度場(chǎng)技術(shù)交流2015409第一頁(yè)，共39頁(yè)。目錄第一部分三維溫度場(chǎng)可視化在線監(jiān)測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介第二部分三維溫度場(chǎng)可視化在線監(jiān)測(cè)技術(shù)原理第三部分茂名乙烯裂解爐三維溫度場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)第二頁(yè)，共39頁(yè)。工業(yè)爐優(yōu)化運(yùn)行的瓶頸在實(shí)際運(yùn)行中，工業(yè)爐運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性及自動(dòng)化水平的進(jìn)一步提高仍受到一些關(guān)鍵技術(shù)問題的制約。缺乏爐內(nèi)三維燃燒工況實(shí)時(shí)在線檢測(cè)技術(shù)，這是一項(xiàng)世界性的難題?，F(xiàn)有的燃燒檢測(cè)技術(shù)，如熱電偶、紅外高溫計(jì)及熱像儀、基于激光的燃燒診斷技術(shù)等，均不能實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)燃燒溫度場(chǎng)的在線測(cè)量。目前世界上已投入商業(yè)應(yīng)用的基于聲波法的爐內(nèi)斷面（二維）溫度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)劇烈變化的瞬態(tài)燃燒工況檢測(cè)能力不足，也不能實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)的在線檢測(cè)，同時(shí)對(duì)物體表面（例如爐管和爐壁）溫度的測(cè)量也無能為力。第三頁(yè)，共39頁(yè)。

常用燃燒火焰溫度測(cè)量方法：在管式工業(yè)爐中，目前大多采用聲學(xué)法和圖像法進(jìn)行火焰溫度測(cè)量第四頁(yè)，共39頁(yè)?？傮w技術(shù)思路本項(xiàng)目采用火焰輻射圖像處理技術(shù)作為主要手段，充分挖掘火焰輻射圖像中攜帶的爐內(nèi)高溫燃燒輻射能量分布及其傳遞信息，從而建立燃燒溫度場(chǎng)在線檢測(cè)技術(shù)，并進(jìn)一步提煉用于爐內(nèi)燃燒優(yōu)化控制的燃燒火焰輻射能概念。1、爐內(nèi)火焰溫度場(chǎng)如何影響輻射成像？需要建立定量模型2、如何從火焰圖像中重建出爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)？3、如何將火焰圖像處理信息反饋到加熱爐燃燒及運(yùn)行優(yōu)化控制？爐內(nèi)燃燒第五頁(yè)，共39頁(yè)。本項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)的交叉融合，提出了獨(dú)特的火焰溫度圖像檢測(cè)方法，建立了爐內(nèi)火焰輻射能量和溫度成像模型，提出了改進(jìn)的

正則化方法重建三維溫度場(chǎng)的算法，從而創(chuàng)立了爐膛燃燒三維溫度場(chǎng)實(shí)時(shí)可視化監(jiān)測(cè)技術(shù)。總體技術(shù)思路第六頁(yè)，共39頁(yè)。對(duì)三維溫度場(chǎng)可視化技術(shù)鑒定評(píng)價(jià)中國(guó)工程院院士、哈爾濱工業(yè)大學(xué)秦裕琨教授等鑒定認(rèn)為：“在用輻射圖象處理檢測(cè)實(shí)際鍋爐爐內(nèi)三維溫度分布方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”；第七頁(yè)，共39頁(yè)。8主要研究論文及專著出版專著2005年，本研究成果在國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)資助下，在科學(xué)出版社出版《爐內(nèi)火焰可視化檢測(cè)原理與技術(shù)》。這是國(guó)內(nèi)外唯一的一部電站鍋爐/工業(yè)爐窯燃燒三維溫度場(chǎng)可視化檢測(cè)技術(shù)方面的專著。發(fā)表論文及專題特邀報(bào)告2003-2007年，周懷春教授應(yīng)邀在亞太國(guó)際燃燒會(huì)議等國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上作燃燒可視化監(jiān)控研究專題特邀報(bào)告3次。第八頁(yè)，共39頁(yè)。10thEuropeanConferenceonIndustrialFurnacesandBoilersInternationaljournalofThermalSciences(SCI)第九頁(yè)，共39頁(yè)。第二部分三維溫度場(chǎng)可視化在線監(jiān)測(cè)技術(shù)原理第十頁(yè)，共39頁(yè)。爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

創(chuàng)建立了爐內(nèi)火焰輻射溫度成像模型火焰二維溫度圖像爐內(nèi)三維溫度分布第十一頁(yè)，共39頁(yè)。

提出正則化三維溫度場(chǎng)重建算法溫度場(chǎng)可視化處理過程：1、采集圖像，從圖像中計(jì)算二維溫度圖像Tm2、矩陣B與向量Tm

相乘，得到三維溫度場(chǎng)T

刷新時(shí)間：2-5秒之內(nèi)爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)第十二頁(yè)，共39頁(yè)。燃燒火焰溫度和黑度檢測(cè)圖像探測(cè)器的標(biāo)定實(shí)際檢測(cè)前必須經(jīng)過黑體爐嚴(yán)格標(biāo)定，得到單色輻射IR和IG同圖像的R和G值之間的關(guān)系，以及溫度(K)與其黑體圖像的紅色R0之間的關(guān)系：

計(jì)算標(biāo)定第十三頁(yè)，共39頁(yè)。圖像探測(cè)器的標(biāo)定第十四頁(yè)，共39頁(yè)。圖像探測(cè)器的標(biāo)定1173K1273K1373K1473K第十五頁(yè)，共39頁(yè)。

輻射圖像處理三維溫度場(chǎng)可視化重建過程火焰原始圖像火焰二維溫度圖像爐內(nèi)三維溫度分布第十六頁(yè)，共39頁(yè)?；谳椛淠茏畲蟮臓t內(nèi)風(fēng)量和氧量?jī)?yōu)化控制策略

控制原理工業(yè)爐燃燒優(yōu)化控制的直接目標(biāo)是調(diào)節(jié)最佳風(fēng)量與燃料量相適應(yīng)，使?fàn)t內(nèi)熱效率達(dá)到最佳；氧量和爐內(nèi)熱效率實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)的困難是爐內(nèi)效率實(shí)時(shí)優(yōu)化的困難所在使輻射能信號(hào)達(dá)到最佳的風(fēng)量能夠使相同的燃料在爐內(nèi)釋放出最多的熱量。本項(xiàng)技術(shù)構(gòu)造了根據(jù)輻射能變化趨勢(shì)在線調(diào)節(jié)風(fēng)量、使?fàn)t內(nèi)效率達(dá)到最佳的搜索策略在達(dá)到相當(dāng)?shù)妮^高爐內(nèi)熱效率的條件下（A-B區(qū)域），進(jìn)一步將風(fēng)量控制在風(fēng)量較少的區(qū)域（A-C區(qū)域），能夠同時(shí)達(dá)到抑制氮氧化物排放的目的第十七頁(yè)，共39頁(yè)。第三部分茂名乙烯裂解爐三維溫度場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)第十八頁(yè)，共39頁(yè)。

USC-80U型裂解爐采用美國(guó)斯通-韋伯斯公司專利技術(shù)，爐管設(shè)計(jì)為U型，主要裂解原料為石腦油。USC-80U型裂解爐的整體布置為2個(gè)輻射段共用1個(gè)對(duì)流段。每個(gè)輻射室底部有16臺(tái)燃燒器，分兩列布置。第十九頁(yè)，共39頁(yè)。每臺(tái)爐的48根USC“U”型爐管沿滬膛中心線安裝成一排。對(duì)每個(gè)輻射段,物料基本走向?yàn)椤吧线M(jìn)上出”。在第一管程內(nèi),氣態(tài)物料從橫跨管出來自輻射室的頂部進(jìn)入輻射段,接著向下,經(jīng)過U型彎管從而進(jìn)入第二管程。在第二管程內(nèi),物料以自下向上的方向流動(dòng)。對(duì)流段處于2個(gè)輻射段的正上方,目的是回收來自輻射段的煙道氣中的熱量。第二十頁(yè)，共39頁(yè)。圖像處理燃燒監(jiān)控技術(shù)思路第二十一頁(yè)，共39頁(yè)。第二十二頁(yè)，共39頁(yè)。第二十三頁(yè)，共39頁(yè)。裂解爐溫度場(chǎng)分布第二十四頁(yè)，共39頁(yè)。裂解爐溫度場(chǎng)分布第二十五頁(yè)，共39頁(yè)。第二十六頁(yè)，共39頁(yè)。裂解爐溫度場(chǎng)分布第二十七頁(yè)，共39頁(yè)。裂解爐溫度場(chǎng)分布第二十八頁(yè)，共39頁(yè)。光譜儀溫度和黑度檢測(cè)系統(tǒng)第二十九頁(yè)，共39頁(yè)。光譜儀溫度和黑度檢測(cè)系統(tǒng)第三十頁(yè)，共39頁(yè)。最大溫差<2%第三十一頁(yè)，共39頁(yè)。燃燒器調(diào)整實(shí)驗(yàn)（a）調(diào)整前（b）左邊風(fēng)門開大（c）左邊風(fēng)門復(fù)原，右邊風(fēng)門開大調(diào)整前左邊溫度高于右邊，最高溫度1007℃；左邊風(fēng)門開大，溫度升高到1015℃；右邊風(fēng)門開大，高溫區(qū)右移，最高溫度1026℃。第三十二頁(yè)，共39頁(yè)。

通過三維溫度場(chǎng)系統(tǒng)測(cè)得的輻射能變化與COT變化趨勢(shì)的對(duì)比，可以看到開大左側(cè)風(fēng)門（100-125時(shí)），輻射能先上升，緊接著COT也開始上升。COT上升略有延遲，這與裂解氣的停留時(shí)間以及煙氣導(dǎo)熱時(shí)間差有關(guān)?；謴?fù)左側(cè)風(fēng)門開大右側(cè)風(fēng)門（125-200時(shí)），輻射能先降后升，COT也隨之先下降后上升。200以后風(fēng)門恢復(fù)原狀，COT也下降恢復(fù)到調(diào)整前溫度。輻射能變化與COT變化趨勢(shì)對(duì)比第三十三頁(yè)，共39頁(yè)。通過燃燒調(diào)整期間輻射能變化與燃料量變化趨勢(shì)的對(duì)比，可以看到輻射能的變化基本符合燃料量的變化趨勢(shì)，值得注意的是在開大左風(fēng)門和開大右風(fēng)門期間，有一個(gè)階段輻射能處于同樣的水平，但是燃料量卻不一致，說明燃料量的調(diào)整有富余。這也告訴我們以后裂解爐的調(diào)整應(yīng)該主要調(diào)風(fēng)，從這段燃燒調(diào)整數(shù)據(jù)可以看到，2108.2kg/h的燃料量與2090.3kg/h的燃料量產(chǎn)生的輻射能一樣，那也就是說如果要維持一樣的輻射能我們可以節(jié)約燃料氣17.9kg/h。輻射能變化與燃料量變化趨勢(shì)對(duì)比第三十四頁(yè)，共39頁(yè)?；谌S溫度場(chǎng)的產(chǎn)物收率分布爐管表面熱流分布總換熱系數(shù)物料換熱系數(shù)壓降方程第三十五頁(yè)，共39頁(yè)。石腦油裂解分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型基于三維溫度場(chǎng)的產(chǎn)物收率分布第三十六頁(yè)，共39頁(yè)。物料各參數(shù)分布圖基于三維溫度場(chǎng)的產(chǎn)物收率分布最大誤差<4%第三十七頁(yè)，共39頁(yè)。三維溫度場(chǎng)系統(tǒng)的預(yù)期功能和后續(xù)展望