基于火焰辐射图像的炉排焚烧炉的控制优化方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及炉排焚烧炉的废料焚烧技术，基于火焰辐射图像的炉排焚烧炉的控制优化方法和装置。
【背景技术】
[0002]炉排炉多采用往复式机械炉排进行给料，且此种炉排向下倾斜一定的角度;根据燃烧过程的需要，炉排由多列炉排片构成，各列炉排相互间隔排列，可独立运行。所燃废料经料斗落入料槽内，并由给料装置按照系统给定的速度进入炉膛;进入炉膛后，废料在系统控制下的炉排上，按照规定的速度运动，并与从炉排底部进入的一、二次风进行混合、翻动，使废料得以干燥、点火、燃烧以致燃尽。
[0003]例如公布号为CN 102840586 A的专利文献公开了一种生活垃圾焚烧炉自动燃烧控制系统，其包括垃圾焚烧炉，所述垃圾焚烧炉设置有垃圾进料口、干燥炉排、燃烧炉排、燃尽炉排、炉膛、汽包、尾部烟气出□，所述干燥炉排、燃烧炉排、燃尽炉排的下部分别设置有一次风进风口，一次风机分别通过管路连通对应的所述一次风进风口，所述炉膛内通有二次风进风口，所述二次风进风口通过管路连接二次风机，所述干燥炉排上设置有推料器，所述垃圾焚烧炉的外部设置有PLC控制站、操作站，所述操作站连接所述PLC控制站，所述操作站内设置有低位热值设定、蒸汽流量设定、垃圾密度设定三个参数输入模块，所述PLC控制站内执行逻辑运算模块设置有热量平衡计算模块、物料平衡计算模块、各控制回路计算模块，所述干燥炉排、燃烧炉排、燃尽炉排分别设置有干燥炉排速度控制阀、燃烧炉排速度控制阀、燃尽炉排速度控制阀，所述干燥炉排速度控制阀、燃烧炉排速度控制阀、燃尽炉排速度控制阀分别连接所述PLC控制站，所述干燥炉排、燃烧炉排、燃尽炉排的下部对应的所述一次风进风口所连通的每一条管路上分别设置有空气流量测试仪、空气流量控制阀，所述每一条管路上设置的空气流量测试仪、空气流量控制阀分别连接到所述PLC控制站;所述二次风机的管道两端风别设置有二次风流量控制阀、二次风流量测量仪表，所述二次风流量控制阀、二次风流量测量仪表、二次风机分别连接至所述PLC控制站;所述汽包的蒸汽出口处设置有蒸汽测量仪表，所述蒸汽测量仪表连接所述PLC控制站;所述炉膛内设置有辅助燃烧器、炉膛温度测量仪，所述辅助燃烧器、炉膛温度测量仪分别连接所述PLC控制站;所述燃烧炉排上设置有垃圾层厚度测试仪表，所述垃圾层厚度测试仪表连接所述PLC控制站，所述燃尽炉排的上方设置有温度仪，所述温度仪连接所述PLC控制站;所述尾部烟气出口处设置有烟气含氧量测量仪表，所述烟气含氧量测量仪表连接所述PLC控制站;所述推料器连接有推料器速度控制阀，所述推料器速度控制阀连接所述PLC控制站。
[0004]上述装置过程需要与主蒸汽压力控制、主蒸汽温度控制、一次和二次风量控制等进行配合来完成。当物料特性，如含水率、组成成分、破碎程度等发生变化时，给料控制系统对给料速度作出相应的调整，以使废料在炉排上均匀且充分燃烧。然而，由于主蒸汽压力和主蒸汽温度等参数对废料特性的变化表现并不敏感，致使对给料速度及一、二次风量的调节往往存在很大的滞后性;且整个炉排往往按照统一的速度给料。这就造成了物料在炉排上燃烧不均匀、燃烧效率低、污染物排放加剧等问题。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种基于火焰辐射图像的炉排焚烧炉的控制优化方法，通过增设图像采集系统，可以对每列炉排上的废料燃烧进行分区监控，并根据动态火焰图像实时控制燃烧参数，提高废料燃烧均匀性和燃烧效率。
[0006]—种基于火焰辐射图像的炉排焚烧炉的控制优化方法，包括以下步骤:
[0007](I)废料自进料口投入炉排腔，在废料燃烧炉排中燃烧，依次经过干燥区、燃烧区和燃尽区，从出渣口排出；
[0008](2)实时拍摄各炉排的燃烧区的废料燃烧情况，利用中值滤波函数预处理获取的火焰动态图像，消除背景噪音；
[0009](3)单位时间内，获取多张经过步骤(2)处理的火焰图像，计算获取的火焰图像的R、G、B的平均值；
[0010](4)将步骤(3)得到的火焰图像的R、G、B的平均值转换为H、S、V;
[0011](5)将步骤(4)求得的H、S分量输入训练好的BP神经网络中，得到各炉排的燃烧区的温度场分布，求得各燃烧区的平均温度Tl;
[0012](6)将步骤(5)所得的火焰平均温度Tl与预设的炉排废料燃烧区的温度范围[Tlmin，Tlmax]进行对比判断，进而对各燃烧区的给料速度及一、二次风量作出相应的调节；作出相应的调节是指增加或减小给料速度和一、二次风量以调节火焰温度。
[0013](7)进入下一个监控循环，重复步骤(2)?(6)。
[0014]本发明方法通过增设获取燃烧区的火焰图像的图像采集系统，对每段、每列炉排上的燃烧区进行分区监控，并将废料的动态火焰图像实时传递给控制系统；最后由控制系统基于火焰图像快速测出各分区的温度分布后，相应调节各分区炉排的给料速度和一、二次风量，促使各炉排的燃烧区的废料能充分均匀燃烧。
[0015]利用BP神经网络将图像的参数转化为温度参数的过程参考文献:王韬，刘奇，陈洪，孟川杰.BP神经网络的火焰图像温度检测方法[J].中国测试技术，2005，31(2):50-52。
[0016]为了协调温控效果以及工作效率，优选的，步骤(2)中，单位时间为30?120s。
[0017]为了提高废料在燃尽区的燃烧效果，优选的，步骤(2)中，同时实时拍摄各炉排的燃尽区的废料燃烧情况；
[0018]步骤(5)中，同时得到各炉排的燃尽区的温度场分布，求得各燃尽区的平均温度T2；
[0019]步骤(6)中，同时将步骤(5)所得的火焰平均温度T2与预设的炉排废料燃尽区的温度范围[T2min，T2max]进行对比判断，进而对各燃尽区的给料速度及一、二次风量作出相应的调节。
[0020]本发明还提供了一种基于火焰辐射图像的炉排焚烧炉的控制优化装置，包括调节炉排燃烧运行参数的控制单元，所述炉排焚烧炉的各炉排沿其废料传送方向设有干燥区、燃烧区和燃尽区，各炉排的燃烧区分别设有单独的进气装置，还包括用于采集整个燃烧区的火焰图像的图像采集装置，所述控制单元接收处理各图像采集装置采集到的火焰图像并将各燃烧区的火焰图像转换为实际燃烧温度并根据实际燃烧温度与设定温度的对比，分别调节各炉排的燃烧区的给料速度及一、二次风量。
[0021]本发明通过图像采集装置分别对各分区的炉排的燃烧情况进行检测，获取的图像范围大，并且可准确得到各炉排燃烧区的燃烧温度场，进而精确控制炉排燃烧运行参数。
[0022]本发明分别调节各分区(燃烧区)的给料速度、一次风量以及二次风量，分区域调节，特别适用于组分复杂，干湿度差异大的生活垃圾焚烧，精确控制，有效提高废料燃烧的均匀性和燃烧效率。
[0023]燃烧区和燃尽区可以是每个区域都设置对应的图像采集装置，也可以根据需要，只在重要的观察区域:燃烧区和燃尽区设置图像采集装置。为了提高废料在燃尽区的燃烧效果，优选的，各炉排的燃尽区也分别设有单独的进气装置，所述图像采集装置还