忽扩燃烧室回流区截面二维温度场数值化研究

采用机器视觉和非接触辐射测温理论和技术，建立了忽扩燃烧室回流区断面图像的二基色信息与温度的关系模型，实现了回流区火焰断面坐标的温度值在线测量，并绘制了断面二维平面投影的温度场等高线。煤气燃烧实验结果表明，这种测温技术是可行的，它实现了忽扩燃烧室燃烧状况的在线监测与诊断，为分析预测燃烧过程、改进燃烧器和确保工况安全稳定运行提供了有效的监控调节手段。     

DSP锅炉火焰检测系统设计

通过对锅炉火焰燃烧特性的研究,提出了基于DSP的锅炉火焰检测系统的检测原理,并详细介绍了用于煤火检测的可见光型火检探头的设计方法,以及如何利用DSP实现快速傅立叶变换（FFT）算法完成信号的频谱分析。     

基于彩色相机的运动燃煤颗粒温度测量研究

基于McKenna燃烧器的平面火焰携带流燃烧器系统的燃烧环境,采用彩色相机测温系统对运动中的燃煤颗粒进行拍摄。彩色相机测温系统经过黑体炉进行温度测量标定后,利用其r、g波段的响应,采用双色法对燃煤颗粒的温度进行测量。测温系统的标定采用基于BP神经网络训练的方法进行,通过对蜡烛燃烧火焰的拍摄,将得到的颗粒温度与热电偶数据进行对比,验证了测温系统的可靠性。实验研究了燃烧器出口不同距离处燃煤颗粒的温度信息,结果表明,燃煤颗粒温度随颗粒到喷嘴出口距离的变化整体呈先上升后下降趋势。该结果为研究煤粉燃烧过程及着火机理提供了参考。     

基于扩散模型的图像去噪方法研究

随着图像处理领域的不断发展,图像噪声处理成为该领域中的主要研究问题之一。为了去除时频图像在获取和传输过程中的噪声,提高图像质量,对不同神经网络进行实验,以确定某种方法能够有助于更好地去除时频图形中的噪声。使用的深度学习方法包括变分自编码器（Variational Auto-Encoder,VAE）和扩散模型。变分自编码器可以学习到数据的特征表示,通过将输入数据映射到潜在空间中,从潜在空间中采样一个随机向量,将采样得到的潜在变量映射回重构空间,并在解码器中重构出去噪后的输出数据,学习数据的潜在分布,达到去除时频图像噪声的目的。另一种是基于LoRA(Low-Rank Adaptation of Large Language Models,LoRA)的扩散模型算法,不同于传统深度学习去噪模型,该方法通过引入Lo RA模块,将时频图像的噪声去除分为两个部分,分别学习时频图像的噪声分布以及时频图像的特征描述文本,从而减少网络在训练过程中的训练参数,实现了对时频图像的噪声去除。通过实验对比,去噪效果比较好的是基于LoRA的扩散模型,峰值信噪比和结构相似度均高于变分自编码器模型。     

基于火焰图像和模糊神经网络的锅炉燃烧稳定性判别

研究了燃煤锅炉燃烧稳定性判别问题,提出了在火焰动态图像上提取燃烧稳定特征方法.在用着火位置相对变化量描述燃烧稳定性的基础上,研究了利用模糊神经网络进行燃烧稳定性判别的方法,并将燃烧状态判别为稳定、较稳定、欠稳定和不稳定4种状态.该方法利用模糊神经网络获取专家判别经验,并可通过网络学习调整判别规则以适应各种燃烧状况.实验表明判别方法是可行的,且具有满意的判别结果.     

论空气流动动能对燃气热水器燃烧工况的影响

大升数强鼓型燃气热水器,因对于燃烧负荷的要求较高,燃烧所需的燃烧器多采用多排数。燃气热水器因结构布置的限制,风机口的布置位置很难对每个单片火排实现均衡供风,提高风机转速,正对供风口位置的燃烧器单片,受到高速流动二次空气的干扰,燃烧工况变差,火焰不稳定,且出现单片燃烧器纵向不同位置火焰高度不一致,远离进风口位置的燃烧器单片二次供风可能会不足,从而导致燃烧不完全,并且燃气热水器在满负荷状态下因二次空气供给不均衡会导致烟气偏高。通过对大升速强制鼓风式燃气热水器的进风动能进行调整,以解决上述所描述问题。     

基于优化VMD和深度卷积神经网络的柴油发电机组故障诊断

针对柴油发电机组故障信号非平稳非线性特征参数难以提取的问题,结合深度学习的优势,提出一种基于变分模态分解(VMD)和深度卷积神经网络(CNN)相结合的故障诊断模型。为克服VMD算法中分解模态数较难确定的问题,采用峭度准则来选取最优分解模态数,将优化的VMD算法用于不同工况下的柴油发电机组声信号进行分解,转化为灰度图像作为网络输入,通过CNN自动进行特征提取,并利用训练集样本进行网络训练。为避免背景噪声和提高故障诊断精度,使用双传感器采集发电机组声信号。通过测试集的验证,表明该模型在对柴油发电机组的故障诊断中实现了不同工况下的可靠判别,进一步提升了故障判别的准确性。通过对比其他4种故障诊断方法,结果表明所提方法诊断精度更高且鲁棒性好。     

基于边缘重构图像的边缘检测算法优选研究

边缘检测是视觉定位、零件缺陷识别、视觉测量等图像处理中的关键环节，其检测质量直接影响后续的图像目标识别与定位的精度。针对具体图像处理需选取合适的边缘检测算法的问题，提出了一种基于多方向滑动窗口线性插值重构法的图像边缘检测质量评价算法。首先，采用待处理边缘图像的最大连续非边缘矩形区域作为重构搜索窗口，设计了多方向滑动窗口线性插值图像重构法；然后，根据图像边缘的特征，建立了集成图像结构相似度和边缘错检率为性能指标的边缘检测算法的优选评价方法；最后，进行了实例应用，通过实验对重构算法的性能、优选方法的可行性和正确性进行了验证。研究结果表明：该边缘图像重构算法准确率最高，实验中重构图像的结构相似度可达到0.708 7,耗时320.902 1 s;采用该优选方法能快速地筛选出最佳的边缘处理算法，与人体视觉评价一致，便于实现边缘检测算法的智能优选和图像的智能处理目标。     

基于目标图像组合算法的改进YOLOv5模型

针对YOLOv5目标检测模型训练时间长、检测精度偏低问题,提出一种目标图像组合算法,考虑必要的图像背景及图像覆盖对目标图像进行分割,设计减少图像失真的重组策略提高单张训练集图像内目标个数,降低模型训练时长。改进先验框生成策略,以绝对差值作为距离函数,对训练集目标边框的长和宽分别进行一维K-means聚类,提高先验框对训练集的适应度。提出多层并列卷积结构,对输入特征经过三层并列卷积后的输出进行融合,增强特征表征能力。以VOC2007和VOC2012训练集和验证集作为训练图像,采用目标图像组合算法,模型训练时间减少30%以上,改进先验框生成策略使先验框对训练集的适应度达到0.735。在VOC2007测试数据集上测试,改进YOLOv5模型平均准确率均值（mAP）由79.1%提升至80.3%。     

加热炉燃烧系统油气燃烧器改造

东明石化集团有限公司30万t/年常压蒸馏装置加热炉燃烧系统在生产中存在燃烧状况不良,喷嘴易结焦,火焰漂移、发黑,积灰等问题。经以SH-YQ-300型油气燃烧器代替LC-350型对加热炉燃烧系统进行技术改造,达到了稳定操作及节能降耗的目的。介绍了该燃烧器的性能、改造前后的比较以及注意事项。     

中心给粉旋流燃烧器气固两相流动的数值模拟

电厂采用的煤粉燃烧技术应达到稳燃、低污染、防结渣及防高温腐蚀的要求。中国电厂燃用煤的煤质偏差,煤种多变。在燃用这些煤的时候,锅炉的稳燃能力较低。针对这些问题,提出中心给粉旋流煤粉燃烧技术。由于燃烧器的气固流动特性对燃烧器的性能有很大的影响,利用可实现的k-ε和Lagrangian随机轨道模型对中心给粉旋流燃烧器的气固两相流动进行数值模拟,并将计算结果和三维相位多普勒测速技术(Phase-Doppler anemometry,PDA)试验结果进行详细比较,计算值和试验值速度分布的趋势基本相同。计算和试验结果表明,在轴向方向产生了回流区,切向速度分布出现典型的Rankine涡结构,中心线附近区域的径向速度小。当颗粒的轴向速度衰减为0之后,颗粒的运动方向发生偏转,开始向后上方运动。颗粒迂回型运动轨迹延长了煤粉在回流区中的停留时间。     

Combustion Regime Monitoring by Flame Imaging and Machine Learning

A method for automatic determination of combustion regimes using flame images on the basis of a convolutional neural network on labeled data is under consideration. It is shown that the accuracy of regime classification reaches 98% on the flame images of a gas burner. The results of the operation of the convolutional neural network and classification using different linear models are compared.     

煤粉颗粒燃烧过程可视化研究

基于McKenna型燃烧器,研制了双光路成像系统,对煤粉颗粒燃烧过程中的背光投影轮廓图像和自发光光强分布信息进行同步采集,观察了不同高度位置煤粒的运动、着火和燃烧过程。针对烟煤和无烟煤颗粒燃烧实验中出现的挥发组分着火燃烧、碳黑形成、焦炭着火燃烧等现象进行了分析,发现两种煤种分别以均相着火和非均相着火为主。同时对煤颗粒燃烧时固体和挥发组分由于相间速度差产生的脱离现象编写了图像处理程序,分别计算了气固相的运动速度。该研究为进一步定量分析煤粉的着火和燃烧特性提供了参考。     

适用于燃用贫煤1 025 t/h锅炉的中心给粉旋流燃烧器

提出了中心给粉旋流煤粉燃烧器,并针对某厂采用EI-DRB型燃烧器设计燃用贫煤的1 025 t/h锅炉稳燃能力差,不能燃用设计煤质的问题,进行了实验室冷态试验及锅炉冷、热态试验,得出了新型的燃烧器结构,并将下层8只燃烧器改造为新型燃烧器.试验表明,中心给粉燃烧器的回流区最大直径、长度与燃烧器最外层直径之比分别为1.40和1.89,可卷吸足够的高温烟气及时点燃煤粉,得出了外二次风叶片角度、一次风量、二次风量及三次风对燃烧器出口射流的影响规律;在实际运行参数下,EI-DRB型燃烧器没有回流区,不利于稳定燃烧.得出了二次风挡板开度和给粉机转数对燃烧器出口处温度场的影响规律.采用新型燃烧器后,锅炉效率提高,当电负荷降至140 MW时,锅炉可以不投油稳定运行,在燃用贫煤、无烟煤和贫煤的混煤时(混合比为11),锅炉在高负荷和低负荷下均可稳定运行.锅炉NOx排放下降.     

Bifurcation analysis of combustion instability in a Rijke burner with an improved third-order saturated flame model

The bifurcation analysis of nonlinear combustion instability in a Rijke burner is studied numerically. First, a saturated flame model and a third-order saturated flame model are proposed, and the mode truncation effects are investigated by studying their influences on system eigenvalues. Then, bifurcation analysis on the flame location, average flame intensity, damping, and time delay in the flame model is conducted with the new flame models. Results show that the burner driven by the saturated model loses stability via supercritical Hopf bifurcations, whereas the system driven by the third-order saturated model shows the characteristic of subcritical Hopf bifurcations, accompanied by bistable regimes emerging in the bifurcation diagrams. Finally, the effects of velocity perturbations are analyzed further, and the results show that a given system may oscillates with different frequencies if the disturbance is imposed to different Galerkin modes. This study reveals that the process of the combustion system’s transition to instability depends strongly on the nonlinear term in the flame model.

     

基于期望块对数似然的激光吸收光谱层析成像

可调谐二极管激光吸收光谱层析成像(TDLAST)是一种重要的非侵入式燃烧检测技术。然而,TDLAST逆问题的欠定性使得传统算法重建的气体吸收密度存在较大误差。本文将期望块对数似然先验引入TDLAST逆问题的求解,提出基于高斯混合模型(GMM)正则化的温度重建算法(GMMTRT)。该方法利用GMM建模燃烧场气体吸收密度的局部分布特性,采用半二次分裂方法求解引入GMM正则化的TDLAST逆问题。利用火灾动力学模拟器生成的仿真数据与利用TDLAST实验系统获得的实际数据进行的重建实验均表明,GMMTRT重建的温度图像能够准确定位火焰位置,并清晰描述燃烧场感兴趣区域的温度分布。与现有的基于Tikhonov正则化的温度重建算法和同时代数重建算法相比,GMMTRT的重建误差分别能够降低15.42%～36.16%和23.10%～44.79%。     

Observation of coal fragmentation in early stages of combustion

Measurements of coal fragmentation in the early stages of combustion were undertaken in the size range of crushed coals for Chinese Dongjin and Indonesian Roto coals. A flat flame burner fed with a premixed mixture of methane, air and partly hydrogen was used for the burning of a single coal particles. A high speed video camera system was used for the observation of coal fragmentation during approximately 80 msec. Fragmentation is consistently observed in the controlled combustion environment over a gas flame temperature range of 1220K–1320K. The data indicate that a single coal particle often disintegrates into two, three, and sometimes more fragments. The dominant mechanisim of fragmentation is that producing two fragments in primary fragmentation. The Dongjin coal breaks up more extensively than the Roto coal with the frequency of fragmentation exhibiting a strong particle size dependence and a weaker gas flame temperature dependence. The mean time of primary fragmentation for the Dongjin coal falls to between 10 msec and 20 msec and does not remarkably vary with particle size and gas flame temperature. The mean time of primary fragmentation for the Roto coal is strongly dependent on the particle size, whilst shows less gas flame temperature dependence.     

A new flame-stabilization technology for lean mixtures

The development of a low-pollution burner is important for saving energy and preserving the environment. A low-pollution burner can be produced by lean-mixture combustion and general combustion technology. The flammable limit of premixed flame is narrower than that of diffusion flame. Producing a lean mixture of fuel results in an effective combustion condition, which in turn produces high load and low pollution. In this study, it was found that the influx of Q₂ had an effect on extending the lean flammable limits and flame stabilization in a doubled jet burner. And the flame, consisting of small eddies, can be stabilized by the nozzle neck phenomena.     

突扩燃烧室燃烧火焰深度二维温度场测量

针对电子耦合器件（CCD）辐射测温中因温度过高导致的辐射图像“发白”问题，提出了摄像机快门时间控制模型，该模型能有效地防止CCD光敏面输出过饱和电流。在此基础上，引入计算机断层图像检测理论，对燃烧火焰不同聚焦面的CCD成像过程进行研究，建立了用单一摄像机实现火焰深度方向聚焦面辐射图像与温度场分布关联模型，实现了火焰深度二维温度场的在线测量。实验室煤气燃烧实验表明：黑体炉标定后的关联模型实现了燃烧火焰内部温度场的在线测量与诊断，快门控制模型能有效解决辐射图像“发白”问题，扩大了CCD辐射测量的温度范围。