加热炉烟气流动及燃烧传热过程的数值模拟研究

采用CFD(Computational Fluid Dynamics)技术对某装置加氢反应进料加热炉内烟气流动、燃烧传热过程进行了全尺寸的模拟和分析,揭示了加氢反应进料加热炉内烟气流动、燃烧传热过程的特性,分析对比了两种燃料气次级喷枪顶部开孔角度对加热炉内烟气流动、火焰形态、炉膛温度场、炉管表面热强度及热效率的影响。模拟计算结果表明:与10°结构相比,5.5°结构下的火焰高度更高,炉墙高温区域发生上移,相同位置炉管的吸热量更大,辐射炉管的整体热效率提高约2%。

基于DSP的锅炉火焰温度场测量及燃烧诊断系统

针对电站锅炉火焰监视、温度场测量和燃烧诊断中存在的问题,提出了一种以DSP为核心的嵌入式图像火焰监测系统,在对彩色图像法测量温度场的原理论述的基础上,对图像采集和处理各部分的电路和系统软件进行了分析和说明。通过优化设计,使系统的数据处理能力和实时性得到大幅的提升。经过200MW机组的试验表明,系统能在1帧时间内完成一幅图像的处理与特征量的提取,在1s内完成锅炉燃烧状况的诊断,火焰监测和燃烧诊断实时性得到了保证。温度场测量最大偏差不会超过50℃,相对误差小于5%,能满足系统对测量精度的要求。

基于数字图像处理和神经网络的炉膛温度场测量及燃烧诊断方法的研究

根据三基色原理和Plank定律建立了三色测温公式。结合数字图像处理技术 ,提出了一种运用人工神经网络进行电站锅炉温度场测量和燃烧诊断的方法 ,据此设计的一套系统在 2 0 0MW机组锅炉上进行了实际运行 ,结果表明 ,该系统简便实用 ,可实现温度场的在线检测 ,并能对炉内的燃烧状况作出符合实际的评价 。

炉膛火焰监视系统及温度场计算

锅炉中煤粉的燃烧过程是非常复杂的悬浮燃烧 ,炉膛火焰监视必须克服监视图像的噪声。文章详细介绍了对火焰图像进行预处理、消除噪声的方法 ;给出了基于维恩辐射定律导出的双色测温计算火焰温度的算法 ,并成功用于火焰温度场的计算 ;最后给出了温度场计算机显示原理。

垃圾焚烧炉炉拱结构的热态模拟试验

通过改变垃圾焚烧炉炉拱结构,运用"L型火焰燃烧技术"和理论公式对炉拱结构进行分析研究,目的针对燃料的适应性、燃烧稳定性和负荷调节能力而进行热态模拟试验,其主要内容是温度场的测定。因温度场的高低直接反映了锅炉运行的稳定性,所以针对热态试验的八种不同燃烧工况组织了燃烧试验,实测了八种工况下炉内的温度分布,证实了提出的垃圾焚烧炉炉拱结构的合理性和适用性。

燃天然气玻璃纤维窑炉火焰空间的三维数值模拟

该文建立了玻璃窑炉火焰空间的三维数学模型,以年产3万吨燃天然气玻璃纤维窑炉为研究对象,运用数值模拟方法研究了火焰空间温度场和气流场的分布规律。研究表明,该数学模型能较全面地反映火焰空间气流场和温度场的分布规律,对燃天然气玻璃熔窑的应用和研究,具有一定的参考价值和指导意义。

三维温度场可视化检测系统在裂解炉上的应用研究

重点介绍了安装在中国石油化工股份有限公司茂名分公司乙烯装置H114号裂解炉上的三维温度场可视化检测系统。该系统主要根据布置在裂解炉四周炉墙的16支CCD火焰图像探测器拍摄到的视频信息,重建出炉膛内的三维温度场分布。系统提供全方位炉膛看火电视的功能,可减少甚至避免操作工的看火孔巡检次数;提供全炉膛空间区域及管壁三维温度场立体分布,指导在炉内空间及管壁的温度分布不均匀区域调整燃烧器,改善炉内温度分布均匀性,避免炉管、炉体过烧,为装置的长周期运行提供技术支持。

热辐射成像法测量大型炉膛内三维温度场的算法新进展

大型炉膛内三维燃烧场与炉内燃烧过程的安全性、经济性和污染物排放水平密切相关。相对于其他大型炉膛内三维温度场可视化监测技术(声学层析成像法和吸收光谱层析成像法),热辐射成像法具有系统紧凑、易于实施等特点,且时间分辨率和空间分辨率较高,具有较大的应用潜力。介绍了大型炉膛内热辐射成像原理;分析了辐射传递反问题的不适定性;综述了辐射传递反问题求解方法研究进展。构建大型炉膛内热辐射成像模型即利用热辐射成像矩阵,将炉膛边界传感器接收的辐射能量分布与炉内温度场、介质和壁面辐射特性联系起来;计算热辐射成像矩阵的关键在于获得介质和壁面单元散射或反射份额的分布,目前通常使用DRESOR法、逆向蒙特卡洛法等进行求解。通过热辐射成像矩阵的条件数判定可知,热辐射传递反问题是不适定性的,导致解的不唯一性甚至不存在性,以及微小测量误差会引起温度场重建的不稳定。目前求解该类不适定问题,主要有优化方法和正则化方法2类。优化方法可分为传统优化方法和智能优化方法。传统优化方法基于梯度计算,通过反复迭代计算减小目标函数,常见有最小二乘法、共轭梯度法等;但该类方法对初值依赖大,需要对目标函数求导数且无法获得全局最优解。智能优化方法基于概率搜索,由相应算法设定随机解,并在求解空间中寻找最优解,特点是无须已知优化问题的精确数学模型,也无需求解目标函数的梯度。可根据对象数量,分为基于生物群体模拟和基于生物个体模拟。前者包括微粒群算法、遗传算法等,需要构建目标函数且搜寻最优解的耗时较长;后者包括人工神经网络、支持向量机等,无需获知预测问题的数学映射关系,经过训练即可获得最接近实际输出值的结果,但训练数据集的质量是影响预测精度关键因素之一。另外一类常见的处理不适定问题的方法是正则化方法,利用与原不适定问题毗邻的一系列适定问题的解近似代替原问题的解,包括吉洪诺夫正则化、截断奇异值分解等。该方法已用于多种燃煤机组锅炉内的三维温度场重建,具有较高的重建精度和效率。尽管热辐射成像法重建炉内三维温度场时需要考虑光学厚度等影响因素,但在一定适用范围内,能够较好地再现炉内真实温度场的分布特征。并且从三维空间考虑辐射传递方程,本质就是一种三维检测技术。随着成像技术的发展(光场相机、多/高光谱成像仪等),也为热辐射成像法用于大型炉膛内三维温度场重建指明了新的发展方向。

基于声学与光学相联合的温度场重建技术数值模拟研究

为了获得较为精确的炉膛燃烧二维温度场,达到实时监测炉膛内火焰温度的目的,分别利用光学法与声学法建立温度场重建模型并推导出较为简便的矩阵反演公式,并结合SVD(奇异值分解)算法对炉膛内二维温度场进行重建。数值研究表明:在测量误差均为0.05和0.1时,光学与声学测量方法分别在高温区域与低温区域有较好的重建效果,据此提出了基于层次分析法的声、光联合温度场重建技术,当采用(声、光)联合技术对炉膛单峰对称、单峰偏置和双峰对称温度场进行二维重建时,反演精度较光学法或声学法均提高0.01左右,表明了此种融合方法的可行性和准确性,对炉膛温度场反演具有重要意义。