摘要：隨著城市化進(jìn)程的加快，解決城市垃圾處理問題成為亟待解決的問題。在目前幾種垃圾處理方法中，垃圾焚燒發(fā)電是資源處理最有效、無害化、減量化的方式。根據(jù)國內(nèi)垃圾焚燒電廠工況變化復(fù)雜的特點(diǎn)，依靠人工調(diào)節(jié)，提出了一種基于視頻圖像處理的爐膛火焰參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)方法，電廠火焰監(jiān)控?cái)z像探頭監(jiān)測(cè)火焰圖像采集使用，在垃圾焚燒爐的實(shí)時(shí)狀態(tài)分析，和火焰參數(shù)的監(jiān)測(cè)分析傳輸?shù)紻CS為手動(dòng)調(diào)整，爐排速度和空氣體積的參考。該方法有效地減少了操作人員習(xí)慣或經(jīng)驗(yàn)的差異所造成的控制效果的差異，提高了焚燒控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。
關(guān)鍵詞：垃圾焚燒；火焰自動(dòng)檢測(cè)；視頻圖像處理
1前言
目前，人們賴以生存的自然環(huán)境正在一步一步的走向惡化以及毀滅的道路，其中就二氧化碳、二氧化硫的排放量年年高漲而毫無下降的氣象，就對(duì)人們的生產(chǎn)與生活帶來了十分嚴(yán)重的影響?，F(xiàn)在，能過有效且完全根治這一環(huán)境問題的辦法就是加快我國城市垃圾的再利用，這也就進(jìn)一步說明了城市垃圾焚燒發(fā)電對(duì)我國后續(xù)發(fā)展與建設(shè)的重要性。
近年來，國外垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)已經(jīng)比較成熟，由于實(shí)際的需要，國內(nèi)許多城市已經(jīng)引進(jìn)了國外先進(jìn)的焚燒技術(shù)，國內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電廠取得了快速發(fā)展。
為了根據(jù)火焰焚燒工藝的需求判斷燃燒狀況，本文提出了一種基于圖像處理技術(shù)的火焰狀態(tài)檢測(cè)方法、圖像采集、攝像機(jī)監(jiān)控在線火焰爐，用于圖像處理和分析，檢測(cè)火焰的亮度，以及參數(shù)的變化趨勢(shì)，反映焚燒的實(shí)時(shí)狀態(tài)。
2常用的清灰方式
2.1鋼球清灰
鋼球清灰是利用提升機(jī)將鋼球運(yùn)送至余熱鍋爐頂部，再自上而下播撒鋼球的清灰方式，利用鋼球在受熱面管道間的彈跳碰撞除去積灰，掉落的積灰隨煙氣被帶走，鋼球落入余熱鍋爐底部設(shè)置的鋼球收集裝置。
2.2蒸汽吹灰
蒸汽吹灰以一定壓力和干度的蒸汽作為吹灰介質(zhì)，通過吹灰器噴口使蒸汽具備一定的動(dòng)能，并以噴射的方式直接吹掃有積灰附著的受熱面。蒸汽吹灰，具有吹灰介質(zhì)壓力高，噴射速度大的特點(diǎn)，可迅速將積灰吹離受熱面，對(duì)結(jié)渣性較強(qiáng)，灰熔點(diǎn)低的灰效果較為明顯，因而在現(xiàn)代鍋爐中被廣泛使用。但是，蒸汽的高速射流會(huì)磨損余熱鍋爐的受熱面，必須對(duì)受熱面采取一定的保護(hù)措施。同時(shí)，由于采用蒸汽作為吹灰介質(zhì)，蒸汽噴入后會(huì)增加煙氣中的水分，容易造成余熱鍋爐尾部受熱面的腐蝕和積灰，同時(shí)，蒸汽的使用還會(huì)增加余熱鍋爐補(bǔ)給水和水處理的費(fèi)用。
2.3聲波吹灰
聲波吹灰主要是通過壓縮氣體作用于振動(dòng)膜片，將壓縮氣體的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢晧汉皖l率的聲波，余熱鍋爐受熱面的積灰在聲波的作用下會(huì)處于松動(dòng)和懸浮狀態(tài)，并被煙氣帶走，從而達(dá)到清理受熱面積灰的目的，該種清灰方式對(duì)松散性積灰的清除效果較為明顯。聲波吹灰器結(jié)構(gòu)簡單可靠，運(yùn)行方便，維護(hù)工作量小。此外，與蒸汽吹灰相比，聲波吹灰可吹掃的范圍更大，傳播損耗更小，且不會(huì)對(duì)受熱面管道造成損傷。
2.4激波吹灰
激波吹灰的原理是利用可燃?xì)怏w乙炔與壓縮空氣按一定比例混合，再在特殊的裝置中進(jìn)行劇烈爆燃形成沖擊激波，沖擊激波經(jīng)噴口作用于積灰受熱面，對(duì)積灰產(chǎn)生一種先壓后拉的作用力，使積灰表面上的灰垢因沖擊而碎裂并脫離受熱面，達(dá)到清灰的效果。該種清灰方式可以通過控制激波的強(qiáng)度，用以滿足余熱鍋爐多種受熱面的清灰要求。
激波吹灰方式產(chǎn)生的沖擊波攜帶的能量極大，既適用于清除松散性積灰又適用于清除粘結(jié)性積灰，操作自動(dòng)化程度高，不需要經(jīng)常維護(hù)。在煙氣含塵量較大，余熱鍋爐需要頻繁清灰的應(yīng)用場合，乙炔的需求量將會(huì)很大，因此需頻繁更換乙炔瓶，某種程度上增加了運(yùn)行成本。此外，需要特別指出的是，由于乙炔屬易燃易爆氣體，在使用過程中必須嚴(yán)格執(zhí)行易燃易爆氣體的相關(guān)使用規(guī)程，以保證生產(chǎn)安全。
2.5機(jī)械振打除灰
機(jī)誡振打除灰，通常用于清除余熱鍋爐低溫對(duì)流受熱面上的積灰。它利用小容量電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行低速轉(zhuǎn)動(dòng)，振打器按照等分的相位設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上，依次對(duì)余熱鍋爐的受熱面進(jìn)行錘擊，通過機(jī)誡力將灰塵從受熱面上振動(dòng)下來，一般受熱面管道振幅達(dá)到1.Smm即可有效除去積灰。機(jī)誡振打除灰的優(yōu)點(diǎn)是工作可靠，投資較少，消耗動(dòng)力也較少，對(duì)松散性積灰的清除效果要優(yōu)于蒸汽吹灰。機(jī)誡振打除灰的最大缺點(diǎn)是由于對(duì)受熱面的頻繁錘擊振打，會(huì)對(duì)余熱鍋爐受熱面管道和焊口的使用壽命造成一定的不良影響。
3火焰參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)設(shè)計(jì)
3.1設(shè)備選型
GB50049-2011小型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，電站鍋爐的主要運(yùn)行參數(shù)包括爐膛火焰監(jiān)測(cè)。因此，在垃圾發(fā)電廠的設(shè)計(jì)中，需要配備爐膛火焰監(jiān)測(cè)和顯示系統(tǒng)，便于操作人員觀察中央控制室爐膛內(nèi)的燃燒情況。本文利用電廠原有火焰監(jiān)測(cè)探頭，不添加火焰探頭裝置，對(duì)火焰監(jiān)測(cè)屏進(jìn)行了處理和分析。一般相機(jī)最高工作溫度為50℃，與爐膛火焰中心溫度高達(dá)1600℃，采用耐高溫的潛望鏡管，從棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)直接投射安裝在絕緣層外面的爐內(nèi)溫度合適的相機(jī)屏幕圖像。同時(shí)，攝像機(jī)的視場要求不小于90度的錐角60度。保護(hù)罩工作環(huán)境（爐外溫度）溫度范圍-10～70。攝像機(jī)輸出PAL制式，通過圖像采集卡實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和信號(hào)放大，通過同軸電纜傳輸?shù)斤@示器。該監(jiān)視器將信號(hào)分為2種方式：一種傳送到中央控制室的大屏幕，另一種傳送到火焰探測(cè)器，對(duì)火焰參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。
3.2圖像預(yù)處理
由于場景環(huán)境復(fù)雜，攝像機(jī)獲得的火焰視頻信號(hào)需要進(jìn)行一系列的圖像預(yù)處理，可以獲得更為精確的場景圖像數(shù)據(jù)，從而對(duì)火焰參數(shù)進(jìn)行量化和判斷。首先，通過火焰探測(cè)器的圖像采集卡采集模擬視頻信號(hào)并進(jìn)行編碼，得到火焰圖像的數(shù)字編碼信息。使用dh-cg410圖像采集卡，視頻采集卡，支持標(biāo)準(zhǔn)PAL/NTSC（CCIR/EIA）視頻輸入，每個(gè)通道由一個(gè)768×576×32位的最大分辨率，可以滿足系統(tǒng)的性能要求和采集速度。其次，640×480@30幀/秒的圖像采集和編碼處理得到的YUV圖像數(shù)據(jù)。為了提高圖像處理的精度，需要對(duì)圖像編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行兩次平滑處理，消除火焰圖像中的隨機(jī)噪聲。常用的平滑方法有空間頻率域中值法、平均法和帶通濾波法?？紤]到效率和性能的要求，本文采用中值方法對(duì)圖像進(jìn)行去噪、圖像采集、信息一段時(shí)間的排序，然后根據(jù)中值計(jì)算出的中值圖像信息。最后，你需要將圖像轉(zhuǎn)換為YUV顏色空間。圖像的原始格式是RGB，其原理是每種顏色都可以用紅色（R）、綠色（G）、藍(lán)色（B）3種顏色變量來表示，其優(yōu)點(diǎn)是符合人眼觀察的規(guī)律，容易理解。然而，RGB格式的圖像不能反映圖像亮度和色差的變化，不適合用計(jì)算機(jī)語言識(shí)別圖像中的火焰。因此，有必要將圖像轉(zhuǎn)換為YUV顏色空間。在圖像處理領(lǐng)域，YUV顏色空間的使用更為廣泛，因?yàn)樗菑牧炼群蜕畹姆蛛x，有利于圖像的分析與處理。在YUV空間，每一種顏色都是由1個(gè)亮度信號(hào)Y的定義，2個(gè)色差信號(hào)U和V的YUV空間使用RGB信息變換，利用Y通道信息可以從全彩色圖像，產(chǎn)生一個(gè)黑白圖像的彩色信息通過U，V的描述，更有利于后續(xù)的火焰識(shí)別工作。為了更好地描述圖像信息，每個(gè)像素的圖像坐標(biāo)表示，連續(xù)選取N幀背景圖像進(jìn)行YUV空間轉(zhuǎn)換處理后，按中值計(jì)算方式得到該圖像的YUV值描述。
4結(jié)束語
隨著垃圾焚燒處理技術(shù)的發(fā)展，垃圾焚燒自動(dòng)控制系統(tǒng)將在垃圾無害化處理領(lǐng)域起不可或缺的作用，提高焚燒控制的自動(dòng)化程度，提高控制的準(zhǔn)確性，具有積極的實(shí)際應(yīng)用意義。
參考文獻(xiàn)：
[1]陳忠.城市垃圾焚燒發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].綠色環(huán)保建材，2017（09）
作者單位：常州綠色動(dòng)力環(huán)保熱電有限公司 江蘇常州 213000
原標(biāo)題:垃圾焚燒爐火焰參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)方法
關(guān)鍵詞：垃圾焚燒；火焰自動(dòng)檢測(cè)；視頻圖像處理
1前言
目前，人們賴以生存的自然環(huán)境正在一步一步的走向惡化以及毀滅的道路，其中就二氧化碳、二氧化硫的排放量年年高漲而毫無下降的氣象，就對(duì)人們的生產(chǎn)與生活帶來了十分嚴(yán)重的影響?，F(xiàn)在，能過有效且完全根治這一環(huán)境問題的辦法就是加快我國城市垃圾的再利用，這也就進(jìn)一步說明了城市垃圾焚燒發(fā)電對(duì)我國后續(xù)發(fā)展與建設(shè)的重要性。
近年來，國外垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)已經(jīng)比較成熟，由于實(shí)際的需要，國內(nèi)許多城市已經(jīng)引進(jìn)了國外先進(jìn)的焚燒技術(shù)，國內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電廠取得了快速發(fā)展。
為了根據(jù)火焰焚燒工藝的需求判斷燃燒狀況，本文提出了一種基于圖像處理技術(shù)的火焰狀態(tài)檢測(cè)方法、圖像采集、攝像機(jī)監(jiān)控在線火焰爐，用于圖像處理和分析，檢測(cè)火焰的亮度，以及參數(shù)的變化趨勢(shì)，反映焚燒的實(shí)時(shí)狀態(tài)。
2常用的清灰方式
2.1鋼球清灰
鋼球清灰是利用提升機(jī)將鋼球運(yùn)送至余熱鍋爐頂部，再自上而下播撒鋼球的清灰方式，利用鋼球在受熱面管道間的彈跳碰撞除去積灰，掉落的積灰隨煙氣被帶走，鋼球落入余熱鍋爐底部設(shè)置的鋼球收集裝置。
2.2蒸汽吹灰
蒸汽吹灰以一定壓力和干度的蒸汽作為吹灰介質(zhì)，通過吹灰器噴口使蒸汽具備一定的動(dòng)能，并以噴射的方式直接吹掃有積灰附著的受熱面。蒸汽吹灰，具有吹灰介質(zhì)壓力高，噴射速度大的特點(diǎn)，可迅速將積灰吹離受熱面，對(duì)結(jié)渣性較強(qiáng)，灰熔點(diǎn)低的灰效果較為明顯，因而在現(xiàn)代鍋爐中被廣泛使用。但是，蒸汽的高速射流會(huì)磨損余熱鍋爐的受熱面，必須對(duì)受熱面采取一定的保護(hù)措施。同時(shí)，由于采用蒸汽作為吹灰介質(zhì)，蒸汽噴入后會(huì)增加煙氣中的水分，容易造成余熱鍋爐尾部受熱面的腐蝕和積灰，同時(shí)，蒸汽的使用還會(huì)增加余熱鍋爐補(bǔ)給水和水處理的費(fèi)用。
2.3聲波吹灰
聲波吹灰主要是通過壓縮氣體作用于振動(dòng)膜片，將壓縮氣體的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢晧汉皖l率的聲波，余熱鍋爐受熱面的積灰在聲波的作用下會(huì)處于松動(dòng)和懸浮狀態(tài)，并被煙氣帶走，從而達(dá)到清理受熱面積灰的目的，該種清灰方式對(duì)松散性積灰的清除效果較為明顯。聲波吹灰器結(jié)構(gòu)簡單可靠，運(yùn)行方便，維護(hù)工作量小。此外，與蒸汽吹灰相比，聲波吹灰可吹掃的范圍更大，傳播損耗更小，且不會(huì)對(duì)受熱面管道造成損傷。
2.4激波吹灰
激波吹灰的原理是利用可燃?xì)怏w乙炔與壓縮空氣按一定比例混合，再在特殊的裝置中進(jìn)行劇烈爆燃形成沖擊激波，沖擊激波經(jīng)噴口作用于積灰受熱面，對(duì)積灰產(chǎn)生一種先壓后拉的作用力，使積灰表面上的灰垢因沖擊而碎裂并脫離受熱面，達(dá)到清灰的效果。該種清灰方式可以通過控制激波的強(qiáng)度，用以滿足余熱鍋爐多種受熱面的清灰要求。
激波吹灰方式產(chǎn)生的沖擊波攜帶的能量極大，既適用于清除松散性積灰又適用于清除粘結(jié)性積灰，操作自動(dòng)化程度高，不需要經(jīng)常維護(hù)。在煙氣含塵量較大，余熱鍋爐需要頻繁清灰的應(yīng)用場合，乙炔的需求量將會(huì)很大，因此需頻繁更換乙炔瓶，某種程度上增加了運(yùn)行成本。此外，需要特別指出的是，由于乙炔屬易燃易爆氣體，在使用過程中必須嚴(yán)格執(zhí)行易燃易爆氣體的相關(guān)使用規(guī)程，以保證生產(chǎn)安全。
2.5機(jī)械振打除灰
機(jī)誡振打除灰，通常用于清除余熱鍋爐低溫對(duì)流受熱面上的積灰。它利用小容量電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行低速轉(zhuǎn)動(dòng)，振打器按照等分的相位設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上，依次對(duì)余熱鍋爐的受熱面進(jìn)行錘擊，通過機(jī)誡力將灰塵從受熱面上振動(dòng)下來，一般受熱面管道振幅達(dá)到1.Smm即可有效除去積灰。機(jī)誡振打除灰的優(yōu)點(diǎn)是工作可靠，投資較少，消耗動(dòng)力也較少，對(duì)松散性積灰的清除效果要優(yōu)于蒸汽吹灰。機(jī)誡振打除灰的最大缺點(diǎn)是由于對(duì)受熱面的頻繁錘擊振打，會(huì)對(duì)余熱鍋爐受熱面管道和焊口的使用壽命造成一定的不良影響。
3火焰參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)設(shè)計(jì)
3.1設(shè)備選型
GB50049-2011小型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，電站鍋爐的主要運(yùn)行參數(shù)包括爐膛火焰監(jiān)測(cè)。因此，在垃圾發(fā)電廠的設(shè)計(jì)中，需要配備爐膛火焰監(jiān)測(cè)和顯示系統(tǒng)，便于操作人員觀察中央控制室爐膛內(nèi)的燃燒情況。本文利用電廠原有火焰監(jiān)測(cè)探頭，不添加火焰探頭裝置，對(duì)火焰監(jiān)測(cè)屏進(jìn)行了處理和分析。一般相機(jī)最高工作溫度為50℃，與爐膛火焰中心溫度高達(dá)1600℃，采用耐高溫的潛望鏡管，從棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)直接投射安裝在絕緣層外面的爐內(nèi)溫度合適的相機(jī)屏幕圖像。同時(shí)，攝像機(jī)的視場要求不小于90度的錐角60度。保護(hù)罩工作環(huán)境（爐外溫度）溫度范圍-10～70。攝像機(jī)輸出PAL制式，通過圖像采集卡實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和信號(hào)放大，通過同軸電纜傳輸?shù)斤@示器。該監(jiān)視器將信號(hào)分為2種方式：一種傳送到中央控制室的大屏幕，另一種傳送到火焰探測(cè)器，對(duì)火焰參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。
3.2圖像預(yù)處理
由于場景環(huán)境復(fù)雜，攝像機(jī)獲得的火焰視頻信號(hào)需要進(jìn)行一系列的圖像預(yù)處理，可以獲得更為精確的場景圖像數(shù)據(jù)，從而對(duì)火焰參數(shù)進(jìn)行量化和判斷。首先，通過火焰探測(cè)器的圖像采集卡采集模擬視頻信號(hào)并進(jìn)行編碼，得到火焰圖像的數(shù)字編碼信息。使用dh-cg410圖像采集卡，視頻采集卡，支持標(biāo)準(zhǔn)PAL/NTSC（CCIR/EIA）視頻輸入，每個(gè)通道由一個(gè)768×576×32位的最大分辨率，可以滿足系統(tǒng)的性能要求和采集速度。其次，640×480@30幀/秒的圖像采集和編碼處理得到的YUV圖像數(shù)據(jù)。為了提高圖像處理的精度，需要對(duì)圖像編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行兩次平滑處理，消除火焰圖像中的隨機(jī)噪聲。常用的平滑方法有空間頻率域中值法、平均法和帶通濾波法?？紤]到效率和性能的要求，本文采用中值方法對(duì)圖像進(jìn)行去噪、圖像采集、信息一段時(shí)間的排序，然后根據(jù)中值計(jì)算出的中值圖像信息。最后，你需要將圖像轉(zhuǎn)換為YUV顏色空間。圖像的原始格式是RGB，其原理是每種顏色都可以用紅色（R）、綠色（G）、藍(lán)色（B）3種顏色變量來表示，其優(yōu)點(diǎn)是符合人眼觀察的規(guī)律，容易理解。然而，RGB格式的圖像不能反映圖像亮度和色差的變化，不適合用計(jì)算機(jī)語言識(shí)別圖像中的火焰。因此，有必要將圖像轉(zhuǎn)換為YUV顏色空間。在圖像處理領(lǐng)域，YUV顏色空間的使用更為廣泛，因?yàn)樗菑牧炼群蜕畹姆蛛x，有利于圖像的分析與處理。在YUV空間，每一種顏色都是由1個(gè)亮度信號(hào)Y的定義，2個(gè)色差信號(hào)U和V的YUV空間使用RGB信息變換，利用Y通道信息可以從全彩色圖像，產(chǎn)生一個(gè)黑白圖像的彩色信息通過U，V的描述，更有利于后續(xù)的火焰識(shí)別工作。為了更好地描述圖像信息，每個(gè)像素的圖像坐標(biāo)表示，連續(xù)選取N幀背景圖像進(jìn)行YUV空間轉(zhuǎn)換處理后，按中值計(jì)算方式得到該圖像的YUV值描述。
4結(jié)束語
隨著垃圾焚燒處理技術(shù)的發(fā)展，垃圾焚燒自動(dòng)控制系統(tǒng)將在垃圾無害化處理領(lǐng)域起不可或缺的作用，提高焚燒控制的自動(dòng)化程度，提高控制的準(zhǔn)確性，具有積極的實(shí)際應(yīng)用意義。
參考文獻(xiàn)：
[1]陳忠.城市垃圾焚燒發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].綠色環(huán)保建材，2017（09）
作者單位：常州綠色動(dòng)力環(huán)保熱電有限公司 江蘇常州 213000
原標(biāo)題:垃圾焚燒爐火焰參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)方法
