[發(fā)明專利]基于火焰自由基和溫度測(cè)量的污染物排放量在線預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110415590.0
• 申請(qǐng)日: 2011-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN102520014A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧鋼;閆勇;李新利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N25/22
• 分類號(hào): G01N25/22
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于污染物排放量測(cè)量技術(shù)范圍，特別涉及一種基于火焰自由基和溫度測(cè)量的污染物排放量在線預(yù)測(cè)方法。被測(cè)污染物包括NO_x(氮氧化物)、SO₂(二氧化硫)、CO(一氧化碳)、CO₂(二氧化碳)與顆粒物。

背景技術(shù)

能源與環(huán)境是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的兩大問題。中國(guó)是煤炭消費(fèi)大國(guó)，約70％左右用于直接燃燒或發(fā)電，其中作為煤炭消耗大戶的火力發(fā)電廠是我國(guó)電力生產(chǎn)的主要組成部分。煤粉燃燒是大氣環(huán)境中主要的顆粒物污染源之一，而燃煤引起的煤煙型煙霧污染是我國(guó)大氣污染的主要來源。由于我國(guó)燃煤品種多，質(zhì)量不均一、不穩(wěn)定；受煤炭資源布局、運(yùn)輸條件及火電燃煤政策的影響，許多火電機(jī)組燃用劣質(zhì)煤、混煤，由此導(dǎo)致燃煤效率降低，燃燒污染物控制難度增加，受熱面高溫腐蝕等問題日益突出。嚴(yán)格控制燃煤污染物排放，實(shí)現(xiàn)燃煤的高效低污染燃燒，具有重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

發(fā)電廠可以燃燒來源不同、燃值多變的燃料，因此，快速、在線測(cè)量燃燒污染物，尤其是NO_X、SO₂、CO、CO₂與顆粒物排放量，對(duì)燃燒過程的實(shí)時(shí)控制，降低整個(gè)燃燒過程污染排放物和保護(hù)環(huán)境提供了可靠的技術(shù)保證。

燃燒火焰，作為高熱反應(yīng)的主要燃燒帶，在能源轉(zhuǎn)換、燃燒效率和污染物排放方面包含了重要信息。目前基于圖像的火焰檢測(cè)技術(shù)一般都是結(jié)合寬波帶光學(xué)傳感器、數(shù)字圖像和圖像處理技術(shù)，它所提供的信息缺少火焰自由基的細(xì)節(jié)特征，且沒有考慮到火焰自由基與其溫度之間的內(nèi)在關(guān)系，而這些信息對(duì)于可靠地預(yù)測(cè)污染物排放量、研究排放物形成機(jī)理和對(duì)排放物控制至關(guān)重要。

基于火焰自由基和溫度測(cè)量的燃燒過程污染物排放量在線預(yù)測(cè)，充分利用火焰自由基和火焰溫度所提供的信息，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和主成分分析法，對(duì)燃燒過程污染物即NO_X、SO₂、CO、CO₂與顆粒物的排放量進(jìn)行預(yù)測(cè)，是一種新穎、可靠的污染物排放在線預(yù)測(cè)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于火焰自由基和溫度測(cè)量的污染物排放量在線預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括步驟：

1)通過由物鏡、分光鏡、反射鏡、濾光器和目鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)與電子倍增EMCCD相機(jī)和RGBCCD相機(jī)構(gòu)成燃燒火焰的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

2)在各種燃燒條件下，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集已知燃燒火焰中四個(gè)自由基OH^*(氫氧基)、CN^*(氮碳基)、CH^*(氫碳基)和C2^*(二碳基)的輻射圖像；

3)提取四個(gè)自由基OH^*、CN^*、CH^*和C2^*輻射圖像的特征值，采用主成分分析法對(duì)特征值進(jìn)行降維處理，結(jié)合火焰溫度建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的燃燒污染排放物NOx(氮氧化物)、SO₂(二氧化硫)、CO(一氧化碳)、CO₂(二氧化碳)與顆粒物的排放量預(yù)測(cè)系統(tǒng)；

4)在獲取輻射圖像的同時(shí)采集火焰的R(紅色)G(綠色)B(藍(lán)色)圖像，并根據(jù)該圖像通過雙色法計(jì)算火焰在測(cè)量區(qū)域內(nèi)的溫度分布。

5)針對(duì)前面得到火焰自由基的輻射圖像，將所得到特征值經(jīng)過主成分分析法進(jìn)行降維處理后，與火焰溫度一同輸入到已訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)系統(tǒng)中，給出污染排放物NO_x(氮氧化物)、SO₂(二氧化硫)、CO(一氧化碳)、CO₂(二氧化碳)與顆粒物的排放量預(yù)測(cè)值。

所述采集已知燃燒火焰中四個(gè)自由基OH^*(氫氧基)、CN^*(氮碳基)、CH^*(氫碳基)和C₂^*(二碳基)的輻射圖像提取的特征值為在時(shí)域和頻域內(nèi)包括輪廓，灰度值，灰度分布及均勻度，其中，輪廓為具有相同灰度值的輻射圖像邊界，灰度值為輻射圖像輪廓所定義的區(qū)域內(nèi)的平均灰度值，灰度分布為輻射圖像輪廓所定義的區(qū)域內(nèi)的灰度分布特征，均勻度為輻射圖像輪廓所定義的區(qū)域內(nèi)的灰度強(qiáng)弱對(duì)比特征。