[發(fā)明專利]一種智能燃燒室故障診斷平臺及方法

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• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112904203A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李曦;李冬;魏重陽;仲小博;李嘉瑞;劉國強
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學鄂州工業(yè)技術(shù)研究院;華中科技大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 北京眾達德權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11570
• 代理人: 張曉冬

本發(fā)明提供了一種智能燃燒室故障診斷平臺，包括：數(shù)據(jù)采集模塊，圖像采集模塊，信號處理模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊、上位機、控制器和PLC；所述數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)信號通過數(shù)據(jù)通訊模塊上傳到上位機進行監(jiān)測并存儲，圖像采集模塊采集圖像信號輸入到信號處理模塊進行圖片信息處理，并將處理得出的結(jié)果發(fā)送到控制器，控制器發(fā)送相應(yīng)的控制信號至PLC，PLC執(zhí)行反饋操作；其中，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括熱電偶、流量計和壓力計，所述圖像采集模塊為高溫工業(yè)相機。本發(fā)明提供的方法，將以往的SOFC發(fā)電系統(tǒng)進行拆分，單獨研究SOFC發(fā)電系統(tǒng)的燃燒室故障，能夠準確定位燃燒室出現(xiàn)的故障，并及時做出調(diào)整，保證系統(tǒng)高效運行，提高發(fā)電系統(tǒng)的安全性和效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池燃燒故障診斷領(lǐng)域，尤其涉及一種智能燃燒室故障診斷平臺及方法。

背景技術(shù)

固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一種在中高溫環(huán)境下通過電化學反應(yīng)將化石燃料的化學能直接轉(zhuǎn)換為電能并生成水的發(fā)電裝置。與傳統(tǒng)發(fā)電方式相比，SOFC不存在機械運動和燃燒過程，不受卡諾循環(huán)的限制，極大地減少了噪聲和尾氣污染，提高了燃料利用率。與質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)和熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)相比，SOFC為全固體結(jié)構(gòu)，無需Pt等貴金屬電極材料，具有制造成本低、無漏液腐蝕、無電極毒化、燃料來源廣泛等優(yōu)點。因此，SOFC作為固定電站或移動電源在大型集中供電、中小型分布式供電等領(lǐng)域具有廣闊的市場，被譽為本世紀最具前景的綠色能源。

SOFC具有清潔無污染，效率高等優(yōu)點，但目前對SOFC發(fā)電系統(tǒng)故障的研究還存在不足，綜合國內(nèi)外關(guān)于SOFC發(fā)電系統(tǒng)的研究以及本團隊實驗測試，發(fā)現(xiàn)燃燒室是造成SOFC系統(tǒng)故障的主要源頭，燃燒室的主要作用為處理電堆中未反應(yīng)完的尾氣，因此該部位的溫度較高，另外燃燒室產(chǎn)生的高溫被用來加熱進入電堆的燃氣和空氣。以往的實驗過程中，發(fā)現(xiàn)SOFC系統(tǒng)運行一段時間后，會出現(xiàn)溫度突然升高的現(xiàn)象，溫度過高而導致系統(tǒng)不得不自動停機，這很大程度上影響了系統(tǒng)的發(fā)電效率，國內(nèi)外一些研究者的文章中也有記載類似的故障，結(jié)合燃料電池領(lǐng)域同行對SOFC系統(tǒng)研究經(jīng)驗，判斷造成故障的主要原因在燃燒室。

近年來，很多學者對SOFC故障的研究都主要關(guān)注整個系統(tǒng)的運行效率，往往是針對電堆進行研究，很少有人對系統(tǒng)進行拆分來研究SOFC系統(tǒng)其他部分對故障的影響，然而SOFC系統(tǒng)中每一個部分出現(xiàn)故障都將限制整個系統(tǒng)的發(fā)電效率以及運行穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有研究的不足，本發(fā)明提供了一種智能燃燒室故障診斷平臺及方法，將以往的SOFC發(fā)電系統(tǒng)進行拆分，單獨研究SOFC發(fā)電系統(tǒng)的燃燒室故障，模擬真實實驗情況下的進氣，采集實驗過程中的流量、壓力、溫度信號進行監(jiān)測，并采集燃燒室中的圖像信號，并將圖像處理結(jié)果輸入至控制器，控制電磁閥、流量計、旁路閥的開度，能夠準確定位燃燒室出現(xiàn)的故障，并及時做出調(diào)整，保證系統(tǒng)高效運行，提高發(fā)電系統(tǒng)的安全性和效率。

本發(fā)明實施例一方面提供一種智能燃燒室故障診斷平臺，包括：數(shù)據(jù)采集模塊，圖像采集模塊，信號處理模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊、上位機、控制器和PLC；所述數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)信號通過數(shù)據(jù)通訊模塊上傳到上位機進行監(jiān)測并存儲，圖像采集模塊采集圖像信號輸入到信號處理模塊進行圖片信息處理，并將處理得出的結(jié)果發(fā)送到控制器，控制器發(fā)送相應(yīng)的控制信號至PLC，PLC執(zhí)行反饋操作；其中，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括熱電偶、流量計和壓力計，所述圖像采集模塊為高溫工業(yè)相機。

具體地，所述圖像采集模塊采集的圖像信號，具體為：

燃燒室內(nèi)置的高溫工業(yè)相機采集火焰圖像信息，采樣頻率為10s/次。

具體地，所述信號處理模塊進行圖片信息處理，具體包括：

采用圖像特征提取算法，對火焰圖像信息進行特征提取；

將提出的特征信號與知識庫中的規(guī)則進行比對；

比對后，給出相應(yīng)的處理結(jié)果。