中国工程热物理学会 燃烧学 学术会议论文 编号084201
姜志伟 周怀春
（华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，湖北 武汉 430074）
（Tel：159****9057,Email：*********************）
摘要：本文在图像处理技术的基础上，提出了一种改进的比测温方法。通过黑体炉标定实验表明，在同一温度下火焰彩图像的两基比值不随CCD 快门速度的改变而改变，该方法不需要知道两基的波长，具有计算简单方便的特点。最后在一台循环流化床锅炉上进行了试验，结果与实际工况比较相符。 关键词：循环流化床 比 温度 黑度
0 前言
炉内火焰温度是决定循环流化床（CFB ）锅炉安全经济运行的重要参数。温度过高会造成物料结焦；温
度过低会造成炉膛熄火。因此，CFB 锅炉运行时需要监测火焰温度并据此调节配风和投煤。目前，CFB 锅炉炉内温度的测量主要以热电偶为主，但其具有延迟和单点测量的局限性[1]。近年来，国内外广大学者把数字图像处理技术和辐射测温原理相结合，在煤粉锅炉火焰温度检测方面取得了一定的成果[2-5]。本文基于图像处理技术利用改进比测温方法对循环流化床锅炉火焰温度及黑度图像检测进行了研究。
1 改进比测温检测原理
在传统比法中需要选取两个适当的工作波长，分别测量出该波长处的辐射能后进行比值计算，进而求出火焰的温度，该方法的理论基础是Planck 定律。为了满足两个不同波长下的辐射率相等，两个波长需要选得较为接近，但又不能太接近，否则会带来较大测量误差[6]。在实际应用中利用CCD 拍摄的火焰彩图像的三基进行测温，不需要额外增加分光系统，具有简单使用的优点。
本文在图像处理技术的基础上，提出了一种改进的比测温方法。实际物体与黑体的单辐射强度的比值可用物体的单辐射率（黑度）来表示：
()()
,b I T I T λλλε=
（1）
CCD 拍摄到的火焰彩图像的三基值（R 、G 、B ）反映了火焰辐射强度的大小，
因此有：
()()()()()
()
,,R G B b b b R T G T B T R T G T B εεε===
T 2） 资助项目：国家自然科学基金(No.50636010,No.50721005)
（
b R 、、b G b B 分别表示在在温度T 时对应的黑体三基值。式（2）中，
假设对象为灰体，因此有：
()()()()()城市轨道交通控制
()
R G B b b b R T G T B T R T G T B T εεε==⇔
== （3）
任选三基中的两基并将式（3）进行代数变换：
()()()()
李涛漂移
()
b RG b R T R T K T G T G T =
= （4）
由式（4）可以看出，与之间有下列函数关系：
T RG K ()RG T f K = （5）
因此，利用黑体炉对CCD 进行标定得到不同温度下的就可以从火焰彩图像的RG K /R G 值得到火焰的温度焰温度代入）就可以得到火焰的黑
T ，将得到的火度T 式（2ε。法与传统比法相具有不需要知道特征波长的优点，而且计算量小。
2 标定结果
该方比体炉上进行。实验过程中选取了不同的快门速度和黑体温度，标定结果见看出，在同一温度下，不同快门速度下的彩图像的红绿比值基本相同；标定实验在黑表1所示。
从表1中可以随着黑体温度的增加，红绿比值也相应的增加。因此，根据彩火焰图像中的不同红绿比值可以得到火焰的温度。黑体温度与彩图像红绿比值的关系及其拟合多项式如图1所示。
700
750
800
850
900
950
1000
T /℃
R/G
图1 黑体温度与彩图像红绿基比值关系及其拟合多项式
表1 彩火焰探测器黑体炉标定结果
温度/℃ 快门速度/s 红绿比值
红分量 绿分量 蓝分量 725.00 1/30 79.41 102.32 23.98 0.7761 725.00 1/50 47.56 59.75 14.96 0.7960 750.00 1/30 120.28 146.70 35.05 0.8199 750.00 1/50 69.85 84.94 19.14 0.8223 775.00 1/30 167.53 195.26 40.10 0.8580 775.00 1/50 107.39 125.29 26.18 0.8571 775.00 1/120 56.54 64.98 17.68 0.8701 800.00 1/30 207.36 232.14 37.37 0.8933 800.00 1/50 143.29 159.18 43.65 0.9002 800.00 1/120 75.90 82.88 28.88 0.9158 825.00 1/50 186.13 200.47 73.75 0.9285 825.00 1/120 107.80 114.21 45.97 0.9439 850.00 1/50 213.20 221.89 77.43 0.9608 850.00 1/120 135.30 138.96 54.88 0.9737 875.00 1/120 184.39 182.42 67.32 1.0108 875.00 1/250 116.33 115.29 44.12 1.0090 900.00 1/120 229.73 217.92 75.28 1.0542 900.00 1/250 157.86 149.19 55.72 1.0581 925.00 1/250 192.09 178.39 63.40 1.0768 925.00 1/500 126.11 116.08 44.86 1.0864 950.00 1/250 228.22 204.57 69.31 1.1156 950.00 1/500 159.62 142.74 53.88 1.1183 975.00 1/500 196.10 172.96 60.37 1.1338 975.00 1/1000 126.56 110.08 42.36 1.1497 999.00 1/500 232.09 197.79 64.72 1.1734 999.00
1/1000
158.28
136.03
51.03
1.1636
试验结果
环流化床锅炉上进行，锅炉型号DG480/13.73-II ，为一次中间再热循环、3试验在一台循双炉膛结构。沿锅炉高度方向布置了四层火焰探测器，总共16只，其布置位置如图2所示。图3－5分别给出了在负荷为120MW 和140MW 时拍摄的原始火焰图像、火焰温度图像和火焰黑度图像。
图2 火焰探测器安装位置示意图
A B
图3 原始火焰图像（A：120MW，B：140MW）
（由上至下：27.50m/28.50m 、20.50m 、13.55m 、10.50m ；由左至右：后左、后右、前右、前左）
700.0
725.0
750.0
775.0
800.0
825.0
850.0
875.0
900.0
925.0
950.0
A B微波消解
图4 火焰温度图像（A：120MW，B：140MW）
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
0.800
0.900
1.000
A B
光端机箱
图5 火焰黑度图像（A：120MW，B：140MW）
40
60
调浆桶80
100
120
衣架钩140
160
时间序列/s
机
组
负
荷
/
M
W
700
750
800
850
900
950
1000
温度/℃图6 某时间段内A侧后墙计算温度与机组负荷的关系曲线
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