[发明专利]基于火焰自由基和温度测量的污染物排放量在线预测方法

说明书

技术领域

本发明属于污染物排放量测量技术范围，特别涉及一种基于火焰自由基和温度测量的污染物排放量在线预测方法。被测污染物包括NO_x(氮氧化物)、SO₂(二氧化硫)、CO(一氧化碳)、CO₂(二氧化碳)与颗粒物。

背景技术

能源与环境是当今社会发展的两大问题。中国是煤炭消费大国，约70％左右用于直接燃烧或发电，其中作为煤炭消耗大户的火力发电厂是我国电力生产的主要组成部分。煤粉燃烧是大气环境中主要的颗粒物污染源之一，而燃煤引起的煤烟型烟雾污染是我国大气污染的主要来源。由于我国燃煤品种多，质量不均一、不稳定；受煤炭资源布局、运输条件及火电燃煤政策的影响，许多火电机组燃用劣质煤、混煤，由此导致燃煤效率降低，燃烧污染物控制难度增加，受热面高温腐蚀等问题日益突出。严格控制燃煤污染物排放，实现燃煤的高效低污染燃烧，具有重大的社会经济效益和环保效益。

发电厂可以燃烧来源不同、燃值多变的燃料，因此，快速、在线测量燃烧污染物，尤其是NO_X、SO₂、CO、CO₂与颗粒物排放量，对燃烧过程的实时控制，降低整个燃烧过程污染排放物和保护环境提供了可靠的技术保证。

燃烧火焰，作为高热反应的主要燃烧带，在能源转换、燃烧效率和污染物排放方面包含了重要信息。目前基于图像的火焰检测技术一般都是结合宽波带光学传感器、数字图像和图像处理技术，它所提供的信息缺少火焰自由基的细节特征，且没有考虑到火焰自由基与其温度之间的内在关系，而这些信息对于可靠地预测污染物排放量、研究排放物形成机理和对排放物控制至关重要。

基于火焰自由基和温度测量的燃烧过程污染物排放量在线预测，充分利用火焰自由基和火焰温度所提供的信息，结合神经网络技术和主成分分析法，对燃烧过程污染物即NO_X、SO₂、CO、CO₂与颗粒物的排放量进行预测，是一种新颖、可靠的污染物排放在线预测方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于火焰自由基和温度测量的污染物排放量在线预测方法，其特征在于，包括步骤：

1)通过由物镜、分光镜、反射镜、滤光器和目镜组成的光学系统与电子倍增EMCCD相机和RGBCCD相机构成燃烧火焰的数据采集系统；

2)在各种燃烧条件下，由数据采集系统采集已知燃烧火焰中四个自由基OH^*(氢氧基)、CN^*(氮碳基)、CH^*(氢碳基)和C2^*(二碳基)的辐射图像；

3)提取四个自由基OH^*、CN^*、CH^*和C2^*辐射图像的特征值，采用主成分分析法对特征值进行降维处理，结合火焰温度建立基于神经网络的燃烧污染排放物NOx(氮氧化物)、SO₂(二氧化硫)、CO(一氧化碳)、CO₂(二氧化碳)与颗粒物的排放量预测系统；

4)在获取辐射图像的同时采集火焰的R(红色)G(绿色)B(蓝色)图像，并根据该图像通过双色法计算火焰在测量区域内的温度分布。

5)针对前面得到火焰自由基的辐射图像，将所得到特征值经过主成分分析法进行降维处理后，与火焰温度一同输入到已训练好的神经网络预测系统中，给出污染排放物NO_x(氮氧化物)、SO₂(二氧化硫)、CO(一氧化碳)、CO₂(二氧化碳)与颗粒物的排放量预测值。

所述采集已知燃烧火焰中四个自由基OH^*(氢氧基)、CN^*(氮碳基)、CH^*(氢碳基)和C₂^*(二碳基)的辐射图像提取的特征值为在时域和频域内包括轮廓，灰度值，灰度分布及均匀度，其中，轮廓为具有相同灰度值的辐射图像边界，灰度值为辐射图像轮廓所定义的区域内的平均灰度值，灰度分布为辐射图像轮廓所定义的区域内的灰度分布特征，均匀度为辐射图像轮廓所定义的区域内的灰度强弱对比特征。