[发明专利]燃烧火焰诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于图像的工艺监控与诊断方法，且特别涉及一种基于火焰图像的燃烧工艺监控与异常现象及原因诊断方法。

背景技术

锅炉系统为目前化工厂、电厂或传统制造工业中，工艺生产动力与热能的来源，然而，受到近几年国际油价波动与环保意识抬头的影响，以及对于工业安全的日益重视，发展更有效率、排放气体更符合环保标准、以及操作更具安全性的燃烧监控系统，已成为锅炉设备开发以及燃烧工艺监控的重要议题。

类似如锅炉系统的工业燃烧系统，其运作的基本要求在于建立稳定的燃烧火焰，不稳定的火焰通常产生于不好的燃烧条件设定或动态控制。燃烧不稳定会降低热效率，也会引起炉膛熄火，甚至导致爆炸事故。

目前的预防实施方法是通过火检器来判断燃烧器是否熄火以启动燃烧系统保护装置避免事故发生。然而，常见的辐射光能式(UV/VIS/IR)火检器只能检测有无火焰，并需设定静态的阈值且不具空间信息，因此容易发生误警报，改进式的数字式火检器仍无法有效解决因火焰飘移所导致火焰有无的误判断，较新颖的作法是利用燃烧图像及微处理器计算能力的全炉膛图像式监测系统，但全炉膛图像式监测系统是对整个炉膛燃烧状况进行判断或监控，无法识别火焰是否存在和其稳定性。

由于使用者寻求燃烧安全辅助感测系统的市场需求，加上美国能源局于工业燃烧技术发展蓝图中也明白指出“火焰稳定性传感器”的研发需求，因此为了产业需求与延续火检系统的技术发展趋势，本发明开发了图像式智能化火焰诊断系统，可提供燃烧火焰的燃烧状态信息及实时尾气浓度信息，并提供燃烧稳定性诊断和燃烧效率评估的功能，在技术开发上，以减少不容易决定的人为参数设定为目标，此发明技术让燃烧火焰信息透明化并具多功能性，可以最小化成本与最大化使用效益。

发明内容

基于上述目的，本发明提供一种燃烧火焰诊断方法，先利用一个图像撷取装置，得到执行一燃烧工艺的一炉膛内的一原始图像，其中该原始图像包含一火焰图像与一背景图像。接着，利用一火焰识别技术将该原始图像中的该火焰图像与该背景图像分离。之后，计算该火焰图像的特征。再依据该火焰图像的特征，诊断该炉膛的稳定性与燃烧效率，以监控该燃烧工艺。

为使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1显示依据本发明实施例的硬件结构示意图。

图2显示依据本发明实施例的基于图像的燃烧工艺监控方法的流程图。

图3显示图2中的步骤S23的火焰识别方法流程图。

图4显示图2中步骤S27的诊断炉膛的稳定性和效率诊断方法流程图。

图5是本发明的特定区域选定的一流程图，用以实现步骤S302。

图6显示在高空燃比情况和低空燃比情况下的火焰内部和火焰外围的火焰图像。

图7显示燃烧空气过剩(左侧图片)到燃烧空气不足(右侧图片)的原始图像以及识别后的火焰图像。

图8和图9显示火焰图像特征与尾气氧浓度的观察结果。

图10显示原始图像以及识别后的火焰图像以及在不同状况下的特征趋势。

图11显示稳定性诊断结果和各阶段的代表图像。

主要元件符号说明

11燃烧系统；

13高温摄像机；

15现场计算机(Field PC)；

17应用计算机(Application PC)；

S21取得炉膛的原始图像；

S23将原始图像中的火焰图像与背景图像分离；

S25计算火焰图像的特征；

S27根据火焰图像的特征，诊断炉膛的稳定性和燃烧效率；

S29发出对应的警报信息；

S301接收多个原始图像；

S302选定原始图像中的特定区域作为分析对象；

S303将原始图像转换至HSV的色彩空间；

S304执行模糊化程序；

S305执行模糊逻辑推论；

S306执行解模糊化过程；

S307由原始图像中分离出火焰图像；

S41撷取火焰图像的特征信息；

S42以火焰图像特征来建立尾气浓度的实时预测值；

S43将火焰图像特征通过自适应网络模糊推论系统建立单张火焰图像的稳定性诊断结果；