《燃煤火焰中間產物的線上監測與污染氣體排放預測研究》是依託北京航空航天大學，由徐立軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：燃煤火焰中間產物的線上監測與污染氣體排放預測研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：徐立軍
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
研究燃煤火焰中與污染氣體排放有關的多種中間產物二維分布的線上同時測量方法及污染氣體排放的預測方法。在火焰燃燒模型研究的基礎上,利用多光譜成像得到的多種中間產物（原子團，radicals）的二維分布，結契約步獲取的火焰溫度場分布及鍋爐運行工況參數，對燃燒污染氣體排放進行實時預測。該項目的研究成果可為從事燃燒機理研究、高效低污染燃燒器設計以及污染氣體排放控制的科技工作者提供一種有效的模型驗證工具及測量手段，可以幫助從事燃燒過程運行與管理的工程技術人員更好地實現鍋爐燃燒過程的及時調整與控制，有效改善燃煤工況、降低污染氣體排放。本項研究不僅具有廣闊的套用前景，還具有很高的社會效益和科學價值。
結題摘要
氮氧化物（NOx）排放是影響大氣環境的全球性問題，受到各國政府的普遍關注。而煤的燃燒是NOx排放的一個主要來源，如何有效監測NOx排放是世界範圍內燃煤電站共同關注的焦點問題之一。 目前燃煤電站廣泛採用煙氣成分分析方法來監測NOx排放。然而，從煤粉燃燒到煙氣排放有很長距離，造成測量結果在時間上存在很大滯後，因而無法實現燃燒過程的實時調整。因此，研究一種NOx排放實時監測的新方法，對控制排放、降低污染是必要的。 本課題研究燃煤火焰中與污染氣體排放有關的多種中間產物二維分布的線上同時測量方法及污染氣體排放的預測方法。在火焰燃燒模型研究的基礎上,利用多光譜成像得到的多種中間產物的二維分布，結契約步獲取的火焰溫度場分布、煤種煤質信息及鍋爐運行工況參數，對燃燒污染氣體排放進行實時預測。主要研究結果如下： （1）構建爐膛可視化系統，實現對爐內火焰圖像的採集，經圖像處理算法實現火焰圖像與爐膛背景的分割及多通道獲取火焰圖像的配準。 （2）通過獲取燃燒中間產物的特徵光譜圖像計算其濃度二維分布信息；通過分光系統中的兩路獲得不同波長下的火焰輻射圖像，採用雙色測溫法實現了火焰二維溫度場的反演，在此基礎上提取與NOx生成密切相關的火焰特徵信息，主要包括形態學特徵、溫度特徵和閃爍特徵，為後續的NOx濃度預測提供基礎數據。 （3）研製了全光譜火焰檢測用於燃燒器火焰根部火焰特徵信息的收集，將收集到的多波段下火焰輻射信息結合神經網路、支持向量機、聯合機率密度判別器等模型實現了煤種的線上辨識與煤質的線上檢測。 （4）融合燃煤鍋爐的工況信息及本問題研究所獲取的燃燒中間產物、溫度及煤種煤質信息，採用神經網路模型和支持向量機模型對NOx排放濃度進行了預測，在此基礎上提出了基於進化算法的支持向量機改進模型，實現了預測精度的顯著提高，經實驗驗證，預測結果平均相對誤差達到2.41%，預測值與實測值之間相關係數達到0.937，相對誤差在5%以內的實驗次數占總實驗次數的比例為93.0%。 （5）研究了爐內燃燒過程的CFD數值模型，通過實驗對比驗證了數值模型的可靠性；首次提出運用田口分析方法進行鍋爐NOx排放濃度的多因素影響分析，並最佳化了工況參數。 研究成果可以幫助從事燃燒過程運行與管理的工程技術人員更好地調整及控制鍋爐燃燒過程，有效改善燃煤工況、降低污染氣體排放，不僅具有廣闊的套用前景，還具有很高的社會效益和科學價值。
