一種玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法技術

本發明專利技術屬于玻璃熔窯相關技術領域，其公開了一種玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法，其包括以下步驟：采用火焰圖像探測器拍攝火焰圖像，依據火焰圖像獲得火焰特征量；依據對偶加權法的指標權重分配方法給獲得的火焰特征量分配權重系數，并基于權重系數及火焰特征量得到火焰綜合特征量的計算模型；依據實驗數據建立燃料量與最大火焰綜合特征量之間的關系模型；將火焰綜合特征量作為性能指標，同時將二次風量及燃料量作為控制量，結合圖像信號處理器建立燃燒火焰優化控制模型，采用燃燒火焰優化控制模型對燃燒火焰進行優化控制以使玻璃熔窯工作在對應的最大火焰綜合特征量下。

Optimization control method for combustion flame of glass furnace

The invention belongs to the glass furnace related technical field, and discloses a method of optimal control of glass furnace combustion flame, which comprises the following steps: using flame image detector shooting flame image, get the flame according to the flame image features; based on the weights allocation method of dual weighted method to obtain the weight distribution coefficient of the flame characteristic value. And the calculation model of comprehensive features of flame and flame characteristics based on weight coefficient; according to the experimental data to establish the relation model between the comprehensive characteristics of fuel quantity and the maximum amount of flame; flame synthesis feature quantity as the performance index, while the two primary air and fuel as control variables, combined with the establishment of optimized combustion flame image signal processor the control model, using optimization of combustion flame combustion flame to realize the optimum control of glass furnace control model At the corresponding maximum flame characteristic quantity.

【技術實現步驟摘要】
一種玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法
本專利技術屬于玻璃熔窯相關
，更具體地，涉及一種玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法。
技術介紹
玻璃生產過程中消耗的主要能源有天然氣、重油、煤氣、電力等，其中以燃燒天然氣和重油的玻璃熔窯居多。玻璃熔窯的能耗占整個產品綜合能耗的60％～70％，能源消耗的支出占總成本的40％左右。近年來，隨著西氣東輸工程順利竣工及國家環境保護政策的日趨嚴峻，我國許多玻璃企業開始將窯爐燃料由無毒無污染、清潔安全環保的天然氣替代延續使用多年的重油。由于天然氣主要成分為甲烷，燃燒火焰較長，剛性差，易發飄，易灼燒碹頂，不易調節，因此燃燒較難控制。玻璃熔窯控制系統屬于大慣量、純滯后和多分布參數的非線性系統，而且外界干擾較大，系統不容易建模，實現窯爐精確控制比較困難。目前，玻璃熔窯的參數控制采用單回路PID控制，此外在一些較大型的窯爐上也采用一些其他控制方式，如交叉限幅燃燒控制，DMC-PID串級控制，溫度自校正控制，熱點溫度控制，在線自尋優控制等。控制性能的優劣不僅對產品質量及成品率有影響，還影響窯爐的使用壽命、燃料消耗、污染物排放等綜合成本指標。目前，本領域相關技術人員已經做了一些研究，如申請號為201610060504.1的專利公開了一種基于火焰輻射圖像的爐排焚燒爐的控制優化方法，該方法實時拍攝爐內燃燒狀態，提取圖像R、G、B的平均值并帶入訓練好的BP神經網絡，得到燃燒區域的溫度場分布及平均溫度，并與預設的溫度范圍對比判斷，依據判斷結果對燃燒區給料速度及一二次風量做出相應調整。上述方法可以重建火焰溫度場，實現對爐排焚燒爐的控制，有效提高廢料燃燒的均勻性及燃燒效率，然而，上述方法比較復雜，控制精度較低，不利于推廣應用。相應地，本領域存在著發展一種靈活性較高的燃燒火焰優化控制方法的技術需求。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供了一種玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法，其基于玻璃熔窯燃燒的特點，針對玻璃熔窯燃燒火焰控制方法進行了設計。所述玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法通過燃燒火焰特征參量對玻璃熔窯燃燒火焰進行優化控制，在滿足工藝要求的前提下，實現了燃燒的經濟性最大。為實現上述目的，本專利技術提供了一種玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法，其包括以下步驟：(1)采用火焰圖像探測器拍攝火焰圖像，依據火焰圖像獲得火焰特征量；(2)給獲得的火焰特征量分配權重系數，并基于權重系數及火焰特征量得到火焰綜合特征量的計算模型；(3)依據實驗數據建立燃料量與最大火焰綜合特征量之間的關系模型；(4)將火焰綜合特征量作為性能指標，同時將二次風量及燃料量作為控制量，結合圖像信號處理器建立燃燒火焰優化控制模型，采用燃燒火焰優化控制模型對燃燒火焰進行優化控制以使玻璃熔窯工作在對應的最大火焰綜合特征量下。進一步地，所述火焰圖像探測器安裝于燃燒器的觀火孔，使得所述火焰圖像探測器正面拍攝火焰圖像。進一步地，通過兩個方向調整二次風量以確定所述最大火焰綜合特征量。進一步地，所述火焰特征量包括火焰徑向寬度、火焰覆蓋面積及火焰區域的溫度和。進一步地，所述火焰徑向寬度及火焰覆蓋面積是基于圖像的像素與實際尺寸之間的對應關系獲得的。進一步地，所述火焰區域的溫度和是通過基于維恩輻射定律的雙色法測溫原理公式獲得的。進一步地，所述火焰特征量的權重系數分配是依據對偶加權法的指標權重分配方法進行的。總體而言，通過本專利技術所構思的以上技術方案與現有技術相比，本專利技術提供的玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法，其通過燃燒火焰特征參量對玻璃熔窯燃燒火焰進行優化控制，在滿足工藝要求的前提下，實現了燃燒的經濟性最大。此外，所述玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法簡單易于實現，靈活性較高，使用性較強，控制精度較高，穩定性較好。附圖說明圖1是本專利技術較佳實施方式提供的玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法的流程圖；圖2是圖1中的玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法涉及的控制框圖；圖3是圖1中的玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法涉及的火焰邊界閾值界定的示意圖；圖4是采用圖1中的玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法獲得的火焰特征量的檢測結果圖；圖5是采用圖1中的玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法獲得的火焰綜合特征量隨時間的變化曲線圖；圖6是采用圖1中的玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法獲得的燃料量與最大火焰綜合特征量之間的關系圖。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。請參閱圖1及圖2，本專利技術較佳實施方式提供的玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法保證了玻璃熔窯燃燒火焰三大特性：(1)亮度大，輻射能力強；(2)方向性及剛性好，不發飄；(3)具有穩定的長度、厚度及較大的覆蓋面積。同時將影響燃燒效率的二次風量作為控制變量，將檢測到的火焰綜合特征量作為性能指標，通過調整燃燒來實現燃料量與二次風量的優化配置，改善窯內燃燒火焰特性及溫度分布，使燃燒火焰釋放的熱量盡可能多的輻射給玻璃溶液，如此以提高燃燒效率及熱量的有效利用，達到節能減排的目的。本實施方式中，所述玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法主要包括以下步驟：步驟一，采用火焰圖像探測器拍攝火焰圖像，依據火焰圖像處理獲得火焰特征量。具體地，由于火焰圖像探測器的安裝位置關乎窯內燃燒信息的獲取，安裝位置要既能清楚的觀測燃燒器火焰，還要盡可能大的囊括窯內空間，充分接收來自窯內各處的輻射信息，本實施方式將所述火焰圖像探測器安裝于燃燒器的觀火孔，使得所述火焰圖像探測器能夠正面拍攝火焰圖像。請參閱圖3至圖6，本實施方式中，通過測量得到玻璃熔窯實際寬度A＝6800mm，拍攝到的圖像中對應像素數a＝302個，則像素對應的實際尺寸為A/a＝22.52mm/個。截取所述圖像中火焰中心位置的行像素，畫出圖像的像素值R基色顏色值分布曲線，可知像素R值曲線在R值為180處斜率變化最大且曲線在該R值處呈現出對稱變化率最大，因此火焰邊界閾值為Ry＝180，圖像中R值大于Ry為火焰區域。結合上述像素與實際尺寸間的對應關系即可實時獲得火焰徑向寬度Fw及火焰覆蓋面積Fs。通過基于維恩輻射定律的雙色法測溫原理公式(1)計算各像素點的火焰溫度Ti,j(i＝1…,i；j＝1,…,j)，并計算出火焰區域的溫度和Ft。式(1)中，λ1，λ2分別為火焰同一點發出的電磁波長，m；E(λ1,T)，E(λ2,T)分別為波長λ1，λ2對應的單色輻射能，W/m3；C1，C2分別第一普朗克常數及第二普朗克常數，分別為3.742×10-16W·m2和1.4388×10-2m·K。步驟二，依據對偶加權法的指標權重分配方法給獲得的火焰特征量分配權重系數，并基于權重系數及火焰特征量得到火焰綜合特征量的計算模型。具體地，以所記錄的火焰徑向寬度、火焰覆蓋面積及火焰區域的溫度和的最大值Fw'＝3322mm、Fs'＝12.32％、Ft'＝16877530℃作為基準量，將實時獲取的火焰徑向寬度Fw、火焰覆蓋面積Fs、火焰區域的溫度和Ft分別除以基準量Fw'、Fs'、Ft'做歸一化處理得Fw”、Fs”、Ft”，根據對偶加權法的指標權重分配方法分配權重系本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法，其包括以下步驟：(1)采用火焰圖像探測器拍攝火焰圖像，依據火焰圖像獲得火焰特征量；(2)給獲得的火焰特征量分配權重系數，并基于權重系數及火焰特征量得到火焰綜合特征量的計算模型；(3)依據實驗數據建立燃料量與最大火焰綜合特征量之間的關系模型；(4)將火焰綜合特征量作為性能指標，同時將二次風量及燃料量作為控制量，結合圖像信號處理器建立燃燒火焰優化控制模型，采用燃燒火焰優化控制模型對燃燒火焰進行優化控制以使玻璃熔窯工作在對應的最大火焰綜合特征量下。

【技術特征摘要】
1.一種玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法，其包括以下步驟：(1)采用火焰圖像探測器拍攝火焰圖像，依據火焰圖像獲得火焰特征量；(2)給獲得的火焰特征量分配權重系數，并基于權重系數及火焰特征量得到火焰綜合特征量的計算模型；(3)依據實驗數據建立燃料量與最大火焰綜合特征量之間的關系模型；(4)將火焰綜合特征量作為性能指標，同時將二次風量及燃料量作為控制量，結合圖像信號處理器建立燃燒火焰優化控制模型，采用燃燒火焰優化控制模型對燃燒火焰進行優化控制以使玻璃熔窯工作在對應的最大火焰綜合特征量下。2.如權利要求1所述的玻璃熔窯燃燒火焰優化控制方法，其特征在于：所述火焰圖像探測器安裝于燃燒器的觀火孔，使得所述火焰圖像探測器正面拍攝火焰圖像。3.如權利要求1所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：婁春，劉建浩，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42