基于图像处理的单颗粒煤粉燃烧行为分析

作     者：李凤杰 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：闫勇

授予年度：2020年

学科分类：080702[工学-热能工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0802[工学-机械工程] 

主      题：单颗粒煤 燃烧行为 可视化研究 图像处理算法 定量分析 

摘      要：固体燃料一直是电力生产中的主要供应能源之一,但这些固体燃料的大量使用带来了大气污染、温室效应等一系列环境问题。如何更加清洁、高效地使用固体燃料也因此成为人们关注的焦点。微观单颗粒燃料的燃烧特性是深入理解电厂锅炉中宏观煤粉燃烧的基础。考虑到目前对单颗粒固体燃料的研究多为定性研究的现状,本文用可视化测量方法获得单颗粒烟煤在管式沉降炉中的燃烧图像,而后着重运用图像处理技术进行深入的煤颗粒燃烧特性定量分析,主要研究内容和结论如下:(1)针对目前常用目标提取算法只能提取出燃烧图像中较明亮燃烧区域的问题,本文提出一种基于Canny边缘检测的完整燃烧区域改进提取算法—Improved-Canny燃烧二值图像提取算法,并与Otsu分割算法进行了比较,显示出所提算法对挥发分燃烧阶段图像的适用性。(2)基于Improved-Canny目标提取算法与Otsu分割算法,提出了一种专门用于提取挥发分燃烧阶段图像中固体煤颗粒区域(不包含挥发分火焰)的图像处理算法,为研究烟煤颗粒在脱挥发分阶段的形态变化提供了新手段。(3)根据上述两种算法,进一步定义并计算了燃烧颗粒的面积、归一化均值亮度参数,挥发分火焰长度与宽度以及固体颗粒的下落位移与速度参数,深入分析了烟煤颗粒在燃烧过程中的形态变化特性和运动特性。分析结果表明,烟煤颗粒在燃烧过程中有明显的旋转行为,且在挥发分燃烧阶段旋转频率较高;颗粒在沉降炉内燃烧时在挥发分燃烧阶段有短暂的上升行为,而后持续下落。