煤粉锅炉炉膛火焰监测系统是煤粉锅炉中不可或缺的安全保护系统,是保证锅炉安全、稳定、环保和高效运行的重要配套设施。煤粉锅炉炉膛火焰监测系统有助于提高锅炉和燃料的利用率,减少有害物的产生,降低对环境的污染;同时能够提高锅炉的安全性能,实时调节炉膛内的火焰燃烧状态,防止燃烧系统不稳定导致锅炉炉膛爆炸事故和炉膛灭火故障,保障居民人身安全,减少财产损失。本文结合某热力公司供暖控制系统设计工程项目,设计一套基于图像处理的炉膛火焰监测系统,实时监测并调节炉膛内的燃烧状态,保证锅炉安全、稳定、高效和环保的运行。首先,分析火焰监测系统的发展现状和研究趋势,结合工业现场实际工艺流程和设备状况,综合考虑各种现场因素的影响,对炉膛火焰监测系统作总体结构规划。然后,根据炉膛内火焰的燃烧特性,结合机电一体化的思想,设计可在高温、粉尘的复杂炉膛环境内可持续、稳定、高质量工作的图像采集监控系统,包括采集系统总体结构设计、冷却子系统设计、进给子系统、设备选型和图像采集控制系统设计。其次,研究火焰视频图像,确定火焰图像在成像过程中遭受的污染源,设计自适应预处理滤波算法,对火焰图像中的突变噪声点进行滤波处理,并对自适应预处理进行验证,确定自适应预处理结合自适应滤波算法对火焰噪声图像进行复原处理。随后,识别并提取火焰特征区域。首先采用Sobel算子边缘检测法火焰特征区域边缘进行检测,然后采用Otsu阈值分割法对特征区域进行分割,将火焰特征区域进行识别和提取,并对火焰特征区域进行拉普拉斯锐化,增强其纹理结构信息。最后,研究分析火焰图像的特征量,识别并提取能够表征火焰燃烧状态的特征量,根据火焰在不同燃烧阶段和燃烧状态下,特征量的变化特性对燃烧状态进行判定;通过OPC和Modbus建立图像采集系统、MATLAB、可编程控制器PLC和变频器间的通讯,实现数据实时传输和控制;设计控制系统,编制控制程序,最终实现对锅炉燃烧状态的监控和调节,满足其安全、稳定、高效和环保运行的工业生产需求。