專利名稱：電站鍋爐火焰圖像攝取器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種火焰檢測裝置，特別是一種用于檢測電站鍋爐煤粉燃燒器火焰的檢測裝置。
新型電站鍋爐燃燒火焰監(jiān)測報警系統(tǒng)的研究和開發(fā)一直是國內(nèi)外研究人員研究探索的國際性研究課題，而其核心部件就是火焰檢測裝置。
目前，國內(nèi)外用于電站鍋爐煤粉燃燒器的火焰檢測裝置主要有兩種類型1)紅外線火焰檢測器這是以美國FORNEY公司為代表，它利用煤粉著火區(qū)(初始燃燒區(qū))火焰的紅外線亮度和閃爍頻率來判斷。火焰檢測器的工作波長范圍為0.7-3.2μm，動態(tài)頻率檢測范圍高位55-7500HZ，低于15-4000HZ，爐膛完全燃燒著火區(qū)火焰閃爍頻率不會高于2HZ，利用濾波作用便可將燃燒器火焰與背景火焰相區(qū)別。
2)可見光火焰檢測器以美國CE公司和BAILEY公司為代表，它利用煤粉著火區(qū)火焰的可見光亮度和閃爍頻率來判斷，火焰檢測器的工作波長范圍為0.3-1.1μm，頻率檢測范圍為100-1000HZ?；鹧鏅z測的基本原理與紅外線火焰檢測器相同，其區(qū)別僅在于一是利用紅外線，一是利用可見光。
隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電站單機容量不斷增大，用間接方式檢測火焰即紅外線和可見光火焰檢測器已不能滿足發(fā)展的需要，尤其是大容量鍋爐的需要。因為一是由于檢測器測點角度比較小，一般只有10-15°。在運行時，因燃料中揮發(fā)份及一、二次風速的變化，著火區(qū)位置經(jīng)常發(fā)生漂移，特別是近幾年來我國電廠煤種來源不穩(wěn)定，燃料成份變化較大，檢測器探頭很難隨時對準著火區(qū)。二是200MW以下機組，一般只需要檢測全爐膛火焰，而300MW及其以上機組，由于單個燃燒器容量很大，不僅需要檢測全爐膛火焰，還要檢測單個燃燒器火焰，由于存在背景亮度噪聲等原因難以做到單火嘴檢測。燃燒器火焰的正確檢測與否，直接影響整套爐膛安全保護裝置的動作可靠性。這樣，用間接方式檢測火焰已不能滿足鍋爐燃燒的需要。而且上述火焰檢測器只能檢測電站鍋爐的一維單點的火焰信號，準確度和精度都較低。并由于采樣點及信息量單一，不能可靠地及時反映火焰變化的真實工作情況。另外，現(xiàn)有的火焰檢測裝置只能檢測火焰的有無，且由于視場角小，往往會出現(xiàn)誤信號，引起誤動作，工作可靠性低，會造成很大損失。
本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種可直接全方位檢測鍋爐燃燒器火焰信號且準確度、精度及工作可靠性高的電站鍋爐火焰圖像攝取器。
本實用新型的技術解決方案一種電站鍋爐火焰圖像攝取器，它包括有CCD攝像機和比色測溫裝置，它們共裝一個盒體內(nèi)，其特征在于在CCD攝像機的前端加裝有一根加長鏡管，該鏡管由鏡頭、光欄和光欄連接管組成，在比色測溫裝置的前端連有一根測溫桿，加長鏡管和測溫桿共同位于與盒體前口相連的保護管內(nèi)，且該保護管的管口段一圈內(nèi)壁為逐漸收小的弧形面，保護管的后部和盒體后部均至少開有一個通氣孔，用于接入冷卻空氣。
本實用新型采用高科技的傳像光纖和數(shù)字圖像處理相結合的方式檢測鍋爐燃燒火焰。它采用傳像光纖和CCD攝像機直接拍攝鍋爐火焰圖像，并將所拍攝圖像經(jīng)計算機進行圖像處理得到火焰溫度場及變化趨勢等大量信息，與傳統(tǒng)的火檢技術相比，由于獲得的信息量擴大了105倍，根據(jù)所獲得的信息，不僅可以判斷火焰的有無，還可以了解火焰的穩(wěn)定性、燃燒質(zhì)量及其變化趨勢，使該系統(tǒng)在燃燒工況惡化時，變被動滅火保護為主動預報，具有了預警功能，根據(jù)火焰圖像分析結果還可調(diào)整鍋爐燃燒處于最佳工況，使鍋爐維持高的燃燒效率和低的NOx排放，新型火焰檢測裝置的開發(fā)不僅大大提高火焰檢測系統(tǒng)的可靠性，而且為鍋爐燃燒調(diào)整提供了依據(jù)，可保證鍋爐機組安全經(jīng)濟運行。本實用新型的火焰圖像攝取器裝在鍋爐燃燒器附近，它由光學物鏡、圖像傳輸光纖及CCD攝像機組成，并根據(jù)使用環(huán)境比較惡劣的情況，加裝有降溫和防塵保護裝置。本實用新型檢測的不是一個單點，而是大約6萬(256×256)個以上像素點組成的平面圖像，可以將火嘴的根部、中部、前部分別觀測形成完整的火焰圖像，從單點檢測到二維成像檢測，技術上有了質(zhì)的飛躍，獲得的信息量提高了104-105數(shù)量級。
根據(jù)光輻射原理，發(fā)射連續(xù)光譜的煤粉火焰的亮度與溫度之間存在確定的關系，而拍攝火焰的攝像機輸出電信號在曝光時間固定時比例于成像面上的照度，成像面上的照度又比例于被攝火焰的亮度。經(jīng)試驗研究可從攝像機的輸出電壓確定被攝火焰的溫度。由于攝像機有一定的視場，可拍攝爐內(nèi)一個比較廣泛的區(qū)域，得到的是一個由大約60000個以上像素點構成的火焰平面圖像，從傳統(tǒng)火檢的單點檢測到本系統(tǒng)的二維成像檢測，技術上有了質(zhì)的飛躍，信息量提高了104-105倍，大大提高了火焰監(jiān)測的可靠性，并能為燃燒質(zhì)量的判斷提供可靠性依據(jù)。
由攝像機得到的二維圖像信息經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字量后送入計算機進行圖像處理，可得到火焰位置、溫度場及其變化趨勢等大量信息。這些信息在CRT上以直觀的偽彩色火焰圖像及主要參數(shù)的直方圖顯示出來，供運行人員監(jiān)視火焰燃燒情況，整個過程速度極快，在CRT上顯示的信息基本是實時的。在本系統(tǒng)基礎上若再進一步配置鍋爐燃燒調(diào)整專家系統(tǒng)，這些信息可用于鍋爐燃燒的閉環(huán)控制。
本實用新型的火焰攝像頭與鍋爐噴燃器等量配置，即對每只噴燃器均進行火焰監(jiān)測。根據(jù)每只噴燃器出口處著火點位置、火焰溫度場、最高溫度點位置及其變化趨勢可監(jiān)測每只噴燃器的燃燒狀況。當燃燒工況惡化時，可根據(jù)變化趨勢進行滅火報警。前5分鐘的運行工況資料被計算機存儲，可用于事故分析。根據(jù)計算機顯示的信息可進行單個噴燃器的燃燒調(diào)整，使每只噴燃器燃燒均處于最佳工況，減少NOx的排放，保證整臺鍋爐的良好燃燒。


圖1是本實用新型的結構示意圖。
如圖1，本實用新型包括有CCD(電荷耦合器件)攝像機1和比色測溫裝置2(可選用美國雷泰公司生產(chǎn)的型號為Thermalert 2c的雙色測溫裝置)，它們共裝在一個盒體3內(nèi)，CCD攝像機1的前端加裝有一根加長鏡管4，該鏡管4由鏡頭5、光欄6和光欄連接管7組成，鏡頭5位于加長鏡管4的前端，它通過多節(jié)光欄連接管7連有多個光欄6，構成整體式加長鏡管，加長鏡管4的長度為50-150公分，最好為70公分。在比色測溫裝置2的前端連有一根測溫桿8，測溫桿8最好與加長鏡管4同長，并盡量相互靠近，它們之間留有一定間距，約1公分。加長鏡管4和測溫桿8共同位于與盒體3前口相連的保護管9內(nèi)，且該保護管9的管口段一圈內(nèi)壁為逐漸收小的弧形面10，使得保護管9的管口呈錐形口。保護管9的后部和盒體3的后部分別開有通氣孔11、12，它們用于接入冷卻空氣。其中，保護管9的后部通氣孔11可通過管路13接空壓機或其它現(xiàn)場儀用空氣的連接口，管道13上設有氣水分離器14和調(diào)壓閥15。盒體3后端的通氣孔12亦通過管路16與空壓機或其它現(xiàn)場儀用空氣連接口相連，管路16上也設有調(diào)壓閥17。
本實用新型使用時，將保護管9的管口伸入至所要檢測的電站鍋爐爐膛內(nèi)燃燒器附近的爐墻中，當鍋爐燃燒器燃燒時，其火焰圖像信號被鏡頭5攝取，通過加長鏡管4傳至CCD攝像機1，變成視頻圖像信號從輸出口18送出，供監(jiān)測報警系統(tǒng)采集處理。
由于本實用新型的鏡頭5工作在高溫多塵的惡劣環(huán)境中，若不及時保護，會很快失去工作性能。為防止鏡頭5的工作溫度過高，而將比色測溫裝置2的測溫桿8靠近鏡頭5，故它可將鏡頭5附近的溫度實時捕捉，通過比色測溫裝置2輸出溫度信號，若有異常，發(fā)出報警信號。本實用新型正常工作時，將冷卻空氣通過管路13送至保護管9內(nèi)，其氣壓大小根據(jù)現(xiàn)場溫度調(diào)節(jié)，氣水分離器14用來將冷卻氣中的水份排出，防止水份隨冷卻氣沾附到鏡頭5上，影響鏡頭5工作。冷卻氣進入保護管9后，對加長鏡管4和測溫桿8進行冷卻，防止它們被爐膛高溫損傷，由于保護管9管口為錐口，管口內(nèi)壁為逐漸加厚的弧形面10，則具有一定壓力和速度的冷卻氣就會在管口弧形面10的作用下形成渦流氣簾，它一方面對鏡頭5周圍降溫，另一方面又可將燃燒器燃燒時的高溫灰塵阻擋住，防止沾附到鏡頭5上。冷卻氣同時通過管路16送至盒體3內(nèi)對CCD攝像機1和比色測溫裝置2進行冷卻降溫，保護它們能正常工作。當比色測溫裝置2的輸出口19發(fā)出報警信號時，說明冷卻氣的壓力不夠，則需調(diào)節(jié)調(diào)壓閥15及調(diào)壓閥17即可。
權利要求1．一種電站鍋爐火焰圖像攝取器，它包括有CCD攝像機和比色測溫裝置，它們共裝一個盒體內(nèi)，其特征在于在CCD攝像機的前端加裝有一根加長鏡管，該鏡管由鏡頭、光欄和光欄連接管組成，在比色測溫裝置的前端連有一根測溫桿，加長鏡管和測溫桿共同位于與盒體前口相連的保護管內(nèi)，且該保護管的管口段一圈內(nèi)壁為逐漸收小的弧形面，保護管的后部和盒體后部均至少開有一個通氣孔，用于接入冷卻空氣。
2．按權利要求1所述的電站鍋爐火焰圖像攝取器，其特征在于所述加長鏡管的前端為鏡頭，鏡頭通過多節(jié)光欄連接管連有多個光欄，構成一個整體加長鏡管，該鏡管長度為50-150公分，最好為70公分。
3．按權利要求1所述的電站鍋爐火焰圖像攝取器，其特征在于所述測溫桿應與加長鏡管同長，并相互靠近，它們之間留有一定間距。
4．按權利要求1所述的電站鍋爐火焰圖像攝取器，其特征在于所述保護管尾部的通氣孔通過管路接空壓機或其它現(xiàn)場儀用空氣的連接口，管道上設有氣水分離器和調(diào)壓閥。
5．按權利要求1所述的電站鍋爐火焰圖像攝取器，其特征在于盒體后端的通氣孔亦通過管路與空壓機或其它現(xiàn)場儀用空氣連接口相連，管路上也設有調(diào)壓閥。
專利摘要本實用新型涉及一種用于檢測電站鍋爐煤粉燃燒器火焰的檢測裝置,它包括有CCD攝像機和比色測溫裝置,它們共裝一個盒體內(nèi),在CCD攝像機的前端加裝有一根加長鏡管,該鏡管由鏡頭、光欄和光欄連接管組成,在比色測溫裝置的前端連有一根測溫桿,加長鏡管和測溫桿共同位于與盒體前口相連的保護管內(nèi),且該保護管的管口段一圈內(nèi)壁為逐漸收小的弧形面,保護管的后部和盒體后部均至少開有一個通氣孔,用于接入冷卻空氣。。
文檔編號G01N21/62GK2312456SQ9724779
公開日1999年3月31日 申請日期1997年11月18日 優(yōu)先權日1997年11月18日
發(fā)明者陸厚平 申請人:陸厚平