專利名稱：燃煤鍋爐爐內(nèi)三維溫度場實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于鍋爐溫度檢測技術(shù)，具體涉及一種燃煤鍋爐爐內(nèi)三維溫度場實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
在我國的電站鍋爐中，燃煤鍋爐占80％以上。鍋爐爐內(nèi)的燃燒過程發(fā)生在相對大的空間中，是脈動(dòng)的、具有明顯三維特征的復(fù)雜的物理和化學(xué)過程。爐膛內(nèi)三維溫度分布的檢測對于提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性有著重要的幫助。
在實(shí)際應(yīng)用中主要采用熱電偶、輻射高溫計(jì)、紅外熱像儀來檢測爐膛中燃燒火焰的溫度。熱電偶作為一種接觸式測溫設(shè)備，對被測對象有干擾，而且只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)的測量，難以實(shí)現(xiàn)對爐膛內(nèi)的三維溫度場的檢測；采用各種輻射高溫計(jì)或紅外熱像儀只能反映火焰的投影溫度，并不能提供火焰內(nèi)部三維溫度分布信息。國外已有學(xué)者研究用光學(xué)CT系統(tǒng)測量火焰三維溫度分布，但由于爐膛的大尺寸以及激光功率的限制，使得光學(xué)CT測溫系統(tǒng)很難在電站鍋爐上實(shí)現(xiàn)；聲波技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在工業(yè)爐膛的溫度場監(jiān)測中，但該系統(tǒng)受到聲波傳播速度和一條測量路徑一次只能獲得一個(gè)測量數(shù)據(jù)的限制，適合于鍋爐中某一橫截面溫度場的檢測，難以實(shí)現(xiàn)全爐膛三維溫度場的檢測，其檢測結(jié)果的空間分辨率和時(shí)間分辨率較低。目前，在電站鍋爐中還沒有一套能夠測量鍋爐內(nèi)三維溫度場的裝置。
近年來，火焰輻射圖像處理技術(shù)在電站鍋爐燃燒監(jiān)控中得到了廣泛的應(yīng)用。申請人于1995年3月27日申請的“爐膛燃燒溫度場檢測方法”已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利(專利號ZL95114823.0)。該方法在被測對象四周不同角度攝取二維輻射圖像，從圖像上各點(diǎn)所對應(yīng)的從爐內(nèi)接受的輻射能同爐內(nèi)三維空間中相關(guān)點(diǎn)輻射能的對應(yīng)關(guān)系得到三維燃燒溫度分布。該發(fā)明雖然提出了測量鍋爐內(nèi)三維溫度場的方法，但并沒有給出一套具體的實(shí)施裝置。在實(shí)際應(yīng)用中，電站鍋爐內(nèi)燃燒火焰溫度高，燃燒粉塵多，現(xiàn)場環(huán)境惡劣，需要設(shè)計(jì)一套裝置來實(shí)現(xiàn)三維溫度場的檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的任務(wù)是提供了一種燃煤鍋爐爐內(nèi)三維溫度場實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置，該裝置可以在電站鍋爐的惡劣環(huán)境中穩(wěn)定工作，完成爐膛內(nèi)三維溫度場的檢測。
本實(shí)用新型提供的一種燃煤鍋爐爐內(nèi)三維溫度場實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置，其特征在于該裝置在鍋爐冷灰斗至折焰角的爐膛區(qū)域內(nèi)、沿鍋爐高度方向分層布置攝像探頭，每層至少布置兩支，其視角中心線斜向下，各攝像探頭的視頻信號送入視頻分割器中合成為一路信號，再送入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。
上述攝像探頭每隔4～6米布置一層，其視角中心線與鍋爐的棱的夾角γ為40度到50度之間。當(dāng)每層布置兩支攝像探頭時(shí)，相鄰兩層交錯(cuò)分布。
本實(shí)用新型將系統(tǒng)的所監(jiān)視區(qū)域定義為鍋爐冷灰斗以上，折焰角以下的爐膛區(qū)域，沿爐膛高度、寬度、深度三個(gè)方向?qū)⒃搮^(qū)域劃分為立體網(wǎng)格，系統(tǒng)給出每一個(gè)網(wǎng)格的溫度，即爐膛內(nèi)的三維溫度場。本實(shí)用新型整套裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，可以在電站鍋爐的惡劣環(huán)境中穩(wěn)定工作；所布置的多個(gè)攝像探頭可以充分的接收來自爐膛內(nèi)的輻射信息，能夠準(zhǔn)確的計(jì)算出爐膛內(nèi)的三維溫度場。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為攝像探頭安裝圖；圖3為攝像探頭視角中心線的位置示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
如圖1所示，圖中給出一臺670t/h的四角切圓燃燒鍋爐1，該爐的冷灰斗2以上到折焰角3以下的爐膛區(qū)域高度為20米。在該鍋爐上安裝了燃煤鍋爐爐內(nèi)三維溫度場實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置。將八支攝像探頭4安裝在爐膛四角，每隔5米布置一層，每層兩支，相鄰兩層交錯(cuò)布置。用視頻線纜5將來自八支攝像探頭4的視頻信號送入視頻分割器6中，視頻分割器6將八路視頻信號合成一路，通過視頻線纜5送入計(jì)算機(jī)7中，在計(jì)算機(jī)中7完成爐膛內(nèi)三維溫度場的計(jì)算。
上述攝像探頭每隔4～6米布置一層為宜，這樣既可以節(jié)省器件成本，又可以獲得好的監(jiān)測效果。
如圖2所示，攝像探頭安裝時(shí)，先在鍋爐鍋璧8上開孔，把套管9固定在開孔處，再將攝像探頭4放入套管中，其視角中心線A斜向下，俯視爐膛，再用螺絲10將攝像探頭4緊固。為了防止?fàn)t內(nèi)的高溫和粉塵損壞攝像探頭，攝像探頭伸入爐膛內(nèi)的部分的長度m≤5cm，同時(shí)還可以從冷卻空氣入口11通入冷空氣，對攝像探頭4進(jìn)行冷卻吹灰。
如圖3所示，攝像探頭4的視角范圍為一棱錐形區(qū)域，其視角中心線A與鍋爐上相鄰的棱12的夾角為γ，其取值范圍為40°≤γ≤50°時(shí)本裝置的技術(shù)效果更好。
攝像探頭采用現(xiàn)有產(chǎn)品，如目前電廠鍋爐看火電視系統(tǒng)中所使用的視頻探頭。
上述視頻信號送入計(jì)算機(jī)中，由其中的圖象采集卡對信號進(jìn)行采集，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。三維溫度場的計(jì)算分兩步進(jìn)行，第一步是得到圖像上各點(diǎn)所對應(yīng)的來自爐內(nèi)的輻射能信息，第二步是將輻射能信息與系數(shù)矩陣相乘，得到爐膛內(nèi)的三維溫度場。整個(gè)算法參見上述“爐膛燃燒溫度場檢測方法”。三維溫度場的計(jì)算是一種非迭代的兩步算法，計(jì)算一次的時(shí)間小于5秒鐘，滿足工業(yè)應(yīng)用中的實(shí)時(shí)監(jiān)測條件。
權(quán)利要求1.一種燃煤鍋爐爐內(nèi)三維溫度場實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置，其特征在于該裝置在鍋爐冷灰斗(2)至折焰角(3)的爐膛區(qū)域內(nèi)、沿鍋爐高度方向分層布置攝像探頭(4)，每隔4～6米布置一層，每層至少布置兩支，其視角中心線(A)斜向下，各攝像探頭(4)的視頻信號送入視頻分割器(6)中合成為一路信號，再送入計(jì)算機(jī)(7)中進(jìn)行處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測裝置，其特征在于上述攝像探頭每隔4～6米布置一層，其視角中心線(A)與鍋爐的棱的夾角γ為40度到50度之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的監(jiān)測裝置，其特征在于在每層布置兩支攝像探頭(4)，相鄰兩層交錯(cuò)分布。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種燃煤鍋爐爐內(nèi)三維溫度場實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置，它屬于鍋爐溫度檢測技術(shù)。該裝置在鍋爐冷灰斗至折焰角的爐膛區(qū)域內(nèi)、沿鍋爐高度方向分層布置攝像探頭，每層至少布置兩支，其視角中心線斜向下，各攝像探頭的視頻信號送入視頻分割器中合成為一路信號，再送入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。上述攝像探頭最好每隔4～6米布置一層，其視角中心線與鍋爐的棱的夾角γ為40度到50度之間為宜。本實(shí)用新型整套裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，可以在電站鍋爐的惡劣環(huán)境中穩(wěn)定工作；所布置的多個(gè)攝像探頭可以充分的接收來自爐膛內(nèi)的輻射信息，能夠準(zhǔn)確的計(jì)算出爐膛內(nèi)的三維溫度場。
文檔編號G01J5/48GK2739598SQ200420076978
公開日2005年11月9日 申請日期2004年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月15日
發(fā)明者周懷春, 婁春, 程強(qiáng), 羅自學(xué), 姜志偉 申請人:華中科技大學(xué)