专利名称：电站锅炉火焰图像摄取器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种火焰检测装置，特别是一种用于检测电站锅炉煤粉燃烧器火焰的检测装置。
新型电站锅炉燃烧火焰监测报警系统的研究和开发一直是国内外研究人员研究探索的国际性研究课题，而其核心部件就是火焰检测装置。
目前，国内外用于电站锅炉煤粉燃烧器的火焰检测装置主要有两种类型1)红外线火焰检测器这是以美国FORNEY公司为代表，它利用煤粉着火区(初始燃烧区)火焰的红外线亮度和闪烁频率来判断。火焰检测器的工作波长范围为0.7-3.2μm，动态频率检测范围高位55-7500HZ，低于15-4000HZ，炉膛完全燃烧着火区火焰闪烁频率不会高于2HZ，利用滤波作用便可将燃烧器火焰与背景火焰相区别。
2)可见光火焰检测器以美国CE公司和BAILEY公司为代表，它利用煤粉着火区火焰的可见光亮度和闪烁频率来判断，火焰检测器的工作波长范围为0.3-1.1μm，频率检测范围为100-1000HZ。火焰检测的基本原理与红外线火焰检测器相同，其区别仅在于一是利用红外线，一是利用可见光。
随着我国电力工业的迅速发展，电站单机容量不断增大，用间接方式检测火焰即红外线和可见光火焰检测器已不能满足发展的需要，尤其是大容量锅炉的需要。因为一是由于检测器测点角度比较小，一般只有10-15°。在运行时，因燃料中挥发份及一、二次风速的变化，着火区位置经常发生漂移，特别是近几年来我国电厂煤种来源不稳定，燃料成份变化较大，检测器探头很难随时对准着火区。二是200MW以下机组，一般只需要检测全炉膛火焰，而300MW及其以上机组，由于单个燃烧器容量很大，不仅需要检测全炉膛火焰，还要检测单个燃烧器火焰，由于存在背景亮度噪声等原因难以做到单火嘴检测。燃烧器火焰的正确检测与否，直接影响整套炉膛安全保护装置的动作可靠性。这样，用间接方式检测火焰已不能满足锅炉燃烧的需要。而且上述火焰检测器只能检测电站锅炉的一维单点的火焰信号，准确度和精度都较低。并由于采样点及信息量单一，不能可靠地及时反映火焰变化的真实工作情况。另外，现有的火焰检测装置只能检测火焰的有无，且由于视场角小，往往会出现误信号，引起误动作，工作可靠性低，会造成很大损失。
本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种可直接全方位检测锅炉燃烧器火焰信号且准确度、精度及工作可靠性高的电站锅炉火焰图像摄取器。
本实用新型的技术解决方案一种电站锅炉火焰图像摄取器，它包括有CCD摄像机和比色测温装置，它们共装一个盒体内，其特征在于在CCD摄像机的前端加装有一根加长镜管，该镜管由镜头、光栏和光栏连接管组成，在比色测温装置的前端连有一根测温杆，加长镜管和测温杆共同位于与盒体前口相连的保护管内，且该保护管的管口段一圈内壁为逐渐收小的弧形面，保护管的后部和盒体后部均至少开有一个通气孔，用于接入冷却空气。
本实用新型采用高科技的传像光纤和数字图像处理相结合的方式检测锅炉燃烧火焰。它采用传像光纤和CCD摄像机直接拍摄锅炉火焰图像，并将所拍摄图像经计算机进行图像处理得到火焰温度场及变化趋势等大量信息，与传统的火检技术相比，由于获得的信息量扩大了105倍，根据所获得的信息，不仅可以判断火焰的有无，还可以了解火焰的稳定性、燃烧质量及其变化趋势，使该系统在燃烧工况恶化时，变被动灭火保护为主动预报，具有了预警功能，根据火焰图像分析结果还可调整锅炉燃烧处于最佳工况，使锅炉维持高的燃烧效率和低的NOx排放，新型火焰检测装置的开发不仅大大提高火焰检测系统的可靠性，而且为锅炉燃烧调整提供了依据，可保证锅炉机组安全经济运行。本实用新型的火焰图像摄取器装在锅炉燃烧器附近，它由光学物镜、图像传输光纤及CCD摄像机组成，并根据使用环境比较恶劣的情况，加装有降温和防尘保护装置。本实用新型检测的不是一个单点，而是大约6万(256×256)个以上像素点组成的平面图像，可以将火嘴的根部、中部、前部分别观测形成完整的火焰图像，从单点检测到二维成像检测，技术上有了质的飞跃，获得的信息量提高了104-105数量级。
根据光辐射原理，发射连续光谱的煤粉火焰的亮度与温度之间存在确定的关系，而拍摄火焰的摄像机输出电信号在曝光时间固定时比例于成像面上的照度，成像面上的照度又比例于被摄火焰的亮度。经试验研究可从摄像机的输出电压确定被摄火焰的温度。由于摄像机有一定的视场，可拍摄炉内一个比较广泛的区域，得到的是一个由大约60000个以上像素点构成的火焰平面图像，从传统火检的单点检测到本系统的二维成像检测，技术上有了质的飞跃，信息量提高了104-105倍，大大提高了火焰监测的可靠性，并能为燃烧质量的判断提供可靠性依据。
由摄像机得到的二维图像信息经模数转换变为数字量后送入计算机进行图像处理，可得到火焰位置、温度场及其变化趋势等大量信息。这些信息在CRT上以直观的伪彩色火焰图像及主要参数的直方图显示出来，供运行人员监视火焰燃烧情况，整个过程速度极快，在CRT上显示的信息基本是实时的。在本系统基础上若再进一步配置锅炉燃烧调整专家系统，这些信息可用于锅炉燃烧的闭环控制。
本实用新型的火焰摄像头与锅炉喷燃器等量配置，即对每只喷燃器均进行火焰监测。根据每只喷燃器出口处着火点位置、火焰温度场、最高温度点位置及其变化趋势可监测每只喷燃器的燃烧状况。当燃烧工况恶化时，可根据变化趋势进行灭火报警。前5分钟的运行工况资料被计算机存储，可用于事故分析。根据计算机显示的信息可进行单个喷燃器的燃烧调整，使每只喷燃器燃烧均处于最佳工况，减少NOx的排放，保证整台锅炉的良好燃烧。
图1是本实用新型的结构示意图。
如图1，本实用新型包括有CCD(电荷耦合器件)摄像机1和比色测温装置2(可选用美国雷泰公司生产的型号为Thermalert 2c的双色测温装置)，它们共装在一个盒体3内，CCD摄像机1的前端加装有一根加长镜管4，该镜管4由镜头5、光栏6和光栏连接管7组成，镜头5位于加长镜管4的前端，它通过多节光栏连接管7连有多个光栏6，构成整体式加长镜管，加长镜管4的长度为50-150公分，最好为70公分。在比色测温装置2的前端连有一根测温杆8，测温杆8最好与加长镜管4同长，并尽量相互靠近，它们之间留有一定间距，约1公分。加长镜管4和测温杆8共同位于与盒体3前口相连的保护管9内，且该保护管9的管口段一圈内壁为逐渐收小的弧形面10，使得保护管9的管口呈锥形口。保护管9的后部和盒体3的后部分别开有通气孔11、12，它们用于接入冷却空气。其中，保护管9的后部通气孔11可通过管路13接空压机或其它现场仪用空气的连接口，管道13上设有气水分离器14和调压阀15。盒体3后端的通气孔12亦通过管路16与空压机或其它现场仪用空气连接口相连，管路16上也设有调压阀17。
本实用新型使用时，将保护管9的管口伸入至所要检测的电站锅炉炉膛内燃烧器附近的炉墙中，当锅炉燃烧器燃烧时，其火焰图像信号被镜头5摄取，通过加长镜管4传至CCD摄像机1，变成视频图像信号从输出口18送出，供监测报警系统采集处理。
由于本实用新型的镜头5工作在高温多尘的恶劣环境中，若不及时保护，会很快失去工作性能。为防止镜头5的工作温度过高，而将比色测温装置2的测温杆8靠近镜头5，故它可将镜头5附近的温度实时捕捉，通过比色测温装置2输出温度信号，若有异常，发出报警信号。本实用新型正常工作时，将冷却空气通过管路13送至保护管9内，其气压大小根据现场温度调节，气水分离器14用来将冷却气中的水份排出，防止水份随冷却气沾附到镜头5上，影响镜头5工作。冷却气进入保护管9后，对加长镜管4和测温杆8进行冷却，防止它们被炉膛高温损伤，由于保护管9管口为锥口，管口内壁为逐渐加厚的弧形面10，则具有一定压力和速度的冷却气就会在管口弧形面10的作用下形成涡流气帘，它一方面对镜头5周围降温，另一方面又可将燃烧器燃烧时的高温灰尘阻挡住，防止沾附到镜头5上。冷却气同时通过管路16送至盒体3内对CCD摄像机1和比色测温装置2进行冷却降温，保护它们能正常工作。当比色测温装置2的输出口19发出报警信号时，说明冷却气的压力不够，则需调节调压阀15及调压阀17即可。
权利要求1．一种电站锅炉火焰图像摄取器，它包括有CCD摄像机和比色测温装置，它们共装一个盒体内，其特征在于在CCD摄像机的前端加装有一根加长镜管，该镜管由镜头、光栏和光栏连接管组成，在比色测温装置的前端连有一根测温杆，加长镜管和测温杆共同位于与盒体前口相连的保护管内，且该保护管的管口段一圈内壁为逐渐收小的弧形面，保护管的后部和盒体后部均至少开有一个通气孔，用于接入冷却空气。
2．按权利要求1所述的电站锅炉火焰图像摄取器，其特征在于所述加长镜管的前端为镜头，镜头通过多节光栏连接管连有多个光栏，构成一个整体加长镜管，该镜管长度为50-150公分，最好为70公分。
3．按权利要求1所述的电站锅炉火焰图像摄取器，其特征在于所述测温杆应与加长镜管同长，并相互靠近，它们之间留有一定间距。
4．按权利要求1所述的电站锅炉火焰图像摄取器，其特征在于所述保护管尾部的通气孔通过管路接空压机或其它现场仪用空气的连接口，管道上设有气水分离器和调压阀。
5．按权利要求1所述的电站锅炉火焰图像摄取器，其特征在于盒体后端的通气孔亦通过管路与空压机或其它现场仪用空气连接口相连，管路上也设有调压阀。
专利摘要本实用新型涉及一种用于检测电站锅炉煤粉燃烧器火焰的检测装置,它包括有CCD摄像机和比色测温装置,它们共装一个盒体内,在CCD摄像机的前端加装有一根加长镜管,该镜管由镜头、光栏和光栏连接管组成,在比色测温装置的前端连有一根测温杆,加长镜管和测温杆共同位于与盒体前口相连的保护管内,且该保护管的管口段一圈内壁为逐渐收小的弧形面,保护管的后部和盒体后部均至少开有一个通气孔,用于接入冷却空气。。
文档编号G01N21/62GK2312456SQ9724779
公开日1999年3月31日 申请日期1997年11月18日 优先权日1997年11月18日
发明者陆厚平 申请人:陆厚平