一种火电厂空气预热器可视化状态监测装置的制作方法

本实用新型涉及火电厂锅炉烟气运用技术领域，特别是涉及一种火电厂空气预热器可视化状态监测装置。

背景技术：

目前火电厂锅炉广泛采用回转式空气预热器，其缺点就是容易产生积灰现象，所以通过优化吹灰系统对空气预热器进行优化吹灰成为保证空气预热器正常工作的日常有效措施。

优化吹灰系统主要根据空气预热器的实际积灰程度进行工作状态的切换，目前空气预热器的实际积灰程度主要是根据空气预热器进出口运行烟气的差压来判断，当差压值达到一定设定值时，才会启动空气预热器优化吹灰系统，将吹灰器投入运行。

随着环保问题的日益加重，我国对燃煤发电厂的污染物排放要求越来越严格，国内大多数电厂已经加装选择性催化还原(SCR)脱硝装置和加大喷氨量来进一步降低NOx的排放。但SCR脱硝装置中催化还原NOx的过程中所产生的副产物硫酸氢铵(ABS)具有粘性和腐蚀性，与烟气中的飞灰一起附粘在空气预器换热元件上，加重了下游设备的空气预热器的堵灰、积灰问题，而目前传统的优化吹灰方式是根据空气预热器进出口运行烟气的差压来进行，无法有效辨识空气预热器是否堆积了堵塞物，导致难以及时清除堵塞物，影响了机组安全稳定运行，严重时甚至会迫使机组停运。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提出一种火电厂空气预热器可视化状态监测装置，以解决现有技术无法有效辨识空气预热器是否堆积了堵塞物的问题。

一种火电厂空气预热器可视化状态监测装置，包括图像摄取组件和工控机，所述图像摄取组件包括支撑管和与所述支撑管连接的探测管，所述探测管用于插入空气预热器上设置的监测孔，所述探测管的末端设有耐热镜片，所述探测管与所述耐热镜片组成密封结构，所述探测管的内部设有工业内窥镜头，所述探测管的内壁设有隔热层，所述探测管的外壁设有红外测温传感器，所述工业内窥镜头以及所述红外测温传感器通过检测导线与所述工控机电性连接，所述工业内窥镜头监测的图像以及所述红外测温传感器监测的温度数据通过所述检测导线传至所述工控机，所述工控机根据所述工业内窥镜头监测的图像以及所述红外测温传感器监测的温度数据检测所述空气预热器内部的堵塞程度。

根据本实用新型提出的火电厂空气预热器可视化状态监测装置，通过探测管插入空气预热器上设置的监测孔，探测管的内部设置工业内窥镜头，工业内窥镜头监测的图像通过检测导线传至工控机，由工控机根据工业内窥镜头监测的图像以及红外测温传感器监测的温度数据检测空气预热器内部的堵塞程度，实现了对空气预热器内部堵塞情况的在线可视化监测，能够有效辨识空气预热器是否堆积了堵塞物，且能够对堵塞部位、堵塞程度进行精确辨识，该装置将不可见的锅炉内部状态，变为可视化的实时图像和信息，便于运行人员实时了解空气预热器堵塞变化情况，根据堵塞情况实时指导吹灰系统的启停，从而保证空气预热器能够安全稳定运行。此外，该装置通过探测管插入空气预热器上设置的监测孔，不会影响空气预热器正常运行，通过在探测管的内壁设有隔热层，在探测管的末端设有耐热镜片，能够在空气预热器运行时，保证图像摄取组件正常拍摄。

另外，根据本实用新型提供的火电厂空气预热器可视化状态监测装置，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述工业内窥镜头包括镜头直径为47mm的彩色旋转调焦全景镜头、镜头直径为24mm的彩色广角直视镜头以及镜头直径为18mm的彩色广角直视镜头。

进一步地，所述支撑管与所述探测管之间设有涨紧套。

进一步地，所述探测管的内部设有连接杆，所述连接杆的一端与所述探测管固定连接，所述连接杆的另一端与所述工业内窥镜头可拆卸连接。

进一步地，所述耐热镜片的两端设有凸块，所述探测管两侧的内壁上设有凹槽，所述凸块与所述凹槽的位置对应，且所述凸块与所述凸块配合卡接。

进一步地，所述探测管的外壁设有防腐蚀层。

进一步地，所述防腐蚀层采用碳纤维层或聚四氟乙烯层。

上述火电厂空气预热器可视化状态监测装置的监测方法，包括以下步骤：

在空气预热器一侧烟道上选择合适的位置开设监测孔，并在所述监测孔的位置安装所述图像摄取组件，使所述探测管插入所述监测孔；

在空气预热器的现场就地安装所述工控机，通过所述工业内窥镜头监测所述空气预热器内的图像，以及通过所述红外测温传感器监测所述空气预热器内的温度；

所述工控机对所述工业内窥镜头监测的图像以及所述红外测温传感器监测的温度数据进行处理和分析，以检测所述空气预热器内部的堵塞程度，并根据堵塞情况实时指导吹灰系统的启停。

其中，所述工控机中预先采用以下方法建立空气预热器积灰监测模型：

采用以下公式计算摩擦阻力；

其中，Δp为空气预热器烟气压降，v为烟气流速，ρ为烟气密度，C为阻力系统；

令D为受热面的有效烟气流通截面积，则得到下式：

令代入上述公式后，得：

其中，当空气预热器积灰程度加重时，阻力系数C变大，烟道截面积D变小，积灰程度指数λ变大，反之，积灰程度指数λ变小，在所述空气预热器积灰监测模型，根据积灰程度指数λ间接地反应受热面积灰状态。

其中，所述工控机采用以下方法对所述工业内窥镜头监测的图像进行处理：

采用基于变换域的图像增强方法，将获取的图像信息变换到频域，并采用模板卷积方法进行预处理；

采用数学形态学对预处理后得到的图像数据进行简化，除去不相干的结构，采用具有预设形态的结构元素去量度和提取图像数据中的对应形状，以对图像进行分析和识别。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型一实施例的火电厂空气预热器可视化状态监测装置在空气预热器上的安装结构示意图；

图2是本实用新型一实施例的火电厂空气预热器可视化状态监测装置中图像摄取组件的剖视结构示意图；

图3是本实用新型一实施例的火电厂空气预热器可视化状态监测装置的电性连接示意图；

图4是本实用新型一实施例的火电厂空气预热器可视化状态监测装置中耐热镜片的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图4，本实用新型的一实施例提出的火电厂空气预热器可视化状态监测装置，包括图像摄取组件10和工控机20，所述图像摄取组件10包括支撑管11和与所述支撑管11连接的探测管12，所述探测管12用于插入空气预热器30上设置的监测孔31，空气预热器30具体可以是回转式空气预热器。探测管12的外径应当与监测孔31的直径相匹配。具体实施时，可以预先在空气预热器30一侧烟道上选择合适的位置开出监测孔31。监测孔31以及图像摄取组件10数量可以为多个，在此不做限制。

所述探测管12的末端设有耐热镜片13，所述探测管12与所述耐热镜片13组成密封结构，所述探测管12的内部设有工业内窥镜头14，所述探测管12的内壁设有隔热层15，所述探测管12的外壁设有红外测温传感器16，所述工业内窥镜头14以及所述红外测温传感器16通过检测导线17与所述工控机20电性连接，所述工业内窥镜头14监测的图像以及所述红外测温传感器16监测的温度数据通过所述检测导线17传至所述工控机20，所述工控机20根据所述工业内窥镜头14监测的图像以及所述红外测温传感器16监测的温度数据检测所述空气预热器30内部的堵塞程度。

具体的，所述工业内窥镜头14可以包括镜头直径为47mm的彩色旋转调焦全景镜头、镜头直径为24mm的彩色广角直视镜头以及镜头直径为18mm的彩色广角直视镜头。其中，镜头直径为47mm的彩色旋转调焦全景镜头能够实现径向220°翻转、轴向360°无限旋转，可电动调焦，采用1/4CCD感光芯片。

检测导线17具体采用25米线盘，线径为4.5mm。

支撑管11的外表面可以设置防滑纹，便于用户操作。

作为一种可选的实施方式，在所述支撑管11与所述探测管12之间设有涨紧套18，用于实现支撑管11与探测管12之间的密封。

可选的，在所述探测管12的内部设有连接杆19，所述连接杆19的一端与所述探测管12固定连接，所述连接杆19的另一端与所述工业内窥镜头14可拆卸连接，由于连接杆19与工业内窥镜头14活动连接，因此可以方便的更换镜头的类型。

其中，耐热镜片13在探测管12的末端可以采用以下方式安装，在耐热镜片13的两端设置凸块131，在探测管12两侧的内壁上设有凹槽，所述凸块131与所述凹槽的位置对应，且所述凸块131与所述凹槽配合卡接。

本实施例中，所述探测管12的外壁设有防腐蚀层122。优选的，所述防腐蚀层122采用碳纤维层或聚四氟乙烯层，从而保证探测管12不会受空气预热器30内腐蚀物的影响。

本实用新型的实施例还提出了上述火电厂空气预热器可视化状态监测装置的监测方法，包括以下步骤：

在空气预热器30一侧烟道上选择合适的位置开设监测孔31，并在所述监测孔31的位置安装所述图像摄取组件10，使所述探测管12插入所述监测孔31；

在空气预热器30的现场就地安装所述工控机20，通过所述工业内窥镜头14监测所述空气预热器30内的图像，以及通过所述红外测温传感器16监测所述空气预热器30内的温度；

所述工控机20对所述工业内窥镜头14监测的图像以及所述红外测温传感器16监测的温度数据进行处理和分析，以检测所述空气预热器30内部的堵塞程度，并根据堵塞情况实时指导吹灰系统的启停。

其中，所述工控机20中具有专用的空气预热器可视化状态监测软件，对于回转式空气预热器，其主要阻力是摩擦阻力，对于一般的烟气动力的计算，可以不考虑热交换的修正，因此，工控机20可以预先采用以下方法建立空气预热器积灰监测模型：

采用以下公式计算摩擦阻力；

其中，Δp为空气预热器烟气压降(单位kPa)，v为烟气流速(单位m³/s)，ρ为烟气密度(单位kg/m³)，C为阻力系统；

令D为受热面的有效烟气流通截面积，则得到下式：

可见回转式空气预热器的烟气压降与空气预热器的积灰程度、烟气密度和烟气流量有关；

令代入上述公式后，得：

其中，当空气预热器积灰程度加重时，阻力系数C变大，烟道截面积D变小，积灰程度指数λ变大，反之，积灰程度指数λ变小，在所述空气预热器积灰监测模型，根据积灰程度指数λ间接地反应受热面积灰状态。

具体的，所述工控机20对所述工业内窥镜头14监测的图像进行处理时，采用以下方法：

采用基于变换域的图像增强方法，将获取的图像信息变换到频域，并采用模板卷积方法进行处理。

具体的，在预处理完成后，所述工控机20采用数学形态学对预处理后得到的图像数据进行简化，除去不相干的结构，采用具有预设形态的结构元素去量度和提取图像数据中的对应形状，以对图像进行分析和识别，从而获得图像辨识结果，确定空气预热器30内部是否存在堵塞物，堵塞物的部位以及堵塞程度等。

根据本实施例提出的火电厂空气预热器可视化状态监测装置，通过探测管插入空气预热器上设置的监测孔，探测管的内部设置工业内窥镜头，工业内窥镜头监测的图像通过检测导线传至工控机，由工控机根据工业内窥镜头监测的图像以及红外测温传感器监测的温度数据检测空气预热器内部的堵塞程度，实现了对空气预热器内部堵塞情况的在线可视化监测，能够有效辨识空气预热器是否堆积了堵塞物，且能够对堵塞部位、堵塞程度进行精确辨识，该装置将不可见的锅炉内部状态，变为可视化的实时图像和信息，便于运行人员实时了解空气预热器堵塞变化情况，根据堵塞情况实时指导吹灰系统的启停，从而保证空气预热器能够安全稳定运行。此外，该装置通过探测管插入空气预热器上设置的监测孔，不会影响空气预热器正常运行，通过在探测管的内壁设有隔热层，在探测管的末端设有耐热镜片，能够在空气预热器运行时，保证图像摄取组件正常拍摄。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。