CN103486872B - 煅烧窑燃烧状态监测方法、设备及煅烧窑系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煅烧窑燃烧状态监测方法、设备及煅烧窑系统，其中，方法包括：获取火焰图像；提取所述火焰图像中第一区域的火焰特征值；将所述第一区域的火焰特征值与设定无火特征值进行比较，若所述第一区域的火焰特征值小于或等于所述设定无火特征值，则为有火状态；若所述第一区域的火焰特征值大于所述设定无火特征值，则提取所述火焰图像中第二区域的火焰特征值；将所述第二区域的火焰特征值与设定无火特征值进行比较，若所述第二区域的火焰特征值大于所述设定无火特征值，则为无火状态。本发明提供的煅烧窑燃烧状态监测方法、设备及煅烧窑系统，能够对煅烧窑内的燃烧状态进行监测，以提高煅烧窑的生产安全性。

Description

煅烧窑燃烧状态监测方法、设备及煅烧窑系统

技术领域

本发明涉及煅烧窑技术，尤其涉及一种煅烧窑燃烧状态监测方法及煅烧窑系统。

背景技术

煅烧窑是一种用于烧制产品的热加工设备，其应用非常广泛，遍及冶金、化工、建材以及轻工等行业。针对不同的煅烧材料和煅烧工艺，煅烧窑分为立窑、回转窑、隧道窑、倒焰窑等，其中传统的立窑通常采用手动上料、人工点火的方式，依靠经验来添加燃料量和控制燃烧时间。由于在煅烧过程中无法知晓火焰燃烧状态，当异常情况发生时，操作人员也无法及时得知，因此，会造成停产等一系列运营问题和安全问题，给企业带来巨大的损失。

发明内容

本发明提供一种煅烧窑燃烧状态监测方法及煅烧窑系统，能够对煅烧窑内的燃烧状态进行监测，以提高煅烧窑的生产安全性。

本发明实施例提供一种煅烧窑燃烧状态监测方法，包括：

获取火焰图像；

提取所述火焰图像中第一区域的火焰特征值；

将所述第一区域的火焰特征值与设定无火特征值进行比较，若所述第一区域的火焰特征值小于或等于所述设定无火特征值，则为有火状态；

若所述第一区域的火焰特征值大于所述设定无火特征值，则提取所述火焰图像中第二区域的火焰特征值；

将所述第二区域的火焰特征值与设定无火特征值进行比较，若所述第二区域的火焰特征值大于所述设定无火特征值，则为无火状态。

本发明实施例提供的煅烧窑燃烧状态监测方法，通过第一区域的火焰特征值进行提取，并与设定无火特征值进行比较，且当第一区域的火焰特征值小于设定无火特征值时，进一步对第二区域的火焰特征值进行提取和比较，能够根据火焰图像精确辨别煅烧窑内的燃烧状态，以在燃烧状态为无火状态，也即火焰熄灭状态时，及时进行点火，实现对煅烧窑内的煅烧状态进行监测，以提高煅烧窑的生产安全性。

本发明实施例还提供一种煅烧窑燃烧状态监测设备，包括：图像监测设备、控制器和点火设备；

所述图像监测设备用于执行如上所述煅烧窑燃烧状态监测方法；

所述控制器与所述图像监测设备连接，接收所述图像监测设备发送的燃烧状态，所述控制器用于当所述燃烧状态为无火状态时，控制所述点火设备进行点火。

本发明实施例提供的煅烧窑燃烧状态监测设备，通过采用图像监测设备，采用如上所述的煅烧窑燃烧状态监测方法，能够实现对煅烧窑内的煅烧状态进行监测，以提高煅烧窑的生产安全性。

本发明实施例还提供一种煅烧窑系统，包括：窑体和如上所述的煅烧窑燃烧状态监测设备；

所述窑体包括上料口、排料口、图像采集口以及燃烧口；所述上料口设置在所述窑体的顶部，所述排料口设置在所述窑体的底部；所述燃烧口的数量为至少一个，各所述燃烧口设置在煅烧区域，沿所述窑体的外圆周排布；所述图像采集口的数量为至少一个，各所述图像采集口沿所述窑体的外圆周排布；

所述煅烧窑燃烧状态监测设备中的图像监测设备设置在所述图像采集口，用于通过所述图像采集口采集火焰图像，并根据所述火焰图像发出燃烧状态；

所述点火设备设置在所述燃烧口。

本发明实施例提供的煅烧窑系统，采用如上所述的煅烧窑燃烧状态监测设备，其中，通过采用图像监测设备实时采集煅烧区域中的火焰图像，并进行火焰状态的分析，在无火焰状态时由控制器控制点火设备点火，重新点燃煤气，能够对煅烧窑内的煅烧状态进行监测，避免由于窑体内粉尘较大导致火焰熄灭，但技术人员却不能及时知晓火焰已熄灭的事件，能够提高煅烧窑的煅烧产品质量。若火焰已熄灭，但煤气管道的阀门未关闭，则存在危险性，本实施例的技术方案也在一定程度上提高了生产安全性。并且采用自动上料部件和自动排料部件，能够实现煅烧过程的自动化生产，能够提高生产效率。

本发明实施例提供的煅烧窑系统，替代了传统的人工操作的煅烧生产方式，能够实现自动化控制生产，并且能够实时监测煅烧过程中的温度状态，以控制煅烧温度，提高产品质量，还能以采集火焰图像的方式对火焰状态进行分析，能够及时控制点火设备在火焰熄灭时再次点火，提高了生产的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的煅烧窑燃烧状态监测方法的流程图一；

图2为本发明实施例一提供的煅烧窑燃烧状态监测方法的流程图二；

图3为本发明实施例一提供的煅烧窑燃烧状态监测方法中火焰图像区域分割的示意图；

图4为本发明实施例二提供的煅烧窑燃烧状态监测方法中提取火焰图像中第一区域的火焰特征值的流程图；

图5为本发明实施例三提供的煅烧窑燃烧状态监测方法中确定设定无火像素阈值方法的流程图；

图6为本发明实施例四提供的煅烧窑烧状态监测设备的结构示意图；

图7为本发明实施例五提供的煅烧窑系统的结构示意图；

图8为本发明实施例五提供的煅烧窑系统的A区域的结构示意图；

图9为本发明实施例五提供的煅烧窑系统的控制器的连接关系示意图。

具体实施方式

图1为本发明实施例一提供的煅烧窑燃烧状态监测方法的流程图一，图2为本发明实施例一提供的煅烧窑燃烧状态监测方法的流程图二。该方法可以由煅烧窑系统中的图像监测设备来执行，可以通过软件/硬件的方式实现。如图1和图2所示，该煅烧窑燃烧状态监测方法可以包括：

步骤10、获取火焰图像。

该步骤中，若图像监测设备采集到的图像是灰度图像，则可以直接执行步骤20；若图像监测设备采集到的图像是彩色图像，则需要执行如下步骤：

步骤101、获取彩色的火焰图像。

步骤102、将彩色的火焰图像转换成灰度的火焰图像。

得到灰度的火焰图像之后，再执行步骤20。

步骤20、提取火焰图像中第一区域的火焰特征值。

该步骤中，需对灰度的火焰图像中每一个像素的灰度值进行统计，按照火焰特征值的提取规则提取火焰特征值，其中，火焰特征值的提取规则可由技术人员按照现有技术中常用的图像特征提取方式来实现，本发明实施例二提供一种具体的实现方式。

步骤30、将第一区域的火焰特征值与设定无火特征值进行比较，若第一区域的火焰特征值小于或等于设定无火特征值，则为有火状态。

步骤40、若第一区域的火焰特征值大于设定无火特征值，则提取火焰图像中第二区域的火焰特征值。

若第一区域的火焰特征值大于设定无火特征值，则表示第一区域中没有火焰出现，但由于火焰容易受到风的影响而发生偏移，因此会出现在第一区域监测不到火焰图像的情况发生。因此，为了提高火焰监测的准确度，设定第二区域，进一步对火焰进行监测。其中，第一区域可以根据正常情况下火焰的位置和区域设定，而第二区域的范围大于第一区域，具体的，第二区域可以将第一区域全部包含在内，或者第二区域和第一区域为部分重合，以在火焰发生偏移的时候也能监测到。具体可参照如图3，图3为本发明实施例一提供的煅烧窑燃烧状态监测方法中火焰图像区域分割的示意图。在本实施例中，设定第一区域为矩形，第二区域为圆形。当然，本领域技术人员也可以将第一区域和第二区域设定为其它形状，本实施例对此不作限定。

步骤50、将第二区域的火焰特征值与设定无火特征值进行比较，若第二区域的火焰特征值大于设定无火特征值，则为无火状态。

对于范围较大的第二区域进行特征提取，若第二区域的火焰特征值大于设定无火特征值，则认为第二区域中也没有火焰出现，当前燃烧状态为无火状态。之后，图像监测设备可以发出相应的无火状态信号，以重新点火。

本实施例通过第一区域的火焰特征值进行提取，并与设定无火特征值进行比较，且当第一区域的火焰特征值小于设定无火特征值时，进一步对第二区域的火焰特征值进行提取和比较，能够根据火焰图像精确辨别煅烧窑内的燃烧状态，以在燃烧状态为无火状态，也即火焰熄灭状态时，及时进行点火，实现对煅烧窑内的煅烧状态进行监测，以提高煅烧窑的生产安全性。

实施例二

图4为本发明实施例二提供的煅烧窑燃烧状态监测方法中提取火焰图像中第一区域的火焰特征值的流程图。本实施例是在上述实施例的基础上，对煅烧窑燃烧状态监测方法进行进一步的优化，该方法可以由煅烧窑系统中的图像监测设备来执行，可以通过软件/硬件的方式实现。

如图4所示，对于上述步骤20中，提取火焰图像中第一区域的火焰特征值，具体可以包括：

步骤201、确定第一区域中无火像素的个数，无火像素为灰度值小于设定无火像素阈值的像素。

设定第一区域中的像素包括两类，无火像素和有火像素，其中，无火像素体现为该像素的灰度值与无火焰时的图像像素相匹配，有火像素体现为该像素的灰度值与有火焰时的图像像素相匹配。

无火焰状态时，由于煅烧窑中填满了煅烧原料，因此图像监测设备采集到的图像为近似黑色，具体体现为各像素的灰度值近似为0。有火焰状态时，火焰区域的亮度较高，从火焰的内焰、中焰至外焰亮度依次降低，具体体现为像素的灰度值大于0，火焰的内焰对应的灰度值最大，而外焰的灰度值较低。

由于燃料的种类不同，其燃烧时产生的火焰颜色及亮度均不同。本领域技术人员可根据具体的燃料燃烧产生火焰的特点，设定无火像素阈值。若某个像素的灰度值大于或等于设定无火像素阈值，则认为该像素为有火像素；若灰度值小于设定无火像素阈值，则认为该像素为无火像素。

对于确定第一区域中无火像素的个数的方法，本领域技术人员可采用多种方式来实现，例如可采用如下方式来实现：

设定N_R表示第一区域中像素的个数，N_RW表示第一区域中无火像素的个数，F(x_i，y_j)表示第i个像素的灰度值，T_B表示设定无火像素阈值，则N_RW采用如下公式计算得到：

N_RW＝Σk，

其中，k为中间变量，用于累加无火像素的个数，k满足如下条件：

$k=\left\{\begin{array}{c}1,F(x_i,y_j)<T_B\\ 0,F(x_i,y_j)\&GreaterEqual;T_B\end{array}\right..$

上述公式可以解释为：若第(i，j)个像素的灰度值F(x_i，y_j)小于设定无火像素阈值T_B，则认为第(i，j)个像素为无火像素；若第(i，j)个像素的灰度值F(x_i，y_j)大于或等于设定无火像素阈值T_B，则认为第(i，j)个像素为有火像素。

步骤202、计算无火像素的个数与第一区域中像素个数的比值，作为第一区域的火焰特征值。

设定P₁为第一区域的火焰特征值，用百分比表示，则P₁可采用如下公式计算得到：

$P_1=\frac{N_R}{N_{\mathrm{RW}}}\&times;100\%.$

对于上述实施例中的步骤30，将第一区域的火焰特征值P₁与设定无火特征值进行比较，当P₁小于或等于设定无火特征值时，表示第一区域为有火状态。当P₁大于设定无火特征值时，表示第一区域为无火状态，需要进一步对第二区域进行特征提取。

上述步骤40中，提取火焰图像中第二区域的火焰特征值的方法可与第一区域对应的方法相同，具体的，可执行如下步骤：

确定第二区域中无火像素的个数，无火像素为灰度值小于设定无火像素阈值的像素。其中，对无火像素的定义可参照对第一区域中无火像素的定义。

设定N_S表示第一区域中像素的个数，N_SW表示第一区域中无火像素的个数，F(x_i，y_j)表示第(i，j)个像素的灰度值，T_B表示设定无火像素阈值，则N_SW采用如下公式计算得到：

N_SW＝Σk，

其中，k为中间变量，用于累加无火像素的个数，k满足如下条件：

$k=\left\{\begin{array}{c}1,F(x_i,y_j)<T_B\\ 0,F(x_i,y_j)\&GreaterEqual;T_B\end{array}\right..$

然后，计算第二区域中无火像素的个数与第二区域中像素个数的比值，作为第二区域的火焰特征值。

设定P₂为第二区域的火焰特征值，用百分比表示，则P2可采用如下公式计算得到：

$P_2=\frac{N_S}{N_{\mathrm{SW}}}\&times;100\%.$

对于上述实施例中的步骤50，将第二区域的火焰特征值P₂与设定无火特征值进行比较，当P₂小于或等于设定无火特征值时，表示第二区域为有火状态。当P₂大于设定无火特征值时，表示第二区域为无火状态。

本实施例通过第一区域的火焰特征值进行提取，并与设定无火特征值进行比较，且当第一区域的火焰特征值小于设定无火特征值时，进一步对第二区域的火焰特征值进行提取和比较，能够根据火焰图像精确辨别煅烧窑内的燃烧状态，以在燃烧状态为无火状态，也即火焰熄灭状态时，及时进行点火，实现对煅烧窑内的煅烧状态进行监测，以提高煅烧窑的生产安全性。

实施例三

图5为本发明实施例三提供的煅烧窑燃烧状态监测方法中确定设定无火像素阈值方法的流程图。本实施例是在上述实施例的基础上，对煅烧窑燃烧状态监测方法进行进一步的优化，该方法可以由煅烧窑系统中的图像监测设备来执行，可以通过软件/硬件的方式实现。

如图5所示，对于上述实施例中提到的设定无火像素阈值，可根据燃料燃烧产生火焰的特点，设定固定的数值。但由于火焰燃烧具有不稳定性，容易受风力、氧气含量等因素的影响，因此图像监测设备采集到的火焰图像存在动态变化，因此，本实施例提出了一种优选的实现方式，能够根据火焰图像的变化动态调整设定无火像素阈值，以提高图像监测的精确度。

在上述步骤201之前，首先确定设定无火像素阈值，具体可包括如下步骤：

步骤2001、确定第一区域中各像素的最大灰度值和最小灰度值。

可遍历查询第一区域中的各像素，找到最大灰度值Fl和最小灰度值F_k。

步骤2002、计算最大灰度值和最小灰度值的第一灰度平均值。

由于火焰图像是动态变化的，在确定设定无火像素阈值的步骤的初始阶段，可将第一灰度平均值设定为初始值阈值T_k，则T_k可通过以下公式得到：

$T_k=\frac{F_l+F_k}{2}.$

步骤2003、根据第一灰度平均值将第一区域中的各像素分割为两部分。

具体的，将灰度值大于初始值阈值T_k的像素都归为第一部分，将灰度值小于或等于初始值阈值T_k的像素都归为第二部分。

步骤2004、分别计算两部分的第二灰度平均值。

对于第一部分，计算其中所有像素灰度值的平均值，作为第一部分的第二灰度平均值F_b，具体可通过如下公式计算得到：

$F_b=\frac{\underset{F(x_i,y_j)>T_k}{\mathrm{\&Sigma;}}F(x_i,y_j)\&times;N(x_i,y_j)}{\underset{F(x_i,y_j)>T_k}{\mathrm{\&Sigma;}}N(x_i,y_j)},$

对于第二部分，计算其中所有像素灰度值的平均值，作为第二部分的第二灰度平均值F_o，具体可通过如下公式计算得到：

$F_o=\frac{\underset{F(x_i,y_j)\&le;T_k}{\mathrm{\&Sigma;}}F(x_i,y_j)\&times;N(x_i,y_j)}{\underset{F(x_i,y_j)\&le;T_k}{\mathrm{\&Sigma;}}N(x_i,y_j)}$

其中，N(x_i，y_j)为第(i，j)个像素的权值，该权值可以设置为1，或者由技术人员设定为其它数值。

步骤2005、计算所述两部分的第二灰度平均值的第三灰度平均值。

然后，判断第三灰度平均值与第一灰度平均值是否相等，若第三灰度平均值与第一灰度平均值不相等，则将第三灰度平均值替换第一灰度平均值，返回执行步骤2003。

对于步骤2004中分别对两部分的第二灰度平均值计算第三灰度平均值T_k+1，可采用如下公式：

$T_{k+1}=\frac{F_b+F_o}{2}.$

将第三灰度平均值T_k+1与初始值阈值T_k进行比较，若二者相等，则将第三灰度平均值T_k+1作为设定无火像素阈值T_B，以执行步骤201。若二者不相等，则将第三灰度平均值T_k+1替换第一灰度平均值，也即初始值阈值T_k，再返回执行步骤2003。

步骤2003、步骤2004和步骤2005循环执行多次，直至第三灰度平均值T_k+1与初始值阈值T_k相等，作为设定无火像素阈值TB。

上述实现方式并不是唯一的提取无火像素阈值的方式，本领域技术人员可根据现有的图像特征提取技术其它实现方式。

本实施例通过第一区域的火焰特征值进行提取，并与设定无火特征值进行比较，且当第一区域的火焰特征值小于设定无火特征值时，进一步对第二区域的火焰特征值进行提取和比较，能够根据火焰图像精确辨别煅烧窑内的燃烧状态，以在燃烧状态为无火状态，也即火焰熄灭状态时，及时进行点火，实现对煅烧窑内的煅烧状态进行监测，以提高煅烧窑的生产安全性。

对于上述实施例所提供的实现方式，其中的第一区域和第二区域的形状设定与区域划分并不限定于上述方式，本领域技术人员可根据不同燃料燃烧的特征以及图像监测设备的取景范围来进行具体设定。

实施例四

图6为本发明实施例四提供的煅烧窑烧状态监测设备的结构示意图。如图6所示，该煅烧窑系统可以包括：图像监测设备1、控制器2和点火设备3。

其中，图像监测设备1用于执行上述任一实施例所提供的煅烧窑燃烧状态监测方法。

控制器2与图像监测设备1连接，接收图像监测设备1发送的燃烧状态，控制器2用于当燃烧状态为无火状态时，控制点火设备3进行点火。

本实施例的技术方案通过采用图像监测设备，对第一区域的火焰特征值进行提取，并与设定无火特征值进行比较，且当第一区域的火焰特征值小于设定无火特征值时，进一步对第二区域的火焰特征值进行提取和比较，能够根据火焰图像精确辨别煅烧窑内的燃烧状态，以在燃烧状态为无火状态，也即火焰熄灭状态时，及时控制点火设备进行点火，实现对煅烧窑内的煅烧状态进行监测，以提高煅烧窑的生产安全性。

实施例五

图7为本发明实施例五提供的煅烧窑系统的结构示意图，图8为本发明实施例五提供的煅烧窑系统的A区域的结构示意图，图9为本发明实施例五提供的煅烧窑系统的控制器的连接关系示意图。如图7至图9所示，该煅烧窑系统包括窑体4和如实施例四所提供的煅烧窑燃烧状态监测设备。

煅烧窑窑体1内部通常分为预热区域、煅烧区域和冷却区域，对于立窑而言，其分布为从上至下依次为预热区域、煅烧区域和冷却区域。在煅烧过程中，位于煅烧区域的原料受热较充分，温度较高，而位于预热区域的原料受热温度较低。当一个阶段的煅烧过程结束后，位于煅烧区域的原料煅烧的产物进入冷却区域进行冷却，而原来位于预热区域的原料则下降进入煅烧区域进行高温煅烧。

窑体4包括上料口41、排料口42、图像采集口43以及燃烧口44，其中，上料口41设置在窑体4的顶部，承载煅烧原料的料斗从上料口41进入窑体4进行上料操作。排料口42设置在窑体4的底部，在煅烧过程结束后，排料口42可在控制器2的控制下打开，以使煅烧产物从排料口42排除窑体4外。燃烧口44的数量为至少一个，各燃烧口44设置在煅烧区域，沿窑体4的外圆周排布，优选的，燃烧口44沿窑体4的外圆周均匀分布，以提高煅烧区域的温度均匀程度，提高煅烧产品的质量。图像采集口43的数量为至少一个，各图像采集口43沿窑体4的外圆周排布。图像采集口43的数量可以与燃烧口44一一对应，也即一个燃烧口44的附近设置一个图像采集口43。

煅烧窑燃烧状态监测设备中的图像监测设备设置在图像采集口43，用于通过图像采集口43采集火焰图像，并根据火焰图像发出燃烧状态，提供给控制器2，以使控制器2控制点火设备3进行点火，该点火设备3设置在燃烧口44。

传统的煅烧方式均采用燃烧煤炭产生热量，但由于煤炭燃烧会产生大量烟雾、颗粒物质以及大量有害气体，不但对人体有害，也会污染环境。本实施例提供的煅烧窑系统采用煤气作为燃料燃烧以产生热量，一方面煤气易制取，另一方面煤气燃烧产生的有害气体较少，可减少环境污染。对应的，可在煅烧区铺设煤气管路，具体可在燃烧口44设置支撑架和固定装置，以将煤气烧嘴固定在燃烧口的位置，煤气烧嘴可稍伸入窑体4中，以使煤气燃烧的火焰进入窑体4中，减少热量散失。

本实施例提供的煅烧窑系统也可以采用天然气作为煅烧燃料，相应的，需在煅烧区域铺设天然气，其安装结构可参照对煤气烧嘴的设置。

进一步的，本实施例采用的点火设备3可采用天然气作为点火能源。若采用煤气作为煅烧燃料，则在煅烧区域中除铺设煤气管路之外，还需要铺设天然气管路。

上述图像监测设备具体可包括图像采集设备11和处理器12。其中，图像采集设备11中的镜头朝向窑体4内部，实时拍摄火焰的图像，用于获取火焰图像数据，并通过图像采集设备11中的数据转换设备将火焰图像数据进行数据转换。图像监测设备中的处理器12与数据转换设备的输出端连接，用于对转换后的火焰图像数据进行状态分析，并生成火焰状态信息。

上述图像采集设备11具体可以为现有技术中常用的数字摄像机，例如数字工业相机，具体包括镜头、光感器件和数据转换设备，其中的数据转换设备可以为数据采集卡，光感器件可以为电荷耦合原件（Charge-coupled Divice，CCD）或互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）。本实施例采用CCD作为光感器件，与数据采集卡配合采集图像数据。在煅烧阶段，镜头从图像采集口43朝向窑体4内部的火焰拍摄，CCD实时采集二维图像信号，通过数据采集卡，直接传送给处理器12。处理器12通过对火焰图像数据进行分析处理，判断当前是否有火焰状态，也即判断当前处于燃烧状态还是已熄灭状态，具体可采用上述任一实施例所提供的煅烧窑燃烧状态监测方法。处理器12可以采用现有技术中常用的数字处理器（Digital Signal Processor，简称DSP）。

控制器2与图像监测设备的输出端连接，也即与处理器12的输出端连接，用于接收火焰状态信息，并根据火焰状态信息控制点火设备3点火。点火设备3设置在燃烧口44，具体的，一个燃烧口44设置一个点火设备3。当控制器2接收到的火焰状态信息为无火状态时，则向点火设备3发出点火信号，以使点火设备3启动点火，使得火焰再次点燃。控制器2可以为AVR单片机、ARM单片机等微处理器，也可以为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogic Controller，简称PLC）。

其中，点火设备3可采用现有技术中常用的自动点火设备，例如采用压电陶瓷器件制成的点火设备，设置在煤气管道的出口。当点火设备3接收到控制器2发送的点火信号时，利用压电效应产生瞬间较高的击穿电压，以产生电火花，点燃燃料。

上述煅烧窑系统的工作过程为：在煅烧开始之前，将煅烧原料装入窑体中，然后由技术人员手动启动点火设备，或者由控制器向点火设备发送点火信息，以使点火设备点火，同时需打开煤气管道的阀门。待各点火设备均启动点火，且煤气也均开始燃烧产生火焰，窑体中煅烧区域的温度逐渐上升。

在煅烧过程中，图像监测设备中的图像采集设备实时采集火焰图像数据，并经处理器进行状态分析，得到当前为有火状态或无火状态，并发送给控制器。当控制器接收到的状态分析结果为无火状态时，向点火设备发送点火信号，以使点火设备启动点火，重新点燃煤气。

本实施例的技术方案通过采用图像监测设备实时采集煅烧区域中的火焰图像，并采用上述技术方案提供的监测方法进行火焰状态分析，在无火状态时由控制器控制点火设备点火，重新点燃煤气，能够对煅烧窑内的燃烧状态进行监测，避免由于窑体内粉尘较大导致火焰熄灭而技术人员却不能及时知晓火焰已熄灭的事件，能够提高煅烧窑的煅烧产品质量。现有技术会发生火焰已熄灭，但煤气管道的阀门未关闭的情况发生，存在危险性，而本实施例的技术方案也解决了该问题，在一定程度上提高了生产安全性。

在上述技术方案的基础上，煅烧窑系统，还可以包括：上料位传感器51和下料位传感器52，用于在上料过程中对原料的填入高度进行检测。其中，上料位传感器51设置在上料口41处，固定在窑体4的内壁，用于检测原料位置。下料位传感器52设置在距离上料位传感器51的下方设定位置处。控制器2还分别与上料位传感器51和下料位传感器52连接，用于根据原料位置控制上料和排料。上料位传感器51和下料位传感器52可以为超声波传感器、红外传感器等对射式传感器，本实施例以超声波传感器为例进行详细说明。

上料位传感器51包括超声波发射端和超声波接收端，其中，发射端和接收端对应设置在进料口41处，设置在窑体4内壁上。超声波接收端与控制器2连接，用于向控制器2发送检测信号。煅烧窑系统中的各器件上电后，超声波发射端向接收端发送设定频率的超声波信号，在上料过程中，若接收端能够实时接收到发射端发送的超声波信号，则说明原料的填入高度未达到上料位传感器51，也即发射端和接收端之间不存在任何遮挡；当接收端接收到超声波信号变弱或完全接收不到超声波信号时，则认为原料的填入高度已经达到了上料位传感器51的高度，占据了发射端和接收端之间的空间，此时，超声波接收端向控制器2发出检测信号，告知控制器2原料高度已满足要求，可停止上料。下料位传感器52的结构与上料位传感器51相同。

另外，为了对窑体4内的煅烧温度进行实时监测，还可以在窑体4内部设置温度传感器，用于检测窑体1内部的温度，可以采用热电偶。

为了进一步提高煅烧窑系统的智能化控制，还可以在煅烧窑系统中设置自动上料部件，以根据上料位传感器51和下料位传感器52的检测到的原料位置来实现自动上料和排料，具体可参照如下实现方式：

自动上料部件包括：容纳煅烧原料的料斗61、用于在控制器2的控制下将料斗61从装料区传送至窑体4中的传送装置62、电子磅秤63以及振动筛64。其中，

传送装置62可以为电葫芦，在装料区和窑体4之间可以设置有滑轨，以使电葫芦能在滑轨上滑行。滑轨两端可分别设置有位置传感器，用于检测料斗61的上升行程到位状态和水平行程到位状态。料斗61上设置有悬吊环，以吊挂在电葫芦的挂钩上。电葫芦的控制端连接至控制器2以接收控制器2发出的控制信号。

电子磅秤63的信号输出端与控制器2的信号输入端连接，用于称量料斗61内容纳的原料的重量信息，并将重量信息发送至控制器2。

振动筛64的原料出口设置在料斗61上方，振动筛64的控制信号输入端与控制器2的信号输出端连接。

对于上料过程，本实施例提供两种上料控制方式，其一，可采取如下上料方式：在首次上料时，采用人工上料方式，即手动控制装料、传送以及将煅烧原料填入窑体4中，待料位高度到达下料位传感器52处，下料位传感器52发出下料位到位信号给控制器2，之后，进入自动上料阶段。其二，对于全部上料过程都采用自动上料方式。

在自动上料阶段，煅烧窑系统的工作过程为：控制器2接收上料位传感器51的检测信号，若该信号表示料位未达到设定高度，则控制器2向振动筛64发出控制信号，控制振动筛64工作，将筛振后的煅烧原料倒入料斗61中。电子磅秤63实时检测料斗61的重量，当检测到重量达到设定重量值，则向控制器2发出信号，以使控制器2控制振动筛64停止工作。或者该步骤也可以为：电子磅秤63实时将重量数据发送给控制器2，由控制器2将该重量数据与设定重量值进行比较之后，再发送控制信号给振动筛64。

待振动筛64停止工作后，控制器2发出启动信号给传送装置62的上升驱动电机，以驱动料斗上升，待用于检测料斗61上升行程到位状态的传感器发出到位状态后，控制器控制上升驱动电机停止，并发出启动信号给传送装置62的水平驱动电机，以驱动料斗沿滑轨在水平方向移动。待用于检测料斗61水平行程到位状态的传感器发出到位状态后，此时料斗61位于窑体4的上方，控制器2控制水平驱动电机停止，并再启动上升电机，以带动料斗61下降并进入窑体4中。窑体4中设置有挡板，可扳动料斗61倾斜，将煅烧原料倒入窑体4中。之后，沿与上述行程相反的方式将料斗61重新传送回装料区域再次装料，循环执行上料过程。

在煅烧阶段，燃料处于燃烧状态产生火焰，温度传感器实时将窑体4内的温度传送给控制器2，以使控制器2控制各点火设备3和煤气管道阀门，将窑体4内的温度提高至煅烧温度。例如煅烧原料若为石英石，则可将窑体4内煅烧区域的温度设定为1200℃。图像监测设备从图像采集口43实时采集火焰图像，并进行状态分析。当出现火焰熄灭时，图像监测设备向控制器2发出无火状态信号，以使控制器2控制点火设备3重新点火。

在煅烧过程中，当控制器2监测到窑体4内的温度到达设定温度时，进入排料阶段。相应的，煅烧窑系统还可以包括自动排料部件7，该自动排料部件7设置在排料口42下方，自动排料部件7的控制信号输入端与控制器2的信号输出端连接。自动排料部件7可以为传送带结构，控制器2控制排料口42打开，控制自动排料部件7中的驱动电机启动，煅烧产物从窑体4进入自动排料部件7中，沿传送带运送出去被收集。

另外，在排料的过程中，当窑体4中的料位下降至低于下料位传感器52，则下料位传感器52会发出检测信号给控制器2，告知料位不足，以重新执行上料操作。

对于上述实施例所提供的燃料，可以采用现有工业生产中常用的煤气，也可以采用煤气发生炉来产生煤气。对于燃气发生炉，其煤气出气管经燃烧口44伸入窑体4内，以与点火设备3配合通过燃烧煤气产生火焰。

为了进一步减少粉尘污染，保护环境，可设置除尘设备，该除尘设备可包括除尘罩81和鼓风机82，其中，除尘罩81设置在窑体4上方，除尘罩81的面积较大，上料和煅烧时窑体4内产生的粉尘可吸附在除尘罩81上，避免随意散落在周围环境中。采用较大功率的鼓风机82朝向除尘罩81吸气，可将除尘罩81上吸附的粉尘再吸入专门的收集设备中，以进行集中处理。

上述技术方案通过采用图像监测设备实时采集煅烧区域中的火焰图像，并采用上述技术方案提供的监测方法进行火焰状态分析，在无火状态时由控制器控制点火设备点火，重新点燃煤气，能够对煅烧窑内的燃烧状态进行监测，避免由于窑体内粉尘较大导致火焰熄灭而技术人员却不能及时知晓火焰已熄灭的事件，能够提高煅烧窑的煅烧产品质量。现有技术会发生火焰已熄灭，但煤气管道的阀门未关闭的情况发生，存在危险性，而本实施例的技术方案也解决了该问题，在一定程度上提高了生产安全性。并且采用自动上料部件和自动排料部件，能够实现煅烧过程的自动化生产，能够提高生产效率。

本发明实施例提供的煅烧窑系统，替代了传统的人工操作的煅烧生产方式，能够实现自动化控制生产，并且能够实时监测煅烧过程中的温度状态，以控制煅烧温度，提高产品质量，还能以采集火焰图像的方式对其状态进行实时处理与判别，能够及时控制点火设备在火焰熄灭时再次点火，提高了生产的安全性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种煅烧窑燃烧状态监测方法，其特征在于，包括：

获取火焰图像；

提取所述火焰图像中第一区域的火焰特征值；

所述提取所述火焰图像中第一区域的火焰特征值包括：确定所述第一区域中无火像素的个数，所述无火像素为灰度值小于设定无火像素阈值的像素；计算所述无火像素的个数与所述第一区域中像素个数的比值，作为所述第一区域的火焰特征值。

将所述第一区域的火焰特征值与设定无火特征值进行比较，若所述第一区域的火焰特征值小于或等于所述设定无火特征值，则为有火状态；

若所述第一区域的火焰特征值大于所述设定无火特征值，则提取所述火焰图像中第二区域的火焰特征值；

将所述第二区域的火焰特征值与设定无火特征值进行比较，若所述第二区域的火焰特征值大于所述设定无火特征值，则为无火状态。

2.根据权利要求1所述的煅烧窑燃烧状态监测方法，其特征在于，所述获取火焰图像包括：

获取彩色的火焰图像；

将所述彩色的火焰图像转换成灰度的火焰图像。

3.根据权利要求1所述的煅烧窑燃烧状态监测方法，其特征在于，在所述确定所述第一区域中无火像素的个数之前，还包括：

确定所述设定无火像素阈值。

4.根据权利要求3所述的煅烧窑燃烧状态监测方法，其特征在于，所述确定所述设定无火像素阈值包括：

步骤A、确定所述第一区域中各像素的最大灰度值和最小灰度值；

步骤B、计算所述最大灰度值和最小灰度值的第一灰度平均值；

步骤C、根据所述第一灰度平均值将所述第一区域中的各像素分割为两部分；

步骤D、分别计算所述两部分的第二灰度平均值；

步骤E、计算所述两部分的第二灰度平均值的第三灰度平均值，若所述第三灰度平均值与所述第一灰度平均值不相等，则将所述第三灰度平均值替换所述第一灰度平均值，返回执行步骤C。

5.一种煅烧窑燃烧状态监测设备，其特征在于，包括：图像监测设备、控制器和点火设备；

所述图像监测设备用于执行如权利要求1-4任一项所述煅烧窑燃烧状态监测方法；

所述控制器与所述图像监测设备连接，接收所述图像监测设备发送的燃烧状态，所述控制器用于当所述燃烧状态为无火状态时，控制所述点火设备进行点火。

6.一种煅烧窑系统，其特征在于，包括：窑体和如权利要求5所述的煅烧窑燃烧状态监测设备；

所述窑体包括上料口、排料口、图像采集口以及燃烧口；所述上料口设置在所述窑体的顶部，所述排料口设置在所述窑体的底部；所述燃烧口的数量为至少一个，各所述燃烧口设置在煅烧区域，沿所述窑体的外圆周排布；所述图像采集口的数量为至少一个，各所述图像采集口沿所述窑体的外圆周排布；

所述煅烧窑燃烧状态监测设备中的图像监测设备设置在所述图像采集口，用于通过所述图像采集口采集火焰图像，并根据所述火焰图像发出燃烧状态；

所述点火设备设置在所述燃烧口。

7.根据权利要求6所述的煅烧窑系统，其特征在于，还包括自动上料部件；

所述自动上料部件包括：容纳煅烧原料的料斗、用于在所述煅烧窑控制系统中控制器的控制下将所述料斗传送至所述窑体中的传送装置、电子磅秤以及振动筛；

所述电子磅秤的信号输出端与所述控制器的信号输入端连接，用于称量所述料斗内容纳的原料的重量信息，并将所述重量信息发送至所述控制器；

所述振动筛的原料出口设置在所述料斗上方；所述振动筛的控制信号输入端与所述控制器的信号输出端连接。

8.根据权利要求7所述的煅烧窑系统，其特征在于，还包括：上料位传感器和下料位传感器；

所述上料位传感器设置在所述上料口处，固定在所述窑体内壁，用于检测原料位置；

所述下料位传感器设置在距离所述上料位传感器的下方设定位置处；

所述控制器还分别与所述上料位传感器和下料位传感器连接，用于根据所述原料位置控制上料和排料。

9.根据权利要求8所述的煅烧窑系统，其特征在于，还包括：自动排料部件和除尘设备；

所述自动排料部件设置在所述排料口下方；所述自动排料部件的控制信号输入端与所述控制器的信号输出端连接；

所述除尘设备包括除尘罩和鼓风机；所述除尘罩设置在所述窑体上方，所述鼓风机朝向所述除尘罩吸气。