CN106093062B - 一种基于ccd的锅炉受热面积灰结渣智能吹灰系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于CCD的锅炉受热面积灰结渣智能吹灰系统，包括图像获取系统、图像处理系统、吹灰控制系统、吹灰执行系统，所述图像获取系统布置在锅炉炉墙上，用于采集二维图像并将图像经接收储存装置送入并存储于计算机；所述图像处理系统用于对二维图像进行三维重建和比色测温，得到灰渣层厚度和受热面相对温度；所述吹灰控制系统用于对灰渣层厚度和受热面相对温度进行模糊处理并发出指令；所述吹灰执行系统根据指令进行针对性的智能吹灰。本发明对受热面按吹灰器分区，将灰渣层厚度与受热面相对温度作为模糊控制的输入变量，实现锅炉整体受热面的准确监测、局部受热面按需吹灰，降低吹灰损耗，提高锅炉整体热效率。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤锅炉智能吹灰技术领域，尤其是涉及一种基于CCD的锅炉受热面积灰结渣智能吹灰系统。
背景技术
燃煤和生物质锅炉运行中，受热面的积灰和结渣是不可避免的。严重的积灰和结渣将会威胁到锅炉的安全和经济运行。由于灰渣的热阻很大，受热面上的积灰和结渣一方面会降低受热面效率，增加机组煤耗，使炉膛出口以及最终的锅炉排烟温度升高，导致锅炉整体效率下降；另一方面，在维持负荷的情况下，会导致受热面超温和高温腐蚀，甚至炉管爆漏等问题。此外，大渣块的坠落还会引发锅炉的安全问题。
吹灰是保证电站锅炉安全、经济、稳定运行的重要手段。它的目的是清除受热面的积灰和结渣，维持受热面的清洁，以保证锅炉的安全经济运行。传统的吹灰系统忽略对积灰结渣的监测，采用固定频率和定时定量的吹扫方式。这种方式有很大的盲目性，容易出现不充分吹灰(欠吹)和过度吹灰(过吹)。欠吹不能达到清灰除渣的目的，过吹则浪费吹灰介质，容易吹损炉管。
从安全和经济运行角度考虑，应该对吹灰器的运作加以优化。先诊断出炉内各锅炉受热面积灰结渣的状况，再确定合理的吹灰策略。从而，将传统的周期性整体吹灰改变为根据受热面的污染状况和运行需要而进行的智能吹灰。
三维重建能实现对灰渣层厚度的直接监测，而温度测量能实现监测的原因在于：受热面结渣，灰渣的热阻很大，热量传递受阻，于是灰渣层表面就升温；灰渣层越厚，受热面温度也越高。所以温度分布情况能间接反映积灰结渣程度。
当前二维图像的三维重建技术已应用到医疗、工业自动化等领域，图像测温技术也广泛应用到对高温火焰场的测量，但都未涉及锅炉受热面积灰结渣的监测这一领域。
发明内容
针对目前燃煤锅炉积灰结渣监测效果不理想及由此引发的盲目性吹灰问题，本发明提供一种基于CCD的锅炉受热面积灰结渣智能吹灰系统。该智能吹灰系统对受热面按吹灰器分区，将灰渣层厚度与受热面相对温度在模糊控制器中结合起来，实现锅炉整体受热面的精准监测和局部受热面按需吹灰，降低吹灰损耗，提高锅炉整体热效率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于CCD的锅炉受热面积灰结渣智能吹灰系统，包括图像获取系统、图像处理系统、吹灰控制系统、吹灰执行系统，所述图像获取系统布置在锅炉炉墙上，用于将所得二维图像经接收储存装置进入并存储于计算机；所述图像处理系统用于对二维图像进行三维重建和比色测温，得到灰渣层厚度和受热面相对温度；所述吹灰控制系统用于对灰渣层厚度和受热面相对温度进行模糊处理并发出指令；所述吹灰执行系统根据指令进行针对性的智能吹灰。
进一步地，所述图像获取系统包括两台CCD相机，所述两台CCD相机布置在同一平面，从不同角度拍摄同一受热面。
进一步地，所述图像获取系统还包括气路保护部分，所述气路保护分两路，一路送至整个摄像设备前端形成具有一定压力的风帘，防止炉内正压时火焰喷出，防止飞灰玷污光学镜头，并能有效地对摄像设备进行冷却；另一路气直接对摄像设备及镜头强迫风冷，以达到更好的冷却效果。
进一步地，所述图像处理系统包括分区模块、三维重建模块、比色测温模块、显示器和存储器，
所述分区模块用于对受热面按吹灰器进行分区，每个吹灰器对应于一个区域，在所得图像中按上述要求分区并进行编号，将编号集成到计算机，分区编号是局部受热面按需吹灰的基础；
所述三维重建模块用于对在不同角度拍摄的二维图像进行三维重建，获得灰渣图像的三维轮廓模型和灰渣层厚度；
比色测温模块用于以图像三原色中的红、蓝两色作为基色(选用红、蓝两色进行比色，可以有效地较少温度测量误差)，依据提取的红、蓝基色值计算吹灰器对应区域内各像素点的黑体等效温度T，将其化成相对值α，最后依据相对温度值α生成等温线样式的图像，所述相对值黑体等效温度其中Tmin为区域内最低黑体等效温度，Tmax为区域内最高黑体等效温度，R、B为像素的红、蓝基色值，K为光谱响应特性校正系数，T为黑体等效温度，λR、λB为红光、蓝光的波长，c2＝hc/k＝1.4388×10-2m·K；
所述显示器用于显示灰渣图像的三维轮廓模型和受热面黑体等效温度的等温线形式图像；
所述存储器用于存储灰渣图像的三维轮廓模型、灰渣层厚度、受热面黑体等效温度及等温线形式的图像。
进一步地，所述吹灰控制系统包括模糊控制器，所述模糊控制器用于从区域图像第一行第一列的像素开始，调入其灰渣层厚度、相对温度值，进行模糊化，当模糊值大于M1，吹灰点加1；否则，不吹点加1，然后逐行逐列的对每个像素点进行判断；当需要吹灰的像素点个数跟区域总像素点个数之比大于a时(a为现场设定值)，时，发出吹灰指令；否则，不吹。
进一步地，所述模糊控制器建立模糊规则如下：将结渣厚度分为低、中、高，将相对温度分为低、中、高，经过多次自适应学习，最终确定“低厚度”、“中厚度”、“高厚度”、“低温”、“中温”、“高温”的模糊值范围，当含有“高厚度”或“高温”时，为吹灰点；否则为不吹点；进行模糊推理时，其输出结果是吹灰置信度BL，BL的论域范围[0，1]，由模糊推理方法和去模糊化方法，得到判断输出表，0表示吹灰的置信度最低，1表示吹灰的置信度最高，BL在接近0的某一范围内表示为不吹灰，在接近1的某一范围内表示为吹灰，因此设定两个阈值：不吹灰阈值M0，开始吹灰阈值M1；如BL大于M1，吹灰点加1；否则，不吹点加1，M0，M1的选取，初步根据现场调试设定。
进一步地，所述吹灰执行系统包括受热面内所有吹灰器，所述吹灰执行系统接收来自所述吹灰控制系统的指令，依据指令中的编号调动对应吹灰器进行针对性吹灰。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)通过把在不同角度拍摄的二维彩色图像进行三维重建，可实时获取灰渣图像的三维轮廓模型和灰渣层厚度；
2)比色法测温可较好的消除环境及发射率的影响，有效提高测温精度。本发明依据比色法测温求得各像素点的黑体等效温度和相对温度。由于没有必要进一步求像素点的实际温度，所以误差更小、计算更简便。
3)将两种图像处理方法结合起来可完成对监测结果的互相修正，实现对锅炉锅炉受热面积灰结渣的实时在线监测。明显，其精度更高、可靠性更好。
4)视频图像的监测方法具有直观可视化、监测范围大、长期连续运行的优点。
附图说明
图1为发明实施例的系统结构示意图。
图2为发明实施例的连接示意图。
图3为本发明实施例的模糊控制器的处理流程图。
具体实施方式
下面，结合附图和具体运行实施过程对发明进行详细说明。
如图1所示，一种基于CCD的锅炉受热面积灰结渣智能吹灰系统，包括图像获取系统、图像处理系统、吹灰控制系统、吹灰执行系统，图像获取系统布置在锅炉炉墙，所得二维图像经接收储存装置进入计算机并存储于其中，图像处理系统从存储处获取二维图像后进行三维重建和比色测温，得到灰渣层厚度和受热面相对温度，吹灰控制系统对灰渣层厚度和受热面相对温度进行模糊处理并发出指令，吹灰执行系统根据指令进行针对性吹灰。具体的连接如图2所示。
所述图像获取系统的包括两台CCD相机及其气路保护部分。两台CCD相机布置在同一平面，从不同角度拍摄同一受热面。气路保护分两路，一路送至整个摄像设备前端形成具有一定压力的风帘，防止炉内正压时火焰喷出，防止飞灰玷污光学镜头，并能有效地对摄像设备进行冷却；另一路气直接对摄像设备及镜头强迫风冷，以达到更好的冷却效果。
所述图像处理系统包括分区模块、三维重建模块、比色测温模块、显示器和存储器。
所述分区模块对受热面按照吹灰器进行分区，每个吹灰器对应于一个区域，在所得图像中按上述要求分区并进行编号，将图像编号集成到计算机。
所述三维重建模块用于对在不同角度拍摄的二维图像进行三维重建，获得灰渣图像的三维轮廓模型和灰渣层厚度；
比色测温模块用于以图像三原色中的红、蓝两色作为基色，依据提取的红、蓝基色值计算吹灰器对应区域内各像素点的黑体等效温度T，将其化成相对值α，最后依据相对温度值α生成等温线样式的图像，所述相对值黑体等效温度其中Tmin为区域内最低黑体等效温度，Tmax为区域内最高黑体等效温度，R、B为像素的红、蓝基色值，K为光谱响应特性校正系数，T为黑体等效温度，λR、λB为红光、蓝光的波长，c2＝hc/k＝1.4388×10-2m·K；
所述显示器用于显示灰渣图像的三维轮廓模型和受热面黑体等效温度的等温线形式图像；
所述存储器用于存储灰渣图像的三维轮廓模型、灰渣层厚度、受热面黑体等效温度及等温线形式的图像。
下面对一个区域的图像处理进行说明：
S1、导入二维彩色图像；
S2、标定相机以获取内参数和外参数，确定相机坐标系与世界坐标系的转换关系；
S3、进行图像预处理和特征提取；
S4、依据对极几何约束关系进行立体匹配，将同一空间物理点在不同图像中的特征点进行匹配，计算特征点的三维坐标；
S5、建立灰渣图像的三维轮廓模型，同时计算灰渣层的厚度。
如图3所述，所述吹灰控制系统包括模糊控制器，所述模糊控制器用于从区域图像第一行第一列的像素开始，调入其灰渣层厚度、相对温度值，进行模糊化，当模糊值大于M1，吹灰点加1；否则，不吹点加1，然后逐行逐列的对每个像素点进行判断；当需要吹灰的像素点个数跟区域总像素点个数之比大于设定值时，发出吹灰指令；否则，不吹。
所述模糊控制器建立模糊规则如下：将结渣厚度分为低、中、高，将相对温度分为低、中、高，经过多次自适应学习，最终确定“低厚度”、“中厚度”、“高厚度”、“低温”、“中温”、“高温”的模糊值范围，当含有“高厚度”或“高温”时，为吹灰点；否则为不吹点；进行模糊推理时，其输出结果是吹灰置信度BL，BL的论域范围[0，1]，由模糊推理方法和去模糊化方法，得到判断输出表，0表示吹灰的置信度最低，1表示吹灰的置信度最高，BL在接近0的某一范围内表示为不吹灰，在接近1的某一范围内表示为吹灰，因此设定两个阈值：不吹灰阈值M0，开始吹灰阈值M1；如BL大于M1，吹灰点加1；否则，不吹点加1，M0，M1的选取，初步根据现场调试设定。
所述吹灰执行系统包括受热面内所有吹灰器，所述吹灰执行系统接收来自所述吹灰控制系统的指令，依据指令中的编号调动对应吹灰器进行针对性吹灰。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能认为用于限定本发明的实施范围。凡在本发明技术原理的前提下所做的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (6)
1.一种基于CCD的锅炉受热面积灰结渣智能吹灰系统，其特征在于：包括图像获取系统、图像处理系统、吹灰控制系统、吹灰执行系统，所述图像获取系统布置在锅炉炉墙上，用于采集二维图像并将图像经接收储存装置送入并存储于计算机；所述图像处理系统用于对二维图像进行三维重建和比色测温，得到灰渣层厚度和受热面相对温度；所述吹灰控制系统用于对灰渣层厚度和受热面相对温度进行模糊处理并发出指令；所述吹灰执行系统根据指令进行针对性的智能吹灰；
所述图像处理系统包括分区模块、三维重建模块、比色测温模块、显示器和存储器，
所述分区模块用于对受热面按吹灰器进行分区，每个吹灰器对应于一个区域，在所得图像中按上述要求分区并进行编号，将编号集成到计算机；
所述三维重建模块用于对在不同角度拍摄的二维图像进行三维重建，获得灰渣图像的三维轮廓模型和灰渣层厚度；
所述比色测温模块用于以图像三原色中的红、蓝两色作为基色，依据提取的红、蓝基色值计算吹灰器对应区域内各像素点的黑体等效温度T，将其化成相对值α，最后依据相对温度值α生成等温线样式的图像，所述相对值黑体等效温度其中Tmin为区域内最低黑体等效温度，Tmax为区域内最高黑体等效温度，R、B为像素的红、蓝基色值，K为光谱响应特性校正系数，T为黑体等效温度，λR、λB为红光、蓝光的波长，c2＝hc/k＝1.4388×10-2m·K；
所述显示器用于显示灰渣图像的三维轮廓模型和受热面黑体等效温度的等温线形式图像；
所述存储器用于存储灰渣图像的三维轮廓模型、灰渣层厚度、受热面黑体等效温度及等温线形式的图像。
2.如权利要求1所述的基于CCD的锅炉受热面积灰结渣智能吹灰系统，其特征在于：所述图像获取系统包括两台CCD相机，所述两台CCD相机布置在同一平面，从不同角度拍摄同一受热面。
3.如权利要求2所述的基于CCD的锅炉受热面积灰结渣智能吹灰系统，其特征在于：所述图像获取系统还包括气路保护部分，所述气路保护分两路，一路送至整个摄像设备前端形成具有一定压力的风帘；另一路气直接对摄像设备及镜头强迫风冷。
4.如权利要求1所述的基于CCD的锅炉受热面积灰结渣智能吹灰系统，其特征在于：所述吹灰控制系统包括模糊控制器，所述模糊控制器用于从区域图像第一行第一列的像素开始，调入其灰渣层厚度、相对温度值，进行模糊化，当模糊值大于开始吹灰阈值M1，吹灰点加1；否则，不吹点加1，然后逐行逐列的对每个像素点进行判断；当需要吹灰的像素点个数跟区域总像素点个数之比大于设定值时，发出吹灰指令；否则，不吹。
5.如权利要求4所述的基于CCD的锅炉受热面积灰结渣智能吹灰系统，其特征在于：
所述模糊控制器建立模糊规则如下：将结渣厚度分为低、中、高，将相对温度分为低、中、高，经过多次自适应学习，最终确定“低厚度”、“中厚度”、“高厚度”、“低温”、“中温”、“高温”的模糊值范围，当含有“高厚度”或“高温”时，为吹灰点；否则为不吹点；进行模糊推理时，其输出结果是吹灰置信度BL，BL的论域范围[0，1]，由模糊推理方法和去模糊化方法，得到判断输出表，0表示吹灰的置信度最低，1表示吹灰的置信度最高，BL在接近0的某一范围内表示为不吹灰，在接近1的某一范围内表示为吹灰，因此设定两个阈值：不吹灰阈值M0，开始吹灰阈值M1；如BL大于M1，吹灰点加1；否则，不吹点加1。
6.如权利要求1所述的基于CCD的锅炉受热面积灰结渣智能吹灰系统，其特征在于：所述吹灰执行系统包括受热面内所有吹灰器，所述吹灰执行系统接收来自所述吹灰控制系统的指令，依据指令中的编号调动对应吹灰器进行针对性吹灰。
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