CN114101109A - 一种直吹式制粉系统管道在线监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直吹式制粉系统管道在线监测系统及方法，直吹式制粉系统管道在线监测系统包括与粗粉分离器的出口连通的取样旁路、与外设连接的图像分析模块，取样旁路设有控制阀、加压泵、旋风观测池、设置于旋风观测池内的光源和设置于旋风观测池上方的工业相机，加压泵用于为进入旋风观测池的煤粉提供离心动力、驱动煤粉进行旋流聚集；工业相机用于拍摄旋风观测池内的煤粉图像，工业相机与图像分析模块连接，图像分析模块用于对煤粉图像进行图像处理和分析以得到煤粉粒度浓度分布；当煤粉粒度浓度分布超出预设范围时，图像分析模块输出煤粉质量不合格信号。通过实时采集煤粉图像并分析获取煤粉粒度浓度分布，实现了煤粉粒度的实时检测和调整。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤制粉技术领域，更具体地说，涉及一种直吹式制粉系统管道在线监测系统。此外，本发明还涉及一种用于上述直吹式制粉系统管道在线监测系统的直吹式制粉系统管道在线监测方法。
背景技术
直吹式制粉系统中，煤仓内的原煤通过给煤机进入磨煤机，经磨煤机磨成煤粉送入风粉管道中，经粗粉分离器分离后，不合格的煤粉返回磨煤机重磨，合格的煤粉经送粉管道进入锅炉的炉膛燃烧。
正常工作过程时，送入炉膛的煤粉质量正常，但有时由于杂质、煤质等因素，磨煤机送出的煤粉质量较差，使得后续粗粉分离器分离效率低下，导致送入锅炉燃烧的煤质降低。
传统的煤质筛选/化验分析手段需要在现场人工采样，耗费人力，且采样分析到调整进入的煤粉颗粒度之间的时间较长，时滞性长，往往发现问题时锅炉内已进入大量不合格的煤粉颗粒，影响锅炉的燃烧效率。
综上所述，如何实现煤粉颗粒度的实时检测和调整，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种直吹式制粉系统管道在线监测系统，通过工业相机实时采集凝聚成环的煤粉图像，并对煤粉图像进行图像分析获取煤粉粒度浓度分布，实现了煤粉颗粒健康程度的实时检测和相应的调整。
此外，本发明还提供了一种用于上述直吹式制粉系统管道在线监测系统的直吹式制粉系统管道在线监测方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种直吹式制粉系统管道在线监测系统，包括用于与制粉系统的粗粉分离器的出口连通的取样旁路和用于与外设连接的图像分析模块，所述取样旁路设有控制阀、加压泵、旋风观测池、设置于所述旋风观测池内的光源和设置于所述旋风观测池上方的工业相机，所述加压泵用于为进入所述旋风观测池的煤粉提供离心动力、驱动所述煤粉进行旋流聚集；
所述工业相机用于拍摄所述旋风观测池内的煤粉图像，所述工业相机与所述图像分析模块连接，所述图像分析模块用于对煤粉图像进行图像处理和分析以得到煤粉粒度浓度分布；
当所述煤粉粒度浓度分布超出预设范围时，所述图像分析模块输出煤粉质量不合格信号。
优选的，所述旋风观测池包括侧壁、底盖和透明的顶盖，所述顶盖和所述底盖分别与所述侧壁的两端连接，所述侧壁设有切向入口和切向出口，所述切向入口、所述切向出口均与所述侧壁相切；
所述底盖设有用于清洗池内积灰的排灰口。
优选的，所述切向入口连接于所述侧壁的上部，所述切向出口连接于所述侧壁的下部。
优选的，所述取样旁路还设有密度分析仪。
优选的，所述制粉系统的控制系统、示警装置均与所述图像分析模块连接，当所述图像分析模块输出煤粉质量不合格信号时，所述示警装置进行示警，所述控制系统对制粉系统的工作参数进行调节。
一种直吹式制粉系统管道在线监测方法，用于上述任一项所述的直吹式制粉管道在线监测系统，包括：
建立煤粉的粉环气核特征与煤粉粒度浓度分布的映射模型；
通过高效离心使待检测的煤粉在旋风观测池内形成粉环气核，并采集含有粉环气核特征的煤粉图像；
将所述煤粉图像输入所述映射模型，得到其对应的煤粉粒度浓度分布；
输出所述煤粉图像和所述煤粉粒度浓度分布，并在所述煤粉粒度浓度分布超出预设范围时进行示警。
优选的，所述建立煤粉的粉环气核特征与煤粉粒度浓度分布的映射模型，包括：
步骤S11，在稳定工况下，抽取粗粉分离器的输粉管道内的煤粉，使其高效离心、形成粉环气核；
步骤S12，采集含有粉环气核特征的煤粉图像并进行颜色评估分析，获取对应的颜色评估特征；
步骤S13，进行物料取样，筛选化验获得煤粉粒度浓度分布；
步骤S14，调整工况条件以改变煤粉粒径，重复步骤S11-步骤S13，建立煤粉的粉环气核特征与对应的煤粉粒度浓度分布的数据集；
步骤S15，基于所述数据集，采用机器学习方法建立煤粉的粉环气核特征与煤粉粒度浓度分布的映射模型。
优选的，所述颜色评估分析为计算所述煤粉图像的RGB分量占比/HSV分量占比。
本发明提供的直吹式制粉系统管道在线监测系统，利用离心力使煤粉在旋风观测池内凝聚成环，工业相机实时采集旋风观测池内的煤粉图像，图像分析模块对煤粉图像进行图像处理、得到煤粉粒度浓度分布，最终由煤粉粒度浓度分布判断煤粉颗粒健康程度，实现了对煤粉颗粒度的实时检测和调整，避免了煤粉颗粒度不合格的劣质煤粉进入锅炉，有效地提高了锅炉使用寿命和燃烧效率。
此外，煤粉在离心力的作用下凝聚成环，有利于提高煤粉图像识别精度，解决了传统工业相机对小粒径、高浓度煤粉识别精度较差的问题。
此外，本发明还提供了一种用于上述直吹式制粉系统管道在线监测系统的直吹式制粉系统管道在线监测方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的直吹式制粉系统管道在线监测系统的具体实施例与直吹式制粉系统的装配示意图；
图2为图1中旋风观测池的结构示意图；
图3为旋风观测池内煤粉的运动变化原理图。
图1-图3中：
01为煤仓、02为给煤机、03为磨煤机、04为粗粒分离器、05为锅炉、1为控制阀、2为加压泵、3为旋风观测池、a为顶盖、b为切向入口、c为侧壁、d为切向出口、e为底盖、f为排灰口、4为工业相机、5为密度分析仪。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种直吹式制粉系统管道在线监测系统，通过工业相机实时采集煤粉图像，并对煤粉图像进行图像分析获取煤粉粒度浓度分布，实现了煤粉颗粒健康程度的实时检测和相应的调整。
此外，本发明还提供了一种包括用于上述直吹式制粉系统管道在线监测系统的直吹式制粉系统管道在线监测方法。
请参考图1-图3，图1为本发明所提供的直吹式制粉系统管道在线监测系统的具体实施例与直吹式制粉系统的装配示意图；图2为图1中旋风观测池的结构示意图；图3为旋风观测池内煤粉的运动变化原理图。
本实施例提供的直吹式制粉系统管道在线监测系统，包括用于与制粉系统的粗粉分离器04的出口连通的取样旁路和用于与外设连接的图像分析模块，取样旁路设有控制阀1、加压泵2、旋风观测池3、设置于旋风观测池3内的光源和设置于旋风观测池3上方的工业相机4，加压泵2用于为进入旋风观测池3的煤粉提供离心动力、驱动煤粉进行旋流聚集；工业相机4用于拍摄旋风观测池3内的煤粉图像，工业相机4与图像分析模块连接，图像分析模块用于对煤粉图像进行图像处理和分析以得到煤粉粒度浓度分布；当煤粉粒度浓度分布超出预设范围时，图像分析模块输出煤粉质量不合格信号。
请参考图1，直吹式制粉系统内，原煤由煤仓01经给煤机02进入磨粉机03，磨煤机03将原煤磨制为煤粉，煤粉通过粗粉分离器04的分离后、经输粉管道进入锅炉05燃烧。取样旁路设置于粗粉分离器04和锅炉05之间，取样旁路与粗粉分离器04的输粉管道并联设置；为了方便控制取样旁路的通断，优选的，控制阀1设置于取样通道靠近粗粉分离器04的一端。
控制阀1可以设置为节流阀、单向阀、蝶阀等，其具体种类和尺寸根据实际生产中取样旁路的直径和流量等因素确定。
加压泵2用于抽取粗粉分离器04输粉管道内的煤粉进入旋风观测池3，并提供煤粉离心分离的动力。加压泵2的种类、型号和功率等根据实际生产的需要确定，在此不再赘述。
旋风观测池3用于提供煤粉离心分离的观测空间。请参考图3，在离心力的作用下，煤粉在旋风观测池3内发生旋流聚集，粒径较大的煤粉(90μm以上的煤粉)靠近靠拢贴近旋风观测池3的侧壁c的内壁面，粒径较小的煤粉(60μm以下的煤粉)则向内靠拢，旋风观测池3内的气体在煤粉的挤压下在旋风观测池3的中央区域形成空核。故当煤粉粒径普遍较大时，旋风观测池3的外壁面会形成明显的环核；而当煤粉粒径普遍较小时，旋风观测池3内煤粉的颜色分布相对均匀。
因此，图像分析模块可通过深度学习算法基于上述特征进行学习标定，建立煤粉图像的颜色分布特征与煤粉粒径浓度分布的映射关系，并以此对在线实时检测时采集的煤粉图像进行图像处理和分析，得到对应的煤粉粒度浓度分布，从而判断煤粉颗粒健康程度，也即煤粉颗粒浓度分布是否超出预设范围。
图像分析模块可以基于卷积神经网络进行深度学习，也可以基于多层神经元的自编码神经网络等其他模式分析方法进行深度学习。
为了保证图像分析模块的分析处理效率，图像分析模块可以设置为与工业相机4连接的计算机。当然，也可以将其设置为与外设的软件客户端连接的芯片。
工业相机4设置于旋风观测池3的上方，用于采集实时煤粉图像。工业相机4的种类和拍摄精度等根据实际生产的需要确定，在此不再赘述。
优选的，请参考图2，工业相机4的镜头设置于旋风观测池3的轴线上，以便煤粉图像的完整采集。
为了保证图像清晰，旋风观测池3内设有光源，光源的数量通常设置为一处。优选的，采用补光灯作为光源，补光灯的具体种类、型号、设置位置和连接方式根据实际生产中旋风观测池3的形状和尺寸确定。
在本实施例中，利用离心力使煤粉在旋风观测池3内凝聚成环，工业相机4实时采集旋风观测池3内的煤粉图像，图像分析模块对煤粉图像进行图像处理、得到煤粉粒度浓度分布，最终由煤粉粒度浓度分布判断煤粉颗粒健康程度，实现了对煤粉颗粒度的实时检测和调整，避免了煤粉颗粒度不合格的劣质煤粉进入锅炉05，有效地提高了锅炉05的使用寿命和燃烧效率。
此外，煤粉在离心力的作用下凝聚成环，有利于提高煤粉图像识别精度，解决了传统工业相机4对小粒径、高浓度煤粉识别精度较差的问题。
在上述实施例的基础上，对旋风观测池3的结构进行限定，请参考图2，旋风观测池3包括侧壁c、底盖e和透明的顶盖a，顶盖a和底盖e分别与侧壁c的两端连接，侧壁c设有切向入口b和切向出口d，切向入口b、切向出口d均与侧壁c的相切；底盖e设有用于清洗池内积灰的排灰口f。
顶盖a、底盖e可以通过焊接方式与侧壁c连接，也可以通过卡接连接、法兰连接等可拆卸方式连接，还可以设置为一体结构，只要保证顶盖a与侧壁c以及底盖e与侧壁c之间的密封性能即可。
顶盖a为透明材质制作，以便将旋风观测池3内部的流体视觉信息反馈至工业相机4进行捕捉；为了防止侧壁c遮挡工业相机4采集成像，侧壁c为圆柱面或上大下小的圆台面。
切向入口b、切向出口d与侧壁c相切，以降低煤粉进、出对旋风观测池3内煤粉分布情况的影响。优选的，切向入口b连接于侧壁c的上部，切向出口d连接于侧壁c的下部。
旋风观测池3长时间使用后会积存大量的灰尘，为方便清灰，底盖e上设有排灰口f。
在上述实施例的基础上，取样旁路还可以设有密度分析仪5，可结合密度分析仪5测得的煤粉密度和图像分析模块获取的煤粉粒径浓度分布，共同对煤粉颗粒健康程度进行判断。
请参考图1，密度分析仪5设置于旋风观测池3和锅炉05之间，密度分析仪5的种类、型号和精度根据实际生产的需要参考现有技术确定，在此不再赘述。
在本实施例中，利用密度分析仪5辅助图像分析模块的图像分析监测，提高了煤粉颗粒健康程度判断的准确性。
在上述实施例的基础上，制粉系统的控制系统、示警装置均匀图像分析模块连接，当图像分析模块输出煤粉质量不合格信号时，示警装置进行示警，控制系统对制粉系统的工作参数进行调节。
示警装置具体可以是LED指示灯、光字牌、警铃等，也可以是软件客户端内弹出示警弹框。
控制系统对制粉系统的工作参数进行调节，主要包括对风粉管道、送粉管道等各粉管的开度、粗粉分离器04内导叶片的角度进行调节。
在某一具体实施例中，请参考图1，粗粉分离器04与锅炉05之间设有与送粉管道并列设置的取样旁路，取样旁路上设有节流阀、加压泵2、旋风观测池3和密度分析仪5；旋风观测池3为封闭式结构，内设有光源，上方设有用于采集煤粉图像的工业相机4。
节流阀控制取样旁路的流量，加压泵2对取样旁路内的煤粉进行加速以提供旋风观测池3内流体进行旋流聚集的离心力。在离心力的作用下，煤粉凝聚成环、形成气核，通过工业相机4采集煤粉图像并传输至图像分析模块，图像分析模块利用深度学习等方式建立煤粉图像与煤粉粒度浓度分布的映射模型，并据此得到对应的煤粉粒度浓度分布。当煤粉粒度浓度分布超出预设范围时，图像分析模块输出煤粉质量不合格信号，通过警铃、光字牌、与图像分析模块连接的软件客户端弹窗等方式提醒工作人员对磨粉机03、粗粉分离器04和挡流板等关键位置进行调节。
在另一具体实施例中，图像分析模块与制粉系统的控制连接，当图像分析模块输出煤粉质量不合格信号时，控制系统自动控制风粉管道、送粉管道等各粉管的开度、粗粉分离器04内导叶片的角度，以达到煤粉调平和控制粒度的目的。
除了上述直吹式制粉系统管道的在线监测系统，本发明还提供一种用于上述实施例公开的直吹式制粉系统管道的在线监测系统的方法，该直吹式制粉系统管道在线监测方法，包括：
步骤S1，建立煤粉的粉环气核特征与煤粉粒度浓度分布的映射模型；
步骤S2，通过高效离心使待检测的煤粉在旋风观测池3内形成粉环气核，并采集含有粉环气核特征的煤粉图像；
步骤S3，将煤粉图像输入映射模型，得到其对应的煤粉粒度浓度分布；
步骤S4，输出煤粉图像和煤粉粒度浓度分布，并在煤粉粒度浓度分布超出预设范围时进行示警。
需要对步骤S1进行说明的是，煤粉的粉环气核特征与煤粉粒度浓度分布相关，煤粉粒径普遍较大时，可形成明显的环核，而煤粉粒径普遍较小时，煤粉颜色分布相对均匀。因此，可通过大量已知粒径的煤粉的粉环气核特征和煤粉粒度浓度分布，通过深度学习等方式建立煤粉的粉环气核特征与煤粉粒度浓度分布的映射模型。
需要对步骤S3进行说明的是，不同种类的煤粉的映射模型不同，需要将待检测煤粉的煤粉图像输入相同种类的煤粉的映射模型。
在上述实施例的基础上，步骤S1可以包括：
步骤S11，在稳定工况下，抽取粗粉分离器04的输粉管道内的煤粉，使其高效离心、形成粉环气核；
步骤S12，采集含有粉环气核特征的煤粉图像并进行颜色评估分析，获取对应的颜色评估特征；
步骤S13，进行物料取样，筛选化验获得煤粉粒度浓度分布；
步骤S14，调整工况条件以改变煤粉粒径，重复步骤S11-步骤S13，建立煤粉的粉环气核特征与对应的煤粉粒度浓度分布的数据集；
步骤S15，基于数据集，采用机器学习方法建立煤粉的粉环气核特征与煤粉粒度浓度分布的映射模型。
需要对步骤S12进行说明的是，通过颜色评估分析量化煤粉粉环气核区域的颜色均匀程度，优选的，颜色评估分析为计算煤粉图像的RGB分量占比/HSV分量占比。
需要对步骤S14进行说明的是，数据集的数据量影响映射模型的准确程度，为保证映射模型的准确性，应获取大量的粉环气核特征与煤粉粒度浓度分布的对应数据。数据集的具体数量量根据实际生产的需要确定，在此不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的直吹式制粉系统管道在线监测系统及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种直吹式制粉系统管道在线监测系统，其特征在于，包括用于与制粉系统的粗粉分离器(04)的出口连通的取样旁路和用于与外设连接的图像分析模块，所述取样旁路设有控制阀(1)、加压泵(2)、旋风观测池(3)、设置于所述旋风观测池(3)内的光源和设置于所述旋风观测池(3)上方的工业相机(4)，所述加压泵(2)用于为进入所述旋风观测池(3)的煤粉提供离心动力、驱动所述煤粉进行旋流聚集；
所述工业相机(4)用于拍摄所述旋风观测池(3)内的煤粉图像，所述工业相机(4)与所述图像分析模块连接，所述图像分析模块用于对煤粉图像进行图像处理和分析以得到煤粉粒度浓度分布；
当所述煤粉粒度浓度分布超出预设范围时，所述图像分析模块输出煤粉质量不合格信号。
2.根据权利要求1所述的直吹式制粉系统管道在线监测系统，其特征在于，所述旋风观测池(3)包括侧壁(c)、底盖(e)和透明的顶盖(a)，所述顶盖(a)和所述底盖(e)分别与所述侧壁(c)的两端连接，所述侧壁(c)设有切向入口(b)和切向出口(d)，所述切向入口(b)、所述切向出口(d)均与所述侧壁(c)相切；
所述底盖(e)设有用于清洗池内积灰的排灰口(f)。
3.根据权利要求2所述的直吹式制粉系统管道在线监测系统，其特征在于，所述切向入口(b)连接于所述侧壁(c)的上部，所述切向出口(d)连接于所述侧壁(c)的下部。
4.根据权利要求1-3任一项所述的直吹式制粉系统管道在线监测系统，其特征在于，所述取样旁路还设有密度分析仪(5)。
5.根据权利要求1-3任一项所述的直吹式制粉系统管道在线监测系统，其特征在于，所述制粉系统的控制系统、示警装置均与所述图像分析模块连接，当所述图像分析模块输出煤粉质量不合格信号时，所述示警装置进行示警，所述控制系统对制粉系统的工作参数进行调节。
6.一种直吹式制粉系统管道在线监测方法，用于权利要求1-5任一项所述的直吹式制粉系统管道在线监测系统，其特征在于，包括：
建立煤粉的粉环气核特征与煤粉粒度浓度分布的映射模型；
通过高效离心使待检测的煤粉在旋风观测池(3)内形成粉环气核，并采集含有粉环气核特征的煤粉图像；
将所述煤粉图像输入所述映射模型，得到其对应的煤粉粒度浓度分布；
输出所述煤粉图像和所述煤粉粒度浓度分布，并在所述煤粉粒度浓度分布超出预设范围时进行示警。
7.根据权利要求6所述的直吹式制粉系统管道在线监测方法，其特征在于，所述建立煤粉的粉环气核特征与煤粉粒度浓度分布的映射模型，包括：
步骤S11，在稳定工况下，抽取粗粉分离器(04)的输粉管道内的煤粉，使其高效离心、形成粉环气核；
步骤S12，采集含有粉环气核特征的煤粉图像并进行颜色评估分析，获取对应的颜色评估特征；
步骤S13，进行物料取样，筛选化验获得煤粉粒度浓度分布；
步骤S14，调整工况条件以改变煤粉粒径，重复步骤S11-步骤S13，建立煤粉的粉环气核特征与对应的煤粉粒度浓度分布的数据集；
步骤S15，基于所述数据集，采用机器学习方法建立煤粉的粉环气核特征与煤粉粒度浓度分布的映射模型。
8.根据权利要求7所述的直吹式制粉系统管道在线监测方法，其特征在于，所述颜色评估分析为计算所述煤粉图像的RGB分量占比/HSV分量占比。
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