CN207675310U - 一种吸热器能流密度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种吸热器能流密度测量装置，包括设置在吸热器周围的定日镜镜场内部的红外热像仪、安装在吸热器管屏背光侧的壁温测点、安装于吸热器管屏附近区域固定位置处的图像标识块，所述红外热像仪依次与图像数据处理装置和上位机连接，所述上位机分别与壁温测点及图像标识块内含的温度测点连接。本实用新型可以快速、可靠地得到吸热器管屏的整体能流密度；设备安全，维护方便；本实用新型的图像标识点可以快速高效定位管屏边界，保证图像与实际管屏的一一对应，解决了因吸热器晃动、红外热像仪视野边界重合而导致的管屏边界不能准确测量的问题，从而提高了能流密度测量精度。
Description
技术领域
本实用新型属于塔式太阳能光热电站技术领域，具体涉及一种吸热器能流密度测量装置。
背景技术
塔式太阳能光热电站已开始商业化应用，其基本原理为：利用围绕吸热塔的众多定日镜，将太阳光反射到吸热塔顶部的吸热器管屏上，加热吸热器中的流动工质，工质再经过储热、换热等环节，产生蒸汽推动汽轮发电机进行发电。
布置于吸热塔顶部的吸热器是塔式光热电站的能量转换的关键设备，其高度通常在180米以上，因此在高空风载作用下，吸热器会产生低频晃动，晃动位移约-600mm至600mm；对于大型塔式光热电站，吸热器多采用多块管屏拼接的外置圆周型式。
吸热器光斑能流密度是塔式光热电站十分重要的参数，在电站运行时，应保证光斑能流在吸热器管屏的分布均匀，通过对能流密度的测量及对定日镜的调度避免管屏上出现超温。以此来保证吸热器的安全、高效运行。
由于吸热器管屏能流密度较高，可达兆瓦级每平方米，管屏最高温度高达 600-700℃，常规的直接测量方法因无法承受高温而无法正常使用，且位于高空，不便于进行维护及检修。因此针对吸热器能流密度测量，尤其是吸热器管屏整体的能流密度测量，目前尚无简捷、高效与标准的测量仪器。
发明内容
本实用新型克服了现有安装技术中的缺点，提供了一种吸热器能流密度测量装置。
本实用新型的技术方案是：一种吸热器能流密度测量装置，包括设置在吸热器周围的定日镜镜场内部的红外热像仪、安装在吸热器管屏背光侧的壁温测点、安装于吸热器管屏附近区域固定位置处的图像标识块，所述红外热像仪依次与图像数据处理装置和上位机连接，所述上位机分别与壁温测点及图像标识块内含的温度测点连接。
与现有技术相比，本实用新型的优点是：
1、本实用新型采用多台红外热像仪对吸热器管屏进行能流密度测量，对热成像图像进行处理拼接计算，可以快速、可靠地得到吸热器管屏的整体能流密度；
2、本实用新型采用红外热像仪为非接触式测量方案，吸热器管屏的高温区域无易损元件，红外热像仪位于镜场内部，设备安全，维护方便；
3、采用本实用新型的测量装置可计算得到吸热器管屏的整体温度分布，可以及时发现吸热器管屏局部高温点，可以实时指导镜场中定日镜与吸热器的调度，从而避免吸热器管屏爆管，保证能流密度分布均匀，进而保障吸热器安全高效运行；
4、本实用新型的图像标识点可以快速高效定位管屏边界，保证图像与实际管屏的一一对应，解决了因吸热器晃动、红外热像仪视野边界重合而导致的管屏边界不能准确测量的问题；
5、本实用新型的图像标识点可以对红外热像仪远距离、大面积测量进行温度补偿，提高了由红外热像仪成像转换而来的温度信息的精度，从而提高了能流密度测量精度；
6、利用本实用新型测量得到的吸热器迎光侧与背光侧外壁温可计算吸热器的能流密度，提高了能流密度的测量精度。
附图说明
本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为红外热像仪能流密度测量装置，图中：1-吸热塔；2-吸热器；3-红外热像仪；4-图像数据处理装置；5-上位机；
图2为图像标识块装置，图中：1-单个红外热像仪对应的管屏；2-图像标识块；3-单个红外热像仪的视野；
图3为吸热器管屏背光侧壁温测点，图中：1-吸热器管屏背光侧；2-壁温测点；
图4为吸热器晃动示意，图中：1-吸热器管屏的正常位置；2-吸热器管屏晃动右极限位置；3-吸热器管屏晃动左极限位置；4-单个红外热像仪的视野。
具体实施方式
一种吸热器能流密度测量装置，包括若干红外热像仪、若干图像数据处理装置、若干壁温测点、若干上位机及若干图像标识块等。
如图1所示，所述红外热像仪3环绕吸热器2布置于镜场内部，用于获取对应管屏表面红外辐射热成像图像，同时获取安装于管屏上方和下方的温度标识点的红外辐射热成像图像，特别地，红外热像仪采用旋转90度的布置方式。为获得吸热器管屏的整体图像信息，需要布置多个红外热像仪。
以具体项目为例，假定吸热器额定功率等级为300MWt，吸热器管屏采用外置圆周式，采用32块分屏构成吸热器，吸热器外径15m，高度16m，吸热器中心标高200m。一种可能的布置：在距离吸热塔约200米处的环形上，等间距布置4台红外热像仪，每台红外热像仪将测量8块管屏的红外热辐射图像。考虑到红外热仪布置在塔底，其光轴将与竖直管屏间存在夹角，从而导致图像的梯形失真。因此为避免梯形失真过大，设定红外热像仪光轴与地面夹角为45 度，即4台红外热像仪等距离布置在距塔约200m处，每台红外热像仪对应8 块管屏，每台红外热像仪主光轴对应第4、5块管屏的中心。红外热像仪成像元件，选用16mm×12mm尺寸。
红外热像仪视野宽度13m，红外热像仪视野高度26m。
像素点要求：按照每根吸热管获取一个温度点进行设置，则水平方向需要的有效像素点数至少为372个。
红外热像仪像素规格选取：鉴于视野区域宽度尺寸大于高度尺寸，而红外热像仪像素规格均为宽度尺寸大于高度尺寸，例如1024×768、640×480像素，特别地，本实用新型对红外摄像头旋转90度布置，使得对视野的图像采集宽度尺寸小于高度尺寸，更能充分利用像素点，提高图像分辨率，从而提高检测精度。据上例计算结果，考虑到视野余量，因此可选择1024×768像素规格的红外热像仪。
红外热像仪视场角：红外热像仪物距为282m，宽度方向视场角近似为 2.64°，高度方向视场角近似为5.28°。
按上述视场角选取某品牌红外热像仪定焦镜头，焦距为150mm，视场角为5.5°×4.1°，像素规格为1024×768，像元尺寸16mm×12mm。
实际像素分辨率计算：按红外热像仪90度旋转布置及上述结论，可计算得到：宽度方向每个像素点分辨率26.3mm，高度方向每个像素点分辨率 26.5mm。宽度方向的分辨率高于每根吸热管的外径，使得对于每根吸热管至少有一个像素点。因此上述设计及选型合理。
如图1所示，所述图像数据处理装置4就近布置于红外热像仪3旁，并与红外热像仪相连，图像数据处理装置包括工控机或嵌入式处理平台、用于网络传输的交换机及用于保护的就地盘柜等。图像数据处理装置用于处理红外热像仪的图像数据，对图像进行校正后，将图像信息转换为温度信息，并将该温度信息上传至所述上位机5。
如图1所示，所述上位机5用于对各个图像数据处理装置上传的温度信息、壁温测点上传的温度信息及图像标识块的温度信息进行分析处理得到吸热器整体的能流密度分布。
如图3所示，所述壁温测点2安装在吸热器管屏背光侧1，用于检测管屏背面壁温。例如针对某300MWt等级的外置圆周式吸热器，其吸热器外径约为 15米，高度约为16米，一种可能的布置：在吸热器管屏上成行列均匀分布800 个温度测点，即约每平方米布置1个测点。
如图2所示，所述图像标识块2安装于每个红外热像仪所对应视野的吸热器管屏1的上方与下方的附近区域，所述标识块含温度测点，用于实时测量图像标识块的温度，并传递至上位机。进一步地，图像标识块可安装于吸热器紧靠管屏上下的区域，此处环境温度较高，图像标识块可利用高反光材料制作，例如反光不锈钢或反光铝材，以保证标识块的低温；同样地，图像标识块可安装于距离吸热器管屏上下一定距离低温区域处，如此时环境温度为60℃，图像标识块背部可安装加热元件，控制标识块的温度到高温，例如300℃；总之，标识块的温度能明显区分于周围的环境温度，这将使得在红外热像仪视野中能轻易提取到图像标识块。本实例中，图像标识块以这样的方式实现：标识块与吸热器管屏采用同样的材料，以使得它们具备同样的反射率，这将提高温度校正精度；标识块设置4个，分别安装于距管屏边沿垂直距离4m处。上方两标识块及下方两标识块的水平间距为8m，该区域为低温区域；标识块背部设置加热元件，例如加热夹套，加热温度设置为300℃，较大的温度差使得标识块轻易在图像上被提取；标识块选用220mm×220mm尺寸，根据前述计算，每个标识块将占用约8×8个像素点。
由于标识块的位置与吸热器管屏位置固定且已知，如果吸热器受到风等影响而低幅晃动，可以利用标识块与管屏的位置关系来提取管屏尺寸边界，排除吸热器晃动的影响。如图4所示，同时由于标识块的温度已知，可以用来校正红外热像仪远距离测量时的精度。一种可能的标识块布置形式如图2所示：对于每一个红外热像仪的视野所对应的管屏，在管屏上方及下方布置2个220mm ×220mm的方形块。
Claims (8)
1.一种吸热器能流密度测量装置，其特征在于：包括设置在吸热器周围的定日镜镜场内部的红外热像仪、安装在吸热器管屏背光侧的壁温测点、安装于吸热器管屏附近区域固定位置处的图像标识块，所述红外热像仪依次与图像数据处理装置和上位机连接，所述上位机分别与壁温测点及图像标识块内含的温度测点连接。
2.根据权利要求1所述的一种吸热器能流密度测量装置，其特征在于：所述红外热像仪采用旋转90度的布置方式。
3.根据权利要求1所述的一种吸热器能流密度测量装置，其特征在于：所述图像数据处理装置包括工控机或嵌入式处理平台、用于网络传输的交换机及用于保护的就地盘柜。
4.根据权利要求1所述的一种吸热器能流密度测量装置，其特征在于：所述图像标识块安装于每个红外热像仪所对应视野的吸热器管屏的上方与下方的附近区域。
5.根据权利要求1所述的一种吸热器能流密度测量装置，其特征在于：所述图像标识块与吸热器管屏采用同样的材料制作。
6.根据权利要求1所述的一种吸热器能流密度测量装置，其特征在于：所述图像标识块采用高反光材料制作。
7.根据权利要求1所述的一种吸热器能流密度测量装置，其特征在于：在所述图像标识块背部安装加热元件。
8.根据权利要求1所述的一种吸热器能流密度测量装置，其特征在于：所述壁温测点成行列均匀分布在吸热器管屏上。
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| CN201721741492.5U CN207675310U (zh) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | 一种吸热器能流密度测量装置 |
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| CN201721741492.5U Active CN207675310U (zh) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | 一种吸热器能流密度测量装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN107843348A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-03-27 | 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 | 一种吸热器能流密度测量装置及测量方法 |
| CN110426128A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-11-08 | 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 | 一种光热电站吸热器外壁温测量装置及方法 |
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2017
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