CN210180543U - 基于高温红外成像的垃圾焚烧电厂积灰监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于高温红外成像的垃圾焚烧电厂积灰监测装置。包括保护套筒、基板、步进电机、安装板、螺纹杆、光杆、工业内窥镜头、红外摄像机、冷却水入口，冷却水出口，压缩气体入口、线缆孔、后盖；摄像系统由安装板固定，通过步进电机、螺纹杆、光杆可实现摄像系统的水平移动，以达到预定工位或者超温时及时退出。摄像系统被安装在环形水冷保护套筒内，由水冷和气冷两重保护，并通过受热面附近炉墙的开孔安装在炉墙上。保护套筒内安装的高温红外摄像头，将被测目标发射的红外线传递给红外摄像机，本实用新型可用于指导垃圾焚烧电厂的智能吹灰和定期的积灰清扫。

Description

基于高温红外成像的垃圾焚烧电厂积灰监测装置

技术领域

本装置适用于垃圾焚烧电厂的受热面积灰的在线监测，具体为一种基于高温红外成像的垃圾焚烧电厂积灰监测装置。

背景技术

目前通过电厂DAS系统的数据，通过热力计算或机器学习建模来评估受热面积灰程度的方法都是间接性的，受到诸如负荷变动等许多不相关因素的影响。一些基于CCD及图像处理技术的积灰监测方法使用可见光波段进行成像，在高温黑暗及有飞灰干扰的烟道环境中需要布置大功率的外部光源，光源的保护系统、照明效果、使用寿命都是较难解决的技术问题。

在垃圾焚烧电厂的烟道中，烟气通过对流传热将热量传递给过热器或再热器管束加热其中的蒸汽，运行过程中飞灰会在受热面表面形成积灰，积灰的积累会增加传热热阻使锅炉效率下降，另一方面，在保持锅炉负荷不变时会导致受热面钢材温度升高，增加高温腐蚀。烟道中烟气温度的变化是连续的，管束相当于一个冷源，由烟气到积灰再到受热面管束会形成一个温度梯度。利用红外摄像机接收目标物体自身发射的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理等手段将目标物体的温度分布图像转换成视频图像，该图像既反映了目标表面不同部位辐射红外线的强弱，也表明了该部位温度的高低，这种技术就是红外热成像技术。

由于受热面温度确定温度范围为500-900℃，这使得摄像系统需要合理的设计保护系统，但现有技术中缺乏相关报道。高温环境下如何对摄像系统进行保护和如何实现摄像系统平稳的到达指定工位是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本实用新型为解决现有技术的不足，提供了一种基于高温红外成像的垃圾焚烧电厂积灰监测方法及装置。

本实用新型的技术方案如下：

一种基于高温红外成像的垃圾焚烧电厂积灰监测装置，包括保护套筒、基板、步进电机、安装板、螺纹杆、光杆、工业内窥镜头、红外摄像机、冷却水入口，冷却水出口，压缩气体入口、线缆孔、后盖；

保护套筒水平安装在受热面侧面对应的炉墙内，其头端穿透炉墙，尾端位于炉墙外侧并安装有后盖；保护套筒由外到内顺次设有冷却水腔、气腔和内腔；工业内窥镜头与红外摄像机相连组成摄像系统，摄像系统固定在保护套筒内腔中，后盖上设有线缆孔与内腔连通；气腔的尾端通过设在后盖上的压缩气体入口泵入气体，气腔在工业内窥镜头的前端端部处开设有环形喷嘴；冷却水腔连接有冷却水入口和冷却水出口；

基板安装于炉墙外侧，基板上安装有上下平行的螺纹杆和光杆；螺纹杆可旋转，步进电机安装在基板上与螺纹杆传动连接，安装板与螺纹杆通过螺纹配合，同时安装板上设有孔，光杆穿过安装板上的孔；保护套筒与安装板固定连接。

作为本实用新型的优选方案，所述的工业内窥镜头的头端安装有激光器。激光器信号接入摄像机，可用于控制自动调焦。

作为本实用新型的优选方案，所述的工业内窥镜头的头端安装有超温报警传感器。若镜头工作温度超过设定值，超温报警传感器将超温信号传递给控制中心，控制中心发出指令控制电机驱动器，启动电机，将摄像装置自动退出，同时系统发出超温警报提醒工作人员。

作为本实用新型的优选方案，所述的冷却水腔和气腔均为环形腔体，其中冷却水腔包裹气腔，气腔包裹内腔。

作为本实用新型的优选方案，所述的螺纹杆的头端与基板通过轴承连接，所述的螺纹杆的头端还套设有齿轮，所述的步进电机的输出轴上套设有与螺纹杆上的齿轮相配合的齿轮用于驱动螺纹杆的转动。

作为本实用新型的优选方案，所述的光杆上涂有润滑油。光杆作为导向杆用于实现安装板的水平移动。基板固定于炉墙上，基板上安装一根螺纹杆和光杆，上下平行布置，螺纹杆可由步进电机带动旋转。摄像装置通过带有与螺纹杆相配合的内螺纹孔和与光杆相配合的圆孔的安装板与基板相连。螺纹杆穿过螺纹孔，电机接收控制系统的指令带动螺纹杆转动，实现摄像装置的自动进给和退出。

作为本实用新型的优选方案，电厂烟道内高温，没有光源，且有飞灰的干扰。利用红外热成像技术，通过被动成像的方法获得烟道内的热像图。根据垃圾焚烧炉排炉或流化床焚烧炉烟道高温再热器及过热器处的温度分布(500-900℃)，选用的红外波段为在该温度下强度较高的中波波段。

本实用新型利用内窥式工业摄像头接收被摄部位辐射的红外辐射，通过光学镜头传递给CCD相机。针孔摄像头的焦距(f)和镜头视场角(FOV)根据垃圾焚烧电厂受热面布置取用合适镜头。摄像机配备激光测距仪(LDM)配合调焦及获得测量目标的物距L并传递给后续计算机系统，激光器安装在镜头上方。

整个保护套筒由外而内分别为水冷通道，气冷通道和内腔三部分组成。循环冷却水从下部的进水口进入，从上部出水口流出，保证套筒内的温度维持在35℃以下的常温环境。压缩空气通过气体入口进入气冷通道，并输送到套筒前端的镜头处通过环形喷嘴喷出，在镜头外形成气帘。气帘兼具冷却镜头表面及防止镜头被飞灰污染的双重作用。

本实用新型不需要主动光源，并保证在高温环境下CCD相机及光学镜头的长期有效工作；红外成像监测系统可实现受热面温度分布的可视化效果，实时在线监测垃圾焚烧电厂受热面积灰厚度。同时积灰数据和垃圾焚烧电厂DCS系统连接，指导吹灰系统的实时运行，提高垃圾焚烧锅炉的效率。

附图说明

图1为本实用新型基于高温红外成像的垃圾焚烧电厂积灰监测装置的结构及安装示意图；

图2为本实用新型保护套筒的结构示意图；

炉墙(1)、保护套筒(2)、基板(3)、步进电机(4)、安装板(5)、螺纹杆(6)、光杆(7)、计算机(8)、激光器(9)、超温报警传感器(10)、工业内窥镜头(11)、红外摄像机(12)、冷却水入口(13)，冷却水出口(14)，压缩气体入口(15)、线缆孔(16)、后盖(17)。

具体实施方式

如图1-2所示，工业内窥镜头11与红外摄像机12连接装入保护套筒2内腔，由摄像机下部螺丝与保护套筒2固定。套筒后盖17与保护套筒2螺丝连接。后盖上开有线缆孔16，摄像机电源线与数据传输线经此开口连接到电源与计算机RJ45接口。

受热面管束侧面的炉墙1开孔，基板3固定在孔洞对应炉墙的外壁。基板3上安装上下平行的螺纹杆6和光杆7,螺纹杆可在电机的带动下旋转，使安装板5沿着光杆7水平移动。摄像装置套在安装板5中，并由螺丝固定。安装板5上有与螺纹杆6配合的内螺纹和与光杆7配合的孔，螺纹杆6和光杆7穿过相应孔洞，杆上涂上润滑油。螺纹杆6旋转可带动摄像装置前后水平进退，实现自动进给和退出。

步进电机4安装在基板3上，由控制中心控制启停，电机4及螺纹杆7墙侧端点安装齿轮，由齿轮带动转动。

镜头处安装超温报警传感器10，信号传递到控制系统中，若工作时镜头超温将发出警报，并向电机4发出指令，退出摄像装置，保证系统工作的安全性。镜头上方安装激光器5，其信号接入摄像机，可用于控制自动调焦，并将距离数据传递给计算机8处理系统。

循环冷却水管子接入冷却水入口13，并由冷却水出口14流出，通过水泵形成循环。空气经过气泵压缩由压缩空气入口15接入，入口压力0.4Mpa，通过气体通道，由保护套筒2前端的环形喷嘴喷出，形成气帘。

摄像机的电源线及信号传输线由内腔后盖板的导线洞口穿出，连接到220V交流电插口及计算机RJ45端口。

本实用新型工作时，步进电机旋转时，带动螺纹杆旋转，安装板与螺纹杆螺纹配合，且因套设在用于导向的光杆上，因此将沿光杆在水平放上以移动；步进电机的旋转方向决定了安装板的移动方向，安装板的移动将同步带动摄像装置的水平移动；

冷却水由冷却水入口进入冷却水腔，再由冷却水出口流出，提供换热保护；压缩空气由压缩气体入口进入，入口压力0.4Mpa，通过气腔并由保护套筒前端的环形喷嘴喷出，形成气帘；

到达设定工位后，摄像装置对垃圾焚烧炉受热面积灰的侧面进行实时拍摄；通过被动红外成像方法得到受热面积灰的热像图。

Claims (6)

1.一种基于高温红外成像的垃圾焚烧电厂积灰监测装置，其特征在于包括保护套筒(2)、基板(3)、步进电机(4)、安装板(5)、螺纹杆(6)、光杆(7)、工业内窥镜头(11)、红外摄像机(12)、冷却水入口(13)，冷却水出口(14)，压缩气体入口(15)、线缆孔(16)、后盖(17)；

保护套筒(2)水平安装在受热面侧面对应的炉墙(1)内，其头端穿透炉墙，尾端位于炉墙外侧并安装有后盖(17)；保护套筒(2)由外到内顺次设有冷却水腔、气腔和内腔；工业内窥镜头(11)与红外摄像机(12)相连组成摄像系统，摄像系统固定在保护套筒(2)内腔中，后盖(17)上设有线缆孔(16)与内腔连通；气腔的尾端通过设在后盖(17)上的压缩气体入口(15)泵入气体，气腔在工业内窥镜头(11)的前端端部处开设有环形喷嘴；冷却水腔连接有冷却水入口(13)和冷却水出口(14)；

基板(3)安装于炉墙(1)外侧，基板(3)上安装有上下平行的螺纹杆(6)和光杆(7)；螺纹杆(6)可旋转，步进电机(4)安装在基板(3)上与螺纹杆(6)传动连接，安装板(5)与螺纹杆(6)通过螺纹配合，同时安装板(5)上设有孔，光杆(7)穿过安装板(5)上的孔；保护套筒(2)与安装板(5)固定连接。

2.根据权利要求1所述的基于高温红外成像的垃圾焚烧电厂积灰监测装置，其特征在于所述的工业内窥镜头(11)的头端安装有激光器(9)。

3.根据权利要求1或2所述的基于高温红外成像的垃圾焚烧电厂积灰监测装置，其特征在于所述的工业内窥镜头(11)的头端安装有超温报警传感器(10)。

4.根据权利要求1所述的基于高温红外成像的垃圾焚烧电厂积灰监测装置，其特征在于所述的冷却水腔和气腔均为环形腔体，其中冷却水腔包裹气腔，气腔包裹内腔。

5.根据权利要求1所述的基于高温红外成像的垃圾焚烧电厂积灰监测装置，其特征在于所述的螺纹杆(6)的头端与基板(3)通过轴承连接，所述的螺纹杆(6)的头端还套设有齿轮，所述的步进电机(4)的输出轴上套设有与螺纹杆(6)上的齿轮相配合的齿轮用于驱动螺纹杆(6)的转动。

6.根据权利要求1所述的基于高温红外成像的垃圾焚烧电厂积灰监测装置，其特征在于所述的光杆上涂有润滑油。

Images