專利名稱：基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的灰渣厚度監(jiān)測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃煤電站鍋爐積灰結(jié)渣厚度監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的灰渣厚度監(jiān)測(cè)方法及裝置。
背景技術(shù)：
煤中的礦物質(zhì)和無(wú)機(jī)成分經(jīng)爐內(nèi)燃燒后變成煤灰。當(dāng)煙氣流經(jīng)受熱面時(shí)這些煤灰和其它的不可燃物質(zhì)一起慢慢沉積下來(lái)，造成受熱面的沾污。沾污現(xiàn)象分為兩類結(jié)渣和積灰。所謂結(jié)渣，是指受熱面壁上熔化了的灰沉積物的積聚，它與因受各種力的作用而遷移到壁面上的某些灰粒的成分、熔融溫度、粘度及壁面溫度等因素有關(guān)，多發(fā)生在爐膛水冷壁、衛(wèi)燃帶、屏式過(guò)熱器、凝渣管等輻射或半輻射受熱面，以及靠近爐膛出口的部分對(duì)流受熱面，在爐膛下部冷灰斗也可能發(fā)生結(jié)渣現(xiàn)象。這些部位的煙氣溫度較高，在燃燒過(guò)程中，軟化或者熔融狀的灰顆粒粘結(jié)在受熱面上，在受熱面上不斷生長(zhǎng)、積累，形成覆蓋層。由于經(jīng)歷過(guò)熔融或者燒結(jié)，難以分辨最初沉積顆粒的形狀和界限。所謂積灰，是指溫度低于灰熔點(diǎn)時(shí)灰沉物在受熱面上的積聚，多發(fā)生在對(duì)流過(guò)熱器、再熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等對(duì)流受熱面。這些部位的煙氣溫度低于煤灰的軟化溫度，沉積物大多由固態(tài)飛灰顆粒堆積形成，顆粒之間有清晰的界限。外表面有時(shí)會(huì)發(fā)生部分燒結(jié)，形成一個(gè)比較硬的殼。低溫受熱面上由于酸性結(jié)露和腐蝕導(dǎo)致的飛灰沉積也歸屬于積灰。發(fā)生在煙氣側(cè)的結(jié)渣與積灰現(xiàn)象，是由于煤中含有的不可燃礦物質(zhì)，以及燃燒中的衍生物，在受熱面上的物理和化學(xué)沉積而導(dǎo)致的。市場(chǎng)上積灰、結(jié)渣可視化成像設(shè)備基本無(wú)法工作在1400°C的高溫流場(chǎng)中，特別是屏式過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器處的結(jié)焦，主要原因電站鍋爐內(nèi)的環(huán)境惡劣，溫度過(guò)高，飛灰沾污等原因易損壞成像設(shè)備。公開號(hào)為102253081A的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種基于聲學(xué)原理的電站鍋爐爐膛積灰監(jiān)測(cè)方法，具體方法是首先建立一套成功的爐內(nèi)結(jié)渣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從燃燒區(qū)以上，在按吹灰器分區(qū)，成對(duì)布置爐膛內(nèi)煙氣聲波測(cè)溫點(diǎn)和渣層表面聲波測(cè)溫點(diǎn)，提取有效的衡量結(jié)渣嚴(yán)重程度的特征參數(shù)；通過(guò)上述的聲波測(cè)溫點(diǎn)，利用聲波測(cè)溫技術(shù)對(duì)爐膛出口煙氣溫度和鍋爐水冷壁溫度進(jìn)行測(cè)量，并建立爐膛灰污監(jiān)測(cè)模型，判斷爐膛整體灰污情況或爐膛局部受熱面是否結(jié)焦或積灰。上述的裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)高溫下實(shí)時(shí)在線精確獲取灰渣的厚度這一重要參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的灰渣厚度監(jiān)測(cè)方法及裝置，可算得爐膛內(nèi)的灰渣厚度。一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的灰渣厚度監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟I)將結(jié)渣探針伸入爐膛內(nèi)，并通過(guò)成像系統(tǒng)拍攝結(jié)渣探針端面的結(jié)渣圖片；
2)獲取上述的結(jié)渣圖片，并利用Canny邊緣提取算子提取所述結(jié)渣圖片中的邊緣圖片；3)利用圓的Hough變換算法來(lái)檢測(cè)邊緣圖片中結(jié)渣探針端面圓，并獲得圓心和半徑R，以及半徑長(zhǎng)度內(nèi)的像素值已；4)計(jì)算所述邊緣圖片中的灰渣最高點(diǎn)，及其和圓心這段長(zhǎng)度間的像素值Ph ；5)根據(jù)公式h = R(Ph-Pr)化，可得到灰渣的厚度h。在步驟2)中，計(jì)算機(jī)利用Matlab程序從成像系統(tǒng)內(nèi)獲取結(jié)渣圖片；在步驟4)中，同樣采用Matlab程序可得到邊緣圖片中灰渣最高點(diǎn)。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，拍攝到的結(jié)渣圖片中結(jié)渣探針端面變化量很小，可以忽略不計(jì)，因此可將結(jié)渣探針端面的半徑R設(shè)為常數(shù)。本發(fā)明還提供了一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的灰渣厚度監(jiān)測(cè)裝置，包括結(jié)渣探針，由結(jié)渣桿和結(jié)渣探頭組成，所述結(jié)渣探頭伸入鍋爐爐膛內(nèi)；成像系統(tǒng)，用于采集所述結(jié)渣探頭端面的結(jié)渣圖片；水冷裝置，套設(shè)在所述成像系統(tǒng)外；計(jì)算機(jī)，用于對(duì)所述結(jié)渣圖片進(jìn)行分析處理。成像系統(tǒng)伸入爐膛內(nèi)，拍攝到結(jié)渣探頭端面的結(jié)渣圖片，并將該圖片實(shí)時(shí)地傳送至計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理分析當(dāng)前結(jié)渣探頭端面的結(jié)渣厚度，相關(guān)人員可通過(guò)結(jié)渣厚度這一參數(shù)評(píng)價(jià)煤種的積灰、結(jié)渣的嚴(yán)重程度，對(duì)于該煤種在鍋爐中使用具有指導(dǎo)作用。所述結(jié)渣探頭帶有容納腔，所述結(jié)渣桿的一端伸入容納腔內(nèi)，且結(jié)渣桿的外壁與結(jié)渣探頭密封配合。所述結(jié)渣桿內(nèi)帶圓柱形的第一導(dǎo)熱油通道，以及與第一導(dǎo)熱油通道連通，且套設(shè)在所述第一導(dǎo)熱油通道外的環(huán)形的第二導(dǎo)熱油通道；所述結(jié)渣桿的側(cè)壁設(shè)有與第二導(dǎo)熱油通道連通的導(dǎo)熱油進(jìn)口，結(jié)渣桿的端部設(shè)有與第一導(dǎo)熱油通道連通的導(dǎo)熱油出口。結(jié)渣桿內(nèi)通有導(dǎo)熱油，這樣可以起到連續(xù)冷卻結(jié)渣桿的作用，模擬了電廠水冷壁中循環(huán)水不斷對(duì)水冷壁等換熱器的冷卻，使得結(jié)渣桿的受熱情況和水冷壁大致一樣。所述導(dǎo)熱油進(jìn)口和導(dǎo)熱油出口通過(guò)管路連接有導(dǎo)熱油冷卻裝置，所述導(dǎo)熱油出口處設(shè)有用于向?qū)嵊屠鋮s裝置發(fā)送控制信號(hào)的油溫傳感器。該油溫控制器用于控制進(jìn)入結(jié)渣桿內(nèi)的導(dǎo)熱油的溫度保持不變。當(dāng)本發(fā)明的裝置運(yùn)行時(shí)，設(shè)置好進(jìn)入結(jié)渣桿的初始油溫，當(dāng)導(dǎo)熱油經(jīng)過(guò)結(jié)渣桿出來(lái)后(經(jīng)過(guò)爐膛的加熱)，流回到導(dǎo)熱油冷卻裝置內(nèi)的導(dǎo)熱油溫度將超過(guò)初始溫度，布置在導(dǎo)熱油出口處的油溫傳感器控制導(dǎo)熱油冷卻裝置啟動(dòng)，將油溫快速冷卻到初始溫度，然重新進(jìn)入結(jié)渣探針內(nèi)，形成導(dǎo)熱油循環(huán)冷卻系統(tǒng)，保持進(jìn)入結(jié)渣桿的導(dǎo)熱油溫度始終不變。所述成像系統(tǒng)包括CCD相機(jī)和光學(xué)鏡頭，且本發(fā)明的光學(xué)鏡頭采用電動(dòng)調(diào)焦。由于鍋爐工作時(shí)爐膛內(nèi)具有較高的溫度，為使光學(xué)鏡頭能適應(yīng)高溫的工作環(huán)境，所述水冷裝置套設(shè)在光學(xué)鏡頭的外部。所述水冷裝置為帶有容置腔的水冷套管，水冷套管的側(cè)壁內(nèi)設(shè)有雙層相通的水冷夾層；所述水冷套管的側(cè)壁設(shè)有與內(nèi)層水冷夾層連通的冷卻水進(jìn)口，以及與外層水冷夾層連通的冷卻水出口。由于爐膛內(nèi)存在飛灰，且飛灰容易粘附在光學(xué)鏡頭的表面，從而影響光學(xué)鏡頭拍攝圖片的效果和清晰度，為防止飛灰粘附在光學(xué)鏡頭的表面，所述水冷套管側(cè)壁設(shè)有與容置腔連通的壓縮空氣進(jìn)口，壓縮空氣出口位于水冷套管的端部，壓縮空氣在該處形成氣膜，能防止飛灰沾污光學(xué)鏡頭。本發(fā)明的有益效果是(I)具有在1400°C高溫、輻射的環(huán)境溫度下保持CXD相機(jī)及光學(xué)鏡頭正常工作；(2)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有可視化能力，能夠?qū)崟r(shí)在線地監(jiān)測(cè)爐膛受熱面的積灰、結(jié)渣情況；(3)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將可視化、灰渣厚度計(jì)算功能于一體，定量精確地提取了衡量燃燒煤種積灰，結(jié)渣嚴(yán)重程度的特征參數(shù)。


圖1為本發(fā)明灰渣厚度監(jiān)測(cè)裝置的裝置示意圖。圖2為本發(fā)明的結(jié)渣探針的局部剖面圖。圖3為本發(fā)明的成像系統(tǒng)和水冷裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明灰渣厚度監(jiān)測(cè)方法的原理流程圖。圖5為本發(fā)明拍攝到的結(jié)渣圖片。圖6為本發(fā)明結(jié)渣圖片處理后的邊緣圖片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的灰渣厚度監(jiān)測(cè)方法及裝置作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1所示，一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的灰渣厚度監(jiān)測(cè)裝置，包括結(jié)渣探針、成像系統(tǒng)、水冷裝置和計(jì)算機(jī)8。如圖2所示，結(jié)渣探針由結(jié)渣桿12和結(jié)渣探頭13組成，結(jié)渣桿12貫穿鍋爐9的爐壁，結(jié)渣探頭13伸入爐膛內(nèi)部。結(jié)渣桿12內(nèi)通過(guò)有導(dǎo)熱油，結(jié)渣桿12內(nèi)設(shè)有圓柱形的第一導(dǎo)熱油通道16，以及與第一導(dǎo)熱油通道16連通，且套設(shè)在第一導(dǎo)熱油通道16外的環(huán)形的第二導(dǎo)熱油通道15 ;結(jié)渣桿12的側(cè)壁設(shè)有與第二導(dǎo)熱油通道15連通的導(dǎo)熱油進(jìn)口 10，其端部設(shè)有與第一導(dǎo)熱油通道16連通的導(dǎo)熱油出口 11。結(jié)渣探頭13內(nèi)帶有容納腔14，結(jié)渣桿12的一端伸入容納腔14內(nèi)，且結(jié)渣桿12的外壁與結(jié)渣探頭13密封配合。導(dǎo)熱油由導(dǎo)熱油進(jìn)口 10進(jìn)入結(jié)渣桿12內(nèi)的第二導(dǎo)熱油通道15，然后經(jīng)由結(jié)渣探頭13的容納腔14進(jìn)入第一導(dǎo)熱油通道16，最后由導(dǎo)熱油出口 11排出。導(dǎo)熱油進(jìn)口 10和導(dǎo)熱油出口 11通過(guò)金屬軟管連接有導(dǎo)熱油冷卻裝置，且導(dǎo)熱油出口 10處設(shè)有用于向?qū)嵊屠鋮s裝置發(fā)送控制信號(hào)的油溫傳感器，通過(guò)油溫傳感器控制導(dǎo)熱油冷卻裝置的啟動(dòng)，控制著進(jìn)入結(jié)渣桿12的導(dǎo)熱油溫度，使其維持不變。如圖3所示，成像系統(tǒng)相對(duì)結(jié)渣探針對(duì)稱布置，用于拍攝結(jié)渣探頭13端面的結(jié)渣圖片，且成像系統(tǒng)由CXD相機(jī)6和光學(xué)鏡頭5組成。在拍攝過(guò)程中，光學(xué)鏡頭5伸入爐膛的內(nèi)部，為保護(hù)光學(xué)鏡頭不受高溫?fù)p壞，光學(xué)鏡頭5外套設(shè)有水冷裝置，且CCD相機(jī)6外設(shè)有相機(jī)護(hù)罩7，具有保護(hù)CCD相機(jī)6的作用。水冷裝置為帶有容置腔的水冷套管1，水冷套管I的側(cè)壁內(nèi)設(shè)有雙層相通的水冷夾層；水冷套管I側(cè)壁還設(shè)有與內(nèi)層水冷夾層連通的冷卻水進(jìn)口 3，以及與外層水冷夾層連通的冷卻水出口 2 ;冷卻水由冷卻水進(jìn)口 3進(jìn)入水冷套管I內(nèi)，然后由冷卻水出口 2排出。為防止?fàn)t膛的飛灰粘附在光學(xué)鏡頭5的表面，水冷套管I內(nèi)通有壓縮空氣，壓縮空氣進(jìn)口 4與水冷套管I的容置腔連通，壓縮空氣由水冷套管I另一端的光學(xué)鏡頭觀察口排出，壓縮空氣在該處形成氣膜，能防止飛灰沾污光學(xué)鏡頭，從而保證了 CCD相機(jī)拍攝的圖片質(zhì)量。計(jì)算機(jī)8用于對(duì)CCD相機(jī)拍攝的結(jié)渣圖片進(jìn)行分離處理，從而得到結(jié)渣探頭端面的灰渣厚度。如圖4所示，在結(jié)渣圖片拍攝的過(guò)程中，計(jì)算機(jī)利用Matlab程序來(lái)讀取CCD相機(jī)拍攝的24bit結(jié)渣圖片(如圖5所示)；接著利用Canny邊緣提取算子來(lái)獲得結(jié)渣圖片的邊緣，并得到相應(yīng)的邊緣圖片(如圖6所示)；再利用圓的Hough變換算法來(lái)檢測(cè)邊緣圖片中結(jié)渣探頭端面圓，并獲取圓心和半徑R這一長(zhǎng)度上的像素值匕；設(shè)灰渣最大厚度為特征厚度h，最后再通過(guò)Matlab程序來(lái)找尋探針上灰渣的最高點(diǎn)，及其和圓心之間這一長(zhǎng)度上的像素值Ph;設(shè)探頭端面圓的半徑R為常數(shù)，因?yàn)镽的變化量非常小，可以忽略不計(jì)，根據(jù)灰渣厚度計(jì)算公式h = R(Ph-Pr) /Py可得到灰渣的厚度，并自動(dòng)保存在計(jì)算機(jī)中。如圖4所示，當(dāng)成像系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，計(jì)算機(jī)也在不斷地對(duì)所拍攝的結(jié)渣圖片進(jìn)行處理，當(dāng)成像系統(tǒng)停止時(shí)，計(jì)算機(jī)檢測(cè)到此次的圖片序號(hào)不大于上次圖片序號(hào)，表明已停止拍攝，程序自動(dòng)停止運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的灰渣厚度監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟 1)將結(jié)渣探針伸入爐膛內(nèi)，并通過(guò)成像系統(tǒng)拍攝結(jié)渣探針端面的結(jié)渣圖片； 2)獲取上述的結(jié)渣圖片，并利用Canny邊緣提取算子提取所述結(jié)渣圖片中的邊緣圖片; 3)利用圓的Hough變換算法來(lái)檢測(cè)邊緣圖片中結(jié)渣探針端面圓，并獲得圓心和半徑R，以及半徑長(zhǎng)度內(nèi)的像素值Pr ； 4)計(jì)算所述邊緣圖片中的灰渣最高點(diǎn)，及其和圓心這段長(zhǎng)度間的像素值Ph； 5)根據(jù)公式h= R(Ph-P)，可得到灰渣的厚度h。
2.一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的灰渣厚度監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，包括 結(jié)渣探針，由結(jié)渣桿和結(jié)渣探頭組成，所述結(jié)渣探頭伸入鍋爐爐膛內(nèi)； 成像系統(tǒng)，用于采集所述結(jié)渣探頭端面的結(jié)渣圖片； 水冷裝置，套設(shè)在所述成像系統(tǒng)外； 計(jì)算機(jī)，用于對(duì)所述結(jié)渣圖片進(jìn)行分析處理。
3.如權(quán)利要求2所述的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的灰渣厚度監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述結(jié)渣探頭內(nèi)帶有容納腔，所述結(jié)渣桿的一端伸入容納腔內(nèi)，且結(jié)渣桿的外壁與結(jié)渣探頭密封配合。
4.如權(quán)利要求3所述的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的灰渣厚度監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述結(jié)渣桿內(nèi)帶圓柱形的第一導(dǎo)熱油通道，以及與第一導(dǎo)熱油通道連通，且套設(shè)在所述第一導(dǎo)熱油通道外的環(huán)形的第二導(dǎo)熱油通道；所述結(jié)渣桿的側(cè)壁設(shè)有與第二導(dǎo)熱油通道連通的導(dǎo)熱油進(jìn)口，結(jié)渣桿的端部設(shè)有與第一導(dǎo)熱油通道連通的導(dǎo)熱油出口。
5.如權(quán)利要求4所述的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的灰渣厚度監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述導(dǎo)熱油進(jìn)口和導(dǎo)熱油出口通過(guò)管路連接有導(dǎo)熱油冷卻裝置，所述導(dǎo)熱油出口處設(shè)有用于向?qū)嵊屠鋮s裝置發(fā)送控制信號(hào)的油溫傳感器。
6.如權(quán)利要求5所述的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的灰渣厚度監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述成像系統(tǒng)包括CCD相機(jī)和光學(xué)鏡頭，所述水冷裝置套設(shè)在光學(xué)鏡頭的外部。
7.如權(quán)利要求6所述的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的灰渣厚度監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述水冷裝置為帶有容置腔的水冷套管，水冷套管的側(cè)壁內(nèi)設(shè)有雙層相通的水冷夾層；所述水冷套管的側(cè)壁設(shè)有與內(nèi)層水冷夾層連通的冷卻水進(jìn)口，以及與外層水冷夾層連通的冷卻水出口。
8.如權(quán)利要求7所述的基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的灰渣厚度監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述水冷套管側(cè)壁設(shè)有與容置腔連通的壓縮空氣進(jìn)口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的灰渣厚度監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟1)將結(jié)渣探針伸入爐膛內(nèi)，并通過(guò)成像系統(tǒng)拍攝結(jié)渣探針端面的結(jié)渣圖片；2)獲取上述的結(jié)渣圖片，并利用Canny邊緣提取算子提取所述結(jié)渣圖片中的邊緣圖片；3)利用圓的Hough變換算法來(lái)檢測(cè)邊緣圖片中結(jié)渣探針端面圓，并獲得圓心和半徑R，以及半徑長(zhǎng)度內(nèi)的像素值Pr；4)計(jì)算邊緣圖片中的灰渣最高點(diǎn)，及其和圓心這段長(zhǎng)度間的像素值Ph；5)根據(jù)公式h＝R(Ph-Pr)/Pr，可得到灰渣的特征厚度h。本發(fā)明還公開了一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的灰渣厚度監(jiān)測(cè)裝置。本發(fā)明可以直觀地反映煤灰在結(jié)渣探針上積灰、結(jié)渣情況，同時(shí)也可以精確地獲取探針上的灰渣厚度。
文檔編號(hào)G01B11/06GK103063150SQ20121055689
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者周昊, 周斌, 岑可法 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)