电站锅炉炉膛燃烧温度分布检测方法及其装置

1．一种采用电视监视装置的电站锅炉炉膛燃烧温度分布检测方法，其特征 为在电站锅炉炉膛火焰电视监视装置的基础上，在镜头与摄像机之间放入一种 单波长的滤色片，以得到单波长下的火焰辐射图像，摄像机将图像信号转变为 电信号，通过图象采集卡进入计算机，同时采用高温热电偶实测炉内一点的温 度，模人计算机，经计算机算处理后传给监视器以显示实时检测的炉内二维火 焰温度场的分布。
2．根据权利要求1所述方法的一种电站锅炉温度分布检测装置，它由镜头、 摄像机、滤色片及监视器构成，其特征为在镜头(1)与CCD摄像机(4)之间 放置一种单波长的滤色片(2)，在摄像机(4)与计算机(6)之间设图像采 集卡(5)，计算机(6)与监视器(7)联接，测温元件(8)与计算机(6) 联接。

本发明涉及一种检测方法，特别适用电站锅炉炉膛燃烧温度分布检测。\n将图像处理技术和计算机技术应用于电站锅炉的燃烧监测系统中，是近年来 出现的一种新技术，但大多处于实验室试验研究阶段，工业试验才刚开始。在 这类技术中重要的一种检测法是以炉内二维火焰温度分布检测为基础的，依据 辐射定律用双色法计算温度分布，对炉膛燃烧的局部和某一方面进行检测，以 诊断燃烧工况。例如：M.Shimoda,et al.,Predition method of unburnt carbon for coad fired utility boiler using image processing technique of combustion flame,IEEE Transaction on Energy Conversion,Vol.5,No.4,December, 1990.M.Shimoda等《采用燃烧火焰图像处理技术的电站燃煤锅炉未燃尽碳 予测方法》(IEEE能量转换会刊，第5卷第4期1990年12月)。\n这种技术的缺点是：(一)在计算温度时，所需的两个辐射能尽可能同时得 到，而两幅图像分别被计算机采集时，限于硬件的原因，其间隔时间不可能非 常短。这个矛盾不可调和。为达到尽可能的实时性，不得不在图像采集的速度 和容量上提出更高的要求，其成本必然越来越高。(二)用双包法计算温度 时，每点的温度通过检测从该点发出的两个波长下的辐射能来计算。设这两个 波长为λ1、λ2，对于某一点i，它们的辐能分别为Eiλ1、Eiλ2，则其温度Ti的计算 公式为：                 $T_i=\frac{C_2[\frac{1}{{\lambda }_1}-\frac{1}{{\lambda }_2}]}{\ln \left[\frac{E_{\mathrm{i\lambda }1}}{E_{\mathrm{i\lambda }2}}{\left(\frac{{\lambda }_2}{{\lambda }_1}\right)}^5\right]}$ 其中C2为常数。关键是得到Eiλ1和Eiλ2，这就需要在成像之前分离出两个波长 下的火焰辐射信号，一般情况下要求在成像光路间插上一个由微电机驱动的调 制盘，盘上不同部位嵌有两个波长滤色片，工作时微电机驱动调制盘高速旋 转，不同时刻调制盘上具有不同波长的滤色片切割成像光束，得到不同波长下 的火焰辐射图像，因此需要一套精密复杂的光学机械系统，现场难于应用，且 可靠性差。\n针对上述现有技术存在的缺点，本发明的任务是提供一种简单实用的基于辐 射定律的电站锅炉炉膛燃烧二维火焰温度场的检测方法。\n本发明通过以下技术措施实施。\n本发明所述的电站锅炉炉膛燃烧二维火焰温度场的检测方法为在电站锅炉炉 膛火焰电视监视装置的基础上，在成像光路中放入一个单波长的滤色片，以得 到单波长下的火焰辐射图像，摄像机将图像信号转换电信号，通过图像采集卡 进入计算机。同时，采用高温热电偶实测炉内一点的温度，模入计算机。经计 算机计算处理后传给监视器以显示实时检测的炉内二维火焰温度场分布。所述 方法的装置为，在镜头1与CCD摄像机4之间放置一种单波长滤色片2，在摄像 机4与计算机6之间设图采集卡5，计算机6与监示器7联接，测温元件8与计算机 6联接。本发明基于以下原理，设热电偶测得的温度为T0，其相应的位于火焰 图像上的辐射能为E0，其他点从火焰图像上得的辐射能为E，对应的滤色片中 的波长为λ，相应的计算点的温度为T                   $T=\frac{1}{\frac{1}{T_0}-\frac{\lambda }{C_2}\ln \frac{E}{E_0}}$ 由此可得炉内火焰温度的二维分布，从而可实施对炉内燃烧工况的诊断。\n本明与传统的高温辐射温度计算法及炉膛看火电视技术比较有如下优点： (一)在全炉膛火焰监视方面，突破了仅仅利用火焰原始辐射信号的局限。通 过温度场计算，对燃烧进行更细致的监视，这是质的进步。(二)与现有的采 用辐射定律的二维温度场计算方法比较，本发明取消要求严格的用于分离出不 同波长下的辐射图像的光学、机械系统，使整个方法异常简单，极易在现有火 焰电视装置中实现。(三)降低了对图像采集速率和容量的要求，因几乎同时 采集一个波长下的火焰辐射图像，其温度计算的实时性从根本上得改善。\n附图说明如下：\n图1为本发明系统原理图。