专利名称：燃煤锅炉炉内三维温度场实时监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于锅炉温度检测技术，具体涉及一种燃煤锅炉炉内三维温度场实时监测装置。
背景技术：
在我国的电站锅炉中，燃煤锅炉占80％以上。锅炉炉内的燃烧过程发生在相对大的空间中，是脉动的、具有明显三维特征的复杂的物理和化学过程。炉膛内三维温度分布的检测对于提高锅炉运行的经济性和安全性有着重要的帮助。
在实际应用中主要采用热电偶、辐射高温计、红外热像仪来检测炉膛中燃烧火焰的温度。热电偶作为一种接触式测温设备，对被测对象有干扰，而且只能实现点的测量，难以实现对炉膛内的三维温度场的检测；采用各种辐射高温计或红外热像仪只能反映火焰的投影温度，并不能提供火焰内部三维温度分布信息。国外已有学者研究用光学CT系统测量火焰三维温度分布，但由于炉膛的大尺寸以及激光功率的限制，使得光学CT测温系统很难在电站锅炉上实现；声波技术已经应用在工业炉膛的温度场监测中，但该系统受到声波传播速度和一条测量路径一次只能获得一个测量数据的限制，适合于锅炉中某一横截面温度场的检测，难以实现全炉膛三维温度场的检测，其检测结果的空间分辨率和时间分辨率较低。目前，在电站锅炉中还没有一套能够测量锅炉内三维温度场的装置。
近年来，火焰辐射图像处理技术在电站锅炉燃烧监控中得到了广泛的应用。申请人于1995年3月27日申请的“炉膛燃烧温度场检测方法”已经获得国家发明专利(专利号ZL95114823.0)。该方法在被测对象四周不同角度摄取二维辐射图像，从图像上各点所对应的从炉内接受的辐射能同炉内三维空间中相关点辐射能的对应关系得到三维燃烧温度分布。该发明虽然提出了测量锅炉内三维温度场的方法，但并没有给出一套具体的实施装置。在实际应用中，电站锅炉内燃烧火焰温度高，燃烧粉尘多，现场环境恶劣，需要设计一套装置来实现三维温度场的检测。
发明内容
本实用新型的任务是提供了一种燃煤锅炉炉内三维温度场实时监测装置，该装置可以在电站锅炉的恶劣环境中稳定工作，完成炉膛内三维温度场的检测。
本实用新型提供的一种燃煤锅炉炉内三维温度场实时监测装置，其特征在于该装置在锅炉冷灰斗至折焰角的炉膛区域内、沿锅炉高度方向分层布置摄像探头，每层至少布置两支，其视角中心线斜向下，各摄像探头的视频信号送入视频分割器中合成为一路信号，再送入计算机中进行处理。
上述摄像探头每隔4～6米布置一层，其视角中心线与锅炉的棱的夹角γ为40度到50度之间。当每层布置两支摄像探头时，相邻两层交错分布。
本实用新型将系统的所监视区域定义为锅炉冷灰斗以上，折焰角以下的炉膛区域，沿炉膛高度、宽度、深度三个方向将该区域划分为立体网格，系统给出每一个网格的温度，即炉膛内的三维温度场。本实用新型整套装置结构简单，易于实现，可以在电站锅炉的恶劣环境中稳定工作；所布置的多个摄像探头可以充分的接收来自炉膛内的辐射信息，能够准确的计算出炉膛内的三维温度场。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为摄像探头安装图；图3为摄像探头视角中心线的位置示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。
如图1所示，图中给出一台670t/h的四角切圆燃烧锅炉1，该炉的冷灰斗2以上到折焰角3以下的炉膛区域高度为20米。在该锅炉上安装了燃煤锅炉炉内三维温度场实时监测装置。将八支摄像探头4安装在炉膛四角，每隔5米布置一层，每层两支，相邻两层交错布置。用视频线缆5将来自八支摄像探头4的视频信号送入视频分割器6中，视频分割器6将八路视频信号合成一路，通过视频线缆5送入计算机7中，在计算机中7完成炉膛内三维温度场的计算。
上述摄像探头每隔4～6米布置一层为宜，这样既可以节省器件成本，又可以获得好的监测效果。
如图2所示，摄像探头安装时，先在锅炉锅璧8上开孔，把套管9固定在开孔处，再将摄像探头4放入套管中，其视角中心线A斜向下，俯视炉膛，再用螺丝10将摄像探头4紧固。为了防止炉内的高温和粉尘损坏摄像探头，摄像探头伸入炉膛内的部分的长度m≤5cm，同时还可以从冷却空气入口11通入冷空气，对摄像探头4进行冷却吹灰。
如图3所示，摄像探头4的视角范围为一棱锥形区域，其视角中心线A与锅炉上相邻的棱12的夹角为γ，其取值范围为40°≤γ≤50°时本装置的技术效果更好。
摄像探头采用现有产品，如目前电厂锅炉看火电视系统中所使用的视频探头。
上述视频信号送入计算机中，由其中的图象采集卡对信号进行采集，再进行数据处理。三维温度场的计算分两步进行，第一步是得到图像上各点所对应的来自炉内的辐射能信息，第二步是将辐射能信息与系数矩阵相乘，得到炉膛内的三维温度场。整个算法参见上述“炉膛燃烧温度场检测方法”。三维温度场的计算是一种非迭代的两步算法，计算一次的时间小于5秒钟，满足工业应用中的实时监测条件。
权利要求1.一种燃煤锅炉炉内三维温度场实时监测装置，其特征在于该装置在锅炉冷灰斗(2)至折焰角(3)的炉膛区域内、沿锅炉高度方向分层布置摄像探头(4)，每隔4～6米布置一层，每层至少布置两支，其视角中心线(A)斜向下，各摄像探头(4)的视频信号送入视频分割器(6)中合成为一路信号，再送入计算机(7)中进行处理。
2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于上述摄像探头每隔4～6米布置一层，其视角中心线(A)与锅炉的棱的夹角γ为40度到50度之间。
3.根据权利要求1或2所述的监测装置，其特征在于在每层布置两支摄像探头(4)，相邻两层交错分布。
专利摘要本实用新型公开了一种燃煤锅炉炉内三维温度场实时监测装置，它属于锅炉温度检测技术。该装置在锅炉冷灰斗至折焰角的炉膛区域内、沿锅炉高度方向分层布置摄像探头，每层至少布置两支，其视角中心线斜向下，各摄像探头的视频信号送入视频分割器中合成为一路信号，再送入计算机中进行处理。上述摄像探头最好每隔4～6米布置一层，其视角中心线与锅炉的棱的夹角γ为40度到50度之间为宜。本实用新型整套装置结构简单，易于实现，可以在电站锅炉的恶劣环境中稳定工作；所布置的多个摄像探头可以充分的接收来自炉膛内的辐射信息，能够准确的计算出炉膛内的三维温度场。
文档编号G01J5/48GK2739598SQ200420076978
公开日2005年11月9日 申请日期2004年10月15日 优先权日2004年10月15日
发明者周怀春, 娄春, 程强, 罗自学, 姜志伟 申请人:华中科技大学