空气预热器转子变形量的激光图像检测装置及其检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于回转式空气预热器内部转子变形量测量技术领域，具体涉及一种空气 预热器转子变形量的激光图像检测装置及其检测方法。
【背景技术】
[0002] "回转式空气预热器"也称为"容克式空气预热器"，以下简称"空预器"，是大型工 业锅炉的主要部件之一，是锅炉的重要节能降耗设备。它在原理上是一种热交换器，主要功 能是利用锅炉燃烧排放的废烟气预热即将进入锅炉燃烧的助燃空气，从而提高锅炉的热效 率。
[0003] 空预器的主要结构是一个巨大的圆柱型转子，这个转子被沿半径方向的多个密封 隔板分割成数十个上下相通的扇型柱体，专业上称之为"密封仓格"。密封仓格之间互不相 通，其中填充波纹状铁板，简称"波纹板"，波纹板被铁框架封装成具有一定规模的整体化模 块，这种模块被称为"蓄热元件"。
[0004] 回转式空预器工作时，承载蓄热元件的转子不断旋转，当蓄热元件旋转到烟气侧 时炽热的烟气穿过波纹板的缝隙将热量传递给蓄热元件，当蓄热元件被旋转到空气侧时穿 过波纹板缝隙的冷空气又将蓄热元件中的热量带走。通过预热器转子的连续转动，使蓄热 元件交替通过烟道和风道完成烟气与空气的热量交换。
[0005] 为了实现烟道与风道以及不同风压风道之间的相互分隔，在每一个分隔面上设计 了上下两块扇形的密封盖板，简称"扇形板"，用于对不同的预热器工作区域进行分隔。
[0006] 在空预器内部，炽热的烟气从上部进入空预器，而冷空气从下部进入空预器，所以 空预器整体的温度分布为上端温度高下端温度低；从烟气侧转出来时温度高，从空气侧进 入烟气侧时温度低。由于空预器转子整体受热不均匀，在内部复杂热膨胀的作用下，空预器 工作时转子会产生了一种"蘑菇"状变形。由于转子中心膨胀量大外侧膨胀量小，导致转子 外沿相对预热器整体结构发生下沉，而且这种下沉式变形的大小还随锅炉工作负荷和工作 状态的改变而改变。整体的规律是生产负荷越大变形量越大。由于变形量的大小会变化， 所以旋转的转子与固定的扇形板之间的密封间隙是一个变化的机械量。随着炉型不同，其 最大变化范围可从Omm到40mm以上。若不对此变化的密封间隙进行处理，则大量的助燃空 气没有进入炉膛工作而直接泄露到烟道，造成风机短路电耗增加。同时由于热空气由烟道 泄露带走了大量的有效热能，将导致锅炉燃烧热效率的下降。
[0007] 针对这一问题，目前工业上应用较为广泛的一种技术方法是采用传感器测量因热 变形引起的密封间隙变化量，并根据测量结果采用机械装置动态调整扇形板位置，用于弥 补热变形引起的密封间隙变化，从而维持密封间隙为一预设的最佳恒定值。通过闭环控制， 这一密封间隙大致可以稳定在Imm左右，可以达到明显抑制空预器漏风的目的。由于预热 器下部泄露的是未经预热的冷空气，而上部泄露的是经过预热的热空气，因此工业实践中 通常优先在预热器热端扇形板安装该自动控制系统。
[0008] 由于预热器内部热端的温度高达350°C至450°C，并且烟气中含有大量的灰尘和 腐蚀性物质，如何在这样恶劣的环境中稳定检测转动的预热器转子的热变形量，是实现上 述闭环密封间隙控制的技术关键。
[0009] 其中一种常用的检测方法是探杆式密封间隙检测技术，该方法从预热器外部向预 热器内部伸入一个机械探杆，当探杆的端头触碰到旋转的预热器转子时检测开关动作，检 测系统即可根据开关动作时探杆的伸入长度确定空预器转子的变形量。
[0010] 由于预热器工作时转子是转动的，转速约为lrpm，由于直径较大，预热器转子外侧 变形量最大处的旋转线速度可达数米每秒，当探杆伸入预热器与转子接触时会发生较强烈 的摩擦。由于预热器内部温度较高无法进行有效的润滑，导致探杆端头与转子测量基准面 11之间发生明显的磨损。因此该技术无法连续测量预热器的变形量，检测只能间歇进行。 实际工业使用中，该技术方法的故障率较高，设备维护工作量也比较大。
[0011] 另一种常用的检测方法是高温型电涡流位移测量技术，该方法基于电涡流测距原 理，在预热器内转子测量基准面11的上部安装一个耐高温的涡流检测线圈，线圈与旋转的 测量基准面11之间非接触。涡流检测线圈通过耐高温导线与预热器外部的测量电路相互 连接，外部检测电路驱动预热器内部的测量线圈，基于电涡流测距原理，可以非接触的检测 涡流探头与金属基准面之间的距离，从而实现空预器转子变形量的测量。
[0012] 该技术的优势是非接触测量没有磨损问题，因此可以进行连续的测量。该技术方 法主要有三个方面的问题：
[0013] 1、电涡流的测距范围较小，通常最大量程只有15mm左右。为实现大范围的变形量 测量，实际使用中需要将探头安装在扇形板上随扇形板上下运动，通过测量相对变形量的 方法实现控制。这一工作方式导致电涡流探头的炉内安装结构需要机械移动部件，安装使 用比较麻烦。
[0014] 2、预热器内部的腐蚀性物质会腐蚀涡流测量线圈和连接导线，积灰会引起电气参 数改变，这些因素都会导致测量结果发生漂移，严重影响漏风控制效果。腐蚀严重时还会直 接损坏测量装置，使系统完全无法工作。因此这种检测方法的可靠性比较差。
[0015] 3、由于部分容易损坏的电子部件安装在炉内，一旦损坏又无法在锅炉运行过程中 进行维修和更换，导致预热器漏风长时间无法有效控制，引起预热器综合漏风控制效果显 著下降。
【发明内容】
[0016] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种空气预热器转子变形量的激光图像检 测装置及其检测方法。
[0017] 为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0018] 本发明实施例提供一种空气预热器转子变形量的激光图像检测装置，该检测装置 包括激光发射器、图像采集器、两路光路通道；
[0019] 所述激光发射器，用于发射激光束；
[0020] 其中一路光路通道，用于将激光发射器（3)发射的激光束投射到空气预热器转子 的测量基准面上，并且呈现光斑位置；
[0021] 另一路光路通道，用于将激光束在空气预热器转子的测量基准面上呈现的光斑位 置传输到图像采集器；
[0022] 所述图像采集器，用于采集测量基准面上的光斑位置，并且根据不同的光斑位置 获取光斑位置的变化量，将光斑位置的变化量经过数学变换后输出转子变形量信息。
[0023] 上述方案中，该装置包括：第一L型通道1、第二L型通道、激光发射器、图像采集 器，所述第一L型通道1叠加设置在第二L型通道上方，并且两者水平设置，所述第一L型通 道垂直部分的内壁相对设置有镜面，所述第一L型通道1和第二L型通道的拐角处均设置 有玻璃反射镜，所述第一L型通道的出口处设置有与水平方向成角度的第一内密封玻璃， 所述第二L型通道的入口处水平设置有第二内密封玻璃；所述第一L型通道1和第二L型 通道设置在空气预热器转子上方。
[0024] 上述方案中，该装置包括：第一L型通道、第二L型通道、激光发射器、图像采集器， 所述第一L型通道叠加设置在第二L型通道上方，并且两者水平设置，所述第一L型通道垂 直部分的内壁相对设置有镜面，所述第一L型通道和第二L型通道的拐角处均设置有玻璃 反射镜，所述第一L型通道的出口处设置有与水平方向成角度的第一内密封玻璃，所述第 二L型通道的入口处水平设置有第二内密封玻璃；所述预热器转子测量基准面上方的扇形 板上设置有随扇形板动作的突出标记物；所述第一L型通道和第二L型通道设置在空气预 热器顶部的扇形板一侧突出的突出标记物上方。
[0025] 本发明实施例还提供一种空气预热器转子变形量的激光图像检测方法，该方法 为：通过激光发射器发射激光束，并将激光束经一路光路通道呈角度投射到空气预热器转 子的测量基准面上；当空气预热器转子变形引起测量基准面位置变化时，所述激光束投射 在测量基准面上的光斑位置也将发生变化；
[0026] 图像采集器经另一路光路通道采集光斑位置，并且根据不同的光斑位置获取光斑 位置的变化量，并经过数值变换后输出空气预热器转子变形量信息，根据空气预热器转子 变形量信息调节扇形板的位置。
[0027] 上述方案中，该方法为：所述激光发射器发射的点状激光束经第一L型通道内拐 角处的镜面以及所述第一L型通道垂直部分的内壁相对设置的镜面反射，使点状激光束成 角度的投射到空气预热器转子的测量基准面上呈现光斑图像，图像采集器通过第二L型通 道内拐角处的镜面反射采集到空气预热器转子的测量基准面的处