基于红外测温的光热塔式吸热器堵管探测应对控制系统的制作方法

本发明涉及熔盐塔式光热发电领域，特别涉及一种基于红外测温的光热塔式吸热器堵管探测应对控制系统。

背景技术：

太阳能热发电是大规模开发利用太阳能的一个重要技术途径，它通过将太阳能转换成热能，通过热功转换进行发电。

太阳能塔式发电是太阳能热发电的一种，是通过跟踪太阳运动的定日镜将太阳辐射反射到置于吸热塔上的吸热器上，获得高温传热介质，高温传热流体直接或间接通过热力循环的发电系统。塔式太阳能热发电的设计思想源于20世纪50年代的苏联，发展于80年代，于西班牙，意大利，美国和法国都相继建立塔式太阳能光热电站。

塔式太阳能热发电系统可实现200～1000的聚光比，吸热器的平均热流密度可达300～1000kW/m²，工作温度可超过1000℃，电站规模可达30～400MWe。根据吸热介质的不同，塔式吸热器可分为熔盐吸热器、水工质吸热器、空气吸热器和固体颗粒吸热器等。

熔盐塔式技术是利用熔融盐作为传热介质的塔式太阳能热发电技术。定日镜将太阳光反射至吸热器上时，通过吸热器管路内流动的熔盐将热量带走。由于太阳能聚光能流密度非常高且具有不均匀性和不稳定性，若出现太阳光的强度突然减弱或者自然环境突变等情况，会使出口容器或入口容器与管路接口处熔盐温度降低至凝固点，导致熔盐在吸热器管路流动时凝固，堵塞管屏，形成堵管。堵管对吸热器存在重大安全隐患，若发生堵管现象，管路内熔盐不再流动，无法将定日镜反射的太阳能热量带走，局部温度剧烈升高，造成吸热器材料热应力破化，影响吸热器使用寿命。

现有技术中通常通过在吸热器表面安装测温部件的方式来测量吸热气表面温度，进而对堵管现象进行检测。但这一方式存在测量点较少，对吸热器温度检测不全面的缺陷，不利于及时检测与发现堵管现象的发生。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术对吸热器表面测温困难以及测量点较少的问题，从而提供一种基于红外测温的光热塔式吸热器堵管探测应对控制系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种光热塔式吸热器堵管探测应对控制系统，包括：红外测温仪3、红外测温及堵管探测模块4；其中，

所述红外测温仪3安装在所述吸热器1的四周、塔式太阳能热发电系统的镜场的地面位置，其与所述红外测温及堵管探测模块4通信连接；所述红外测温及堵管探测模块4则与塔式太阳能热发电系统的镜场控制系统6通信连接；当光热塔式镜场工作时，塔式太阳能热发电系统的定日镜5将太阳的直射辐射都集中反射于所述吸热器1上，所述红外测温仪3所记录的数据传输给红外测温及堵管探测模块4，所述红外测温及堵管探测模块4通过分析计算探测堵管现象是否发生，若发生堵管现象则反馈给镜场控制系统6，通过对所述定日镜5的控制消融堵管。

上述技术方案中，所述红外测温及堵管探测模块4还利用从所述红外测温仪3接收到的数据，与外部的镜场控制系统6配合，使所述吸热器1表面温度均匀。

上述技术方案中，还包括测温器件2，所述测温器件2安装在塔式太阳能热发电系统的吸热器1的背面，所述红外测温仪3拍摄的实时红外温度通过测温器件2进行实时校准。

上述技术方案中，所述测温器件2为测温热电阻或测温热电偶。

上述技术方案中，所述红外测温仪3包括：红外长焦镜头、红外测温机心、通讯组件；其中的红外长焦镜头能将所述吸热器1放置于大部分成像视场内；所述通讯组件用于实现所述红外测温仪3与所述红外测温及堵管探测模块4间的通信连接。

上述技术方案中，所述红外测温仪3的数量与吸热器1的类型有关；当吸热器1为腔式吸热器时，在镜场中只需要安置一台红外测温仪3对吸热器1进行实时监控；当吸热器1为外置圆周式吸热器时，需要在吸热器1的四周放置多台红外测温仪3进行监控，实现对吸热器1的三百六十度无死角测量。

上述技术方案中，所述红外测温仪3在安装时应避免被周围定日镜遮挡红外测温设备视场角，且避免妨碍清洗定日镜的道路。

上述技术方案中，所述红外测温仪3每隔一段时间与所述测温器件2的测量结果做实时校准，在校准时，将其测得的温度数据与所述测温器件2的测量结果进行比较，若两者的差值在一阈值范围内，则认为精度符合测量要求，若两者的差值超出了该阈值范围，则通过调整所述红外测温仪3内的配温曲线使得该差值缩小至阈值范围内。

上述技术方案中，所述红外测温及堵管探测模块4利用从所述红外测温仪3接收到的温度数据探测吸热器1是否存在堵管现象，包括：

首先对温度数据进行预处理；然后利用预处理后的温度数据进行堵管探测计算，由于堵管管路的温度会比左右两侧的管路温度都要高，所述红外测温及堵管探测模块4通过此特征进行识别，判断是否堵管；若出现堵管，所述红外测温及堵管探测模块4将堵管发生通知、堵管所在管道位置及堵管所在区块编号发送给镜场控制系统6，所述镜场控制系统6将指定用于融解堵管的定日镜光斑置于堵管位置处，进行消融堵管操作；当红外测温仪3探测到堵管已经消融后，通知镜场控制系统6撤销消融堵管操作。

上述技术方案中，所述预处理具体包括：首先保证吸热器1在温度数据的图像中正立放置，然后在图像中识别出吸热器下边缘弯曲弧线的像素位置，根据吸热器1下边缘弧线形状对吸热器1图像进行伸缩处理，使得下边缘在图像中为水平直线。

上述技术方案中，所述红外测温及堵管探测模块4利用从所述红外测温仪3接收到的温度数据，与外部的镜场控制系统6配合，使所述吸热器1表面温度均匀；具体包括：首先从所述红外测温仪3所传输的温度数据中，确定所述吸热器1表面的温度最高区域和最低区域，然后向镜场控制系统6发出控制指令，使得目标位置为温度最高区域的定日镜光斑移动到温度最低区域，重复上述操作多次，直到最低区域与最高区域温度相近。

本发明的优点在于：

1、本发明使用红外测温设备探测吸热器熔盐管路堵管情况，并针对堵管工况进行相应控制操作，消融堵管。可以有效保护吸热器，提高吸热器使用寿命。

2、本发明解决了工作状态下吸热器1表面温度较高，不好放置温度传感器的问题。并且测量点直接由热成像探测器像素数决定，成本较低。实时性好。该测温控制系统可以很好的跟踪吸热器表面能流密度的分布，通过控制系统可以有效避免局部过热或局部过冷，很好的保护了吸热器背后的导热介质管路。

附图说明

图1是本发明的光热塔式吸热器堵管探测应对控制系统的结构示意图；

图2是本发明中的红外测温仪的布置示意图。

图面说明：

1 吸热器 2 测温器件

3 红外测温仪 4 红外测温及堵管探测模块

5 定日镜 6 镜场控制系统

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

参考图1，本发明的光热塔式吸热器堵管探测应对控制系统包括：测温器件2、红外测温仪3、红外测温及堵管探测模块4；其中，所述测温器件2安装在塔式太阳能热发电系统的吸热器1的背面；所述红外测温仪3安装在吸热器1的四周、塔式太阳能热发电系统的镜场的地面位置，其与红外测温及堵管探测模块4通信连接；所述红外测温及堵管探测模块4则与塔式太阳能热发电系统的镜场控制系统6通信连接；当光热塔式镜场工作时，塔式太阳能热发电系统的定日镜5将太阳的直射辐射都集中反射于吸热器1上，由所述红外测温仪3拍摄的实时红外温度通过吸热器背面的测温器件2进行实时校准，所述红外测温仪3所记录的数据传输给红外测温及堵管探测模块4；通过红外测温及堵管探测模块4的分析计算，反馈给镜场控制系统6，从而对定日镜5进行特定工况下的操作。

下面对本发明的光热塔式吸热器堵管探测应对控制系统中的各个部件做进一步的说明。

所述测温器件2可以是测温热电阻，也可以是测温热电偶。

所述红外测温仪3包括：红外长焦镜头、红外测温机心、通讯组件；其中的红外长焦镜头的参数根据实际情况进行匹配，应使得红外长焦镜头恰好能将吸热器1放置于大部分成像视场内；所述通讯组件用于实现红外测温仪3与红外测温及堵管探测模块4间的通信连接。

所述红外测温仪3的数量与吸热器1的类型有关。塔式太阳能热发电系统中的吸热器主要分为腔式吸热器和外置圆周式两种类型，对于腔式吸热器，在镜场中只需要安置一台红外测温仪对吸热器进行实时监控；对于外置圆周式吸热器，则需要放置多台红外测温仪3进行监控，红外测温仪3的具体数量取决于吸热器的具体尺寸，应保证多台红外测温仪3均匀分布于吸热器1的四周，对吸热器1实现三百六十度无死角测量。对于外置圆周式吸热器，所述多台红外测温仪3可以是四台、八台或十六台，在图2所示的实例中，所述红外测温仪3有四台，均匀分布于吸热器1的四周。

所述红外测温仪3的安装位置还需要考虑前方遮挡及道路情况。避免被周围定日镜遮挡红外测温设备视场角，且避免妨碍清洗定日镜的道路。

所述红外测温仪3所记录的数据包括两种类型，一种是红外图像数据，所述红外图像数据定性地描述了观察对象(如吸热器1)的表面温度，如温度高的地方图像颜色比较深，温度低的地方图像颜色比较浅；所述红外图像数据可以以矩阵的形式描述并传输；另一种是温度数据，所述温度数据定量地描述了观察对象(如吸热器1)的表面温度，如以摄氏度来描述观察对象表面各个点的温度；所述温度数据可以以矩阵的形式描述并传输。红外测温仪3所记录的这两种类型的数据都需要传输给红外测温及堵管探测模块4。所述红外图像数据将作为图像界面提供给操作人员观看，所述温度数据则可用于堵管检测。

所述红外测温仪3每隔一段时间需要与所述测温器件2的测量结果做实时校准，在校准时，需要将其测得的温度数据与测温器件2的测量结果进行比较，若两者的差值在一阈值范围内，则认为精度符合测量要求，若两者的差值超出了该阈值范围，则通过调整红外测温仪3的标定模块内的配温曲线使得该差值缩小至阈值范围内。所述阈值在实践中需要根据吸热器1的耐温极值来确定其具体的取值，可以是20℃，也可以是10℃，还可以是5℃。

所述红外测温及堵管探测模块4在接收到所述红外测温仪3传输的数据后，能够利用其中的温度数据探测吸热器1是否存在堵管现象。在检测堵管现象时，首先对温度数据进行预处理；然后利用预处理后的温度数据进行堵管探测计算，由于堵管管路(管排)的温度会比左右两侧的管路(管排)温度都要高，红外测温及堵管探测模块4通过此特征进行识别，判断是否堵管；若出现堵管，红外测温及堵管探测模块4将堵管发生通知、堵管所在管道位置及堵管所在区块编号发送给镜场控制系统6，镜场控制系统6将指定用于融解堵管的定日镜光斑置于堵管位置处，进行消融堵管操作；当红外测温仪3探测到堵管已经消融后，通知镜场控制系统6撤销消融堵管操作。

其中，红外测温及堵管探测模块4对温度数据进行预处理的原因在于：由于红外测温仪3放置于近地面的位置，其视场主光轴与吸热器表面存在一定的仰角关系，在红外测温仪输出的原始温度数据中，吸热器1的上下边缘呈现半月形，不利于堵管的探测。所述预处理具体包括：首先保证吸热器1在原始温度数据的图像中正立放置，然后在图像中识别出吸热器下边缘弯曲弧线的像素位置，根据吸热器1下边缘弧线形状对吸热器1的图像进行伸缩处理，使得下边缘在图像中为水平直线。

其中，堵管所在管道位置可通过堵管位置的定标确定，堵管所在区块编号可通过区块定标确定。在区块定标时，堵管所在区块的划分是根据所选用定日镜大小决定，定日镜面积越大，堵管区块划分得越大。区块可以为方格排布形状，也可以根据管道的形状进行布置。

所述红外测温及堵管探测模块4在接收到红外图像数据后，会将其转发给塔式光热场的控制系统，在该控制系统的操作界面上显示。

所述红外测温及堵管探测模块4还能够利用从红外测温仪3接收到的数据，与外部的镜场控制系统6配合，使吸热器1表面温度均匀。这一过程包括：首先从红外测温仪3所传输的温度数据中，确定吸热器1表面的温度最高区域和最低区域，然后向镜场控制系统6发出控制指令，使得目标位置为温度最高区域的定日镜光斑移动到温度最低区域，重复上述操作多次，直到最低区域与最高区域温度相近。

最后所应说明的是，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。