专利名称：基于数字图像处理技术的灰渣厚度监测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃煤电站锅炉积灰结渣厚度监测领域，尤其涉及一种基于数字图像处理技术的灰渣厚度监测方法及装置。
背景技术：
煤中的矿物质和无机成分经炉内燃烧后变成煤灰。当烟气流经受热面时这些煤灰和其它的不可燃物质一起慢慢沉积下来，造成受热面的沾污。沾污现象分为两类结渣和积灰。所谓结渣，是指受热面壁上熔化了的灰沉积物的积聚，它与因受各种力的作用而迁移到壁面上的某些灰粒的成分、熔融温度、粘度及壁面温度等因素有关，多发生在炉膛水冷壁、卫燃带、屏式过热器、凝渣管等辐射或半辐射受热面，以及靠近炉膛出口的部分对流受热面，在炉膛下部冷灰斗也可能发生结渣现象。这些部位的烟气温度较高，在燃烧过程中，软化或者熔融状的灰颗粒粘结在受热面上，在受热面上不断生长、积累，形成覆盖层。由于经历过熔融或者烧结，难以分辨最初沉积颗粒的形状和界限。所谓积灰，是指温度低于灰熔点时灰沉物在受热面上的积聚，多发生在对流过热器、再热器、省煤器、空气预热器等对流受热面。这些部位的烟气温度低于煤灰的软化温度，沉积物大多由固态飞灰颗粒堆积形成，颗粒之间有清晰的界限。外表面有时会发生部分烧结，形成一个比较硬的壳。低温受热面上由于酸性结露和腐蚀导致的飞灰沉积也归属于积灰。发生在烟气侧的结渣与积灰现象，是由于煤中含有的不可燃矿物质，以及燃烧中的衍生物，在受热面上的物理和化学沉积而导致的。市场上积灰、结渣可视化成像设备基本无法工作在1400°C的高温流场中，特别是屏式过热器、高温过热器处的结焦，主要原因电站锅炉内的环境恶劣，温度过高，飞灰沾污等原因易损坏成像设备。公开号为102253081A的中国发明专利公开了一种基于声学原理的电站锅炉炉膛积灰监测方法，具体方法是首先建立一套成功的炉内结渣监测系统，从燃烧区以上，在按吹灰器分区，成对布置炉膛内烟气声波测温点和渣层表面声波测温点，提取有效的衡量结渣严重程度的特征参数；通过上述的声波测温点，利用声波测温技术对炉膛出口烟气温度和锅炉水冷壁温度进行测量，并建立炉膛灰污监测模型，判断炉膛整体灰污情况或炉膛局部受热面是否结焦或积灰。上述的装置无法实现高温下实时在线精确获取灰渣的厚度这一重要参数。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于数字图像处理技术的灰渣厚度监测方法及装置，可算得炉膛内的灰渣厚度。一种基于数字图像处理技术的灰渣厚度监测方法，包括以下步骤I)将结渣探针伸入炉膛内，并通过成像系统拍摄结渣探针端面的结渣图片；
2)获取上述的结渣图片，并利用Canny边缘提取算子提取所述结渣图片中的边缘图片；3)利用圆的Hough变换算法来检测边缘图片中结渣探针端面圆，并获得圆心和半径R，以及半径长度内的像素值已；4)计算所述边缘图片中的灰渣最高点，及其和圆心这段长度间的像素值Ph ；5)根据公式h = R(Ph-Pr)化，可得到灰渣的厚度h。在步骤2)中，计算机利用Matlab程序从成像系统内获取结渣图片；在步骤4)中，同样采用Matlab程序可得到边缘图片中灰渣最高点。在监测过程中，拍摄到的结渣图片中结渣探针端面变化量很�。梢院雎圆患疲虼丝山嵩秸攵嗣娴陌刖禦设为常数。本发明还提供了一种基于数字图像处理技术的灰渣厚度监测装置，包括结渣探针，由结渣杆和结渣探头组成，所述结渣探头伸入锅炉炉膛内；成像系统，用于采集所述结渣探头端面的结渣图片；水冷装置，套设在所述成像系统外；计算机，用于对所述结渣图片进行分析处理。成像系统伸入炉膛内，拍摄到结渣探头端面的结渣图片，并将该图片实时地传送至计算机，通过计算机处理分析当前结渣探头端面的结渣厚度，相关人员可通过结渣厚度这一参数评价煤种的积灰、结渣的严重程度，对于该煤种在锅炉中使用具有指导作用。所述结渣探头带有容纳腔，所述结渣杆的一端伸入容纳腔内，且结渣杆的外壁与结渣探头密封配合。所述结渣杆内带圆柱形的第一导热油通道，以及与第一导热油通道连通，且套设在所述第一导热油通道外的环形的第二导热油通道；所述结渣杆的侧壁设有与第二导热油通道连通的导热油进口，结渣杆的端部设有与第一导热油通道连通的导热油出口。结渣杆内通有导热油，这样可以起到连续冷却结渣杆的作用，模拟了电厂水冷壁中循环水不断对水冷壁等换热器的冷却，使得结渣杆的受热情况和水冷壁大致一样。所述导热油进口和导热油出口通过管路连接有导热油冷却装置，所述导热油出口处设有用于向导热油冷却装置发送控制信号的油温传感器。该油温控制器用于控制进入结渣杆内的导热油的温度保持不变。当本发明的装置运行时，设置好进入结渣杆的初始油温，当导热油经过结渣杆出来后(经过炉膛的加热)，流回到导热油冷却装置内的导热油温度将超过初始温度，布置在导热油出口处的油温传感器控制导热油冷却装置启动，将油温快速冷却到初始温度，然重新进入结渣探针内，形成导热油循环冷却系统，保持进入结渣杆的导热油温度始终不变。所述成像系统包括CCD相机和光学镜头，且本发明的光学镜头采用电动调焦。由于锅炉工作时炉膛内具有较高的温度，为使光学镜头能适应高温的工作环境，所述水冷装置套设在光学镜头的外部。所述水冷装置为带有容置腔的水冷套管，水冷套管的侧壁内设有双层相通的水冷夹层；所述水冷套管的侧壁设有与内层水冷夹层连通的冷却水进口，以及与外层水冷夹层连通的冷却水出口。由于炉膛内存在飞灰，且飞灰容易粘附在光学镜头的表面，从而影响光学镜头拍摄图片的效果和清晰度，为防止飞灰粘附在光学镜头的表面，所述水冷套管侧壁设有与容置腔连通的压缩空气进口，压缩空气出口位于水冷套管的端部，压缩空气在该处形成气膜，能防止飞灰沾污光学镜头。本发明的有益效果是(I)具有在1400°C高温、辐射的环境温度下保持CXD相机及光学镜头正常工作；(2)监测系统具有可视化能力，能够实时在线地监测炉膛受热面的积灰、结渣情况；(3)监测系统将可视化、灰渣厚度计算功能于一体，定量精确地提取了衡量燃烧煤种积灰，结渣严重程度的特征参数。
图1为本发明灰渣厚度监测装置的装置示意图。图2为本发明的结渣探针的局部剖面图。图3为本发明的成像系统和水冷装置的结构示意图。图4为本发明灰渣厚度监测方法的原理流程图。图5为本发明拍摄到的结渣图片。图6为本发明结渣图片处理后的边缘图片。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的基于数字图像处理技术的灰渣厚度监测方法及装置作进一步的说明。如图1所示，一种基于数字图像处理技术的灰渣厚度监测装置，包括结渣探针、成像系统、水冷装置和计算机8。如图2所示，结渣探针由结渣杆12和结渣探头13组成，结渣杆12贯穿锅炉9的炉壁，结渣探头13伸入炉膛内部。结渣杆12内通过有导热油，结渣杆12内设有圆柱形的第一导热油通道16，以及与第一导热油通道16连通，且套设在第一导热油通道16外的环形的第二导热油通道15 ;结渣杆12的侧壁设有与第二导热油通道15连通的导热油进口 10，其端部设有与第一导热油通道16连通的导热油出口 11。结渣探头13内带有容纳腔14，结渣杆12的一端伸入容纳腔14内，且结渣杆12的外壁与结渣探头13密封配合。导热油由导热油进口 10进入结渣杆12内的第二导热油通道15，然后经由结渣探头13的容纳腔14进入第一导热油通道16，最后由导热油出口 11排出。导热油进口 10和导热油出口 11通过金属软管连接有导热油冷却装置，且导热油出口 10处设有用于向导热油冷却装置发送控制信号的油温传感器，通过油温传感器控制导热油冷却装置的启动，控制着进入结渣杆12的导热油温度，使其维持不变。如图3所示，成像系统相对结渣探针对称布置，用于拍摄结渣探头13端面的结渣图片，且成像系统由CXD相机6和光学镜头5组成。在拍摄过程中，光学镜头5伸入炉膛的内部，为保护光学镜头不受高温损坏，光学镜头5外套设有水冷装置，且CCD相机6外设有相机护罩7，具有保护CCD相机6的作用。水冷装置为带有容置腔的水冷套管1，水冷套管I的侧壁内设有双层相通的水冷夹层；水冷套管I侧壁还设有与内层水冷夹层连通的冷却水进口 3，以及与外层水冷夹层连通的冷却水出口 2 ;冷却水由冷却水进口 3进入水冷套管I内，然后由冷却水出口 2排出。为防止炉膛的飞灰粘附在光学镜头5的表面，水冷套管I内通有压缩空气，压缩空气进口 4与水冷套管I的容置腔连通，压缩空气由水冷套管I另一端的光学镜头观察口排出，压缩空气在该处形成气膜，能防止飞灰沾污光学镜头，从而保证了 CCD相机拍摄的图片质量。计算机8用于对CCD相机拍摄的结渣图片进行分离处理，从而得到结渣探头端面的灰渣厚度。如图4所示，在结渣图片拍摄的过程中，计算机利用Matlab程序来读取CCD相机拍摄的24bit结渣图片(如图5所示)；接着利用Canny边缘提取算子来获得结渣图片的边缘，并得到相应的边缘图片(如图6所示)；再利用圆的Hough变换算法来检测边缘图片中结渣探头端面圆，并获取圆心和半径R这一长度上的像素值匕；设灰渣最大厚度为特征厚度h，最后再通过Matlab程序来找寻探针上灰渣的最高点，及其和圆心之间这一长度上的像素值Ph;设探头端面圆的半径R为常数，因为R的变化量非常�。梢院雎圆患疲莼以穸燃扑愎絟 = R(Ph-Pr) /Py可得到灰渣的厚度，并自动保存在计算机中。如图4所示，当成像系统运行时，计算机也在不断地对所拍摄的结渣图片进行处理，当成像系统停止时，计算机检测到此次的图片序号不大于上次图片序号，表明已停止拍摄，程序自动停止运行。
权利要求
1.一种基于数字图像处理技术的灰渣厚度监测方法，其特征在于，包括以下步骤 1)将结渣探针伸入炉膛内，并通过成像系统拍摄结渣探针端面的结渣图片； 2)获取上述的结渣图片，并利用Canny边缘提取算子提取所述结渣图片中的边缘图片; 3)利用圆的Hough变换算法来检测边缘图片中结渣探针端面圆，并获得圆心和半径R，以及半径长度内的像素值Pr ； 4)计算所述边缘图片中的灰渣最高点，及其和圆心这段长度间的像素值Ph； 5)根据公式h= R(Ph-P)，可得到灰渣的厚度h。
2.一种基于数字图像处理技术的灰渣厚度监测装置，其特征在于，包括 结渣探针，由结渣杆和结渣探头组成，所述结渣探头伸入锅炉炉膛内； 成像系统，用于采集所述结渣探头端面的结渣图片； 水冷装置，套设在所述成像系统外； 计算机，用于对所述结渣图片进行分析处理。
3.如权利要求2所述的基于数字图像处理技术的灰渣厚度监测装置，其特征在于，所述结渣探头内带有容纳腔，所述结渣杆的一端伸入容纳腔内，且结渣杆的外壁与结渣探头密封配合。
4.如权利要求3所述的基于数字图像处理技术的灰渣厚度监测装置，其特征在于，所述结渣杆内带圆柱形的第一导热油通道，以及与第一导热油通道连通，且套设在所述第一导热油通道外的环形的第二导热油通道；所述结渣杆的侧壁设有与第二导热油通道连通的导热油进口，结渣杆的端部设有与第一导热油通道连通的导热油出口。
5.如权利要求4所述的基于数字图像处理技术的灰渣厚度监测装置，其特征在于，所述导热油进口和导热油出口通过管路连接有导热油冷却装置，所述导热油出口处设有用于向导热油冷却装置发送控制信号的油温传感器。
6.如权利要求5所述的基于数字图像处理技术的灰渣厚度监测装置，其特征在于，所述成像系统包括CCD相机和光学镜头，所述水冷装置套设在光学镜头的外部。
7.如权利要求6所述的基于数字图像处理技术的灰渣厚度监测装置，其特征在于，所述水冷装置为带有容置腔的水冷套管，水冷套管的侧壁内设有双层相通的水冷夹层；所述水冷套管的侧壁设有与内层水冷夹层连通的冷却水进口，以及与外层水冷夹层连通的冷却水出口。
8.如权利要求7所述的基于数字图像处理技术的灰渣厚度监测装置，其特征在于，所述水冷套管侧壁设有与容置腔连通的压缩空气进口。
全文摘要
本发明公开了一种基于数字图像处理技术的灰渣厚度监测方法，包括以下步骤1)将结渣探针伸入炉膛内，并通过成像系统拍摄结渣探针端面的结渣图片；2)获取上述的结渣图片，并利用Canny边缘提取算子提取所述结渣图片中的边缘图片；3)利用圆的Hough变换算法来检测边缘图片中结渣探针端面圆，并获得圆心和半径R，以及半径长度内的像素值Pr；4)计算边缘图片中的灰渣最高点，及其和圆心这段长度间的像素值Ph；5)根据公式h＝R(Ph-Pr)/Pr，可得到灰渣的特征厚度h。本发明还公开了一种基于数字图像处理技术的灰渣厚度监测装置。本发明可以直观地反映煤灰在结渣探针上积灰、结渣情况，同时也可以精确地获取探针上的灰渣厚度。
文档编号G01B11/06GK103063150SQ20121055689
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者周昊, 周斌, 岑可法 申请人:浙江大学
专业数控铣床产品供应商
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