流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置及方法

2023-10-10 13:33:14 1

流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置，包括管壁內含隔熱夾層的耐高溫套管、高溫玻璃鏡頭、第一內窺鏡、第二內窺鏡、固定有第一內窺鏡加持頭和第二內窺鏡加持頭並能調節兩者之間位置的位置調節器、設置在隔熱夾層內的水冷系統、第一高速攝像機、第二高速攝像機、第一視頻採集器、第二視頻採集器、同步控制器和處理計算機；同時還公開了該裝置的測量方法。實現了一種即能獲得流化床鍋爐內顆粒三維運動過程的信息，性價比又高的流化床鍋爐顆粒運動的測量裝置及該裝置的測量方法。
【專利說明】流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置及方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置及方法，屬於流化床和多相流測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]流化床鍋爐是潔淨煤燃燒領域重要的基礎設備，與傳統燃煤鍋爐相比，流化床鍋爐燃燒更加清潔，由於流化床鍋爐的燃煤和石灰石一同送入爐膛內進行燃燒，在沒有煙氣脫硫裝置的情況下，脫硫率仍然可達80%~95%，NOx排放可減少50% ;其次，流化床鍋爐燃料適應性強，可以燃燒劣質煤，煤矸石，石油焦，生物質等不宜在傳統煤粉鍋爐中燃燒的燃料，且粒度要求較低，與傳統煤粉鍋爐相比燃料破碎能耗較低，燃燒效率更高(可達95%~99%);除此之外，流化床鍋爐的負荷適應性好，負荷調節範圍達30%~100%。正因為以上多種優點，流化床鍋爐(特別是循環流化床鍋爐)正在逐步替代傳統的煤粉鍋爐，鏈條爐和爐排鍋爐等，成為工業生產中能源轉化和廢棄物燃燒處理的主力設備。
[0003]流化床鍋爐高效運行的關鍵是床內顆粒和空氣之間良好的氣固流動狀態。合理的氣固流動狀態可以加強氣固兩相之間的混合，增強兩相間的傳熱傳質，提高燃燒效率並降低汙染物的產生。因此，對流化床鍋爐內顆粒進行在線測量，掌握流化床鍋爐內顆粒運動規律對於提高流化床鍋爐的安全性，優化其運行效率都具有重要意義。
[0004]目前，針對流化床鍋爐內顆粒運動測量的方法主要是借鑑氣固兩相流動測量的方法，手段有PIV方法，光導纖維法，雷射都卜勒方法和可視化測量方法等。但或多或少都存在著不足，例如Piv方法適合於顆粒含量較少(即稀相顆粒)的情況下的測量，並且往往只能捕獲顆粒在一個平面上的運動過程，不能捕捉到顆粒的三維運動過程；光導纖維法是通過分析顆粒在經過一束光導纖維前時反射光信號相關性來確定顆粒的運動速度，其準確性有待考證，同樣也不能提供顆粒三維運動過程的信息；雷射都卜勒方法是通過測量粒子反射雷射的都卜勒信號頻率，再根據速度與都卜勒信號頻率頻率的關係得到速度，精度較高，但價格昂貴；可視化測量方法是通過將攝像機置入流化床鍋爐內部，拍攝顆粒運動過程，並通過分析顆粒運動的視頻信息以獲得顆粒運動參數和分布，精度較高，但是也不能提供顆粒三維運動過程的信息。專利ZL200820071380.8報導了一種醫用的立體雙內窺鏡系統，創新了內窺鏡結構設計，但是其結構設計並不適合流化床鍋爐內部高溫條件和複雜氣固條件下的測量需求。專利CN201020033171.1報導了一種雙攝像頭工業內窺鏡，但是需要其結構較為複雜，並且也不適合高溫條件下的測量需求。
[0005]因此，開發一種流化床鍋爐顆粒運動的測量裝置及該裝置的測量方法，即能獲得流化床鍋爐內顆粒三維運動過程的信息，又性價比高，對於科學研究、工程設計和工業應用都具有重要意義。

【發明內容】

[0006]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置及方法，實現了一種即能獲得流化床鍋爐內顆粒三維運動過程的信息，性價比又高的流化床鍋爐顆粒運動的測量裝置及該裝置的測量方法。
[0007]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是:
[0008]流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置，包括管壁內含隔熱夾層的耐高溫套管、高溫玻璃鏡頭、第一內窺鏡、第二內窺鏡、固定有第一內窺鏡加持頭和第二內窺鏡加持頭並能調節兩者之間位置的位置調節器、設置在隔熱夾層內的水冷系統、第一高速攝像機、第二高速攝像機、第一視頻採集器、第二視頻採集器、同步控制器和處理計算機；所述高溫玻璃鏡頭通過密封蓋固定在耐高溫套管的一端，所述位置調節器固定在耐高溫套管的內腔中並且其固定位置靠近高溫玻璃鏡頭，所述第一內窺鏡的一端與第一內窺鏡加持頭連接，另一端延伸出耐高溫套管並加裝第一高速攝像機，第一高速攝像機的另一端與第一視頻採集器的輸入端相連，所述第二內窺鏡的一端與第二內窺鏡加持頭連接，另一端延伸出耐高溫套管並加裝第二高速攝像機，第二高速攝像機的另一端與第二視頻採集器的輸入端相連，第一視頻採集器的輸出端和第二視頻採集器的輸出端均與處理計算機連接，所述處理計算機通過同步控制器控制第一視頻採集器和第二視頻採集器。
[0009]所述位置調節器包括第一內窺鏡加持頭、第二內窺鏡加持頭、調節螺杆、底座、移動座和固定在底座上的固定座，所述第一內窺鏡加持頭固定在固定座上，所述第二內窺鏡加持頭固定在移動座上，所述移動座與底座之間為導軌結構，所述移動座通過轉動調節螺杆在底座上滑動並調節與固定座的距離。
[0010]所述水冷系統包括設置在隔熱夾層內的水冷管以及為水冷管提供循環冷卻水的冷卻水源，所述水冷管圍繞耐高溫套管的空腔纏繞成螺旋形。
[0011]所述密封蓋與耐高溫套管之間採用螺紋連接。
[0012]流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置的測量方法，包括以下步驟，
[0013]步驟一，處理計算機向同步控制器發出指令；
[0014]步驟二，同步控制器控制第一視頻採集器和第二視頻採集器分別同步採集來自第一高速攝像機和第二高速攝像機的視頻數據，同時處理計算機同步記錄由第一視頻採集器和第二視頻採集器傳送來的視頻數據並還原為視頻圖像；
[0015]步驟三，對兩組還原的視頻圖像進行畸變校正；
[0016]步驟四，計算視頻圖像的灰度值；
[0017]步驟五，判斷灰度值是否大於設定的閾值，如果大於則轉至步驟六，如果不大於則轉至步驟七；
[0018]步驟六，拍攝區域屬於密相區域，在視頻圖像上採用邊緣識別方法識別出每個顆粒並分別進行跟蹤，然後轉至步驟八；
[0019]步驟七，拍攝區域屬於稀相區域，在視頻圖像上採用光流場算法識別出每個顆粒並對顆粒進行整體跟蹤，然後轉至步驟八；
[0020]步驟八，將從第一內窺鏡和第二內窺鏡中拍攝的視頻圖像進行合成，根據同一個被識別和跟蹤顆粒在兩組視頻圖像中的視差構出其三維運動過程；
[0021]步驟九，進一步得出顆粒三維運動過程的信息。
[0022]本發明的有益效果:1、本發明所述的流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置包括水冷系統，有效的防止高溫損壞裝置；2、所述的流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置包括同步控制器控制同步高速拍攝，實現實時在線測量；3、所述的流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置包括位置調節器，通過位置調節器能夠調節第一內窺鏡和第二內窺鏡之間的間距，能適應不同顆粒運動的測量；4、本發明所述的測量方法包括灰度值的計算，針對不同的拍攝區域，採取不同的視頻圖像處理方法，大大提高了不同測量條件下所述裝置和方法的實用性；5、採用的視頻圖像處理方法為比較成熟可靠的處理方法，增加了所述裝置和方法的魯棒性；6、本發明能夠精確測量流化床鍋爐內顆粒三維運動過程的信息，彌補了傳統裝置和方法只能進行二維測量的缺點，同時與雷射都卜勒方法相比性價比更高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為耐高溫套管的結構示意圖。
[0024]圖2為本發明所述的流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置的結構示意圖。
[0025]圖3為位置調節器的結構示意圖；其中A為正視圖，B為側視圖，C為俯視圖，D為
立體圖。
[0026]圖4為本發明所述的測量方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0028]如圖1和2所示,流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置,包括管壁內含隔熱夾層(如矽酸鹽隔熱材料的夾層)的耐高溫套管1、高溫玻璃鏡頭2、第一內窺鏡4、第二內窺鏡5、固定有第一內窺鏡加持頭8和第二內窺鏡加持頭9並能調節兩者之間位置的位置調節器3、設置在隔熱夾層內的水冷系統、第一高速攝像機11、第二高速攝像機12、第一視頻採集器13、第二視頻採集器14、同步控制器15和處理計算機16。
[0029]所述高溫玻璃鏡頭2通過密封蓋6固定在耐高溫套管I的一端，所述密封蓋6與耐高溫套管I之間採用螺紋連接，所述位置調節器3固定在耐高溫套管I的內腔中並且其固定位置靠近高溫玻璃鏡頭2,所述第一內窺鏡4的一端與第一內窺鏡加持頭8連接,另一端延伸出耐高溫套管I並加裝第一高速攝像機11，第一高速攝像機11的另一端與第一視頻米集器13的輸入端相連，所述第二內窺鏡5的一端與第二內窺鏡加持頭9連接,另一端延伸出耐高溫套管I並加裝第二高速攝像機12，第二高速攝像機12的另一端與第二視頻採集器14的輸入端相連，第一視頻採集器13的輸出端和第二視頻採集器14的輸出端均與處理計算機16連接，所述處理計算機16通過同步控制器15控制第一視頻採集器13和第二視頻採集器14。
[0030]如圖3所不，所述位直調節器3包括弟一內規鏡加持頭8、弟二內規鏡加持頭9、調節螺杆19、底座20、移動座18和固定在底座20上的固定座17，所述第一內窺鏡加持頭8固定在固定座17上，所述第二內窺鏡加持頭9固定在移動座18上，所述移動座18與底座20之間為導軌結構，所述移動座18通過轉動調節螺杆19在底座20上滑動並調節與固定座17的距離。
[0031] 所述水冷系統包括設置在隔熱夾層內的水冷管7以及為水冷管7提供循環冷卻水的冷卻水源10，所述水冷管7圍繞耐高溫套管I的空腔纏繞成螺旋形，水冷管7材料為不鏽鋼，通過水冷管7內的循環冷卻水吸收熱量。
[0032]使用上述的流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置進行流化床鍋爐顆粒運動測量，在測量前，安裝上述的裝置，先將第一內窺鏡4和第二內窺鏡5分別與第一內窺鏡加持頭8和第二內窺鏡加持頭9固定連接，轉動調節螺杆19調節兩者間的間距，使兩個內窺鏡頭成像中心在水平方向上間距13毫米，然後將高溫玻璃鏡頭2通過密封蓋6固定在耐高溫套管I的埠上，然後依次安裝其它部件，安裝好後將伸入流化床鍋爐的鍋爐壁上開出的測量孔，在接觸邊緣用石棉材料密封。安裝好後開始測量，所述的測量發方法包括以下步驟如圖4:
[0033]步驟一，處理計算機16向同步控制器15發出指令。
[0034]步驟二，同步控制器15控制第一視頻採集器13和第二視頻採集器14分別同步採集來自第一高速攝像機11和第二高速攝像機12的視頻數據，同時處理計算機16同步記錄由第一視頻採集器13和第二視頻採集器14傳送來的視頻數據並還原為視頻圖像。
[0035]步驟三，對兩組還原的視頻圖像進行畸變校正。
[0036]步驟四，計算視頻圖像的灰度值。
[0037]步驟五，判斷灰度值是否大於設定的閾值，其中設的閾值為1000，如果大於則轉至步驟六，如果不大於則轉至步驟七。
[0038]步驟六，拍攝區域屬於密相區域，在視頻圖像上採用邊緣識別方法識別出每個顆粒並分別進行跟蹤，然後轉至步驟八。
[0039]步驟七，拍攝區域屬於稀相區域，在視頻圖像上採用光流場算法識別出每個顆粒並對顆粒進行整體跟蹤，然後轉至步驟八。
[0040]步驟八，將從第一內窺鏡4和第二內窺鏡5中拍攝的視頻圖像進行合成，根據同一個被識別和跟蹤顆粒在兩組視頻圖像中的視差構出其三維運動過程。
[0041]步驟九，進一步得出顆粒三維運動過程的信息，比如顆粒分布、運動趨勢、三維運動速速度(對每個顆粒的三維運動對時間求微分，即可求得顆粒的三維運動速度)等。
[0042]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置，其特徵在於:包括管壁內含隔熱夾層的耐高溫套管(I)、高溫玻璃鏡頭(2)、第一內窺鏡(4)、第二內窺鏡(5)、固定有第一內窺鏡加持頭(8)和第二內窺鏡加持頭(9)並能調節兩者之間位置的位置調節器(3)、設置在隔熱夾層內的水冷系統、第一高速攝像機(11)、第二高速攝像機(12)、第一視頻採集器(13)、第二視頻採集器(14)、同步控制器(15)和處理計算機(16); 所述高溫玻璃鏡頭(2 )通過密封蓋(6 )固定在耐高溫套管(I)的一端，所述位置調節器(3)固定在耐高溫套管(I)的內腔中並且其固定位置靠近高溫玻璃鏡頭(2)，所述第一內窺鏡(4)的一端與第一內窺鏡加持頭(8)連接，另一端延伸出耐高溫套管(I)並加裝第一高速攝像機(11 )，第一高速攝像機(11)的另一端與第一視頻採集器(13 )的輸入端相連，所述第二內窺鏡(5 )的一端與第二內窺鏡加持頭(9 )連接，另一端延伸出耐高溫套管(I)並加裝第二高速攝像機(12)，第二高速攝像機(12)的另一端與第二視頻採集器(14)的輸入端相連，第一視頻採集器(13)的輸出端和第二視頻採集器(14)的輸出端均與處理計算機(16)連接，所述處理計算機(16)通過同步控制器(15)控制第一視頻採集器(13)和第二視頻採集器(14)。
2.根據權利要求1所述的流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置，其特徵在於:所述位置調節器(3)包括第一內窺鏡加持頭(8)、第二內窺鏡加持頭(9)、調節螺杆(19)、底座(20)、移動座(18)和固定在底座(20)上的固定座(17)，所述第一內窺鏡加持頭(8)固定在固定座(17)上，所述第二內窺鏡加持頭(9)固定在移動座(18)上，所述移動座(18)與底座(20)之間為導軌結構，所述移動座(18)通過轉動調節螺杆(19)在底座(20)上滑動並調節與固定座(17)的距離。
3.根據權利 要求1所述的流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置，其特徵在於:所述水冷系統包括設置在隔熱夾層內的水冷管(7)以及為水冷管(7)提供循環冷卻水的冷卻水源(10)，所述水冷管(7)圍繞耐高溫套管(I)的空腔纏繞成螺旋形。
4.根據權利要求1所述的流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置，其特徵在於:所述密封蓋(6)與耐高溫套管(I)之間採用螺紋連接。
5.基於權利要求1所述的流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內窺測量裝置的測量方法，其特徵在於:包括以下步驟， 步驟一，處理計算機(16)向同步控制器(15)發出指令； 步驟二，同步控制器(15)控制第一視頻採集器(13)和第二視頻採集器(14)分別同步採集來自第一高速攝像機(11)和第二高速攝像機(12)的視頻數據，同時處理計算機(16)同步記錄由第一視頻採集器(13)和第二視頻採集器(14)傳送來的視頻數據並還原為視頻圖像； 步驟三，對兩組還原的視頻圖像進行畸變校正； 步驟四，計算視頻圖像的灰度值； 步驟五，判斷灰度值是否大於設定的閾值，如果大於則轉至步驟六，如果不大於則轉至步驟七； 步驟六，拍攝區域屬於密相區域，在視頻圖像上採用邊緣識別方法識別出每個顆粒並分別進行跟蹤，然後轉至步驟八； 步驟七，拍攝區域屬於稀相區域，在視頻圖像上採用光流場算法識別出每個顆粒並對顆粒進行整體跟蹤，然後轉至步驟八； 步驟八，將從第一內窺鏡(4)和第二內窺鏡(5)中拍攝的視頻圖像進行合成，根據同一個被識別和跟蹤顆粒在兩組視頻圖像中的視差構出其三維運動過程； 步驟九，進一步得出顆粒三維運動過程的信息。
【文檔編號】G01N15/00GK103743658SQ201410019862
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月16日 優先權日:2014年1月16日
【發明者】邵應娟, 鍾文琪, 陳曦, 金保昇 申請人:東南大學