專利名稱：一種燃煤鍋爐與爐窯飛灰含碳量測量方法及在線檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測燃煤鍋爐與爐窯煙塵含碳量的測量方法，屬檢測技術領域。
背景技術：
鍋爐或爐窯煙氣中飛灰含碳量是反映鍋爐或爐窯燃燒效率的重要指標，連續(xù)實時準確地測量飛灰含碳量是監(jiān)測鍋爐運行和實施有效控制的基礎。目前，國內外用于飛灰含碳量的在線檢測技術，均采用基于微波吸收原理的測量方法，該方法的原理是，使煙氣流中分離出來的飛灰通過設有微波發(fā)射和吸收傳感器的通道，根據(jù)飛灰中含碳量的不同會導致微波傳輸能量衰減不同的原理，測量出當前微波發(fā)射和吸收能量的差值，并與飛灰含碳量的標定樣本進行比較，間接求得飛灰中的含碳量。由于微波檢測容易受到飛灰灰樣重量、水分等因素的干擾，且飛灰對通道壁面的污染不可避免，附著在壁面上的飛灰會顯著影響測量的精度，使檢測數(shù)據(jù)并非采樣的真實數(shù)據(jù)，測量誤差較大。而且，需要同時檢測微波發(fā)射和吸收的能量，并經運算后再換算成飛灰含碳量，檢測環(huán)節(jié)多，測量誤差較大，對每次采集的飛灰樣本僅能檢測一次，因此，無法滿足燃燒優(yōu)化自控系統(tǒng)中對實時數(shù)據(jù)的精度要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的問題是要解決飛灰含碳量在線測定的不精確的缺陷而提供一種快速、準確、適于在線實時檢測的一種燃煤鍋爐與爐窯飛灰含碳量測量方法。
本發(fā)明另一個需要解決的問題是提供用于這種檢測的裝置。
本發(fā)明所稱問題是以下述方案實現(xiàn)的一種燃煤鍋爐與爐窯飛灰含碳量測量方法，它包含如下步驟a.從待測煙氣中分離出飛灰式樣，并將其收集在封閉的檢測容器中；b.由計算機控制啟動恒強度光源和數(shù)字攝像裝置，采集一幅或多幅飛灰樣本圖像；c.由計算機圖像處理程序識別圖像并得到灰度值；
d.根據(jù)灰度值，由飛灰含碳量與灰度值的標定函數(shù)，換算成對應的飛灰含碳量；e.通過顯示器顯示飛灰含碳量的測定值。
本發(fā)明另一需要解決的問題是由下述技術方案實現(xiàn)的一種燃煤鍋爐與爐窯飛灰含碳量在線檢測裝置，它由飛灰采集機構1、飛灰測定室7、光源2、數(shù)字攝像機3、計算機控制系統(tǒng)4、顯示器5組成，其中，飛灰采集機構又由旋風分離器1-1、煙氣取樣管1-2、煙氣回送管1-3、及灰樣輸送管1-4組成，所述煙氣取樣管一端插入鍋爐煙道中，另一端與旋風分離器1-1的入口相連，煙氣回送管1-3下端接旋風分離器的出口，另一端插入鍋爐煙道中，灰樣輸送管1-4的一端接于旋風分離器的出灰口，另一端通向測定室7；所述飛灰測定室為一個筒狀密封容器，容器的頂部固定數(shù)字攝像機3及光源2，下部收集灰樣9，光源2和數(shù)字攝像機與計算機控制系統(tǒng)相接，計算機的數(shù)據(jù)輸出端接顯示器5。
為控制灰門啟閉，上述燃煤鍋爐與爐窯飛灰含碳量在線檢測裝置，所述測定室的下部為錐臺狀，在錐臺的底部設有灰門控制機構11，灰門控制機構11由灰門11-1、電磁鐵DCT、連桿11-2、鉸軸11-3組成，所述灰門與測定室的下部出灰口密封匹配，并經活動連桿11-2與電磁鐵DCT的銜鐵相接。
為將測定后的灰樣回送至鍋爐煙道，上述燃煤鍋爐與爐窯飛灰含碳量在線檢測裝置，在測定室的下方設置吹灰機構6，吹灰機構6由引射器6-3、吹管6-4、送灰管6-2組成，其中，在引射器的左右端面上，各連通送灰管6-2和吹管6-4，吹管的另一端連通壓縮氣源10，送灰管的另一端連通鍋爐煙道8，在引射器的側壁上，垂直連通落灰管6-1，落灰管的上端口與測定室的出灰口相通。
為便于自動控制，上述燃煤鍋爐與爐窯飛灰含碳量在線檢測裝置，在灰樣輸送管1-4的管路中接入電磁閥DCF1，在吹管6-4的管路中接入電磁閥DCF2。
本測定法的原理是，煙塵飛灰中含碳量不同，飛灰外觀的灰度(或色度)也就不同，飛灰中含碳量越高、飛灰的灰度越小，具有近似線性變化的關系。利用高分辨率彩色數(shù)字攝像(CCD)和計算機圖像灰度數(shù)字識別和處理技術，可區(qū)分0.05％的飛灰含碳量變化，足以滿足燃煤鍋爐或爐窯煙氣中飛灰含碳量在線檢測的需要。由于飛灰中含碳量與飛灰灰度的函數(shù)關系對特定鍋爐或爐窯所燃用的煤種及其飛灰是不變的，可事先由實際對象獲取足夠的飛灰樣本進行實驗標定。
按照本發(fā)明給出的測定方法，可以直接、快速、連續(xù)地測定燃煤鍋爐與爐窯中煙塵的含碳量，測定數(shù)值精度高，并可進行在線實時檢測。本發(fā)明給出的檢測裝置，結構簡單，成本低，基本免維護；工作可靠，檢測過程從采樣、測定到灰樣回送鍋爐煙道，全部連接在一個封閉系統(tǒng)內，對周圍環(huán)境不會造成新的污染。每次檢測所需的飛灰樣本量僅為2克左右，每次攝取的飛灰圖像均為新近落在表層的飛灰樣本，即使清灰不徹底，也不影響測量的精度。同時，該裝置可對同一飛灰樣本在極短的時間內進行數(shù)次采集圖像，可對結果進行剔除壞值、求平均值等數(shù)據(jù)處理，有利于提高檢測的精度。


圖1是本發(fā)明的結構原理示意圖；圖2是檢測程序流程框圖；圖3是程序控制系統(tǒng)圖；圖4是飛灰含碳量與灰度的關系曲線。
具體實施例方式
采用本方法檢測飛灰中含碳量分四步進行，首先，由鍋爐煙氣中分離出少量飛灰(約2克左右)，并將其收集在密閉的檢測容器——測定室中；然后，由計算機啟動發(fā)光強度恒定的光源和數(shù)字攝像裝置，采集一幅或多幅飛灰樣本圖像；再由計算機進行圖像處理，并識別圖像灰度(或色度)，將其轉變?yōu)橐欢ň鹊臄?shù)字信號，并根據(jù)事先標定好的飛灰含碳量與其灰度值(或色度值)的函數(shù)關系，運算成對應的飛灰含碳量；最后，通過輸出裝置顯示該時刻飛灰的含碳量數(shù)值。
本發(fā)明的在線檢測裝置，主要由七部分構成飛灰采集機構1、飛灰測定室7、灰門控制機構11、吹灰機構6、光源2、數(shù)字攝像機3、計算機控制系統(tǒng)4和顯示器5組成。檢測控制電路采用繼電器程序控制，由六個時間繼電器SJ1～SJ6、兩個電磁閥DCF1、DCF2及電磁鐵DCT構成，檢測工作的過程是這樣的第一步啟動數(shù)據(jù)采集主程序，計時器開始計時，5分鐘后計算機通過I/O(信號發(fā)送頻率為1次/5分鐘，由計時器控制)送出一觸發(fā)信號(0時刻)，使信號放大接通器DK工作，接通時間繼電器SJ1，SJ1的延遲時間為22秒，即22秒之后，整個控制電路停止工作。
第二步時間繼電器SJ2開始工作，它的延遲時間為22秒。它同時控制著電磁閥DCF1和時間繼電器SJ3和SJ5。SJ2的一組觸點使電磁閥DCF1(常開型)動作，切斷飛灰管路，阻止飛灰繼續(xù)落入飛灰采樣盤；一組觸點為SJ3提供了閉合電路，SJ3的延遲時間為8秒，通過N-C回路給CCD攝像機和LED光源供電，且通過N-O回路控制時間繼電器SJ4；另一組觸點為時間繼電器SJ5提供了閉合電路，SJ5設定延時13秒。
第三步5秒鐘之后，啟動圖像采集子程序，采集飛灰樣本圖像。
第四步經過3秒鐘(即8秒之后)，SJ3動作，切斷CCD攝像機和LED光源電源，同時給時間繼電器SJ4提供閉合回路，使SJ4(延遲時間為8秒)開始工作，吹灰管路電磁閥DCF2(常閉型)開啟，使引射器6-3工作。
第五步再過5秒鐘(即13秒之后)，時間繼電器SJ5動作，電磁鐵DCT開始工作；清灰。
第六步再過5秒鐘(即18秒之后)，時間繼電器SJ6(延時設定為5秒)動作，切斷電磁鐵DCT的電源，電磁鐵恢復原位。
第七步再過2秒鐘(即20秒之后)，SJ4動作，切斷，吹灰機構電磁閥DCF2的電源，引射器停止工作。
第八步再過2秒鐘(即22秒之后)，SJ1和SJ2動作，切斷灰樣輸送管管路電磁閥DCF1電源，開始采灰。
此時，完成一個采灰取樣。
本發(fā)明中時間繼電器SJ1采用斷電延時型，SJ2～SJ6采用通電延時型。壓縮氣源10可采用壓力氣泵或其它壓縮空氣動力源。數(shù)字攝像機3(CCD)可采用JVC TK-C1381型，其輸出信號，亮度為0-1V，色度為0-0.3V，性能達0.95LUX470線。
本發(fā)明測定飛灰含碳量的數(shù)值范圍為0-20％，所測煤種與標定煤種變化不大的情況下，可區(qū)分的飛灰含碳量的精度達0.05％，足以滿足在線檢測工程對精度的要求。
權利要求
1.一種燃煤鍋爐與爐窯飛灰含碳量測量方法，其特征在于，它包含如下步驟a.從待測煙氣中分離出飛灰式樣，并將其收集在封閉的檢測容器中；b.由計算機控制啟動恒強度光源和數(shù)字攝像裝置，采集一幅或多幅飛灰樣本圖像；c.由計算機圖像處理程序識別圖像并得到灰度值；d.根據(jù)灰度值，由飛灰含碳量與灰度值的標定函數(shù)，運算成對應的飛灰含碳量；e.通過顯示器顯示飛灰含碳量的測定值。
2.一種燃煤鍋爐與爐窯飛灰含碳量在線檢測裝置，其特征在于，它由飛灰采集機構[1]、飛灰測定室[7]、光源[2]、數(shù)字攝像機[3]、計算機控制系統(tǒng)[4]、顯示器[5]組成，其中，飛灰采集機構又由旋風分離器[1-1]、煙氣取樣管[1-2]、煙氣回送管[1-3]、及灰樣輸送管[1-4]組成，所述煙氣取樣管一端插入鍋爐煙道中，另一端與旋風分離器[1-1]的入口相連，煙氣回送管[1-3]下端接旋風分離器的出口，另一端插入鍋爐煙道中，灰樣輸送管[1-4]的一端接于旋風分離器的出灰口，另一端通向測定室[7]；所述飛灰測定室為一個筒狀密封容器，容器的頂部固定數(shù)字攝像機[3]及光源[2]，下部收集灰樣[9]，光源[2]和數(shù)字攝像機與計算機控制系統(tǒng)相接，計算機的數(shù)據(jù)輸出端接顯示器[5]。
3.根據(jù)權利要求2所述飛灰含碳量在線檢測裝置，其特征在于，所述測定室的下部為錐臺狀，在錐臺的底部設有灰門控制機構[11]，灰門控制機構[11]由灰門[11-1]、電磁鐵DCT、連桿[11-2]組成，所述灰門與測定室的下部出灰口密封匹配，并經活動連桿[11-2]、鉸軸[11-3]與電磁鐵DCT的銜鐵相接。
4.根據(jù)權利要求3所述飛灰含碳量在線檢測裝置，其特征在于，在測定室的下方設置吹灰機構[6]，吹灰機構[6]由引射器[6-3]、吹管[6-4]、送灰管[6-2]組成，其中，在引射器的左右端面上，各連通送灰管[6-2]和吹管[6-4]，吹管的另一端連通壓縮氣源[10]，送灰管的另一端連通鍋爐煙道[8]，在引射器的上壁，垂直連通落灰管[6-1]，落灰管的上端口與測定室的出灰口相通。
5.根據(jù)權利要求4所述飛灰含碳量在線檢測裝置，其特征在于，在灰樣輸送管[1-4]的管路中接入電磁閥DCF1，在吹管[6-4]的管路中接入電磁閥DCF2。
全文摘要
一種燃煤鍋爐與爐窯飛灰含碳量測量方法及在線檢測裝置，屬檢測技術領域，用于解決煙塵含碳量在線檢測精確度低的問題。其方案為，從煙氣中分離出飛灰灰樣，由計算機控制數(shù)字攝像裝置，采集飛灰樣本圖像，由計算機圖像處理程序識別圖像并得到灰度值，根據(jù)灰度值，由飛灰含碳量與灰度值的標定函數(shù)，運算成對應的飛灰含碳量。本發(fā)明利用高分辨率彩色數(shù)字攝像和計算機圖像灰度數(shù)字識別技術，可區(qū)分0.05％的飛灰含碳量變化，其檢測直接、快速、連續(xù)，測量精度高，并可進行在線實時檢測。檢測裝置，結構簡單，成本低，基本免維護，工作可靠。檢測過程從采樣、測定到灰樣回送鍋爐煙道，全部連接在一個封閉系統(tǒng)內，對周圍環(huán)境不會造成新的污染。
文檔編號G01N21/00GK1542432SQ200310109638
公開日2004年11月3日 申請日期2003年11月6日 優(yōu)先權日2003年11月6日
發(fā)明者閻維平, 李加護, 葉學民, 高正陽 申請人:華北電力大學