流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內(nèi)窺測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內(nèi)窺測量裝置，包括管壁內(nèi)含隔熱夾層的耐高溫套管、高溫玻璃鏡頭、第一內(nèi)窺鏡、第二內(nèi)窺鏡、固定有第一內(nèi)窺鏡加持頭和第二內(nèi)窺鏡加持頭并能調(diào)節(jié)兩者之間位置的位置調(diào)節(jié)器、設(shè)置在隔熱夾層內(nèi)的水冷系統(tǒng)、第一高速攝像機(jī)、第二高速攝像機(jī)、第一視頻采集器、第二視頻采集器、同步控制器和處理計算機(jī)；同時還公開了該裝置的測量方法。實現(xiàn)了一種即能獲得流化床鍋爐內(nèi)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(nèi)窺測量裝置及方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內(nèi)窺測量裝置及方法，屬于流化床和多相流測量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]流化床鍋爐是潔凈煤燃燒領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)設(shè)備，與傳統(tǒng)燃煤鍋爐相比，流化床鍋爐燃燒更加清潔，由于流化床鍋爐的燃煤和石灰石一同送入爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒，在沒有煙氣脫硫裝置的情況下，脫硫率仍然可達(dá)80%~95%，NOx排放可減少50% ;其次，流化床鍋爐燃料適應(yīng)性強(qiáng)，可以燃燒劣質(zhì)煤，煤矸石，石油焦，生物質(zhì)等不宜在傳統(tǒng)煤粉鍋爐中燃燒的燃料，且粒度要求較低，與傳統(tǒng)煤粉鍋爐相比燃料破碎能耗較低，燃燒效率更高(可達(dá)95%~99%);除此之外，流化床鍋爐的負(fù)荷適應(yīng)性好，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍達(dá)30%~100%。正因為以上多種優(yōu)點，流化床鍋爐(特別是循環(huán)流化床鍋爐)正在逐步替代傳統(tǒng)的煤粉鍋爐，鏈條爐和爐排鍋爐等，成為工業(yè)生產(chǎn)中能源轉(zhuǎn)化和廢棄物燃燒處理的主力設(shè)備。
[0003]流化床鍋爐高效運行的關(guān)鍵是床內(nèi)顆粒和空氣之間良好的氣固流動狀態(tài)。合理的氣固流動狀態(tài)可以加強(qiáng)氣固兩相之間的混合，增強(qiáng)兩相間的傳熱傳質(zhì)，提高燃燒效率并降低污染物的產(chǎn)生。因此，對流化床鍋爐內(nèi)顆粒進(jìn)行在線測量，掌握流化床鍋爐內(nèi)顆粒運動規(guī)律對于提高流化床鍋爐的安全性，優(yōu)化其運行效率都具有重要意義。
[0004]目前，針對流化床鍋爐內(nèi)顆粒運動測量的方法主要是借鑒氣固兩相流動測量的方法，手段有PIV方法，光導(dǎo)纖維法，激光多普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方法適合于顆粒含量較少(即稀相顆粒)的情況下的測量，并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(dǎo)纖維法是通過分析顆粒在經(jīng)過一束光導(dǎo)纖維前時反射光信號相關(guān)性來確定顆粒的運動速度，其準(zhǔn)確性有待考證，同樣也不能提供顆粒三維運動過程的信息；激光多普勒方法是通過測量粒子反射激光的多普勒信號頻率，再根據(jù)速度與多普勒信號頻率頻率的關(guān)系得到速度，精度較高，但價格昂貴；可視化測量方法是通過將攝像機(jī)置入流化床鍋爐內(nèi)部，拍攝顆粒運動過程，并通過分析顆粒運動的視頻信息以獲得顆粒運動參數(shù)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報道了一種醫(yī)用的立體雙內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，創(chuàng)新了內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計，但是其結(jié)構(gòu)設(shè)計并不適合流化床鍋爐內(nèi)部高溫條件和復(fù)雜氣固條件下的測量需求。專利CN201020033171.1報道了一種雙攝像頭工業(yè)內(nèi)窺鏡，但是需要其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且也不適合高溫條件下的測量需求。
[0005]因此，開發(fā)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(nèi)顆粒三維運動過程的信息，又性價比高，對于科學(xué)研究、工程設(shè)計和工業(yè)應(yīng)用都具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內(nèi)窺測量裝置及方法，實現(xiàn)了一種即能獲得流化床鍋爐內(nèi)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(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內(nèi)窺測量裝置，包括管壁內(nèi)含隔熱夾層的耐高溫套管、高溫玻璃鏡頭、第一內(nèi)窺鏡、第二內(nèi)窺鏡、固定有第一內(nèi)窺鏡加持頭和第二內(nèi)窺鏡加持頭并能調(diào)節(jié)兩者之間位置的位置調(diào)節(jié)器、設(shè)置在隔熱夾層內(nèi)的水冷系統(tǒng)、第一高速攝像機(jī)、第二高速攝像機(jī)、第一視頻采集器、第二視頻采集器、同步控制器和處理計算機(jī)；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(diào)節(jié)器固定在耐高溫套管的內(nèi)腔中并且其固定位置靠近高溫玻璃鏡頭，所述第一內(nèi)窺鏡的一端與第一內(nèi)窺鏡加持頭連接，另一端延伸出耐高溫套管并加裝第一高速攝像機(jī)，第一高速攝像機(jī)的另一端與第一視頻采集器的輸入端相連，所述第二內(nèi)窺鏡的一端與第二內(nèi)窺鏡加持頭連接，另一端延伸出耐高溫套管并加裝第二高速攝像機(jī)，第二高速攝像機(jī)的另一端與第二視頻采集器的輸入端相連，第一視頻采集器的輸出端和第二視頻采集器的輸出端均與處理計算機(jī)連接，所述處理計算機(jī)通過同步控制器控制第一視頻采集器和第二視頻采集器。
[0009]所述位置調(diào)節(jié)器包括第一內(nèi)窺鏡加持頭、第二內(nèi)窺鏡加持頭、調(diào)節(jié)螺桿、底座、移動座和固定在底座上的固定座，所述第一內(nèi)窺鏡加持頭固定在固定座上，所述第二內(nèi)窺鏡加持頭固定在移動座上，所述移動座與底座之間為導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，所述移動座通過轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺桿在底座上滑動并調(diào)節(jié)與固定座的距離。
[0010]所述水冷系統(tǒng)包括設(shè)置在隔熱夾層內(nèi)的水冷管以及為水冷管提供循環(huán)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采用螺紋連接。
[0012]流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內(nèi)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(jī)向同步控制器發(fā)出指令；
[0014]步驟二，同步控制器控制第一視頻采集器和第二視頻采集器分別同步采集來自第一高速攝像機(jī)和第二高速攝像機(jī)的視頻數(shù)據(jù)，同時處理計算機(jī)同步記錄由第一視頻采集器和第二視頻采集器傳送來的視頻數(shù)據(jù)并還原為視頻圖像；
[0015]步驟三，對兩組還原的視頻圖像進(jìn)行畸變校正；
[0016]步驟四，計算視頻圖像的灰度值；
[0017]步驟五，判斷灰度值是否大于設(shè)定的閾值，如果大于則轉(zhuǎn)至步驟六，如果不大于則轉(zhuǎn)至步驟七；
[0018]步驟六，拍攝區(qū)域?qū)儆诿芟鄥^(qū)域，在視頻圖像上采用邊緣識別方法識別出每個顆粒并分別進(jìn)行跟蹤，然后轉(zhuǎn)至步驟八；
[0019]步驟七，拍攝區(qū)域?qū)儆谙∠鄥^(qū)域，在視頻圖像上采用光流場算法識別出每個顆粒并對顆粒進(jìn)行整體跟蹤，然后轉(zhuǎn)至步驟八；
[0020]步驟八，將從第一內(nèi)窺鏡和第二內(nèi)窺鏡中拍攝的視頻圖像進(jìn)行合成，根據(jù)同一個被識別和跟蹤顆粒在兩組視頻圖像中的視差構(gòu)出其三維運動過程；
[0021]步驟九，進(jìn)一步得出顆粒三維運動過程的信息。
[0022]本發(fā)明的有益效果:1、本發(fā)明所述的流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內(nèi)窺測量裝置包括水冷系統(tǒng)，有效的防止高溫?fù)p壞裝置；2、所述的流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內(nèi)窺測量裝置包括同步控制器控制同步高速拍攝，實現(xiàn)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(nèi)窺測量裝置包括位置調(diào)節(jié)器，通過位置調(diào)節(jié)器能夠調(diào)節(jié)第一內(nèi)窺鏡和第二內(nèi)窺鏡之間的間距，能適應(yīng)不同顆粒運動的測量；4、本發(fā)明所述的測量方法包括灰度值的計算，針對不同的拍攝區(qū)域，采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、采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(fā)明能夠精確測量流化床鍋爐內(nèi)顆粒三維運動過程的信息，彌補了傳統(tǒng)裝置和方法只能進(jìn)行二維測量的缺點，同時與激光多普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(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明所述的流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內(nèi)窺測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3為位置調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖；其中A為正視圖，B為側(cè)視圖，C為俯視圖，D為
立體圖。
[0026]圖4為本發(fā)明所述的測量方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)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(nèi)窺測量裝置,包括管壁內(nèi)含隔熱夾層(如硅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(nèi)窺鏡4、第二內(nèi)窺鏡5、固定有第一內(nèi)窺鏡加持頭8和第二內(nèi)窺鏡加持頭9并能調(diào)節(jié)兩者之間位置的位置調(diào)節(jié)器3、設(shè)置在隔熱夾層內(nèi)的水冷系統(tǒng)、第一高速攝像機(jī)11、第二高速攝像機(jī)12、第一視頻采集器13、第二視頻采集器14、同步控制器15和處理計算機(jī)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之間采用螺紋連接，所述位置調(diào)節(jié)器3固定在耐高溫套管I的內(nèi)腔中并且其固定位置靠近高溫玻璃鏡頭2,所述第一內(nèi)窺鏡4的一端與第一內(nèi)窺鏡加持頭8連接,另一端延伸出耐高溫套管I并加裝第一高速攝像機(jī)11，第一高速攝像機(jī)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(nèi)窺鏡5的一端與第二內(nèi)窺鏡加持頭9連接,另一端延伸出耐高溫套管I并加裝第二高速攝像機(jī)12，第二高速攝像機(jī)12的另一端與第二視頻采集器14的輸入端相連，第一視頻采集器13的輸出端和第二視頻采集器14的輸出端均與處理計算機(jī)16連接，所述處理計算機(jī)16通過同步控制器15控制第一視頻采集器13和第二視頻采集器14。
[0030]如圖3所不，所述位直調(diào)節(jié)器3包括弟一內(nèi)規(guī)鏡加持頭8、弟二內(nèi)規(guī)鏡加持頭9、調(diào)節(jié)螺桿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(nèi)窺鏡加持頭8固定在固定座17上，所述第二內(nèi)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(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，所述移動座18通過轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺桿19在底座20上滑動并調(diào)節(jié)與固定座17的距離。
[0031] 所述水冷系統(tǒng)包括設(shè)置在隔熱夾層內(nèi)的水冷管7以及為水冷管7提供循環(huán)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材料為不銹鋼，通過水冷管7內(nèi)的循環(huán)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(nèi)窺測量裝置進(jìn)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(nèi)窺鏡4和第二內(nèi)窺鏡5分別與第一內(nèi)窺鏡加持頭8和第二內(nèi)窺鏡加持頭9固定連接，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺桿19調(diào)節(jié)兩者間的間距，使兩個內(nèi)窺鏡頭成像中心在水平方向上間距13毫米，然后將高溫玻璃鏡頭2通過密封蓋6固定在耐高溫套管I的端口上，然后依次安裝其它部件，安裝好后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。安裝好后開始測量，所述的測量發(fā)方法包括以下步驟如圖4:
[0033]步驟一，處理計算機(jī)16向同步控制器15發(fā)出指令。
[0034]步驟二，同步控制器15控制第一視頻采集器13和第二視頻采集器14分別同步采集來自第一高速攝像機(jī)11和第二高速攝像機(jī)12的視頻數(shù)據(jù)，同時處理計算機(jī)16同步記錄由第一視頻采集器13和第二視頻采集器14傳送來的視頻數(shù)據(jù)并還原為視頻圖像。
[0035]步驟三，對兩組還原的視頻圖像進(jìn)行畸變校正。
[0036]步驟四，計算視頻圖像的灰度值。
[0037]步驟五，判斷灰度值是否大于設(shè)定的閾值，其中設(shè)的閾值為1000，如果大于則轉(zhuǎn)至步驟六，如果不大于則轉(zhuǎn)至步驟七。
[0038]步驟六，拍攝區(qū)域?qū)儆诿芟鄥^(qū)域，在視頻圖像上采用邊緣識別方法識別出每個顆粒并分別進(jìn)行跟蹤，然后轉(zhuǎn)至步驟八。
[0039]步驟七，拍攝區(qū)域?qū)儆谙∠鄥^(qū)域，在視頻圖像上采用光流場算法識別出每個顆粒并對顆粒進(jìn)行整體跟蹤，然后轉(zhuǎn)至步驟八。
[0040]步驟八，將從第一內(nèi)窺鏡4和第二內(nèi)窺鏡5中拍攝的視頻圖像進(jìn)行合成，根據(jù)同一個被識別和跟蹤顆粒在兩組視頻圖像中的視差構(gòu)出其三維運動過程。
[0041]步驟九，進(jìn)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(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內(nèi)窺測量裝置，其特征在于:包括管壁內(nèi)含隔熱夾層的耐高溫套管(I)、高溫玻璃鏡頭(2)、第一內(nèi)窺鏡(4)、第二內(nèi)窺鏡(5)、固定有第一內(nèi)窺鏡加持頭(8)和第二內(nèi)窺鏡加持頭(9)并能調(diào)節(jié)兩者之間位置的位置調(diào)節(jié)器(3)、設(shè)置在隔熱夾層內(nèi)的水冷系統(tǒng)、第一高速攝像機(jī)(11)、第二高速攝像機(jī)(12)、第一視頻采集器(13)、第二視頻采集器(14)、同步控制器(15)和處理計算機(jī)(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(diào)節(jié)器(3)固定在耐高溫套管(I)的內(nèi)腔中并且其固定位置靠近高溫玻璃鏡頭(2)，所述第一內(nèi)窺鏡(4)的一端與第一內(nèi)窺鏡加持頭(8)連接，另一端延伸出耐高溫套管(I)并加裝第一高速攝像機(jī)(11 )，第一高速攝像機(jī)(11)的另一端與第一視頻采集器(13 )的輸入端相連，所述第二內(nèi)窺鏡(5 )的一端與第二內(nèi)窺鏡加持頭(9 )連接，另一端延伸出耐高溫套管(I)并加裝第二高速攝像機(jī)(12)，第二高速攝像機(jī)(12)的另一端與第二視頻采集器(14)的輸入端相連，第一視頻采集器(13)的輸出端和第二視頻采集器(14)的輸出端均與處理計算機(jī)(16)連接，所述處理計算機(jī)(16)通過同步控制器(15)控制第一視頻采集器(13)和第二視頻采集器(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內(nèi)窺測量裝置，其特征在于:所述位置調(diào)節(jié)器(3)包括第一內(nèi)窺鏡加持頭(8)、第二內(nèi)窺鏡加持頭(9)、調(diào)節(jié)螺桿(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(nèi)窺鏡加持頭(8)固定在固定座(17)上，所述第二內(nèi)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(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，所述移動座(18)通過轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺桿(19)在底座(20)上滑動并調(diào)節(jié)與固定座(17)的距離。
3.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內(nèi)窺測量裝置，其特征在于:所述水冷系統(tǒng)包括設(shè)置在隔熱夾層內(nèi)的水冷管(7)以及為水冷管(7)提供循環(huán)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(jù)權(quán)利要求1所述的流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內(nèi)窺測量裝置，其特征在于:所述密封蓋(6)與耐高溫套管(I)之間采用螺紋連接。
5.基于權(quán)利要求1所述的流化床鍋爐顆粒運動的自冷卻雙內(nèi)窺測量裝置的測量方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟一，處理計算機(jī)(16)向同步控制器(15)發(fā)出指令； 步驟二，同步控制器(15)控制第一視頻采集器(13)和第二視頻采集器(14)分別同步采集來自第一高速攝像機(jī)(11)和第二高速攝像機(jī)(12)的視頻數(shù)據(jù)，同時處理計算機(jī)(16)同步記錄由第一視頻采集器(13)和第二視頻采集器(14)傳送來的視頻數(shù)據(jù)并還原為視頻圖像； 步驟三，對兩組還原的視頻圖像進(jìn)行畸變校正； 步驟四，計算視頻圖像的灰度值； 步驟五，判斷灰度值是否大于設(shè)定的閾值，如果大于則轉(zhuǎn)至步驟六，如果不大于則轉(zhuǎn)至步驟七； 步驟六，拍攝區(qū)域?qū)儆诿芟鄥^(qū)域，在視頻圖像上采用邊緣識別方法識別出每個顆粒并分別進(jìn)行跟蹤，然后轉(zhuǎn)至步驟八； 步驟七，拍攝區(qū)域?qū)儆谙∠鄥^(qū)域，在視頻圖像上采用光流場算法識別出每個顆粒并對顆粒進(jìn)行整體跟蹤，然后轉(zhuǎn)至步驟八； 步驟八，將從第一內(nèi)窺鏡(4)和第二內(nèi)窺鏡(5)中拍攝的視頻圖像進(jìn)行合成，根據(jù)同一個被識別和跟蹤顆粒在兩組視頻圖像中的視差構(gòu)出其三維運動過程； 步驟九，進(jìn)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(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】邵應(yīng)娟, 鐘文琪, 陳曦, 金保昇 申請人:東南大學(xué)