| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202510091174.1 | 申请日 | 2025-01-21 |
| 公开(公告)号 | CN119844763A | 公开(公告)日 | 2025-04-18 |
| 申请人 | 中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 陈晓霞; 孙卫锋; 陈文喜; 邹晓昕; 胡旦华; 郭敏鉴; 林锋; 何宇涵; 康恺; | 第一发明人 | 陈晓霞 |
| 权利人 | 中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：福建省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：福建省福州市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：福建省福州市鼓楼区五四路268号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：350003 |
| 主IPC国际分类 | F22B37/38 | 所有IPC国际分类 | F22B37/38 ; F22B35/00 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 7 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 福州科扬专利事务所 | 专利代理人 | 陈欣桐; |
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 炉膛 温度 测量系统，包括：视频监控模 块 、图像监测模块、集成 传感器 平台和 中央处理器 CPU，其中，视频监控模块包括：设置于 锅炉 炉膛内的至少一个高温摄像头、视频 信号 处理装置和显示器，高温摄像头采集炉膛内火焰视频并通过 视频信号 处理装置传输至显示器；图像监测模块包括 图像采集 卡、现场可编程 门 阵列FPGA和 图形处理单元 GPU，图像监测模块用于从炉膛内火焰视频获取炉膛内图像数据并传输至中央处理器CPU；集成传感器平台包括若干不同类型的传感器，每一类型的传感器用于采集燃 煤 机组对应类型的运行参数并传输至中央处理器；中央处理器CPU通过炉膛内图像数据和燃煤机组的运行参数输出炉膛温度测量数据。 | ||
| 权利要求 | 1.一种炉膛温度测量系统，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种炉膛温度测量系统技术领域背景技术[0002] 锅炉炉膛温度是燃煤机组的重要运行参数，炉膛温度的实时监测有助于保障机组安全运行，炉膛温度的有效控制能抑制污染物的产生。目前有热电偶测温，光纤测温，红外光谱仪测温，超声波测温仪测温和辐射测温仪测温等炉膛温度测量技术，其中热电偶结构简单且测温范围大，在实际应用中最为常见。光纤作为传递温度信息的载体，具有测温上限高、精度高、动态响应快等优点。红外光谱仪通过测量炉膛中特定气体(如CO2)的辐射能量来确定温度。超声波测温仪通过声波在炉膛中的传播特性来测量温度，是一种较新的技术。辐射测温仪基于普朗克黑体辐射定律，通过测量物体辐射的强度和波长来确定温度。炉膛温度测量正在向在非接触式、高精度、实时监测的方向发展。 [0003] 锅炉炉膛处于高温高压，烟尘众多的状态，大部分炉膛温度测量仪器会受到干扰。热电偶在高温环境下长时间工作容易出现故障。光纤在传输过程中容易受到烟尘、水汽等污染，且光纤在恶劣的环境中容易受到机械损伤，如磨损、折断。超声波测温仪在声波传播路径容易受到温度梯度、烟气流动和燃烧背景噪声的影响，不适宜用来测量炉膛温度。在锅炉燃烧过程中会产生很多气体，成分十分复杂且存在着大气干扰和吸收，用红外光谱仪准确测出炉膛温度较为困难。辐射测温仪容易受到炉膛内烟雾的影响，炉膛内的颗粒物或气体可能会吸收或散射辐射，导致测量误差。 发明内容[0004] 为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种炉膛温度测量系统，结合了图像监测和传感监测两部分技术，通过图像监测模块获取炉膛内的火焰图像并提取对应的图像数据，通过集成传感器平台获取燃煤机组的运行参数数据，结合图像数据和运行参数数据进行炉膛温度的测量，能够实现对炉膛温度长期稳定的实时监测。 [0005] 本发明的技术方案如下： [0006] 一种炉膛温度测量系统，包括： [0009] 图像监测模块用于获取炉膛内图像数据并传输至中央处理器CPU； [0010] 集成传感器平台，包括若干不同类型的传感器，每一类型的传感器用于采集燃煤机组对应类型的运行参数并传输至中央处理器CPU； [0011] 中央处理器CPU通过炉膛内图像数据和燃煤机组的各个运行参数输出炉膛温度测量数据。 [0012] 作为优选实施方式，所述视频信号处理装置包括： [0013] 视频采集卡和视频分割器； [0014] 视频采集卡与高温摄像头连接，用于将视频信号转换为数字信号并传输给视频分割器； [0015] 视频分割器用于接收视频采集卡传输的数字信号并输出给显示器，并在接收到多路数字信号时进行拼接输出，在显示器上对应多路数字信号进行分割显示。 [0016] 作为优选实施方式，所述图像监测模块包括： [0019] 现场可编程门阵列FPGA与图像采集卡连接，用于对图像采集卡截取的图像进行预处理； [0020] 图形处理单元GPU与现场可编程门阵列FPGA连接，用于从预处理后的图像中提取图像数据，并将图像数据传递至中央处理器CPU。 [0023] 作为优选实施方式，还包括可视化设备，可视化设备与固态驱动器连接，用于读取固态驱动器中存储的炉膛温度测量数据并进行显示。 [0024] 作为优选实施方式，所述高温摄像头设置有多个，各高温摄像头以相同高度不同方位布设于炉膛内，且各高温摄像头的拍摄区域相同。 [0025] 本发明具有以下有益效果： [0026] 本发明提供一种炉膛温度测量系统，基于高温摄像头捕捉的炉膛内图像和集成传感器平台采集的燃煤机组的运行参数进行炉膛温度的间接测量，其中各个传感器和高温摄像头的工作环境相对比较理想，不会受到严重干扰，测温系统稳定性较高。 [0027] 本发明的额外方面和优点将在以下描述中阐明，并且其中部分将从该描述中显而易见，或者可以通过实践本发明来了解。此外，本发明的各个方面和优点可以通过所附权利要求书中特别指出的模块、单元、装置和组合来实现和获得。附图说明 [0028] 图1为本发明实施例所提供的系统结构示意图。 具体实施方式[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0030] 应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。 [0031] 术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。 [0032] 术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。 [0033] 参见图1，本实施例提供一种炉膛温度测量系统，包括： [0034] 视频监控模块、图像监测模块、集成传感器平台和中央处理器CPU，其中，视频监控模块包括： [0035] 设置于锅炉炉膛内的至少一个高温摄像头、视频信号处理装置、和显示器。 [0037] 在一种实施例中，设置两个高温摄像头，将两个高温摄像头安装在炉膛内的同一高度不同方位，所拍摄的是炉膛的同一区域，拍摄图像的分辨率都为1912*1088，两个高温摄像头共同拍摄可以使捕捉到的图像更加全面。 [0038] 在一种实施例中，设置一个高温摄像头，将一个高温摄像头安装在炉膛内顶部中心，镜头向下对准炉膛中心进行拍摄。 [0039] 在另一种实施例中，设置两个以上高温摄像头，各个高温摄像头安装在炉膛同一高度不同方位，且拍摄的是炉膛的同一区域。 [0040] 值得说明的是，本发明任一实施例中，高温摄像头拍摄的区域均对准炉膛内的火焰区域，目的为拍摄炉膛内火焰图像。 [0041] 在另一种实施例中，高温摄像头的后端具有自动退出保护装置，遇到冷却风和水中断时，高温摄像头可以通过自动退出保护装置退出高温炉膛。 [0042] 在一种实施例中，视频信号处理装置包括视频采集卡和视频分割器，其中： [0043] 视频采集卡与高温摄像头连接，用于将高温摄像头传递出的视频信号转换为数字信号后，再传递给视频分割器。 [0044] 视频分割器的输入端与视频采集卡连接，用于接收视频采集卡传输的数字信号并输出给显示器，并在接收到多路数字信号时进行拼接输出，在显示器上对应多路数字信号进行分割显示。例如，在设置有两个高温摄像头的实施例下，视频分割器会将两个高温摄像头对应的两路数字信号进行拼接输出给显示器，采用2分割模式，在显示器上同时显示两个高温摄像头所拍摄的炉膛火焰视频流。 [0045] 在一种实施例中，显示器采用液晶显示屏，液晶显示屏使用了两片极化材料之间的液体水晶溶液，通过电流影响这些液晶分子的排列，从而控制光线的透过与阻挡，形成图像，使人能直观地观察到炉膛内火焰燃烧情况。 [0046] 所设置的图像监测模块，用于从炉膛内火焰视频获取炉膛内图像数据并传输至中央处理器CPU。 [0047] 在一种实施例中，图像监测模块包括：图像采集卡、现场可编程门阵列FPGA和图形处理单元GPU，其中： [0048] 图像采集卡与视频分割器连接，用于实时处理从一个或多个高温摄像头采集到的视频，按照设置的4秒一帧的频率同时从一个或多个高温摄像头拍摄的视频中截取炉膛火焰图像，用于后续的图像处理，这有助于节省存储空间、提高处理效率。 [0049] 现场可编程门阵列FPGA与图像采集卡连接，用于对图像采集卡截取的图像进行预处理。 [0050] 在一种实施例中，对应于仅设置一个高温摄像头的实施例，图像采集卡在某一工作时刻仅截取一张图像；预处理包括对图像进行灰度化处理，以减少计算复杂度并提高后续处理的效率。以及通过边缘检测算法对图像中的火焰轮廓进行识别，突出显示火焰的边缘部分，便于后续的温度测量。此外，图像预处理还包括噪声抑制，采用滤波技术去除图像中的随机噪声，确保图像的清晰度和准确性。这些预处理步骤为后续的图像分析和温度测量提供了坚实的基础。上述预处理方案均为现有技术，本不涉及方法/算法上的改进。 [0051] 在另一种实施例中，对应于设置两个高温摄像头的实施例，图像采集卡在某一工作时刻截取两张火焰图像；预处理包括对两张图像进行实时图像配准，图像配准算法可以通过硬件描述语言编程到现场可编程门阵列上，以实现高速的并行处理，图像配准是通过寻找一种空间变换，使得两张图像中对应于空间同一位置的点一一对应起来，从而达到两张火焰图像信息融合的方法。炉膛内有很多烟尘，可能会使高温摄像头部分镜头区域被烟尘污染，从而使拍摄的图像可能会有小块残缺，这种处理方式可以使两个高温摄像头拍摄到的同一区域的两张火焰图像互相补充，从而获取更全面的炉膛火焰燃烧情况。 [0052] 上述图像配准方法为现有技术，例如公开号为“CN206179015U”的发明专利公开了一种基于FPGA的图像配准控制装置，公开号为“CN118037792A”的中国发明专利公开了一种基于改进多尺度ORB的图像配准算法，上述两项已公开的专利中所使用的图像配准算法，都能应用于本实施例中实现图像配准。本实施例可以采用任意现有技术公开的用于图像融合的图像配准算法实现，并不涉及方法上的改进。 [0053] 在另一种实施例中，对应于设置多于两个高温摄像头的实施例，图像采集卡在某一工作时刻截取多张图像；预处理可以采用上述两种预处理方式中的任一种，或两种的结合。 [0054] 图形处理单元GPU与现场可编程门阵列FPGA连接，用于从预处理后的图像中提取图像数据，并将图像数据传递至中央处理器CPU。 [0056] 在另一种实施例中，提取的图像数据是利用现有的特征提取方法所提取的图像特征，如公开号为“CN111027392A”的发明专利所公开的一种锅炉燃烧器火焰图像量化特征的半监督提取方法所提取火焰图像量化特征。 [0057] 测量系统可以选取上述实施例中任意一种图像数据，传递至中央处理器CPU。 [0058] 集成传感器平台，包括若干不同类型的传感器，每一类型的传感器安装于燃煤机组的某些部件上，用于采集燃煤机组对应类型的运行参数并传递至中央处理器。 [0059] 这些传感器安装在锅炉燃煤机组的某些部件上，避免直接接触炉膛内高温高压的环境，从而减少了测温仪器的损耗，降低了生产成本。 [0060] 在一种实施例中，根据专家知识选取了6种锅炉燃煤机组的运行参数，包括主给水流量、主蒸汽流量、总风量、主给水温度、氧量和再热蒸汽母管压力；上述6种锅炉燃煤机组的运行参数分别采用一个液体流量传感器，两个气体流量传感器，一个热电偶传感器，一个氧传感器和一个高温压力传感器来测量。集成传感器平台每4秒向中央处理器CPU传递一组锅炉燃煤机组的运行参数信号。 [0061] 在其它实施例中，选取的锅炉燃煤机组的运行参数可以采用以上6种中的几种，或者不限于以上6种；传感器也可以采用以上5中的中几种，或者不限于以上5种。 [0062] 中央处理器CPU，与集成传感器平台和图形处理单元GPU相连，中央处理器CPU负责执行程序中的指令和处理数据；在本实施例中，中央处理器CPU对炉膛内图像数据和燃煤机组的各个运行参数进行合并处理后，输出炉膛温度测量数据。本测温系统利用了各个传感器传递出的运行参数信号，并结合了炉膛内图像的图像数据，这会使得到的炉膛温度数据更准确。 [0063] 在一种实施例中，中央处理器CPU对炉膛内图像数据和燃煤机组的运行参数进行合并处理后，输出炉膛温度测量数据的方式可以是预设的经验模型，首先对各个图像数据以及燃煤机组的运行参数进行归一化处理，然后通过经验模型的计算式，输入归一化后的图像数据以及燃煤机组的运行参数的数值，输出炉膛温度测量数据。经验模型可以采用现有技术中的任意通过图像数据以及燃煤机组的运行参数计算炉膛温度的现有模型，也可以根据专家经验对现有模型进行改良。 [0064] 在另一种实施例中，中央处理器CPU对炉膛内图像数据和燃煤机组的各个运行参数进行合并处理后，输出炉膛温度测量数据的方式可以是AI算法，例如使用预训练的双向长短时记忆网络模型(BILSTM)预测程序，双向长短时记忆网络模型(BILSTM)在预训练过程中输入我们选择的历史炉膛内图像数据和燃煤机组的各个运行参数，根据模型预测值和炉膛温度实测值即可完成迭代训练。而后通过实时的炉膛内图像数据和燃煤机组的各个运行参数即可输出炉膛温度测量(预测)数据。 [0066] 在一种实施例中，还包括可视化设备，可视化设备与固态驱动器连接，为了更直观地观察炉膛内温度变化，可视化设备读取出固态驱动器中储存的炉膛温度测量数据并进行显示。在固态驱动器存储了多个历史炉膛温度测量数据的基础上，可视化设备可以以折线图、直方图、曲线图等方式显示炉膛温度测量数据。 [0067] 基于上述实施例，测温系统中所有设备的工作环境相对比较温和，所以可以长时间不间断的工作，从而可以得到炉膛在任何工况下的温度值，实现了对燃煤机组炉膛温度的全天候监测。 [0068] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。 |
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