申请/专利权人：航天长征化学工程股份有限公司

申请日：2017-08-08

公开（公告）日：2024-05-31

公开（公告）号：CN107509050B

主分类号：H04N7/10

分类号：H04N7/10;H04N7/18;H04N23/51

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.31#授权;2019.08.16#实质审查的生效;2017.12.22#公开

摘要：本发明提供一种气化炉火焰检测系统，属于煤气化技术领域，用于解决现有的气化炉火焰检测不稳定，缺乏准确快速开关量的问题。所述气化炉火焰检测系统包括：图像探头，布置于气化炉炉体外气化烧嘴的中心管口处，外部为用于防爆的耐压壳体，所述图像探头用于采集气化烧嘴的中心管口处的火焰视频信号；数据处理单元，设置于机柜中，数据处理单元的视频输入端通过同轴电缆与所述图像探头的视频输出端连接，所述数据处理单元用于根据所述图像探头采集的火焰视频信号，判断所述图像探头探测的气化烧嘴是否有火焰。本发明的气化炉火焰检测系统能够稳定可靠没有延迟的对炉内火焰燃烧状况进行监测，输出火焰有无的开关量，同时输出火焰燃烧状况。

主权项：1.一种气化炉火焰检测系统，其特征在于，所述气化炉是顶置式单烧嘴气化炉，所述气化炉火焰检测系统包括：图像探头3，布置于气化炉炉体外气化烧嘴的中心管口处，外部为用于防爆的耐压壳体4，所述图像探头3用于采集气化烧嘴的中心管口处的火焰视频信号；数据处理单元6，设置于机柜中，所述数据处理单元6是嵌入式数据处理单元，其视频输入端通过同轴电缆5与所述图像探头3的视频输出端连接，所述数据处理单元6用于根据所述图像探头3采集的火焰视频信号，判断所述图像探头3探测的气化烧嘴是否有火焰；其中，还包括与所述数据处理单元6连接的DCS控制系统8；所述气化炉火焰检测系统还包括网络交换机10和工业计算机11；所述数据处理单元6还用于根据所述火焰视频信号以及预先设置的偏烧状况计算方法，计算周向亮度不均匀度，得到所述气化炉的偏烧状况；所述气化炉火焰检测系统用于具有三路燃料管的气化炉，所述工业计算机11还通过控制电缆12与所述DCS控制系统8连接；所述数据处理单元6还将计算得出的周向亮度不均匀度通过所述网络交换机10发送给工业计算机11；所述工业计算机11判断所述周向亮度不均匀度是否超过预先设定的不均匀度阈值，若是，则统计多次连续收到的周向亮度不均匀度及对应的三路燃料管的燃料流量得到n组统计数据M1,Q11,Q12,Q13，M2,Q21,Q22,Q23，…，Mn,Qn1,Qn2,Qn3，其中，n为统计次数，Mn为第n次得到的周向亮度不均匀度，Qn1、Qn2、Qn3分别为第n次得到的三路燃料管的燃料流量；并利用所述统计数据M1,Q11,Q12,Q13，M2,Q21,Q22,Q23，…，Mn,Qn1,Qn2,Qn3进行二次回归计算得到周向亮度不均匀度关于三路燃料管的燃料流量的函数公式其中W1至W10为二次回归计算得到的回归系数；最后求取使周向亮度不均匀度M取最小值的三路燃料管的燃料流量值Q1、Q2、Q3并发送给所述DCS控制系统8；所述DCS控制系统8控制所述三路燃料管按照所述工业计算机11发来的三路燃料管的燃料流量值工作。

全文数据：一种气化炉火焰检测系统技术领域[0001]本发明属于煤气化技术领域，特别是指一种气化炉火焰检测系统。背景技术[0002]气化炉由于高温高压的特殊环境，其安全性较锅炉更为严格，因此必须配备功能齐全，性能可靠的火焰检测装置用于检测气化炉的点火状态及炉内燃烧状况，过去一般采用火检探头，但其仅能得到火焰有无的开关量，无法观察到炉内燃烧状况。为解决如上问题，目前有基于服务器的可视化火检系统，可通过前端的图像探头获取炉内火焰状况，再利用后端电脑进行相关分析，进而进行火焰检测，但由于电脑本身运行可靠性无法达到工业要求，存在死机等问题，其稳定性和准确性尚存在问题。[0003]另一方面，顶置式单烧嘴气化炉的火检观测管布置位置为烧嘴中心。该种气化炉在正常燃烧过程中，由于煤质变化、烧嘴装配误差、烧嘴喷口堵塞等原因，可能会出现烧嘴偏烧情况，即烧嘴在周向方向上火焰并未呈中心对称，导致某一方向温度偏高，这直接导致了气化炉负荷难以提高，影响经济性，严重时甚至可能导致气化炉被烧穿造成重大损失。目前，一般通过在气化炉炉体上布置测温传感器，通过比对同一层不同位置温度来确定是否偏烧，但采用该方式存在如下问题:A为保护传感器不被破坏，一般无法太深入炉膛，距离烧嘴燃烧火焰较远，存在温度滞后性;B测温传感器布置数量有限，无法对炉膛一周各角度都进行监控，存在监控死角;C测温传感器工作环境恶劣，容易损坏，且损坏后难以修复。顶置式单烧嘴气化炉出现偏烧后，需要及时纠正偏烧，目前一般人为进行控制，缺乏准确性、及时性。发明内容[0004]为了解决现有的气化炉火焰检测不稳定，缺乏准确快速开关量的问题，本发明提供一种气化炉火焰检测系统，能够稳定可靠没有延迟的对炉内火焰燃烧状况进行监测，输出火焰有无的开关量，同时输出火焰燃烧状况。[0005]本发明提供的一种气化炉火焰检测系统，包括：[0006]图像探头，布置于气化炉炉体外气化烧嘴的中心管口处，外部为用于防爆的耐压壳体，所述图像探头用于采集气化烧嘴的中心管口处的火焰视频信号；[0007]数据处理单元，设置于机柜中，数据处理单元的视频输入端通过同轴电缆与所述图像探头的视频输出端连接，所述数据处理单元用于根据所述图像探头采集的火焰视频信号，判断所述图像探头探测的气化烧嘴是否有火焰。[0008]在一种具体实施方案中，所述数据处理单元还用于定时进行故障自检，并在故障影响是否有火焰判断的正确性时直接判断所述气化烧嘴处无火焰。[0009]在一种具体实施方案中，还包括与所述数据处理单元连接的DCS控制系统;所述数据处理单元根据是否有火焰的判断结果，向所述DCS控制系统发送有无火焰的开关信号，所述DCS控制系统根据所述有无火焰的开关信号进行停车连锁;所述数据处理单元还将故障自检结果发送给所述DCS控制系统。[0010]在一种具体实施方案中，所述数据处理单元通过2芯聚氯乙烯绝缘软电缆与DCS控制系统连接。[0011]在一种具体实施方案中，所述数据处理单元具有网络信号输出口，所述气化炉火焰检测系统还包括网络交换机和工业计算机;所述网络交换机的输入端连接所述数据处理单元的网络信号输出口，输出端连接所述工业计算机;所述数据处理单元通过网络交换机将所述火焰视频信号以及有无火焰的开关信号通过所述网络交换机实时传输给工业计算机。[0012]在一种具体实施方案中，所述数据处理单元还用于根据所述火焰视频信号以及预先设置的偏烧状况计算方法，计算所述气化炉的偏烧状况；[0013]其中，所述偏烧状况计算方法包括：[0014]采用HSI颜色模型分析所述火焰视频信号，得到每一帧图像的各像素点的H、S、I分量值；[0015]以所述图像探头的中心为圆心，转出极坐标下的亮度值，[0016]以所述图像探头的中心为圆心，以预定角度为单位沿周向360°进行等分；[0017]计算每一等分下所有像素点的亮度平均值，作为该等分下的亮度值；[0018]根据各等分下的亮度值，计算周向亮度不均匀度，得到所述气化炉的偏烧状况。[0019]在一种具体实施方案中，所述气化炉火焰检测系统用于具有三路燃料管的气化炉，所述工业计算机还通过控制电缆与所述DCS控制系统连接；[0020]所述数据处理单元还将计算得出的周向亮度不均匀度通过所述网络交换机发送给工业计算机；[0021]所述工业计算机判断所述周向亮度不均匀度是否超过预先设定的不均匀度阈值，若是，则统计多次连续收到的周向亮度不均匀度及对应的三路燃料管的燃料流量，并利用统计数据进行二次回归计算得到周向亮度不均匀度关于三路燃料管的燃料流量的函数公式，最后求取使周向亮度不均匀度取最小值的三路燃料管的燃料流量值并发送给所述DCS控制系统；[0022]所述DCS控制系统控制所述三路燃料管按照所述工业计算机发来的三路燃料管的燃料流量值工作。[0023]在一种具体实施方案中，所述数据处理单元还有环路视频输出口，所述气化炉火焰检测系统还包括通过同轴电缆与所述环路视频输出口连接的硬盘录像机以及与所述硬盘录像机连接的监视终端;所述数据处理单元将所述火焰视频信号输出至所述硬盘录像机存储，所述监视终端实时获取所述硬盘录像机存入的数据并显示给用户。[0024]在一种具体实施方案中，所述DCS控制系统还用于控制所述数据处理单元启动复位。[0025]本发明的上述技术方案的有益效果如下：[0026]本发明基于嵌入式原理设计的图像火焰检测系统，通过布置于气化烧嘴的中心管口处的图像探头采集视频，采用嵌入式数据处理单元对图像探头采集的视频图像进行处理，可对输入火焰视频进行分析，从而检测是否有火焰，无需后端电脑参与，可以实时获得炉内火焰状况，及时准确输出有无火焰的开关信号，稳定性和可靠性较现有技术更高，有效控制了设备运行风险。附图说明[0027]图1为本发明实施例提供的一种气化炉火焰检测系统的结构示意图；[0028]图2为本发明实施例提供的另一种气化炉火焰检测系统的结构示意图；[0029]图3为本发明实施例提供的另一种气化炉火焰检测系统的结构示意图；[0030]图4为本发明实施例提供的另一种气化炉火焰检测系统的结构示意图；[0031]图5为预定角度为30°时的沿周向360°进行等分的示意图；[0032]图6为本发明实施例提供的另一种气化炉火焰检测系统的结构示意图。[0033][附图标记说明][0034]1、气化炉炉体，2、气化烧嘴，3、图像探头，4、耐压壳体，[0035]5、同轴电缆，6、数据处理单元，7、2芯聚氯乙烯绝缘软电缆，[0036]8、DCS控制系统，9、网络信号输出口，10、网络交换机，[0037]11、工业计算机，12、控制电缆，13、同轴电缆，[0038]14、硬盘录像机，15、监视终端，具体实施方式[0039]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。[0040]图1为本发明实施例提供的一种气化炉火焰检测系统的结构示意图，如图1中所示，该系统包括图像探头3和数据处理单元6;如图1中所示，图像探头3布置于气化炉炉体1外气化烧嘴2的中心管口处，外部为用于防爆的耐压壳体4,图像探头3用于采集气化烧嘴2的中心管口处的火焰视频信号;数据处理单元6设置于机柜中，数据处理单元6的视频输入端通过同轴电缆5与图像探头3的视频输出端连接。其中，数据处理单元6用于根据图像探头3采集的火焰视频信号，判断图像探头3探测的气化烧嘴是否有火焰。具体地，数据处理单元内含彩色单板机，集成有视频采集单元、微小处理器、操作系统等，视频采集单元用于通过图像探头5采集视频，微小处理器通过DSP对视频采集单元采集的视频信号进行处理，解析出视频每一帧中的亮度、高亮面积、颜色、闪烁频率等信息，操作系统内置火焰判断算法，根据微小处理器的输出数据进行火焰判断。[0041]本发明提供的上述气化炉火焰检测系统，能够稳定可靠没有延迟的对炉内火焰燃烧状况进行检测，输出火焰有无的开关量，同时输出火焰燃烧状况。[0042]优选地，数据处理单元6还包括故障检测输出单元，用于对设备故障进行自检，并在故障影响是否有火焰判断的正确性时直接将判断所述气化烧嘴处无火焰，以确保气化炉运行安全，此外，在检测到有故障时还可输出报警信号以提示用户。[0043]图2为本发明实施例提供的另一种气化炉火焰检测系统的结构示意图，如图2中所示，该系统在图1所示系统的基础上，还包括与数据处理单元6连接的DCS控制系统8。数据处理单元6根据是否有火焰的判断结果，向DCS控制系统8发送有无火焰的开关信号，则DCS控制系统8可根据收到的有无火焰的开关信号进行停车连锁，例如在无火焰时将气化炉停车;此外，数据处理单元6还将故障自检结果例如故障判断的开关量发送给所述DCS控制系统S13DCS控制系统8还可用于控制数据处理单元6启动复位，断开为启动，即启动数据处理单元6可向外输出信号，闭合为复位，即停止数据处理单元6向外输出信号。例如，DCS控制系统收到有故障的检测结果时可控制数据处理单元6复位，或者在需要时直接控制数据处理单元6启动复位。[0044]优选地，数据处理单元6可通过2芯聚氯乙烯绝缘软电缆7与所述DCS控制系统8连接。[0045]图3为本发明实施例提供的另一种气化炉火焰检测系统的结构示意图，该系统在图2所示系统的基础上，还包括网络交换机10和工业计算机11。本实施例中，数据处理单元6具有网络信号输出口9,网络交换机10的输入端连接所述数据处理单元6的网络信号输出口9,输出端连接所述工业计算机11。图3中，数据处理单元6通过网络交换机10将所述火焰视频信号以及有无火焰的开关信号或者进一步的将判断有无火焰过程中的火焰分析数据通过网络交换机10实时传输给工业计算机11，从而方便用户通过工业计算机11实时监控气化炉的火焰状况。[0046]图4为本发明实施例提供的另一种气化炉火焰检测系统的结构示意图，该系统在图1所示系统的基础上，还包括硬盘录像机14和监视终端15。本实施例中，数据处理单元6还有环路视频输出口，硬盘录像机14通过同轴电缆13与所述环路视频输出口连接，监视终端15与硬盘录像机14连接。数据处理单元6可将火焰视频信号输出至硬盘录像机14存储，监视终端实时获取硬盘录像机14存入的数据并显示给用户，S卩：将火焰视频信号接入全厂视频监控系统15,用于全厂的视频总监控，方便用户远程实时监控气化炉的火焰状况，另一方面硬盘录像机14存储数据，方便对气化炉的工作状况进行后期跟踪维护。[0047]在一个优选实施例中，数据处理单元6还用于根据收到的火焰视频信号以及预先设置的偏烧状况计算方法，计算所述气化炉的偏烧状况。具体地，偏烧状况计算方法包括：⑴采用HSI颜色模型分析所述火焰视频信号，得到每一帧图像的各像素点的H、S、I分量值，即色调、饱和度、亮度；由于I分量与图像的彩色信息无关，对于气化炉低照度情况下常用的黑白模式较为适合，因此采用I分量作为后续偏烧判断的依据，结合各点坐标位置，得到各点的亮度值，即fx，y=I，x、y为某一帧图像像素点的位置；（2以图像探头3的中心为圆心，转出极坐标下的亮度值，即fr，0=1;3以图像探头3的中心为圆心，以预定角度为单位沿周向360°进行等分，预定角度可任意选择，例如预定角度为10°，即按照10°沿周向进行切分，共分为36等分；（4计算周向360°每一等分下所有像素点的亮度平均值，作为该等分下的亮度值，例如图5所示为预定角度为30°时的沿周向360°进行等分的情况，其中I1定义为从北向顺时针方向第一个等分下的亮度值；（5根据各等分下的亮度值，计算周向亮度不均匀度，得到所述气化炉的偏烧状况，通过轴向亮度不均匀度可知道哪一区域亮度偏高，供操作人员判断偏烧情况，以该方式进行偏烧判断，计算量小，响应速度快，能够及时跟踪实时的偏烧情况，避免出现烧坏烧嘴或炉膛的可能。本实施例的气化炉火焰检测系统进行单烧嘴气化炉偏烧检测，较目前采用温度传感器人工进行偏烧判断的方式，其时效性，准确性都有了很大提尚。[0048]气化炉燃烧器一般有三路燃料管，周向两两呈120°分布，若能在线实时对气化炉三路燃料流量进行优化调节，从而控制燃料沿烧嘴周向的分布，则能够快速消除气化炉偏烧问题。[0049]为实现以上目的，在一优选实施例中，如图6中所示，工业计算机11还通过控制电缆12与DCS控制系统8连接;数据处理单元6还将计算得出的周向亮度不均匀度通过网络交换机10发送给工业计算机11;工业计算机11根据周向亮度不均匀和预先设计的流量控制算法，对三路燃料管的燃料流量Q1、Q2、Q3进行优化调节。[0050]具体地，工业计算机11中预先设计的流量控制算法的步骤为：[0051]1判断周向亮度不均匀度是否超过预先设定的不均匀度阈值，若是，则开始进行燃料流量的优化调节，若未超过，则不进行优化调节；[0052]2开始进行燃料流量的优化调节时，先统计多次连续收到的周向亮度不均匀度及对应的三路燃料管的燃料流量得到η组统计数据M1,Q11，Q12，Q13，（M2，Q21，Q22，Q23，···，Mn，Qnl，Qn2，Qn3;其中，η为统计次数，Mn为第η次得到的周向亮度不均匀度，Qnl、Qn2、Qn3分别为第η次得到的三路燃料管的燃料流量；[0053]3利用统计数据）进行二次回归计算得到公式（1所示的周向亮度不均匀度M关于三路燃料管的燃料流量Qi、Q2、Q3的函数公式：公式（1中，胃:至胃^为二次回归计算得到的回归系数；[0055]⑷求取使周向亮度不均匀度M取最小值的三路燃料管的燃料流量值QlQ^Q3d[0056]工业计算机11计算出使周向亮度不均匀度M取最小值的三路燃料管的燃料流量值Q1、Q2、Q3后，将使周向亮度不均匀度M取最小值的三路燃料管的燃料流量值Q1、Q2、Q3发送给DCS控制系统8，DCS控制系统8控制三路燃料管按照工业计算机11发来的三路燃料管的燃料流量值工作，之后再进行周向不均匀度统计，若周向不均匀度达到设计要求，则停止计算，若尚未达到设计要求，则重复上述计算步骤，直到达到设计要求或计算次数。利用以上方法，可以快速进行气化炉的燃料管的流量优化调节，避免偏烧造成的影响。[0057]相对于现有气化炉火焰检测系统，本发明基于嵌入式原理设计的图像火焰检测系统，可以获得炉内火焰状况，准确输出有无火焰的开关信号，且稳定性较过去更高。采用气化炉火焰检测系统进行单烧嘴气化炉偏烧检测，较目前采用温度传感器人工进行偏烧判断的方式，其时效性，准确性都有了很大提高。再一方面，利用偏烧的优化控制算法，较目前人工进行流量调节更为快速准确。[0058]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种气化炉火焰检测系统，其特征在于，包括：图像探头3，布置于气化炉炉体外气化烧嘴的中心管口处，外部为用于防爆的耐压壳体⑷，所述图像探头⑶用于采集气化烧嘴的中心管口处的火焰视频信号；数据处理单元6，设置于机柜中，数据处理单元6的视频输入端通过同轴电缆5与所述图像探头3的视频输出端连接，所述数据处理单元6用于根据所述图像探头3采集的火焰视频信号，判断所述图像探头3探测的气化烧嘴是否有火焰。2.如权利要求1所述的气化炉火焰检测系统，其特征在于，所述数据处理单元6还用于定时进行故障自检，并在故障影响是否有火焰判断的正确性时直接判断所述气化烧嘴处无火焰。3.如权利要求2所述的气化炉火焰检测系统，其特征在于，还包括与所述数据处理单元⑹连接的DCS控制系统⑻；所述数据处理单元⑹根据是否有火焰的判断结果，向所述DCS控制系统8发送有无火焰的开关信号，所述DCS控制系统8根据所述有无火焰的开关信号进行停车连锁;所述数据处理单元⑹还将故障自检结果发送给所述DCS控制系统8。4.如权利要求3所述的气化炉火焰检测系统，其特征在于，所述数据处理单元6通过2芯聚氯乙烯绝缘软电缆⑺与DCS控制系统⑻连接。5.如权利要求3所述的气化炉火焰检测系统，其特征在于，所述数据处理单元6具有网络信号输出口（9，所述气化炉火焰检测系统还包括网络交换机10和工业计算机（11;所述网络交换机（10的输入端连接所述数据处理单元⑹的网络信号输出口（9，输出端连接所述工业计算机（11;所述数据处理单元6通过网络交换机（10将所述火焰视频信号以及有无火焰的开关信号通过所述网络交换机10实时传输给工业计算机11。6.如权利要求5所述的气化炉火焰检测系统，其特征在于，所述数据处理单元6还用于根据所述火焰视频信号以及预先设置的偏烧状况计算方法，计算所述气化炉的偏烧状况；其中，所述偏烧状况计算方法包括：采用HSI颜色模型分析所述火焰视频信号，得到每一帧图像的各像素点的H、S、I分量值；以所述图像探头⑶的中心为圆心，转出极坐标下的亮度值，以所述图像探头⑶的中心为圆心，以预定角度为单位沿周向360°进行等分；计算每一等分下所有像素点的亮度平均值，作为该等分下的亮度值；根据各等分下的亮度值，计算周向亮度不均匀度，得到所述气化炉的偏烧状况。7.如权利要求6所述的气化炉火焰检测系统，其特征在于，所述气化炉火焰检测系统用于具有三路燃料管的气化炉，所述工业计算机（11还通过控制电缆（12与所述DCS控制系统⑻连接；所述数据处理单元⑹还将计算得出的周向亮度不均匀度通过所述网络交换机（10发送给工业计算机11;所述工业计算机（11判断所述周向亮度不均匀度是否超过预先设定的不均匀度阈值，若是，则统计多次连续收到的周向亮度不均匀度及对应的三路燃料管的燃料流量，并利用统计数据进行二次回归计算得到周向亮度不均匀度关于三路燃料管的燃料流量的函数公式，最后求取使周向亮度不均匀度取最小值的三路燃料管的燃料流量值并发送给所述DCS控制系统8;所述DCS控制系统（8控制所述三路燃料管按照所述工业计算机（I1发来的三路燃料管的燃料流量值工作。8.如权利要求1所述的气化炉火焰检测系统，其特征在于，所述数据处理单元6还有环路视频输出口，所述气化炉火焰检测系统还包括通过同轴电缆13与所述环路视频输出口连接的硬盘录像机14以及与所述硬盘录像机14连接的监视终端（15;所述数据处理单元6将所述火焰视频信号输出至所述硬盘录像机（14存储，所述监视终端实时获取所述硬盘录像机14存入的数据并显示给用户。9.如权利要求1-8任一项所述的气化炉火焰检测系统，其特征在于，所述DCS控制系统8还用于控制所述数据处理单元6启动复位。

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