红外线成象技术在锅炉检测中的应用

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1、红外线成象技术在锅炉中的应用电厂锅炉炉膛燃烧温度直接影响到锅炉燃烧情况是否正常,是锅炉安全高效运行的重要参数之一。锅炉炉膛结焦影响锅炉安全运行,通过温度测量可以反映其结焦情况,从而及时采取措施,有效防止重大事故的发生。因此,实时、准确、全面测量炉内的温度对锅炉运行具有非常重要的意义。炉膛温度在1500℃左右,任何接触式测温无法使用,非接触式红外热成像测温技术能够较好地解决这一问题。本文提出了锅炉多点测量构成实时测温系统的方案。1　系统构成电厂锅炉大多为负压锅炉,可在4角开观测孔。本系统在锅炉4角使用12个红外热成像传感器,除此之外它还包括

2、冷却和除尘系统、信号选择器、图像监视器、温度图像采集部件、温度报警装置、信号放大器、微型计算机、图像处理软件等几部分。系统组成结构如图1所示：图一测温系统组成结构图2　红外热成像测温原理红外热成像仪的光子探测器把来自需测设备表面的热辐射能转化为电子视频信号,经信号处理,送至显示器重放,转换为相应的可见图像。录像机对模拟信号记录并储存,然后进入计算机进行数据处理。扫描器所接收到的幅射信号,除来自待测设备表面的热辐射外,还有其对周围环境的反射辐射及设备与扫描器之间的大气辐射,即接收到的总辐射由目标辐射、反射辐射、大气辐射3部分组成。辐射关系可

3、由下式决定：式中:　　I———设备温度下被标定的热值;I0———测出的设备热值;———环境温度下被标定的热值;———大气温度下被标定的热值;τ———大气透射率;ε———设备表面发射率被标定的热值与相应的温度关系为：式中:　　I———温度T下被标定的热值;T———绝对温度;R,B,F———由光圈、滤光镜和扫描器类型标定的常数。红外热成像传感器是本系统的核心部件,其工作波长为0.8～2.0μm,适用于测量1000～1600℃的高温对象,不需制冷,能抗强磁场,稳定性好。信号选择器用于选择从三路传感器输出信号中的一路信号。图像监视器用于实时显示锅

4、炉内的温度分布图像,同时还显示当前图像上的最高温度、平均温度和最低温度,显示当前观测点的位置等,它由计算机显示器兼任。为了补偿由于长距离传输对图像信号的衰减,本系统使用了图像信号放大器。计算机负责整个系统的控制和温度图像数据的处理。图像处理软件的主要功能是实时选择热图像信号源,显示温度图像,计算温度值,判断温度界限以及图像处理等。3　系统原理系统的工作原理是:将12个红外热成像探测器置于锅炉的各炉孔处,分别对准炉内,由冷却和除尘系统对探测器进行保护。探测器以每秒25场的速度输出温度图像信号,经过一定距离的传输线,传输到监控室,这里集中监测

5、温度图像。经过选择出的一路信号送至放大器,其输出送到图像采集部件,将模拟信号变成数字图像信号输出到微型计算机。计算机对图像进行实时滤波、温度计算等处理,然后将输入的信号以温度分布图像的形式显示在监视器上,同时计算出本画面的最高、平均和最低温度,通过与设定的温度高限和温度低限进行比较,超限时可驱动报警装置,给出报警信号。4　系统标定与测温根据热辐射理论,物体的全波段辐射度M与其绝对温度T的关系为:式中k为比例因子,m为调节因子,λ为辐射波长。由上式可见,在波长一定的情况下,物体的热辐射度与绝对温度呈指数关系,只要用红外探测器测出目标的热辐射

6、度,就能计算出目标的表面温度。然而,辐射度与温度的非线性关系,使得仅用硬件直接实现热辐射与温度的转换非常困难。为了解决这一问题,下面采用软件标定的方法,对系统进行温度标定,提高测温精度。设探测器输出电压V与温度T的关系为：由于前述的复杂性,直接导出上式的反函数T=f1(V)很困难,软件标定的方法就是以黑体为标准,通过计算机数据处理,建立T=f1(V)的拟合曲线。将电压值V数字化后表示为d,则可以得到整个系统的温度标定Tb=f(d),测量温度时,以d为索引,找出相应的温度。系统的标定是以黑体为标准,实际测温时要考虑具体目标的辐射系数和其它因

7、素对温度值的影响。因此,温度图像上每个点的温度可以通过下列计算公式得到:式中δ为辐射系数,δ<1。对于温度的测量,本系统提供了4种方法:(1)伪彩色图像显示,它使用16种颜色表示温度图像,每种颜色表示一个温度段,温度段的长短可调;(2)用256种颜色表示温度图像,每种颜色代表一个图像灰度,表示一个温度值;(3)测量炉内温度图像上任意一点的横向和纵向截面的温度曲线;(4)精确测量温度图像上任意点的温度。5　结论锅炉红外线测温系统具有通用性和独立性,不仅可以反应电厂锅炉炉膛温度分布,还可以测量大型回转窑、水泥窑等设备的内部温度。