工業(yè)鍋爐爐膛可視化監(jiān)測系統(tǒng)研究

魏鵬娟,葉竹輝

(陜西交通職業(yè)技術學院,陜西 西安 710018)

鍋爐作為工業(yè)生產(chǎn)的重要設備之一,其主要作用是將水加熱變?yōu)檎羝?以提供工業(yè)生產(chǎn)所需的高溫、高壓蒸汽能源。在工業(yè)生產(chǎn)中,工業(yè)鍋爐能夠墊平生產(chǎn)高峰期的需求,提供額外的蒸汽能源以支持正常的生產(chǎn)運轉(zhuǎn),還能夠通過先進的燃燒技術及廢氣處理系統(tǒng),控制煙氣排放的含量和濃度,避免對環(huán)境造成污染和影響。我國的工業(yè)鍋爐常以煤粉為主要原料,在正常運行的過程中需要確保爐膛內(nèi)的燃料燃燒穩(wěn)定,從而保持穩(wěn)定的火焰以及熱量供應?；鹧嫒紵隣顟B(tài)不穩(wěn)定或者燃燒面積過小都會在一定程度上導致鍋爐的效率降低,進而造成能源浪費以及環(huán)境污染。現(xiàn)階段,為了提升工業(yè)鍋爐的運行效率以及使用安全性,工業(yè)企業(yè)多采取監(jiān)測系統(tǒng)對其進行保護和控制。一方面提升鍋爐運行的穩(wěn)定性,另一方面提升鍋爐的使用效率,盡可能節(jié)約能源成本。隨著科學技術的不斷發(fā)展,對工業(yè)鍋爐爐膛監(jiān)測的技術不斷進步,極大地提升了鍋爐整體運行的經(jīng)濟效率。本文從多方面進行探究,分析可視化監(jiān)測在工業(yè)鍋爐爐膛監(jiān)測中的應用,為我國工業(yè)鍋爐的高效穩(wěn)定運行提供借鑒意義。

1 工業(yè)鍋爐的基本概念和爐膛結構

工業(yè)鍋爐是工業(yè)領域中常用的熱能設備,主要用于提供蒸汽、熱水或其他熱質(zhì)體來驅(qū)動機械設備或供應熱能。工業(yè)鍋爐通常由鍋爐本體和煙氣系統(tǒng)兩部分組成,鍋爐本體包括爐膛、過熱器、再熱器、汽包、水冷壁、篦條和給水系統(tǒng)等組成部分[1]。而爐膛是工業(yè)鍋爐的關鍵部位之一,其結構和性能直接關系到鍋爐的煙氣排放效果和熱效率。

爐膛的主要作用是在其中將燃料燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞給水來產(chǎn)生蒸汽并從而產(chǎn)生功。不同型號以及使用功能的爐膛存在明顯的差異性。爐膛一般分為前、后、下爐膛以及過熱器的燃燒室。其中,前爐膛的主要作用是使燃料快速燃燒,同時預熱空氣;后爐膛則主要完成燃燒工作,將燃料燃燒生成的高溫氣體通過水冷壁向鍋爐另一端進行傳遞;下爐膛(也稱為灰斗)則主要收集爐渣和灰渣,保持爐膛的干凈[2-3]。以循環(huán)流化床鍋爐為例,如圖1所示。

圖1 循環(huán)流化床鍋爐構造圖

循環(huán)流化床鍋爐由爐膛、汽包、過熱/再熱器、旋風分離器、省煤器、返料裝置等構成。在運行過程中,煤粉經(jīng)由輸送帶送入爐內(nèi),完成高溫脫水以及燃燒等流程[4]。未燃盡顆粒經(jīng)由返料裝置重新送回爐內(nèi)。燃燒完成產(chǎn)生的高溫灰渣經(jīng)流化風間接或者連續(xù)排出。

2 可視化監(jiān)測系統(tǒng)的原理及價值

2.1 可視化系統(tǒng)原理

可視化監(jiān)測系統(tǒng)是一種對工業(yè)鍋爐爐膛進行在線實時監(jiān)測的技術。其主要原理是通過在爐膛中懸掛高溫攝像機和高溫光纖傳感器等設備,對爐膛內(nèi)部的溫度、壓力、燃燒質(zhì)量等參數(shù)進行監(jiān)測,并將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)分析、處理和預警?？梢暬O(jiān)測系統(tǒng)的主要構成部分包括高溫攝像機、高溫光纖傳感器、數(shù)據(jù)采集器、云平臺等組成部分[5-6]。其中,高溫攝像機是一種高溫環(huán)境下可操作的攝像機,可以將實時圖像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器進行處理;高溫光纖傳感器則是一種可以測量爐膛內(nèi)溫度和壓力等參數(shù)的傳感器,可以將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器進行處理并存儲起來;而數(shù)據(jù)采集器則是可視化監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分,負責接收爐膛內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù),進行在線實時處理,并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_等后臺系統(tǒng)進行進一步處理、存儲和管理[7]。

2.2 可視化系統(tǒng)應用價值

可視化監(jiān)測系統(tǒng)作為一種新興的工業(yè)監(jiān)測技術,具有在工業(yè)鍋爐爐膛中廣闊的應用前景。一方面,可視化監(jiān)測系統(tǒng)可以有效提高工業(yè)鍋爐的安全性能和能源利用效率,通過對爐膛內(nèi)部的實時監(jiān)測和分析,及時掌握爐膛內(nèi)部的運行狀態(tài),發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患并進行及時的處理,同時提供有效的參考數(shù)據(jù)和優(yōu)化控制策略,以提高工業(yè)鍋爐的熱效率,降低能源消耗[8]。另一方面,可視化監(jiān)測系統(tǒng)還可以支持智能化管理,提高智能化控制水平。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和處理,可視化監(jiān)測系統(tǒng)可以為工業(yè)鍋爐的智能化控制系統(tǒng)提供實時的數(shù)據(jù)支持和參考,進而實現(xiàn)在線的優(yōu)化控制?？傊?可視化監(jiān)測系統(tǒng)在工業(yè)鍋爐爐膛中具有廣闊的應用前景[9]。其不僅可以提高工業(yè)鍋爐的安全性能和熱效率,還可以支持智能化管理和優(yōu)化控制,為保障工業(yè)鍋爐的運行安全和提高運行效率提供了有力支持。

3 工業(yè)鍋爐可視化監(jiān)測系統(tǒng)設計

本方案旨在設計一款適用于工業(yè)鍋爐的爐膛燃燒可視化監(jiān)測系統(tǒng),通過硬件和軟件的結合,可以實現(xiàn)對爐膛燃燒狀態(tài)的實時監(jiān)測和分析。

3.1 可視化監(jiān)測系統(tǒng)整體設計方案

(1)監(jiān)測原理。鍋爐爐膛可視化監(jiān)測的原理是通過在鍋爐爐膛內(nèi)安裝攝像頭,并將拍攝到的圖像實時傳輸至監(jiān)控室,以實現(xiàn)對鍋爐爐膛的實時監(jiān)測。

(2)攝像頭選型。在選擇攝像頭時,需要根據(jù)爐膛內(nèi)部的特殊環(huán)境進行選擇。一般應選用防爆、高溫、防腐等特殊要求的工業(yè)攝像頭。同時應考慮攝像頭的畫質(zhì)、角度、焦距等參數(shù)以及可靠性和耐久性等因素[10]。

(3)圖像傳輸。鍋爐爐膛內(nèi)環(huán)境惡劣,在監(jiān)測圖像傳輸時應選擇高清數(shù)字視頻傳輸系統(tǒng),選擇高質(zhì)量的視頻轉(zhuǎn)換器和傳輸器材,以確保圖像的傳輸質(zhì)量和實時性。

(4)監(jiān)測室監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控室內(nèi)應設置大屏幕顯示器,對攝像頭傳輸?shù)漠嬅孢M行實時顯示。同時,還需配合語音提示系統(tǒng),及時向監(jiān)測人員提供報警信息或異常情況的提示。

(5)報警系統(tǒng)。如果監(jiān)測到鍋爐爐膛內(nèi)出現(xiàn)異常情況,例如,溫度過高、燃燒不充分等情況,系統(tǒng)會自動向監(jiān)測室發(fā)送報警信息,并啟動應急機制,確保鍋爐的安全和穩(wěn)定運行[11]。

3.2 硬件設計

硬件設計的核心是燃燒分析儀,可以通過對燃氣成分及溫度的分析,得到燃燒狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

燃燒分析儀的主要組成部分包括:

(1)探頭:負責采集燃氣樣品,通常采用靈活的高溫管道進行連接。

(2)分析儀:通過對采集到的燃氣樣品的分析,可以得到燃燒狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

(3)信號處理模塊:對分析儀返回的數(shù)據(jù)進行處理和轉(zhuǎn)換,使其變成可讀取的形式。

(4)顯示屏:顯示燃燒狀態(tài)的數(shù)據(jù)[12]。

硬件設計的另一個重要方面是圖像采集設備,通過獲取燃燒過程中產(chǎn)生的圖像,可以對燃燒狀態(tài)進行直觀的觀察和分析。圖像采集設備的主要組成部分包括:

(1)攝像頭:用于采集燃燒過程中產(chǎn)生的圖像。

(2)控制模塊:用于控制和調(diào)整攝像頭的設置,例如調(diào)整焦距、光圈大小等。

(3)數(shù)據(jù)存儲模塊:用于存儲采集到的圖像數(shù)據(jù)[13]。工業(yè)鍋爐可視化設計流程如圖2所示。

圖2 工業(yè)鍋爐可視化設計流程

通過燃燒分析儀對爐膛內(nèi)的燃燒情況,匯總?cè)紵畔?。借助圖像采集爐膛內(nèi)火焰的圖像,并進行結果分析,結果匯總后傳輸給遠程控制端,以實現(xiàn)對鍋爐爐膛狀態(tài)的實時監(jiān)測。

3.3 軟件設計

軟件設計的核心是對燃燒狀態(tài)的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和分析,提供直觀的展示和分析結果。如圖3所示。

圖3 可視化監(jiān)測功能

軟件設計的主要功能包括:

(1)燃燒狀態(tài)的實時顯示:顯示當前的燃燒狀態(tài),例如燃氣成分、溫度等參數(shù)。

(2)燃燒狀態(tài)的歷史記錄:可以對燃燒狀態(tài)進行歷史記錄,便于分析燃燒狀態(tài)的變化趨勢[14]。

(3)圖像的實時顯示:通過圖像采集設備,可以實時展示燃燒過程中產(chǎn)生的圖像。

(4)圖像的分析功能:通過對圖像的分析,可以得到更詳細的燃燒狀態(tài)信息,例如燃燒區(qū)域、熱點位置等。

(5)異常報警功能:當燃燒狀態(tài)出現(xiàn)異常時,可以通過聲音或者圖像的形式進行報警提醒。

4 結 語

鍋爐爐膛可視化監(jiān)測可以幫助操作人員實現(xiàn)對鍋爐運行狀態(tài)的實時監(jiān)測和分析。通過這種監(jiān)測方式,可以及時發(fā)現(xiàn)鍋爐中的異常情況,識別可能出現(xiàn)的問題并采取必要的措施進行修復,從而確保鍋爐的安全運行和高效能運轉(zhuǎn)。同時,這種監(jiān)測方式還可以提高設備運維的效率,減少人工檢查的需求和減輕工作負擔?？傊?鍋爐爐膛可視化監(jiān)測對于保證設備安全和提升設備性能具有重要的意義。