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1 光学成像技术和炉膛火焰电视设备在燃煤火电厂煤粉炉炉膛燃烧视频监视上 的应用 崔天龙 (东方电气) 摘要本文介绍了光学成像技术在燃煤火电厂炉膛燃烧监视上的应用,系统而详细地介绍了炉 膛火焰电视设备的各个组成部分,描述了电气控制原理.

分析了常见故障的产生原因,也指出了调试和 使用中需要注意的事项.本文对热工专业的工程师具有一定的参考价值. 关键词 光学成像技术 燃煤火电厂 炉膛火焰电视 热工专业 Application of Optics Imaging Technology &

Boiler Hearth TV Devices in Power Station Coal Powder Boiler Hearth Video Frequency Watching Cui Tianlong (DEC) Abstract: This study is introduces the Optics Imaging Technology applies in power station coal powder boiler hearth video frequency watching. It is detailed introduces contents of hearth video devices, and it describes the elements of electrical control. It not only analyses the usually faults, but also point out the keys and notices during debugging and use. This paper is reference to pyrology engineers. Keywords: Optics Imaging Technology Coal Power Station Hearth Video Devices Pyrology Specialty

0 前言 光学成像技术在燃煤火电厂煤粉炉炉膛火焰视频监视上的应用,在国内兴起于上个世纪八十年代. 这种技术主要应用于 300MW 以上的大型煤粉炉, 随着国内大型锅炉制造技术的日益完善, 光学成像的炉 膛火焰监视技术也越来越普遍地应用于各种类型的大型燃煤锅炉. 这种成像技术提供的视频信号, 可以 直接地反映炉膛内的燃烧情况, 给运行人员提供相对直观的判断依据, 对锅炉的安全运行和操作起到及 时的指导作用.安装好、调试好、使用好炉膛火焰电视设备,对锅炉的安全和节能经济运行都有着非常 重要的意义.

1 炉膛火焰电视成像系统的组成及工作原理 炉膛火焰电视成像系统由镜管总成、执行器、就地控制箱、远操器、画面分割器、电视机组成.镜 管总成内部由一系列光学元件组成, 后部有一台彩色数码摄像机可以将镜管采集的光学信号转换成视频 信号输出,中部有冷却用压缩气进气接口.执行器内部由微型电动机、执行滑块、同步带、导轨、前后 行程限位等元件组成,执行器可以推动镜管总成前进或者后退.就地控制柜内部安装有电气元件,具有 就地操作和远方操作选择, 还装有冷却用压缩气减压器和过滤器, 可以向镜管总成提供冷却用仪用压缩 气. 画面分割器可以将两个以上的视频信号通过处理后同时输出到一台电视机上, 可以在一台电视机上 同时显示锅炉左侧及锅炉右侧的火焰电视视频图象. 电视机是显示炉膛火焰视频信号的终端设备, 电视 机显示器频率的高低和显示器质量的好坏直接关系到视频图象的清晰度和色彩好坏, 使用较高质量品质 的电视机是很有必要的. 一台锅炉一般在炉左和炉右分别安装一套火焰电视系统, 同时监视锅炉炉膛内的燃烧状况. 炉膛火 焰电视系统的组成示意图如图

1 所示.

2 水冷壁 远操器 电控箱 执行器 镜管总成 画面分割器 电视机 图1炉膛火焰电视系统的组成示意图

2 镜管总成、执行器、自关断炉门的安装 镜管总成吊装于执行器下方,执行器安装在 自关断炉门上, 自关断炉门焊接于锅炉水冷壁上. 执行器可以推动镜管总成,由自关断炉门进出水 冷壁看火孔.自关断炉门在镜管总成完全退出后 可以自行关闭看火孔.镜管总成、执行器、自关 断炉门在水冷壁上的安装示意图如图

2 所示. 执行器 自关闭炉门 水冷壁 镜管总成 图2火焰电视执行器及镜管安装示意

3 执行器的内部结构 执行器内部由微型电动机、执行滑块、同步带、导轨、前后行程限位等元件组成.微型电动机转动 时驱动同步带运动, 由同步带带动执行器滑块在导轨上前后滑动, 固定在执行器滑块上的镜管总成就可 以前进或者后退.执行器内部结构示意图如图

3 所示. 从动张紧轮 固定长孔 固定螺丝 拉紧螺钉 同步传动带 同步带固定卡 图3执行器内部结构示意图 驱动轮 驱动电机 减速箱水冷壁侧 执行器滑块 限位开关 导轨

4 就地控制柜的外部和内部组成 就地控制箱面板上最上方有两个指示灯,一 个指示超温故障,一个指示停气故障;

中间有三 个指示灯,一个是镜管进到位指示,一个是镜管 退到位指示,还有一个是电源指示;

下方是三个 按钮,一个是镜管前进按钮,一个是镜管后退按 钮,还有一个是镜管急停按钮. 在控制箱内的上方有一排控制线圈电压为 24V 的中间继电器, 其功能分别为 1#D前进继电 器,该继电器工作指示灯燃亮时,电动执行器将 镜管推入炉膛;

2#D后退继电器,该继电器工作 指示灯燃亮时,电动执行器将镜管退出炉膛;

3 #D进到位继电器, 该继电器工作指示灯燃亮时, 指示电动执行器已经将镜管推入炉膛;

4#D退到 位继电器,该继电器工作指示灯燃亮时,指示电 动执行器已经将镜管退出炉膛;

5#D超温继电 器,该继电器工作指示灯燃亮时,指示镜管温度 已经超过允许工作温度,电动执行器自动将镜管 退出炉膛;

6#D停气继电器,该继电器工作指示 灯燃亮时,指示冷却用压缩气压力已经低于允许 工作压力,电动执行器自动将镜管退出炉膛.在 控制箱内的中部安装有摄像机 24V 电源和接线端 子,下部安装有压力继电器、压力表、压缩气减 压阀及过滤器.就地电控箱的外部和内部示意图 如图

4、如5所示.

3 超温 停气 进到位 退到位 电源 前进 后退 急停 图4就地控制箱外部示意图 图5就地控制箱内部示意图 1#-前进继电器 2#-后退继电器 3#-进到位继电器 4#-退到位继电器 5#-超温继电器 6#-停气继电器 摄像机 24V 电源 接线端子 压缩气减压阀及过滤器 压力表 压力继电器

4 5 镜管总成的内部组成 镜管总成主要由外保护套管、内光学球头、凸凹透镜组、内部成像镜管、内镜总成、彩色摄像机等 组成. 镜管总成示意图如图

6 所示. Panasonic 保护套管 看火孔 安装螺丝 球头 凸凹透镜组 外螺纹 弹簧 安装管 凸凹透镜组 安装管 凸凹透镜组 安装管 内部成像镜管 内螺纹 前锁紧环 前密封环 后锁紧环 后密封环 前锁紧螺钉 压缩气进口 后凸凹透镜组安装位置 外螺纹 电动光圈安装口 电动光圈 电动光圈固定板 摄像机安装管 内螺纹 后锁紧螺钉 摄像机 摄像机保护罩 图6镜管总成示意图 电动光圈安装管

5 6 外镜总成由外保护套管、摄像机保护套管、冷却用压缩气进气口等组成.外保护套管起到保护内镜总成的作用,摄像机外部保护套管起到保护彩色摄像 机的作用.在内部成像镜管和外保护套管之间通以仪用压缩空气,起到降低内镜总成温度的作用.外镜总成示意图如图

7 所示.

6 外镜总成的组成 Panasonic 图7外镜总成示意图

7 7 球头光学组件的组成 球头光学组件主要由平面凸透镜、球面凸透镜、双面凸透镜、70 度内反射玻璃和多个安装固定环 组成.炉膛火焰产生的光线经过发生一系列光学现象,最终被平直地采集.球头光学组件示意图如图

8 所示.

70 度内反射玻璃 双面凸透镜 球面凸透镜 平面凸透镜 炉膛火焰光线 外螺纹 垫环 安装环 图8球头光学组件示意图 安装位置 安装位置 安装位置 内螺纹 外螺纹

8 8 球头总成的结构 球头总成安装在内部成像镜管的最前端,用于采集和传递炉膛火焰光线.球头总成结构示意图如图

9 所示. 安装位置 外螺纹 安装位置 安装位置 内螺纹 内螺纹 安装位置 内螺纹 外螺纹 Panasonic 图9球头总成结构示意图

9 9 光学成像焦距的调节方法 调节焦距的过程类似于我们眼睛中晶状体调节的过程, 目的是使得成像清晰. 炉膛火焰电视设备成 像系统的焦距调节方法有两种, 一种是直接调节摄像机光学镜头和内镜总成中的凸凹透镜组的距离, 即 调节光学系统的物理焦距;

另外一种是调整数码摄像机上的电子焦距旋钮. 当数码摄像机上的电子焦距 被调整后,再调整光学系统的物理焦距,也无法再改变系统的成像效果,即数码摄像机的电子焦距被设 定以后无法再使用物理焦距改变成像系统的清晰度.这里只介绍光学成像统物理焦距的调节方法. 1.可以先松开后凸凹透镜组安装管上面两颗前锁紧螺丝, 然后抽动由电动光圈安装管、 电动光圈固 定板、摄像机安装管、摄像机组成的后镜总成;

使之在由内成像镜管、后凸凹透镜组安装管组成的前镜 总成中前后移动,同时观察 AV 成像情况,调整图像最清晰即可. 2.或是松开摄像机安装管上的两颗后锁紧螺钉,抽动摄像机,使之在摄像机安装管内前后移动,同 时观察 AV 成像情况,调整图像最清晰即可. 注意在上述过程中, 不能使电动光圈安装管和摄像机安装管之间产生相对转动, 否则电动光圈会损 坏. 光学成像焦距的调节方法示意图如图

10 所示.

10 同步带的更换和张紧方法 执行器内部的同步带在使用过程中会发生松动现象,在长时间运行中偶尔会发生同步带断裂的情 况,在维修和保养工作中需要对执行器同步带进行更换和张紧工作.执行器的同步带的张紧方法如下. 1.先用十字螺钉固定住同步带一端;

2.用钳子使劲拉住同步带另一端;

3.另外一人向相反方向使劲拉住执行器滑动块;

4. 用螺丝批将同步带另外一端固定住. 执行器的同步带的张紧方法示意图如图

11 所示. 图10 光学成像焦距的调节方法示意 Panasonic 前镜总成 松开前锁紧螺丝 后镜总成 前后抽动以调节焦距 图11 执行器的同步带的张紧方法示意图 水冷壁侧 1.先用十字螺钉固定住同步带一端 2.用钳子使劲拉住同步带另一端 3.另外一人向相反方向使劲拉住执行器滑动块 钳子拉同步带的方向 手拉滑块的方向 4. 用螺丝批将同步带另外一端固定住

11 电动光圈的更换方法 火焰电视设备的光学系统中的电动光圈起着调节进入摄像机光线总量的作用, 其功能类似于我们眼 睛中的瞳孔,当锅炉负荷较高时炉膛火焰光线强度也相对较高,这时候摄像机会自动控制电动光圈,使 之缩小保证摄像机的成像效果.电动光圈损毁会使得光学相机成像效果变差,严重时成像不清、图象发 黑或者过亮,在判断出电动光圈损坏后要及时更换电动光圈.电动光圈的更换方法如下. 1.同时握住电动光圈安装管和摄像机安装管, 注意一定不能使电动光圈安装管和摄像机安装管之间 产生相对转动,否则电动光圈会被损坏;

2.松开摄像机安装管上的两颗后锁紧螺钉, 抽出摄像机 (注意这个过程同样不能使电动光圈安装管 和摄像机安装管之间产生相对转动) ;

3.松开后凸凹透镜组安装管上面两颗前锁紧螺丝,将电动光圈安装管、电动光圈固定板、摄像机安

10 装管同时抽出来(注意这个过程同样不能使电动光圈安装管和摄像机安装管之间产生相对转动) ;

4.拆掉电动光圈上拧在电动光圈安装板上的安装螺钉(注意这个螺钉很小,不要掉了) ,换上新的 电动光圈. 电动光圈的更换方法示意图如图

12 所示. 图12 电动光圈的更换方法示意图 Panasonic 前锁紧螺钉 后凸凹透镜组安装位置 外螺纹 电动光圈安装口 电动光圈 电动光圈固定板 摄像机安装管 内螺纹 后锁紧螺钉 电动光圈安装管 摄像机 摄像机保护罩安装板

12 炉膛火焰电视设备操作简述 当打开就地控制箱内的电源开关后,控制箱面板上的红色电源指示灯就会亮起,指示设备带电.如 果此时已经打开了了压缩空气阀门, 那么控制箱面板上的停气指示灯就应该熄灭. 如果停气指示灯处于 燃亮状态, 请检查压缩气手动球阀是否打开, 还应该注意压缩气减压阀和过滤器是否调节在正常位置上, 一般减压阀压力设定不应该低于

2 公斤.当控制箱面板上的超温指示灯和停气指示灯都处于熄灭状态, 而进到位........