[發明專利]氣流輸送管道中顆粒料粒度分布及形狀分布在線測量方法

無效

• 申請號: 201110415624.6
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102410974A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 閆勇;高凌君;盧鋼
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;G01B11/24
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于氣固兩相流在線測量技術范圍，特別涉及基于三色激光器和RGB數字相機拍攝的一種氣流輸送管道中顆粒料粒度分布及形狀分布在線測量方法。

背景技術

氣力輸送是一種利用氣流在管道中輸送顆粒狀固體的有效方法，是目前工業生產過程中的一項重要技術，廣泛應用于各種工業部門的粒料、粉料的輸送和干燥工藝。一個典型例子是火力發電廠中固體燃料如煤粉等的管道輸送。從磨煤機出來的煤粉由壓縮空氣攜帶同時供給多根輸送管道，然后進入燃燒器陣列在爐膛內燃燒。煤粉顆粒粒度的分布與燃燒的效率及污染物排放量有著密切的聯系。然而，煤粉顆粒粒度的分布取決于磨煤機的工作性能及煤的物理特性等。近年來，世界各國的燃煤電廠開始采用煤粉與生物質共燒技術，以降低二氧化碳的排放。許多電廠已全部采用生物質燃燒發電。許多生物質如秸稈等要比煤粉顆粒要大，且呈不規則形狀，因此生物質燃燒或煤粉與生物質共燒與純煤粉燃燒有很大的不同。大顆粒及不規則燃料顆粒的燃燒會直接影響到燃燒效率及污染物的排放量。燃料粒度過大或過細則會造成燃燒不完全或磨煤機能耗增加等，嚴重時會造成管道堵塞，被迫停機，給電廠造成重大損失。因此，對電廠煤粉和生物質的顆粒粒度分布及形狀分布進行在線連續檢測，有助于提高鍋爐燃燒的安全性及燃燒效率，降低污染物排放。

現有的顆粒測量成像裝置一般采用單一激光器照明管道內一個流場截面，因此只能得到一幅顆粒圖像。如想要獲得整個管道中顆粒的粒度分布及形狀分布，原理上可以采用掃描式的顆粒照明器件和復雜的光學組件。然而，這樣的設計成本高，系統復雜且效率低，可靠性差，難以維護。本發明利用RGB數字相機R(紅色)G(綠色)B(藍色)圖像信號可區分的特性，通過RGB三色脈沖激光片光源同時照射顆粒流場，利用RGB數字相機和遠心鏡頭同時攝取被照亮的三個流場截面上流動顆粒的圖像，大大降低了裝置的復雜性，提高了測量效率及可靠性。本發明不僅適用于火力發電廠中煤粉顆粒流的連續在線監測，也適用于食品、水泥、鋼鐵等工業氣力輸送過程的在線監測。

發明內容

本發明的目的是提供一種氣流輸送管道中顆粒料粒度分布及形狀分布在線測量方法，其特征在于，基于采用三色激光器和RGB數字相機圖像采集系統，氣流輸送管道中顆粒料粒度分布及形狀分布在線測量包括：

1)由三個具有不同光譜的脈沖激光光片、一個RGB數字相機和遠心鏡頭構成顆粒流成像與圖像采集裝置；其中，激光光片為三色片狀激光束；

2)在氣固兩相流體管道中，以三個不同光譜的脈沖激光光片同時照射顆粒流場，利用RGB數字相機和遠心鏡頭同時拍攝被照亮的三個流場截面上流動顆粒的RGB圖像；

3)將每一幀RGB圖像分解成為與三個激光光譜所對應的R(紅色)，G(綠色)和B(藍色)三幅子圖像，從而同時得到流體管道三個流場截面上固體顆粒的圖像；

4)對三幅子圖像進行處理，從而獲得顆粒的粒度分布及形狀分布。

所述具有不同光譜的脈沖激光片，為了達到激光片內覆蓋完整顆粒并沒有重疊顆粒的目的，激光片的厚度應在所測顆粒的最大粒徑的0.5到1.5倍范圍內；三個激光片應平行布置，兩個激光片之間的距離選取在所測顆粒的最大粒徑的10到15倍之間。

所述相機的光軸與激光光片之間的角度β選取為90°激光光片與管道中心軸之間的角度α應在45°到60°的范圍內。

所述RGB數字相機配置的遠心鏡頭是用于實現在三個聚焦面上同時得到清晰的固體顆粒圖像。

所述RGB數字相機是利用激光器脈沖信號反饋控制相機的曝光時間，而不是使用相機的快門，從而實現流動顆粒的數字成像，并極大地降低了對相機的要求，降低了成本。

本發明的有益效果是在只采用一個RGB相機的情況下，將每一幀RGB圖像分解成為與三個激光光譜所對應的R(紅色)，G(綠色)和B(藍色)三幅子圖像，從而同時得到流體管道內三個流場截面上顆粒的圖像。對三幅固體顆粒圖像進行空間重構，得到固體顆粒在流場被測區域內的空間分布。對三幅子圖像進行處理分析，從而獲得顆粒的粒度分布及形狀分布。并極大地降低了對相機的要求，降低了成本。

附圖說明

圖1為顆粒料粒度分布及形狀分布在線測量裝置結構及原理示意圖。

圖中：

1、顆粒流場，2、激光光片(三色片狀激光束)，3、紅色(R)激光器，

4、綠色(G)激光器，5、藍色(B)激光器，6、RGB數字相機，

7、遠心鏡頭??8、激光器控制模塊??9、圖像處理系統