一种高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测系统及方法，供气系统、多孔介质燃烧单元、实时监测系统顺序连接，多孔介质燃烧单元顶部设置高温烟气采集管，高温烟气采集管依次连接产物回收室、产物分析仪；实时检测系统包括温度监测系统和形填充物形貌监测系统；检测棒用于检测温度异常区域和燃烧单元内部不同高度横截面的温度及形貌情况。本发明专利技术采用热电偶和高速摄像仪实时监测温度与外层填充物破碎及变色情况，通过检测棒检测不能被直观观察的内层填充物的局部温度与形貌状态，记录整体破损以及变色程度，定量化判断破损情况是否影响燃烧的进行。通过检测堆积床的健康状态，有助于对低热值燃料的高效利用，减少污染物排放，避免资源浪费。避免资源浪费。避免资源浪费。

【技术实现步骤摘要】
一种高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种多孔介质燃烧领域，具体而言，涉及一种高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测系统及方法。

技术介绍

[0002]多孔介质燃烧是在内燃机、供暖设备、辐射式加热器等领域逐渐被广泛应用的新型燃烧技术，其燃烧过程中存在热再循环效应，燃料通入多孔介质燃烧单元后经高温雾化为气体，通过气体与固体、固体与固体之间的导热与传热性能，将燃料燃烧产生的热量传递至上游预热区，使未燃烧的燃料在进入反应区前被预热，这种再循环机制减少了热量损失，增加了火焰温度，可以提高燃烧速率和火焰的稳定性。与自由空间燃烧相比，多孔介质燃烧的火焰温度分布更均匀，温度梯度更为平稳，从而减少了污染物的生成，扩宽了可燃性范围。多孔介质孔隙率高，具有较大的固体表面积和热容量，其蓄热和导热能力强。而多孔介质堆积在一起形成填充床，使气体的湍流强度增加，有利于提高换热效果。因此，对在多孔介质填充床中的燃料燃烧的研究具有重要意义。
[0003]多孔介质负载催化剂后具有更大的比表面积和孔隙体积，表面活性位点增加，提高氧迁移率，使得更多的晶格氧转换为表面氧，这有助于加快燃料的反应速率，提高燃料的利用率，还可以降低燃料的起燃温度，在较低温度时就可以发生反应，这减少了污染物的生成。在整个燃烧过程多孔介质一方面作为催化剂载体，另一方面作为填充床起到稳定燃烧的作用。但是催化剂在燃烧过程中会发生积碳和烧结现象，导致催化剂的失活而变色，这是不可避免的。
[0004]当多孔介质填充物破损或变色超过一定数量时，会影响燃烧反应的进行，而在燃烧器内部部分填充物无法被直接观察到，不能检测其形貌情况。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对上述现状问题，旨在提供一种结构简单、操作便捷、可以定量判断的高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测系统及方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案，一种高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测系统，其特征在于：包括多孔介质燃烧单元、分别与多孔介质燃烧单元相连接的供气系统、实时监测系统、检测棒；其中，所述的供气系统向所述多孔介质燃烧单元提供空气和燃料；
[0007]所述实时监测系统包括监测单元与检测棒，监测单元包括高速摄像仪和多个依次伸入所述多孔介质燃烧单元内的热电偶，高速摄像仪与图像分析仪相连接，热电偶与温度监测仪相连接；检测棒包括热电偶棒和形貌扫描仪，检测棒分别与图像分析仪和温度监测仪相连接，图像分析仪、温度监测仪、产物分析仪和变径筛分别与智能控制终端相连接。
[0008]进一步地，所述多孔介质燃烧单元从上到下依次包括多孔介质催化燃烧区、多孔介质预热区、多孔介质防回火区，多孔介质防回火区通过进气管与预混室前端相连接；所述
的供气系统包括空气压缩机和燃料存储罐，空气压缩机和燃料存储罐分别经管道依次与减压阀、流量计、止回阀连接后共同连接至质量流量计，质量流量计依次与阻火器、预混室后端相连接；所述多孔介质燃烧单元顶部设有高能点火器与高温烟气采集管，所述高温烟气采集管依次连通产物回收室、产物分析仪。
[0009]进一步地，所述多孔介质燃烧单元上部分多孔介质催化燃烧区填充负载催化剂的13mm氧化铝小球，下部分多孔介质预热区填充3mm氧化锆小球，底部防回火层采用60PPI的氧化锆泡沫陶瓷板，多孔介质燃烧单元壁面采用石英玻璃材质。
[0010]进一步地，所述检测棒外壁采用石英玻璃材质，内部设置热电偶棒和底部设置形貌扫描仪，所述形貌扫描仪检测多孔介质燃烧单元内部横截面的温度和形貌情况。
[0011]进一步地，高速摄像仪与检测棒采集到的信息传递至图像分析仪进行处理与分析，结果传输至智能控制终端，与源模型对比，确认整体多孔介质的变色率与破碎率。
[0012]进一步地，图像分析仪包括图像采集模块、多线程图像处理模块、结果显示模块、结果通信与数据库存储模块；高速摄像仪和检测棒所拍摄的图像由图像采集模块收集并存储，然后经过多线程图像处理模块对图像进行多线程处理与分析，将处理结果传输至结果显示模块由智能控制终端显示，并存入结果通信与数据库存储便于后续查询。
[0013]进一步地，多线程图像处理模块包括形貌处理模块与颜色处理模块，二者同时运行。
[0014]进一步地，所述变径筛内部设有多孔介质提取器和不同直径的筛网，与智能控制终端相连接。
[0015]本专利技术还提供一种高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0016]步骤S1.在装置运行前，根据实际填充情况建立整体填充物源模型；
[0017]步骤S2.供气系统提供空气和燃料流入多孔介质燃烧单元并进行点火燃烧；
[0018]步骤S3.热电偶测量多孔介质燃烧单元内不同位置的温度，所测量的温度由温度监测仪记录，监测实时温度；
[0019]步骤S4.高速摄像仪实时拍摄记录，监控多孔介质燃烧单元外层填充物的破碎率以及负载催化剂的填充物的变色情况；
[0020]步骤S5.(1)区域异常温度，(2)观察到的外部填充物破损超过20％，(3)观察到的外部负载催化剂的填充物变色超过20％；当发现上述某种异常情况时，使用检测棒对多孔介质燃烧单元内部不同高度的横截面进行温度和形貌检测；
[0021]步骤S6.高速摄像仪和检测棒检测结果共同传递至图像分析仪，分析破损率及变色率，在破碎率或变色率超过20％时，停止进气，中断燃烧；
[0022]步骤S7.产物经高温烟气采集管传输到产物回收室，由产物分析仪对产物进行分析，记录不同产物质量；
[0023]步骤S8.待温度降低至室温后，使用变径筛的多孔介质提取器取出所有填充物，将它们通过不同直径的筛网保留完好的填充物，去除破碎的填充物。
[0024]进一步地，所述步骤S6具体包括：
[0025]高速摄像仪和检测棒检测结果共同传递至图像分析仪，基于目标对象检测模型对待识别图像进行目标检测，得到目标检测框，将目标检测框所在区域确定为待识别图像中
的主体区域，然后对其进行二值化处理，去除背景提取目标物，得到二维图像；形貌处理模块提取其边界得到物体边界图A；再根据采取位置的坐标定位源模型中对应的位置，得到对应目标物的物体边界图B；将A与B进行形状匹配，若匹配失败则认为此处填充物破碎；同时，颜色处理模块将二值化图片通过Otsu法和斑点检测分离阈值，通过二值化分割阈值，选定合适的形状参数，获得对比度明显的变色区域并标记；计算变色区域面积，与整体填充物面积对比；两个模块的分析结果传输至智能控制终端，在破碎率或变色率超过20％时，停止进气，中断燃烧。
[0026]与现有技术相比，本专利技术至少包括以下有益效果：
[0027]1.设置了温度监测仪，可以在高温燃烧时对燃烧器内部不同位置的温度实时监测，当出现局部温度异常时，及时进行检测，找出原因并作出相应补救措施，避免危险的发生。
[0028]2.具有对多孔介质燃烧单元中的填充床进行实时监测的功能，从破损程度以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测系统，其特征在于：包括多孔介质燃烧单元、分别与多孔介质燃烧单元相连接的供气系统、实时监测系统、检测棒；其中，所述的供气系统向所述多孔介质燃烧单元提供空气和燃料；所述实时监测系统包括监测单元与检测棒，监测单元包括高速摄像仪和多个依次伸入所述多孔介质燃烧单元内的热电偶，高速摄像仪与图像分析仪相连接，热电偶与温度监测仪相连接；检测棒包括热电偶棒和形貌扫描仪，检测棒分别与图像分析仪和温度监测仪相连接，图像分析仪、温度监测仪、产物分析仪和变径筛分别与智能控制终端相连接。2.根据权利要求1所述的高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测系统，其特征在于：所述多孔介质燃烧单元从上到下依次包括多孔介质催化燃烧区、多孔介质预热区、多孔介质防回火区，多孔介质防回火区通过进气管与预混室前端相连接；所述的供气系统包括空气压缩机和燃料存储罐，空气压缩机和燃料存储罐分别经管道依次与减压阀、流量计、止回阀连接后共同连接至质量流量计，质量流量计依次与阻火器、预混室后端相连接；所述多孔介质燃烧单元顶部设有高能点火器与高温烟气采集管，所述高温烟气采集管依次连通产物回收室、产物分析仪。3.根据权利要求1所述的高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测系统，其特征在于：所述多孔介质燃烧单元上部分多孔介质催化燃烧区填充负载催化剂的13mm氧化铝小球，下部分多孔介质预热区填充3mm氧化锆小球，底部防回火层采用60PPI的氧化锆泡沫陶瓷板，多孔介质燃烧单元壁面采用石英玻璃材质。4.根据权利要求1所述的高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测系统，其特征在于：所述检测棒外壁采用石英玻璃材质，内部设置热电偶棒和底部设置形貌扫描仪，所述形貌扫描仪检测多孔介质燃烧单元内部横截面的温度和形貌情况。5.根据权利要求1所述的高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测系统，其特征在于：高速摄像仪与检测棒采集到的信息传递至图像分析仪进行处理与分析，结果传输至智能控制终端，与源模型对比，确认整体多孔介质的变色率与破碎率。6.根据权利要求5所述的高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测系统，其特征在于：图像分析仪包括图像采集模块、多线程图像处理模块、结果显示模块、结果通信与数据库存储模块；高速摄像仪和检测棒所拍摄的图像由图像采集模块收集并存储，然后经过多线程图像处理模块对图像进行多线程处理与分析，将处理结果传输至结果显示模块由智能控制终端显示，并存入结果通信与数据库存储便于后续查询。7.根据权利要求6所述的高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：代华明，宋紫薇，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：