CN214844840U - 基于机器视觉的燃煤电厂吸收塔浆液健康状态监测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种吸收塔浆液健康状态监测***，它属于燃煤电厂石灰石‑石膏湿法烟气脱硫领域。本实用新型监测***包括稀相工业视觉监测模块、稀相二次流体泵、浓相二次流体泵、浓相工业视觉监测模块、吸收塔、循环泵、清洗水泵、高效液固分离器、稀相球阀和废液池，吸收塔一侧配套循环泵，吸收塔排出口端与高效液固分离器相连，高效液固分离器出口设置稀相球阀，浆液稀相、浆液浓相分别与稀相工业视觉监测模块、浓相工业视觉监测模块连通，分别通过稀相二次流体泵、浓相二次流体泵输送至下游区域。本实用新型***设计合理，采用机器视觉代替人眼观测对处理后的浆液进行连续、在线分析，有效缩短监测时间，降低劳动强度，提高测量准确性。

Description

基于机器视觉的燃煤电厂吸收塔浆液健康状态监测***

技术领域

本实用新型涉及一种***，尤其是涉及一种机器视觉的燃煤电厂吸收塔浆液健康状态监测***，它属于燃煤电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫领域。

背景技术

我国90%以上大型燃煤电厂采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，以实现二氧化硫的超低排放。湿法脱硫工艺***的优点是脱硫效率高、煤种和负荷适应性强，然而也存在物理化学过程和工艺流程复杂的缺点，状态监测和优化控制难度大，运行偏离最佳状态乃至故障和异常频繁发生。

石灰石作为石灰石-石膏湿法脱硫工艺***的最关键原材料之一，其在浆液池的状态能够反映脱硫***运行是否正常。吸收塔内发生浆液中毒现象时，浆液池内浆液颜色和形态可能亦会发生转变。例如，正常状态下吸收塔浆液颜色偏乳白色，静置一段时间后有明显分层，上层较澄清、颜色较浅，而发生异常时，其浆液颜色偏灰黑色，静置一段时间后浆液无明显变化。因此，直接对吸收塔内部浆液进行取样分析可以在一定程度上确定吸收塔内部运行状态。

目前直接将吸收塔内浆液送入电厂化验室处理（静置沉降或离心分层）。然后通过化学组分分析的方式确定吸收塔浆液状态。该项工作较为耗时，这导致运行人员失去抢救吸收塔设备运行的黄金时机，导致确定装置异常后的处置代价十分之高。而取样浆液由于靠肉眼观察，随意性大、分辨力差，无法定量异常状态标准。

虽然化学组分无法为人所直观感知，化学检验手段也较为复杂、耗时，浆液的异常却同时还反映在其物理特征的变化上。浆液成分的变化首先直接反映为颜色改变，例如混入较多的飞灰或油污时，浆液往往呈灰色/黑色。其次，正常状态的浆液静置一段时间后有明显分层，上层较澄清、颜色较浅，下层为沉淀的固体颗粒，颜色较深，而异常状态下浆液静置长时间不沉降、不分层。

目前浆液监测采用人工现场巡检目测、远程视频监控人工目测、现场取样后送实验室化验等手段。目测手段受制于人的精力、脑力而无法持续在线进行。现场取样后化验的手段，准确性高，可重复性好，但耗时长，只能间断性实施。因此，若能设计一套浆液连续在线监测***，通过机器视觉代替人的肉眼观察和判断，则可以在有效缩短监测时间的同时提高测量准确性。

公开日为2020年09月22日，公开号为CN211553459U的中国专利中，公开了一种名称为“一种湿法烟气脱硫的连续性监测取样探杆”的实用新型专利；该专利是针对焦化生产中湿法脱硫后的废气进行在线监测。

公开日为2018年10月12日，公开号为CN108636102A的中国专利中，公开了一种名称为“一种脱硝速度场在线动态可调整流***及方法”的发明专利。

但上述专利申请均属于氮氧化物脱除领域，未见基于机器视觉技术进行湿法浆液健康状态监测的报道；故其还是存在上述缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种***设计合理，稳定可靠，采用机器视觉代替人眼观测对处理后的浆液进行连续、在线分析，有效缩短监测时间，降低劳动强度，提高测量准确性的机器视觉的燃煤电厂吸收塔浆液健康状态监测***。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该机器视觉的燃煤电厂吸收塔浆液健康状态监测***，包括吸收塔、循环泵、取样总阀、清洗水泵、高效液固分离器、稀相球阀和废液池，所述吸收塔一侧配套循环泵，吸收塔排出口端与高效液固分离器相连，支路上通过设置取样总阀控制流量，高效液固分离器出口设置稀相球阀，其特征在于：还包括稀相工业视觉监测模块、稀相二次流体泵、浓相二次流体泵和浓相工业视觉监测模块，高效液固分离器溢流口出口分离出浆液稀相，高效液固分离器底流口分离出浆液浓相，浆液稀相、浆液浓相分别与稀相工业视觉监测模块、浓相工业视觉监测模块连通，再分别通过稀相二次流体泵、浓相二次流体泵输送至下游区域，下游区域的浆液根据需求打回吸收塔浆液池内或流入废液池内。

作为优选，本实用新型还包括结构完全相同的工业相机一和工业相机二，所述稀相工业视觉监测模块、浓相工业视觉监测模块的一侧对应设置相互匹配的工业相机一和工业相机二。

作为优选，本实用新型所述稀相工业视觉监测模块、浓相工业视觉监测模块均包括光源、暗箱、鸭嘴口、观测窗、接收口和工业相机二，该光源、鸭嘴口、观测窗、接收口和工业相机二均设置在暗箱内，光源为模块内唯一光源，鸭嘴口将高效液固分离器的流体扁平化收束，接收口用于接收从鸭嘴口流出的流体，接收口和鸭嘴口之间的流体不接触壁面，用于工业相机二观测，鸭嘴口与接收口之间设置观测窗。

作为优选，本实用新型所述监测***还包括废液支路阀，所述废液支路阀设置在废液池支路上。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：（1）与传统吸收塔浆液化验手段相比，本实用新型对吸收塔浆液分析为连续、在线分析；本申请采用机器视觉代替人眼观测对处理后的浆液进行分析；本实用新型利用浆液浑浊程度、颜色等信息，以机器视觉得到的图像信息判断吸收塔浆液状态，进而判断吸收塔内部运行状态；（2）高效液固分离器的不间断取样可以满足连续在线测量的时间响应要求，可以有效缩短监测时间；同时，相比肉眼观察，制定定量标准可以更准确、专业的判定吸收塔内吸收塔浆液状态；（3）本申请可有效节省工作人员工作量，缩短设备异常时间，从而对电厂经济利益和环境保护做出贡献。

附图说明

图1是本实用新型实施例吸收塔浆液健康状态检测***流程图。

图2是本实用新型实施例工业视觉监测模块布置方式示意图。

图3是本实用新型实施例稀相与浓相灰度值与浆液健康程度的相关性示意图。

图4是本实用新型实施例管道清洗模块流程图。

图中：吸收塔1，循环泵2，取样总阀3，清洗水泵4，高效液固分离器5，稀相球阀6，工业相机一7，稀相工业视觉监测模块8，稀相二次流体泵9，废液支路阀10，废液池11，浓相二次流体泵12，浓相工业视觉监测模块13；工业相机二14，光源14A，暗箱14B，鸭嘴口14C，观测窗14D，接收口14E。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图4，本实施例机器视觉的燃煤电厂吸收塔浆液健康状态监测***包括吸收塔1、循环泵2、取样总阀3、清洗水泵4、高效液固分离器5、稀相球阀6、废液池11、稀相工业视觉监测模块8、稀相二次流体泵9、浓相二次流体泵12和浓相工业视觉监测模块13，吸收塔1一侧配套循环泵2，吸收塔1排出口端与高效液固分离器5相连，支路上通过设置取样总阀3控制流量，高效液固分离器5出口设置稀相球阀6，高效液固分离器5溢流口出口分离出浆液稀相，高效液固分离器5底流口分离出浆液浓相，浆液稀相、浆液浓相分别与稀相工业视觉监测模块8、浓相工业视觉监测模块13连通，再分别通过稀相二次流体泵9、浓相二次流体泵12输送至下游区域，下游区域的浆液根据需求打回吸收塔1浆液池内或流入废液池11内；废液支路阀10设置在废液池11支路上。

本实施例工业相机一7和工业相机二14结构完全相同的，稀相工业视觉监测模块8、浓相工业视觉监测模块13的一侧对应设置相互匹配的工业相机一7和工业相机二14。

本实施例稀相工业视觉监测模块8、浓相工业视觉监测模块13均包括光源14A、暗箱14B、鸭嘴口14C、观测窗14D、接收口14E和工业相机二14，该光源14A、鸭嘴口14C、观测窗14D、接收口14E和工业相机二14 均设置在暗箱14B内，光源14A为模块内唯一光源，鸭嘴口14C将高效液固分离器5的流体扁平化收束，接收口14E用于接收从鸭嘴口14C流出的流体，接收口14E和鸭嘴口14C之间的流体不接触壁面，用于工业相机二14观测，鸭嘴口14C与接收口14E之间设置观测窗14D。

本实施例应用于吸收塔脱硫***，主要包括流体图像获取模块、数据分析模块、管路清洗模块、高效液固分离器5。与传统吸收塔浆液化验方式相比，对吸收塔浆液分析为连续，在线分析；采用机器视觉代替人眼观测对处理后的浆液进行分析；利用浆液浑浊程度、颜色等信息，以机器视觉得到的图像信息判断吸收塔浆液状态，进而判断吸收塔内部运行状态。

本实施例以图像分析模块的输出作为输入条件，通过所述的浆液健康在线评估过程，输出吸收塔浆液品质的评估结果。

本实施例的管路清洗模块，通过前端工业相机提取图像特征和流体测量仪器信息的反馈，人工或自动定期从旁路通入清水或洗涤剂，清洁管道时主路入口管道阀门为关闭状态。

本实施例的数据分析模块主要包括前端的图像记录、图像处理和故障诊断；通过前端相机拍摄吸收塔浆液图像数据，使用程序将拍摄的浆液图片进行处理，根据处理的结果对吸收塔内故障类型进行专家诊断。

本实施例高效液固分离器5，采用离心分离的方式对吸收塔浆液两相进行分离；其分离器结构可以为基于自由涡原理的水力旋流设备，也可以为基于强制涡原理的动态离心分离设备。

本实施例浆液健康状态在线评估过程，根据物料颜色特征，计算浆液健康状态，由以下步骤实现：

（1）在稳定的工况条件下，通过泵将吸收塔内抽取出浆液，通过高效分离器分离成稀疏相、浓稠相两股流体。

（2）图像获取模块捕集物料图像，图像分析模块分析图像获得所述物料颜色特征。

（3）对物料取样，化验获得浆液成分，评估浆液健康状态；

（4）调整工况条件使吸收塔浆液成分改变，重复步骤（1）至（2），建立物料颜色特征与对应浆液健康状态的数据集；

（5）基于步骤（4）所述数据集，采用机器学习方式建立根据浆液颜色特征推算浆液健康状态的映射模型；

（6）将某一未知吸收塔浆液健康信息情况下的物料信息特征输入步骤（5）所述映射模型，映射模型输出推算的吸收塔浆液健康状态。

本实施例浆液健康状态监测***，按以下步骤工作：

（S1）将某一未知吸收塔浆液健康信息情况下的物料通过高效离心分离器分离成稀疏相、浓稠相两股流体。将稀稠流体信息特征输入步骤（5）所述映射模型，映射模型输出推算的吸收塔浆液健康状态。

（S2）吸收塔浆液品质评估算法模块根据物料的颜色特征信息结合评判浆液健康程度正常/异常，稀相和浓相健康指数符合/超过相关技术标准、规定限值的，吸收塔内浆液品质判断为正常/异常；

（S3）用户服务模块将物料图像、颜色特征、吸收塔浆液品质评估结果等信息通过图形界面呈现给用户，并提供用户交互功能，包括（但不限于）图像和数据的检索、保存等。

本实施例（S1）中的映射模型，采用机器学习方式建立根据浆液颜色特征推算浆液健康状态。

本实施例（S2）中的颜色特征，通过获取得图像灰度值大小/RGB分量占比/HSV分量占比判断图像是否异常。

本实施例（S3）中的用户服务模块，其载体为计算机，当浆液品质为异常时通过软件弹框、声音、光字牌等方式提醒用户。

本实施例的技术原理如下：石灰石作为石灰石-石膏湿法脱硫工艺***的最关键原材料之一，其在浆液池的状态能够反映脱硫***运行是否正常。吸收塔内发生浆液中毒现象时，浆液池内浆液颜色和形态可能亦会发生转变。例如，正常状态下浆液颜色偏乳白色，静置一段时间后有明显分层，上层较澄清、颜色较浅，而发生异常时，其浆液颜色偏灰黑色，静置一段时间后浆液无明显变化。因此，直接对吸收塔内部浆液进行取样分析可以在一定程度上确定吸收塔内部运行状态。而传统的浆液是否正常依靠实验室人工化验或人眼目测观察，因人力限制而难以不间断实施，且缺乏客观评定标准，本实用新型的优点是可以连续自动监测。

实施例1：

某厂煤质经常发生变化、负荷升降频繁，原烟气二氧化硫时有突然跃升现象，吸收塔浆液中毒较频繁出现。本实施例采用以下方式实现浆液健康状态监测：

燃煤发电机组在停机改造过程中，将吸收塔1 循环回路上游管道位置引出旁路，并入图1所示的浆液健康状态检测***。如图所示，从吸收塔1排出后，在支路位置引入该***，并通过取样总阀3控制流量，支路流体直接进入高效液固分离器5静态水力旋流器中。高效液固分离器5溢流口出口分离出浆液稀相，底流口分离出浆液浓相。稀相和浓相两股流体分别到达各自稀相工业视觉监测模块8、浓相工业视觉监测模块13。通过机器视觉观测区域后，再利用泵输送至下游区域，下游区域的浆液根据需求打回吸收塔浆液池中或流入废液池11内。

本实施例稀相工业视觉监测模块8结构如图2所示，包括工业相机二14、光源14A、暗箱14B、鸭嘴口14C、观测窗14D和接收口14E。为了设备状态保证黑暗，其光源14A为该模块内唯一光源。为了工业相机二14拍摄清晰的图像，将管道出口设为鸭嘴形状，从而使流体形成水幕状留下。底部接收口14E用于接收从鸭嘴口接收流体。同时，为了避免壁面在长时间工作时导致壁面结垢，从而设计观测区域的流体不接触其壁面。

本实施例工业相机可以通过监测吸收塔浆液稀相和浓相灰度值从而判断浆液是否发生异常。当稀相灰度值和浓相灰度值落在设定范围内时，***将判定吸收塔浆液状态。其正常/异常分界线为等比例线性函数,或者根据实际情况实时调整，当分界线为直线时，其比例系数设定值与电厂的煤种质量，石灰石质量，采样光照相关。当光照不足或人为因素干扰较大时，其可能取样无法得到正常的图像样本，即稀相和浓相颜色均较为暗沉，此时因此无法判定浆液大小。因此其灰度值识别区应具有最小值，图3显示了基于灰度对比的浆液正常/异常判断规则示意图，其根据实时测得稀相和浓相数据共同判断浆液是否健康。

本实施例管路清洗模块工作工艺流程如图4所示，主要作用是，避免管道杂质异物积累较多时，影响测量仪器精度。本实施例设其响应条件为灰度值异常。如图3所示，当数值落在非浆液区间时，停止从吸收塔进液，清水阀门打开，水泵开始工作清除管道内杂质，待一段时间后再继续监测工作。

本实施例的流程为：

(1)通过图像获取模块的工业相机拍摄吸收塔浆液的照片图像；

(2)图像获取模块将图像传输至图像分析模块，后者通过图像识别算法分别获得浆液的颜色数据，将颜色数据RGB格式转化为HSL格式，统计获得各自分量的平均值；

(3)现场人工对脱水吸收塔浆液进行取样，化验获得浆液成分；

(4)调整工况条件使吸收塔浆液成分，重复步骤（1）至（3），建立HSL分量与对应吸收塔浆液成分的数据集；

(5)基于步骤（3）所述数据集，采用自动机器学习工具/软件对杂质浓度和类型的定量关系进行分类，从而建立起根据颜色分量数值推算吸收塔浆液成分的映射模型，并将该映射模型整合进浆液品质评估算法模块；

(6)***进入连续监测状态，即执行步骤（1）至（2），将步骤（2）获得的HSL输入浆液品质评估算法模块，后者推算出浆液故障类型和强度，并将其与浆液合格限值做比较，设定合格阈值。高于合格限值的，浆液为异常，否则为合格（正常）；

(7)用户服务模块从图像获取模块读取原始图像、从图像分析模块读取标记了浆液健康状态的后处理图像、从浆液品质评估算法模块读取浆液成分推算值和成分正常/异常状态标识，通过网页界面将其呈现给运行人员，为其提供浆液品质监测信息。

实施例2：

参照实施例1，差别是联合浆液状态信息共同建立映射模型，分离器为动态离心分离设备，本实施例的流程为：

(1-3)同实施例1步骤(1-3)；

(4)测量浆液的密度与浊度；

(5)调整工况条件使吸收塔浆液成分，重复步骤（1）至（4），建立颜色数值、灰度值、密度和浊度值与对应吸收塔浆液成分的数据集；

(6-8)同实施例1步骤(5-7) 。

通过上述阐述，本领域的技术人员已能实施。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种机器视觉的燃煤电厂吸收塔浆液健康状态监测***，包括吸收塔（1）、循环泵（2）、取样总阀（3）、清洗水泵（4）、高效液固分离器（5）、稀相球阀（6）和废液池（11），所述吸收塔（1）一侧配套循环泵（2），吸收塔（1）排出口端与高效液固分离器（5）相连，支路上通过设置取样总阀（3）控制流量，高效液固分离器（5）出口设置稀相球阀（6），其特征在于：还包括稀相工业视觉监测模块（8）、稀相二次流体泵（9）、浓相二次流体泵（12）和浓相工业视觉监测模块（13），高效液固分离器（5）溢流口出口分离出浆液稀相，高效液固分离器（5）底流口分离出浆液浓相，浆液稀相、浆液浓相分别与稀相工业视觉监测模块（8）、浓相工业视觉监测模块（13）连通，再分别通过稀相二次流体泵（9）、浓相二次流体泵（12）输送至下游区域，下游区域的浆液根据需求打回吸收塔（1）浆液池内或流入废液池（11）内。

2.根据权利要求1所述的机器视觉的燃煤电厂吸收塔浆液健康状态监测***，其特征在于：还包括结构完全相同的工业相机一（7）和工业相机二（14），所述稀相工业视觉监测模块（8）、浓相工业视觉监测模块（13）的一侧对应设置相互匹配的工业相机一（7）和工业相机二（14）。

3.根据权利要求2所述的机器视觉的燃煤电厂吸收塔浆液健康状态监测***，其特征在于：所述稀相工业视觉监测模块（8）、浓相工业视觉监测模块（13）均包括光源（14A）、暗箱（14B）、鸭嘴口（14C）、观测窗（14D）、接收口（14E）和工业相机二（14），该光源（14A）、鸭嘴口（14C）、观测窗（14D）、接收口（14E）和工业相机二（14）均设置在暗箱（14B）内，光源（14A）为模块内唯一光源，鸭嘴口（14C）将高效液固分离器（5）的流体扁平化收束，接收口（14E）用于接收从鸭嘴口（14C）流出的流体，接收口（14E）和鸭嘴口（14C）之间的流体不接触壁面，用于工业相机二（14）观测，鸭嘴口（14C）与接收口（14E）之间设置观测窗（14D）。

4.根据权利要求1所述的机器视觉的燃煤电厂吸收塔浆液健康状态监测***，其特征在于：所述监测***还包括废液支路阀（10），所述废液支路阀（10）设置在废液池（11）支路上。

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