本實(shí)用新型涉及熔鹽塔式光熱發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種基于紅外測溫的光熱塔式吸熱器堵管探測應(yīng)對控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

太陽能熱發(fā)電是大規(guī)模開發(fā)利用太陽能的一個重要技術(shù)途徑，它通過將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，通過熱功轉(zhuǎn)換進(jìn)行發(fā)電。

太陽能塔式發(fā)電是太陽能熱發(fā)電的一種，是通過跟蹤太陽運(yùn)動的定日鏡將太陽輻射反射到置于吸熱塔上的吸熱器上，獲得高溫傳熱介質(zhì)，高溫傳熱流體直接或間接通過熱力循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)。塔式太陽能熱發(fā)電的設(shè)計(jì)思想源于20世紀(jì)50年代的蘇聯(lián)，發(fā)展于80年代，于西班牙，意大利，美國和法國都相繼建立塔式太陽能光熱電站。

塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)200～1000的聚光比，吸熱器的平均熱流密度可達(dá)300～1000kW/m²，工作溫度可超過1000℃，電站規(guī)?？蛇_(dá)30～400MWe。根據(jù)吸熱介質(zhì)的不同，塔式吸熱器可分為熔鹽吸熱器、水工質(zhì)吸熱器、空氣吸熱器和固體顆粒吸熱器等。

熔鹽塔式技術(shù)是利用熔融鹽作為傳熱介質(zhì)的塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)。定日鏡將太陽光反射至吸熱器上時，通過吸熱器管路內(nèi)流動的熔鹽將熱量帶走。由于太陽能聚光能流密度非常高且具有不均勻性和不穩(wěn)定性，若出現(xiàn)太陽光的強(qiáng)度突然減弱或者自然環(huán)境突變等情況，會使出口容器或入口容器與管路接口處熔鹽溫度降低至凝固點(diǎn)，導(dǎo)致熔鹽在吸熱器管路流動時凝固，堵塞管屏，形成堵管。堵管對吸熱器存在重大安全隱患，若發(fā)生堵管現(xiàn)象，管路內(nèi)熔鹽不再流動，無法將定日鏡反射的太陽能熱量帶走，局部溫度劇烈升高，造成吸熱器材料熱應(yīng)力破化，影響吸熱器使用壽命。

現(xiàn)有技術(shù)中通常通過在吸熱器表面安裝測溫部件的方式來測量吸熱氣表面溫度，進(jìn)而對堵管現(xiàn)象進(jìn)行檢測。但這一方式存在測量點(diǎn)較少，對吸熱器溫度檢測不全面的缺陷，不利于及時檢測與發(fā)現(xiàn)堵管現(xiàn)象的發(fā)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)對吸熱器表面測溫困難以及測量點(diǎn)較少的問題，從而提供一種基于紅外測溫的光熱塔式吸熱器堵管探測應(yīng)對控制系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種光熱塔式吸熱器堵管探測應(yīng)對控制系統(tǒng)，包括：紅外測溫儀3、紅外測溫及堵管探測模塊4；其中，

所述紅外測溫儀3安裝在所述吸熱器1的四周、塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的鏡場的地面位置，其與所述紅外測溫及堵管探測模塊4通信連接；所述紅外測溫及堵管探測模塊4則與塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的鏡場控制系統(tǒng)6通信連接；當(dāng)光熱塔式鏡場工作時，塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的定日鏡5將太陽的直射輻射都集中反射于所述吸熱器1上，所述紅外測溫儀3所記錄的數(shù)據(jù)傳輸給紅外測溫及堵管探測模塊4，所述紅外測溫及堵管探測模塊4通過分析計(jì)算探測堵管現(xiàn)象是否發(fā)生，若發(fā)生堵管現(xiàn)象則反饋給鏡場控制系統(tǒng)6，通過對所述定日鏡5的控制消融堵管。

上述技術(shù)方案中，所述紅外測溫及堵管探測模塊4還利用從所述紅外測溫儀3接收到的數(shù)據(jù)，與外部的鏡場控制系統(tǒng)6配合，使所述吸熱器1表面溫度均勻。

上述技術(shù)方案中，還包括測溫器件2，所述測溫器件2安裝在塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的吸熱器1的背面，所述紅外測溫儀3拍攝的實(shí)時紅外溫度通過測溫器件2進(jìn)行實(shí)時校準(zhǔn)。

上述技術(shù)方案中，所述測溫器件2為測溫?zé)犭娮杌驕y溫?zé)犭娕肌?/p>

上述技術(shù)方案中，所述紅外測溫儀3包括：紅外長焦鏡頭、紅外測溫機(jī)心、通訊組件；其中的紅外長焦鏡頭能將所述吸熱器1放置于大部分成像視場內(nèi)；所述通訊組件用于實(shí)現(xiàn)所述紅外測溫儀3與所述紅外測溫及堵管探測模塊4間的通信連接。

上述技術(shù)方案中，所述紅外測溫儀3的數(shù)量與吸熱器1的類型有關(guān)；當(dāng)吸熱器1為腔式吸熱器時，在鏡場中只需要安置一臺紅外測溫儀3對吸熱器1進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控；當(dāng)吸熱器1為外置圓周式吸熱器時，需要在吸熱器1的四周放置多臺紅外測溫儀3進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對吸熱器1的三百六十度無死角測量。

上述技術(shù)方案中，所述紅外測溫儀3在安裝時應(yīng)避免被周圍定日鏡遮擋紅外測溫設(shè)備視場角，且避免妨礙清洗定日鏡的道路。

上述技術(shù)方案中，所述紅外測溫儀3每隔一段時間與所述測溫器件2的測量結(jié)果做實(shí)時校準(zhǔn)，在校準(zhǔn)時，將其測得的溫度數(shù)據(jù)與所述測溫器件2的測量結(jié)果進(jìn)行比較，若兩者的差值在一閾值范圍內(nèi)，則認(rèn)為精度符合測量要求，若兩者的差值超出了該閾值范圍，則通過調(diào)整所述紅外測溫儀3內(nèi)的配溫曲線使得該差值縮小至閾值范圍內(nèi)。

上述技術(shù)方案中，所述紅外測溫及堵管探測模塊4利用從所述紅外測溫儀3接收到的溫度數(shù)據(jù)探測吸熱器1是否存在堵管現(xiàn)象，包括：

首先對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；然后利用預(yù)處理后的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行堵管探測計(jì)算，由于堵管管路的溫度會比左右兩側(cè)的管路溫度都要高，所述紅外測溫及堵管探測模塊4通過此特征進(jìn)行識別，判斷是否堵管；若出現(xiàn)堵管，所述紅外測溫及堵管探測模塊4將堵管發(fā)生通知、堵管所在管道位置及堵管所在區(qū)塊編號發(fā)送給鏡場控制系統(tǒng)6，所述鏡場控制系統(tǒng)6將指定用于融解堵管的定日鏡光斑置于堵管位置處，進(jìn)行消融堵管操作；當(dāng)紅外測溫儀3探測到堵管已經(jīng)消融后，通知鏡場控制系統(tǒng)6撤銷消融堵管操作。

上述技術(shù)方案中，所述預(yù)處理具體包括：首先保證吸熱器1在溫度數(shù)據(jù)的圖像中正立放置，然后在圖像中識別出吸熱器下邊緣彎曲弧線的像素位置，根據(jù)吸熱器1下邊緣弧線形狀對吸熱器1圖像進(jìn)行伸縮處理，使得下邊緣在圖像中為水平直線。

上述技術(shù)方案中，所述紅外測溫及堵管探測模塊4利用從所述紅外測溫儀3接收到的溫度數(shù)據(jù)，與外部的鏡場控制系統(tǒng)6配合，使所述吸熱器1表面溫度均勻；具體包括：首先從所述紅外測溫儀3所傳輸?shù)臏囟葦?shù)據(jù)中，確定所述吸熱器1表面的溫度最高區(qū)域和最低區(qū)域，然后向鏡場控制系統(tǒng)6發(fā)出控制指令，使得目標(biāo)位置為溫度最高區(qū)域的定日鏡光斑移動到溫度最低區(qū)域，重復(fù)上述操作多次，直到最低區(qū)域與最高區(qū)域溫度相近。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本實(shí)用新型使用紅外測溫設(shè)備探測吸熱器熔鹽管路堵管情況，并針對堵管工況進(jìn)行相應(yīng)控制操作，消融堵管?？梢杂行ПＷo(hù)吸熱器，提高吸熱器使用壽命。

2、本實(shí)用新型解決了工作狀態(tài)下吸熱器1表面溫度較高，不好放置溫度傳感器的問題。并且測量點(diǎn)直接由熱成像探測器像素?cái)?shù)決定，成本較低。實(shí)時性好。該測溫控制系統(tǒng)可以很好的跟蹤吸熱器表面能流密度的分布，通過控制系統(tǒng)可以有效避免局部過熱或局部過冷，很好的保護(hù)了吸熱器背后的導(dǎo)熱介質(zhì)管路。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的光熱塔式吸熱器堵管探測應(yīng)對控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型中的紅外測溫儀的布置示意圖。

圖面說明：

1吸熱器 2測溫器件

3紅外測溫儀 4紅外測溫及堵管探測模塊

5定日鏡 6鏡場控制系統(tǒng)

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。

參考圖1，本實(shí)用新型的光熱塔式吸熱器堵管探測應(yīng)對控制系統(tǒng)包括：測溫器件2、紅外測溫儀3、紅外測溫及堵管探測模塊4；其中，所述測溫器件2安裝在塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的吸熱器1的背面；所述紅外測溫儀3安裝在吸熱器1的四周、塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的鏡場的地面位置，其與紅外測溫及堵管探測模塊4通信連接；所述紅外測溫及堵管探測模塊4則與塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的鏡場控制系統(tǒng)6通信連接；當(dāng)光熱塔式鏡場工作時，塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的定日鏡5將太陽的直射輻射都集中反射于吸熱器1上，由所述紅外測溫儀3拍攝的實(shí)時紅外溫度通過吸熱器背面的測溫器件2進(jìn)行實(shí)時校準(zhǔn)，所述紅外測溫儀3所記錄的數(shù)據(jù)傳輸給紅外測溫及堵管探測模塊4；通過紅外測溫及堵管探測模塊4的分析計(jì)算，反饋給鏡場控制系統(tǒng)6，從而對定日鏡5進(jìn)行特定工況下的操作。

下面對本實(shí)用新型的光熱塔式吸熱器堵管探測應(yīng)對控制系統(tǒng)中的各個部件做進(jìn)一步的說明。

所述測溫器件2可以是測溫?zé)犭娮瑁部梢允菧y溫?zé)犭娕肌?/p>

所述紅外測溫儀3包括：紅外長焦鏡頭、紅外測溫機(jī)心、通訊組件；其中的紅外長焦鏡頭的參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行匹配，應(yīng)使得紅外長焦鏡頭恰好能將吸熱器1放置于大部分成像視場內(nèi)；所述通訊組件用于實(shí)現(xiàn)紅外測溫儀3與紅外測溫及堵管探測模塊4間的通信連接。

所述紅外測溫儀3的數(shù)量與吸熱器1的類型有關(guān)。塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的吸熱器主要分為腔式吸熱器和外置圓周式兩種類型，對于腔式吸熱器，在鏡場中只需要安置一臺紅外測溫儀對吸熱器進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控；對于外置圓周式吸熱器，則需要放置多臺紅外測溫儀3進(jìn)行監(jiān)控，紅外測溫儀3的具體數(shù)量取決于吸熱器的具體尺寸，應(yīng)保證多臺紅外測溫儀3均勻分布于吸熱器1的四周，對吸熱器1實(shí)現(xiàn)三百六十度無死角測量。對于外置圓周式吸熱器，所述多臺紅外測溫儀3可以是四臺、八臺或十六臺，在圖2所示的實(shí)例中，所述紅外測溫儀3有四臺，均勻分布于吸熱器1的四周。

所述紅外測溫儀3的安裝位置還需要考慮前方遮擋及道路情況。避免被周圍定日鏡遮擋紅外測溫設(shè)備視場角，且避免妨礙清洗定日鏡的道路。

所述紅外測溫儀3所記錄的數(shù)據(jù)包括兩種類型，一種是紅外圖像數(shù)據(jù)，所述紅外圖像數(shù)據(jù)定性地描述了觀察對象(如吸熱器1)的表面溫度，如溫度高的地方圖像顏色比較深，溫度低的地方圖像顏色比較淺；所述紅外圖像數(shù)據(jù)可以以矩陣的形式描述并傳輸；另一種是溫度數(shù)據(jù)，所述溫度數(shù)據(jù)定量地描述了觀察對象(如吸熱器1)的表面溫度，如以攝氏度來描述觀察對象表面各個點(diǎn)的溫度；所述溫度數(shù)據(jù)可以以矩陣的形式描述并傳輸。紅外測溫儀3所記錄的這兩種類型的數(shù)據(jù)都需要傳輸給紅外測溫及堵管探測模塊4。所述紅外圖像數(shù)據(jù)將作為圖像界面提供給操作人員觀看，所述溫度數(shù)據(jù)則可用于堵管檢測。

所述紅外測溫儀3每隔一段時間需要與所述測溫器件2的測量結(jié)果做實(shí)時校準(zhǔn)，在校準(zhǔn)時，需要將其測得的溫度數(shù)據(jù)與測溫器件2的測量結(jié)果進(jìn)行比較，若兩者的差值在一閾值范圍內(nèi)，則認(rèn)為精度符合測量要求，若兩者的差值超出了該閾值范圍，則通過調(diào)整紅外測溫儀3的標(biāo)定模塊內(nèi)的配溫曲線使得該差值縮小至閾值范圍內(nèi)。所述閾值在實(shí)踐中需要根據(jù)吸熱器1的耐溫極值來確定其具體的取值，可以是20℃，也可以是10℃，還可以是5℃。

所述紅外測溫及堵管探測模塊4在接收到所述紅外測溫儀3傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，能夠利用其中的溫度數(shù)據(jù)探測吸熱器1是否存在堵管現(xiàn)象。在檢測堵管現(xiàn)象時，首先對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；然后利用預(yù)處理后的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行堵管探測計(jì)算，由于堵管管路(管排)的溫度會比左右兩側(cè)的管路(管排)溫度都要高，紅外測溫及堵管探測模塊4通過此特征進(jìn)行識別，判斷是否堵管；若出現(xiàn)堵管，紅外測溫及堵管探測模塊4將堵管發(fā)生通知、堵管所在管道位置及堵管所在區(qū)塊編號發(fā)送給鏡場控制系統(tǒng)6，鏡場控制系統(tǒng)6將指定用于融解堵管的定日鏡光斑置于堵管位置處，進(jìn)行消融堵管操作；當(dāng)紅外測溫儀3探測到堵管已經(jīng)消融后，通知鏡場控制系統(tǒng)6撤銷消融堵管操作。

其中，紅外測溫及堵管探測模塊4對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的原因在于：由于紅外測溫儀3放置于近地面的位置，其視場主光軸與吸熱器表面存在一定的仰角關(guān)系，在紅外測溫儀輸出的原始溫度數(shù)據(jù)中，吸熱器1的上下邊緣呈現(xiàn)半月形，不利于堵管的探測。所述預(yù)處理具體包括：首先保證吸熱器1在原始溫度數(shù)據(jù)的圖像中正立放置，然后在圖像中識別出吸熱器下邊緣彎曲弧線的像素位置，根據(jù)吸熱器1下邊緣弧線形狀對吸熱器1的圖像進(jìn)行伸縮處理，使得下邊緣在圖像中為水平直線。

其中，堵管所在管道位置可通過堵管位置的定標(biāo)確定，堵管所在區(qū)塊編號可通過區(qū)塊定標(biāo)確定。在區(qū)塊定標(biāo)時，堵管所在區(qū)塊的劃分是根據(jù)所選用定日鏡大小決定，定日鏡面積越大，堵管區(qū)塊劃分得越大。區(qū)塊可以為方格排布形狀，也可以根據(jù)管道的形狀進(jìn)行布置。

所述紅外測溫及堵管探測模塊4在接收到紅外圖像數(shù)據(jù)后，會將其轉(zhuǎn)發(fā)給塔式光熱場的控制系統(tǒng)，在該控制系統(tǒng)的操作界面上顯示。

所述紅外測溫及堵管探測模塊4還能夠利用從紅外測溫儀3接收到的數(shù)據(jù)，與外部的鏡場控制系統(tǒng)6配合，使吸熱器1表面溫度均勻。這一過程包括：首先從紅外測溫儀3所傳輸?shù)臏囟葦?shù)據(jù)中，確定吸熱器1表面的溫度最高區(qū)域和最低區(qū)域，然后向鏡場控制系統(tǒng)6發(fā)出控制指令，使得目標(biāo)位置為溫度最高區(qū)域的定日鏡光斑移動到溫度最低區(qū)域，重復(fù)上述操作多次，直到最低區(qū)域與最高區(qū)域溫度相近。

最后所應(yīng)說明的是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。