塔式熔盐吸热器红外扫描式能流密度监测系统研究

作     者：白航 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵跃

授予年度：2022年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0835[工学-软件工程] 081002[工学-信号与信息处理] 

主      题：塔式光聚热发电系统 吸热器 红外测温系统 模板匹配算法 能流密度测量 

摘      要：在塔式太阳能热发电系统中,吸热器的作用为吸收定日镜反射的太阳辐射能,其高效、安全运行是光热电站工作的前提条件。但是吸热器易受到外界影响,导致表面的温度和能流密度在部分区域出现数值过高的情况,使得吸热器表面的太阳辐射能量分布不均匀,引起吸热器损坏。因此,保证太阳能在吸热器上均匀分布,不但可提高吸热效率,更能提高电站运行的安全性。本论文应东方电气集团东方锅炉股份有限公司需求,以国家光热示范工程哈密熔盐塔式光热电站为基础,对吸热器表面能流密度分布的测量方法进行研究,并设计一套电站吸热器表面能流密度分布的实时监测系统,具体工作如下:首先,基于塔式光热发电系统的工作原理,对当前国内外关于能流密度测量的各种方法进行了简单介绍,对比了这些测量方法的优缺点。提出了一套适用于哈密熔盐塔式光热电站的能流密度测量系统方案,对该方案进行了详细的介绍。其次,基于红外热成像测温的基本原理,分析了对红外辐射测温精度的主要影响因素,对红外辐射测温的物理模型进行了分析,最终使用吸热管对红外热像仪进行了标定,得到了热像仪输出的16位二进制数与实际温度之间的曲线关系。然后,针对红外热像仪由于分辨率的限制,在吸热器的高度方向上无法完整采集图像的问题,本论文设计了温度测量系统,将该系统分为红外热像仪扫描驱动单元和图像处理单元。对红外热像仪扫描驱动单元分别从软件和硬件方面进行了阐述,对图像处理单元进行了详细的讲解,并展示了处理后的效果,最终对设计的软件进行了使用说明。最后,基于吸热器的传热过程,在现有研究方法的基础上提出了一种能流密度计算模型,利用红外热像仪和热电偶分别测得吸热器表面的温度和吸热管内壁温度,结合现场工况,对红外热像仪测量的偏差进行校准,将校准后的红外热像仪测温数据代入计算模型中,最终得到了吸热器表面的能流密度分布结果,该系统可实现能流密度检测系统预设的检测功能,为定日镜调度控制系统的能流密度控制提供及时可靠的反馈测量数据。