智能化锅炉巡检监测

方案背景

人工巡检搭拆一次脚手架或升降平台需要约一周的时间，费用消耗30万元左右；专业人员进入炉内进行巡检检测工作，也需要约一周的时间，费用消耗同样30万元左右；在整个巡检检测过程中，由于不可避免的高空作业等因素，工作人员及专业人员还存在相当大的安全风险。

· 准备时间长：传统的检修方式通常需要提前搭建脚手架或升降平台，这一过程耗时约一周，并且费用高昂，大约30万元人民币。

· 人工成本高：涉及数十人的团队需连续工作数月，总成本可达数十万元人民币。同时，由于工作环境恶劣，工作人员的安全风险增加。

· 工作效率低：高强度的工作导致人员疲劳，影响了整体的工作效率。此外，由于缺乏有效的监督手段，容易出现漏检、错检的情况。

· 数据可靠性差：依赖于人工记录的数据存在较高的出错率，难以保证巡检质量的一致性和可靠性。

· 危险系数大：锅炉内部空气质量差，含有大量CO等有毒气体，加上高空作业的风险，给工作人员带来了极大的安全隐患。

行业痛点

解决方案

优势创新

该无人机在国家能源集团超临界锅炉内部检测，为世界首台套锅炉水冷壁测厚无人机。

成功案例

船形无人机在电厂炉膛巡检和拍摄水冷壁管照片

炉膛内燃烧温度高（1500℃以上），烟气流速快、含尘量高，锅炉水冷壁长期在超临界高温高压的水蒸气条件下运行，受热面经常出现大面积结焦，在燃烧器周围、打焦孔、吹灰孔等处，水冷壁管子易发生磨损现象，在热负荷较高的区域水冷壁管子易发生高温腐蚀现象等，严重威胁到锅炉的安全运行。

加强锅炉的检修是保证锅炉安全运行的有效手段，目前主要有两种检修方式 ：一类是事故后的停炉检修，一类是日常定期检修。检修需要在锅炉炉膛完全冷却后（环境温度），在炉膛内搭建人工脚手架或升降平台，检修工人进入炉膛后，采用人工巡视对炉膛进行全面巡检，如燃烧器磨/烧损情况、屏过挂渣情况、受热面结渣、沾污、积灰情况等，有时因磨损及高温腐蚀等原因还需要对水冷壁管子进行厚度测量，这种传统的人工锅炉检修方式，耗时耗力，消耗大量人力物力，经济效益较低；同时，锅炉炉膛是一个内部没有光源的封闭矩形空间，布满了灰尘和煤焦，且富含CO等有毒气体，环境非常恶劣，检修风险也比较高。

因此，研发设计适应于此密闭空间的工业无人机，利用其对锅炉炉膛内部进行自主飞行和高清拍摄，将影像实时传输至外部进行计算处理，智能识别内部缺陷等劣化问题并进行实时评估，这种提升改造对传统的火力发电厂具有非常大的吸引力。

目前，国际上已初步开展了无人机在密闭工业场景中的巡检工作的研究，主要通过在机身外部增加防护罩的形式，可以对无人机的安全飞行进行有效保护。然而，在锅炉炉膛等密闭空间内若需自主飞行检测时，还需克服并解决如下问题，才能让无人机在锅炉炉膛内的飞行巡检更具效率。

· 无人机在锅炉中无法实现自主悬停。目前，无人机通常采用卫星导航或视觉导航方式。然而，在锅炉卫星信号拒止、黑暗的“双盲”环境中，卫星导航、视觉导航均无法使用，无人机无法进行自主定位。因此，无人机在锅炉炉膛进行检测作业时，对操作人员提出了较高的要求。尤其是当无人机在锅炉炉膛飞行时，操作人员无法观察到无人机，操作难度较大。

· 无人机在锅炉中无法实现三维自主避障。目前无人机是通过防护罩形式实现避障的，其存在一定不足： 一方面，锅炉内一些细长的突出结构，可能会穿过防护罩， 影响飞行安全；另一方面，防护罩在与炉壁碰撞时，虽然不会导致飞行事故，但会影响操作体验与影像质量。因此，需要研究基于传感器与智能算法的主动式避障方法。

· 无法确定无人机拍摄影像在锅炉中的位置。目前无人机在拍摄锅炉影像后，难以与其对应的炉体位置相对应。由于炉体内不同部位相似度较高，在记录大量影像后，即使发现缺陷也无法得知缺陷所在的具体位置。因此，需要研究无人机在锅炉中的相对定位方法，在此基础上推算拍摄影像在炉体内对应的位置，从而形成对影像的有效记录。

· 飞行器续航时间短。目前无人机的飞行时间在10min～15 min之间，无法满足远距离、长时间的飞行。一旦失去动力，需频繁更换蓄电池。对于炉膛较高的锅炉，飞行过程中需预估飞行时间，如中断飞行需更换电池，较难完成检测任务。

炉膛内搭建的升降平台

人工巡检

· 提升安全性：通过使用无人机代替人工进入危险区域，显著降低了作业风险。无人机采用全防护设计，可以有效避免螺旋桨造成的伤害事故。

· 缩短巡检周期：实现了不停机或少停机状态下的快速巡检，减少了因维修导致的发电损失。相比传统方式，无人机巡检所需时间大幅缩短。

· 精准故障预警：基于多模态数据分析（图像、温度、形变），可以提前发现潜在隐患，预防重大事故的发生。无人机搭载的4K可见光摄像头、超声测厚仪器等设备，能提供更准确的检测数据。

· 优化运维成本：降低了对人力资源的依赖，减少了不必要的停机时间和维护开支。相比传统的人工巡检，无人机巡检方案的成本更低，效率更高。

实现目标

· 船型全防护结构：无人机宽度与高度不大于40cm，大小与锅炉的人孔尺寸适配；螺旋桨具有全防护保护框，避免其造成伤害事故；船型外表具有上拉式手提把手，能够手持设备起飞，作业完成后手持设备接管，不依赖起降平台。

· 主定位导航：无人机具有三维激光扫描雷达，在机载计算机中运行SLAM算法程序，实时构建炉膛三维场景，并提供无人机的精准坐标位置，定位精度厘米级，实现稳定悬停及导航。该方法不依赖卫星信号、不依赖光线，也不需要架设任何额外的定位设备，便捷、高效、实用。激光SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）是一种通过激光雷达获取环境点云数据，结合运动物体自身位姿估计，实现同步定位与地图构建的技术。其核心原理是通过激光雷达扫描周围环境，获取点云数据，然后通过算法处理这些数据，同时计算无人机的位置和姿态，并构建环境地图。

· 不间断供电：锅炉密布水冷壁，巡检任务巨大，传统锂电池存在续航瓶颈，负载能力差，本方案使用地对空有线不间断输送能源，最大功率3500瓦，可负载2kg设备不间断作业。线缆长度100米，赋予无人机超高升限，能够满足兆瓦级超临界锅炉的巡检需求。

· 三维重建：无人机实时生成、传输并记录环境三维点云，降落后生成炉膛完整三维模型，于此同时，无人机所有巡检点位都与坐标绑定，有效记录了被检测对象的三维空间位置，实现了炉膛透明化、网格化、精准化、科学化检测。

· 专用载荷：无人机搭载补光灯、4K可见光摄像头、超声测厚仪器等设备，能够对炉膛实现全方位检测，相较于传统的室内巡检无人机，其功能更加强大，飞行作业可获得更多检测数据。

· 冗余通信：本系统同时兼容WiFi 6 Mesh无线自组网通信、宽带电力线载波有线通信，既可以在目视情况下实现点对点传输，也可以在拐角处实现接力传输，更可以通过有线方式直接空地传输。所有通信方式的通信速率不低于50Mbps，能够并发传输激光点云、视频、无人机状态数据，性能强大。

本无人机智能巡检检测系统已替代目前的人工检查检测方式，大大缩短检查检测耗时、提高工作效率、降低工作强度、规避人员安全风险，填补业界空白。

鼎晟物联船形工业无人机具有船形全防护外框、上拉式手提把手，操作人员可以手持无人机起飞，巡检结束后手持接管，能够解决作业现场缺乏起降平台问题。该无人机使用三维非重复扫描雷达主动式定位，不依赖卫星、UWB基站等外部任何信号。该无人机免电池供电，地面基站将AC 220V转换为线缆上DC 400V传输到无人机上，突破传统锂电池的续航瓶颈，实现不间断供电。无人机可代替人工，在大型密闭空间中进行重复性甚至危险性的巡检工作。可根据具体业主需求定制可见光或者红外热成像模块，以及测厚传感器。可用于电厂锅炉（炉膛）、大型储油/气罐、洞穴等场所进行高效率巡检、探测。与现有人工巡检方案比较，本方案具有以下优势：

综上所述，室内船形工业无人机为电厂锅炉智能化巡检提供了一套完整的解决方案，不仅大大提升了巡检工作的安全性、效率性和准确性，同时也显著降低了运营成本，为电力行业的转型升级提供了强有力的技术支持。

船形无人机为电厂炉膛建模的三维模型