一种复合烟气流场测量方法及测量系统与流程

本发明属于烟气污染物控制技术领域，特别是涉及一种基于机组大数据软测量与在线连续测量装置相结合的复合烟气流场测量系统与方法。

背景技术：

打好污染防治攻坚战，解决好人民群众反映强烈的突出环境问题，既是改善环境民生的迫切需要，也是加强生态文明建设的当务之急。要保持攻坚力度和势头，继续推进大气环境综合整治。国家出台了一系列政策和措施，要求火电厂实施超低排放改造。在烟气污染物二氧化硫和氮氧化物脱除改造中，也采取一些积极措施。基本上都是先对烟气流场进行优化设计和改造，改善烟道截面烟气流速和污染物浓度分布的均匀性。但大多装置场地空间有限，无法达到理想要求。如scr脱硝装置入口nox浓度测量探头数量，从一个增加到三个，或者采用多点混合取样等方法；脱硫装置入口so2浓度测量常采用一个测量探头；烟气流速测量也是采取多点混合取平均压力的方法；这些方法仍使污染物浓度和烟气流速测量数据仍不具有代表性，不能测量整个烟道截面的实际浓度、实际流速及实际流向。测量不准确无法为污染物的精准控制提供依据，如脱硝喷氨控制，不能根据烟道截面各个区域不同nox浓度，而调节喷氨量的需求，造成烟道截面氨/氮摩尔比不均匀，氨过量则造成scr反应器出口氨逃逸增加，氨量欠缺则造成nox排放浓度超标。速度场不均匀也对喷氨控制精度造成一定影响。再如脱硫系统脱硫剂添加量控制，没有精确测量脱硫装置入口so2浓度和流速，就无法计算需要脱除的so2实际数量，也就无法精准控制脱硫剂的加入量，造成so2排放浓度波动幅度增大，排放浓度超标，或者排放浓度过低，造成脱硫剂耗量增大。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能够有效提高测量精度的复合烟气流场测量系统。

为了达到上述目的，本发明提供了一种复合烟气流场测量方法，该复合烟气流场测量方法通过数值模拟理论计算，建立不同工况下的机组流场大数据库，对实测值进行修正，结合实测修正数据，对机组流场大数据库中该工况下的流场及浓度场进行修正，从而获取实时工况下的烟气数据。

具体的，复合烟气流场测量方法通过对烟道截面进行网格划分，得到多个网格分区，数值模拟理论计算，建立不同工况下的机组流场大数据库，并对烟道截面烟气流速、污染物浓度分区实时测量，通过机组流场大数据库的理论模拟数据对实时测量数据进行修正，结合实测修正数据对机组流场大数据库中该工况下的流场及浓度场进行修正，从而获取实时工况下的烟气数据。

其中，机组流场大数据库的理论模拟数据包括烟道截面速度场、流向矢量场和污染物浓度场。

所获得的实时工况下的烟气数据包括烟道截面速度场、矢量场、污染物浓度场以及截面烟气流量和污染物浓度软测量数据。

更为具体的，复合烟气流场测量方法包括以下步骤：

s11、基于网格法根据烟道截面尺寸大小，对烟道截面进行网格划分，得到多个网格分区；

s12、对截面分区烟气速度场、矢量场和污染物浓度场在不同负荷下的值进行数值模拟；

s13、进行理论模拟，得到分区速度场、矢量场和污染物浓度场在不同工况下的理论模拟数据，建立流场大数据库；

s14、对烟道分区烟气进行取样、预处理、循环轮测，得到烟道截面污染物浓度分区实测值；

s15、对烟道烟气流速同时进行分区测量，得到烟气分区流速实测值；

s16、结合数值模拟理论计算数据，对分区实测值进行修正，给出分区流速场、污染物浓度场以及截面烟气流量和污染物浓度测量修正数据；

s17、结合测量修正数据，对机组流场大数据库进行修正，获取实时各分区速度场、污染物浓度场以及截面烟气流量和污染物浓度软测量数据。

其中，步骤s16中，对分区实测值进行修正至少包括流向矢量场对烟气流速测量值的修正，烟气流向矢量场、流速场及浓度场的流场大数据库对实测流速场、实测污染物浓度场的修正，修正过程既包括对不符合理论计算测量异常值的剔除和修正，也包括流向与理想流向偏差对测量仪器影响的修正。

上述流向矢量场对烟气流速测量值的修正具体方法为：结合数值模拟理论计算数据，获得实测流速偏差角，从而对烟气流速实测值进行修正，进一步对烟气流速场、污染物浓度场进行修正。

本发明还提供了一种复合烟气流场测量系统，该测量系统用于网格分区的烟道截面，基于机组大数据软测量装置与在线连续测量装置相结合，在线连续测量装置包括与网格分区一一对应的多路烟道烟气取样装置、与网格分区一一对应的多路烟道烟气流速测量装置、烟道气体分析和控制装置；机组大数据软测量装置采用与机组sis系统相连的服务器运算处理系统；其中，烟道气体分析和控制装置分别与各烟道烟气取样装置、烟道烟气流速测量装置相连；服务器运算处理系统分别与所述烟道气体分析和控制装置相连。

烟道烟气流速测量装置包括烟道烟气流速取压装置、取压阀门、差压变送器。

其中，

网格分区为基于网格法根据烟道截面尺寸大小，对烟道截面进行网格划分的区域；

每一路烟道烟气取样装置对应一个网格分区，用于对烟道分区样气进行除尘处理和取样；

每一路取样阀门对应一路烟道烟气取样装置，在所述烟道气体分析和控制装置的控制下，切换选择所需分区的取样烟气，并在所述烟道气体分析和控制装置的控制下，对所述烟道样气取样装置进行反吹(通过设置常规的反吹装置)，防止灰尘堵塞；

每一路烟道烟气流速取压装置对应一个网格分区，用于取得分区烟气流速的差压信号；

差压变送器用于把取得的与流速对应的烟气流速实测差压信号转换为电信号，传送至所述烟道气体分析和控制装置；

每一台差压变送器对应一路取压阀门；

每一路取压阀门对应一路烟道烟气流速取压装置，在所述烟道气体分析和控制装置的控制下，取得流速差压，并经所述差压变送器，把流速实测数据送至所述烟道气体分析和控制装置，并在所述烟道气体分析和控制装置的控制下，对所述烟道烟气流速取压装置进行反吹(通过设置常规的反吹装置)，防止灰尘堵塞；

烟道气体分析和控制装置，对提取的取样烟气进行预处理、循环轮流分析，得到各分区污染物成份实测数据，并把各分区污染物成份和烟气流速实测数据传送至所述服务器运算处理系统；

服务器运算处理系统，基于机组基础参数和来自于机组sis系统的运行大数据，理论模拟不同工况下各截面分区烟气速度场、矢量场和污染物浓度场数据并建立大数据库；

服务器运算处理系统利用机组流场大数据库，对实时工况下各分区实测值进行修正，获取各分区速度场、污染物浓度场以及截面烟气流量和污染物浓度经修正后的测量数据；

服务器运算处理系统结合实时工况下修正后的实测数据，对机组流场大数据库进行修正，获取实时工况下烟道截面速度场、流向矢量场、污染物浓度场以及截面烟气流量和污染物浓度软测量数据。

上述机组大数据软测量装置与在线连续测量装置相结合，构成烟气流场复合测量系统。

其中，服务器运算处理系统利用机组流场大数据库，对实时工况下各分区实测值进行修正，修正内容至少包括流向矢量场对烟气流速测量值的修正，烟气流向矢量场、流速场及浓度场大数据库对实测流速场、实测污染物浓度场的修正，修正过程既包括对不符合理论计算测量异常值的剔除和修正，也包括流向与理想流向偏差对测量仪器影响的修正。

相较于现有技术，本发明相比现有技术具有以下优点：

1、本发明通过理论模拟数据与实测数据进行叠加修正，有效提高了测量精度。

2、本发明通过将烟道截面进行网格划分后得到多个网格分区，并且每个网格分区都设置取样装置，按照需要通过取样阀门选取分区管路，对提取的样气进行预处理和循环轮流分析，得到污染物浓度分区实测值和污染物浓度场在烟道断面的分布数据。由于每个网格内都设置有取样装置，克服了现有脱硝装置nox浓度测量一般采用三个测量探头或多点混合取样，脱硫装置so2浓度测量常采用一个测量探头，烟气流速测量采取多点混合取平均压力方法的缺点，使污染物浓度和烟气流速测量数据更具有代表性，更接近整个烟道截面的实际值。

3、同时在此基础上利用机组基础参数和来自于机组sis系统的运行大数据，对截面分区烟气速度场、矢量场和污染物浓度场在不同工况下的流场进行数值模拟，建立不同工况下的机组流场大数据库，通过对理论模拟值与实时测量值的反复叠加修正，获取分区速度场、矢量场和污染物浓度场以及截面烟气流量和污染物浓度软测量数据。该流场的软测量数据既通过理论模拟剔除实测数据的异常值，同时也根据流向适量场对流速测量仪器进行修正，修正后流速测量值更精准，同时利用结合了机组运行数据的大数据对烟道截面流场进行模拟，并利用数值模拟修正后的流场数据库对实测数据修正，然后利用修正后的实测数据进一步修正机组实时工况下流场软测量数据。经过反复剔除异常、理论实测相互修正，实现了烟气流场的复合测量，进一步提高测量精度，为污染物精准控制提供依据，保障达标排放，提高机组安全性，降低物耗能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种基于机组大数据软测量与在线连续测量装置相结合的复合烟气流场测量系统布局图；

图2为本发明实施例一提供的一种流速矢量对流速值的修正原理图；

图3位本发明实施例二提供的一种基于机组大数据软测量与在线连续测量装置相结合的复合烟气流场测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

实施例一

参见图1为本发明实施例一提供的一种基于机组大数据软测量与在线连续测量装置相结合的复合烟气流场测量系统，其特征在于基于网格法根据烟道截面尺寸大小，对烟道截面进行网格划分，得到多个分区，对烟道断面烟气流速分区实时测量、污染物浓度分区实时测量、利用机组大数据对各分区速度场、矢量场和污染物浓度场进行数值模拟，建立不同工况下的机组流场大数据库，通过对理论模拟值与实际测量值的反复叠加修正，获取实时工况各分区速度场、矢量场和污染物浓度场以及截面烟气流量和污染物浓度软测量数据，实现机组大数据软测量与在线连续测量装置相结合的复合烟气流场测量，该系统包括：烟道烟气取样装置1、取样阀门2、烟道烟气流速取压装置3、取压阀门4、差压变送器5、烟道气体分析和控制装置6、服务器运算处理系统7。其中，

所述网格分区为基于网格法根据烟道截面尺寸大小，对烟道截面进行网格划分的区域；

所述每一路烟道烟气取样装置1对应一个网格分区，用于对烟道分区样气进行除尘处理和取样；

所述每一路取样阀门2对应一路烟道烟气取样装置1，在所述烟道气体分析和控制装置6的控制下，切换选择所需分区的取样烟气，并在所述烟道气体分析和控制装置6的控制下，对所述烟道样气取样装置1进行反吹(采用常规反吹装置即可，图中未画出)，防止灰尘堵塞；

所述每一路烟道烟气流速取压装置3对应一个网格分区，用于取得分区烟气流速的差压信号；

所述差压变送器5用于把取得的与流速对应的烟气流速实测差压信号转换为电信号，传送至所述烟道气体分析和控制装置6；

所述每一台差压变送器5对应一路取压阀门4；

所述每一路取压阀门4对应一路烟道烟气流速取压装置3，在所述烟道气体分析和控制装置6的控制下，取得流速差压，并经所述差压变送器5，把流速实测数据送至所述烟道气体分析和控制装置6，并在所述烟道气体分析和控制装置6的控制下，对所述烟道烟气流速取压装置3进行反吹(采用常规反吹装置即可，图中未画出)，防止灰尘堵塞；

所述烟道气体分析和控制装置6，对提取的取样烟气进行预处理、循环轮流分析，得到各分区污染物成份实测数据，并把各分区污染物成份和烟气流速实测数据传送至所述服务器运算处理系统7；

所述服务器运算处理系统7，基于机组基础参数和来自于机组sis系统的运行大数据，对不同工况下各截面分区烟气速度场、矢量场和污染物浓度场进行数值模拟；

所述服务器运算处理系统7进行理论模拟，得到分区速度场、矢量场和污染物浓度场在不同工况下的理论数据，建立大数据库；

所述服务器运算处理系统7结合机组流场大数据库，对实时工况下各分区流场实测值进行修正，获取各分区速度场、污染物浓度场以及截面烟气流量和污染物浓度测量修正数据；

所述服务器运算处理系统7结合测量修正数据，对机组流场大数据库进行修正，获取实时工况下各分区速度场、污染物浓度场以及截面烟气流量和污染物浓度软测量数据。

所述机组大数据软测量与在线连续测量装置相结合，构成烟气流场复合测量系统；

根据烟道截面尺寸大小，把烟道截面按网格划分为不同的网格分区，烟道每个网格分区内设置一路烟道烟气取样装置1，每一路取样阀门2对应一路烟道烟气取样装置1，在烟道气体分析和控制装置6的控制下，切换选择所需分区的取样烟气，并对提取的取样烟气进行预处理、循环轮流分析，得到各分区污染物成份实测数据；每一路烟道烟气流速取压装置3对应一个网格分区，通过取压阀门4取得分区烟气流速的差压信号，经差压变送器5把取得的与流速对应的烟气流速实测差压信号转换为电信号，传送至烟道气体分析和控制装置6；烟道气体分析和控制装置6把各分区污染物成份和烟气流速实测数据传送至服务器运算处理系统7。例如：烟道截面尺寸是长13.5米，宽3.5米，则按长2.25米，宽1.75米，划分12个网格分区。

通过本发明实施例一公开的技术方案，将烟道截面进行网格划分后得到多个网格分区，并且每个网格分区都设置取样装置，按照需要通过取样阀门选取分区管路，对提取的样气进行预处理和循环轮流分析，得到污染物浓度分区实测值和污染物浓度场在烟道断面的分布数据。由于每个网格内都设置有取样装置，克服了现有脱硝装置nox浓度测量一般采用三个测量探头或多点混合取样，脱硫装置so2浓度测量常采用一个测量探头，烟气流速测量采取多点混合取平均压力方法的缺点，使污染物浓度和烟气流速测量数据更具有代表性，更接近整个烟道截面的实际值。在此基础上利用机组基础参数和来自于机组sis系统的运行大数据，对截面分区烟气速度场、矢量场和污染物浓度场在不同工况下的数据进行数值模拟，理论计算，建立不同工况下的机组流场大数据库，通过对理论计算数据与实际测量数据的反复叠加修正，得出分区速度场、矢量场和污染物浓度场以及截面烟气流量和污染物浓度软测量数据。通过烟气流场复合测量，进一步提高测量精度，为污染物精准控制提供依据，保障达标排放，提高机组安全性，降低物耗能耗。

实施例二

与本发明实施例一所公开的一种基于机组大数据软测量与在线连续测量装置相结合的复合烟气流场测量系统相对应，本发明的实施例二还提供了一种基于机组大数据软测量与在线连续测量装置相结合的复合烟气流场测量方法，参见图3，该方法包括：

s11、基于网格法根据烟道截面尺寸大小，对烟道截面进行网格划分，得到多个网格分区；

s12、服务器运算处理系统对截面分区烟气速度场、矢量场和污染物浓度场在不同负荷下的值进行数值模拟；

s13、服务器运算处理系统进行理论模拟，得到分区速度场、矢量场和污染物浓度场在不同工况下的理论模拟数据，建立流场大数据库；

s14、对烟道分区烟气进行进行取样、预处理、循环轮测，得到烟道截面污染物浓度分区实测值；

s15、对烟道烟气流速同时进行分区测量，得到烟气分区流速实测值；

s16、服务器运算处理系统结合数值模拟理论计算数据，对分区实测值进行修正，给出分区速度场、污染物浓度场以及截面烟气流量和污染物浓度测量修正数据；

参见图2，为所述烟道烟气流速取压装置3，安装时总压pa取压口是正对于烟气流速v。但由于烟道形状、机组工况变化等因素影响，实际烟气流速与原理论流速方向v有偏差，假设流速偏差角为θ，也就是正真作用于pa的烟气流速为vs，vs＝v×cosθ，对于实测皮托管差压pd'＝pa'-pb'，总压当烟气流速v与皮托管取压口pa正对时，因此修正系数为在现有的流速测量装置中，无法测量θ角度，也就无法进行修正，往往导致测量值偏小。本发明中服务器运算处理系统，基于机组基础参数和来自于机组sis系统的运行大数据，对不同工况下截面分区烟气速度场、矢量场和污染物浓度场进行数值模拟，可以获取实测仪器位置流速偏差角θ，从而能够对烟气流速实测值进行修正，提高了实际测量仪表的测量精度，同时通过对流速场、浓度场的实际测量结果再次对数值模拟进行修正(参见步骤s17)，可进一步提高数值模拟流场的精度，并通过系统对机组长时间多轮次的交替迭代修正(通过机组长时间运行实现长时间多轮次的交替迭代修正)，烟道截面流场(包含流速及流向场)及浓度场的软测量精度将进一步提高。

s17、服务器运算处理系统结合测量修正数据，对数值模拟数据进行修正，获取实时各分区速度场、污染物浓度场以及截面烟气流量和污染物浓度软测量数据；

在本发明的实施例二中，将烟道截面进行网格划分后得到多个网格分区，并且每个网格分区都设置取样装置，按照需要通过取样阀门选取分区管路，对提取的样气进行预处理和循环轮流分析，得到污染物浓度分区实测值和污染物浓度场在烟道断面的分布数据。由于每个网格内都设置有取样装置，克服了现有脱硝装置nox浓度测量一般采用三个测量探头或多点混合取样，脱硫装置so2浓度测量常采用一个测量探头，烟气流速测量采取多点混合取平均压力方法的缺点，使污染物浓度和烟气流速测量数据更具有代表性，更接近整个烟道截面的实际值。在此基础上利用机组基础参数和来自于机组sis系统的运行大数据，对不同工况下各截面分区烟气速度场、矢量场和污染物浓度场进行数值模拟，建立不同工况下的流场大数据库，通过对理论模拟数据与实际测量数据的反复叠加修正，获取实时工况下各分区速度场、矢量场和污染物浓度场以及截面烟气流量和污染物浓度软测量数据。通过烟气流场复合测量，进一步提高测量精度，为污染物精准控制提供依据，保障达标排放，提高机组安全性，降低物耗能耗。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。