本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種基于理論計算、數(shù)值模擬和現(xiàn)場測試方法相結(jié)合的用于復(fù)雜煙道煙氣流量監(jiān)測方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

國家環(huán)保部從2013年開始對火力發(fā)電廠煙氣排放提出了更嚴格的要求，對脫硫后煙氣排放中流量測量不準的現(xiàn)況提出了更高的要求。根據(jù)國辦發(fā)(2013)4號文《“十二五”主要污染物總量減排考核辦法》及環(huán)保部《污染源自動監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸有效率指標解釋及考核要求》，煙氣流量是電廠污染物排放及環(huán)保監(jiān)測的重要考核指標。

目前，煙氣量均采用末端測量，然而，受電廠尾部自身場地限制以及超凈排放改造對尾部空間的占用，電廠尾部煙道布置復(fù)雜，凈煙氣煙道通常多次轉(zhuǎn)向，測點位置難以滿足環(huán)保監(jiān)測規(guī)范要求，且煙氣流動紊亂，不同測點數(shù)據(jù)差距很大；此外，鍋爐負荷變化以及超凈排放系統(tǒng)中設(shè)備運行工況變化，也導(dǎo)致尾部凈煙氣排放流量不穩(wěn)定、跳變幅度較大，現(xiàn)有的常規(guī)在線測量難以及時反映運行工況和污染物排放情況，嚴重影響電廠污染物排放量的監(jiān)測、評價。

雖然專利201520149309.4、201520673651.7等提出采用陣列、矩陣等測量方式解決測點不規(guī)范、煙氣流動紊亂等問題，但是這種測量裝置體積大安裝困難、投資與運行維護費用高，且難以從根本上解決煙氣紊亂區(qū)流速快速波動對流量測量準確性的影響；專利201210583956.X提出的大型燃煤鍋爐煙氣流量軟測量方法，通過引風機入口煙氣參數(shù)與引風機風量-壓力關(guān)系計算煙氣流量，但是這種方法未考慮引風機后脫硫系統(tǒng)蒸發(fā)對凈煙氣量影響，無法解決凈煙氣量的準確測量問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提出一種復(fù)雜煙道煙氣流量監(jiān)測方法，在進行復(fù)雜煙道煙氣流場數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)場測試和理論計算相互結(jié)合，解決現(xiàn)有因場地空間受限、測點位置不規(guī)范造成的煙氣流量測量不準確的問題，實現(xiàn)單測點下的復(fù)雜煙道煙氣流量低成本、高準確性監(jiān)測。

本發(fā)明提出的技術(shù)方案是：

一種復(fù)雜煙道煙氣流量監(jiān)測系統(tǒng)，包括模擬子系統(tǒng)、流量校驗子系統(tǒng)及流量監(jiān)測子系統(tǒng)；

所述模擬子系統(tǒng)，用于對復(fù)雜煙道進行流場模擬分析，確定適合用于流量監(jiān)測子系統(tǒng)的監(jiān)測面及監(jiān)測點；

所述流量校驗子系統(tǒng)，用于檢測除塵器出口煙氣參數(shù)，結(jié)合理論計算確定系統(tǒng)基準煙氣量，用于對流量監(jiān)測子系統(tǒng)測試流量進行修正；

所述流量監(jiān)測子系統(tǒng)，通過對復(fù)雜煙道中煙氣流量進行單點在線監(jiān)測，同時根據(jù)流量校驗子系統(tǒng)得到的基準流量與單點監(jiān)測流量之間對應(yīng)關(guān)系獲得不同負荷下的修正系數(shù)函數(shù)對單點監(jiān)測流量進行修正，且對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行顯示。

一種復(fù)雜煙道煙氣流量監(jiān)測方法，包括以下步驟：

步驟1，構(gòu)建復(fù)雜煙道模型，利用模擬軟件對復(fù)雜煙道進行流場數(shù)值模擬，獲得復(fù)雜煙道內(nèi)流場分布，確定適合用于流量監(jiān)測子系統(tǒng)的監(jiān)測面及監(jiān)測點；

步驟2，通過流量校驗子系統(tǒng)測量除塵器出口的煙氣參數(shù)，結(jié)合理論計算獲得進入復(fù)雜煙道的凈煙氣流量基準值；

步驟3，通過流量監(jiān)測子系統(tǒng)對煙氣流量進行單點在線監(jiān)測，同時根據(jù)流量校驗子系統(tǒng)得到的基準流量對單點監(jiān)測流量進行修正，實現(xiàn)復(fù)雜煙道流量的單點準確測量。

進一步的，步驟2中，所述的煙氣參數(shù)包括煙氣溫度、流速、水蒸氣含量、煙道尺寸和工況體積流量；通過所述的參數(shù)計算出除塵器出口煙氣的標況體積流量，質(zhì)量流量和干煙氣質(zhì)量流量。

進一步的，基于所述的工況參數(shù)，通過煙氣絕熱增濕過程計算，推算位于增壓風機和脫硫塔后的煙道中的煙氣參數(shù)，進而得到進入復(fù)雜煙道的煙氣流量與流速。

進一步的，根據(jù)模擬結(jié)果，選擇測量截面及其截面上測點，根據(jù)不同負荷下確定的基準煙氣流量與復(fù)雜煙道中所選測點流量之間的對應(yīng)關(guān)系，擬合出不同負荷下復(fù)雜煙道測點煙氣流量的修正系數(shù)函數(shù)。

進一步的，所述的測點的選擇應(yīng)盡量避開低流速、回流和急變區(qū)域。

本發(fā)明煙氣量計算所用的熱力計算理論、絕熱蒸發(fā)理論成熟，結(jié)果準確，計算結(jié)果能夠反應(yīng)不同鍋爐負荷下真實煙氣流量。Fluent等商用軟件應(yīng)用面廣，流場模擬精度高，流場模擬結(jié)果能夠反應(yīng)真實的流場分布。理論計算、數(shù)值模擬與現(xiàn)場測試三者相互結(jié)合、相互驗證，保證了煙氣流量監(jiān)測結(jié)果的準確性。采用單點測量設(shè)備簡單、投資運行費用低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的模塊化流程圖；

圖2為本發(fā)明的校驗子系統(tǒng)示意圖；

圖3為本發(fā)明的模擬子系統(tǒng)示意圖；

圖4為本發(fā)明的監(jiān)測子系統(tǒng)示意圖；

圖5為本發(fā)明具體實施方式典型煙氣流程圖；

圖6為本發(fā)明具體實施方式模擬結(jié)果分析圖；

圖7為本發(fā)明具體實施方式速度修正系數(shù)曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步描述。

如圖1所示，一種復(fù)雜煙道煙氣流量監(jiān)測系統(tǒng)，涉及電廠自除塵器至煙囪間的全部設(shè)施S101，從功能上具體分為流量校驗子系統(tǒng)S102、模擬子系統(tǒng)S103及流量監(jiān)測子系統(tǒng)S104；

模擬子系統(tǒng)模擬對象為安裝測點的尾部復(fù)雜煙道及前部連接設(shè)施，采用商用模擬軟件進行煙氣流場的模擬分析；

流量校驗子系統(tǒng)包括除塵器出口煙氣流量的精確測量以及在此基礎(chǔ)上的煙氣流量理論計算。以除塵器出口煙氣量作為凈煙氣的計算基準點，是因為除塵器內(nèi)部流動相對均勻，出口煙道流場相對穩(wěn)定；

流量監(jiān)測子系統(tǒng)包括尾部復(fù)雜煙道單點流速測量、數(shù)據(jù)修正及數(shù)據(jù)的顯示與輸出。

全部設(shè)施S101沿煙氣流動方向上依次包括除塵器S1011、濕法脫硫/濕除等設(shè)備S1012、煙囪S1014及各設(shè)備間的全部連接煙道(包括尾部測試位置處的復(fù)雜煙道S1013)；所述流量校驗子系統(tǒng)S102包括等面積流量測量模塊和基于除塵器出口煙氣流量的理論計算模塊，如圖2；所述模擬子系統(tǒng)S103包括安裝測點的尾部復(fù)雜煙道S1013及前部連接設(shè)施，采用商用軟件進行煙氣流場的模擬計算，如圖3；所述流量監(jiān)測子系統(tǒng)S104包括尾部復(fù)雜煙道單點流速測量、數(shù)據(jù)修正及數(shù)據(jù)的顯示與輸出模塊，如圖4。

本發(fā)明中的復(fù)雜煙道煙氣流量監(jiān)測方法，包括以下步驟：

首先，基于靜電除塵器出口規(guī)則煙道流量精確測量，獲得鍋爐不同負荷下除塵器出口處的溫度、相對濕度、氧量等煙氣參數(shù)，然后通過計算獲得尾部凈煙氣流量基準值；

其次，構(gòu)建尾部復(fù)雜煙道及前部連接設(shè)施等煙道模型，利用Fluent等商用模擬軟件進行流場數(shù)值模擬，獲得煙道內(nèi)流場分布，優(yōu)選測量截面及其截面測點；

最后，通過流量監(jiān)測子系統(tǒng)對復(fù)雜煙道煙氣流量進行單點在線監(jiān)測，根據(jù)不同負荷下所選測點流量與煙氣流量基準值之間的對應(yīng)關(guān)系，擬合出不同負荷下測點的流量修正系數(shù)函數(shù)，根據(jù)流量修正系數(shù)函數(shù)對煙氣流量進行修正，實現(xiàn)復(fù)雜煙道煙氣流量單測點低成本、高準確性測量。

具體執(zhí)行過程如下：

●模擬子系統(tǒng)S103

如圖5所示某一典型電廠為例，針對電廠尾部復(fù)雜煙道結(jié)構(gòu)特點，構(gòu)建全尺寸幾何模型，利用Fluent軟件結(jié)合UDF進行模擬計算，得到脫硫后復(fù)雜煙道內(nèi)流場分布圖6。

根據(jù)模擬結(jié)果，選擇測量截面及截面上的測點，測點的選擇應(yīng)盡量避開低流速、回流和急變區(qū)域，所選測點要求在負荷穩(wěn)定下速度相對標準偏差不超過3％。

●流量校驗子系統(tǒng)S102

如圖5所示，某一典型電廠為例，通過儀器測量確定電除塵后煙道處1點截面的平均溫度t₁、流速v₁、水蒸氣含量、煙道尺寸，煙氣的工況體積流量Q_1,g，以此為基礎(chǔ)通過氣體狀態(tài)方程可計算標況體積流量Q_1,b，質(zhì)量流量Q_1,z，干煙氣質(zhì)量流量Q_1,z(d)等參數(shù)，基于以上參數(shù)，通過煙氣絕熱增濕過程計算，可推算點2及點3處煙氣參數(shù)，主要計算公式如下：

脫硫后煙氣溫度是推算脫硫后煙氣體積流量的關(guān)鍵物性參數(shù)之一，脫硫噴淋過程可認為是絕熱增濕過程，煙氣脫硫后的溫度t₃即煙氣的絕熱飽和溫度，塔內(nèi)過程為煙氣降溫同時提供水分蒸發(fā)的氣化潛熱的熱平衡過程，平衡公式如下：

Q_1,b·C_y,pV·(t₂-t₃)＝Q_3,z(d)·(d₃-d₁)·r (1)

式中：Q_1.b為煙氣標況體積流量，單位為Nm³/h；C_y,pV為煙氣平均定壓體積熱容，單位為kJ/m³·K；t₂、t₃為2點和3點的煙氣溫度，單位為℃；Q_3.z(d)為脫硫后干煙氣質(zhì)量流量，單位為kg/h；d₁為未噴淋煙氣含濕量，單位為kg/kg(干煙氣)，d₃為噴淋后煙氣含濕量，單位為kg/kg(干煙氣)；r為水汽化潛熱，單位為kJ/kg。

脫硫過程中煙氣體積會由于氧化空氣量和水分蒸發(fā)而增加，同時也會由于SO₂的吸收而減小。因此脫硫后煙氣標況體積流量為：

$Q_{3,b}=Q_{1,b}+1.244*(d_3-d_1)\·Q_{3,z\left(d\right)}+0.93*Q_{y,b}-Q_{1,b}*{\mathrm{\η}}_{{\mathrm{SO}}_2,1}---\left(2\right)$

式中：Q_3.b脫硫后煙氣標況體積流量，單位為Nm³/h；Q_y.b氧化空氣量，單位為Nm³/h；η_SO2，1為SO₂體積份額，單位為％。

脫硫后煙氣工況體積流量為：

Q_3,g＝Q_3,b·(273.15+t₃)/273.15*101.325/p₃ (3)

式中：Q_3.g為脫硫后煙氣工況體積流量，單位為m³/h；p₃為3點處全壓，單位為kPa此數(shù)值即為系統(tǒng)的基準煙氣量。

●流量監(jiān)測子系統(tǒng)S104

根據(jù)模擬子系統(tǒng)S103確定的測點，對復(fù)雜煙道進行單點流量測量，所測流量與基準煙氣量之間通過下式進行修正計算，獲得修正系數(shù)如圖7所示(在同樣截面積下，速度修正系數(shù)與流量修正系數(shù)相同)。

Q3,g＝K_v×Q_v (4)

式中：Q_3.g為脫硫后煙氣工況體積流量(煙氣基準流量)，單位為m³/h；Q_v為復(fù)雜煙道單點測量工況煙氣量，單位為m³/h；K_v為修正系數(shù)。

最后，把修正后的數(shù)據(jù)進行輸出與顯示。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。