CN109187914A - 基于煤质特性的燃煤电厂NOx生成量的预测方法 - Google Patents
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Abstract
基于煤质特性的燃煤电厂NOx生成量的预测方法，属于燃煤排放监测领域。现有对电厂运行过程中NOx的排放量的监测方法存在需采集大量的影响因素、数学模型复杂、计算过程繁琐耗时较长的问题。一种基于煤质特性的燃煤电厂NOx生成量的预测方法，化验原煤获得原煤的元素分析结果：Cdaf、Hdaf、Odaf、Ndaf和Sdaf五个参数；利用沉降炉对原煤进行热解试验，利用灰分示踪法获取最大挥发分释放量Vmax及焦炭中氮含量Nchar两个参数；将确定的参数作为自变量，将NOx的最终生成量作为因变量，利用拟合公式对NOx生成量进行预测。本发明方法操作简单，数学模型直观，可大幅减少繁琐的计算过程，提升工作效率能够获得发电机组单位体积烟气的NOx生成量。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体排放监测方法，特别涉及一种燃煤电厂NOx生成量的预测方法。
背景技术
电厂运行过程中煤燃烧会产生大量的NOx，对环境的污染非常大。监管可以利用SCR(或SNCR)装置对烟气进行脱硝处理，但仍需要时刻监控NOx的排放水平，而现阶段由于缺乏稳定、可靠和廉价的在线测量仪表，电厂对运行过程中NOx的排放还没有有效的监测系统。为此，一些学者提出了软测量技术，如神经网络预测方法、统计回归方法和基于支持向量机理论的预测方法，这些方法普遍存在以下问题：(1)需要采集大量影响NOx排放的因素，网络规模过大；(2)各个因素之间存在相关性，造成重复利用；(3)数学模型复杂，计算过程繁琐耗时较长。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有对电厂运行过程中NOx的排放量的监测方法所采用的软测量技术存在需采集大量的影响因素、数学模型复杂、计算过程繁琐耗时较长的问题，而提出一种基于煤质特性的燃煤电厂NOx生成量的预测方法。
一种基于煤质特性的燃煤电厂NOx生成量的预测方法，所述方法通过以下步骤实现：
步骤一、化验原煤获得原煤的元素分析，元素分析结果包括：Cdaf、Hdaf、Odaf、Ndaf和Sdaf五个参数；其中，Cdaf表示干燥无灰基C的百分含量，Hdaf表示干燥无灰基H的百分含量，Odaf表示干燥无灰基O的百分含量，Ndaf表示干燥无灰基N的百分含量，Sdaf表示干燥无灰基S的百分含量；
步骤二、利用沉降炉对原煤进行热解试验，利用灰分示踪法获取最大挥发分释放量Vmax及焦炭中氮含量Nchar两个参数；
步骤三、将步骤一和步骤二确定的参数作为自变量，将NOx的最终生成量作为因变量，设计如下多元二次方程作为拟合公式，利用拟合公式对NOx的最终生成量进行预测：
式中：y表示因变量NOx的最终生成量，单位为mg/Nm3；a、b、c表示拟合系数；Xm表示自变量的百分含量，且Xm∈{Cdaf，Hdaf，Odaf，Ndaf，Sdaf，Vmax，Nchar}。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种NOx生成量的预测方法，设计多元二次方程作为拟合公式，并将原煤元素分析所得的C、H、O、N、S元素百分含量的参数、通过对原煤进行热解试验获取的最大挥发分释放量Vmax及焦炭中氮含量Nchar参数带入到拟合公式，利用拟合公式对NOx的最终生成量进行预测，即能够获得发电机组单位体积烟气的NOx生成量。本方法不需要采集大量的影响因素创建监测模型，具有操作简单，数学模型直观，可大幅减少繁琐的计算过程，提升工作效率的优点。与现有软测量方法对NOx生成量监测相比，计算过程所需时间减少了50％-60％。
附图说明
图1为利用本发明的拟合公式对NOx生成结果进行预测所得的预测值与试验值的对比图；
图2为本发明的流程图；
具体实施方式
具体实施方式一：
本实施方式的基于煤质特性的燃煤电厂NOx生成量的预测方法，所述方法通过以下步骤实现：
步骤一、化验原煤获得原煤的元素分析，元素分析结果包括：Cdaf、Hdaf、Odaf、Ndaf和Sdaf五个参数；其中，Cdaf表示干燥无灰基C的百分含量，Hdaf表示干燥无灰基H的百分含量，Odaf表示干燥无灰基O的百分含量，Ndaf表示干燥无灰基N的百分含量，Sdaf表示干燥无灰基S的百分含量；
步骤二、利用沉降炉(DTF)对原煤进行热解试验，利用灰分示踪法获取最大挥发分释放量Vmax及焦炭中氮含量Nchar两个参数；
步骤三、将步骤一和步骤二确定的参数作为自变量，将NOx的最终生成量作为因变量，设计如下多元二次方程作为拟合公式，利用拟合公式对NOx的最终生成量进行预测：
式中：y表示因变量NOx的最终生成量，单位为mg/Nm3；a、b、c表示拟合系数；Xm表示自变量的百分含量，且Xm∈{Cdaf，Hdaf，Odaf，Ndaf，Sdaf，Vmax，Nchar}。
通过确定的准确参数，结合设计的拟合公式，即可进行NOx的最终生成量的预测，所需预测计算时间短，预测值准确。
具体实施方式二：
与具体实施方式一不同的是，本实施方式的基于煤质特性的燃煤电厂NOx生成量的预测方法，步骤一所述的化验原煤获得原煤的元素分析的过程为，通过自动元素分析仪获得原煤的元素分析结果。
具体实施方式三：
与具体实施方式一或二不同的是，本实施方式的基于煤质特性的燃煤电厂NOx生成量的预测方法，步骤二所述的利用沉降炉(DTF)对原煤进行热解试验，利用灰分示踪法获取最大挥发分释放量Vmax及焦炭中氮含量Nchar两个参数的过程为，
首先，利用沉降炉(DTF)对原煤进行热解试验，抽取不同停留时间的热解产物，对热解产物进行工业分析和元素分析，
然后，利用灰分示踪法获取最大挥发分释放量Vmax及焦炭中氮含量Nchar；其中，
式中，Vmax表示原煤热解的最大挥发份释放量，干燥基，％；
A0表示原煤干燥基灰份，％；
A1表示产物干燥基灰份，％；
Nchar表示焦炭中的氮元素质量占原煤氮元素质量的比例，％；
N0表示原煤干燥基氮元素含量，％；
N1表示焦炭干燥基氮元素含量，％。
具体实施方式四：
与具体实施方式三不同的是，本实施方式的基于煤质特性的燃煤电厂NOx生成量的预测方法，步骤三所述的将步骤一和步骤二确定的参数作为自变量，将NOx的最终生成量作为因变量，设计如下多元二次方程作为拟合公式，利用拟合公式对NOx的最终生成量进行预测：
的过程为，
将步骤一获得的Cdaf、Hdaf、Odaf、Ndaf和Sdaf五个参数，以及步骤二获得的最大挥发分释放量Vmax和焦炭中氮含量Nchar两个参数作为自变量，将NOx的最终生成量作为因变量，提出形式如下的多元二次方程：
式中：C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15表示拟合系数；
上述多元二次方程简化表示为：
y表示因变量NOx的最终生成量，单位为mg/Nm3；ai、bi、ci表示拟合系数，i∈{1,2,3...，15}；Xm表示自变量的百分含量，且Xm∈{Cdaf，Hdaf，Odaf，Ndaf，Sdaf，Vmax，Nchar}。
实施例1：
基于煤质特性的燃煤电厂NOx生成量的预测方法，所述方法通过以下步骤实现：
步骤一、采用通过自动元素分析仪的国标方法获得原煤的元素分析结果，元素分析结果包括：Cdaf、Hdaf、Odaf、Ndaf和Sdaf五个参数；其中，Cdaf表示干燥无灰基C的百分含量，Hdaf表示干燥无灰基H的百分含量，Odaf表示干燥无灰基O的百分含量，Ndaf表示干燥无灰基N的百分含量，Sdaf表示干燥无灰基S的百分含量；
如下，表1为原煤的元素分析试验结果
表1煤质分析试验结果
| 序号 | ％C(daf) | ％H(daf) | ％O(daf) | ％N(daf) | ％S(daf) |
| 1 | 79.19 | 5.02 | 12.93 | 1.56 | 1.3 |
| 2 | 75.2 | 5.23 | 16.97 | 1.46 | 1.12 |
| 3 | 74.71 | 5.27 | 18.42 | 1.32 | 0.27 |
| 4 | 81.46 | 6.1 | 10.66 | 1.44 | 0.33 |
| 5 | 82.69 | 6.22 | 8.41 | 1.36 | 1.31 |
| 6 | 66.47 | 4.83 | 20.76 | 2.11 | 5.8 |
| 7 | 67.7 | 4.73 | 23.28 | 1.7 | 2.58 |
| 8 | 81.92 | 5.5 | 9.77 | 2.04 | 0.79 |
| 9 | 75.7 | 6.4 | 17.05 | 0.57 | 0.28 |
| 10 | 90.09 | 4.32 | 1.69 | 0.92 | 2.97 |
| 11 | 84.47 | 4.4 | 7.21 | 1.37 | 2.6 |
步骤二、利用沉降炉(DTF)对原煤进行热解试验，利用灰分示踪法获取最大挥发分释放量Vmax及焦炭中氮含量Nchar两个参数；
首先，利用沉降炉(DTF)对原煤进行热解试验，抽取不同停留时间的热解产物，对热解产物进行工业分析和元素分析，
然后，利用灰分示踪法获取最大挥发分释放量Vmax及焦炭中氮含量Nchar；其中，
式中，Vmax表示原煤热解的最大挥发份释放量，干燥基，％；
A0表示原煤干燥基灰份，％；
A1表示产物干燥基灰份，％；
Nchar表示焦炭中的氮元素质量占原煤氮元素质量的比例，％；
N0表示原煤干燥基氮元素含量，％；
N1表示焦炭干燥基氮元素含量，％；
如表2为原煤进行热解试验的结果，
表2 DTF试验结果
| 序号 | ％V<sub>max</sub>(d) | ％Nchar(d) |
| 1 | 68.04 | 37.08 |
| 2 | 59.46 | 41.73 |
| 3 | 81.36 | 19.96 |
| 4 | 54.30 | 26.56 |
| 5 | 50.26 | 74.57 |
| 6 | 58.56 | 17.74 |
| 7 | 66.28 | 19.83 |
| 8 | 52.79 | 41.60 |
| 9 | 66.44 | 34.60 |
| 10 | 26.56 | 48.36 |
| 11 | 42.82 | 71.15 |
步骤三、将步骤一获得的Cdaf、Hdaf、Odaf、Ndaf和Sdaf五个参数，以及步骤二获得的最大挥发分释放量Vmax和焦炭中氮含量Nchar两个参数作为自变量，将NOx的最终生成量作为因变量，提出形式如下的多元二次方程：
式中：C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15表示拟合系数；
上述多元二次方程简化表示为：
y表示因变量NOx的最终生成量，单位为mg/Nm3；ai、bi、ci表示拟合系数，i∈{1,2,3...，15}；Xm表示自变量的百分含量，且Xm∈{Cdaf，Hdaf，Odaf，Ndaf，Sdaf，Vmax，Nchar}。
根据实验结果所得拟合公式中的各项系数如表3所示：
表3拟合公式用系数
| X<sub>m</sub> | a<sub>i</sub> | b<sub>i</sub> | c<sub>i</sub> |
| Cdaf | -3391.6 | 88.98 | -0.53 |
| Hdaf | 2720.26 | -956.5 | 92.44 |
| Odaf | 293.11 | 10.78 | -0.67 |
| Ndaf | 440.12 | -109.51 | 4.42 |
| Sdaf | 296.36 | 23.33 | -8.08 |
| Nchar | 32.694 | 11.069 | -0.093 |
| V<sub>max</sub> | -150.694 | 17.657 | -0.163 |
为了验证拟合公式的准确性，利用拟合公式对NOx生成结果进行了预测，并分析二者之间相对误差，具体的试验值与预测值的比较如图1所示。根据图中数据分析可以看出拟合效果较好，其中54.54％的预测结果误差范围在±10％以内，81.82％预测结果误差范围在±20％以内，另外有两个预测结果的偏差为33.90％和28.24％，具体数据见表4。
表4 NOx排放预测结果及相对误差
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于煤质特性的燃煤电厂NOx生成量的预测方法，所述方法通过以下步骤实现：
步骤一、化验原煤获得原煤的元素分析，元素分析结果包括：Cdaf、Hdaf、Odaf、Ndaf和Sdaf五个参数；其中，Cdaf表示干燥无灰基C的百分含量，Hdaf表示干燥无灰基H的百分含量，Odaf表示干燥无灰基O的百分含量，Ndaf表示干燥无灰基N的百分含量，Sdaf表示干燥无灰基S的百分含量；
步骤二、利用沉降炉对原煤进行热解试验，利用灰分示踪法获取最大挥发分释放量Vmax及焦炭中氮含量Nchar两个参数；
步骤三、将步骤一和步骤二确定的参数作为自变量，将NOx的最终生成量作为因变量，设计如下多元二次方程作为拟合公式，利用拟合公式对NOx的最终生成量进行预测：
式中：y表示因变量NOx的最终生成量，单位为mg/Nm3；a、b、c表示拟合系数；Xm表示自变量的百分含量，且Xm∈{Cdaf，Hdaf，Odaf，Ndaf，Sdaf，Vmax，Nchar}。
2.根据权利要求1所述的基于煤质特性的燃煤电厂NOx生成量的预测方法，其特征是：步骤一所述的化验原煤获得原煤的元素分析的过程为，通过自动元素分析仪获得原煤的元素分析结果。
3.根据权利要求1或2所述的基于煤质特性的燃煤电厂NOx生成量的预测方法，其特征是：基于煤质特性的燃煤电厂NOx生成量的预测方法，步骤二所述的利用沉降炉对原煤进行热解试验，利用灰分示踪法获取最大挥发分释放量Vmax及焦炭中氮含量Nchar两个参数的过程为，
首先，利用沉降炉对原煤进行热解试验，抽取不同停留时间的热解产物，对热解产物进行工业分析和元素分析，
然后，利用灰分示踪法获取最大挥发分释放量Vmax及焦炭中氮含量Nchar；其中，
式中，Vmax表示原煤热解的最大挥发份释放量，干燥基，％；
A0表示原煤干燥基灰份，％；
A1表示产物干燥基灰份，％；
Nchar表示焦炭中的氮元素质量占原煤氮元素质量的比例，％；
N0表示原煤干燥基氮元素含量，％；
N1表示焦炭干燥基氮元素含量，％。
4.根据权利要求3所述的基于煤质特性的燃煤电厂NOx生成量的预测方法，其特征是：步骤三所述的利用拟合公式对NOx的最终生成量进行预测的过程为，将步骤一获得的Cdaf、Hdaf、Odaf、Ndaf和Sdaf五个参数，以及步骤二获得的最大挥发分释放量Vmax和焦炭中氮含量Nchar两个参数作为自变量，将NOx的最终生成量作为因变量，提出形式如下的多元二次方程：
式中：C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15表示拟合系数；
上述多元二次方程简化表示为：
式中，y表示因变量NOx的最终生成量，单位为mg/Nm3；ai、bi、ci表示拟合系数，i∈{1,2,3...，15}；Xm表示自变量的百分含量，且Xm∈{Cdaf，Hdaf，Odaf，Ndaf，Sdaf，Vmax，Nchar}。
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