CN112446000B - 一种基于速度分布的流场相似度评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于速度分布的流场相似度评估方法，属于烟气治理技术领域，其包括以下步骤：1、对待研究截面进行网格划分，用风速仪或皮托管测量不同工况条件下各网格中心点的速度，获取截面速度分布；2、计算不同工况条件下截面烟气流速的均值，按平均烟气流速为10m/s对不同工况条件下速度分布进行对标处理，求取差异矩阵；3、依据数理统计理论，分析给出联系度、集中度、相关系数指标；4、根据步骤3的3个指标建立相似度评估函数，并给出相似程度判据。本发明可评估不同运行工况条件下SCR烟气脱硝装置内部流场分布的相似度即流场的稳定性，为流场均化明确方向。

Description

一种基于速度分布的流场相似度评估方法

技术领域

本发明属于烟气治理技术领域，特别涉及一种基于速度分布的流场相似度评估方法。

背景技术

随着环保要求的日益严格，尤其是烟气超低排放改造的全面推广，燃煤机组SCR烟气脱硝装置内部流场的优劣已成为制约各个电厂脱硝装置精益化运行的关键因素。流场优化设计的重点在于催化剂入口和喷氨格栅上游的速度场均匀性。催化剂入口烟气流速分布不均易导致催化剂积灰和磨损，从而影响催化剂性能的发挥，而喷氨格栅上游烟气流速分布不均会对烟气中氮氧化物与氨的均匀混合产生不利影响从而导致系统脱硝效率降低，尤其是不同负荷、煤种和配风工况下喷氨格栅上游速度分布趋势不一的情形。传统的脱硝流场设计对于某个工况喷氨格栅上游的速度分布均匀性关注较多，旨在采取优化措施促使截面烟气流速均匀分布、控制速度相对标准偏差系数在合理范围之内，但对于不同工况条件间流场分布的相似程度即稳定性研究极少，而在同一相对标准偏差系数的情况下，截面速度分布可以是截然相反的，这正是不同工况条件下脱硝装置性能和流场分布特性差异显著的原因之一。因此研究和评估不同工况条件下喷氨格栅上游速度分布的相似度从而确定是否需要采取相应流场优化措施是一项积极而且有意义的工作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术方法中存在的上述不足，而提供一种基于速度分布的流场相似度评估方法，通过该方法对不同工况条件下速度分布的相似程度进行综合评判，以确定流场深度优化与否以及其关键部位。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于速度分布的流场相似度评估方法，其包括以下步骤：

步骤1：对待研究截面进行网格划分，用风速仪或皮托管测量不同工况条件下各网格中心点的速度，获取截面速度分布；

步骤2：计算不同工况条件下截面烟气流速的均值，按平均烟气流速为10m/s对不同工况条件下速度分布进行对标处理，求取差异矩阵；

步骤3：依据数理统计理论，分析给出联系度、集中度、相关系数指标；

步骤4：根据步骤3的3个指标建立相似度评估函数，并给出相似程度判据。

进一步的，步骤1具体包括：对待研究截面依据国标《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》并结合烟道截面和流场分析精度要求划分成m×n(长×宽)个等面积面元，以面元中心为测量点位，该点速度表示方式为V_ij，其中i＝1…m，j＝1…n，速度大小可通过现场测试获取。

工况条件1整个截面各点速度分布表示矩阵为：

工况条件2整个截面各点速度分布表示矩阵为：

进一步的，步骤2具体包括：根据速度分布矩阵A计算工况条件1截面平均烟气流速：

根据速度分布矩阵B计算工况条件2截面平均烟气流速：

按平均烟气流速为10m/s对不同工况条件下速度分布分别进行对标处理。工况条件1下的速度分布对标处理的转化系数：

工况条件2下的速度分布对标处理的转化系数：

采用转化系数α和速度分布表示矩阵A数乘，对数乘后的矩阵m×n个元均按四舍五入进行取整，得到工况条件1速度分布标准化表示矩阵：

采用转化系数β和速度分布表示矩阵B数乘，对数乘后的矩阵m×n个元均按四舍五入进行取整，得到工况条件2速度分布标准化表示矩阵：

差异矩阵：

进一步的，步骤3具体包括：

对差异矩阵C^*的m×n个元中满足|αV′_ij|-|βV″_ij|＝0的个数进行统计，即同一数K；

对差异矩阵C^*的m×n个元中满足1≤||αV′_ij|-|βV″_ij||≤2的个数进行统计，即相邻数P；

对差异矩阵C^*的m×n个元中满足||αV′_ij|-|βV″_ij||≥3的个数进行统计，即对立数Q；

同一数、相邻数和对立数之和为差异矩阵元的个数，即K+P+Q＝M×N；

引入联系度，其为同一数、相邻数和对立数的线性函数，即

引入集中度，其为差异矩阵元组平方和均值的指数，即

引入相关系数，其以两个速度分布标准化表示矩阵的元组与均值的离差为基础，通过离差乘积与两个速度分布标准化表示矩阵的元组的标准差比值反映两个工况条件下速度分布的相关性，即

其中：

进一步的，步骤4具体包括：

建立相似度综合评估函数f＝(r+s+t)/3；

当综合评估函数的取值范围在[0.6,1]内，认为两个工况条件下的流场分布具有高度的相似性，满足设计要求的流场稳定性即工况条件变化对流场分布的影响极小。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明可评估不同运行工况条件下SCR烟气脱硝装置内部流场分布的相似度即流场的稳定性，为流场均化明确方向。

附图说明

图1是本发明实施例中某燃煤锅炉SCR烟气脱硝装置的结构示意图。

图2是本发明实施例中待研究截面网格划分和布点结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例

某燃煤锅炉SCR烟气脱硝装置如图1所示，图中箭头所指为烟气的流动方向，其包括A导流板组1、B导流板组2、喷氨装置4、C导流板组5、D导流板组6、整流装置7和催化剂8，待研究截面3位于喷氨装置4上游0.5m位置。烟气先经A导流板组1和B导流板组2转变流向后与经喷氨装置4喷入的还原剂氨混合，随后流经C导流板组5、D导流板组6和整流装置7后进入催化剂8发生脱硝反应。由于锅炉运行工况条件变化，烟气来流经B导流板组2后沿烟道截面分布不一，分析研究不同工况条件下喷氨装置4上游待研究截面3上烟气流速分布之间的相似度对于采取适当的低阻高效强化混合手段或流场优化控制策略至关重要，因此提出一种基于速度分布的流场相似度评估方法。

其具体步骤如下：

步骤1：对待研究截面进行网格划分，用风速仪或皮托管测量不同工况条件下各网格中心点的速度，获取截面速度分布；

步骤2：计算不同工况条件下截面烟气流速的均值，按平均烟气流速为10m/s对不同工况条件下速度分布进行对标处理，求取差异矩阵；

步骤3：依据数理统计理论，分析给出联系度、集中度、相关系数指标；

步骤4：根据步骤3的3个指标建立相似度综合评估函数，并给出相似程度判据。

以图2为例对本发明作进一步说明如下：

工况条件1下待研究截面速度分布实测结果如下：

工况条件2下待研究截面速度分布实测结果如下：

接下来进行对标处理和矩阵转换并计算各种指标。

工况条件1下截面平均烟气流速：

工况条件2截面平均烟气流速：

工况条件1速度分布对标处理的转化系数：

工况条件2速度分布对标处理的转化系数：

工况条件1速度分布标准化表示矩阵：

工况条件2速度分布标准化表示矩阵：

差异矩阵：

待研究截面测试点总数量即矩阵的元的个数为30；

差异矩阵C^*的元中满足|αV′_ij|-|βV″_ij|＝0的个数即同一数K＝14；

差异矩阵C^*的元中满足1≤||αV′_ij|-|βV″_ij||≤2的个数即相邻数P＝16；

差异矩阵C^*的元中满足||αV′_ij|-|βV″_ij||≥3的个数即对立数Q＝0；

计算联系度

计算集中度

计算相关系数

其中：

相似度综合评估函数

f＝(r+s+t)/3＝0.72

当综合评估函数的取值范围在[0.6,1]内，认为两个工况条件下的流场分布具有高度的相似性。根据本例相似度综合评估函数的计算值结果来看，不同工况条件下的流场分布高度相似，具有较强的流场稳定性即工况变化对流场分布的影响极小。

本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于速度分布的流场相似度评估方法，其特征是，其包括以下步骤：

步骤1：对待研究截面进行网格划分，测量不同工况条件下各网格中心点的速度，获取截面速度分布；

步骤2：计算不同工况条件下截面烟气流速的均值，按平均烟气流速为10m/s对不同工况条件下速度分布进行对标处理，求取差异矩阵；

步骤3：依据数理统计理论，分析给出联系度、集中度、相关系数指标；

步骤4：根据步骤3的3个指标建立相似度评估函数，并给出相似程度判据；

步骤1具体包括：对待研究截面依据国标《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》并结合烟道截面和流场分析精度要求划分成m×n个等面积面元，以面元中心为测量点位，该点速度表示方式为V_ij，其中i＝1…m，j＝1…n，速度大小通过现场测试获取；

工况条件1整个截面各点速度分布表示矩阵为：

工况条件2整个截面各点速度分布表示矩阵为：

步骤2具体包括：根据速度分布矩阵A计算工况条件1截面平均烟气流速：

根据速度分布矩阵B计算工况条件2截面平均烟气流速：

按平均烟气流速为10m/s对不同工况条件下速度分布分别进行对标处理；工况条件1下的速度分布对标处理的转化系数：

工况条件2下的速度分布对标处理的转化系数：

采用转化系数α和速度分布表示矩阵A数乘，对数乘后的矩阵m×n个元均按四舍五入进行取整，得到工况条件1速度分布标准化表示矩阵：

采用转化系数β和速度分布表示矩阵B数乘，对数乘后的矩阵m×n个元均按四舍五入进行取整，得到工况条件2速度分布标准化表示矩阵：

差异矩阵：

步骤3具体包括：

对差异矩阵C^*的m×n个元中满足|αV′_ij|-|βV″_ij|＝0的个数进行统计，即同一数K；

对差异矩阵C^*的m×n个元中满足1≤||αV′_ij|-|βV″_ij||≤2的个数进行统计，即相邻数P；

对差异矩阵C^*的m×n个元中满足||αV′_ij|-|βV″_ij||≥3的个数进行统计，即对立数Q；

同一数、相邻数和对立数之和为差异矩阵元的个数，即K+P+Q＝M×N；

引入联系度，其为同一数、相邻数和对立数的线性函数，即

引入集中度，其为差异矩阵元组平方和均值的指数，即

引入相关系数，其以两个速度分布标准化表示矩阵的元组与均值的离差为基础，通过离差乘积与两个速度分布标准化表示矩阵的元组的标准差比值反映两个工况条件下速度分布的相关性，即

其中：

步骤4具体包括：

建立相似度综合评估函数f＝(r+s+t)/3；

当综合评估函数的取值范围在[0.6,1]内，认为两个工况条件下的流场分布具有高度的相似性，满足设计要求的流场稳定性即工况条件变化对流场分布的影响极小。