CN113406282B - 电站锅炉尾部烟道氧量场标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电站锅炉尾部烟道氧量场标定方法，其特征是：调整锅炉在各种不同负荷下稳定运行，在测量截面上针对各网格测点的烟气进行抽样分析，获得各网格测点在对应负荷状态下的烟气含氧量，计算出各种不同负荷下测量截面烟气含氧量的空间均值；计算获得在各种不同负荷下测量截面各网格测点的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差，确定所有网格测点中平均绝对偏差最小值，若其不超过设定值，则将对应的网格测点确定为标定点，在标定点位置处安装DCS氧量传感器进行校正。本发明基于不同负荷下烟气含氧量的空间分布特性，有效解决了DCS采样点测量烟气含氧量空间均值存在不准确性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及标量场空间测量与均值标定领域，更具体地说是一种电站锅炉尾部烟道氧量场标定方法。
背景技术
电站锅炉尾部烟道中烟气含氧量空间均值的测量是监测锅炉稳定、安全和经济运行的重要手段。通过测量，可以判断燃料是否完全燃烧，配风量是否合理。如果含氧量过低，会引起燃料燃烧不充分，导致燃烧不稳定，严重时锅炉炉膛会灭火。如果含氧量过高，则会造成更多烟气过多的带走热量，增加排烟热损失，从而降低锅炉运行的效率。在近年来发展的智能燃烧系统中，电站锅炉尾部烟道中烟气含氧量作为控制燃料和送风量的重要参数被引入燃烧自动控制系统，实现智能控制最佳燃烧的目标。此外，电站锅炉尾部烟道中烟气含氧量还是大气污染物监测中一项非常重要的考核指标，在一定程度上是确定污染物排放浓度是否达标的关键。
但是，电站锅炉尾部烟道中烟气含氧量在较大的烟道空间内分布并不均匀，其测量结果与实际值往往存在较大偏差，并不能很好的指导锅炉稳定、安全和经济燃烧，使智能燃烧控制受到很大程度的制约，难以实现最佳燃烧目的。除此以外，污染物排放浓度监测结果也因此偏离实际值较大，影响大气污染物监测的考核。为了解决这个问题，目前电厂主要采用取代表点的方法进行单点或者多点测量。取代表点的方法本质就是对氧量场进行空间测量，计算出可以代表空间均值的位置来安装氧化锆测量仪器。这种方法一般在满负荷工况下进行一次空间含氧量的测试，然后计算出平均值，找到最接近空间均值的位置安装氧化锆测量仪器。这种方法往往受到试验测点位置和负荷变动影响，测量值不能很好的反映实际情况，应用效果不佳。为了保证锅炉安全、稳定和经济运行以及推进智能燃烧的发展，电站锅炉尾部烟道内烟气含氧量的空间均值准确测量成为急待解决的难题。
发明内容
本发明是为了避免上述现有技术存在的不足之处，提出一种电站锅炉尾部烟道氧量场标定方法，以期解决电站锅炉尾部烟道中烟气含氧量的空间均值准确测量问题，从而保证锅炉安全、经济运行，推进智能燃烧的发展。
本发明为技术问题采用如下技术方案：
本发明电站锅炉尾部烟道氧量场标定方法的特点是：调整锅炉在各种不同负荷下稳定运行，在烟道测量截面上针对各网格测点的烟气进行抽样分析，获得各网格测点在对应负荷状态下的烟气含氧量，计算出各种不同负荷下测量截面烟气含氧量的空间均值，并计算获得在各不同负荷下测量截面各网格测点的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差；确定所有网格测点中平均绝对偏差最小值，若其不超过设定值，则将对应的网格测点确定为标定点，在标定点位置处安装DCS氧量传感器进行校正。
本发明电站锅炉尾部烟道氧量场标定方法的特点也在于：
所述电站锅炉尾部烟道氧量场标定方法按如下步骤进行：
步骤1：按照试验规程的要求，在电站锅炉尾部烟道上根据烟道的尺寸开设试验测孔，试验测孔的数量为m；
步骤2：调整锅炉以100％额定负荷稳定运行，利用烟气分析仪按照所述试验规程的要求采用m×n网格法在试验测孔所在的截面上对各网格测点i的烟气依次进行抽样分析，i＝1,2,3…m×n，获得各网格测点i在100％额定负荷下的烟气含氧量D1,i；由式(1)计算获得100％额定负荷下测量截面烟气含氧量空间均值A1：
步骤3：调整锅炉以75％额定负荷稳定运行，按照与步骤2相同的方式对各网格测点i的烟气依次进行抽样分析，获得各网格测点i在75％额定负荷下的烟气含氧量D2,i；由式(2)计算获得75％额定负荷下测量截面烟气含氧量空间均值A2：
步骤4：调整锅炉以50％额定负荷稳定运行，按照与步骤2相同的方式对各网格测点i的烟气依次进行抽样分析，获得各网格测点i在50％额定负荷下的烟气含氧量D3,i；由式(3)获得50％额定负荷下测量截面烟气含氧量空间均值A3：
步骤5：由式(4)计算获得在三个不同负荷下锅炉尾部烟道截面各网格测点i的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差Si；
步骤6：确定计算获得的所有网格测点i的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差Si中的最小值Sx，将与所述最小值Sx相对应的网格测点记为网格测点x；
若：Sx不大于偏差设定值Q，判断网格测点x符合烟气氧量场标定精度要求，将所述网格测点x作为标定点，在标定点位置处安装DCS氧量传感器进行校正；
若：Sx大于偏差设定值Q，则进入步骤7；
步骤7：将所有网格测点中每四个相邻网格测点的中心点定义为测点中心点j，j＝1,2,3…(m-1)×(n-1)；采用线性插值法一一对应计算获得100％、75％和50％额定负荷各工况下烟道截面中各测点中心点j所在位置处的含氧量M1,j，M2,j和M3,j；
步骤8：按照与步骤2到步骤5的相同方式计算获得三个不同负荷下锅炉尾部烟道截面中各测点中心点j的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差Sj；
步骤9：按照与步骤6的相同方式，确定所有测点中心点j的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差Sj中的最小值Sa；将与所述最小值Sa相对应的测点中心点记为测点中心点a；
若：Sa不大于偏差设定值Q，判断测点中心点a符合烟气氧量场标定精度要求，将所述测点中心点a作为标定点，在标定点位置处安装DCS氧量传感器进行校正；
若：Sa大于偏差设定值Q，则表明烟道截面中各网格测点烟气含氧量偏差较大，分布极不均匀，需要在锅炉尾部重新选择合适的烟道截面位置加装试验测孔，重新按照步骤1至步骤9的方法标定烟道截面氧量场。
本发明电站锅炉尾部烟道氧量场标定方法的特点也在于：所述偏差设定值Q取值为0.2。
本发明电站锅炉尾部烟道氧量场标定方法的特点也在于：所述试验规程包括GB/T10184-2015《电站锅炉性能试验规程》。
本发明电站锅炉尾部烟道氧量场标定方法的特点也在于：所述标定方法用于包括针对电站锅炉排烟温度场在内的其它物理量空间场的测量标定。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明采用涵盖整个运行负荷范围内的三个不同负荷工况进行标定试验，消除机组负荷变动对标定结果的影响。
2、本发明采用平方差最小的数学方法寻找标定点、安装DCS在线测点，能够快速、准确的找到最佳安装位置，计算出标定的精度。
3、本发明基于空间连续性特征采用试验测量数据空间线性插值法进行标定，消除了试验测点位置对标定结果的不良影响。
附图说明
图1为本发明电站锅炉尾部烟道氧量场标定方法操作流程示意图。
具体实施方式
本实施例中电站锅炉尾部烟道氧量场标定方法是调整锅炉在各种不同负荷下稳定运行，在烟道测量截面上针对各网格测点的烟气进行抽样分析，获得各网格测点在对应负荷状态下烟气含氧量，计算出各种不同负荷下测量截面烟气含氧量的空间均值，并计算获得在各不同负荷下测量截面各网格测点的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差；确定所有网格测点中平均绝对偏差最小值，若其不超过设定值，则将对应的网格测点确定为标定点，在标定点位置处安装DCS氧量传感器进行校正。
锅炉尾部烟道的烟气含氧量的空间均值是电厂节能监测和智能燃烧控制的关键参数。考虑到电厂设置测点的成本，采用单点测量结合本实施例中的标定方法，可以实现较高精度的准确测量，满足工业应用的一般需求。
为了消除电负荷变化对烟道内烟气含氧量分布特性的影响，本实施例中针对三个不同负荷进行标定。同时，考虑到离散网格点位置的影响，根据空间连续性的原理采用数学方法获得测点中心点的烟气含氧量进行标定。
参见图1，本实施例中电站锅炉尾部烟道氧量场标定方法按如下步骤进行：
步骤1：按照试验规程的要求，在电站锅炉尾部烟道上根据烟道的尺寸开设试验测孔，试验测孔的数量为m；相关试验规程包括GB/T 10184-2015《电站锅炉性能试验规程》。
步骤2：调整锅炉以100％额定负荷稳定运行，利用烟气分析仪按照试验规程的要求采用m×n网格法在试验测孔所在的截面上对各网格测点i的烟气依次进行抽样分析，
获得各网格测点i在100％额定负荷下的烟气含氧量D1,i；由式(1)计算获得100％额定负荷下测量截面烟气含氧量空间均值A1：
步骤3：调整锅炉以75％额定负荷稳定运行，按照与步骤2相同的方式对各网格测点i的烟气依次进行抽样分析，获得各网格测点i在75％额定负荷下的烟气含氧量D2,i；由式(2)计算获得75％额定负荷下测量截面烟气含氧量空间均值A2：
步骤4：调整锅炉以50％额定负荷稳定运行，按照与步骤2相同的方式对各网格测点i的烟气依次进行抽样分析，获得各网格测点i在50％额定负荷下的烟气含氧量D3,i；由式(3)获得50％额定负荷下测量截面烟气含氧量空间均值A3：
步骤5：由式(4)计算获得在三个不同负荷下锅炉尾部烟道截面各网格测点i的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差Si；
步骤6：确定计算获得的所有网格测点i的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差Si中的最小值Sx，将与最小值Sx相对应的网格测点记为网格测点x；
若：Sx不大于偏差设定值Q，判断网格测点x符合烟气氧量场标定精度要求，将网格测点x作为标定点，在标定点位置处安装DCS氧量传感器进行校正；
若：Sx大于偏差设定值Q，则进入步骤7；
步骤7：将所有网格测点中每四个相邻网格测点的中心点定义为测点中心点j，j＝1,2,3…(m-1)×(n-1)；采用线性插值法一一对应计算获得100％、75％和50％额定负荷各工况下的烟道截面中各测点中心点j所在位置处的含氧量M1,j，M2,j和M3,j；
步骤8：按照与步骤2到步骤5的相同方式计算获得三个不同负荷下锅炉尾部烟道截面中各测点中心点j的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差Sj；
步骤9：按照与步骤6的相同方式，确定所有测点中心点j的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差Sj中的最小值Sa；将与最小值Sa相对应的测点中心点记为测点中心点a；
若：Sa不大于偏差设定值Q，判断测点中心点a符合烟气氧量场标定精度要求，将测点中心点a作为标定点，在标定点位置处安装DCS氧量传感器进行校正；
若：Sa大于偏差设定值Q，则表明烟道截面中各网格测点烟气含氧量偏差较大，分布极不均匀，需要在锅炉尾部重新选择合适的烟道截面位置加装试验测孔，重新按照步骤1至步骤9的方法标定烟道截面氧量场。
鉴于目前常规烟气分析仪器含氧量的测量精度为±0.2％Vol，将本实施例中偏差设定值Q取为约定值0.2(单位％)，
本发明标定方法同样可应用于包括针对电站锅炉排烟温度场在内的其它物理量的空间场的测量标定。
应用实例：
某电厂某台机组在三个不同负荷下，某处烟道截面烟气中离散网格测点的烟气含氧量测量结果如表1、表2和表3所示。烟道试验测孔数量m为6，离散网格测点为60个。
表1机组100％额定负荷下各离散空间测点的烟气含氧量测量结果
| 测点 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| O<sub>2</sub>(％) | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4.9 | 4.9 | 4.8 | 4.8 | 4.8 |
| 测点 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| O<sub>2</sub>(％) | 3.8 | 3.8 | 3.8 | 3.7 | 3.7 | 3.7 | 3.7 | 3.7 | 3.7 | 3.7 |
| 测点 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |
| O<sub>2</sub>(％) | 3.0 | 3.1 | 3.1 | 3.0 | 3.1 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 |
| 测点 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 |
| O<sub>2</sub>(％) | 4.1 | 4.0 | 4.1 | 4.0 | 4.1 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 |
| 测点 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 |
| O<sub>2</sub>(％) | 3.4 | 3.4 | 3.4 | 3.4 | 3.5 | 3.5 | 3.4 | 3.4 | 3.4 | 3.4 |
| 测点 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 |
| O<sub>2</sub>(％) | 3.9 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.1 | 4.1 | 4.0 | 4.0 | 4.0 |
表2机组75％额定负荷下各离散网格测点的烟气含氧量测量结果
| 测点 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| O<sub>2</sub>(％) | 5.4 | 5.4 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.6 | 5.5 | 5.4 | 5.4 |
| 测点 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| O<sub>2</sub>(％) | 3.7 | 3.7 | 3.7 | 3.7 | 3.7 | 3.8 | 3.8 | 3.7 | 3.7 | 3.7 |
| 测点 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |
| O<sub>2</sub>(％) | 3.5 | 3.5 | 3.6 | 3.6 | 3.6 | 3.7 | 3.7 | 3.6 | 3.6 | 3.6 |
| 测点 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 |
| O<sub>2</sub>(％) | 2.8 | 2.8 | 2.8 | 2.8 | 2.9 | 2.9 | 2.9 | 2.8 | 2.8 | 2.8 |
| 测点 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 |
| O<sub>2</sub>(％) | 3.1 | 3.2 | 3.2 | 3.2 | 3.2 | 3.2 | 3.1 | 3.1 | 3.1 | 3.1 |
| 测点 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 |
| O<sub>2</sub>(％) | 3.9 | 3.9 | 3.9 | 3.9 | 4.0 | 4.0 | 3.9 | 3.9 | 3.9 | 3.9 |
表3机组50％额定负荷下各离散网格测点的烟气含氧量测量结果
| 测点 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| O<sub>2</sub>(％) | 7.7 | 7.8 | 7.9 | 8.0 | 8.0 | 8.0 | 7.9 | 7.9 | 7.9 | 7.9 |
| 测点 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| O<sub>2</sub>(％) | 5.0 | 5.0 | 5.2 | 5.2 | 5.3 | 5.3 | 5.3 | 5.2 | 5.2 | 5.2 |
| 测点 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |
| O<sub>2</sub>(％) | 5.4 | 5.4 | 5.4 | 5.4 | 5.5 | 5.6 | 5.5 | 5.4 | 5.3 | 5.4 |
| 测点 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 |
| O<sub>2</sub>(％) | 3.1 | 3.0 | 3.0 | 2.8 | 2.8 | 2.8 | 2.9 | 2.9 | 2.8 | 2.8 |
| 测点 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 |
| O<sub>2</sub>(％) | 3.5 | 3.3 | 3.2 | 3.3 | 3.4 | 3.5 | 3.5 | 3.6 | 3.5 | 3.5 |
| 测点 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 |
| O<sub>2</sub>(％) | 4.2 | 4.2 | 4.2 | 4.2 | 4.2 | 4.2 | 4.2 | 4.2 | 4.2 | 4.2 |
按照以上操作流程对数据进行处理，计算出各离散网格测点的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差，如表4所示。
表4各离散网格测点的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差
| 测点 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 平均绝对偏差(％) | 2.01 | 2.06 | 2.13 | 2.18 | 2.18 | 2.16 | 2.14 | 2.10 | 2.07 | 2.07 |
| 测点 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 平均绝对偏差(％) | 0.11 | 0.11 | 0.22 | 0.23 | 0.28 | 0.28 | 0.28 | 0.23 | 0.23 | 0.23 |
| 测点 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |
| 平均绝对偏差(％) | 0.61 | 0.57 | 0.55 | 0.60 | 0.59 | 0.66 | 0.63 | 0.60 | 0.57 | 0.60 |
| 测点 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 |
| 平均绝对偏差(％) | 1.16 | 1.21 | 1.21 | 1.31 | 1.29 | 1.29 | 1.23 | 1.26 | 1.31 | 1.31 |
| 测点 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 |
| 平均绝对偏差(％) | 0.91 | 0.99 | 1.04 | 0.99 | 0.92 | 0.87 | 0.91 | 0.86 | 0.91 | 0.91 |
| 测点 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 |
| 平均绝对偏差(％) | 0.38 | 0.38 | 0.38 | 0.38 | 0.40 | 0.41 | 0.40 | 0.38 | 0.38 | 0.38 |
由表4可知，离散网格测点11和12的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差最小，且平均绝对偏差值为0.11(单位％)，小于0.2(单位％)，则测点11和测点12都可作为标定点，在任一标定点位置安装DCS氧量传感器，校准DCS测量值，标定工作完成。
Claims (3)
1.一种电站锅炉尾部烟道氧量场标定方法，其特征是：调整锅炉在各种不同负荷下稳定运行，在烟道测量截面上针对各网格测点的烟气进行抽样分析，获得各网格测点在对应负荷状态下的烟气含氧量，计算出各种不同负荷下测量截面烟气含氧量的空间均值，并计算获得在各不同负荷下测量截面各网格测点的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差；确定所有网格测点中平均绝对偏差最小值，若其不超过设定值，则将对应的网格测点确定为标定点，在标定点位置处安装DCS氧量传感器进行校正；
所述电站锅炉尾部烟道氧量场标定方法按如下步骤进行：
步骤1：按照试验规程的要求，在电站锅炉尾部烟道上根据烟道的尺寸开设试验测孔，试验测孔的数量为m；
步骤2：调整锅炉以100％额定负荷稳定运行，利用烟气分析仪按照所述试验规程的要求采用m×n网格法在试验测孔所在的截面上对各网格测点i的烟气依次进行抽样分析，i＝1,2,3…m×n，获得各网格测点i在100％额定负荷下的烟气含氧量D1,i；由式(1)计算获得100％额定负荷下测量截面烟气含氧量空间均值A1：
步骤3：调整锅炉以75％额定负荷稳定运行，按照与步骤2相同的方式对各网格测点i的烟气依次进行抽样分析，获得各网格测点i在75％额定负荷下的烟气含氧量D2,i；由式(2)计算获得75％额定负荷下测量截面烟气含氧量空间均值A2：
步骤4：调整锅炉以50％额定负荷稳定运行，按照与步骤2相同的方式对各网格测点i的烟气依次进行抽样分析，获得各网格测点i在50％额定负荷下的烟气含氧量D3,i；由式(3)获得50％额定负荷下测量截面烟气含氧量空间均值A3：
步骤5：由式(4)计算获得在三个不同负荷下锅炉尾部烟道截面各网格测点i的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差Si；
步骤6：确定计算获得的所有网格测点i的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差Si中的最小值Sx，将与所述最小值Sx相对应的网格测点记为网格测点x；
若：Sx不大于偏差设定值Q，判断网格测点x符合烟气氧量场标定精度要求，将所述网格测点x作为标定点，在标定点位置处安装DCS氧量传感器进行校正；
若：Sx大于偏差设定值Q，则进入步骤7；
步骤7：将所有网格测点中每四个相邻网格测点的中心点定义为测点中心点j，j＝1,2,3…(m-1)×(n-1)；采用线性插值法一一对应计算获得100％、75％和50％额定负荷各工况下烟道截面中各测点中心点j所在位置处的含氧量M1,j，M2,j和M3,j；
步骤8：按照与步骤2到步骤5的相同方式计算获得三个不同负荷下锅炉尾部烟道截面中各测点中心点j的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差Sj；
步骤9：按照与步骤6的相同方式，确定所有测点中心点j的烟气含氧量与空间均值的平均绝对偏差Sj中的最小值Sa；将与所述最小值Sa相对应的测点中心点记为测点中心点a；
若：Sa不大于偏差设定值Q，判断测点中心点a符合烟气氧量场标定精度要求，将所述测点中心点a作为标定点，在标定点位置处安装DCS氧量传感器进行校正；
若：Sa大于偏差设定值Q，则表明烟道截面中各网格测点烟气含氧量偏差较大，分布极不均匀，需要在锅炉尾部重新选择合适的烟道截面位置加装试验测孔，重新按照步骤1至步骤9的方法标定烟道截面氧量场。
2.根据权利要求1所述的电站锅炉尾部烟道氧量场标定方法，其特征是：所述偏差设定值Q取值为0.2。
3.根据权利要求1所述的电站锅炉尾部烟道氧量场标定方法，其特征是：所述试验规程包括GB/T 10184-2015《电站锅炉性能试验规程》。
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