CN113804838B - 一种用于二噁英在线检测的边界报警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种用于二噁英在线检测的边界报警方法，涉及二噁英在线检测方法。包括以下步骤：获取常规污染物和/或锅炉工况的历史数据；根据所述历史数据求解或预先设定每一项常规污染物的边界值和/或锅炉工况的边界值；获取常规污染物和/或锅炉工况的实时数据；统计每一项常规污染物和/或锅炉工况的实时数据在对应边界值以外的维持时间；若存在任一项常规污染物和/或锅炉工况的维持时间大于对应的设定时间阈值，则判定二噁英在线检测设备存在受污染的风险，发出报警。本发明提高了二噁英在线检测设备的使用寿命，降低设备维护成本。

Description

一种用于二噁英在线检测的边界报警方法
技术领域
本发明涉及二噁英在线检测技术领域，尤其涉及一种用于二噁英在线检测的边界报警方法。
背景技术
二噁英在线检测设备与传统的离线采样方式不同，需要长时间的连续在线烟气采样，但是由于垃圾焚烧炉在生产运行过程中会存在工况突变的情况，例如，在焚烧炉起炉及紧急停炉等类似的突发事件中，由于炉内温度不满足减少持续有机污染物排放的国家规定，会产生大量有机物干扰检测的准确性，严重情况下可能对检测设备造成不可逆的损伤。针对上述异常工况情况，需要提供相应的检测方法和设备及时进行异常工况的判断和处理，避免采样设备受到污染，提高设备的使用寿命，从而实现二噁英在线检测设备的保护。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于二噁英在线检测的边界报警方法，提高二噁英在线检测设备的使用寿命，降低设备维护成本。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于二噁英在线检测的边界报警方法，包括以下步骤：
S01，获取常规污染物和/或锅炉工况的历史数据；
S02，根据所述历史数据求解或预先设定每一项常规污染物的边界值和/或锅炉工况的边界值；
S03，获取常规污染物和/或锅炉工况的实时数据；
S04，统计每一项常规污染物和/或锅炉工况的实时数据在对应边界值以外的维持时间；
S05，若存在任一项常规污染物和/或锅炉工况的维持时间大于对应的设定时间阈值，则判定二噁英在线检测设备存在受污染的风险，发出报警。
进一步的，所述常规污染物包括CO、HCL、SO2，NOx、固体颗粒物中的至少一种；所述锅炉工况包括炉膛出口平均温度、锅炉各处左右温差、累计进水量、垃圾累计进料量、活性炭累计进料量、停留2S温度、布袋压差、一次风压中的至少一种。
进一步的，所述S02中，常规污染物/停留2S温度/布袋压差的边界值的求解过程如下：
SW01，对同一天的常规污染物/停留2S温度/布袋压差数据进行抽取获得一维数组；
SW02，求解所述一维数组的平均值和标准差；
SW03，以平均值和3倍标准差的和值作为当天的常规污染物/停留2S温度/布袋压差的样本数值；
SW04，循环进行SW01至SW03获取最近N天的常规污染物/停留2S温度/布袋压差的样本数值，取最大值作为常规污染物/停留2S温度/布袋压差的边界值。
进一步的，所述S02中，炉膛出口平均温度的边界值的求解过程如下：
SL01，对同一天的炉膛出口平均温度数据进行抽取获得一维数组；
SL02，求解所述一维数组的平均值和标准差；
SL03，以平均值和3倍标准差的和值作为当天的炉膛出口平均温度的上样本数值，以平均值和3倍标准差的差值作为当天的炉膛出口平均温度的下样本数值；
SL04，循环进行SL01至SL03获取最近N天的炉膛出口平均温度的上样本数值和下样本数值，分别取最大值作为炉膛出口平均温度的上边界值和下边界值。
进一步的，所述S02中，锅炉各处左右温差/累计进水量的边界值的求解过程如下：
SC01，对同一天的锅炉各处左侧温度/给水量数据、锅炉各处右侧温度/蒸发量数据进行抽取获得两个一维数组；
SC02，对所述两个一维数组做差取绝对值求得差值数组；
SC03，以所述差值数组中的最大值作为当天的锅炉各处左右温差/累计进水量的样本数值；
SC04，循环进行SC01至SC03获取最近N天的锅炉各处左右温差/累计进水量的样本数值，取最大值作为锅炉各处左右温差/累计进水量的边界值。
进一步的，获取所述一维数组时，按照三倍标准偏差法进行异常值剔除。
进一步的，所述锅炉各处左右温差包括炉膛上部左右温差、炉膛中部左右温差、炉膛下部左右温差、省煤器左右温差、高温过热器左右温差、低温过热器左右温差、空气预热器左右温差中的至少一种。
进一步的，所述S05在发出报警的同时，将二噁英在线检测设备由烟气进样切换为空气进样。
进一步的，所述烟气进样与空气进样之间的切换由采样切换管路实现；所述采样切换管路包括主管路，所述主管路上依次设置有采样枪气动阀、四通阀、采样泵，所述四通阀还连接有第一支管路和第二支管路，所述第一支管路上设置有二噁英在线检测设备，第二支管路上设置有采样管路切换阀；当烟气进样时，采样枪气动阀打开，采样管路切换阀关闭，烟气在采样泵的作用下，依次流经采样枪气动阀、四通阀、采样泵，同时，一部分烟气经第一支管路进入二噁英在线检测设备中；当空气进样时，采样枪气动阀关闭，采样管路切换阀打开，空气在采样泵的作用下，依次流经采样管路切换阀、四通阀、采样泵，同时，一部分空气经第一支管路进入二噁英在线检测设备中。
进一步的，所述第二支管路上设置有反吹装置，所述反吹装置包括设置于第二支管路上的三通阀，所述三通阀还连接有反吹阀，所述反吹阀连接有用于存储压缩空气的储罐。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过锅炉焚烧工况多边界的选取和判断，能够识别出锅炉烟气不适宜采样的时刻并及时发出报警，有利于切换采样方式，从而避免二噁英在线检测设备受到污染，提高设备的使用寿命，降低设备的维护成本，具有成本低、实用性高，应用前景广等优点。
附图说明
图1为本发明的边界报警方法流程图；
图2为本发明的常规污染物/停留2S温度/布袋压差的边界值的求解方法流程图；
图3为本发明的炉膛出口平均温度的边界值的求解方法流程图；
图4为本发明的锅炉各处左右温差/累计进水量的边界值的求解方法流程图；
图5为本发明一实施例的采样切换管路图；
图6为本发明的烟气进样示意图；
图7为本发明的空气进样示意图。
具体实施方式
下面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。
请参阅图1，本实施例提供一种用于二噁英在线检测的边界报警方法，包括以下步骤：
S01，参数获取，获取常规污染物和/或锅炉工况的历史数据；
所述常规污染物包括CO、HCL、SO2，NOx、固体颗粒物中的至少一种，值得一提的是，其数据指代的是浓度数据；所述锅炉工况包括炉膛出口平均温度、锅炉各处左右温差、累计进水量、垃圾累计进料量、活性炭累计进料量、停留2S温度、布袋压差、一次风压中的至少一种；其中所述锅炉各处左右温差又包括炉膛上部左右温差、炉膛中部左右温差、炉膛下部左右温差、省煤器左右温差、高温过热器左右温差、低温过热器左右温差、空气预热器左右温差中的至少一种。
本实施例中，常规污染物包含的5种数据，由CEMS系统中获取；锅炉工况包含的14种数据，由DCS系统获取。管理员可根据需求获取该19种数据的一种或多种进行后续判断。
S02，边界值计算，根据所述历史数据求解或预先设定每一项常规污染物的边界值和/或锅炉工况的边界值；
不同的数据因其属性不同，边界值的计算方法也不同，具体可以分为以下四类：
第一类：常规污染物/停留2S温度/布袋压差；
请参照图2，常规污染物/停留2S温度/布袋压差的边界值的求解过程如下：
SW01，对同一天的常规污染物/停留2S温度/布袋压差数据进行抽取获得一维数组；具体的，以常规污染物为例：
对CO、HCL、SO2、NOX、固体颗粒物的浓度进行数据抽取，抽取后的CO、HCL、SO2、NOX、固体颗粒物数据分别构建一维数组，为了避免异常值的影响，在构建过程中对一维数组按照三倍标准偏差方式进行异常值剔除，得到较为稳定的CO、HCL、SO2、NOX、固体颗粒物数据，三倍标准偏差异常值剔除和样本数据计算方式如下：（以CO数据举例，其它类同）
步骤SW01.1：对CO一维数组数据X[N]，计算平均值
Figure 803402DEST_PATH_IMAGE002
，标准差
Figure 110756DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤SW01.2：计算三倍标准偏差一维数组S[N](S[N]为一维数组)，计算公式如下：
Figure 218389DEST_PATH_IMAGE006
；
Figure 708538DEST_PATH_IMAGE008
；
步骤SW01.3：对三倍标准偏差一维数组S[N]中的单个数值进行判断，若数值大于3或小于-3，则进行剔除，剔除异常值后的一维数组记为
Figure 178703DEST_PATH_IMAGE010
；
SW02，求解剔除异常值后的一维数组S1[N]的平均值
Figure 768209DEST_PATH_IMAGE012
和标准差
Figure 363139DEST_PATH_IMAGE014
；
SW03，以平均值和3倍标准差的和值作为当天的常规污染物/停留2S温度/布袋压差的样本数值；计算公式如下：
Figure 686673DEST_PATH_IMAGE016
；
SW04，循环进行SW01至SW03获取最近N天（一般选择5天）的常规污染物/停留2S温度/布袋压差的样本数值，取最大值作为常规污染物/停留2S温度/布袋压差的边界值。
值得一提的是，在SW04中，为了便于数据的处理，通常将多种数据同步进行处理，采用数组的处理形式，如下：
将第一天的CO、HCL、SO2、NOX、固体颗粒物的样本数值拼接成数组F1[N]，第二天的CO、HCL、SO2、NOX、固体颗粒物的样本数值拼接成数组F2[N]；以此类推，得到5个数组F1[N]、F2[N]、F3[N]、F4[N]、F5[N]。
将五天的数组数据F1[N]、F2[N]、F3[N]、F4[N]、F5[N]拼接成二维数组W[X][Y](其中，X=5，Y=5)；
按列索引二维数组W[X][Y]中的第一列、第二列、第三列、第四列、第五列一维数组数据，并将第一列、第二列、第三列、第四列、第五列一维数组数据中的最大值作为CO、HCL、SO2、NOX、固体颗粒物的边界值。
第二类：炉膛出口平均温度；
炉膛出口平均温度需要上限值和下限值进行边界的限定，因此，请参照图3，炉膛出口平均温度的边界值的求解过程如下：
SL01，对同一天的炉膛出口平均温度数据进行抽取获得一维数组；
SL02，求解所述一维数组LT[N]的平均值
Figure 247229DEST_PATH_IMAGE018
和标准差
Figure 771752DEST_PATH_IMAGE020
；以上具体如SW01至SW02，在此不再赘述；
SL03，以平均值和3倍标准差的和值作为当天的炉膛出口平均温度的上样本数值P1，以平均值和3倍标准差的差值作为当天的炉膛出口平均温度的下样本数值P2；计算公式如下：
Figure 853977DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure 482667DEST_PATH_IMAGE024
；
SL04，循环进行SL01至SL03获取最近N天的炉膛出口平均温度的上样本数值和下样本数值，分别取最大值作为炉膛出口平均温度的上边界值和下边界值。
确定上边界值和下边界值的方法分别与SW04中确定CO、HCL、SO2、NOX、固体颗粒物的方法一致，在此不再赘述。
第三类：锅炉各处左右温差/累计进水量；
锅炉各处左右温差/累计进水量需要采用两个参数的差值进行计算，体现锅炉工况的稳定性，请参照图4，锅炉各处左右温差/累计进水量的边界值的求解过程如下：
SC01，对同一天的锅炉各处左侧温度/给水量数据、锅炉各处右侧温度/蒸发量数据进行抽取获得两个一维数组；每一个一维数组的抽取方式与SW01相同，以炉膛上部左右温差为例：
炉膛上部左侧温度的一维数组为LTL[N]，炉膛上部右侧温度的一维数组为LTR[N]；值得一提的是，由于炉膛上部左侧温度和炉膛上部右侧温度在时间上存在相对应的关系，两两为一组，在进行异常值剔除的时候，当炉膛上部左侧温度的某一个数据被判断为异常值进行剔除，对相应的炉膛上部右侧温度也要进行异常值剔除，反之亦然，从而保证两个一维数组的长度相一致，便于后续的计算。
SC02，对所述两个一维数组做差取绝对值后，求得差值数组
Figure DEST_PATH_IMAGE026
；
Figure DEST_PATH_IMAGE028
；
SC03，以所述差值数组
Figure DEST_PATH_IMAGE030
中的最大值
Figure DEST_PATH_IMAGE032
作为当天的锅炉各处左右温差/累计进水量的样本数值；
SC04，循环进行SC01至SC03获取最近N天的锅炉各处左右温差/累计进水量的样本数值，取最大值作为锅炉各处左右温差/累计进水量的边界值；具体方法和SW04相一致，在此不再赘述。
第四类：垃圾累计进料量/活性炭累计进料量/一次风压；
锅炉工况数据中的垃圾累计进料量、活性炭累计进料量的边界值根据锅炉厂的实际应用预先设定；一次风压的边界值为0。
S03，从CEMS系统和/或DCS系统中获取常规污染物和/或锅炉工况的实时数据；
S04，统计每一项常规污染物和/或锅炉工况的实时数据在对应边界值以外的维持时间；
值得一提的是，炉膛出口平均温度包含上边界值和下边界值，判断其统计标准为：炉膛出口平均温度的实时数据小于下边界值或者大于上边界值的维持时间。其余的数据仅有一个边界值，则判断其实时数据大于边界值的维持时间。
S05，若存在任一一项常规污染物和/或锅炉工况的维持时间大于对应的设定时间阈值，则判定二噁英在线检测设备存在受污染的风险，发出报警。
每一种数据对应一个设定时间阈值，于本实施例中分别是t1至t19，每一种数据对应一个指示灯，分别为L1至L19。当出现一种或多种参数的实时数据在对应边界值以外的维持时间大于对应的设定时间阈值，则其指示灯的控件值变为1，指示灯点亮。19个指示灯的控件值拼接为一维布尔数组，并对一维布尔数组控件值进行逻辑或判断；则当19个指示灯中存在至少一个控件值为1时，一维布尔数组控件值即为1。
所述S05在发出报警的同时，将二噁英在线检测设备由烟气进样切换为空气进样，切换时机通过一维布尔数组控件值决定。
具体的，如图5所示，所述烟气进样与空气进样之间的切换由采样切换管路实现。所述采样切换管路包括主管路，所述主管路上依次设置有采样枪气动阀21、四通阀22、采样泵23，所述四通阀22还连接有第一支管路和第二支管路，所述第一支管路上设置有二噁英在线检测设备25，第二支管路上设置有采样管路切换阀24。
请参照图6，当烟气进样时，采样枪气动阀21打开，采样管路切换阀24关闭，烟气在采样泵23的作用下，依次流经采样枪气动阀21、四通阀22、采样泵23，同时，一部分烟气经第一支管路进入二噁英在线检测设备25中。
请参照图7，当空气进样时，采样枪气动阀21关闭，采样管路切换阀24打开，空气在采样泵23的作用下，依次流经采样管路切换阀24、四通阀22、采样泵23，同时，一部分空气经第一支管路进入二噁英在线检测设备25中。
进一步的，所述第二支管路上设置有反吹装置，所述反吹装置包括设置于第二支管路上的三通阀26，所述三通阀26还连接有反吹阀27，所述反吹阀27连接有用于存储压缩空气的储罐28。在空气进样切换为烟气进样之前，打开反吹阀27，压缩空气进行管路反吹，避免管路残留对二噁英在线检测结果产生影响。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (6)

1.一种用于二噁英在线检测的边界报警方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01，获取常规污染物和/或锅炉工况的历史数据；
S02，根据所述历史数据求解或预先设定每一项常规污染物的边界值和/或锅炉工况的边界值；
S03，获取常规污染物和/或锅炉工况的实时数据；
S04，统计每一项常规污染物和/或锅炉工况的实时数据在对应边界值以外的维持时间；
S05，若存在任一项常规污染物和/或锅炉工况的维持时间大于对应的设定时间阈值，则判定二噁英在线检测设备存在受污染的风险，发出报警；
所述常规污染物包括CO、HCl、SO2，NOx、固体颗粒物中的至少一种；所述锅炉工况包括炉膛出口平均温度、锅炉各处左右温差、累计进水量、停留2S温度、布袋压差中的至少一种；
所述S02中，常规污染物/停留2S温度/布袋压差的边界值的求解过程如下：
SW01，对同一天的常规污染物/停留2S温度/布袋压差数据进行抽取获得一维数组；
SW02，求解所述一维数组的平均值和标准差；
SW03，以平均值和3倍标准差的和值作为当天的常规污染物/停留2S温度/布袋压差的样本数值；
SW04，循环进行SW01至SW03获取最近N天的常规污染物/停留2S温度/布袋压差的样本数值，取最大值作为常规污染物/停留2S温度/布袋压差的边界值；
所述S02中，炉膛出口平均温度的边界值的求解过程如下：
SL01，对同一天的炉膛出口平均温度数据进行抽取获得一维数组；
SL02，求解所述一维数组的平均值和标准差；
SL03，以平均值和3倍标准差的和值作为当天的炉膛出口平均温度的上样本数值，以平均值和3倍标准差的差值作为当天的炉膛出口平均温度的下样本数值；
SL04，循环进行SL01至SL03获取最近N天的炉膛出口平均温度的上样本数值和下样本数值，分别取最大值作为炉膛出口平均温度的上边界值和下边界值；
所述S02中，锅炉各处左右温差/累计进水量的边界值的求解过程如下：
SC01，对同一天的锅炉各处左侧温度/给水量数据、锅炉各处右侧温度/蒸发量数据进行抽取获得两个一维数组；
SC02，对所述两个一维数组做差取绝对值求得差值数组；
SC03，以所述差值数组中的最大值作为当天的锅炉各处左右温差/累计进水量的样本数值；
SC04，循环进行SC01至SC03获取最近N天的锅炉各处左右温差/累计进水量的样本数值，取最大值作为锅炉各处左右温差/累计进水量的边界值。
2.根据权利要求1所述的一种用于二噁英在线检测的边界报警方法，其特征在于，获取所述一维数组时，按照三倍标准偏差法进行异常值剔除。
3.根据权利要求1所述的一种用于二噁英在线检测的边界报警方法，其特征在于，所述锅炉各处左右温差包括炉膛上部左右温差、炉膛中部左右温差、炉膛下部左右温差、省煤器左右温差、高温过热器左右温差、低温过热器左右温差、空气预热器左右温差中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种用于二噁英在线检测的边界报警方法，其特征在于，所述S05在发出报警的同时，将二噁英在线检测设备由烟气进样切换为空气进样。
5.根据权利要求4所述的一种用于二噁英在线检测的边界报警方法，其特征在于，所述烟气进样与空气进样之间的切换由采样切换管路实现；所述采样切换管路包括主管路，所述主管路上依次设置有采样枪气动阀、四通阀、采样泵，所述四通阀还连接有第一支管路和第二支管路，所述第一支管路上设置有二噁英在线检测设备，第二支管路上设置有采样管路切换阀；当烟气进样时，采样枪气动阀打开，采样管路切换阀关闭，烟气在采样泵的作用下，依次流经采样枪气动阀、四通阀、采样泵，同时，一部分烟气经第一支管路进入二噁英在线检测设备中；当空气进样时，采样枪气动阀关闭，采样管路切换阀打开，空气在采样泵的作用下，依次流经采样管路切换阀、四通阀、采样泵，同时，一部分空气经第一支管路进入二噁英在线检测设备中。
6.根据权利要求1所述的一种用于二噁英在线检测的边界报警方法，其特征在于，所述第二支管路上设置有反吹装置，所述反吹装置包括设置于第二支管路上的三通阀，所述三通阀还连接有反吹阀，所述反吹阀连接有用于存储压缩空气的储罐。
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Title
专家系统在垃圾焚烧炉故障诊断中的应用;陶怀志等;《环境科学与技术》;20081130;第31卷(第11期);65-68 *

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Denomination of invention: A Boundary Alarm Method for On-line Detection of Dioxins

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Granted publication date: 20220726

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