CN117313428B - 一种火电厂污染物浓度在线监测修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火电厂污染物浓度在线监测修正方法，包括：一、采用计算机建立火电厂烟囱三维模型获取最佳取样点；二、采用计算机建立火电厂烟囱和取样管道三维模型获取不同取样管道长度下取样管道入口污染物浓度和取样管道出口污染物浓度；三、取样管道入口污染物浓度至取样管道出口污染物浓度的修正系数的获取；四、火电厂污染物浓度测量与修正。本发明方法步骤简单、设计合理，获取火电厂烟囱的排出污染物的最佳取样点，并对从取样点到测量点污染物的浓度损失进行修正，以保证污染物浓度测量结果的准确性。
Description
技术领域
本发明属于火电厂污染物浓度监测技术领域，具体涉及一种火电厂污染物浓度在线监测修正方法。
背景技术
火力发电厂简称火电厂，是利用可燃物（例如煤）作为燃料生产电能的工厂。火电厂污染物排放主要来源于锅炉从烟囱高空中排出，主要污染物包含PM2.5与PM10颗粒物、挥发性有机物Voc等，增加环境污染，危害人体健康，因此对于火电厂排放的污染物进行监测和污染研究是非常有必要的。
现有的污染物排放监测系统由采样头、取样管道、Voc监测仪表、颗粒物监测仪表组成，安装在火电厂排出物烟囱中的采样头对污染物进行采样，取样物通过取样管道分别进入不同功能的监测仪表中，分别完成Voc浓度测量和颗粒物浓度测量，最后由计算机将测量结果数据进行处理。
火电厂烟囱在进行烟气污染物排放时，由于不同区域的温度差会导致污染物的自然对流和扩散，在不同高度处由于气压的不同会使污染物出现强迫对流，同时在烟囱中通常设置通风系统，这也会引起污染物出现强迫对流的现象。因此，烟囱中污染物的浓度不是均匀的，而是随着时间、烟囱高度等参数的变化而变化。现有的监测系统在烟囱内布置采样头只是根据经验选择高度进行布置，这样依据经验布置的采样头在进行取样时会导致取得的样品不具有代表性，例如在较低高度取样时，由于流体力学效应较弱，测量结果会偏大，反之测量结果会偏小。
另外，现有的监测系统中，经过采样头采集后会通过取样管道到达监测仪表，这种取样方式会导致取样物从采样头到测量点的参数发生变化，主要原因为：（1）取样管道内壁通常具有一定粗糙度，会导致直径在3μm～5μm的颗粒物,靠机械作用被毛刺拉住,沉积在管壁上；（2）分子间存在吸引力，当取样物分子与管壁之间的吸引力大于其本身的重量时，取样物会被吸附在管壁上；（3）取样物温度高于管壁温度,当取样物处在具有温度梯度的流场中,受到由于高温侧速度较高的气体分子碰撞比低温侧来得多而引起的热压力向壁面运动，会导致取样物沉积在管壁上；（4）由于取样物与管道之间摩擦导致的静电作用；这样在测量时，测量点与取样点的物质浓度会出现偏差，会导致测量结果出现偏差。
因此，亟需一种设计合理的火电厂污染物浓度在线监测修正方法，获取火电厂烟囱的排出污染物的最佳取样点，并对从取样点到测量点污染物的浓度损失进行修正，以保证污染物浓度测量结果的准确性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种火电厂污染物浓度在线监测修正方法，其方法步骤简单、设计合理，获取火电厂烟囱的排出污染物的最佳取样点，并对从取样点到测量点污染物的浓度损失进行修正，以保证污染物浓度测量结果的准确性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种火电厂污染物浓度在线监测修正方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采用计算机建立火电厂烟囱三维模型获取最佳取样点:
步骤101、采用计算机利用Gambit软件建立火电厂烟囱三维模型；
步骤102、采用计算机利用Gambit软件对建立的火电厂烟囱三维模型进行网格划分；
步骤103、采用计算机将网格划分后的火电厂烟囱三维模型导入Fluent软件；
步骤104、采用计算机利用Fluent软件对火电厂烟囱三维模型进行计算，得到火电厂烟囱内不同时刻污染物浓度的分布图；
步骤105、采用计算机从火电厂烟囱内不同时刻污染物浓度的分布图中得到多个最佳取样点；
步骤二、采用计算机建立火电厂烟囱和取样管道三维模型获取不同取样管道长度下取样管道入口污染物浓度和取样管道出口污染物浓度；
步骤三、取样管道入口污染物浓度至取样管道出口污染物浓度的修正系数的获取:
步骤301、采用计算机将不同取样管道长度下取样管道入口污染物浓度和取样管道出口污染物浓度中任一取样管道长度下水平取样管道的长度记作L，竖直取样管道的长度记作H，则L与H的比值记作取样管道长度系数，且L与H的比值下取样管道入口污染物浓度记作Vr，取样管道出口污染物浓度记作Vc，则Vc与Vr的比值记作污染物传输修正系数；
步骤302、多次重复步骤301，获取多组L与H的比值和其对应的Vc与Vr的比值；
步骤303、采用计算机采用最小二乘法对多组L与H的比值和其对应的Vc与Vr的比值进行拟合，得到污染物传输修正系数和取样管道长度系数的关系式；
步骤四、火电厂污染物浓度测量与修正：
步骤401、根据步骤105的最佳取样点，在实际火电厂烟囱的最佳取样点上连接实际水平取样管道和与实际水平取样管道垂直连接的实际竖直取样管道；其中，实际水平取样管道长度与实际垂直取样管道的比值记作实际取样管道长度系数；
步骤402、采用β射线法对实际竖直取样管道出口浓度进行检测，得到实际竖直取样管道出口浓度；
步骤403、采用计算机将实际取样管道长度系数输入步骤303中的污染物传输修正系数和取样管道长度系数的关系式，得到实际污染物传输修正系数；
步骤404、采用计算机将实际竖直取样管道出口浓度与实际污染物传输修正系数之比得到实际取样点污染物浓度。
上述的一种火电厂污染物浓度在线监测修正方法，其特征在于：步骤104，具体过程如下：
步骤1041、采用计算机利用Fluent软件进行参数设置；其中，火电厂烟囱三维模型的Y轴竖直向上，且在Y轴方向设置重力加速度为-9.81m/s2；设置初始条件：烟气温度为常温298K，湍流强度为4%，气压为标准大气压；设置边界条件：烟气以速度V排放到烟囱中，烟气污染物扩散系数为1.205,梯度计算因子为1.412；
步骤1042、采用计算机利用Fluent软件中“model”选项选择“欧拉模型”；
步骤1043、采用计算机利用Fluent软件对火电厂烟囱三维模型进行计算，得到火电厂烟囱内不同时刻污染物浓度的分布图。
上述的一种火电厂污染物浓度在线监测修正方法，其特征在于：步骤105，具体过程如下：
步骤1051、采用计算机从火电厂烟囱内不同时刻污染物浓度的分布图中得到火电厂烟囱内各个点不同时刻污染物浓度；
步骤1052、采用计算机将各个点不同时刻的污染物浓度进行绘制，得到各个点浓度随时间的变化曲线；
步骤1053、采用计算机获取每个点浓度随时间的变化曲线上的最大浓度值和最小浓度值，且最大浓度值和最小浓度值之间的相对浓度变化量满足0～10%，则该点为待选取样点，则得到待选取样点集合；
步骤1054、从待选取样点集合中选择多个高度不同的待选取样点作为多个最佳取样点。
上述的一种火电厂污染物浓度在线监测修正方法，其特征在于：步骤二中采用计算机建立火电厂烟囱和取样管道三维模型获取不同取样管道长度下取样管道入口污染物浓度和取样管道出口污染物浓度，具体过程如下：
步骤201、采用计算机利用Gambit软件建立火电厂烟囱和取样管道三维模型；其中，取样管道包括水平取样管道和与水平取样管道垂直连接的竖直取样管道，水平取样管道和火电厂烟囱三维模型的最佳取样点连接；
步骤202、采用计算机利用Gambit软件对建立的火电厂烟囱和取样管道三维模型进行网格划分；
步骤203、采用计算机将网格划分后的火电厂烟囱和取样管道三维模型导入Fluent软件；
步骤204、采用计算机利用Fluent软件对火电厂烟囱和取样管道三维模型进行计算，得到不同取样管道长度下取样管道入口污染物浓度和取样管道出口污染物浓度。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明方法步骤简单，设计合理，解决取样点到测量点污染物的浓度损失的问题。
2、本发明采用计算机建立火电厂烟囱三维模型获取火电厂烟囱内不同时刻污染物浓度的分布图，并从火电厂烟囱内不同时刻污染物浓度的分布图中得到多个最佳取样点。
3、本发明采用计算机建立火电厂烟囱和取样管道三维模型获取不同取样管道长度下取样管道入口污染物浓度和取样管道出口污染物浓度，并对不同取样管道长度下取样管道入口污染物浓度和取样管道出口污染物浓度进行拟合，得到污染物传输修正系数和取样管道长度系数的关系式。
4、本发明将实际取样管道长度系数输入污染物传输修正系数和取样管道长度系数的关系式，得到实际污染物传输修正系数，并将实际竖直取样管道出口浓度与实际污染物传输修正系数之比得到实际取样点污染物浓度，实现对火电厂污染物浓度测量与修正，以保证污染物浓度测量结果的准确性。
综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理，获取火电厂烟囱的排出污染物的最佳取样点，并对从取样点到测量点污染物的浓度损失进行修正，以保证污染物浓度测量结果的准确性。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的方法流程框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明火电厂污染物浓度在线监测修正方法，包括以下步骤：
步骤一、采用计算机建立火电厂烟囱三维模型获取最佳取样点:
步骤101、采用计算机利用Gambit软件建立火电厂烟囱三维模型；
步骤102、采用计算机利用Gambit软件对建立的火电厂烟囱三维模型进行网格划分；
步骤103、采用计算机将网格划分后的火电厂烟囱三维模型导入Fluent软件；
步骤104、采用计算机利用Fluent软件对火电厂烟囱三维模型进行计算，得到火电厂烟囱内不同时刻污染物浓度的分布图；
步骤105、采用计算机从火电厂烟囱内不同时刻污染物浓度的分布图中得到多个最佳取样点；
步骤二、采用计算机建立火电厂烟囱和取样管道三维模型获取不同取样管道长度下取样管道入口污染物浓度和取样管道出口污染物浓度；
步骤三、取样管道入口污染物浓度至取样管道出口污染物浓度的修正系数的获取:
步骤301、采用计算机将不同取样管道长度下取样管道入口污染物浓度和取样管道出口污染物浓度中任一取样管道长度下水平取样管道的长度记作L，竖直取样管道的长度记作H，则L与H的比值记作取样管道长度系数，且L与H的比值下取样管道入口污染物浓度记作Vr，取样管道出口污染物浓度记作Vc，则Vc与Vr的比值记作污染物传输修正系数；
步骤302、多次重复步骤301，获取多组L与H的比值和其对应的Vc与Vr的比值；
步骤303、采用计算机采用最小二乘法对多组L与H的比值和其对应的Vc与Vr的比值进行拟合，得到污染物传输修正系数和取样管道长度系数的关系式；
步骤四、火电厂污染物浓度测量与修正：
步骤401、根据步骤105的最佳取样点，在实际火电厂烟囱的最佳取样点上连接实际水平取样管道和与实际水平取样管道垂直连接的实际竖直取样管道；其中，实际水平取样管道长度与实际垂直取样管道的比值记作实际取样管道长度系数；
步骤402、采用β射线法对实际竖直取样管道出口浓度进行检测，得到实际竖直取样管道出口浓度；
步骤403、采用计算机将实际取样管道长度系数输入步骤303中的污染物传输修正系数和取样管道长度系数的关系式，得到实际污染物传输修正系数；
步骤404、采用计算机将实际竖直取样管道出口浓度与实际污染物传输修正系数之比得到实际取样点污染物浓度。
本实施例中，步骤104，具体过程如下：
步骤1041、采用计算机利用Fluent软件进行参数设置；其中，火电厂烟囱三维模型的Y轴竖直向上，且在Y轴方向设置重力加速度为-9.81m/s2；设置初始条件：烟气温度为常温298K，湍流强度为4%，气压为标准大气压；设置边界条件：烟气以速度V排放到烟囱中，烟气污染物扩散系数为1.205,梯度计算因子为1.412；
步骤1042、采用计算机利用Fluent软件中“model”选项选择“欧拉模型”；
步骤1043、采用计算机利用Fluent软件对火电厂烟囱三维模型进行计算，得到火电厂烟囱内不同时刻污染物浓度的分布图。
本实施例中，步骤105，具体过程如下：
步骤1051、采用计算机从火电厂烟囱内不同时刻污染物浓度的分布图中得到火电厂烟囱内各个点不同时刻污染物浓度；
步骤1052、采用计算机将各个点不同时刻的污染物浓度进行绘制，得到各个点浓度随时间的变化曲线；
步骤1053、采用计算机获取每个点浓度随时间的变化曲线上的最大浓度值和最小浓度值，且最大浓度值和最小浓度值之间的相对浓度变化量满足0～10%，则该点为待选取样点，则得到待选取样点集合；
步骤1054、从待选取样点集合中选择多个高度不同的待选取样点作为多个最佳取样点。
本实施例中，步骤二中采用计算机建立火电厂烟囱和取样管道三维模型获取不同取样管道长度下取样管道入口污染物浓度和取样管道出口污染物浓度，具体过程如下：
步骤201、采用计算机利用Gambit软件建立火电厂烟囱和取样管道三维模型；其中，取样管道包括水平取样管道和与水平取样管道垂直连接的竖直取样管道，水平取样管道和火电厂烟囱三维模型的最佳取样点连接；
步骤202、采用计算机利用Gambit软件对建立的火电厂烟囱和取样管道三维模型进行网格划分；
步骤203、采用计算机将网格划分后的火电厂烟囱和取样管道三维模型导入Fluent软件；
步骤204、采用计算机利用Fluent软件对火电厂烟囱和取样管道三维模型进行计算，得到不同取样管道长度下取样管道入口污染物浓度和取样管道出口污染物浓度。
本实施例中，步骤一中建立的火电厂烟囱三维模型和火电厂烟囱实际结构尺寸相同，要尽可能贴近真实构造。
本实施例中，以双机组350MW功率燃煤火电厂为例，建立的火电厂烟囱三维模型为：烟囱高度为210米，底部内径为25米，顶端出口内径为7米,结构为钢筋混凝土筒式烟囱，壁厚为2.1米。
本实施例中，需要说明的是，298K中K表示开尔文，速度V根据实际要求设定。
本实施例中，需要说明的是，实际竖直取样管道出口浓度与实际污染物传输修正系数之比是指实际竖直取样管道出口浓度除以实际污染物传输修正系数。
本实施例中，需要说明的是，烟气污染物先经过水平取样管道然后经过竖直取样管道达到监测点。
综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理，获取火电厂烟囱的排出污染物的最佳取样点，并对从取样点到测量点污染物的浓度损失进行修正，以保证污染物浓度测量结果的准确性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (3)
1.一种火电厂污染物浓度在线监测修正方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采用计算机建立火电厂烟囱三维模型获取最佳取样点:
步骤101、采用计算机利用Gambit软件建立火电厂烟囱三维模型；
步骤102、采用计算机利用Gambit软件对建立的火电厂烟囱三维模型进行网格划分；
步骤103、采用计算机将网格划分后的火电厂烟囱三维模型导入Fluent软件；
步骤104、采用计算机利用Fluent软件对火电厂烟囱三维模型进行计算，得到火电厂烟囱内不同时刻污染物浓度的分布图；
步骤105、采用计算机从火电厂烟囱内不同时刻污染物浓度的分布图中得到多个最佳取样点；
步骤二、采用计算机建立火电厂烟囱和取样管道三维模型获取不同取样管道长度下取样管道入口污染物浓度和取样管道出口污染物浓度；
步骤三、取样管道入口污染物浓度至取样管道出口污染物浓度的修正系数的获取:
步骤301、采用计算机将不同取样管道长度下取样管道入口污染物浓度和取样管道出口污染物浓度中任一取样管道长度下水平取样管道的长度记作L，竖直取样管道的长度记作H，则L与H的比值记作取样管道长度系数，且L与H的比值下取样管道入口污染物浓度记作Vr，取样管道出口污染物浓度记作Vc，则Vc与Vr的比值记作污染物传输修正系数；
步骤302、多次重复步骤301，获取多组L与H的比值和其对应的Vc与Vr的比值；
步骤303、采用计算机采用最小二乘法对多组L与H的比值和其对应的Vc与Vr的比值进行拟合，得到污染物传输修正系数和取样管道长度系数的关系式；
步骤四、火电厂污染物浓度测量与修正：
步骤401、根据步骤105的最佳取样点，在实际火电厂烟囱的最佳取样点上连接实际水平取样管道和与实际水平取样管道垂直连接的实际竖直取样管道；其中，实际水平取样管道长度与实际竖直取样管道长度的比值记作实际取样管道长度系数；
步骤402、采用β射线法对实际竖直取样管道出口浓度进行检测，得到实际竖直取样管道出口浓度；
步骤403、采用计算机将实际取样管道长度系数输入步骤303中的污染物传输修正系数和取样管道长度系数的关系式，得到实际污染物传输修正系数；
步骤404、采用计算机将实际竖直取样管道出口浓度与实际污染物传输修正系数之比得到实际取样点污染物浓度；
步骤二中采用计算机建立火电厂烟囱和取样管道三维模型获取不同取样管道长度下取样管道入口污染物浓度和取样管道出口污染物浓度，具体过程如下：
步骤201、采用计算机利用Gambit软件建立火电厂烟囱和取样管道三维模型；其中，取样管道包括水平取样管道和与水平取样管道垂直连接的竖直取样管道，水平取样管道和火电厂烟囱三维模型的最佳取样点连接；
步骤202、采用计算机利用Gambit软件对建立的火电厂烟囱和取样管道三维模型进行网格划分；
步骤203、采用计算机将网格划分后的火电厂烟囱和取样管道三维模型导入Fluent软件；
步骤204、采用计算机利用Fluent软件对火电厂烟囱和取样管道三维模型进行计算，得到不同取样管道长度下取样管道入口污染物浓度和取样管道出口污染物浓度。
2.按照权利要求1所述的一种火电厂污染物浓度在线监测修正方法，其特征在于：步骤104，具体过程如下：
步骤1041、采用计算机利用Fluent软件进行参数设置；其中，火电厂烟囱三维模型的Y轴竖直向上，且在Y轴方向设置重力加速度为-9.81m/s2；设置初始条件：烟气温度为常温298K，湍流强度为4%，气压为标准大气压；设置边界条件：烟气以速度V排放到烟囱中，烟气污染物扩散系数为1.205,梯度计算因子为1.412；
步骤1042、采用计算机利用Fluent软件中“model”选项选择“欧拉模型”；
步骤1043、采用计算机利用Fluent软件对火电厂烟囱三维模型进行计算，得到火电厂烟囱内不同时刻污染物浓度的分布图。
3.按照权利要求1所述的一种火电厂污染物浓度在线监测修正方法，其特征在于：步骤105，具体过程如下：
步骤1051、采用计算机从火电厂烟囱内不同时刻污染物浓度的分布图中得到火电厂烟囱内各个点不同时刻污染物浓度；
步骤1052、采用计算机将各个点不同时刻的污染物浓度进行绘制，得到各个点浓度随时间的变化曲线；
步骤1053、采用计算机获取每个点浓度随时间的变化曲线上的最大浓度值和最小浓度值，且最大浓度值和最小浓度值之间的相对浓度变化量满足0～10%，则该点为待选取样点，则得到待选取样点集合；
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