CN212060151U

CN212060151U - 基于克里格插值法的多点巡回切换采样分析系统

Info

Publication number: CN212060151U
Application number: CN202020556833.7U
Authority: CN
Inventors: 李文华; 徐文辉; 刘文新; 陈雨帆; 沈利; 陈彪; 陈臻; 王维平; 王飞; 余一凡; 陈是楠; 黄永杰; 潘乐刚; 谭晓涛
Original assignee: Zhejiang Zheneng Wenzhou Power Generation Co ltd
Current assignee: Zhejiang Zheneng Wenzhou Power Generation Co ltd
Priority date: 2020-04-15
Filing date: 2020-04-15
Publication date: 2020-12-01
Anticipated expiration: 2030-04-15

Abstract

本实用新型涉及基于克里格插值法的多点巡回切换采样分析系统，包括若干套采样通路、分析通路、反吹通路、放空通路、标定通路和稀释气通路；每套采样通路包括采样通路流量计前隔离阀、采样通路流量计和采样通路流量计后隔离阀依次相连；分析通路包括分析通路隔离阀、分析通路流量计、分析通路反吹三通阀、稀释单元、NOx传感器和缓冲罐依次相连，分析通路隔离阀分别通过放空通路三通阀连接至各采样通路流量计后隔离阀。本实用新型的有益效果是：本实用新型的多点巡回切换采样分析系统，通过“一拖N”的方式将少数分析单元与多数采样支路相连，短周期内对各采样支路所抽取的烟气进行循环采样并分析，从而更全面地反映整个采样断面各场分布。

Description

基于克里格插值法的多点巡回切换采样分析系统

技术领域

本实用新型涉及一种采样分析系统，具体涉及一种基于克里格插值法的多点巡回切换采样分析系统。

背景技术

燃煤电厂主要采用SCR(选择性催化还原)脱硝技术来治理烟气中的氮氧化物(NOx)。SCR脱硝反应中，NH3与NOx在催化剂的作用下反应生成N2和H2O，从而达到去除烟气中NOx的目的。SCR脱硝反应需要在脱硝系统下的精准合理的控制下进行。脱硝系统主要包括：氨气发生系统、稀释空气供应系统、脱硝反应器、烟气采样分析系统、喷氨系统以及其它助系统。其中烟气采样分析系统主要作用是监控脱硝反应情况和指导喷氨，是脱硝系统中至关重要的部分。烟气采样分析系统需要通过实时采样脱硝反应器进出口烟气中的NOx浓度、氧量、烟气流量、温度、湿度等参数，分析计算得到脱硝反应所需的喷氨量，并指导喷氨系统进行相应的调整。传统烟气采样分析系统多采用多点混合采样分析方式，即通过采样管路抽取单侧整个采样断面的烟气均匀混合后通过单一分析单元进行测量。这种采样方式能够在较少分析单元的情况下，反映脱硝反应器的整体水平。但是，这种采样分析方式不能够有效地反映脱硝反应器进出口采样断面上NOx的分布规律，而且采样探头遇到堵塞，或者探头位置偏差，将使脱硝采样断面的NOx平均值形成较大的偏差，具有一定的片面性与局限性。也有基于脱硝分区的多分析单元采样分析方法，即通过将SCR反应器进行分区划分，每个分区配置一个分析单元。这种采样方式测试的数据代表性强，较易实现不同负荷下的精确喷氨。但配置更多分析单元采样同时也意味着投资大，维护工作繁重，这一定程度下限制了多分析单元分区采样分析方式的应用。上述两种采样方式均只能分析采样支路末端附近的烟气参数，数据代表性差。现有采样分析方法有：1)多点混合采样分析方法：多点混合采样分析方法只能反映采样断面NOx的分布情况，不能知道精细化喷氨；2)基于脱硝分区的多分析单元采样分析方法：该方法需要较多的分析单元，面临工程投资大，设备维护任务繁重等问题。

为解决应用于脱硝反应器上的采样分析系统所面临的弊端，亟需研发一种基于克里格插值法的多点巡回切换采样分析系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于克里格插值法的多点巡回切换采样分析系统，利用多点巡回采样方式将少数分析单元与多数采样支路相联系，通过设置周期巡回切换采样支路的方式，将不同采样支路与单一分析单元连接，从而充分利用分析单元，减少工程投入。

这种基于克里格插值法的多点巡回切换采样分析系统，包括若干套采样通路、分析通路、反吹通路、放空通路、标定通路和稀释气通路；每套采样通路包括采样通路流量计前隔离阀、采样通路流量计和采样通路流量计后隔离阀依次相连；分析通路包括分析通路隔离阀、分析通路流量计、分析通路反吹三通阀、稀释单元、NOx传感器和缓冲罐依次相连，分析通路隔离阀分别通过放空通路三通阀连接至各采样通路流量计后隔离阀；放空通路包括放空通路三通阀、放空泵和缓冲罐依次相连，放空通路分别通过放空通路三通阀连接至各采样通路流量计后隔离阀；反吹通路包括空压机、压缩空气储罐、反吹通路手动隔离阀和反吹通路开关阀依次相连，反吹通路分别通过反吹通路开关阀连接至各采样通路流量计，并且反吹通路的压缩空气储罐出口端连接至分析通路反吹三通阀；标定通路包括标定手动开关阀和标定三通阀，标定通路分别通过标定三通阀连接至各采样通路流量计前隔离阀；稀释气通路连接至稀释单元。

作为优选：采样通路包括采样通路1和采样通路2，采样通路1包括采样通路1流量计前隔离阀、采样通路1流量计和采样通路1流量计后隔离阀依次相连，采样通路2包括采样通路2流量计前隔离阀、采样通路2流量计和采样通路2流量计后隔离阀依次相连。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的多点巡回切换采样分析系统，通过“一拖N”的方式将少数分析单元与多数采样支路相连，短周期内对各采样支路所抽取的烟气进行循环采样并分析，从而在更全面地反映整个采样断面各场分布的同时，减少分析单元购置与维护成本的投入。

附图说明

图1为基于克里格插值法的多点巡回切换采样分析系统示意图；

图2为基于克里格插值法的多点巡回切换采样分析系统的通路测试动作示意图；

图3为基于克里格插值法的多点巡回切换采样分析系统的反吹动作示意图；

图4为基于克里格插值法的多点巡回切换采样分析系统的标定动作示意图；

图5为某次巡回测试并经过克里格插值法预估得到的脱硝出口A/B侧NOx浓度场分布图。

附图标记说明：标定三通阀1、采样通路1流量计前隔离阀2、采样通路1流量计3、采样通路1流量计后隔离阀4、第一放空通路三通阀5、分析通路隔离阀6、分析通路流量计7、分析通路反吹三通阀8、稀释单元9、采样通路2流量计前隔离阀10、采样通路2流量计11、采样通路2流量计后隔离阀12、第二放空通路三通阀13、第一反吹通路开关阀14、第一反吹通路手动隔离阀15、第二反吹通路开关阀16、第二反吹通路手动隔离阀17、标定手动开关阀18。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

本专利利用多点巡回采样分析的方式，将少数分析单元与多数采样支路相匹配，短周期内对各采样支路所抽取的烟气进行循环采样并分析，实现分析单元与采样管路“一拖N”的设置，充分利用分析单元，减少工程投入；通过控制阀门、管路、容器与传感器的配合，实现多点切换采样分析系统的通路测试、反吹、标定等功能；利用克里格插值法处理采样分析得到的网格化数据，快速构建实现短周期内脱硝反应器进出口采样断面的NOx浓度场、氧量浓度场与流速场等参数场，通过精确反映脱硝出口流速场、浓度场等场分布，有效减少分区的划分、减少传感器的投入、减少巡回周期，指导脱硝分区喷氨控制，提高控制的可靠性。这将对烟气脱硝系统的运行维护管理以及更合理地组织脱硝喷氨具有重要意义。

所述基于克里格插值法的多点巡回切换采样分析系统，包括若干套采样通路、分析通路、反吹通路、放空通路、标定通路和稀释气通路。每套采样通路包括采样通路流量计前隔离阀、采样通路流量计和采样通路流量计后隔离阀依次相连；分析通路包括分析通路隔离阀6、分析通路流量计7、分析通路反吹三通阀8、稀释单元9、NOx传感器和缓冲罐依次相连，分析通路隔离阀6分别通过放空通路三通阀连接至各采样通路流量计后隔离阀；放空通路包括放空通路三通阀、放空泵和缓冲罐依次相连，放空通路分别通过放空通路三通阀连接至各采样通路流量计后隔离阀；反吹通路包括空压机、压缩空气储罐、反吹通路手动隔离阀和反吹通路开关阀依次相连，反吹通路分别通过反吹通路开关阀连接至各采样通路流量计，并且反吹通路的压缩空气储罐出口端连接至分析通路反吹三通阀8；标定通路包括标定手动开关阀18和标定三通阀，标定通路分别通过标定三通阀连接至各采样通路流量计前隔离阀；稀释气通路连接至稀释单元9。

基于克里格插值法的多点巡回切换采样分析系统工作流程大致可以分为三类动作：通路测试动作、反吹动作、标定动作。

(1)通路测试动作时，如图2所示，只有一路采样通路可以和分析通路连接，其它采样通路均经过放空通路排到缓冲罐后，再排空。以采样通路1分析、采样通路2放空为例，其烟气的走向为：采样通路1+分析通路：烟气→标定三通阀1(阀口1至阀口3)→采样通路1流量计前隔离阀2→采样通路1流量计3→采样通路1流量计后隔离阀4→第一放空通路三通阀5(阀口1至阀口3)→分析通路隔离阀6→分析通路流量计7→分析通路反吹三通阀8(阀口1至阀口3)→稀释单元9→NOx传感器→缓冲罐→大气；采样通路2+放空通路：烟气→采样通路2流量计前隔离阀10→采样通路2流量计11→采样通路2流量计后隔离阀12→第二放空通路三通阀13(阀口1至阀口2)→放空泵→缓冲罐→大气；稀释气通路同步启停，稀释气通路连接稀释单元9，稀释气是满足分析单元的需求，分析单元会判断是否需要，需要多少稀释气；反吹通路关闭。

(2)反吹动作时，如图3所示，气体的走向为：空气→空压机→压缩空气储罐→第一反吹通路手动隔离阀15→第一反吹通路开关阀14→采样通路1流量计3→采样通路1流量计前隔离阀2→标定三通阀1(阀口3至阀口1)→第一采样嘴；空气→空压机→压缩空气储罐→第二反吹通路手动隔离阀17→第二反吹通路开关阀16→采样通路2流量计11→采样通路2流量计前隔离阀10→第二采样嘴；另有一路用来吹扫分析通路：空气→空压机→压缩空气储罐→分析通路反吹三通阀8(阀口2至阀口1)→分析通路流量计7→分析通路隔离阀6→第一放空通路三通阀5(阀口3至阀口1)→采样通路1流量计后隔离阀4→采样通路1流量计3→采样通路1流量计前隔离阀2→标定三通阀1(阀口3至阀口1)→第一采样嘴。

(3)标定通路动作时，如图4所示，标气通过标定通路+采样通路1+分析通路，其标气走向为：标气→标定手动开关阀18→标定三通阀1(阀口2至阀口3)→采样通路1流量计前隔离阀2→采样通路1流量计3→采样通路1流量计后隔离阀4→第一放空通路三通阀5(阀口1至阀口3)→分析通路隔离阀6→分析通路流量计7→分析通路反吹三通阀8(阀口1至阀口3)→稀释单元9→NOx传感器→缓冲罐→大气；此时采样通路2放空，反吹通路关闭。

本专利还需以下技术措施辅助以帮助实施工作，包括以下内容：

1)克里格插值法

采样分析工作中，越精准的参数场分布信息，相应的需要更多的管路甚至分析单元，而且当采样点数与分析单元的比例变得较大时，巡回采样的周期将变长，以致于采样测试数据的代表性将减弱。为了更经济地提高数据代表性，采用克里格插值法，通过采样通路流量计、分析通路流量计、NOx传感器测得的数据来构建实现短周期内脱硝反应器进出口采样断面的NOx浓度场、氧量浓度场与流速场，从而预估参数场分布情况，也就是说，通过有限个数的测点，测得该点的烟气参数，然后通过克里格插值法去计算几个测点之间某个空间点的烟气参数，得到一张连续的参数场图，从而可以减少测点数据。可以在减少采样点数的同时，一定程度上保证测量网格的精密度。

1.1)克里格插值法原理

克里格(Kriging)法原是地质统计学中的常用方法，其适用条件是区域化变量存在空间相关性，将此法应用于燃煤机组烟道内流场浓度场等分布研究，可以通过少数某参数的测量值来估算未知区域无偏的、估计误差最小的值，从而预估该参数整个烟道截面的分布情况。克里格法的核心是广义线性回归算法，是一种针对空间依赖的回归方法，通过数据转换成正交的变异函数模型的线性组合，以实现对原始数据去相关化，然后通过传统的线性回归方法做数据转换。

对于某一区域变量Z(x)，若已知若干点位属性值Z(x_i)(i＝1,2,…,n)，则对于研究区域内某一未知点x的值Z(x)可由线性回归方程进行估算：

其中，λ_i为各已知属性的权重系数，m(x)和m(x_i)分别为区域化变量Z(x)和Z(x_i)的数学期望。线性回归方程是克里格法的理论依据。对于任何一种估计方法，估计值Z^*(x)和Z(x)的误差ε＝Z(x)-Z^*(x)是不可避免的。采用克里格法进行估计时必须满足以下两个限值条件：1)无偏估计：真实值和估计值之间的偏差的期望为0，即估计误差的期望为0；2)最优解条件：真实值和估计值之间的单个偏差尽可能小，即估计误差的方差尽可能小。

1.2)普通克里格法的应用

普通克里格法是在局部邻域内，区域化变量Z(x)的数学期望为E[Z(x)]，且Z(x)满足内蕴假设条件，则对于式(1)，区域化变量Z(x_i)的数学期望m(x_i)可由待估计点位在局部平稳内的变量Z(x)的数学期望m(x)代替，则由式(1)可得任一未知点估计值Z^*(x)的估计方法为：

因为局部均值m(x)是未知的，若令

则可将未知项m(x)从式(2)中消除，因此克里格的解为：

式(3)表明，当区域化变量满足内蕴假设条件时，任一未知点的克里格估计值

可以通过该点位局部平稳区域内n个有效样本值Z(x_i)(i＝1,2,…,n)的线性组合得到，这种方法称为普通克里格法(ordinary kriging，OK)。

本项目采用喷氨分区与普通克里格法相结合，在充分利用传感器，精确反映脱硝出口流速场、浓度场等场分布的同时，减少分区的划分，减少巡回周期，提高控制的可靠性。

2)脱硝反应器分区技术

为了实现更精准的脱硝喷氨控制，通过设立基准或者人为地对脱硝反应器进行区域划分，将脱硝反应器所需喷氨量相近的区域划归到一个分区，进行统筹管理。

实施例：

某电厂660MW机组采用基于克里格插值法的多点巡回切换采样分析系统。该机组脱硝反应器每侧均划分为8个分区，每个分区进出口均布置有1套采样通路，每条采样通路又配备了1套反吹通路和1套放空通路；另外每侧反应器的多点巡回切换采样分析系统，还配备了1套分析通路，1套标定通路和1套稀释气通路。该多点巡回切换采样分析系统能够实现通路测试动作、反吹动作、标定动作。通路测试工作的工作原理是通过阀门动作实现各采样通路陆续与分析通路相连，在一个短周期内实现一个采样分析循环；未与分析通路连接的采样通路与各自的放空通路相连，经放空泵崩到缓冲罐后放空。标定动作的工作原理是在系统进行标定维护时，通过阀门动作将标气陆续接入各采样通路，每次只有一路采样通路可以和标定通路连接，其它采样通路均经过放空通路放空。反吹动作的工作原理是在系统进行反吹作业时，通过阀门动作，将压缩空气接入采样通路流量计后，经采样通路至烟道内，同时将压缩空气接入分析通路反吹三通阀8，即反吹通路同时与各采样通路和分析通路连接进行反吹动作，所有相关通路阀门同时切换到反吹的状态。以下是各项工作时，采样烟气的流向与阀门的动作：

通路测试工作动作时，以采样通路1的采样烟气接受分析为例。采样通路1+分析通路：采样烟气→标定三通阀1(阀口1至阀口3)→采样通路1流量计前隔离阀2→采样通路1流量计3→采样通路1流量计后隔离阀4→第一放空通路三通阀5(阀口1至阀口3)→分析通路隔离阀6→分析通路流量计7→分析通路反吹三通阀8(阀口1至阀口3)→稀释单元9→NOx传感器→缓冲罐→大气；此时，其它采样通路(以采样通路2为例)+放空通路：烟气→采样通路2流量计前隔离阀10→采样通路2流量计11→采样通路2流量计后隔离阀12→第二放空通路三通阀13(阀口1至阀口2)→放空泵→缓冲罐→大气；稀释气通路同步启停，稀释气通路连接稀释单元9，稀释气是满足分析单元的需求，分析单元会判断是否需要，需要多少稀释气；此时反吹通路关闭。

反吹动作时，以采样通路1为例，压缩空气走向为：压缩空气→空压机→压缩空气储罐→反吹通路1手动隔离阀15→第一反吹通路开关阀14→采样通路1流量计3→采样通路1流量计前隔离阀2→标定三通阀1(阀口3至阀口1)→第一采样嘴；另有一路用来吹扫分析通路：分析通路反吹三通阀8(阀口2至阀口1)→分析通路流量计7→分析通路隔离阀6→第一放空通路三通阀5(阀口3至阀口1)→采样通路1流量计后隔离阀4→采样通路1流量计3→采样通路1流量计前隔离阀2→标定三通阀1(阀口3至阀口1)→第一采样嘴。

标定通路动作时，以采样通路1为例，标气走向为：标气→标定手动开关阀18→标定三通阀1(阀口2至阀口3)→采样通路1流量计前隔离阀2→采样通路1流量计3→采样通路1流量计后隔离阀4→第一放空通路三通阀5(阀口1至阀口3)→分析通路隔离阀6→分析通路流量计7→分析通路反吹三通阀8(阀口1至阀口3)→稀释单元9→NO_x传感器→缓冲罐→大气；此时采样通路2放空，反吹通路关闭。

该电厂660MW机组的脱硝系统采用多点巡回切换采样分析系统，每此采样巡回周期为5分钟，每6小时进行一次反吹工作，每次10分钟；每天进行一次标定动作，每次10分钟。某次巡回测试并经过克里格插值法预估得到的脱硝出口A/B侧NOx浓度场分布如图5所示，每侧测点只有8×3个，通过克里格插值法得到整个断面连续的浓度场图，其中左图为A侧，右图为B侧。

Claims

1.一种基于克里格插值法的多点巡回切换采样分析系统，其特征在于：包括若干套采样通路、分析通路、反吹通路、放空通路、标定通路和稀释气通路；每套采样通路包括采样通路流量计前隔离阀、采样通路流量计和采样通路流量计后隔离阀依次相连；分析通路包括分析通路隔离阀(6)、分析通路流量计(7)、分析通路反吹三通阀(8)、稀释单元(9)、NOx传感器和缓冲罐依次相连，分析通路隔离阀(6)分别通过放空通路三通阀连接至各采样通路流量计后隔离阀；放空通路包括放空通路三通阀、放空泵和缓冲罐依次相连，放空通路分别通过放空通路三通阀连接至各采样通路流量计后隔离阀；反吹通路包括空压机、压缩空气储罐、反吹通路手动隔离阀和反吹通路开关阀依次相连，反吹通路分别通过反吹通路开关阀连接至各采样通路流量计，并且反吹通路的压缩空气储罐出口端连接至分析通路反吹三通阀(8)；标定通路包括标定手动开关阀(18)和标定三通阀，标定通路分别通过标定三通阀连接至各采样通路流量计前隔离阀；稀释气通路连接至稀释单元(9)。

2.根据权利要求1所述的基于克里格插值法的多点巡回切换采样分析系统，其特征在于：采样通路包括采样通路1和采样通路2，采样通路1包括采样通路1流量计前隔离阀(2)、采样通路1流量计(3)和采样通路1流量计后隔离阀(4)依次相连，采样通路2包括采样通路2流量计前隔离阀(10)、采样通路2流量计(11)和采样通路2流量计后隔离阀(12)依次相连。