淺談對我國CO₂流量數(shù)值校準系統(tǒng)開發(fā)及示范數(shù)值分析

林錫昆

摘 要：本項目以福建可門發(fā)電公司尾部煙道為研究對象。由于尾部煙道形式多樣，流量測量設(shè)備的安裝位置影響其流量標定系數(shù)。通過計算流體力學方法，建立數(shù)值模擬模型對整個煙道進行數(shù)值計算。確定不同位置、不同形式的流量計校準系數(shù)達到更精確的測量煙道流量。項目結(jié)合實際現(xiàn)場情況進行驗證，采用超聲波流量計多測點驗證數(shù)值模型的準確。以數(shù)值模擬和現(xiàn)場驗證為基礎(chǔ)開發(fā)結(jié)合仿真分析的流量校準系統(tǒng)，系統(tǒng)實現(xiàn)輸入煙道模型，測點位置、測點形式計算生成流量校準報告，報告內(nèi)容包括測量方式推薦、測點推薦方案、方案校準系數(shù)、精確流量值等。通過以上分析得出，超聲波流量計對位置選取要求高，測量結(jié)果更為接近真實值。矩陣式流量計便于布置，位置的選取敏感性低;單點皮托管流量計準確性差，不做推薦。

關(guān)鍵詞：模型;標定;計量;煙道

1 項目概述

本項目以福建可門發(fā)電公司尾部煙道為研究對象。由于尾部煙道形式多樣，流量測量設(shè)備的安裝位置影響其流量標定系數(shù)。通過計算流體力學方法，建立數(shù)值模擬模型對整個煙道進行數(shù)值計算。確定不同位置、不同形式的流量計校準系數(shù)達到更精確的測量煙道流量。項目結(jié)合實際現(xiàn)場情況進行驗證，采用超聲波流量計多測點驗證數(shù)值模型的準確。以數(shù)值模擬和現(xiàn)場驗證為基礎(chǔ)開發(fā)結(jié)合仿真分析的流量校準系統(tǒng)，系統(tǒng)實現(xiàn)輸入煙道模型，測點位置、測點形式計算生成流量校準報告，報告內(nèi)容包括測量方式推薦、 測點推薦方案、方案校準系數(shù)、精確流量值等。項目最終形成示范系統(tǒng)，形成 CO2 流量數(shù)值校準系統(tǒng)開發(fā)及示范。

2技術(shù)要求

此項目基于福建可門發(fā)電有限公司碳排放檢測項目開發(fā)，針對尾部煙道開展下列工作：

2.1. 示范模擬：對特型煙道開展模擬噴嘴同步標定流量，確保模型準確性。結(jié)果需給出實際測點流量標定系數(shù)（根據(jù)實際流量測量方式，計算與已知流量偏差），生成變負荷流量系數(shù)曲線，給出常態(tài)負荷下推薦流量測點方案、推薦測量方式或整改意見。針對皮托管、矩陣式流量計、超聲波流量計等不同原理流量測量方法給出模擬比對結(jié)果。分析彎管、測量位置、煙氣量等因素對標定結(jié)果的影響。

2.2. 現(xiàn)場驗證：根據(jù)華電可門發(fā)電有限公司現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，尤其矩陣式流量計與超聲波流量計（非標準安裝條件下安裝）在特殊結(jié)構(gòu)煙道條件下數(shù)據(jù)結(jié)果比對。通過實測與模擬結(jié)果進一步修整模型準確性。

2.3. 系統(tǒng)開發(fā)：上述設(shè)計方法和分析過程，對于單個產(chǎn)品來講，其設(shè)計周期已經(jīng)很長。但在全面掌握了設(shè)計方法和應(yīng)用仿真軟件的基礎(chǔ)上，完全可以迅速的開發(fā)型產(chǎn)品。根據(jù)上述研究內(nèi)容，其軟件主要包括以下幾個方面：基于示范模擬，開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)，通過輸 入待測機組煙道尺寸、測點位置、測量方法后，可對不同電廠、不同原理流量測量方式自動生成標定系數(shù)曲線，自動生成負荷測點推薦方案、測量方式推薦方案等。設(shè)計界面滿足上述報告要求。

2.4. 輸出結(jié)果：基于已有的試驗數(shù)據(jù)，整理匯總，進行數(shù)據(jù)分析;完成流量計算流程;提供最終的中文報告。形成系統(tǒng)軟件交付。 此項目技術(shù)內(nèi)容包括數(shù)值模擬、現(xiàn)場驗證、系統(tǒng)開發(fā)三個部分。其中以數(shù)值模擬計算結(jié)果為基礎(chǔ)進行多形式流量計的標定，提供修正系數(shù)。在此基礎(chǔ)上進行現(xiàn)場驗證結(jié)果準確性并進行修正。結(jié)合二者結(jié)果開發(fā)基于 CO2的流量數(shù)值校準系統(tǒng)，并以此形成示范項目。校準系統(tǒng)應(yīng)能自動標定、自動生成校準系數(shù)并生成報告。

3 技術(shù)路線：

經(jīng)典流體力學假定，流體運動過程及熱量輸運過 程均滿足 Navier-Stokes 方程組。N-S 方程組的具體形式可以參考流體力學教材（如吳望一著《流體力學》，北京大學出版社出版）。由于煙道內(nèi)部流動復雜，考慮 Re 數(shù)的量級，必須采用合適的湍流模型，以便模擬湍流脈動對氣體動量和能量輸運的影響（即Reynolds 應(yīng)力作用）。常用的湍流模型包括 SA 模型、k-e 模型和 k-w 模型等?？紤]到計算量等因素，在本項目中采用 RNG k-e 模型或 SST k-w 模型。

數(shù)值計算時，為了保證較好的求解精度，我們可以采用二階格式對 RANS 方程組 （Reynolds 平均的 N-S 方程組）進行空間離散，并采用 SIMPLE 系列算法來求解動量-壓 力耦合問題。系統(tǒng)開發(fā)部分，本項目系統(tǒng)開發(fā)部分實現(xiàn)以下功能和技術(shù)：

（1）數(shù)據(jù)接口功能：開發(fā)提取數(shù)值模擬計算結(jié)果的數(shù)據(jù)接口，包括圖形、數(shù)值數(shù)據(jù)等接?入功能;

（2）數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能：實現(xiàn)接入數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析等基礎(chǔ)功能，生成相關(guān)數(shù)據(jù)曲線、方案布?置圖、測點偏離值統(tǒng)計圖等功能;

（3） 數(shù)據(jù)最優(yōu)方案推薦：根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果，提供最優(yōu)方案推薦。方案包括測量方式、?測點最近位置推薦、測點各位置標定系數(shù)。

（4） 面向桌面用戶，開發(fā)優(yōu)異的數(shù)值規(guī)劃定制化交互環(huán)境與可視化功能;仿真分析了不同位置安裝多組超聲波流量計結(jié)果，綜合不同流量分析結(jié)果。超聲波流量計結(jié)果受安裝位置影響較大。CSB4 位置最為接近理論值，其修正系數(shù) 0.971-0.99之間。另外分別給出了單點、兩點、四點安裝方式下的修正系數(shù)。

4總結(jié)

針對可門電廠尾部煙道進行 CFD 計算。研究了單點測量和矩陣式測量方式。根據(jù)上述計算可得出以下結(jié)論。

在穩(wěn)定流量下煙道內(nèi)流速依然有著輕微的波動，而隨著流速的增加，這一波動情況出現(xiàn)加劇。受除霧器影響，煙氣在出除霧器后流動存在尾流即漩渦現(xiàn)象，在這一區(qū)域中流速分布偏差較大。這一結(jié)果決定了單點流量計在此煙道中使用其結(jié)果偏差不穩(wěn)定。

在煙道內(nèi)尋求最優(yōu)點進行單點測量的難度較大。而且其偏差值超過了相關(guān)要求。

參考文獻

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