林錫昆

摘 要：本項(xiàng)目以福建可門發(fā)電公司尾部煙道為研究對(duì)象。由于尾部煙道形式多樣，流量測(cè)量設(shè)備的安裝位置影響其流量標(biāo)定系數(shù)。通過計(jì)算流體力學(xué)方法，建立數(shù)值模擬模型對(duì)整個(gè)煙道進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。確定不同位置、不同形式的流量計(jì)校準(zhǔn)系數(shù)達(dá)到更精確的測(cè)量煙道流量。項(xiàng)目結(jié)合實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行驗(yàn)證，采用超聲波流量計(jì)多測(cè)點(diǎn)驗(yàn)證數(shù)值模型的準(zhǔn)確。以數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證為基礎(chǔ)開發(fā)結(jié)合仿真分析的流量校準(zhǔn)系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸入煙道模型，測(cè)點(diǎn)位置、測(cè)點(diǎn)形式計(jì)算生成流量校準(zhǔn)報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容包括測(cè)量方式推薦、測(cè)點(diǎn)推薦方案、方案校準(zhǔn)系數(shù)、精確流量值等。通過以上分析得出，超聲波流量計(jì)對(duì)位置選取要求高，測(cè)量結(jié)果更為接近真實(shí)值。矩陣式流量計(jì)便于布置，位置的選取敏感性低;單點(diǎn)皮托管流量計(jì)準(zhǔn)確性差，不做推薦。

關(guān)鍵詞：模型;標(biāo)定;計(jì)量;煙道

1 項(xiàng)目概述

本項(xiàng)目以福建可門發(fā)電公司尾部煙道為研究對(duì)象。由于尾部煙道形式多樣，流量測(cè)量設(shè)備的安裝位置影響其流量標(biāo)定系數(shù)。通過計(jì)算流體力學(xué)方法，建立數(shù)值模擬模型對(duì)整個(gè)煙道進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。確定不同位置、不同形式的流量計(jì)校準(zhǔn)系數(shù)達(dá)到更精確的測(cè)量煙道流量。項(xiàng)目結(jié)合實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行驗(yàn)證，采用超聲波流量計(jì)多測(cè)點(diǎn)驗(yàn)證數(shù)值模型的準(zhǔn)確。以數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證為基礎(chǔ)開發(fā)結(jié)合仿真分析的流量校準(zhǔn)系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸入煙道模型，測(cè)點(diǎn)位置、測(cè)點(diǎn)形式計(jì)算生成流量校準(zhǔn)報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容包括測(cè)量方式推薦、 測(cè)點(diǎn)推薦方案、方案校準(zhǔn)系數(shù)、精確流量值等。項(xiàng)目最終形成示范系統(tǒng)，形成 CO2 流量數(shù)值校準(zhǔn)系統(tǒng)開發(fā)及示范。

2技術(shù)要求

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

2.1. 示范模擬：對(duì)特型煙道開展模擬噴嘴同步標(biāo)定流量，確保模型準(zhǔn)確性。結(jié)果需給出實(shí)際測(cè)點(diǎn)流量標(biāo)定系數(shù)（根據(jù)實(shí)際流量測(cè)量方式，計(jì)算與已知流量偏差），生成變負(fù)荷流量系數(shù)曲線，給出常態(tài)負(fù)荷下推薦流量測(cè)點(diǎn)方案、推薦測(cè)量方式或整改意見。針對(duì)皮托管、矩陣式流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等不同原理流量測(cè)量方法給出模擬比對(duì)結(jié)果。分析彎管、測(cè)量位置、煙氣量等因素對(duì)標(biāo)定結(jié)果的影響。

2.2. 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證：根據(jù)華電可門發(fā)電有限公司現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，尤其矩陣式流量計(jì)與超聲波流量計(jì)（非標(biāo)準(zhǔn)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(duì)。通過實(shí)測(cè)與模擬結(jié)果進(jìn)一步修整模型準(zhǔn)確性。

2.3. 系統(tǒng)開發(fā)：上述設(shè)計(jì)方法和分析過程，對(duì)于單個(gè)產(chǎn)品來講，其設(shè)計(jì)周期已經(jīng)很長(zhǎng)。但在全面掌握了設(shè)計(jì)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?jī)?nèi)容，其軟件主要包括以下幾個(gè)方面：基于示范模擬，開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)，通過輸 入待測(cè)機(jī)組煙道尺寸、測(cè)點(diǎn)位置、測(cè)量方法后，可對(duì)不同電廠、不同原理流量測(cè)量方式自動(dòng)生成標(biāo)定系數(shù)曲線，自動(dòng)生成負(fù)荷測(cè)點(diǎn)推薦方案、測(cè)量方式推薦方案等。設(shè)計(jì)界面滿足上述報(bào)告要求。

2.4. 輸出結(jié)果：基于已有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，整理匯總，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析;完成流量計(jì)算流程;提供最終的中文報(bào)告。形成系統(tǒng)軟件交付。 此項(xiàng)目技術(shù)內(nèi)容包括數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證、系統(tǒng)開發(fā)三個(gè)部分。其中以數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行多形式流量計(jì)的標(biāo)定，提供修正系數(shù)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證結(jié)果準(zhǔn)確性并進(jìn)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(zhǔn)系統(tǒng)，并以此形成示范項(xiàng)目。校準(zhǔn)系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)標(biāo)定、自動(dòng)生成校準(zhǔn)系數(shù)并生成報(bào)告。

3 技術(shù)路線：

經(jīng)典流體力學(xué)假定，流體運(yùn)動(dòng)過程及熱量輸運(yùn)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(xué)教材（如吳望一著《流體力學(xué)》，北京大學(xué)出版社出版）。由于煙道內(nèi)部流動(dòng)復(fù)雜，考慮 Re 數(shù)的量級(jí)，必須采用合適的湍流模型，以便模擬湍流脈動(dòng)對(duì)氣體動(dòng)量和能量輸運(yùn)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。考慮到計(jì)算量等因素，在本項(xiàng)目中采用 RNG k-e 模型或 SST k-w 模型。

數(shù)值計(jì)算時(shí)，為了保證較好的求解精度，我們可以采用二階格式對(duì) RANS 方程組 （Reynolds 平均的 N-S 方程組）進(jìn)行空間離散，并采用 SIMPLE 系列算法來求解動(dòng)量-壓 力耦合問題。系統(tǒng)開發(fā)部分，本項(xiàng)目系統(tǒng)開發(fā)部分實(shí)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(jì)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(jì)功能：實(shí)現(xiàn)接入數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、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(cè)點(diǎn)偏離值統(tǒng)計(jì)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(jì)結(jié)果，提供最優(yōu)方案推薦。方案包括測(cè)量方式、?測(cè)點(diǎn)最近位置推薦、測(cè)點(diǎn)各位置標(biāo)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(jì)結(jié)果，綜合不同流量分析結(jié)果。超聲波流量計(jì)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(diǎn)、兩點(diǎn)、四點(diǎn)安裝方式下的修正系數(shù)。

4總結(jié)

針對(duì)可門電廠尾部煙道進(jìn)行 CFD 計(jì)算。研究了單點(diǎn)測(cè)量和矩陣式測(cè)量方式。根據(jù)上述計(jì)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(dòng)，而隨著流速的增加，這一波動(dòng)情況出現(xiàn)加劇。受除霧器影響，煙氣在出除霧器后流動(dòng)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(diǎn)流量計(jì)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(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量的難度較大。而且其偏差值超過了相關(guān)要求。

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