一种基于多点氧量检测的空预器漏风率在线测量系统及方法与流程

本发明涉及电站锅炉节能优化，具体涉及一种回转式空气预热器漏风率的在线实时检测系统及对应的测量方法。

背景技术：

1、回转式空气预热器是大型燃煤电站锅炉的核心辅机之一，其主要作用是利用锅炉排烟的热量预热进入炉膛的空气，提升锅炉燃烧效率、降低排烟热损失。但回转式空预器在运行过程中普遍存在漏风问题，漏风是影响锅炉热效率与运行经济性的关键因素：一方面，漏风会直接增加引风机、送风机的电耗，造成厂用电率上升；另一方面，漏风会导致排烟过剩空气系数增大，排烟热损失显著升高，严重时还会因炉膛配风不足限制锅炉出力。据行业测算，空预器漏风率每降低1%，机组发电煤耗可降低约0.16 g/kw·h，漏风治理的节能效益显著。

2、目前，国内300mw及以上大型火力发电机组的回转式空预器实际运行漏风率普遍在10%左右，部分机组甚至达到15%，远高于国外5%-8%的水平，而制约空预器漏风精细化治理的核心瓶颈是缺乏可靠、准确的在线漏风率测量手段。现有技术中，空预器漏风率测量多采用单点或少量测点的氧量测量方法，结合传统氧量平衡法计算漏风率，但该方法存在明显缺陷：烟道内部流场分布不均，单点或少量测点的位置代表性差，导致采集的氧量信号无法真实反映烟道截面的平均氧浓度，最终造成漏风率计算误差大；同时，传统测量多为离线人工测试，无法实现实时连续监测，测试结果存在滞后性，无法为锅炉运行调整和空预器漏风检修提供实时指导。

3、此外，现有氧量测量传感器易因烟道内粉尘、烟气杂质造成探头堵塞，导致测量偏差，且维护成本高；传统测量方法仅能输出空预器整体漏风率，无法区分a、b两侧的漏风差异，难以精准定位漏风偏大的具体部位，检修针对性差。因此，研发一种能实时、精准、可靠测量空预器漏风率的在线系统及方法，成为电站锅炉节能优化领域的迫切需求。

技术实现思路

1、本发明旨在克服现有空预器漏风率测量技术中存在的测量误差大、无在线实时监测、传感器可靠性低、检修指导性差等缺陷，提供一种基于多点网格化氧量检测与cfd流场建模的空预器漏风率在线测量系统及方法，实现空预器漏风率的秒级连续、精准测量，同时能区分单侧漏风情况，为漏风治理和锅炉运行优化提供可靠、精准的实时数据基础。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，

3、一、基于多点氧量检测的空预器漏风率在线测量系统

4、本发明的测量系统包括4套多点氧量测量装置和智能控制与计算中心，各组成部分的结构及功能如下：

5、1. 多点氧量测量装置：共4套，一对一布置在空预器a、b两侧烟道的烟气侧入口和出口位置，实现4个关键测量截面的氧量信号采集。每套装置均包含三个核心单元：

6、- 高精度氧化锆传感器阵列：由5-6个独立的氧化锆传感器组成，传感器在烟道截面上的安装位置基于计算流体动力学（cfd）数值模拟结果确定，根据烟道尺寸和流场分布形成均匀且具有代表性的测量网格，确保测点能最大程度反映截面平均氧浓度和流场特性；传感器的权重系数由cfd流场模拟的烟道截面速度分布确定，流速高的区域传感器权重更高，提升信号采集的代表性。

7、- 电动吹扫机构与密封装置：由电磁阀、控制器、吹扫装置及密封组件构成，系统可根据预设控制指令或人工指令自动启动吹扫程序，及时清理传感器探头上的粉尘和杂质，防止探头堵塞，同时密封组件能减少烟气杂质对传感器的腐蚀，提升测量可靠性。

8、- 信号采集与处理单元：集成于现场控制器中，负责实时采集各氧化锆传感器的原始氧量模拟信号，将其转换为数字信号后，通过工业通信协议传输至智能控制与计算中心，完成信号的初步处理与传输。

9、2. 智能控制与计算中心：设置在电厂控制室的智能控制柜内，是整个系统的核心控制与计算单元，包括综合控制器、信号处理单元、信号远传模块，其内置的专用软件平台集成了操作系统、控制逻辑组态平台、实时数据库、信号分析模块以及漏风率计算引擎，实现三大功能：一是接收并存储各测点的氧量信号，完成信号的滤波、降噪等分析处理；二是通过内置的漏风率计算引擎，按照预设算法完成截面代表性氧量值、单侧漏风率及整体漏风率的实时计算；三是通过信号远传模块将漏风率数据和测点氧量数据上传至电厂dcs（分散控制系统）或sis（厂级监控信息系统），同时支持现场实时显示。

10、二、基于上述系统的空预器漏风率在线测量方法

11、本发明的测量方法基于上述多点氧量检测系统实现，通过同步采集-截面氧量计算-单侧漏风率计算-整体漏风率输出四个步骤，完成空预器漏风率的在线实时测量，具体步骤如下：

12、1. 步骤s1：数据同步采集

13、智能控制与计算中心发送同步采集指令，控制4套多点氧量测量装置同时启动工作，同步采集空预器a、b两侧烟道进出口4个测量截面中，所有氧化锆传感器测点的实时氧量值，确保各测点数据的时间一致性，消除因采集不同步导致的计算误差；采集的原始氧量值实时传输至智能控制与计算中心的实时数据库存储。

14、2. 步骤s2：截面代表性氧量值计算

15、对4个测量截面分别进行处理，针对每个截面的5-6个测点氧量值，采用加权平均+算术平均的综合算法，计算得到该截面能真实反映平均氧浓度的最终输出氧量值op，计算公式为：

16、op = oj + k * os

17、其中：

18、- oj为该截面所有测点氧量值的加权平均值，权重系数严格根据cfd流场模拟得出的烟道截面速度分布确定，流速高的区域测点权重系数更高，确保加权平均值匹配流场实际；

19、- os为该截面所有测点氧量值的算术平均值，作为辅助修正值，弥补加权平均对局部流场突变的适应性不足；

20、- k为综合修正系数，其值基于cfd流场模拟结果和现场网格法手工测试标定数据确定，并结合电厂实际运行数据持续优化，用于补偿数值模拟模型与实际烟道流场的偏差，确保op值能精准代表该截面的真实平均氧浓度。

21、3. 步骤s3：单侧烟道漏风率计算

22、基于步骤s2得到的各截面op值，采用经典氧量平衡法，并结合回转式空预器的运行特性引入经验修正系数，分别计算空预器a、b两侧烟道的单侧漏风率la和lb，计算公式为：

23、lx = (o2_out' - o2_in') / (21 - o2_in') * 90%

24、其中：

25、- lx为单侧漏风率，代表la（a侧）或lb（b侧），单位为%；

26、- o2_out'为对应侧空预器烟气出口截面的氧量值op_out，单位为体积百分比%；

27、- o2_in'为对应侧空预器空气入口截面的氧量值op_in，单位为体积百分比%；

28、- 21为环境空气中的标准氧含量，单位为%；

29、- 90%为针对回转式空预器的经验修正系数，用于补偿回转式空预器运行过程中存在的携带漏风等非直接漏风因素，提升漏风率计算的准确性。

30、4. 步骤s4：整体漏风率计算与输出

31、智能控制与计算中心根据空预器a、b两侧的实际运行工况，选择合适的计算方式得到整个空预器的综合漏风率l：当两侧烟气流量基本一致时，对la和lb进行算术平均；当两侧烟气流量存在显著差异时，以两侧烟气流量为权重进行加权平均，流量大的侧赋予更高权重，确保综合漏风率匹配空预器实际运行状态。

32、计算完成后，系统将综合漏风率l、单侧漏风率la和lb，以及各关键测点的实时氧量数据在现场智能控制柜上实时显示，同时通过信号远传模块将所有数据上传至电厂dcs或sis系统，实现电厂集控室的远程监控与数据调取。

33、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，

34、测量精度高：采用5-6个传感器组成的多点网格化氧量测量，结合cfd数值模拟确定传感器布点位置和权重系数，避免了单点测量的位置代表性差问题；同时通过oj+kos的综合算法计算截面氧量值，结合现场标定优化修正系数，大幅降低了烟道流场不均带来的测量误差，使漏风率计算结果更接近真实值。

35、实时在线监测：系统实现全自动运行，能完成氧量信号的秒级同步采集和漏风率的实时计算，彻底改变了传统离线人工测试的滞后性，为锅炉运行调整和空预器漏风突发问题处理提供实时数据支撑。

36、设备可靠性高，维护成本低：传感器配备电动吹扫机构与密封装置，可自动吹扫防止探头堵塞，减少烟气杂质对传感器的腐蚀，降低了传感器的故障率和人工维护频率，大幅节约维护成本。

37、检修指导性强：系统不仅能输出空预器整体综合漏风率，还能分别计算并显示a、b两侧的单侧漏风率la和lb，能精准定位漏风偏大的具体侧别，甚至可结合测点氧量数据进一步定位烟道内的漏风区域，为扇形板密封、径向密封等针对性检修提供直接、精准的依据，提升漏风治理的效率和效果。

38、兼容性强，易推广：系统的信号远传模块可直接与电厂现有dcs或sis系统对接，无需对电厂原有控制系统进行大规模改造，安装和调试难度低，适用于国内各类300mw及以上大型燃煤电站的回转式空预器，具有广泛的工程推广价值。