一种基于工业过程中渐变流非均匀浓度场的多参数监测系统的制作方法

1.本发明涉及气体浓度监测系统技术领域，具体为一种基于工业过程中渐变流非均匀浓度场的多参数监测系统。


背景技术：

2.目前，工业渐变流非均匀浓度场中测量气体浓度广泛采用单点(或三重冗余化)气体分析仪，缺乏上述研究过程，在假想均匀浓度层流流体工况下将测量取样点处的气体浓度，用于代表锅炉尾部烟气流场范围内的被测气体浓度场平均值，特别是非均匀低浓度场(低于15ppm)，随着浓度的下降，取样点的样本随机性加大，代表性变差，更无法显示浓度场的全貌和被测气体实时质量流量，受此制约，运行值班员无法实现气体排放浓度的精准调控。
3.针对，渐变流非均匀浓度场浓度测量技术现状，本项发明将基于多物理场相关理论开展研究，重点解决以下难题：准确测量渐变流非均匀浓度场的被测气体浓度场平均值。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
6.一种基于工业过程中渐变流非均匀浓度场的多参数监测系统，其包括如下步骤：
7.步骤1：渐变流非均匀浓度场过流断面气体浓度多点测量技术；
8.步骤1.1：将过流断面分成适当数量的等面积小块，各块几何中心即为气体浓度测点，每个测点配备检测仪表；
9.步骤1.2：过流断面增加流速测点；
10.步骤2：将过流断面多点测量气体实时浓度信号：流速信号送算法服务器；
11.步骤2.1：在三维过流断面多点气体实时浓度分布曲面加上一个颜色维度建立断面多点测量实时浓度可视化四维分布曲面，在此基础上增加第五维度即流速维度，用流速测量值实时控制四维过流断面多点气体实时浓度可视化分布曲面的刷新率，动态真实在线反应浓度场全貌，即可以全面反应渐变流非均匀浓度场的断面被测气体浓度分布情况；
12.步骤2.2：在线计算：显示渐变流非均匀浓度场范围内的被测气体浓度场实时平均值；
13.步骤2.3：在线计算：显示渐变流非均匀浓度场被测气体质量流量；
14.步骤3：将渐变流非均匀浓度场过流断面被测气体浓度场实时平均值：实时质量流量：实时流速信号转换为4～20ma信号，送至工业过程控制系统。
15.作为本发明所述的一种基于工业过程中渐变流非均匀浓度场的多参数监测系统
的一种优选方案，其中：过流断面可视化多点测量实时浓度三维分布曲面关键算法如下：
16.[x,y,z]＝peaks(n)；峰函数，即产生n
×
n的guassian分布矩阵
[0017]
作为本发明所述的一种基于工业过程中渐变流非均匀浓度场的多参数监测系统的一种优选方案，其中：断面多点测量实时浓度可视化四维分布曲面关键算法如下：
[0018]
在三维曲面的基础上，加上一个颜色维度，用颜色的深浅(0-255)显示该点测量值同量程之比(0-100％)，如果比值高于85％颜色变为红色；如果比值低于15％颜色变为蓝色；颜色参量可以是任何实向量或与其他参量维数相同的矩阵，四维分布曲面关键算法如下：
[0019]
r＝sqrt(x.^2+y.^2)；生成颜色参量
[0020]
subplot(1,2,1)；
[0021]
surf(x,y,z,z)；
[0022]
surf(x,y,z)＝surf(z,y,z,z)；
[0023]
axistight调整坐标和你输入的数据范围一致
[0024]
subplot(1,2,2)；surf(x,y,z,r)；在三维绘图指令中加入新的颜色参量转换为四维绘图函数
[0025]
axistight调整坐标和你输入的数据范围一致
[0026]
surf(x,y,z，fun(x,y,z)根据函数fun(x,y,z)来附加颜色数据
[0027]
surf(x,y,z)＝surf(x,y,z,z)默认动作，附加颜色数据与z轴
[0028]
surf(x,y,z,x)附加颜色数据与x轴
[0029]
surf(x,y,z,y)附加颜色数据与y轴
[0030]
surf(x,y,z,x.^2+y.^2)xoy平面上距远点一定的距离附加颜色数据
[0031]
surf(x,y,z，del2(z))根据曲面的拉氏函数值附加颜色数据
[0032]
[dzdx,dzdy]＝gradient(z)；surf(x,y,z,abs(dzdz))根据x轴方向的曲面斜率附加颜色数据
[0033]
dz＝sqrt(dzdx.^2+dzdy.^2)；surf(x,y,z,dz)根据曲面斜率大小附加颜色数据
[0034]
本发明的测量方法能够较好的实时显示浓度场的五维全貌和被测气体实时质量流量，为运行值班员实现气体浓度的精准调控提供依据，存在以下有益效果：
[0035]
1.渐变流非均匀浓度场范围内的气体浓度场平均值实时测量技术。为运行值班员实现总量控制提供技术支持。
[0036]
2.渐变流非均匀浓度场气体质量流量实时测量技术，为实现总量自动控制提供准确数据。
[0037]
3.以大型燃煤锅炉脱硝后的烟气为例，预期效果：
[0038]
(1)大幅降低脱硝出口与脱硫之间的偏差；
[0039]
(2)通过精准测量和调整，实现脱硝出口氮氧化物与氨气的精准测量，有效降低氨逃逸的数值；
[0040]
(3)为实现总量自动控制提供准确数据；
[0041]
(4)节约液氨、延长催化剂使用寿命带来的直接经济效益。
[0042]
(5)通过降低硫酸氢铵和氯化铵的生成量,减少对空预器、引风机以及烟道及其附件的腐蚀产生的直接经济效益：
附图说明
[0043]
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0044]
图1为过流断面气体浓度单点测量系统构成图；
[0045]
图2为过流断面气体浓度可视化五维监测法系统构成图；
[0046]
图3为本发明过流断面气体浓度多点测量划分示意图；
[0047]
图4为本发明过流断面多点测量实时浓度三维分布曲面；
[0048]
图5为本发明过流断面实时浓度四维分布曲面；
具体实施方式
[0049]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0050]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
[0051]
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0052]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
[0053]
多物理场可以视为在空间和时间的某一点赋予多个物理量(通常是以一种连续的方式)。场本身的性质与坐标选择无关，对多物理场的分析和计算应该选择适当的坐标系，以简化分析和计算。基于上述理论我们研究开发了渐变流非均匀浓度场过流断面可视化五维监测法，用以准确显示多物理场的浓度及其分布情况，系统构成如图2所示，具体技术方案如下：
[0054]
渐变流非均匀浓度场过流断面气体浓度准确测量技术及实时可视化五维监测算法。
[0055]
步骤1：渐变流非均匀浓度场过流断面气体浓度多点测量技术；
[0056]
步骤1.1：将过流断面分成适当数量的等面积小块，各块几何中心即为气体浓度测点，每个测点配备检测仪表；
[0057]
步骤1.2：过流断面增加流速测点；
[0058]
步骤2：将过流断面多点测量气体实时浓度信号：流速信号送算法服务器；
[0059]
步骤2.1：在三维过流断面多点气体实时浓度分布曲面加上一个颜色维度建立断面多点测量实时浓度可视化四维分布曲面，在此基础上增加第五维度即流速维度，用流速测量值实时控制四维过流断面多点气体实时浓度可视化分布曲面的刷新率，动态真实在线反应浓度场全貌，即可以全面反应渐变流非均匀浓度场的断面被测气体浓度分布情况；
[0060]
步骤2.2：在线计算：显示渐变流非均匀浓度场范围内的被测气体浓度场实时平均
值；
[0061]
步骤2.3：在线计算：显示渐变流非均匀浓度场被测气体质量流量；
[0062]
步骤3：将渐变流非均匀浓度场过流断面被测气体浓度场实时平均值：实时质量流量：实时流速信号转换为4～20ma信号，送至工业过程控制系统。
[0063]
(1)建立过流断面可视化多点测量实时浓度三维分布曲面，详见图4，关键算法如下：
[0064]
[x,y,z]＝peaks(n)；峰函数，即产生n
×
n的guassian分布矩阵
[0065]
(2)建立断面多点测量实时浓度可视化四维分布曲面
[0066]
在三维曲面的基础上，加上一个颜色维度，用颜色的深浅(0-255)显示该点测量值同量程之比(0-100％)，如果比值高于85％颜色变为红色；如果比值低于15％颜色变为蓝色；颜色参量可以是任何实向量或与其他参量维数相同的矩阵，四维分布曲面关键算法如下：
[0067]
r＝sqrt(x.^2+y.^2)；生成颜色参量
[0068]
subplot(1,2,1)；
[0069]
surf(x,y,z,z)；
[0070]
surf(x,y,z)＝surf(z,y,z,z)；
[0071]
axistight调整坐标和你输入的数据范围一致
[0072]
subplot(1,2,2)；surf(x,y,z,r)；在三维绘图指令中加入新的颜色参量转换为四维绘图函数
[0073]
axistight调整坐标和你输入的数据范围一致
[0074]
在图5中，第四维数据是r，可以看到同图4相比图的颜色发生了明显变化。
[0075]
surf(x,y,z，fun(x,y,z)根据函数fun(x,y,z)来附加颜色数据
[0076]
surf(x,y,z)＝surf(x,y,z,z)默认动作，附加颜色数据与z轴
[0077]
surf(x,y,z,x)附加颜色数据与x轴
[0078]
surf(x,y,z,y)附加颜色数据与y轴
[0079]
surf(x,y,z,x.^2+y.^2)xoy平面上距远点一定的距离附加颜色数据
[0080]
surf(x,y,z，del2(z))根据曲面的拉氏函数值附加颜色数据
[0081]
[dzdx,dzdy]＝gradient(z)；surf(x,y,z,abs(dzdz))根据x轴方向的曲面斜率附加颜色数据
[0082]
dz＝sqrt(dzdx.^2+dzdy.^2)；surf(x,y,z,dz)根据曲面斜率大小附加颜色数据
[0083]
虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

技术特征：
1.一种基于工业过程中渐变流非均匀浓度场的多参数监测系统，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：渐变流非均匀浓度场过流断面气体浓度多点测量技术；步骤1.1：将过流断面分成适当数量的等面积小块，各块几何中心即为气体浓度测点，每个测点配备检测仪表；步骤1.2：过流断面增加流速测点；步骤2：将过流断面多点测量气体实时浓度信号：流速信号送算法服务器；步骤2.1：在三维过流断面多点气体实时浓度分布曲面加上一个颜色维度建立断面多点测量实时浓度可视化四维分布曲面，在此基础上增加第五维度即流速维度，用流速测量值实时控制四维过流断面多点气体实时浓度可视化分布曲面的刷新率，动态真实在线反应浓度场全貌，即可以全面反应渐变流非均匀浓度场的断面被测气体浓度分布情况；步骤2.2：在线计算：显示渐变流非均匀浓度场范围内的被测气体浓度场实时平均值；步骤2.3：在线计算：显示渐变流非均匀浓度场被测气体质量流量；步骤3：将渐变流非均匀浓度场过流断面被测气体浓度场实时平均值：实时质量流量：实时流速信号转换为4～20ma信号，送至工业过程控制系统。2.根据权利要求1所述的一种基于工业过程中渐变流非均匀浓度场的多参数监测系统，其特征在于：过流断面可视化多点测量实时浓度三维分布曲面关键算法如下：[x,y,z]＝peaks(n)；峰函数，即产生n
×
n的guassian分布矩阵。3.根据权利要求2所述的一种基于工业过程中渐变流非均匀浓度场的多参数监测系统，其特征在于：断面多点测量实时浓度可视化四维分布曲面关键算法如下：在三维曲面的基础上，加上一个颜色维度，用颜色的深浅(0-255)显示该点测量值同量程之比(0-100％)，如果比值高于85％颜色变为红色；如果比值低于15％颜色变为蓝色；颜色参量可以是任何实向量或与其他参量维数相同的矩阵，四维分布曲面关键算法如下：r＝sqrt(x.^2+y.^2)；生成颜色参量subplot(1,2,1)；surf(x,y,z,z)；surf(x,y,z)＝surf(z,y,z,z)；axistight调整坐标和你输入的数据范围一致subplot(1,2,2)；surf(x,y,z,r)；在三维绘图指令中加入新的颜色参量转换为四维绘图函数axistight调整坐标和你输入的数据范围一致surf(x,y,z，fun(x,y,z)根据函数fun(x,y,z)来附加颜色数据surf(x,y,z)＝surf(x,y,z,z)默认动作，附加颜色数据与z轴surf(x,y,z,x)附加颜色数据与x轴surf(x,y,z,y)附加颜色数据与y轴surf(x,y,z,x.^2+y.^2)xoy平面上距远点一定的距离附加颜色数据surf(x,y,z，del2(z))根据曲面的拉氏函数值附加颜色数据[dzdx,dzdy]＝gradient(z)；surf(x,y,z,abs(dzdz))根据x轴方向的曲面斜率附加颜色数据
dz＝sqrt(dzdx.^2+dzdy.^2)；surf(x,y,z,dz)根据曲面斜率大小附加颜色数据。

技术总结
本发明公开的涉及气体浓度监测系统，具体为一种基于工业过程中渐变流非均匀浓度场的多参数监测系统，包括步骤1：渐变流非均匀浓度场过流断面气体浓度多点测量技术；步骤2：将过流断面多点测量气体实时浓度信号：流速信号送算法服务器；步骤3：将渐变流非均匀浓度场过流断面被测气体浓度场实时平均值：实时质量流量：该发明，本发明渐变流非均匀浓度场范围内的气体浓度场平均值实时测量技术。为运行值班员实现总量控制提供技术支持，渐变流非均匀浓度场气体质量流量实时测量技术，为实现总量自动控制提供准确数据。动控制提供准确数据。动控制提供准确数据。


技术研发人员：马琰 安迪
受保护的技术使用者：辽宁格林云科环保科技有限公司
技术研发日：2022.02.11
技术公布日：2022/5/25