一種鍋爐熱效率的在線計(jì)算方法
【專利說(shuō)明】一種鍋爐熱效率的在線計(jì)算方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，特別是電站鍋爐性能在線監(jiān)控監(jiān)測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 鍋爐熱效率是衡量鍋爐出力的最重要指標(biāo)。目前，鍋爐熱效率的計(jì)算方法可以分 為兩類：1、反平衡計(jì)算方法：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB10184-88電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》公開(kāi)了煤粉鍋 爐熱效率的計(jì)算方法
，其中，Qr-一單位燃料的鍋爐輸入 熱量;Q2-一單位燃料的排煙熱損失熱量;Q3-一單位燃料的可燃?xì)怏w未完全燃燒的損失熱 量;Q4-一單位燃料的固體未完全燃燒熱損失熱量;Q5-一單位燃料的鍋爐散熱損失熱量； Q6 單位燃料的灰漁物理顯熱損失熱量;2、正平衡計(jì)算方法：
-，其中，Qi為單 位燃料的鍋爐有效利用熱量，一般通過(guò)蒸汽焓增與蒸汽流量的乘積來(lái)表征。
[0003] 目前有鍋爐熱效率計(jì)算方法的相關(guān)專利申請(qǐng)，如CN200810053039,燃煤鍋爐熱效 率在線檢測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理來(lái)獲得鍋爐熱效率，但是并沒(méi)有表明計(jì)算方法； CN201010564627,煤粉鍋爐熱效率和煤質(zhì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，得到熱效 率反平衡計(jì)算的各個(gè)數(shù)據(jù)，代入公式計(jì)算得到鍋爐效率，但是所需要的數(shù)據(jù)變量非常多，一 般在30個(gè)以上，計(jì)算較為復(fù)雜;CN201210193799, 一種基于煤質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的鍋爐熱效率在線監(jiān) 測(cè)方法，通過(guò)假定鍋爐效率，辨識(shí)出燃煤熱值，尋求燃煤發(fā)熱量和燃煤成分之間的映射關(guān) 系，然后進(jìn)行反平衡計(jì)算，再與假定的鍋爐效率對(duì)比，進(jìn)行迭代運(yùn)算;CN201310335778,循環(huán) 流化床鍋爐熱效率預(yù)測(cè)系統(tǒng)及方法，其中，鍋爐熱效率的預(yù)測(cè)公式為：
^，其中心心為與煤種有關(guān)的 計(jì)算系數(shù);Aar為燃煤的收到基灰分含量百分?jǐn)?shù);Qar,ne3t, P為燃煤的收到基低位發(fā)熱量 為t時(shí)刻過(guò)量空氣系數(shù)的預(yù)測(cè)值；為t時(shí)刻排煙溫差的預(yù)測(cè)值；;為t時(shí)刻飛灰含碳 量百分?jǐn)?shù)的預(yù)測(cè)值;qx為循環(huán)流化床鍋爐除排煙熱損失與固體未完全燃燒損失外的其他少 量熱損失含量百分?jǐn)?shù)的經(jīng)驗(yàn)值，取1%。本發(fā)明考慮到鍋爐熱效率在線計(jì)算所需的實(shí)時(shí)性要 求，通過(guò)支持向量機(jī)(SVM)建立排煙溫度與飛灰含碳量的模型，然后通過(guò)簡(jiǎn)化的熱效率計(jì)算 公式來(lái)獲得鍋爐熱效率，所需變量少，建模時(shí)間短，擬合精度與預(yù)測(cè)精度都較高，滿足工業(yè) 需求。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提出一種鍋爐熱效率的在線計(jì)算方 法，不僅減少了熱效率計(jì)算所需的變量數(shù)，減小了模型復(fù)雜度與建模時(shí)間，而且具有較高的 擬合精度與預(yù)測(cè)精度，為電廠鍋爐的性能監(jiān)控監(jiān)測(cè)提供了數(shù)據(jù)支持。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種鍋爐熱效率的在線計(jì)算方法，是在基于基于 支持向量機(jī)(SVM)對(duì)排煙溫度與飛灰含碳量建模的基礎(chǔ)上，利用簡(jiǎn)化的熱效率計(jì)算公式來(lái) 獲得鍋爐熱效率，具體步驟包括：
[0006] (a)數(shù)據(jù)預(yù)處理:利用3〇準(zhǔn)則剔除從集散控制系統(tǒng)(DCS)上采集的具有粗大誤差的 數(shù)據(jù)；
[0007] (b)參量模型建立:利用支持向量機(jī)(SVM)分別建立以排煙溫度、飛灰含碳量為目 標(biāo)的軟測(cè)量模型；
[0008] (c)熱效率計(jì)算:利用簡(jiǎn)化的熱效率公式結(jié)合關(guān)鍵參量來(lái)在線預(yù)測(cè)計(jì)算鍋爐熱效 率；
[0009] (d)誤差分析:對(duì)擬合與預(yù)測(cè)獲得的鍋爐熱效率進(jìn)行誤差分析，校正模型參數(shù)。
[0010] 作為優(yōu)選，所述(b)步驟中，參量模型的自變量包括燃煤熱值、鍋爐負(fù)荷、總風(fēng)量、 給煤量、引風(fēng)量、燃煤特性，燃煤特性包括應(yīng)用基灰分、碳含量、氫含量、氮含量。
[0011] 作為優(yōu)化，所述(b)步驟中，支持向量機(jī)(SVM)的參數(shù)是通過(guò)交叉驗(yàn)證的方式選擇 獲得的。
[0012] 作為優(yōu)選，所述(c)步驟中，簡(jiǎn)化的鍋爐熱效率計(jì)算的變量有煙氣氧含量、應(yīng)用基 灰分、燃煤熱值、參考溫度，以及關(guān)鍵參量模型的輸出，關(guān)鍵參量包括排煙溫度、飛灰含碳量 預(yù)測(cè)值。
[0013] 本發(fā)明的有益效果：
[0014] 本發(fā)明通過(guò)支持向量機(jī)(SVM)建立了以排煙溫度與飛灰含碳量為目標(biāo)的軟測(cè)量模 型，并在此基礎(chǔ)上，利用簡(jiǎn)化的熱效率計(jì)算公式在線獲得鍋爐熱效率，在獲得較高的擬合精 度與預(yù)測(cè)精度的同時(shí)，降低了建模時(shí)間與復(fù)雜度，為電廠鍋爐的性能監(jiān)控監(jiān)測(cè)提供了數(shù)據(jù) 支持，滿足了工業(yè)需要，對(duì)運(yùn)行生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。 【【具體實(shí)施方式】】
[0015] 本發(fā)明一種鍋爐熱效率的在線計(jì)算方法，具體步驟包括：
[0016] 步驟一、利用3〇準(zhǔn)則剔除從集散控制系統(tǒng)(DCS)上采集的具有粗大誤差的數(shù)據(jù)； [0017]步驟二、利用支持向量機(jī)(SVM)分別建立以排煙溫度、飛灰含碳量為目標(biāo)的軟測(cè)量 豐旲型；
[0018] 步驟三、利用簡(jiǎn)化的熱效率公式結(jié)合關(guān)鍵參量(排煙溫度、飛灰含碳量預(yù)測(cè)值)來(lái) 在線預(yù)測(cè)計(jì)算鍋爐熱效率；
[0019] 步驟四、對(duì)擬合與預(yù)測(cè)獲得的鍋爐熱效率進(jìn)行誤差分析，校正模型參數(shù)。
[0020] 支持向量機(jī)(SVM)使用非線性映射函數(shù)將低維空間中不可分的樣本集映射到高維 空間，在高維空間中采用線性學(xué)習(xí)方法來(lái)解決樣本的分類和回歸問(wèn)題，在小樣本、非線性及 高維樣本問(wèn)題上表現(xiàn)出優(yōu)良特性，使其得到廣泛應(yīng)用。
[0021] SVM回歸問(wèn)題就是在給定一個(gè)輸入樣本X的條件下，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)得到對(duì)應(yīng)的輸出 y。其數(shù)學(xué)描述為:給定輸入數(shù)據(jù)樣本集（(xi，yi)，（X2，y2)... (xi，yi))，設(shè)樣本集中樣本被選 擇概率為P(Xi，yi)，對(duì)輸入樣本的輸出進(jìn)行損失評(píng)估的函數(shù)為c(xi，yi，f)，其中ε為不敏感 度，f為輸入樣本與輸出樣本間的映射函數(shù)。
[0022]
[0023] SVM尋找適當(dāng)?shù)挠成浜瘮?shù)f，使得式(3.7)樣本集損失函數(shù)取最小值：
[0024] R[f( · )]=Jc(xi,yi,f)dP(xi,yi)
[0025] 其中，非線性支持向量機(jī)回歸算法為：
[0026] 若樣本的輸入與輸出滿足非線性關(guān)系，我們需要找到一個(gè)非線性函數(shù)！KX)，將原 始樣本映射到高維空間中，從而將低維空間中非線性的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為高維空間中的線性問(wèn) 題。假設(shè)非線性回歸函數(shù)為：
[0027] f (x) =w · Ψ (x)+b
[0028] 非線性情形對(duì)應(yīng)的優(yōu)化問(wèn)題可以表示為：
[0029]
[0030] 類比線性支持向量機(jī)回歸算法，求解上述優(yōu)化問(wèn)題可以得出
[0031]
[0032]則非線性估計(jì)函數(shù)為：
[0033]
[0034] 定義Mercer核函數(shù)K(Xi，Xj) =iKXi)TiKXj)，得到非線性回歸估計(jì)函數(shù)為：
[0035] 1.-L
[0036] 在實(shí)際應(yīng)用中，核函數(shù)的選擇對(duì)于軟測(cè)量模型的影響非常大，徑向基核函數(shù)KUi， Xj) = exp(_ |Xi-Xj 12/2σ2)為目前使用最廣泛的核函數(shù)。
[0037]簡(jiǎn)化的熱效率計(jì)算公式主要為：
[0038]干煙氣熱損失
；水分熱損失：
未燃碳熱損失
鍋爐散熱損失：
|其中，9b 為送風(fēng)機(jī)出口溫度;CPG為干煙氣平均比熱;Wma為空氣的絕對(duì)濕度;Η為水蒸氣焓;Hb為飽和蒸 汽對(duì)應(yīng)的焓值;η為飛灰比率;Qn為鍋爐的最大出力;C為表面系數(shù);q為平均熱流密度;h為負(fù) 荷系數(shù)。
[0039] 本發(fā)明工作過(guò)程：
[0040]本發(fā)明通過(guò)支持向量機(jī)(SVM)建立了以排煙溫度與飛灰含碳量為目標(biāo)的軟測(cè)量模 型，并在此基礎(chǔ)上，利用簡(jiǎn)化的熱效率計(jì)算公式在線獲得鍋爐熱效率，在獲得較高的擬合精 度與預(yù)測(cè)精度的同時(shí)，降低了建模時(shí)間與復(fù)雜度，為電廠鍋爐的性能監(jiān)控監(jiān)測(cè)提供了數(shù)據(jù) 支持，滿足了工業(yè)需要，對(duì)運(yùn)行生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。
[0041]上述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明，不是對(duì)本發(fā)明的限定，任何對(duì)本發(fā)明簡(jiǎn)單變換后 的方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鍋爐熱效率的在線計(jì)算方法，其特征在于:所述計(jì)算方法是在基于基于支持向 量機(jī)(SVM)對(duì)排煙溫度與飛灰含碳量建模的基礎(chǔ)上，利用簡(jiǎn)化的熱效率計(jì)算公式來(lái)獲得鍋 爐熱效率，具體步驟包括： (a) 數(shù)據(jù)預(yù)處理：利用3〇準(zhǔn)則剔除從集散控制系統(tǒng)（DCS)上采集的具有粗大誤差的數(shù) 據(jù)； (b) 參量模型建立:利用支持向量機(jī)（SVM)分別建立以排煙溫度、飛灰含碳量為目標(biāo)的 軟測(cè)量模型； (c) 熱效率計(jì)算:利用簡(jiǎn)化的熱效率公式結(jié)合關(guān)鍵參量來(lái)在線預(yù)測(cè)計(jì)算鍋爐熱效率； (d) 誤差分析:對(duì)擬合與預(yù)測(cè)獲得的鍋爐熱效率進(jìn)行誤差分析，校正模型參數(shù)。2. 如權(quán)利要求1所述的一種鍋爐熱效率的在線計(jì)算方法，其特征在于:所述(b)步驟中， 參量模型的自變量包括燃煤熱值、鍋爐負(fù)荷、總風(fēng)量、給煤量、引風(fēng)量、燃煤特性，燃煤特性 包括應(yīng)用基灰分、碳含量、氫含量、氮含量。3. 如權(quán)利要求1所述的一種鍋爐熱效率的在線計(jì)算方法，其特征在于:所述(b)步驟中， 支持向量機(jī)(SVM)的參數(shù)是通過(guò)交叉驗(yàn)證的方式選擇獲得的。4. 如權(quán)利要求1所述的一種鍋爐熱效率的在線計(jì)算方法，其特征在于:所述(c)步驟中， 簡(jiǎn)化的鍋爐熱效率計(jì)算的變量有煙氣氧含量、應(yīng)用基灰分、燃煤熱值、參考溫度，以及關(guān)鍵 參量模型的輸出，關(guān)鍵參量包括排煙溫度、飛灰含碳量預(yù)測(cè)值。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鍋爐熱效率的在線計(jì)算方法，具體步驟包括：(a)數(shù)據(jù)預(yù)處理；(b)參量模型建立：利用支持向量機(jī)(SVM)分別建立以排煙溫度、飛灰含碳量為目標(biāo)的軟測(cè)量模型；(c)熱效率計(jì)算：利用簡(jiǎn)化的熱效率公式結(jié)合關(guān)鍵參量來(lái)在線預(yù)測(cè)計(jì)算鍋爐熱效率；(d)誤差分析。本發(fā)明通過(guò)支持向量機(jī)(SVM)建立了以排煙溫度與飛灰含碳量為目標(biāo)的軟測(cè)量模型，并在此基礎(chǔ)上，利用簡(jiǎn)化的熱效率計(jì)算公式在線獲得鍋爐熱效率，在獲得較高的擬合精度與預(yù)測(cè)精度的同時(shí)，降低了建模時(shí)間與復(fù)雜度，為電廠鍋爐的性能監(jiān)控監(jiān)測(cè)提供了數(shù)據(jù)支持，滿足了工業(yè)需要，對(duì)運(yùn)行生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。
【IPC分類】G06K9/62, G06F19/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105468932
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610013743
【發(fā)明人】夏繼英
【申請(qǐng)人】夏繼英
【公開(kāi)日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2016年1月6日