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火電廠熱工參數(shù)軟測(cè)量技術(shù)分析論文
摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)電力的需求量和平穩(wěn)要求不斷提升，市場(chǎng)的需求不斷推動(dòng)火力發(fā)電廠進(jìn)行技術(shù)、設(shè)備優(yōu)化，在火力發(fā)電廠鍋爐、機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中有相當(dāng)部分的能源和熱量被浪費(fèi)，浪費(fèi)形式主要是煙氣，且供電過(guò)程中對(duì)于部分鍋爐和機(jī)組關(guān)鍵部分進(jìn)行了超負(fù)荷磨損，想要實(shí)現(xiàn)對(duì)火力發(fā)電廠工作效率的提升、生產(chǎn)成本的控制必須提升對(duì)溫度、壓力、流量等參數(shù)的測(cè)量和監(jiān)控。本文從熱工參數(shù)入手，探討軟測(cè)量技術(shù)，分析軟測(cè)量技術(shù)在火力發(fā)電廠熱工參數(shù)方面的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；熱工參數(shù)；軟測(cè)量技術(shù)
對(duì)于火力發(fā)電廠而言，優(yōu)化燃燒方式、效率是控制運(yùn)行成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要方式，然而優(yōu)化燃燒方式和效率需要先做好對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的參數(shù)測(cè)量和控制，在火力發(fā)電廠中鍋爐煙氣含量在調(diào)整風(fēng)、煤配比和控制燃燒效率方面作用較大，傳統(tǒng)測(cè)量方式并不能很好的控制測(cè)量準(zhǔn)確性和及時(shí)性，對(duì)于火力發(fā)電廠的技術(shù)革新作用偏弱，因此希望對(duì)火力發(fā)電廠熱工參數(shù)的測(cè)量技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)對(duì)參數(shù)準(zhǔn)確性控制和及時(shí)性提高來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電廠生產(chǎn)效率的提高，實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電廠的節(jié)能降耗。
1熱工參數(shù)
熱工是工程熱力學(xué)的簡(jiǎn)稱，主要是研究將熱力學(xué)與機(jī)械做功之間相互轉(zhuǎn)化，以及轉(zhuǎn)化效率的研究學(xué)科，蒸汽機(jī)、空調(diào)、反應(yīng)堆等反應(yīng)方式都屬于工程熱力學(xué)研究范疇。熱工參數(shù)是工程熱力學(xué)研究過(guò)程中的參考數(shù)據(jù)，主要包括溫度、流量、壓力等，在火力發(fā)電廠中的熱工參數(shù)測(cè)量主要是指燃煤發(fā)熱量、煙氣含氧量、飛灰含碳量、磨煤機(jī)負(fù)荷等參數(shù)的測(cè)量，這些熱工參數(shù)直接影響到火力發(fā)電廠的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)率，是火力發(fā)電廠進(jìn)步發(fā)展的重要途徑和突破口。
2軟測(cè)量技術(shù)
軟測(cè)量是指生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)難以測(cè)量或暫時(shí)無(wú)法測(cè)量變量的變相推斷，這種推斷可以通過(guò)為其他可測(cè)量變量建立數(shù)學(xué)關(guān)系、數(shù)學(xué)模型的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，軟測(cè)量可以使一些難以測(cè)量的重要變量更好的參與到技術(shù)、工藝的優(yōu)化之中，幫助企業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行更好的控制。常見的軟測(cè)量技術(shù)包括軟測(cè)量模型建立、輔助推斷變量選擇、測(cè)量數(shù)據(jù)采集與處理、重要變量推斷等部分，在軟測(cè)量技術(shù)衍化過(guò)程中出現(xiàn)了很多模型建立的方法，可以有效輔助生產(chǎn)技術(shù)、工藝的優(yōu)化工作。
2.1主元分析法
主元分析法（PrincipalComponentAnalysis，簡(jiǎn)寫為PCA）是一種常見的數(shù)據(jù)分析方法，主元分析法通過(guò)線性變換將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為新的、與線性無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)，從此種轉(zhuǎn)化過(guò)程中可以提取出數(shù)據(jù)的主要特征，通常用于高維數(shù)據(jù)降維，在火力發(fā)電廠中運(yùn)用的主要作用是將難以測(cè)量或當(dāng)前科學(xué)水平下不可測(cè)量的變量降維測(cè)量。降維后的高維變量能夠最大程度上保持降維前的數(shù)據(jù)特征，便于技術(shù)人員對(duì)降維后數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而得出降維前變量的真實(shí)特征和規(guī)律。在火力發(fā)電廠熱工參數(shù)測(cè)量過(guò)程中，飛灰含碳量等非線性特征變量更適合使用主元分析法進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量和處理，只是此法干擾性較大，使用難度較高。
2.2支持向量機(jī)法
支持向量機(jī)法（SupportVectorMachine，簡(jiǎn)寫為SVM）是一種常見的數(shù)據(jù)判別方法，主要用識(shí)別、分類、回歸的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。支持向量機(jī)法是一種只需要小樣本即可進(jìn)行分析的方法，是一種由線性變量向非線性變量的擴(kuò)展分析理論，由于這種擴(kuò)展的分析方式，這類軟測(cè)量技術(shù)才會(huì)被成為支持向量法。支持向量法的應(yīng)用使得技術(shù)人員可以根據(jù)有限的樣本來(lái)尋求數(shù)據(jù)之間的最優(yōu)關(guān)系，以最小風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行難以測(cè)量和當(dāng)前科技水平下不可測(cè)量的變量處理，但在樣本數(shù)量較大的情況下，SVM法的處理速度會(huì)相對(duì)較慢，不適合工業(yè)發(fā)展需求。
2.3偏最小二乘法
偏最小二乘法是一種利用最小化誤差的平方和最佳函數(shù)進(jìn)行的數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)，偏最小二乘法采用最簡(jiǎn)潔的方式取得了原本難以測(cè)量或當(dāng)前科技水平下不可測(cè)量的變量數(shù)據(jù)，并且這種方式所取得的數(shù)據(jù)誤差相對(duì)較低。在火力發(fā)電廠中，線性關(guān)聯(lián)度較高的熱工參數(shù)多采用偏最小二乘法進(jìn)行變量測(cè)量，相對(duì)而言誤差較小，軟測(cè)量技術(shù)分析結(jié)果準(zhǔn)確性較高。
2.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法（ArtificialNeuralNetwork，簡(jiǎn)寫為ANN）是一種較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法中主要通過(guò)對(duì)人腦組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制的模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的抽象、簡(jiǎn)化、處理，是一種現(xiàn)代化、模擬性較高的數(shù)據(jù)信息處理方法，相較于其他軟測(cè)量技術(shù)而言，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法更善于處理非線性、隨機(jī)、模糊的數(shù)據(jù)群，對(duì)于這種大規(guī)模、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、來(lái)源不明數(shù)據(jù)群采用模擬人腦的處理方式可以有效濾過(guò)大量不可測(cè)量的變量，尋找到其中的變化因素，尋找到更適合于火力發(fā)電廠技術(shù)優(yōu)化的方向和突破口。
2.5模糊理論法
模糊理論法是一種模糊邏輯處理方式，由于這種方式難以用數(shù)學(xué)的方式進(jìn)行建模，甚至無(wú)法進(jìn)行定量描述，所以并不適合單獨(dú)使用，建議將其與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法結(jié)合使用，提高人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的準(zhǔn)確性。
3軟測(cè)量技術(shù)在火力發(fā)電廠熱工參數(shù)方面的應(yīng)用
3.1煙氣含氧量測(cè)量
傳統(tǒng)熱工參數(shù)測(cè)量方式主要是通過(guò)熱磁式傳感器、氧化鋯傳感器進(jìn)行，由于煙氣中含有大量的未燃盡煤粉，鍋爐有可能存在漏風(fēng)等情況，使用熱磁式傳感器和氧化鋯傳感器的測(cè)量誤差較大，且得到數(shù)據(jù)的及時(shí)性較差，且用于測(cè)量煙氣含氧量的傳感器使用過(guò)程中磨損較大，壽命較短，導(dǎo)致火力發(fā)電廠熱工參數(shù)測(cè)量成本較高。采用軟測(cè)量技術(shù)進(jìn)行熱工參數(shù)測(cè)量，可以通過(guò)對(duì)總?cè)剂狭�、風(fēng)量、電流量、給水流量、蒸汽溫度、鍋爐壓力、出口煙氣溫度等參數(shù)對(duì)煙氣含氧量進(jìn)行推導(dǎo)測(cè)量，常見的測(cè)量方式是偏最小二乘法，也可采用偏最小二乘法與主元分析法、支持向量機(jī)法聯(lián)合的方式提高軟測(cè)量結(jié)果的有效性。
3.2飛灰含碳量
傳統(tǒng)飛灰含碳量的測(cè)量方式是燃燒失重法、反射法和微波吸收法，然而這三種方法中燃燒失重法存在及時(shí)性差，反射法和微波吸收法存在成本高的缺陷，且由于飛灰含碳量還會(huì)受到煤礦質(zhì)量、鍋爐運(yùn)行質(zhì)量的影響，傳統(tǒng)三法無(wú)法很好實(shí)現(xiàn)對(duì)飛灰含碳量的準(zhǔn)確測(cè)量。熱工參數(shù)軟測(cè)量技術(shù)主要通過(guò)基低位發(fā)熱量、揮發(fā)分、水分、灰分、入煤量、煙氣含氧量、鼓風(fēng)量、風(fēng)壓、鍋爐負(fù)荷等參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由于參數(shù)量較大、種類較多，通常情況下依據(jù)線性測(cè)量方法并不能很好的進(jìn)行飛灰含碳量測(cè)量，因此飛灰含碳量的常見軟測(cè)量技術(shù)是非線性處理效果較強(qiáng)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，若參數(shù)獲取有效性比較高，可以采用支持向量機(jī)法與偏最小二乘法聯(lián)合的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
3.3球磨機(jī)負(fù)荷
傳統(tǒng)球磨機(jī)負(fù)荷的測(cè)量方法主要有振動(dòng)法、物位法、差壓法、電流法、噪音法，但由于傳統(tǒng)測(cè)量方法精確性不高，測(cè)量結(jié)果無(wú)法準(zhǔn)確指導(dǎo)球磨機(jī)進(jìn)行煤粉研磨，不僅無(wú)法控制磨粉的質(zhì)量，還會(huì)導(dǎo)致電能的無(wú)用消耗。球磨機(jī)負(fù)荷軟測(cè)量可將入煤量、出入口壓力差、入風(fēng)量、電流量作為參數(shù)進(jìn)行處理，由于影響球磨機(jī)負(fù)荷的各項(xiàng)參數(shù)之間線性結(jié)構(gòu)并不明確，采用支持向量機(jī)法與偏最小二乘法聯(lián)合可以得到比較有效的測(cè)量結(jié)果，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法也可以得到較好的測(cè)量結(jié)果，經(jīng)過(guò)軟測(cè)量技術(shù)處理的數(shù)據(jù)可以有效提高球磨機(jī)研磨的精度和對(duì)電能的控制。
3.4煤炭質(zhì)量
煤炭質(zhì)量對(duì)于火力發(fā)電廠多個(gè)環(huán)節(jié)生產(chǎn)效率的影響都十分顯著，因此對(duì)于火力發(fā)電廠熱工參數(shù)軟測(cè)量技術(shù)必須將煤炭質(zhì)量列入處理行列，且煤炭質(zhì)量的測(cè)量處理還需要根據(jù)不同環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，例如在球磨機(jī)環(huán)節(jié)，入機(jī)煤炭量、出口煙氣成分組成、發(fā)熱量、球磨機(jī)運(yùn)行狀態(tài)都是煤炭質(zhì)量的軟測(cè)量技術(shù)參數(shù)；在鍋爐燃燒環(huán)節(jié)，入機(jī)煤炭量、鼓風(fēng)量、電流量、出口煙氣成分組成都是煤炭質(zhì)量的軟測(cè)量技術(shù)參數(shù)。由于煤炭質(zhì)量中包含煤種揮發(fā)份、固定碳含量、低溫發(fā)熱量等多個(gè)難測(cè)變量，且參數(shù)數(shù)量龐大，因此煤炭質(zhì)量的軟測(cè)量多采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行，這種方式可以有效降低煤炭質(zhì)量的測(cè)量誤差，最理想狀態(tài)下可將誤差率壓縮在±2%。
3.5燃燒優(yōu)化
燃燒優(yōu)化是指火力發(fā)電廠經(jīng)過(guò)技術(shù)、工藝優(yōu)化實(shí)現(xiàn)效率提高、污染降低，其中包含了鍋爐燃燒結(jié)果中的煙氣含氧量控制、飛灰含碳量控制、排煙溫度控制等多個(gè)方向，目前我國(guó)專家對(duì)于燃燒優(yōu)化的思路有較大區(qū)別，第一類專家傾向于采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行性能優(yōu)化，第二類專家傾向于使用支持向量機(jī)法，對(duì)煙氣含氧量、飛灰含碳量的測(cè)量結(jié)合，第三類專家同樣傾向使用支持向量法，但更傾向于使用鍋爐燃燒效率、煙氣含氧量、排煙溫度的測(cè)量結(jié)合。
4結(jié)語(yǔ)
火力發(fā)電廠的熱工參數(shù)測(cè)量主要集中在球磨機(jī)負(fù)荷、煙氣含氧量、煙氣溫度、風(fēng)煤比、飛灰含碳量、污染物排放量等部分，致力于為火力發(fā)電廠成本控制、生產(chǎn)效率提升提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，上文者探討了各種軟測(cè)量技術(shù)及建模。
參考文獻(xiàn)：
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