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火電廠熱工參數(shù)軟測量技術(shù)分析論文
摘要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，對電力的需求量和平穩(wěn)要求不斷提升，市場的需求不斷推動火力發(fā)電廠進行技術(shù)、設(shè)備優(yōu)化，在火力發(fā)電廠鍋爐、機組運行過程中有相當部分的能源和熱量被浪費，浪費形式主要是煙氣，且供電過程中對于部分鍋爐和機組關(guān)鍵部分進行了超負荷磨損，想要實現(xiàn)對火力發(fā)電廠工作效率的提升、生產(chǎn)成本的控制必須提升對溫度、壓力、流量等參數(shù)的測量和監(jiān)控。本文從熱工參數(shù)入手，探討軟測量技術(shù)，分析軟測量技術(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)；軟測量技術(shù)
對于火力發(fā)電廠而言，優(yōu)化燃燒方式、效率是控制運行成本、提高經(jīng)濟效益的重要方式，然而優(yōu)化燃燒方式和效率需要先做好對關(guān)鍵技術(shù)的參數(shù)測量和控制，在火力發(fā)電廠中鍋爐煙氣含量在調(diào)整風、煤配比和控制燃燒效率方面作用較大，傳統(tǒng)測量方式并不能很好的控制測量準確性和及時性，對于火力發(fā)電廠的技術(shù)革新作用偏弱，因此希望對火力發(fā)電廠熱工參數(shù)的測量技術(shù)進行優(yōu)化，通過對參數(shù)準確性控制和及時性提高來實現(xiàn)對發(fā)電廠生產(chǎn)效率的提高，實現(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)的簡稱，主要是研究將熱力學(xué)與機械做功之間相互轉(zhuǎn)化，以及轉(zhuǎn)化效率的研究學(xué)科，蒸汽機、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)測量主要是指燃煤發(fā)熱量、煙氣含氧量、飛灰含碳量、磨煤機負荷等參數(shù)的測量，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)濟利潤率，是火力發(fā)電廠進步發(fā)展的重要途徑和突破口。
2軟測量技術(shù)
軟測量是指生產(chǎn)過程中對難以測量或暫時無法測量變量的變相推斷，這種推斷可以通過為其他可測量變量建立數(shù)學(xué)關(guān)系、數(shù)學(xué)模型的方式來實現(xiàn)，軟測量可以使一些難以測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)對產(chǎn)品質(zhì)量進行更好的控制。常見的軟測量技術(shù)包括軟測量模型建立、輔助推斷變量選擇、測量數(shù)據(jù)采集與處理、重要變量推斷等部分，在軟測量技術(shù)衍化過程中出現(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，簡寫為PCA）是一種常見的數(shù)據(jù)分析方法，主元分析法通過線性變換將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為新的、與線性無關(guān)的數(shù)據(jù)，從此種轉(zhuǎn)化過程中可以提取出數(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)電廠中運用的主要作用是將難以測量或當前科學(xué)水平下不可測量的變量降維測量。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)人員對降維后數(shù)據(jù)進行處理，進而得出降維前變量的真實特征和規(guī)律。在火力發(fā)電廠熱工參數(shù)測量過程中，飛灰含碳量等非線性特征變量更適合使用主元分析法進行數(shù)據(jù)測量和處理，只是此法干擾性較大，使用難度較高。
2.2支持向量機法
支持向量機法（SupportVectorMachine，簡寫為SVM）是一種常見的數(shù)據(jù)判別方法，主要用識別、分類、回歸的方式進行數(shù)據(jù)處理和分析。支持向量機法是一種只需要小樣本即可進行分析的方法，是一種由線性變量向非線性變量的擴展分析理論，由于這種擴展的分析方式，這類軟測量技術(shù)才會被成為支持向量法。支持向量法的應(yīng)用使得技術(shù)人員可以根據(jù)有限的樣本來尋求數(shù)據(jù)之間的最優(yōu)關(guān)系，以最小風險進行難以測量和當前科技水平下不可測量的變量處理，但在樣本數(shù)量較大的情況下，SVM法的處理速度會相對較慢，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)進行的數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)，偏最小二乘法采用最簡潔的方式取得了原本難以測量或當前科技水平下不可測量的變量數(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行變量測量，相對而言誤差較小，軟測量技術(shù)分析結(jié)果準確性較高。
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)法中主要通過對人腦組織結(jié)構(gòu)和運行機制的模擬來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的抽象、簡化、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、模糊的數(shù)據(jù)群，對于這種大規(guī)模、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、來源不明數(shù)據(jù)群采用模擬人腦的處理方式可以有效濾過大量不可測量的變量，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)的方式進行建模，甚至無法進行定量描述，所以并不適合單獨使用，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)法的準確性。
3軟測量技術(shù)在火力發(fā)電廠熱工參數(shù)方面的應(yīng)用
3.1煙氣含氧量測量
傳統(tǒng)熱工參數(shù)測量方式主要是通過熱磁式傳感器、氧化鋯傳感器進行，由于煙氣中含有大量的未燃盡煤粉，鍋爐有可能存在漏風等情況，使用熱磁式傳感器和氧化鋯傳感器的測量誤差較大，且得到數(shù)據(jù)的及時性較差，且用于測量煙氣含氧量的傳感器使用過程中磨損較大，壽命較短，導(dǎo)致火力發(fā)電廠熱工參數(shù)測量成本較高。采用軟測量技術(shù)進行熱工參數(shù)測量，可以通過對總?cè)剂狭俊L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)對煙氣含氧量進行推導(dǎo)測量，常見的測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、支持向量機法聯(lián)合的方式提高軟測量結(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受到煤礦質(zhì)量、鍋爐運行質(zhì)量的影響，傳統(tǒng)三法無法很好實現(xiàn)對飛灰含碳量的準確測量。熱工參數(shù)軟測量技術(shù)主要通過基低位發(fā)熱量、揮發(fā)分、水分、灰分、入煤量、煙氣含氧量、鼓風量、風壓、鍋爐負荷等參數(shù)進行數(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)線性測量方法并不能很好的進行飛灰含碳量測量，因此飛灰含碳量的常見軟測量技術(shù)是非線性處理效果較強的人工神經(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法與偏最小二乘法聯(lián)合的方式進行數(shù)據(jù)處理。
3.3球磨機負荷
傳統(tǒng)球磨機負荷的測量方法主要有振動法、物位法、差壓法、電流法、噪音法，但由于傳統(tǒng)測量方法精確性不高，測量結(jié)果無法準確指導(dǎo)球磨機進行煤粉研磨，不僅無法控制磨粉的質(zhì)量，還會導(dǎo)致電能的無用消耗。球磨機負荷軟測量可將入煤量、出入口壓力差、入風量、電流量作為參數(shù)進行處理，由于影響球磨機負荷的各項參數(shù)之間線性結(jié)構(gòu)并不明確，采用支持向量機法與偏最小二乘法聯(lián)合可以得到比較有效的測量結(jié)果，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法也可以得到較好的測量結(jié)果，經(jīng)過軟測量技術(shù)處理的數(shù)據(jù)可以有效提高球磨機研磨的精度和對電能的控制。
3.4煤炭質(zhì)量
煤炭質(zhì)量對于火力發(fā)電廠多個環(huán)節(jié)生產(chǎn)效率的影響都十分顯著，因此對于火力發(fā)電廠熱工參數(shù)軟測量技術(shù)必須將煤炭質(zhì)量列入處理行列，且煤炭質(zhì)量的測量處理還需要根據(jù)不同環(huán)節(jié)進行調(diào)整，例如在球磨機環(huán)節(jié)，入機煤炭量、出口煙氣成分組成、發(fā)熱量、球磨機運行狀態(tài)都是煤炭質(zhì)量的軟測量技術(shù)參數(shù)；在鍋爐燃燒環(huán)節(jié)，入機煤炭量、鼓風量、電流量、出口煙氣成分組成都是煤炭質(zhì)量的軟測量技術(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)熱量等多個難測變量，且參數(shù)數(shù)量龐大，因此煤炭質(zhì)量的軟測量多采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法進行，這種方式可以有效降低煤炭質(zhì)量的測量誤差，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)過技術(shù)、工藝優(yōu)化實現(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方向，目前我國專家對于燃燒優(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)法進行性能優(yōu)化，第二類專家傾向于使用支持向量機法，對煙氣含氧量、飛灰含碳量的測量結(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、排煙溫度的測量結(jié)合。
4結(jié)語
火力發(fā)電廠的熱工參數(shù)測量主要集中在球磨機負荷、煙氣含氧量、煙氣溫度、風煤比、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量技術(shù)及建模。
參考文獻：
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