專利名稱：基于計(jì)算智能的鍋爐燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于計(jì)算智能的鍋爐燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著對(duì)電站鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保要求的不斷提高，大型電站燃煤鍋爐的高效、低污染優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)日益提高。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，大容量燃煤機(jī)組的運(yùn)行自動(dòng)化程度不斷提高，但鍋爐的燃燒優(yōu)化在線控制始終未能得到很好的解決。
目前鍋爐的燃燒優(yōu)化主要依靠調(diào)試人員進(jìn)行多工況試驗(yàn)，針對(duì)常用煤種試驗(yàn)獲得最佳的配風(fēng)方式，運(yùn)行人員參照運(yùn)行。這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且由于鍋爐燃用煤種變化和運(yùn)行工況變化頻繁，實(shí)際運(yùn)行工況往往偏離試驗(yàn)工況。同時(shí)這種燃燒調(diào)整方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線的優(yōu)化，不能根據(jù)運(yùn)行條件的變化實(shí)施相應(yīng)的自動(dòng)調(diào)整方案，使鍋爐處于最佳運(yùn)行狀況。
眾所周知，鍋爐的氮氧化物排放特性和鍋爐效率受到燃燒控制水平的嚴(yán)重影響。鍋爐的氮氧化物排放和飛灰含碳量的特性復(fù)雜，不僅受燃燒控制參數(shù)如氧量、配風(fēng)方式、負(fù)荷、風(fēng)粉分配均勻性等因素的影響，而且受煤種、鍋爐和燃燒器結(jié)構(gòu)等參數(shù)影響，各因素之間還存在較強(qiáng)的耦合關(guān)系。同時(shí)鍋爐采用低NOx燃燒方式后往往引起飛灰含碳量升高。鍋爐燃燒的復(fù)雜性導(dǎo)致鍋爐燃燒特性模型的建立很困難，無(wú)法建立合適的燃燒特性模型，也就無(wú)法對(duì)鍋爐燃燒進(jìn)行優(yōu)化控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于計(jì)算智能的鍋爐燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)。
它是通過(guò)鍋爐集散控制系統(tǒng)的下載接口從集散控制系統(tǒng)下載鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，從鍋爐尾部煙氣組分在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得鍋爐的排煙組分，并從鍋爐尾部安裝的飛灰含碳量監(jiān)測(cè)儀獲得鍋爐的飛灰含碳量，鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，排煙組分和飛灰含碳量數(shù)據(jù)存貯于燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)的中央處理計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行學(xué)習(xí)并建立非線性模型和全局優(yōu)化計(jì)算。
本發(fā)明可以獲得最小鍋爐污染物排放時(shí)的鍋爐優(yōu)化運(yùn)行方案，或者獲得一定鍋爐污染物排放限下的最大鍋爐效率為尋優(yōu)目標(biāo)，也可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化的運(yùn)行方案。中央處理計(jì)算機(jī)獲得各鍋爐運(yùn)行的優(yōu)化值后，除了指導(dǎo)運(yùn)行人員優(yōu)化運(yùn)行外，也可以將這些優(yōu)化后的運(yùn)行參數(shù)設(shè)定值通過(guò)DCS的上傳接口上傳到DCS，直接閉環(huán)控制鍋爐的燃燒，從而實(shí)現(xiàn)了鍋爐燃燒的在線自適應(yīng)優(yōu)化控制。


附圖是基于計(jì)算智能的鍋爐燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施例方式
基于計(jì)算智能的鍋爐燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)是通過(guò)鍋爐1集散控制系統(tǒng)2的下載接口3從集散控制系統(tǒng)2下載鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，從鍋爐尾部煙氣組分在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)4獲得鍋爐的排煙組分，并從鍋爐尾部安裝的飛灰含碳量監(jiān)測(cè)儀5獲得鍋爐的飛灰含碳量，鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，排煙組分和飛灰含碳量數(shù)據(jù)存貯于燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)的中央處理計(jì)算機(jī)6的數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行學(xué)習(xí)并建立非線性模型和全局優(yōu)化計(jì)算。
本發(fā)明利用電站鍋爐集散控制系統(tǒng)(DCS)的數(shù)據(jù)下載接口，將鍋爐的有關(guān)運(yùn)行參數(shù)從集散控制系統(tǒng)中下載到燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)的中央處理計(jì)算機(jī)，通過(guò)電站鍋爐尾部安裝的在線煙氣組分分析裝置(CEMS)的數(shù)據(jù)接口和鍋爐飛灰含碳量在線測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)接口，將鍋爐運(yùn)行時(shí)刻的煙氣組分和鍋爐飛灰含碳量下載到燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)的中央處理計(jì)算機(jī)，并儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)庫(kù)中。
鍋爐的運(yùn)行參數(shù)對(duì)鍋爐氮氧化物排放水平和鍋爐效率的影響盡管復(fù)雜，但也并非全無(wú)規(guī)律可循，運(yùn)行參數(shù)與氮氧化物排放水平及鍋爐效率之間存在比較復(fù)雜的非線性關(guān)系，由于鍋爐的可調(diào)參數(shù)多，而且各可調(diào)參數(shù)之間存在較強(qiáng)的耦合關(guān)系，因此這種關(guān)系比較難以用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)表達(dá)式得以表達(dá)。
數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的大量鍋爐運(yùn)行參數(shù)對(duì)鍋爐效率和污染物排放的歷史數(shù)據(jù)，這些歷史數(shù)據(jù)可以采用基于計(jì)算智能的數(shù)學(xué)方法來(lái)構(gòu)建鍋爐運(yùn)行參數(shù)與鍋爐效率和污染物排放水平之間的關(guān)系。可用的基于計(jì)算智能的方法主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，貝葉斯方法和支持向量機(jī)方法等。
結(jié)合基于計(jì)算智能的數(shù)學(xué)建模方法，燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)的中央處理計(jì)算機(jī)可以獲得鍋爐的運(yùn)行參數(shù)與鍋爐氮氧化物排放水平和鍋爐效率之間的關(guān)系。
在實(shí)現(xiàn)鍋爐污染物排放和鍋爐效率建模的基礎(chǔ)上，燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)的中央處理計(jì)算機(jī)可以采用全局優(yōu)化方法如遺傳算法、模擬退火算法、禁忌搜索、統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)等方法求解獲得追求最大鍋爐效率下時(shí)的鍋爐運(yùn)行方案，包括氧量值、各風(fēng)門開度值，磨煤機(jī)投運(yùn)方式，爐膛與風(fēng)箱差壓等各種鍋爐運(yùn)行參數(shù)的具體優(yōu)化數(shù)值，運(yùn)行人員采用優(yōu)化的鍋爐運(yùn)行參數(shù)調(diào)整鍋爐燃燒，就可以獲得最大的鍋爐效率，從而提高電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
同樣，如改變?nèi)謱?yōu)的目標(biāo)，也可以獲得最小鍋爐污染物排放時(shí)的鍋爐優(yōu)化運(yùn)行方案，或者也以一定鍋爐污染物排放限下的最大鍋爐效率為尋優(yōu)目標(biāo)，也可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化的運(yùn)行方案。
中央處理計(jì)算機(jī)獲得各鍋爐運(yùn)行的優(yōu)化值后，除了指導(dǎo)運(yùn)行人員優(yōu)化運(yùn)行外，也可以將這些優(yōu)化后的運(yùn)行參數(shù)設(shè)定值通過(guò)DCS的上傳接口上傳到DCS，直接閉環(huán)控制鍋爐的燃燒，從而實(shí)現(xiàn)了鍋爐燃燒的在線自適應(yīng)優(yōu)化控制。
系統(tǒng)通過(guò)鍋爐的集散控制系統(tǒng)(DCS)的下載接口從DCS下載鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，從鍋爐尾部安裝的煙氣組分在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS)獲得鍋爐的排煙組分，并從鍋爐尾部安裝的飛灰含碳量監(jiān)測(cè)儀獲得鍋爐的飛灰含碳量。
從DCS中采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)主要有以下幾種方法(1)利用DCS提供的MIS網(wǎng)接口卡，某些DCS允許PC機(jī)通過(guò)MIS網(wǎng)接口卡與DCS通信環(huán)路相連，同時(shí)DCS通過(guò)串口與采集機(jī)串口相連。(2)通過(guò)DCS各打印服務(wù)器的串口傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采集機(jī)從打印機(jī)服務(wù)器串口傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有系統(tǒng)不需要增加任何設(shè)備，安裝調(diào)試對(duì)系統(tǒng)不構(gòu)成影響。但如DCS的命令管理系統(tǒng)(MCS)出現(xiàn)故障時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。(3)利用某些DCS中的多功能處理器(MFC)模件，該模件允許用戶對(duì)輸出數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行組態(tài)，組態(tài)后的模塊可周期性地從數(shù)據(jù)高速公路接收和輸出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)輸出接口如RS-232等與接口機(jī)連接。該方法硬件工作量較小，同時(shí)接口機(jī)對(duì)模塊是被動(dòng)監(jiān)聽，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)控制產(chǎn)生影響。
鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，排煙組分和飛灰含碳量數(shù)據(jù)存貯于燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)的中央處理計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，中央處理計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行基于計(jì)算智能的學(xué)習(xí)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等樣本學(xué)習(xí)方法，對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而建立鍋爐排煙組分，飛灰含碳量等參數(shù)與鍋爐運(yùn)行參數(shù)之間的非線性模型。隨后中央處理計(jì)算機(jī)利用該非線性模型進(jìn)行全局優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算獲得最低排煙污染物排放濃度或(和)最大鍋爐效率下的鍋爐運(yùn)行參數(shù)，這些運(yùn)行參數(shù)可用于開環(huán)指導(dǎo)鍋爐運(yùn)行人員的操作，也可直接通過(guò)DCS的上傳接口7進(jìn)入鍋爐集散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒的在線優(yōu)化閉環(huán)控制。
權(quán)利要求
1.一種基于計(jì)算智能的鍋爐燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于通過(guò)鍋爐(1)集散控制系統(tǒng)(2)的下載接口(3)，從集散控制系統(tǒng)(2)下載鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，從鍋爐尾部煙氣組分在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(4)獲得鍋爐的排煙組分，并從鍋爐尾部安裝的飛灰含碳量監(jiān)測(cè)儀(5)獲得鍋爐的飛灰含碳量，鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，排煙組分和飛灰含碳量數(shù)據(jù)存貯于燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)的中央處理計(jì)算機(jī)(6)的數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行學(xué)習(xí)并建立非線性模型和全局優(yōu)化計(jì)算。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的一種基于計(jì)算智能的鍋爐燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于所說(shuō)的中央處理計(jì)算機(jī)(6)通過(guò)學(xué)習(xí)并建立非線性模型和全局優(yōu)化計(jì)算結(jié)果通過(guò)DCS的上傳接口(7)進(jìn)入鍋爐集散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒的在線優(yōu)化控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于計(jì)算智能的鍋爐燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)。它是通過(guò)鍋爐集散控制系統(tǒng)的下載接口從集散控制系統(tǒng)下載鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，從鍋爐尾部煙氣組分在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得鍋爐的排煙組分，并從鍋爐尾部安裝的飛灰含炭量監(jiān)測(cè)儀獲得鍋爐的飛灰含炭量，鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，排煙組分和飛灰含炭量數(shù)據(jù)存貯于燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)的中央處理計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行學(xué)習(xí)并建立非線性模型和全局優(yōu)化計(jì)算。本發(fā)明可以獲得最小鍋爐污染物排放時(shí)的鍋爐優(yōu)化運(yùn)行方案，或者獲得一定鍋爐污染物排放限下的最大鍋爐效率為尋優(yōu)目標(biāo)，也可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化的運(yùn)行方案。
文檔編號(hào)G05B13/04GK1453669SQ0311703
公開日2003年11月5日 申請(qǐng)日期2003年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月16日
發(fā)明者周昊, 岑可法, 樊建人, 池作和, 蔣嘯 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)