一種在線軟測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種熱工技術(shù)與計算機監(jiān)測交叉技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種在線軟測 量方法，基于最小二乘支持向量機的全負荷下燃煤鍋爐爐膛出口煙氣溫度在線軟測量方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 爐膛出口煙溫是爐膛出口處的煙氣溫度，在線軟測量系統(tǒng)用于大型電站鍋爐爐膛 出口斷面溫度分布測量，是鍋爐中輻射換熱和對流換熱的轉(zhuǎn)折點，一直以來都是鍋爐中非 常重要的一個變量，影響鍋爐的安全穩(wěn)定運行和整體的效率。
[0003] 爐膛出口煙溫的高低直接影響鍋爐的熱效率。爐膛出口煙溫過高，則鍋爐的排煙 溫度升高，排煙熱損失加大，進而影響到鍋爐的整體熱效率。爐膛出口煙溫也不宜過低，如 果偏低，則爐膛內(nèi)的煙氣平均溫度必然降低，影響火焰的穩(wěn)定的燃燒的燃盡，那么煙氣和爐 膛水冷壁之間的輻射換熱效果變差，水冷壁的輻射換熱量降低，煙氣溫度偏低，煙氣與后續(xù) 的過熱器等受熱面之間的換熱效果也變差，進而使得鍋爐的整體熱效率降低。
[0004] 同時，爐膛出口煙溫在爐膛灰污監(jiān)測系統(tǒng)中也是一個核心的關(guān)鍵變量，對受熱面 的積灰結(jié)渣也有很大的影響。鍋爐燃燒產(chǎn)物中有大量的灰渣和粉塵。灰渣在爐膛水冷壁和 高溫輻射換熱面表面會結(jié)渣；粉塵會隨著高溫煙氣，沿著煙道流經(jīng)各個對流換熱面，使得換 熱面產(chǎn)生積灰。積灰和結(jié)渣的過程與煙氣溫度有較大的關(guān)系。在爐膛等輻射換熱區(qū)域，灰渣 在高溫煙氣作用下熔融，粘附在水冷壁的表面形成灰渣；在對流受熱面中，煙氣溫度高也會 加劇灰分對受熱面的粘附。爐膛出口煙溫過高，會使得灰渣和灰分更容易粘附在受熱面表 面，加重受熱面積灰結(jié)渣的程度?；椅鄣膫鳠嶙枇^大，附著在受熱面上，使得鍋爐無法滿 負荷的運行，只能增加鍋爐的給煤量，進一步的升高了爐膛出口煙溫，從而形成惡性循環(huán)。
[0005] 爐膛出口煙溫對鍋爐的安全運行也有很大的影響。當爐膛出口煙溫比設(shè)定值高很 多時，會使得各級過熱器的吸熱量明顯增多，導致過熱器管壁溫度超出設(shè)定值，加重受熱面 的高溫腐蝕和汽溫偏差，嚴重時會造成過熱器管壁爆裂、結(jié)焦等安全事故，嚴重地影響鍋爐 的安全穩(wěn)定的運行。另一方面，煙氣溫度過高，也會加劇受熱面的高溫腐蝕，對于積灰和結(jié) 渣的受熱面，高溫腐蝕的情況更加嚴重。根據(jù)研宄發(fā)現(xiàn)，在高溫煙氣的作用下，粘附在受熱 面表面的灰渣和積灰等物質(zhì)會與受熱面發(fā)生復雜的化學反應，造成受熱面的高溫腐蝕，因 此，影響高溫腐蝕的主要是受熱面表面的成分和表面溫度。高溫腐蝕會使得受熱面的厚度 由外往內(nèi)的變薄，長久作用下，嚴重的影響受熱面的安全。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)中，通常包含硬件測量和軟測量兩個不同發(fā)展方向。
[0007] 在硬件測量方面，一般采用安裝在爐膛左右兩邊的熱電偶溫度計、爐膛煙溫探針 等儀器來測量爐膛出口煙溫。然而，由于爐膛煙溫過高（一般在1000°c左右），這些測量儀 器往往難以獲得長時間的穩(wěn)定測量數(shù)據(jù)，經(jīng)常需要拆卸進行離線的維護和修理。近些年，在 一些新建的燃煤鍋爐中，使用聲學高溫溫度計、光學高溫溫度計等先進測量儀器來測量爐 膛出口煙溫。經(jīng)對現(xiàn)有文獻檢索發(fā)現(xiàn)，專利文獻"鍋爐爐膛出口煙氣溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)"（公 告號CN201532256U)，公開了一種鍋爐爐膛出口煙氣溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括在鍋爐煙窗 附近布置靶標用于感溫，在水平煙道安裝近紅外成像儀用于采集靶標輻射能量，并安裝數(shù) 據(jù)計算機來處理近紅外成像儀采集的數(shù)據(jù)，進行斷面溫度分布曲線的繪制?！峨娏茖W與工 程》上的"基于聲學測溫與最小二乘支持向量機的鍋爐爐膛灰污監(jiān)測方法"介紹了聲學測溫 系統(tǒng)和最小二乘支持向量機的應用，該聲學測溫系統(tǒng)裝置主要包括聲波收發(fā)器、聲波導管、 信號處理器、功率放大器、溫度的輸入輸出設(shè)備以及溫度顯示設(shè)備等。此種方法的監(jiān)測誤差 主要取決鍋爐水平煙道附近的氣流噪聲和火焰噪聲，而要克服眾多干擾是非常困難的。這 些先進的測量儀器往往價格昂貴、安裝和維護費用不菲，傳統(tǒng)的燃煤電站沒有條件進行更 換和添加這些測量儀器。
[0008]軟測量方面，經(jīng)對現(xiàn)有文獻檢索發(fā)現(xiàn)，文獻"鍋爐爐膛出口煙氣溫度的推算"采用 熱力學計算，通過鍋爐煙道各個換熱面的熱力學平衡，來計算得到爐膛出口煙溫。華中科技 大學的周懷春等人利用爐膛火焰的圖像處理，來表征溫度場的分布情況，對爐膛出口煙溫 進行建模。這些方法往往都是針對某一類型的鍋爐，且大多依賴經(jīng)驗，不具有推廣性和實時 性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種在線軟測量系統(tǒng)，預測燃煤鍋爐 爐膛出口煙氣溫度，克服了現(xiàn)有爐膛出口煙溫軟測量技術(shù)中的精度、時間等缺點，能夠在負 荷大范圍變化下在線連續(xù)監(jiān)測爐膛出口斷面平均溫度。
[0010] 本發(fā)明技術(shù)方案如下：首先，提出一種新的C均值聚類-最小二乘支持向量 機-偏最小二乘（CMeans-LeastSupportVectorMachine-PartialLeastSquares， CM-LSSVM-PLS)方法來預測爐膛出口煙溫。
[0011] 該方法的主要思路是將復雜的建模問題分解成多個簡單的子問題，主要分三個步 驟：第一步，使用C均值聚類方法將原始的數(shù)據(jù)分成幾個子數(shù)據(jù)類；第二步，對每個子數(shù)據(jù) 類分別應用LSSVM方法進行建模；最后，應用偏最小二乘方法將各個子模型合成一個最終 模型。相對于傳統(tǒng)的LSSVM等建模方法，該方法在模型精度和建模時間上都有著明顯的優(yōu) 勢。
[0012] 然后，實際工業(yè)過程中，工業(yè)系統(tǒng)的狀態(tài)時隨著時間不斷地改變，尤其是工況情況 隨著時間大幅度變化時，這要求建立的模型具有在線更新能力。并且在線更新的過程必須 要快速，模型精度要高，可以追蹤系統(tǒng)的動態(tài)特性。因此，建立的CM-LSSVM-PLS模型需要高 效的在線更新。
[0013]本發(fā)明中，針對建立的CM-LSSVM-PLS模型，提出一種在線更新算法主要分成兩 步：首先，判斷初始模型的預測精度，如果精度滿足要求，則模型依然適用，不進行更新；如 果不滿足要求，則進行模型更新，舊的數(shù)據(jù)被移除，新的數(shù)據(jù)進行替換，更新模型參數(shù)。該更 新算法通過矩陣理論推導得出，通過簡單的矩陣加減來代替原始的復雜的矩陣求逆運算， 算法相對簡單，可以在合理的時間內(nèi)計算出結(jié)果，進而保證模型適應在線監(jiān)測的要求。最 后，監(jiān)控器與計算機相連并實時顯示爐膛出口煙氣溫度數(shù)據(jù)信息。
[0014]本發(fā)明可以獲得爐膛出口煙溫的實時在線值，計算機獲得監(jiān)測結(jié)果之后，將其顯