一种基于耗差分析的循环流化床锅炉优化运行方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于耗差分析的循环流化床锅炉优化方法，该方法基于循环流化床锅炉系统建立的专家系统模型，能够实现模拟人类专家能效分析思维，运用行业内专家经验知识对锅炉运行进行推理并指导优化运行；建立循环流化床锅炉系统重要参数耗差分析模型，能够实现锅炉系统实时运行重要参数的耗差计算，获得各项参数变化对锅炉效率的影响大小；采用专家系统的智能算法，获取特定负荷工况下的锅炉运行优化决策，提高锅炉效率；并进行优化前后锅炉系统各项损失以及锅炉效率计算对比，直观体现锅炉系统优化效果；知识库开放平台，由系统操作人员，实时修正添减事实、规则以及对应决策等，提高系统诊断的敏感度以及准确率。
【专利说明】一种基于耗差分析的循环流化床锅炉优化运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及循环流化床锅炉燃烧的【技术领域】，特别涉及一种基于耗差分析的循环流化床锅炉优化运行方法。
【背景技术】
[0002]循环流化床锅炉(CFB)燃烧技术是一种新型的高效、低污染清洁燃煤技术，由于它在煤种适应性、变负荷调整能力以及污染物排放上具有的独特优势，近年来得到了广泛的应用。虽然流化床燃烧可以极大的缓解电厂燃用劣质煤带来的污染问题，但是在循环流化床锅炉向大容量、高参数、高自动化的发展过程中，其运行仍存在燃烧效率低、炉膛温度变动大、受热面磨损、飞灰含碳量高等问题。循环流化床锅炉是一个多参数、非线性、时变及多变量紧密耦合的系统，使得其能效的提高比一般锅炉更加复杂和困难，如何提高锅炉监控水平、运行管理水平，并实现经济优化运行是流化床锅炉面临的关键问题之一。
[0003]基于耗差分析建立循环流化床锅炉优化运行方法，相比于目前普遍采用的锅炉运行经济小指标考核方法，具有较大的全面性以及科学性。通过变工况计算以及历史数据整理分析等方法获取各运行参数基准值，即在运行过程中各参数操作过程的目标值。通过实时计算各参数偏离基准值对锅炉效率的定量影响，也就是耗差，能较清晰判断影响锅炉效率的参数，从而能够准确指导锅炉优化运行。
[0004]专家系统的主要应用思路是根据获取的锅炉系统基础数据以及历史运行情况，模拟专家思维推理方式，运用行业内专家经验知识对锅炉系统运行进行推理并指导优化。人工智能技术特别是专家系统，在航天、航空、电力、船舶、化工等行业都得到了广泛的应用，创造了巨大的经济效益，尤其适用于流化床锅炉系统此类多参数、多变量耦合的大型动态系统。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于耗差分析的循环流化床锅炉优化运行方法，实现典型循环流化床锅炉系统整体运行优化。
[0006]本发明的目的通过下述技术方案实现:
[0007]—种基于耗差分析的循环流化床锅炉优化运行方法，包括以下步骤:
[0008]S1、创建专家系统，包括循环流化床锅炉的基础参数库、推理机、事实库、规则库以及解释模块；
[0009]S2、建立循环流化床锅炉特定参数耗差计算模型；
[0010]S3、参数基准值确定，通过获取循环流化床锅炉历史运行数据，采用数据挖掘方法，确定特定工作情况下参数基准值；
[0011]S4、获取锅炉实时运行数据，并进行预处理；
[0012]S5、实时运行数据与当前负荷下目标值进行对比，按照规则输出事实，启动专家系统进行推理，并输出能耗诊断结论；
[0013]S6、对输出结论对应的参数进行耗差计算，获取参数变量对锅炉效率的影响值；
[0014]S7、根据专家系统推理结论以及耗差计算结果，给出优化运行动作建议以及参数调整应达值，并应用调整之后的参数进行能耗分析计算与当前参数能耗分析结果进行对t匕，确认可达到的优化效果。
[0015]优选的，所述步骤SI中的基础参数库包括循环流化床各设备结构参数、设计运行参数以及铭牌参数；
[0016]所述步骤SI中的事实库包括锅炉燃烧系统、烟风系统以及辅机系统可测量参数运行值与基准值对比偏高或者偏低的事实；
[0017]所述步骤SI中的规则库:包括锅炉各系统基于不同运行事实而导致的运行能效降低的规则；
[0018]所述步骤SI中的推理机，用于基于正向推理策略进行推理；
[0019]所述步骤SI中的解释模块，用于实现输出匹配事实，匹配规则的结论，以及结论对应的建议优化动作。
[0020]优选的，所述规则的形式为IF和THEN，规则的前提为不同组合的锅炉运行参数偏离基准值的事实集。
[0021]优选的，所述步骤S2中耗差计算模型的关于循环流化床锅炉的重要参数包括:排烟温度、锅炉氧量、给水温度、环境温度、入炉煤低位发热量、主蒸汽温度、再热温度、主蒸汽压力、飞灰含碳量、炉渣含碳量、空预器漏风量。
[0022]优选的，所述步骤S3参数基准值确定又包括下列步骤:
[0023]S31、选取6个以上典型负荷工况历史数据；
[0024]S32、计算不同运行参数下锅炉效率，选取各负荷工况下锅炉效率最低作为最优工况样本；
[0025]S33、排烟氧量、炉膛温度参数采用设计值进行变工况计算，获得其负荷-基准值关系式:yi = aiX2+biX+Ci，其中X为锅炉负荷值，y为运行参数基准值，参数apbyCi采用数学工具进行拟合获取上述负荷-基准值关系式。
[0026]优选的，所述步骤S4中锅炉实时运行数据通过电站SIS系统获取，取同负荷运行工况下以I分钟为周期的10组参数，剔除其中最大值以及最小值，取剩下8组参数的算术平均数作为有效实时运行数据。
[0027]优选的，所述步骤S6中对锅炉系统进行能耗分析计算，获取锅炉效率，以及排烟损失、机械未完全燃烧损失。
[0028]优选的，所述步骤S5中将实时运行数据与当前负荷下目标值进行对比后，输出对应的所有初始证据并计算其置信度。
[0029]优选的，所述步骤S5中专家系统启动后，推理机首先根据初始事实到规则库中进行规则匹配，并输出规则结论、导致结论的事实以及建议优化决策。
[0030]优选的，所述专家系统推理机根据初始证据及其执行度到规则库中进行规则匹配后，通过置信度传递算法获得节能诊断结论及其决策，其中置信度传递算法具体为:
[0031]设Ai为事实，Ci为其置信度，B为结论,b为结论的置信度，i = 1，2,…，n,系统中规则表示为:
[0032]IF Al (Cl) A2 (C2)...An (Cn)
[0033]THEN B(b)
[0034]如果有事实Al’(Cl’)、A2’(C2’)…An’(Cn’)，与规则的前提匹配，还必须满足以下条件才输出该规则结论:
[0035]Max{0，Cl-Cl，}+MaxlO,C2-C2，}+…+MaxlO,Cn-Cn，}〈=入，其中 λ 为专家给定的阈值；
[0036]输出的结论B的置信度b’由以下公式确定:
[0037]b’ = (1-Max{0，Cl-Cl，})*(l_Max{0，C2-C2，})*...*(l_Max{0，Cn_Cn，})，
[0038]事实匹配规则成功且结论置信度大于专家给定阈值时输出结论；通过耗差计算，获得各事实对机组供电热耗率影响值；输出所有结论按照其对对机组供电热耗率影响值大小排序。
[0039]本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
[0040]1、本发明基于循环流化床锅炉系统建立的专家系统模型，能够实现模拟人类专家能效分析思维，运用行业内专家经验知识对锅炉系统运行进行推理并指导优化运行；建立循环流化床锅炉重要参数耗差分析模型，能够实现锅炉系统实时运行参数耗差计算。
[0041]2、本发明提出的耗差分析的循环流化床锅炉优化运行方法，可实现锅炉系统重要参数的耗差计算，获得参数偏离基准值对各项损失以及锅炉效率的影响；采用专家系统的智能算法，获取特定负荷工况下的锅炉运行优化决策，提高锅炉效率；并进行优化前后锅炉系统各项损失以及锅炉效率计算对比，直观体现锅炉系统优化效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1是本发明中基于耗差分析的循环流化床锅炉系统优化运行方法技术路线图；
[0043]图2是本发明中专家系统节能诊断推理流程图。
【具体实施方式】
[0044]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0045]实施例一
[0046]本发明解决技术问题的技术方案包括以下步骤:
[0047]一、专家系统的创建
[0048]基础参数库:包括循环流化床各设备结构参数、设计运行参数以及铭牌参数等；
[0049]事实库:包括锅炉燃烧系统、烟风系统以及辅机系统可测量参数运行值与基准值对比偏闻或者偏低的事实；
[0050]规则库:包括锅炉系统基于不同运行事实而导致的锅炉效率降低的规则，即规则的形式为【IF()，THENO】，规则的前提为不同组合的锅炉系统参数偏离基准值的事实集；
[0051]推理机:基于正向推理策略进行推理；
[0052]解释模块:输出匹配【事实】，匹配规则的【结论】，以及结论对应的建议优化动作。
[0053]二、耗差计算模型建立
[0054]采用热力计算、等效焓降法以及变工况计算建立排烟温度、锅炉氧量、给水温度、环境温度、入炉煤低位发热量、主蒸汽温度、再热温度、主蒸汽压力、飞灰含碳量、炉渣含碳量、空预器漏风量等十一个循环流化床锅炉系统重要参数的耗差计算模型。
[0055]三、参数基准值确定
[0056]选取6个典型负荷工况历史数据，计算不同运行参数下锅炉效率，选取各负荷工况下锅炉效率最低作为最优工况样本；排烟氧量、炉膛温度等参数采用设计值进行变工况计算，获得其负荷-基准值关系式为％ = aiX2+biX+Ci(X为机组负荷值，y为运行参数基准值)，其他参数采用数学工具进行拟合获取上述负荷-基准值关系式。
[0057]四、实时有效数据获取
[0058]有效实时运行数据从电站SIS系统(火电厂厂级监控信息系统SupervisoryInformat1n System,简称SIS)获取；取同负荷运行工况下Imin为周期10组参数,剔除最大值以及最小值，取8组参数的算术平均数作为有效实时运行数据。
[0059]五、能效分析
[0060]对锅炉系统进行能耗分析计算，获得锅炉系统各损失分布以及锅炉效率值；对锅炉系统进行能耗分析计算，计算可获取结果包括锅炉效率、排烟损失、机械未完全燃烧损失。
[0061]/、、启动专豕系统
[0062]实时有效数据与基准值进行对比，输出差值启动专家系统进行推理，根据初始事实到规则库中进行规则匹配，并输出规则【结论】(即节能诊断结论)、导致结论的【事实】以及【建议优化动作】(建议优化决策)。
[0063]七、耗差计算
[0064]对输出事实对应的偏差参数进行耗差计算，获得各参数偏离基准值对锅炉效率的定量影响。
[0065]八、优化运行
[0066]根据专家系统推理结论以及耗差计算结果，给出优化运行动作建议以及参数调整应达值，并应用调整之后的参数进行能耗分析计算与当前参数能耗分析结果进行对比，确认可达到的优化效果。
[0067]实施例二
[0068]本实施例结合对某电厂两台循环流化床锅炉系统的能效优化对本发明作更详细的描述。
[0069]一、专家系统知识库的建立
[0070]该循环流化床锅炉优化运行系统是基于专家系统的典型循环流化床发电厂厂级优化系统。专家系统知识库的建立包括:
[0071]I)设备参数库的建立
[0072]设备参数库包括该电厂锅炉系统主要设备及其辅机的结构以及设计参数；包括机组大修之后2013年10月?2014年3月运行历史数据，从SIS系统导入。
[0073]2)事实库的建立
[0074]该事实库包含锅炉系统进行专家推理时需要和产生的所有事实；
[0075]
【权利要求】
1.一种基于耗差分析的循环流化床锅炉优化运行方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、创建专家系统，包括循环流化床锅炉的基础参数库、推理机、事实库、规则库以及解释模块； 52、建立循环流化床锅炉特定参数耗差计算模型； 53、参数基准值确定，通过获取循环流化床锅炉历史运行数据，采用数据挖掘方法，确定特定工作情况下参数基准值； 54、获取锅炉实时运行数据，并进行预处理； 55、实时运行数据与当前负荷下目标值进行对比，按照规则输出事实，启动专家系统进行推理，并输出能耗诊断结论； 56、对输出结论对应的参数进行耗差计算，获取参数变量对锅炉效率的影响值； 57、根据专家系统推理结论以及耗差计算结果，给出优化运行动作建议以及参数调整应达值，并应用调整之后的参数进行能耗分析计算与当前参数能耗分析结果进行对比，确认可达到的优化效果。
2.根据权利要求1所述的一种基于耗差分析的循环流化床锅炉优化运行方法，其特征在于: 所述步骤Si中的基础参数库包括循环流化床各设备结构参数、设计运行参数以及铭牌参数； 所述步骤Si中的事实库包括锅炉燃烧系统、烟风系统以及辅机系统可测量参数运行值与基准值对比偏高或者偏低的事实； 所述步骤SI中的规则库:包括锅炉各系统基于不同运行事实而导致的运行能效降低的规则； 所述步骤Si中的推理机，用于基于正向推理策略进行推理； 所述步骤Si中的解释模块，用于实现输出匹配事实，匹配规则的结论，以及结论对应的建议优化动作。
3.根据权利要求2所述的一种基于耗差分析的循环流化床锅炉优化运行方法，其特征在于: 所述规则的形式为IF和THEN，规则的前提为不同组合的锅炉运行参数偏离基准值的事实集。
4.根据权利要求1所述的一种基于耗差分析的循环流化床锅炉优化运行方法，其特征在于， 所述步骤S2中耗差计算模型的关于循环流化床锅炉的重要参数包括:排烟温度、锅炉氧量、给水温度、环境温度、入炉煤低位发热量、主蒸汽温度、再热温度、主蒸汽压力、飞灰含碳量、炉渣含碳量、空预器漏风量。
5.根据权利要求1所述的一种基于耗差分析的循环流化床锅炉优化运行方法，其特征在于，所述步骤S3参数基准值确定又包括下列步骤: 531、选取6个以上典型负荷工况历史数据； 532、计算不同运行参数下锅炉效率，选取各负荷工况下锅炉效率最低作为最优工况样本； 533、排烟氧量、炉膛温度参数采用设计值进行变工况计算，获得其负荷-基准值关系式:yi = aiX2+biX+Ci，其中X为锅炉负荷值，y为运行参数基准值，参数apbyCi采用数学工具进行拟合获取上述负荷-基准值关系式。
6.根据权利要求1所述的一种基于耗差分析的循环流化床锅炉优化运行方法，其特征在于: 所述步骤S4中锅炉实时运行数据通过电站SIS系统获取，取同负荷运行工况下以I分钟为周期的10组参数，剔除其中最大值以及最小值，取剩下8组参数的算术平均数作为有效实时运行数据。
7.根据权利要求1所述的一种基于耗差分析的循环流化床锅炉优化运行方法，其特征在于: 所述步骤S6中对锅炉系统进行能耗分析计算，获取锅炉效率，以及排烟损失、机械未完全燃烧损失。
8.根据权利要求1所述的一种基于耗差分析的循环流化床锅炉优化运行方法，其特征在于: 所述步骤S5中将实时运行数据与当前负荷下目标值进行对比后，输出对应的所有初始证据并计算其置信度。
9.根据权利要求1所述的一种基于耗差分析的循环流化床锅炉优化运行方法，其特征在于: 所述步骤S5中专家系统启动后，推理机首先根据初始事实到规则库中进行规则匹配，并输出规则结论、导致结论的事实以及建议优化决策。
10.根据权利要求9所述的一种基于耗差分析的循环流化床锅炉优化运行方法，其特征在于， 所述专家系统推理机根据初始证据及其执行度到规则库中进行规则匹配后，通过置信度传递算法获得节能诊断结论及其决策，其中置信度传递算法具体为: 设Ai为事实，Ci为其置信度，B为结论,b为结论的置信度，i = I, 2,…，η,系统中规则表示为:
IF A1(C1)A2 (C2)—An (Cn)
THEN B(b) 如果有事实Al’(C1’)、A2’(C2’)…An’(Cn’)，与规则的前提匹配，还必须满足以下条件才输出该规则结论: Max{0，C1-C1，}+MaxlO，C2-C2，}+…+MaxlO，Cn-Cn，}〈=入，其中 λ 为专家给定的阈值； 输出的结论B的置信度b’由以下公式确定:
b，= (1-Max{0，Cl-Cl，})*(1-Max{0，C2-C2，})*...*(1-Max{0，Cn_Cn，})， 事实匹配规则成功且结论置信度大于专家给定阈值时输出结论；通过耗差计算，获得各事实对机组供电热耗率影响值；输出所有结论按照其对对机组供电热耗率影响值大小排序。
【文档编号】G05B13/04GK104199290SQ201410390756
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】马晓茜, 李双双, 余昭胜, 林有胜 申请人:华南理工大学