CN101852728B - 一种在线煤质辨识装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在线煤质辨识装置及方法，所述装置由全光谱光电探头、现场控制箱、数据采集与处理单元、主控机柜等组成，其中，主控机柜通过控制电缆连接现场控制箱，并用专用连接线连接全光谱光电探头，探头安装在与现场火检探头等同的位置上，全光谱光电传感器设置在全光谱光电探头内，火焰特征转化成光电信号，进入采集装置，通过放大滤波后送到光谱分析及建模软件单元，通过神经网络自适应处理过程，得出煤质特性。整套装置安装简便、对外部环境特别是装置安全没有影响。该装置通过入炉煤质自学习，不断丰富煤质数据，实现煤质的准确在线检测。

Description

一种在线煤质辨识装置及方法

技术领域

本发明属于能源领域，涉及一种在线煤质辨识装置及方法。

背景技术

判断锅炉燃烧稳定状态，分析燃烧不稳定的原因，从而指导运行人员进行正确的操作，是很多火电厂所面临的一个非常重要也是迫切需要解决的问题。针对这一问题，需要对锅炉燃烧稳定性进行一些更深入的研究，对锅炉燃烧状况做出及时准确的判断，以便提高机组运行的安全性和稳定性，使锅炉稳定地燃烧，减少炉膛灭火和投油的次数，从而提高整个机组运行的经济效益。

入炉煤质在线检测已成为节能管理及燃烧优化调整的关键因素。传统的基于化学分析的煤质检测方法由于具有检测结果准确度较高、使用简单的特点，在火力发电厂普遍采用。但这种方法几小时才能完成一次检测，不能及时反映煤质变化情况，难以满足实时性能计算及优化的要求。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种在线煤质辨识装置及方法，该装置通过入炉煤质特征的自学习，不断丰富煤质数据库数据，实现煤质的准确在线检测。

为了实现上述目的，本发明采用以下装置：一种在线煤质辨识装置，由电线、机柜、控制电缆、现场控制箱、专用连接线和全光谱光电探头组成，其中电线连接机柜，给整个装置供电，机柜通过控制电缆连接现场控制箱，现场控制箱通过专用连接线引出全光谱光电探头，通过全光谱光电探头采集火焰信号。将信号通过现场控制箱进行初步的处理，再通过控制电缆送入机柜，最后送入上位机。

为了实现上述目的，本发明采用以下方法：

步骤1：通过全光谱光电探头采集火焰辐射信号；

步骤2：光信号通过传感器转换为电信号，并对信号进行滤波、放大等处理；

步骤3：滤波放大后的电信号进入采集装置，送到上位机的光谱分析及建模软件单元；

步骤4：光谱分析及建模软件单元通过神经网络自适应处理过程，得出煤质特性。

进一步地，所述步骤2是基于计算机技术和控制技术的智能化技术，对火焰特征数据进行实时采集、放大、传送、分析和处理，实时监测现场火焰得到燃煤信息，将相应的数据送给控制系统及运值人员，为安全生产、优化燃烧提供准确信息。

进一步地，步骤3中所述的光谱分析采用全光谱光电火焰检测技术，全光谱光电火焰检测装置具有光电扫描、全光谱特征测量、痕迹跟踪的先进功能。

进一步地，步骤3中所述建模软件单元采用实时-高效-自适应的神经网络模型，该模型从煤的燃烧机理入手，开发出火焰特征与煤质模型，通过建模、多维数据分析、数据库管理等方式进行入炉煤质的辨识。

进一步地，光谱分析及建模软件单元通过神经网络自学习自适应过程，得出煤质特性。

所述光谱分析及建模软件单元的系统工作流程为登录界面和装置主界面，其中主界面的功能区域分为绘图区、功能键和控制键三大部分：

一、主界面中间黑色背景的区域为绘图区，绘图区是用来实时的显示装置采集到的火焰辐射信号。绘图区的左上角两个标签分别是用来显示不同探头的火焰辐射信号情况，可用鼠标单击标签来更换监测的探头情况。

二、主界面右侧六个按钮上面三个是功能键部分，分别为数据采集及提取键、   网络训练键、煤质辨识键：

1、数据采集及提取键是用来进行火焰辐射信号原始数据的采集和火焰辐射特征的数据提取过程；

2、网络训练键是用来将已得到的火焰辐射特征数据进行网络训练和学习，从而建立起特征模型；

3、煤质辨识键是用来将采集到的火焰特征数据进行辨识，从而得出现在正在燃烧煤质的热值等信息。

三、主界面右侧六个按钮下面三个是控制键部分，分别为设置键、开始键和退出键：

1、设置键是用来对装置进行一些基本设置的按键，包括查看历史记录、添加用户、删除用户、探头设置和离线辨识；

2、开始键是用来启动装置的按键，用来启动整个装置包括装置的硬件和软件部分；

3、退出键是用来退出装置的按键；

在线煤质辨识系统装置操作说明：

开始和停止，在单击“开始键”后，就启动了整个装置包括装置的硬件和软件部分，使装置开始正常工作。此时，主界面绘图区域会实时的显示探头所采集到的火焰信号经过装置处理后的信号，此信号为原始的火焰辐射信号经过后期处理后的得到的，它们直接反应了正在燃烧的煤粉的火焰辐射的情况。

在单击完“开始键”后，“退出键”失效，此时不允许退出程序。同时“开始键”会变成“停止键”，此时单击“停止键”装置会恢复主界面原始状态，并且整个装置停止工作。

数据采集及提取：显示的界面是用鼠标单击了“数据采集及提取键”后弹出的对话框，需要注意的是在单击“数据采集及提取键”以前需要先单击“开始键”，然后才可以单击“数据采集及提取键”，如果没有单击“开始键”，装置会提示您先单击“开始键”。在单击“数据采集及提取键”后分别设置探头对应煤的热值后单击确定开始采集数据。

网络训练：此按键的目的是在采集了足够多的煤质数据和信息以后，将煤质特征数据进行训练，即让装置经过学习后“认识”已经采集到的煤质，并将学习的结果“记住”，从而在以后的煤质辨识工作中就能“认出”已经学习过的煤质信息，从而到达煤质辨识的最终目的。

当训练工作完成后会弹出对话框，提示网络训练工作已经完成。单击确定后可以继续进行其他操作。煤质辨识：此功能是在完成网络训练功能后才能够进行的功能，并且也是装置长时间运行所显示的界面。在单击“煤质辨识键”之前需要先单击“开始键”激活装置，否则装置会给出提示。煤质辨识功能就是将新采集的火焰辐射信号和经过网络训练后装置已经“认识并且记住”的煤质信息进行“比较分析”，从而得出正在燃烧煤的相应信息。

设置：有查看历史记录、添加用户、删除用户、探头设置、离线辨识等五项功能。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过入炉煤质自学习，不断丰富煤质数据，实现煤质的准确在线检测。辨识后的煤质数据以秒级的速度进行快速检验，并将检验数据实时输送给控制装置（DCS）,作为主要生产指标运算依据，成为火力发电厂重要的前馈信号，为磨煤机控制精度、多工况下给煤量、燃烧配风、减温水投放、燃烧优化等提供最有效地数值。

附图说明

图1为本发明所述一种在线煤质辨识装置的工作流程图；

图2为本发明所述一种在线煤质辨识装置的火焰特征提取示意图；

图3为本发明所述一种在线煤质辨识装置的火焰特征分析示意图；

图4为发明所述一种在线煤质辨识装置的结构示意图；

其中，1-电线、2-机柜、3-控制电缆、4-现场控制箱、5-专用连接线、6-全光谱光电探头、7-锅炉。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

实施例1：参见图4，一种在线煤质辨识装置由电线1、机柜2、控制电缆3、现场控制箱4、专用连接线5和全光谱光电探头6组成，其中电线1连接机柜2，给整个装置供电，机柜2通过控制电缆3连接现场控制箱4，现场控制箱4通过专用连接线5引出全光谱光电探头6，通过全光谱光电探头6到锅炉7中采集火焰。

进一步地，主控机柜内设全光谱光电传感器、数据采集与处理单元，其中，火焰特征转化成光电信号，进入采集装置，通过放大过滤后送到光谱分析及建模软件单元，通过神经网络自学习自适应过程，得出煤质特性。

为实现本发明的目的，本发明采用以下方法，参见图1所示：

步骤1：通过全光谱光电探头采集火焰辐射信号S1-S2；

步骤2：光信号通过传感器转换为电信号，并对信号进行滤波、放大等处理S3；

步骤3：滤波放大后的电信号进入采集装置，送到上位机的光谱分析及建模软件单元S4；

步骤4：光谱分析及建模软件单元通过神经网络自适应处理过程，得出煤质特性S5-S6。

进一步地，所述步骤2是基于计算机技术和控制技术的智能化技术，对火焰S7特征数据进行实时采集、放大、传送、分析和处理S8，实时监测现场火焰得到燃煤信息，将相应的数据送给控制系统及运值人员，为安全生产、优化燃烧提供准确火焰信号S9，参见图2所示。

进一步地，所述步骤3中光谱分析及建模软件单元S4采用全光谱光电火焰检测技术及实时-高效-自适应的神经网络模型，参见图3所示，其中：

全光谱光电火焰检测技术

全光谱光电火焰检测装置具有光电扫描、全光谱特征测量、痕迹跟踪的先进功能。可用于识别燃煤煤质、监测火焰稳定性和燃烧工况等。

实时-高效-自适应的神经网络模型

从煤的燃烧机理入手，开发出火焰特征与煤质模型，通过建模、多维数据分析、数据库管理等方式进行入炉煤质的辨识。

在线煤质辨识系统装置功能介绍：

所述系统包括登录界面和装置主界面，其中主界面的功能区域分为绘图区、功能键和控制键三大部分：

一、主界面中间黑色背景的区域为绘图区，绘图区是用来实时的显示装置采集到的火焰辐射信号。绘图区的左上角两个标签分别是用来显示不同探头的火焰辐射信号情况，可用鼠标单击标签来更换监测的探头情况。

二、主界面右侧六个按钮上面三个是功能键部分，分别为数据采集及提取键、网络训练键、煤质辨识键：

1、数据采集及提取键是用来进行火焰辐射信号原始数据的采集和火焰辐射特征的数据提取过程；

2、网络训练键是用来将已得到的火焰辐射特征数据进行网络训练和学习，从而建立起特征模型；

3、煤质辨识键是用来将采集到的火焰特征数据进行辨识，从而得出现在正在燃烧煤质的热值等信息。

三、主界面右侧六个按钮下面三个是控制键部分，分别为设置键、开始键和退出键：

1、设置键是用来对装置进行一些基本设置的按键，包括查看历史记录、添加用户、删除用户、探头设置和离线辨识；

2、开始键是用来启动装置的按键，用来启动整个装置包括装置的硬件和软件部分；

3、退出键是用来退出装置的按键。

在线煤质辨识系统装置操作说明：

开始和停止，在单击“开始键”后，就启动了整个装置包括装置的硬件和软件部分，使装置开始正常工作。此时，主界面绘图区域会实时的显示探头所采集到的火焰信号经过装置处理后的信号，此信号为原始的火焰辐射信号经过后期处理后的得到的，它们直接反应了正在燃烧的煤粉的火焰辐射的情况。

在单击完“开始键”后，“退出键”失效，此时不允许退出程序。同时“开始键”会变成“停止键”，此时单击“停止键”装置会恢复主界面原始状态，并且整个装置停止工作。

数据采集及提取：显示的界面是用鼠标单击了“数据采集及提取键”后弹出的对话框，需要注意的是在单击“数据采集及提取键”以前需要先单击“开始键”，然后才可以单击“数据采集及提取键”，如果没有单击“开始键”，装置会提示您先单击“开始键”。在单击“数据采集及提取键”后分别设置探头对应煤的热值后单击确定开始采集数据。

网络训练：此按键的目的是在采集了足够多的煤质数据和信息以后，将煤质特征数据进行训练，即让装置经过学习后“认识”已经采集到的煤质，并将学习的结果“记住”，从而在以后的煤质辨识工作中就能“认出”已经学习过的煤质信息，从而到达煤质辨识的最终目的。

当训练工作完成后会弹出图对话框，提示网络训练工作已经完成。单击确定后可以继续进行其他操作。煤质辨识：此功能是在完成网络训练功能后才能够进行的功能，并且也是装置长时间运行所显示的界面。在单击“煤质辨识键”之前需要先单击“开始键”激活装置，否则装置会给出提示。煤质辨识功能就是将新采集的火焰辐射信号和经过网络训练后装置已经“认识并且记住”的煤质信息进行“比较分析”，从而得出正在燃烧煤的相应信息。

设置：有查看历史记录、添加用户、删除用户、探头设置、离线辨识等五项功能。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。 

Claims (1)

1.一种在线煤质辨识方法，步骤一，采用全光谱光电探头采集火焰辐射信号；步骤二，光信号通过传感器转换为电信号，并对该电信号进行滤波、放大处理；步骤三，通过数据采集装置将滤波放大后的电信号采集到上位机，并送到上位机的光谱分析及建模软件单元；其特征在于：步骤四，所述光谱分析及建模软件单元采用实时-高效-自适应的神经网络模型，从煤的燃烧机理入手，利用火焰特征与煤质模型，通过建模、多维数据分析、数据库管理方式进行入炉煤煤质的辨识，所述光谱分析及建模软件单元通过神经网络自适应地处理火焰辐射信号，得出入炉煤煤质特性，所述光谱分析及建模软件单元的系统工作主界面包括数据采集及提取键、网络训练键、煤质辨识键，所述数据采集及提取键是用来实时采集火焰辐射信号原始数据和在线提取火焰辐射特征数据；所述网络训练键是用来将已得到的火焰辐射特征数据送入神经网络并进行神经网络的训练和学习，从而建立起特征模型；所述煤质辨识键是用来对采集到的火焰特征数据进行辨识，从而得出当前燃煤煤质的热值信息。

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