CN102226772B - 电厂锅炉飞灰含碳量测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种电厂锅炉飞灰含碳量测量装置，它克服了现有单一微波测量飞灰含碳量时存在的易受煤质变化、飞灰成分改变的影响等缺点，包括烟道工作状态单元、计算机控制的飞灰含碳量分析单元和报警显示单元，其技术要点是：烟道工作状态单元与锅炉工作状态单元分别通过第一、二数据总线和数据输入单元连接计算机控制的飞灰含碳量分析单元，实现烟道和锅炉中的多信号采集和融合处理，完成采用微波与基于RBF网络相结合的飞灰含碳量测量。其与同类产品相比，不仅结构设计合理，测量速度快，而且大大提高了实时监测飞灰含碳量测量精度，保证了飞灰含碳量测量的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种飞灰含碳量测量装置，特别是一种采用微波与基于RBF（Radical Basis Function，径向基函数）网络相结合的电厂锅炉飞灰含碳量测量装置，也适用于实时监测其它相关场所中的飞灰含碳量。
背景技术
众所周知，电站锅炉的热效率反映了锅炉热损失的大小，是评价锅炉经济运行的重要指标。而影响电站锅炉热效率的主要损失之一是固体未完全燃烧损失，固体未完全燃烧损失的计算主要依赖于飞灰含碳量的大小，要想实现锅炉的燃烧优化，必须首先实现飞灰含碳量的在线测量。据相关文献报导，现有电站锅炉飞灰含碳量的在线测量方法主要有以下常见几种：在线称重法、光学反射法、放射线法、红外测量法和微波吸收法等。其中在线称重法因其采用高温煅烧、称重等过程，故存在测量时间滞后，实时性稍差；光学反射法和红外测量法会因煤种、灰成分的变化对测量精度影响很大。微波吸收法是基于飞灰中的碳对特定波长的微波有所吸而提出的，该方法是目前测量速度较快、商业化程度较高的一种测量方法，现场测量时大都采用在锅炉水平烟道上安装飞灰取样器或微波探头来实现，这是应用比较常见的安装方式，如中国专利CN200810243561.9的名称为“烟道飞灰含碳量监测装置”，所涉及的正是这样一种通过检测微波在烟道中传输损耗的大小来确定飞灰含碳量的设备。但是这种方法因只在烟道中设置由微波发射装置和微波接收检测装置组成的烟道工作状态单元，采用单一微波测量飞灰含碳量，故存在以下问题：需要用已知成分的飞灰做标定，一旦煤质变化，飞灰成分改变，进而使电磁波损耗量不同，因此所产生的非特征吸收会影响测定数据的可靠性，导致测量精度大幅度降低、甚至不能正常使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种电厂锅炉飞灰含碳量测量装置，它克服了现有单一微波测量飞灰含碳量时存在的易受煤质变化、飞灰成分改变的影响等缺点，其与同类产品相比，不仅结构设计合理，测量速度快，而且大大提高了实时监测飞灰含碳量测量精度，保证了飞灰含碳量测量的准确性。
本发明所采用的技术方案是：该电厂锅炉飞灰含碳量测量装置包括烟道工作状态单元、计算机控制的飞灰含碳量分析单元和报警显示单元，其技术要点是：所述烟道工作状态单元由炉膛出口烟气含氧量传感器、微波信号源、微波发射端、微波接收端和微波功率检测器构成；由锅炉负荷传感器、一次风压传感器、二次风压传感器、燃烧器煤粉流量传感器、煤粉细度传感器和煤粉工业成分传感器组成锅炉工作状态单元，所述锅炉工作状态单元与所述烟道工作状态单元分别通过第一、二数据总线和数据输入单元连接至所述计算机控制的飞灰含碳量分析单元，由所述报警显示单元对所述计算机控制的飞灰含碳量分析单元的计算分析结果实时显示飞灰含碳量、查找历史纪录、飞灰含碳量超限报警提示；所述数据输入单元由通用数据采集卡构成；所述计算机控制的飞灰含碳量分析单元包括RBF网络输入模块、RBF网络工作节点模块、RBF网络休眠节点模块、RBF网络输出模块、RBF网络判据模块和RBF网络修正模块；所述数据输入单元连接至所述计算机控制的飞灰含碳量分析单元中的所述RBF网络输入模块；所述RBF网络输入模块和所述RBF网络工作节点模块相连接；所述RBF网络工作节点模块连接至所述RBF网络输出模块；所述RBF网络输出模块和所述RBF判据模块以及报警显示单元相互连接；所述RBF判据模块和所述RBF网络修正模块相互连接；所述RBF网络修正模块、所述RBF网络工作节点模块和所述RBF网络休眠节点模块相互连接。
本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明的锅炉工作状态单元与烟道工作状态单元分别通过第一、二数据总线和数据输入单元连接计算机控制的飞灰含碳量分析单元，所以很容易实现烟道和锅炉中的多信号采集和融合处理，完成采用微波与基于RBF网络相结合的飞灰含碳量测量。该测量装置基于微波测量烟道飞灰含碳量和RBF网络技术，可将穿过烟道后微波衰减量的大小、煤粉细度、煤粉工业成分（低位发热量、收到基挥发分、收到基灰分和收到基水分）、锅炉负荷、炉膛出口烟气含氧量、一次风压、二次风压和燃烧器的煤粉流量等多种参数相融合，其与同类产品相比，不仅结构设计合理，测量速度快，而且大大提高了实时监测飞灰含碳量的测量精度。同时，因计算机控制的飞灰含碳量分析单元具有基于RBF网络的计算飞灰含碳量和在线修正功能，故在特殊工况下，其RBF网络判据模块分析出飞灰含碳量分析单元融合精度降低到一定值时，将启动RBF网络修正模块，把RBF网络休眠节点转化为RBF网络工作节点后，把当前输入的多参数样本作为它的中心，在线快速地构建新的融合模式，使飞灰含碳量分析单元适用于电厂锅炉任何工况的飞灰含碳量测量，由此有效地避免了现有单一微波测量飞灰含碳量时存在的易受煤种变化、飞灰成分变化的影响等问题，进一步保证了在线测量的精度。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步描述。
图1是本发明的一种结构示意图。
图2是图1中的一种烟道工作状态单元结构示意图。
图3是图1中的一种锅炉工作状态单元结构示意图。
图中序号说明：1烟道工作状态单元、2锅炉工作状态单元、3 第一数据总线、4 数据输入单元、5 计算机控制的飞灰含碳量分析单元、6报警显示单元、7 第二数据总线、1-1 炉膛出口烟气含氧量传感器、1-2 微波信号源、1-3 微波发射端、1-4烟道、1-5 微波接收端、1-6 微波功率检测器、2-1 锅炉负荷传感器、2-2 一次风压传感器、2-3 二次风压传感器、2-4 燃烧器煤粉流量传感器、2-5 煤粉细度传感器、2-6 煤粉工业成分传感器、5-1 RBF网络输入模块、5-2 RBF网络工作节点模块、5-3 RBF网络休眠节点模块、5-4 RBF网络输出模块、5-5 RBF网络判据模块、5-6 RBF网络修正模块。
具体实施方式
根据图1～3详细说明本发明的具体结构和工作过程。该电厂锅炉飞灰含碳量测量装置包括以下部分：烟道工作状态单元1，锅炉工作状态单元2，第一、二数据总线3、7,数据输入单元4，计算机控制的飞灰含碳量分析单元5和报警显示单元6等部件。其中：
安装在电厂锅炉烟道上的用于采集炉膛出口烟气含氧量和微波功率的烟道工作状态单元1，包括炉膛出口烟气含氧量传感器1-1、微波信号源1-2、微波发射端1-3、微波接收端1-5、微波功率检测器1-6等部件。
安装在电厂锅炉上的采集锅炉负荷、一次风压、二次风压、燃烧器煤粉流量、煤粉细度、煤粉工业成分（收到基低位发热量、空气干燥基挥发分、空气干燥基灰分和空气干燥基水分）等数据的锅炉工作状态单元2，包括锅炉负荷传感器2-1、一次风压传感器2-2、二次风压传感器2-3、燃烧器煤粉流量传感器2-4、煤粉细度传感器2-5、煤粉工业成分传感器2-6等部件。
具有汇总烟道工作状态单元1和锅炉工作状态单元2采集的数据，进行数据滤波、转换功能的数据输入单元4，由通用数据采集卡，如PCI-1757UP或PCI-1755等构成。通过第一、二数据总线3、7和数据输入单元4，将采集的数据传输到计算机控制的飞灰含碳量分析单元5，进行多参数融合计算和判别分析。
具有基于RBF网络的计算飞灰含碳量和在线修正功能的计算机控制的飞灰含碳量分析单元5，包括RBF网络输入模块5-1、RBF网络工作节点模块5-2、RBF网络休眠节点模块5-3、RBF网络输出模块5-4、RBF网络判据模块5-5、RBF网络修正模块5-6。其中RBF网络输入模块5-1、RBF网络工作节点模块5-2和RBF网络输出模块5-3共同完成多参数融合，获得飞灰含碳量值；RBF网络休眠节点模块5-3具有向RBF网络工作节点模块5-2提供工作节点的功能；RBF网络判据模块5-5具有飞灰含碳量测量精度判别和是否启动RBF网络修正模块5-6的功能；RBF网络修正模块5-6具有将RBF网络休眠节点模块5-3中的节点加入RBF网络工作节点模块5-2中并将当前输入参数作为它的中心，构建新的融合模式的功能。该计算机控制的飞灰含碳量分析单元5将输入的多参数融合计算和判别分析结果，传输到报警显示单元6进行提示。
报警显示单元6具有实时显示飞灰含碳量、查找历史纪录、飞灰含碳量超限报警提示等功能，采用通常的控制电路，由监控室中的计算机完成。
烟道工作状态单元1、锅炉工作状态单元2分别通过第二数据总线7、第一数据总线3和数据输入单元4连接计算机控制的飞灰含碳量分析单元5。其中数据输入单元4连接至计算机控制的飞灰含碳量分析单元中的RBF网络输入模块5-1；RBF网络输入模块5-1和RBF网络工作节点模块5-2相连接；RBF网络工作节点模块5-2连接至RBF网络输出模块5-4；RBF网络输出模块5-4和RBF判据模块5-5以及报警显示单元6相互连接；RBF网络判据模块5-5和RBF网络修正模块5-6相互连接；RBF网络修正模块5-6、RBF网络工作节点模块5-2和RBF网络休眠节点模块5-3相互连接。
本发明的工作原理是：由于所测量的烟道飞灰含碳量的大小和穿过烟道后微波衰减量的大小、炉膛出口烟气含氧量、微波功率、锅炉负荷、一次风压、二次风压、燃烧器煤粉流量、煤粉细度以及煤粉工业成分（收到基低位发热量、空气干燥基挥发分、空气干燥基灰分和空气干燥基水分）等参数满足某种映射关系，而计算机控制的飞灰含碳量分析单元5正是依托于具有最佳逼近性能和全局最优特性的RBF网络进行多参数融合，并实时获得飞灰含碳量，然后通过报警显示单元6显示分析结果。由于基于RBF网络的计算机控制的飞灰含碳量分析单元5具有在线修正功能，特殊工况下，其RBF网络判据模块5-5分析出飞灰含碳量测量精度降低到一定值时，将启动RBF网络修正模块5-6，对计算机控制的飞灰含碳量分析单元5进行修正，使其适用于电厂锅炉任何工况的飞灰含碳量测量，保证了在线测量的精度。
本发明具体工作过程中的离线训练步骤如下：
一、采集炉膛出口烟气含氧量、微波功率、锅炉负荷、一次风压、二次风压、燃烧器煤粉流量、煤粉细度、煤粉工业成分（收到基低位发热量、空气干燥基挥发分、空气干燥基灰分和空气干燥基水分）以相应的飞灰含碳量等数据分别作为飞灰含碳量分析单元5的输入参数和期望输出结果；
二、将上述步骤输入的参数和期望输出结果经过归一化处理后存入数据库中，用于训练计算机控制的飞灰含碳量分析单元5；
三、计算机控制的飞灰含碳量分析单元5的节点中心由K均值聚类算法进行训练后给出；
四、对计算机控制的飞灰含碳量分析单元5进行训练，直至分析结果精度符合要求后装置完成离线训练，并投入到现场使用。
本发明具体工作过程中的在线监测步骤如下：
一、烟道工作状态单元1和锅炉工作状态单元2分别通过烟气含氧量传感器1-1、微波功率检测器1-6、锅炉负荷传感器2-1、一次风压传感器2-2、二次风压传感器2-3、燃烧器煤粉流量传感器2-4、煤粉细度传感器2-5和煤粉工业成分传感器2-6，完成炉膛出口烟气含氧量、微波功率、锅炉负荷、一次风压、二次风压、燃烧器煤粉流量、煤粉细度、煤粉工业成分(收到基低位发热量、空气干燥基挥发分、空气干燥基灰分和空气干燥基水分)等参数的监测；
二、将上述步骤监测的参数进行与离线训练步骤中相同的归一化过程后，通过数据输入单元4传输至计算机控制的飞灰含碳量分析单元5；
三、计算机控制的飞灰含碳量分析单元5经计算分析融合出飞灰含碳量，并通过报警显示单元6实现实时显示飞灰含碳量、查找历史纪录、飞灰含碳量超限报警的提示。
本发明具体工作过程中的在线修正步骤如下：
一、当锅炉飞灰含碳量融合误差达到一定值时，RBF网络判据模块5-5启动RBF网络修正模块5-6对计算机控制的飞灰含碳量分析单元5的权值和中心进行修正，否则计算机控制的飞灰含碳量分析单元5保持不变；
二、在线修正时，首先RBF网络修正模块5-6将RBF网络休眠节点模块5-3中的一个节点加入RBF网络工作节点模块5-2，并将当前输入样本作为它的中心；
三、然后使用所有已经训练过的样本和刚刚加入的新样本，再次修正计算机控制的飞灰含碳量分析单元5相关的权系数矩阵，以备下一次更精确地计算飞灰含碳量值；
四、上述权值的修正过程可以用伪逆的方法求解。
Claims (1)
1.一种电厂锅炉飞灰含碳量测量装置，包括由炉膛出口烟气含氧量传感器、微波信号源、微波发射端、微波接收端和微波功率检测器构成的烟道工作状态单元，由锅炉负荷传感器、一次风压传感器、二次风压传感器、燃烧器煤粉流量传感器、煤粉细度传感器和煤粉工业成分传感器组成锅炉工作状态单元，计算机控制RBF网络的飞灰含碳量分析单元和报警显示单元，其特征在于：所述锅炉工作状态单元与所述烟道工作状态单元分别通过第一、二数据总线和数据输入单元连接至所述计算机控制的飞灰含碳量分析单元，由所述报警显示单元对所述计算机控制的飞灰含碳量分析单元的计算分析结果实时显示飞灰含碳量、查找历史纪录、飞灰含碳量超限报警提示；所述数据输入单元由通用数据采集卡构成；所述计算机控制RBF网络的飞灰含碳量分析单元具有计算飞灰含碳量和在线修正功能，包括RBF网络输入模块、RBF网络工作节点模块、RBF网络休眠节点模块、RBF网络输出模块、RBF网络判据模块和RBF网络修正模块；所述数据输入单元连接至所述计算机控制的飞灰含碳量分析单元中的所述RBF网络输入模块，所述RBF网络输入模块和所述RBF网络工作节点模块相连接，所述RBF网络工作节点模块连接至所述RBF网络输出模块，共同完成多参数融合，获得飞灰含碳量值，RBF网络休眠节点模块具有向RBF网络工作节点模块提供工作节点的功能；RBF网络判据模块具有飞灰含碳量测量精度判别和是否启动RBF网络修正模块的功能；RBF网络修正模块具有将RBF网络休眠节点模块中的节点加入RBF网络工作节点模块中，并将当前输入参数作为它的中心，构建新的融合模式的功能，所述RBF网络输出模块和所述RBF判据模块以及报警显示单元相互连接；所述RBF判据模块和所述RBF网络修正模块相互连接；所述RBF网络修正模块、所述RBF网络工作节点模块和所述RBF网络休眠节点模块相互连接。
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