基于最小二乘支持向量机的电站锅炉吸热面积灰监测研究

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1、262化工自动化及仪表第4l卷基于最小二乘支持向量机的电站锅炉吸热面积灰监测研究刘正峰王景成史元浩(上海交通大学自动化系系统控制与信息处理教育部重点实验室，上海200240)摘要基于最小二乘支持向量机和粒子群算法，实现了对电站锅炉低温过热器灰污状态的在线监测。首先，定义清洁系数表征锅炉受热面的灰污状况，利用电站数据采集系统采集到机组实际运行数据，采用最小二乘支持向量机建立锅炉低温过热器系统的清洁吸热量模型；其次，选取机组正常运行工况下的数据，采用该模型预测出受热面的清洁吸热量；再次，根据热力学平衡计算出受热面的实际吸热量和清洁系数，从而实现了对锅炉受热面积灰状况的在线监测。以某电站

2、300Mw机组锅炉实际生产数据进行仿真验证，结果表明：所提方法能够对锅炉主要对流受热面的灰污状况进行有效的监测，模型预测精度较高、鲁棒性较强。关键词电站锅炉低温受热面最小二乘支持向量机粒子群算法积灰监测中图分类号TH865文献标识码A文章编号1000．3932(2014)03田262旬5电站锅炉运行中，受热面的积灰结渣是不可避免的。灰污的热阻很大，导致锅炉受热面的吸热量减少，降低锅炉的热效率；严重的积灰会使锅炉运行变得不稳定，甚至造成安全事故。而我国电站燃煤往往呈现煤种多变、煤质差的状况，造成锅炉受热面更容易积灰结渣。对受热面进行吹灰是有效的解决办法，吹灰介质一般是空气或者蒸汽，目

3、前我国燃煤电站锅炉大多是进行定时定量吹扫操作。这样一方面会由于高温高压蒸汽的消耗而造成效率降低，另一方面也会因为不合理的吹扫而影响受热面的寿命。因此，对受热面的吹灰操作进行优化是亟待解决的问题之一，而其前提就是对受热面的积灰状况进行准确的监测。近年来，学者对燃煤电站锅炉受热面积灰监测做了许多工作。目前主要的方法有：理论机理模型¨1、热平衡法悼1和神经网络法"1。朱予东等根据热平衡原理，建立了热力计算模型旧一J。陆继东等利用神经网络方法建立了受热面清洁吸热量预测模型，计算出灰污特征参数，进而对积灰状况进行监测”·。徐啸虎等基于能量守恒和换热过程一般原理，建立了灰污染损失的计算模型⋯，

4、包括排烟温度偏差和传热量偏差两个子模型。建模和偏差分析过程均不涉及任何线性化的数学处理，模型可用于定量分析锅炉系统因灰污染引起的传热性能和效率变化，并确定最佳经济性吹灰时间。最小二乘支持向量机LSsVM是以二次损失函数为经验风险的支持向量机，它以等式约束代替不等式约束，将模型的训练转化为线性方程组的求解，简化了计算，缩短了训练时间，且训练结果更具确定性，适合对清洁吸热量的预测进行在线应用冲o。笔者基于最小二乘支持向量机和粒子群算法，以某300MW燃煤机组为研究对象，对电站锅炉热工数据处理分析后，建立锅炉低温过热器受热面清洁吸热量模型。基于所建立的模型，选取机组正常运行工况下的数据，

5、预测清洁吸热量，并计算实际吸热量，得到清洁系数，绘制出受热面的积灰曲线，从而实现对锅炉受热面积灰的在线监测。1燃煤电站锅炉对流受热面积灰监测方法1．1积灰特征参数选取传统的积灰特征参数一般选择灰污系数，这既涉及到工质侧参数，也需要烟气侧的参数，这在收藕日期：2014m1．27(修改稿)基金项目：国家自然科学基金资助项目(6i174059，61233004，60934007)；国家“973”计划项目(2叭3cB035406)；上海市经信委重大技术装备研制专项资助项目(zB．zBYz一0lIl2634)；上海市经信委引进技术与创新项目(12GA·31)第3期刘正峰等．基于最小二乘支持向

6、量机的电站锅炉吸热面积灰监测研究实际应用中有比较大的限制⋯，因此，笔者选取更方便的积灰特征参数。受热面积灰后，直接受到影响的是工质吸热量的减少，所以将对流受热面吸热量选为对比参数值，引入表征受热面积灰程度的特征参数——清洁系数K：趾器㈩式中Q。；——相同运行工况条件下，工质在受热面清洁状态下的吸热量，简称清洁吸热量；Q。；——对流受热面工质实际状态下的吸热量，简称实际吸热量。显然，清洁系数K介于0～1之间，当受热面清洁时，K趋近于1；随着受热面污染程度加重，K逐渐减小，趋近于0。1．2吸热量计算锅炉运行时对流受热面工质的实际吸热量Q。i可以用下面的公式求得：Q。j=D弘(^：一^。

7、)(2)式中D。：——工质流量，kg／s；^。——受热面人口工质焓，kJ／kg；危：——受热面出口工质焓，kJ／kg。出人口的工质焓值可以通过工质压力与温度计算得到。工质压力及进出口工质温度等工质侧参数在现有大型电站锅炉的数据采集系统(DAS)中一般都可准确获得。涉及到的饱和水蒸气和过热蒸汽的焓值计算，可以通过IAPws-IF97的水和水蒸气性质表查得旧1，也可以根据IAPWs．I眄7的水和水蒸气性质表的数据自行拟合。笔者通过基于IAPWS-IF97的水和水蒸气性质所