| 基于多信息融合的生物質燃燒機燃燒狀態評價 |
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價格：15000 元(人民幣) | 產地：河南鄭州 |
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鄭州達冠節能環保設備有限公司
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基于多信息融合的生物質燃燒機燃燒狀態評價 搞要：為對燃燒器的燃燒狀態進行合理評價，研究基于模糊原理的多源信息融合評價方法，并將其應用于對單個旋流燃燒器整體燃燒狀態的評價。通過融合燃燒器不同區域的燃燒狀態信息，獲得燃燒穩定性的綜合評價值，以直觀、地反映燃燒器的燃燒狀態。實驗數據表明，當調整燃燒器的運行工況時，綜合評價值能正確反映出燃燒器整體燃燒狀態的變化．證明了此方法用于實現多信息融合的燃燒器狀態評價的有效性，為燃燒器狀態的監測、建模和優化控制提供基礎。 0 引言 在鍋爐燃燒控制系統中，由于控制對象存在的純延遲、大滯后、分布參數等特點而給控制過程造成了困難。直接從燃燒的火焰中獲得燃燒信息是克服這一困難的途徑。通過分析全爐膛火焰信息，可判斷燃燒穩定性，并對氮氧化物排放、出口未燃燼碳率等信息進行預測[1-7]。通過分析單個燃燒器的火焰信息，可以對燃燒器是否有火進行判吲出10]。對于生物質燃燒機前后墻對沖布置的鍋爐，其燃燒器的燃燒狀態及調整相對獨立。為了實現單個燃燒器狀態的監測和優化控制，僅判斷其是否有火是不能滿足需要的，必須對其燃燒狀態進行綜合評價，進而對燃燒器進行優化調整。 單個生物質燃燒機不同燃燒區域的燃燒狀態可通過火焰檢測器（以下簡稱“火檢”）和火焰圖像采集裝置獲取的多個特任信息推斷得出；饳z信息可推斷出初始燃燒區燃燒的劇烈程度；圖像采集裝置獲取燃燒器完全燃燒區的火焰圖像，提取的特征參數可推斷出完全燃燒區的燃燒穩定性。不同區域的燃燒狀態都會影響并反映燃燒器的穩定性。燃燒器運行工況發生改變時，不同區域燃燒狀態的變化并不完全相同，因此單獨根據某個區域的燃燒狀態信息不足以表征燃燒器的燃燒穩定性，需要將不同區域的燃燒狀態信息綜合起來，才能評價燃燒器的燃燒穩定性。對此，本文研究了基于模糊原理的多源信息融合評價方法，通過融合不同區域的燃燒狀態信息，獲得燃燒器燃燒穩定性的綜合評價值，以直觀、地反映出燃燒器的整體燃燒狀態，為燃燒器狀態的監測、建模和優化控制提供基礎。 1 基于模糊原理的多源信息融合評價方法 多源信息融合的評價方法是將測量對象的各類特征信息進行融合，以獲得對測量對象整體評價的方法。它可以有效地綜合測量對象各個側面的信息，為控制決策提供可靠的依據[11-14]。于模糊原理的多源信息融合評價方法，假設測量對象有m個特征信息，特征信息的實測值為Cj(i=1，2，，m)。測量對象整體評價論域有胛個語言值巨(f_1，2…，，n)。確定每個特征信息對應各語言值的隸屬度函數，根據隸屬度函數可以計算每個特征信息實測值對應各語言值的隸屬度，這個過程稱為對各實測值的模糊化[15-16]。以測量對象整體評價論域包含3個語言值{不穩定，中等，穩定}為例進行說明，如圖1所示，確定某特征信息對應3個語言值的隸屬度函數后，即可計算出該特征信息實測值C，對應每個語言值的隸屬度[Ujl，,LLj2，,LLj3]，其中，,//j3=0。 采用同樣的方法計算每個特征信息的實測值對應各語言值的隸屬度。令Pjk表示第，個特征信息對應整體評價論域中第尼個語言值的隸屬度，其中戶1，2…，，m，k=l，2…，．n。從而每個特征信息對應整體評價論域中各語言值的隸屬度矩陣為 模糊綜合評價向量B的各分量描述了綜合評價結果對應整體評價論域中各語言值的隸屬度。通過解模糊，可將模糊綜合評價向量B轉化為一個確定的綜合評價值，這個過程如圖2所示[18]。在確定評價值x對應整體評價論域中各語言值最(f_1，2，…，咒1的隸屬度函數后，根據模糊綜合評價向量B中各語言值的對應分量，即綜合評價值對應各語言值的實際隸屬度，確定各語言值下的評價值模糊集。所有語言值下的評價值模糊集取并集后，形成綜合評價值模糊集。采用解模糊化方法，計算綜合評價值模糊集的所對應的評價值，該值即為測量對象的綜合評價值。 2生物質燃燒機狀態特征信息 2.1 實驗介紹 為獲得對單個生物質燃燒機實時燃燒狀態的評價，在廣西某電廠一臺300 MW機組的W型火焰燃煤鍋爐上進行實驗。該鍋爐采用濃縮型EI-XCL雙調風生物質燃燒機，前后墻對沖布置。燃燒器一次風為直流，二次風為旋轉射流。實驗中，通過調節燃燒器內、外二次風葉片角度、調風盤開度、二次風擋板開度來改變燃燒器的燃燒狀態，進而觀察表征燃燒器燃燒狀態的特征信息的相應變化。其中調整內、外二次風葉片角度可以改變二次風的旋流強度，調整調風盤開度可以改變內、外二次風比例，整二次風擋板開度可以改變二次風量，進而影響第2期張雪等：基于多信息融合的生物質燃燒機燃燒狀態評價燃燒器的燃燒狀態。 圖3為實驗裝置安裝的位置示意圖。通常認為煤粉氣流噴入爐膛后，依次經過未燃燒、初始燃燒、完全燃燒和燃燼4個階段；鹧鏅z測器安裝在燃燒器的噴口附近，檢測靠近噴口的初始燃燒區的火焰輻射能；鹧鎴D像采集裝置安裝在二次風箱底部，斜向上傾斜300，采集遠離噴口的完全燃燒區的火焰圖像。表征燃燒器燃燒狀態的特征信息來自于火檢信息和火焰圖像信息。 實驗獲得的火檢數據反映了初始燃燒區火焰輻射能的大小，其變化范圍在0～100，數據的采樣間隔為Is，計算時取1 min火檢數據的均值。各組調整實驗的數據分析表明，火檢均值可以表征初始燃燒區的燃燒劇烈程度，反映了二次風卷吸高溫煙氣的能力大小。初始燃燒區燃燒越劇烈，回流熱煙氣量越大，則火檢均值越大；反之，火檢均值就越小。 2.3火焰圖像信息 實驗使用的電荷耦合器件(charge coupleddevice，CCD)攝像機拍攝速度為25幘／s。火焰圖像經過預處理后形成灰度圖，從中提取特征參數。在Is內，火焰的脈動非常強烈。 單幀圖像提取的特征參數為特征區平均亮度值、特征區亮度值的標準差。提取的統計特征參數為特征區平均亮度值的1min統計均值、特征區亮度值標準差的1 min統計標準差。 單幀圖像特征區的平均亮度值反映了該區域燃燒的劇烈程度，其1 min的統計均值f以下簡稱“亮度均值’，）反映了1 min內燃燒劇烈程度的平均情況，燃燒越劇烈，亮度均值越大。 單幀圖像特征區的亮度標準差反映了特征區亮度的均勻性，也體現了特征區燃燒的均勻性。其1 min的統計標準差（以下簡稱“均勻性標準差”1，表征燃燒的均勻性隨時間的變化情況。均勻性標準差越小，表明該段時間內燃燒的均勻性隨時間波動很小，雖然每一時刻燃燒都是不均勻的，但其處于一種動態的穩定狀態；反之，則表明該段時間內燃燒的均勻性隨時間波動很大，燃燒處于不穩定狀態。 各組調整實驗的數據分析表明，火焰均勻性標準差反映了完全燃燒區燃燒的穩定性。完全燃燒區燃燒越穩定，火焰均勻性標準差越；反之，火焰均勻性標準差越大；鹧媪炼染捣从沉送耆紵齾^燃燒的劇烈程度。當燃燒穩定時，燃燒程度可能劇烈也可能不劇剽，相應地，火焰亮度均值可能較大也可能較小。當燃燒不穩定時，情況類似。但在燃燒劇烈時，燃燒狀態轉變為不穩定的可能性較小，因此燃燒劇烈對整體燃燒狀態有利，反之，則是不利的。所以在對燃燒狀態進行整體評價時，需將表征燃燒劇烈程度的火焰亮度均值作為特征信息之一。 根據以上分析，用于評價燃燒器燃燒狀態的特征信息是：火檢均值、火焰均勻性標準差、火焰亮度均值。火檢均值表征了初始燃燒區的燃燒狀態，火焰均勻性標準差和火焰亮度均值表征了完全燃燒區的燃燒狀態。對燃燒器的燃燒狀態進行整體評價時，需要融合初始燃燒區和完全燃燒區的特征信息。初始燃燒區燃燒得越劇烈，完全燃燒區燃燒得越穩定，燃燒器的整體燃燒狀態就越穩定。對燃燒器完全燃燒區的燃燒狀態進行評價時，需要融合火焰均勻性標準差和火焰亮度均值；鹧婢鶆蛐詷藴什钤叫，火焰亮度均值越大，完全燃燒區的狀態越穩定。 由于火焰具有很強的脈動，只有統計值才有意義，所以提取的特征參數均取1 min的參數統計值。本文時間間隔取為1 min，是在研究階段為了解不同工況下燃燒狀態與綜合評價值的關系而選取的。實際應用時，每6s對燃燒狀態進行一次判斷。本文中，相鄰2個數據點，分別取自相鄰1 min厥始數據的統計值，原始數據沒有交集。實際應用時，后一個數據點將包含前一個數據點最后54 s的原始數據信息，并增加接續6s的數據信息，在此基礎上計算特征參數的統計值。每6s對燃燒狀態進行一次判斷，就可以適應燃燒器火焰的快速變化，為燃燒器狀態的監測、建模和優化控制提供基礎。 3 基于模糊多信息融合的燃燒器狀態評價方法 3.1 特征信息對燃燒器狀態整體評價語言值的隸屬度函數 燃燒器狀態整體評價的語言論域為{不穩定，中等，穩定{。根據運行經驗可獲得各特征信息值與燃燒器狀態的關系，據此確定各特征信息對應燃燒器狀態整體評價語言值的隸屬度函數，如圖4所示。當燃燒器狀態不同時，使用上述隸屬度函數對各特征信息模糊化后，所得結果與實際情況相符。 3.2 特征信息的權重系數 根據各特征信息對燃燒器狀態整體評價的貢獻不同，確定火焰均勻性標準差、火檢均值、火焰亮度均值的權重系數為[0.5 0.3 0.2]。由于火焰燃燒過程大部分集中于完全燃燒區，因此這個區域燃燒 的穩定性對于燃燒器狀態整體評價的貢獻，賦予表征完全燃燒區穩定性的火焰均勻性標準差的權重系數。而相對次要的初始燃嬈區，表征其燃燒狀態的火檢均值被賦予較小的權重系數。另外，火焰亮度均值雖然并不嚴格與完全燃燒區的穩定性相對應，但卻能反映出完全燃燒區的燃燒狀況以及燃燒趨勢，進行燃燒器狀態的整體評價時，賦予火焰亮度均值最小的權重系數。通過比較不同的權重系數，上述權重系數計算得到的模糊綜合評價向量符合運行經驗對燃燒器實際燃燒狀態的判斷。 3.3評價值對燃燒器狀態整體評價語言值的隸屬度函數 為進行解模糊計算，建立評價值對應燃燒器狀態整體評價語言論域{不穩定，中等，穩定}中各語言值的隸屬度函數。隸屬度函數均采用三角形函數，形式如圖2中各語言值下的評價值隸屬度函數。評價值取值范圍為[0，1]，評價值越大，表明燃燒器狀態越穩定。據此確定各隸屬度函數的中心對應的評價值分別為0、0.5、1。 3.4 燃燒器狀態的整體評價 3.4.1 對二次風擋板開度調節實驗中的燃燒器狀態進行整體評價 實驗中僅對二次風擋板開度進行調節，其他調節量保持不變。圖5為實驗采集到的火焰均勻性標準差、火檢均值、火焰亮度均值數據曲線，數據均進行了歸一化處理。 賣驗的前半段二次風擋板開度減小，二次風量減少，后半段相反；鹧婢鶆蛐詷藴什钋表明后半段實驗完全燃燒區燃燒波動較小，火焰亮度均值曲線前后變化不大表明燃燒劇烈程度接近，后半段實驗完全燃燒區狀態更加穩定。火檢均值表明后半段實驗初始燃燒區燃燒更加劇烈。因此后半段實驗燃燒器的整體狀態更加穩定。 按照本文第1節介紹的方法，計算各時刻燃燒器狀態的綜合評價值，如圖6所示。后半段實驗中燃燒器穩定性的綜合評價值明顯增大，綜合評價值的變化與上述定性分析的結果一致。 3.4.2 對內二次風葉片角度調節實驗中的燃燒器狀態進行整體評價 實驗中僅對內二次風葉片角度進行調節，其他調節量保持不變。如圖7所示，為實驗采集到的火焰均勻性標準差、火檢均值、火焰亮度均值數據曲線，數據均進行了歸一化處理。 實驗中前半段二次風旋流強度增強，后半段相反。火焰均勻性標準差曲線表明后半段實驗完全燃燒區燃燒波動較小，火焰亮度均值表明后半段實驗完全燃燒區燃燒更加劇烈，所以后半段實驗完全燃燒區狀態更加穩定；饳z均值表明后半段實驗初始燃燒區燃燒較平緩。原因在于后半段實驗中，二次風旋流強度減弱，初始燃燒區卷吸高溫煙氣的能力下降，燃燒趨于平緩。但同時二次風的剛性增強，使得完全燃燒區煤粉與氧氣的混合更充分，燃燒更穩定。 通過分析特征信息，可以了解燃燒器的局部狀態，怛對燃燒器的整體狀態，無法獲得直觀的評價。綜合評價值顯示，后半段實驗燃燒器整體狀態更加穩定。綜合評價值融合了各特征信息，并考慮了各特征信息對整體評價的貢獻，直觀地反映了整體燃燒狀態。 4結論 基于模糊原理的多源信息融合評價方法，綜合了測量對象的各特征信息，并考慮了各特征信息對最終評價結果的貢獻差異，可以得到對測量對象更加直觀的評價結果。 利用火檢和火焰圖像等測量手段可以獲取旋流燃燒器不同區域的燃燒特征信息。應用基于模糊原理的多源信息融合評價方法，實現了對旋流燃燒器整體燃燒狀態的綜合評價。當生物質燃燒機的調節量發生變化引起燃燒器燃燒狀態變化時，綜合評價值能夠有效地反映出實際燃燒狀態的變化，為燃燒器狀態的監測、建模和優化控制提供了基礎。
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