專利名稱：電廠鍋爐飛灰含碳量測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種飛灰含碳量測量裝置，特別是一種采用微波與基于RBF (Radical Basis Function，徑向基函數)網絡相結合的電廠鍋爐飛灰含碳量測量裝置，也適用于實時監測其它相關場所中的飛灰含碳量。
背景技術：
眾所周知，電站鍋爐的熱效率反映了鍋爐熱損失的大小，是評價鍋爐經濟運行的重要指標。而影響電站鍋爐熱效率的主要損失之一是固體未完全燃燒損失，固體未完全燃燒損失的計算主要依賴于飛灰含碳量的大小，要想實現鍋爐的燃燒優化，必須首先實現飛灰含碳量的在線測量。據相關文獻報導，現有電站鍋爐飛灰含碳量的在線測量方法主要有以下常見幾種在線稱重法、光學反射法、放射線法、紅外測量法和微波吸收法等。其中在線稱重法因其采用高溫煅燒、稱重等過程，故存在測量時間滯后，實時性稍差；光學反射法和紅外測量法會因煤種、灰成分的變化對測量精度影響很大。微波吸收法是基于飛灰中的碳對特定波長的微波有所吸而提出的，該方法是目前測量速度較快、商業化程度較高的一種測量方法，現場測量時大都采用在鍋爐水平煙道上安裝飛灰取樣器或微波探頭來實現，這是應用比較常見的安裝方式，如中國專利CN200810M3561. 9的名稱為“煙道飛灰含碳量監測裝置”，所涉及的正是這樣一種通過檢測微波在煙道中傳輸損耗的大小來確定飛灰含碳量的設備。但是這種方法因只在煙道中設置由微波發射裝置和微波接收檢測裝置組成的煙道工作狀態單元，采用單一微波測量飛灰含碳量，故存在以下問題需要用已知成分的飛灰做標定，一旦煤質變化，飛灰成分改變，進而使電磁波損耗量不同，因此所產生的非特征吸收會影響測定數據的可靠性，導致測量精度大幅度降低、甚至不能正常使用。

發明內容
本發明的目的是提供一種電廠鍋爐飛灰含碳量測量裝置，它克服了現有單一微波測量飛灰含碳量時存在的易受煤質變化、飛灰成分改變的影響等缺點，其與同類產品相比， 不僅結構設計合理，測量速度快，而且大大提高了實時監測飛灰含碳量測量精度，保證了飛灰含碳量測量的準確性。本發明所采用的技術方案是該電廠鍋爐飛灰含碳量測量裝置包括煙道工作狀態單元、計算機控制的飛灰含碳量分析單元和報警顯示單元，其技術要點是所述煙道工作狀態單元由爐膛出口煙氣含氧量傳感器、微波信號源、微波發射端、微波接收端和微波功率檢測器構成；由鍋爐負荷傳感器、一次風壓傳感器、二次風壓傳感器、燃燒器煤粉流量傳感器、 煤粉細度傳感器和煤粉工業成分傳感器組成鍋爐工作狀態單元，所述鍋爐工作狀態單元與所述煙道工作狀態單元分別通過第一、二數據總線和數據輸入單元連接至所述計算機控制的飛灰含碳量分析單元，由所述報警顯示單元對所述計算機控制的飛灰含碳量分析單元的計算分析結果實時顯示飛灰含碳量、查找歷史紀錄、飛灰含碳量超限報警提示；所述數據輸入單元由通用數據采集卡構成；所述計算機控制的飛灰含碳量分析單元包括RBF網絡輸入模塊、RBF網絡工作節點模塊、RBF網絡休眠節點模塊、RBF網絡輸出模塊、RBF網絡判據模塊和RBF網絡修正模塊；所述數據輸入單元連接至所述計算機控制的飛灰含碳量分析單元中的所述RBF網絡輸入模塊；所述RBF網絡輸入模塊和所述RBF網絡工作節點模塊相連接； 所述RBF網絡工作節點模塊連接至所述RBF網絡輸出模塊；所述RBF網絡輸出模塊和所述 RBF判據模塊以及報警顯示單元相互連接；所述RBF判據模塊和所述RBF網絡修正模塊相互連接；所述RBF網絡修正模塊、所述RBF網絡工作節點模塊和所述RBF網絡休眠節點模塊相互連接。本發明具有的優點及積極效果是由于本發明的鍋爐工作狀態單元與煙道工作狀態單元分別通過第一、二數據總線和數據輸入單元連接計算機控制的飛灰含碳量分析單元，所以很容易實現煙道和鍋爐中的多信號采集和融合處理，完成采用微波與基于RBF網絡相結合的飛灰含碳量測量。該測量裝置基于微波測量煙道飛灰含碳量和RBF網絡技術， 可將穿過煙道后微波衰減量的大小、煤粉細度、煤粉工業成分(低位發熱量、收到基揮發分、 收到基灰分和收到基水分)、鍋爐負荷、爐膛出口煙氣含氧量、一次風壓、二次風壓和燃燒器的煤粉流量等多種參數相融合，其與同類產品相比，不僅結構設計合理，測量速度快，而且大大提高了實時監測飛灰含碳量的測量精度。同時，因計算機控制的飛灰含碳量分析單元具有基于RBF網絡的計算飛灰含碳量和在線修正功能，故在特殊工況下，其RBF網絡判據模塊分析出飛灰含碳量分析單元融合精度降低到一定值時，將啟動RBF網絡修正模塊，把RBF 網絡休眠節點轉化為RBF網絡工作節點后，把當前輸入的多參數樣本作為它的中心，在線快速地構建新的融合模式，使飛灰含碳量分析單元適用于電廠鍋爐任何工況的飛灰含碳量測量，由此有效地避免了現有單一微波測量飛灰含碳量時存在的易受煤種變化、飛灰成分變化的影響等問題，進一步保證了在線測量的精度。
以下結合附圖對本發明作進一步描述。

圖1是本發明的一種結構示意圖。圖2是圖1中的一種煙道工作狀態單元結構示意圖。圖3是圖1中的一種鍋爐工作狀態單元結構示意圖。圖中序號說明1煙道工作狀態單元、2鍋爐工作狀態單元、3第一數據總線、4數據輸入單元、5計算機控制的飛灰含碳量分析單元、6報警顯示單元、7第二數據總線、1-1 爐膛出口煙氣含氧量傳感器、1-2微波信號源、1-3微波發射端、1-4煙道、1-5微波接收端、1-6微波功率檢測器、2-1鍋爐負荷傳感器、2-2 —次風壓傳感器、2-3 二次風壓傳感器、2-4燃燒器煤粉流量傳感器、2-5煤粉細度傳感器、2-6煤粉工業成分傳感器、5-1 RBF 網絡輸入模塊、5-2 RBF網絡工作節點模塊、5-3 RBF網絡休眠節點模塊、5_4 RBF網絡輸出模塊、5-5 RBF網絡判據模塊、5-6 RBF網絡修正模塊。
具體實施例方式根據圖1 3詳細說明本發明的具體結構和工作過程。該電廠鍋爐飛灰含碳量測量裝置包括以下部分煙道工作狀態單元1，鍋爐工作狀態單元2，第一、二數據總線3、7，數據輸入單元4，計算機控制的飛灰含碳量分析單元5和報警顯示單元6等部件。其中安裝在電廠鍋爐煙道上的用于采集爐膛出口煙氣含氧量和微波功率的煙道工作狀態單元1，包括爐膛出口煙氣含氧量傳感器1-1、微波信號源1-2、微波發射端1-3、微波接收端
1-5、微波功率檢測器1-6等部件。安裝在電廠鍋爐上的采集鍋爐負荷、一次風壓、二次風壓、燃燒器煤粉流量、煤粉細度、煤粉工業成分(收到基低位發熱量、空氣干燥基揮發分、空氣干燥基灰分和空氣干燥基水分)等數據的鍋爐工作狀態單元2，包括鍋爐負荷傳感器2-1、一次風壓傳感器2-2、二次風壓傳感器2-3、燃燒器煤粉流量傳感器2-4、煤粉細度傳感器2-5、煤粉工業成分傳感器
2-6等部件。具有匯總煙道工作狀態單元1和鍋爐工作狀態單元2采集的數據，進行數據濾波、 轉換功能的數據輸入單元4，由通用數據采集卡，如PCI-1757UP或PCI-1755等構成。通過第一、二數據總線3、7和數據輸入單元4，將采集的數據傳輸到計算機控制的飛灰含碳量分析單元5，進行多參數融合計算和判別分析。具有基于RBF網絡的計算飛灰含碳量和在線修正功能的計算機控制的飛灰含碳量分析單元5，包括RBF網絡輸入模塊5-1、RBF網絡工作節點模塊5_2、RBF網絡休眠節點模塊5-3、RBF網絡輸出模塊5-4、RBF網絡判據模塊5_5、RBF網絡修正模塊5_6。其中RBF 網絡輸入模塊5-l、RBF網絡工作節點模塊5-2和RBF網絡輸出模塊5_3共同完成多參數融合，獲得飛灰含碳量值；RBF網絡休眠節點模塊5-3具有向RBF網絡工作節點模塊5_2提供工作節點的功能；RBF網絡判據模塊5-5具有飛灰含碳量測量精度判別和是否啟動RBF網絡修正模塊5-6的功能；RBF網絡修正模塊5-6具有將RBF網絡休眠節點模塊5_3中的節點加入RBF網絡工作節點模塊5-2中并將當前輸入參數作為它的中心，構建新的融合模式的功能。該計算機控制的飛灰含碳量分析單元5將輸入的多參數融合計算和判別分析結果， 傳輸到報警顯示單元6進行提示。報警顯示單元6具有實時顯示飛灰含碳量、查找歷史紀錄、飛灰含碳量超限報警提示等功能，采用通常的控制電路，由監控室中的計算機完成。煙道工作狀態單元1、鍋爐工作狀態單元2分別通過第二數據總線7、第一數據總線3和數據輸入單元4連接計算機控制的飛灰含碳量分析單元5。其中數據輸入單元4連接至計算機控制的飛灰含碳量分析單元中的RBF網絡輸入模塊5-1 ；RBF網絡輸入模塊5_1 和RBF網絡工作節點模塊5-2相連接；RBF網絡工作節點模塊5_2連接至RBF網絡輸出模塊5-4 ；RBF網絡輸出模塊5-4和RBF判據模塊5_5以及報警顯示單元6相互連接；RBF網絡判據模塊5-5和RBF網絡修正模塊5-6相互連接；RBF網絡修正模塊5_6、RBF網絡工作節點模塊5-2和RBF網絡休眠節點模塊5-3相互連接。本發明的工作原理是由于所測量的煙道飛灰含碳量的大小和穿過煙道后微波衰減量的大小、爐膛出口煙氣含氧量、微波功率、鍋爐負荷、一次風壓、二次風壓、燃燒器煤粉流量、煤粉細度以及煤粉工業成分(收到基低位發熱量、空氣干燥基揮發分、空氣干燥基灰分和空氣干燥基水分)等參數滿足某種映射關系，而計算機控制的飛灰含碳量分析單元5正是依托于具有最佳逼近性能和全局最優特性的RBF網絡進行多參數融合，并實時獲得飛灰含碳量，然后通過報警顯示單元6顯示分析結果。由于基于RBF網絡的計算機控制的飛灰含碳量分析單元5具有在線修正功能，特殊工況下，其RBF網絡判據模塊5-5分析出飛灰含碳量測量精度降低到一定值時，將啟動RBF網絡修正模塊5-6，對計算機控制的飛灰含碳量分析單元5進行修正，使其適用于電廠鍋爐任何工況的飛灰含碳量測量，保證了在線測量的精度。本發明具體工作過程中的離線訓練步驟如下
一、采集爐膛出口煙氣含氧量、微波功率、鍋爐負荷、一次風壓、二次風壓、燃燒器煤粉流量、煤粉細度、煤粉工業成分(收到基低位發熱量、空氣干燥基揮發分、空氣干燥基灰分和空氣干燥基水分)以相應的飛灰含碳量等數據分別作為飛灰含碳量分析單元5的輸入參數和期望輸出結果；
二、將上述步驟輸入的參數和期望輸出結果經過歸一化處理后存入數據庫中，用于訓練計算機控制的飛灰含碳量分析單元5 ；
三、計算機控制的飛灰含碳量分析單元5的節點中心由K均值聚類算法進行訓練后給
出；
四、對計算機控制的飛灰含碳量分析單元5進行訓練，直至分析結果精度符合要求后裝置完成離線訓練，并投入到現場使用。本發明具體工作過程中的在線監測步驟如下
一、煙道工作狀態單元1和鍋爐工作狀態單元2分別通過煙氣含氧量傳感器1-1、微波功率檢測器1-6、鍋爐負荷傳感器2-1、一次風壓傳感器2-2、二次風壓傳感器2-3、燃燒器煤粉流量傳感器2-4、煤粉細度傳感器2-5和煤粉工業成分傳感器2-6，完成爐膛出口煙氣含氧量、微波功率、鍋爐負荷、一次風壓、二次風壓、燃燒器煤粉流量、煤粉細度、煤粉工業成分 (收到基低位發熱量、空氣干燥基揮發分、空氣干燥基灰分和空氣干燥基水分)等參數的監測；
二、將上述步驟監測的參數進行與離線訓練步驟中相同的歸一化過程后，通過數據輸入單元4傳輸至計算機控制的飛灰含碳量分析單元5 ；
三、計算機控制的飛灰含碳量分析單元5經計算分析融合出飛灰含碳量，并通過報警顯示單元6實現實時顯示飛灰含碳量、查找歷史紀錄、飛灰含碳量超限報警的提示。本發明具體工作過程中的在線修正步驟如下
一、當鍋爐飛灰含碳量融合誤差達到一定值時，RBF網絡判據模塊5-5啟動RBF網絡修正模塊5-6對計算機控制的飛灰含碳量分析單元5的權值和中心進行修正，否則計算機控制的飛灰含碳量分析單元5保持不變；
二、在線修正時，首先RBF網絡修正模塊5-6將RBF網絡休眠節點模塊5_3中的一個節點加入RBF網絡工作節點模塊5-2，并將當前輸入樣本作為它的中心；
三、然后使用所有已經訓練過的樣本和剛剛加入的新樣本，再次修正計算機控制的飛灰含碳量分析單元5相關的權系數矩陣，以備下一次更精確地計算飛灰含碳量值；
四、上述權值的修正過程可以用偽逆的方法求解。
權利要求
1. 一種電廠鍋爐飛灰含碳量測量裝置，包括煙道工作狀態單元、計算機控制的飛灰含碳量分析單元和報警顯示單元，其特征在于所述煙道工作狀態單元由爐膛出口煙氣含氧量傳感器、微波信號源、微波發射端、微波接收端和微波功率檢測器構成；由鍋爐負荷傳感器、一次風壓傳感器、二次風壓傳感器、燃燒器煤粉流量傳感器、煤粉細度傳感器和煤粉工業成分傳感器組成鍋爐工作狀態單元，所述鍋爐工作狀態單元與所述煙道工作狀態單元分別通過第一、二數據總線和數據輸入單元連接至所述計算機控制的飛灰含碳量分析單元， 由所述報警顯示單元對所述計算機控制的飛灰含碳量分析單元的計算分析結果實時顯示飛灰含碳量、查找歷史紀錄、飛灰含碳量超限報警提示；所述數據輸入單元由通用數據采集卡構成；所述計算機控制的飛灰含碳量分析單元包括RBF網絡輸入模塊、RBF網絡工作節點模塊、RBF網絡休眠節點模塊、RBF網絡輸出模塊、RBF網絡判據模塊和RBF網絡修正模塊； 所述數據輸入單元連接至所述計算機控制的飛灰含碳量分析單元中的所述RBF網絡輸入模塊；所述RBF網絡輸入模塊和所述RBF網絡工作節點模塊相連接；所述RBF網絡工作節點模塊連接至所述RBF網絡輸出模塊；所述RBF網絡輸出模塊和所述RBF判據模塊以及報警顯示單元相互連接；所述RBF判據模塊和所述RBF網絡修正模塊相互連接；所述RBF網絡修正模塊、所述RBF網絡工作節點模塊和所述RBF網絡休眠節點模塊相互連接。
全文摘要
一種電廠鍋爐飛灰含碳量測量裝置，它克服了現有單一微波測量飛灰含碳量時存在的易受煤質變化、飛灰成分改變的影響等缺點，包括煙道工作狀態單元、計算機控制的飛灰含碳量分析單元和報警顯示單元，其技術要點是煙道工作狀態單元與鍋爐工作狀態單元分別通過第一、二數據總線和數據輸入單元連接計算機控制的飛灰含碳量分析單元，實現煙道和鍋爐中的多信號采集和融合處理，完成采用微波與基于RBF網絡相結合的飛灰含碳量測量。其與同類產品相比，不僅結構設計合理，測量速度快，而且大大提高了實時監測飛灰含碳量測量精度，保證了飛灰含碳量測量的準確性。
文檔編號G01N22/00GK102226772SQ20111008246
公開日2011年10月26日 申請日期2011年4月2日 優先權日2011年4月2日
發明者李智, 王圣毫, 王祥鳳, 趙殿瑞 申請人:沈陽工程學院