鍋爐結(jié)渣模糊識(shí)別方法的研究

吳衛(wèi)兵　鄒爾洋

摘要：結(jié)渣是危及鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和機(jī)組可用率的一個(gè)重要問題。本文采用模糊識(shí)別方法，嘗試性地提出將影響鍋爐結(jié)渣的11個(gè)指標(biāo)一起納入評(píng)判因素集。通過考慮影響結(jié)渣的綜合因素，提出新的預(yù)測(cè)鍋爐結(jié)渣的模糊識(shí)別模型。

關(guān)鍵詞：鍋爐；結(jié)渣；綜合因素；模糊識(shí)別

1 引言

電站鍋爐的結(jié)渣一直是危及鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和機(jī)組可用率的一個(gè)重要問題。鍋爐受熱面結(jié)渣是一個(gè)極其復(fù)雜的物理化學(xué)過程，影響因素很多。結(jié)渣嚴(yán)重程度不僅取決于燃煤中灰分的成分和含量，還與鍋爐的設(shè)計(jì)、煤的燃燒方法和運(yùn)行條件等有關(guān)。目前，對(duì)鍋爐結(jié)渣的模糊識(shí)別方法多從煤的特性考慮，本文提出了一種基于綜合因素考慮的鍋爐結(jié)渣模糊識(shí)別的簡單研究方法。

2 影響結(jié)渣過程的主要因素

影響結(jié)渣過程的因素主要有煤的灰分特性、鍋爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性、爐膛的設(shè)計(jì)特性以及鍋爐運(yùn)行負(fù)荷等。

2.1煤的灰分特性

通常將灰的軟化溫度t2作為衡量是否結(jié)渣的主要指標(biāo)。如果灰熔點(diǎn)很高（如t2>1350℃），管壁上積灰層和附近煙氣的溫度很難超過灰的軟化溫度，一般認(rèn)為此時(shí)不會(huì)發(fā)生結(jié)渣。

評(píng)價(jià)煤灰結(jié)渣性還有其他指標(biāo)，如硅比SR、灰的酸堿比B/A、結(jié)渣指數(shù)RS等。硅比SR越大，灰渣的粘度越小，就越不易結(jié)渣；灰的酸堿比B/A越低，灰的流動(dòng)性越差，越不易結(jié)渣；結(jié)渣指數(shù)RS越小，灰渣的粘度越小，越不易結(jié)渣。

2.2爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性

爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性影響結(jié)渣主要是與高溫火焰中心位置和熔渣粒子周圍氣氛兩方面有關(guān)。

2.2.1火焰中心

正常運(yùn)行情況下，高溫的火焰中心應(yīng)在爐膛端面的幾何中心。而實(shí)際上，由于爐內(nèi)氣流組織不當(dāng)，火焰中心會(huì)發(fā)生偏移，使得灰粒子未足夠冷卻就粘附于水冷壁；或水冷壁局部溫度過高，從而引起水冷壁局部結(jié)渣。

灰粒在向水冷壁擴(kuò)散的過程中慢慢冷卻，如果火焰高溫區(qū)范圍過大，灰粒在擴(kuò)散過程中冷卻不夠，也易引起水冷壁結(jié)渣。

2.2.2熔渣粒子周圍氣氛

在還原氣氛中，灰中熔點(diǎn)較高的氧化物會(huì)被還原為熔點(diǎn)較低的氧化物，再與SiO2等形成熔點(diǎn)更低的共熔體，使灰熔點(diǎn)下降，增大了結(jié)渣的可能性。

2.3爐膛的設(shè)計(jì)特性

爐膛的容積熱強(qiáng)度ql、斷面熱強(qiáng)度qa及燃燒器區(qū)域壁面熱強(qiáng)度qr對(duì)結(jié)渣都會(huì)產(chǎn)生影響。ql過大，爐膛容積小，爐膛內(nèi)受熱面布置少，爐內(nèi)溫度增高，易在燃燒器附近形成結(jié)渣；qa過高，燃燒器局部溫度過高，易在燃燒器附近形成水冷壁結(jié)渣。反之，qa過低，爐膛高度不夠，煙氣到達(dá)爐膛出口卻未足夠冷卻，易在爐膛出口受熱面結(jié)渣；qr過高，易在燃燒器局部引起溫度過高，在其附近形成水冷壁結(jié)渣。

2.4鍋爐運(yùn)行負(fù)荷

鍋爐負(fù)荷升高時(shí)，爐膛內(nèi)溫度也升高，就增大了結(jié)渣的可能性。

3 模式識(shí)別基本原理及模型分析

3.1模糊識(shí)別基本原理

模糊模式識(shí)別法可分為直接法和間接法。直接法是根據(jù)最大隸屬原則來歸類，一般用于個(gè)體的識(shí)別；間接法又稱為群體模式識(shí)別法，則是按照擇近原則來對(duì)被識(shí)別對(duì)象進(jìn)行識(shí)別，一般用于群體模型的識(shí)別。本文采用間接法對(duì)待識(shí)別對(duì)象進(jìn)行結(jié)渣特性判別。

擇近原則：設(shè)A1、A2、…、An∈U，是論域U上的n個(gè)模糊子集，B也是U上的模糊子集（待識(shí)別對(duì)象），若（B，A）=max（B，Ai），則認(rèn)為B相對(duì)歸屬于Ai。其中（B，Ai）表示B與Ai兩個(gè)模糊集的貼近度，其表達(dá)式為：

而

分別稱為兩模糊集B和Ai的內(nèi)積與外積。式中，∨、∧分別表示取大和取小運(yùn)算。

3.2模型分析

為保證模糊識(shí)別的準(zhǔn)確性，取結(jié)渣程度分別為重、中重、中、中輕和輕的各2個(gè)，共10個(gè)已知結(jié)渣情況的實(shí)例作為標(biāo)準(zhǔn)模型，以影響結(jié)渣的各因素作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于影響結(jié)渣的火焰中心位置以火焰中心偏移度β為衡量依據(jù)，其中：

式中：d為火焰中心偏移爐膛斷面幾何中心距離，R為爐膛斷面的當(dāng)量半徑。對(duì)于影響結(jié)渣的火焰高溫區(qū)范圍以火焰中心大小A為衡量依據(jù)，其中：

式中：r為火焰高溫區(qū)域當(dāng)量半徑，R為爐膛斷面的當(dāng)量半徑。對(duì)于影響結(jié)渣的熔渣粒子周圍氣氛以爐膛出口的過量空氣系數(shù)為衡量依據(jù)。

因此評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)共有軟化溫度作t2、硅比SR、灰的酸堿比B/A、結(jié)渣指數(shù)RS、火焰中心偏移度β、火焰中心大小P、爐膛出口的過量空氣系數(shù)α、容積熱強(qiáng)度ql、斷面熱強(qiáng)度qa、燃燒器區(qū)域壁面熱強(qiáng)度qr和鍋爐負(fù)荷D等11個(gè)指標(biāo)。

4 模糊模式識(shí)別

4.1計(jì)算模型各指標(biāo)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差

4.2求隸屬度矩陣

4.2.1數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理

4.2.2歸一化處理

4.2.3計(jì)算貼近度

計(jì)算待識(shí)別對(duì)象與標(biāo)準(zhǔn)模糊子集的貼近度。先按公式（2）、（3）求出模糊子集的內(nèi)積與外積，然后再按公式（1）求出貼近度。表1給出了各模型的數(shù)據(jù)、均值及標(biāo)準(zhǔn)差。

4.3判斷結(jié)渣程度

比較貼近度，按照擇近原則，可判別待識(shí)別對(duì)象屬于哪一種結(jié)渣程度。

5 結(jié)論

由于鍋爐結(jié)渣不僅與所用煤本身有關(guān)，還與鍋爐本身及鍋爐運(yùn)行狀況等有關(guān)，因此本文提出了一種基于綜合因素考慮的鍋爐結(jié)渣模糊識(shí)別研究方法。通過對(duì)各方面因素的綜合考慮，將各因素納入評(píng)價(jià)因素集，提出新的判斷結(jié)渣嚴(yán)重程度的模糊數(shù)學(xué)方法。希望以后通過不斷地收集資料，完善評(píng)價(jià)因素集，不斷提高預(yù)測(cè)精度。并且可進(jìn)一步將影響結(jié)渣位置的因素納入評(píng)價(jià)因素集，判斷結(jié)渣嚴(yán)重程度的同時(shí)，判斷結(jié)渣的位置。

影響鍋爐結(jié)渣的因素是多方面的，在預(yù)防和減輕結(jié)渣時(shí)要擴(kuò)大注意范圍，不僅對(duì)于燃煤，還要在鍋爐設(shè)計(jì)和實(shí)際操作過程中采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵驕p小結(jié)渣的情況。

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