畢業(yè)設(shè)計(jì)---軟測(cè)量技術(shù)的機(jī)理分析方法在熱工測(cè)量中的應(yīng)用

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論文)</p><p>　　題目：軟測(cè)量技術(shù)的機(jī)理分析方法在熱</p><p><b>　　工測(cè)量中的應(yīng)用</b></p><p><b>　　二○○九年六月</b></p><p>　院 系控制科學(xué)與工程學(xué)院</p><p>　專(zhuān)

2、業(yè)班級(jí)測(cè)控技術(shù)與儀器0501班</p><p>　學(xué)生姓名</p><p>　指導(dǎo)教師</p><p>　　軟測(cè)量技術(shù)的機(jī)理分析方法在熱工測(cè)量中的應(yīng)用</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　軟測(cè)量技術(shù)在電廠(chǎng)熱工測(cè)量中的應(yīng)用越來(lái)越重要，尤其是以機(jī)理分析方法為基礎(chǔ)的軟測(cè)量技術(shù)在

3、熱工測(cè)量中發(fā)揮著無(wú)法替代的作用。本文首先介紹軟測(cè)量技術(shù)的原理、建模方法、測(cè)量特點(diǎn)，其次結(jié)合有關(guān)熱工對(duì)象的動(dòng)力學(xué)特征，根據(jù)軟測(cè)量技術(shù)原理中的工藝機(jī)理分析的方法，闡述了熱量信號(hào)的構(gòu)造原理，并且探討爐膛壓力與鍋爐燃燒狀態(tài)的關(guān)系，最后說(shuō)明工藝機(jī)理分析方法在熱工測(cè)量領(lǐng)域中優(yōu)劣勢(shì)及在其它參數(shù)測(cè)量中的應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：軟測(cè)量；熱工測(cè)量；熱量信號(hào)；工藝機(jī)理</p><p>　　MECHA

4、NISM ANALYSIS OF SOFT- SENSING TECHNIQUE AND ITS APPLICATION IN THERMAL MEASUREMENTS</p><p><b>　　Abstrac</b></p><p>　　In power plant, the applications of Soft-sensing technology in t

5、he measurement of thermal become more and more important. In particular, the mechanism is based on analysis of the soft-sensor technology in the thermal measurement is playing an irreplaceable role. This paper first intr

6、oduces the principle , modeling methods and measurement characteristics of soft-sensing technique, followed by combination of the thermal characteristics of the object dynamics,and based on the principle of the mecha<

7、/p><p>　　Keywords: Soft-sensing; Thermal measurement; Heat signal; Process mechanism;</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要 …………………………………………………………………………………Ⅰ</p><p&g

8、t;　　Abstract………………………………………………………………………………Ⅱ</p><p>　　1 緒論…………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1 課題背景…………………………………………………………………………1</p><p>　　1.2 軟測(cè)量技術(shù)發(fā)展概況…………………………………………………………

9、…1</p><p>　　1.3 本文研究?jī)?nèi)容……………………………………………………………………1</p><p>　　2 軟測(cè)量技術(shù)…………………………………………………………………………2</p><p>　　2.1 軟測(cè)量的原理及內(nèi)容……………………………………………………………2</p><p>　　2.1.1 輔助變量的選擇原則…

10、………………………………………………………2</p><p>　　2.1.2 數(shù)據(jù)處理………………………………………………………………………2</p><p>　　2.1.2.1 誤差處理……………………………………………………………………2</p><p>　　2.2.2.2 數(shù)據(jù)的變換…………………………………………………………………3</p>&

11、lt;p>　　2.1.3 數(shù)據(jù)模型的建立方法…………………………………………………………3</p><p>　　2.1.4 軟測(cè)量模型的在線(xiàn)校正………………………………………………………3</p><p>　　2.2 軟測(cè)量的基本思想………………………………………………………………4</p><p>　　2.3 軟測(cè)量的測(cè)量特點(diǎn)…………………………………………

12、……………………4</p><p>　　3 鍋爐燃燒室的動(dòng)態(tài)特征……………………………………………………………5</p><p>　　3.1 燃燒室的動(dòng)態(tài)特性………………………………………………………………5</p><p>　　3.2 爐膛建模前的假設(shè)………………………………………………………………5</p><p>　　3.3 爐膛內(nèi)部機(jī)

13、理過(guò)程的分析………………………………………………………6</p><p>　　4 鍋爐燃燒室熱量信號(hào)的模型……………………………………………………11</p><p>　　4.1 熱量信號(hào)前言…………………………………………………………………11</p><p>　　4.2 機(jī)理分析法構(gòu)成熱量信號(hào)……………………………………………………11</p>&

14、lt;p>　　4.3 蓄熱系數(shù)的確定………………………………………………………………13</p><p>　　4.4 微分信號(hào)dPb/dt的實(shí)現(xiàn)………………………………………………………14</p><p>　　5 爐膛壓力與燃燒狀態(tài)的關(guān)系……………………………………………………16</p><p>　　5.1 爐膛壓力產(chǎn)生機(jī)理…………………………………………

15、…………………16</p><p>　　5.2 爐膛壓力與燃燒的關(guān)系………………………………………………………16</p><p>　　5.3 鍋爐實(shí)際燃燒時(shí)W與P的關(guān)系…………………………………………………16</p><p>　　6 鍋爐汽包真實(shí)水位的軟測(cè)量……………………………………………………17</p><p>　　6.1 鍋爐汽包

16、水位機(jī)理分析………………………………………………………17</p><p>　　6.2 電廠(chǎng)汽包水位軟測(cè)量模型的建立……………………………………………17</p><p>　　6.3 汽包水位軟測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)…………………………………………………19</p><p>　　6.3.1 D的確定……………………………………………………………………19</p>

17、<p>　　6.3.2 W的確定……………………………………………………………………19</p><p>　　6.3.3 h(0)的確定…………………………………………………………………20</p><p>　　6.3.4 汽包水位軟測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模型…………………………………………21</p><p>　　7 結(jié)論………………………………………………

18、………………………………22</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………23</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………………24</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景<

19、/b></p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程對(duì)控制、計(jì)量、節(jié)能增效和運(yùn)行可靠性等要求的不斷提高，各種要求日益增多。過(guò)程操作和控制人員往往不滿(mǎn)足于對(duì)溫度、壓力等常規(guī)變量的檢測(cè)和控制，而更多地希望對(duì)成分、物性等與過(guò)程操作和控制密切相關(guān)的檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行更直觀(guān)的檢測(cè)和控制。該問(wèn)題一方面可以采用近年來(lái)在過(guò)程控制和檢測(cè)領(lǐng)域涌現(xiàn)出的一種新技術(shù)——軟測(cè)量來(lái)解決；另一方面可以通過(guò)沿襲傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)發(fā)展思路，通過(guò)研制新型的過(guò)程測(cè)

20、量?jī)x表，以硬件形式實(shí)現(xiàn)過(guò)程參數(shù)的直接在線(xiàn)測(cè)量來(lái)解決。</p><p>　　1.2 軟測(cè)量技術(shù)發(fā)展概況</p><p>　　在電力市場(chǎng)深入改革的今天，廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)使各發(fā)電廠(chǎng)為了加強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力而努力提高發(fā)電效率，降低發(fā)電成本。然而，影響火電廠(chǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要因素是許多重要技術(shù)參數(shù)和經(jīng)濟(jì)參數(shù)難以進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量，如煙氣含氧量、飛灰含碳量、煤種發(fā)熱量、球磨機(jī)負(fù)荷等都是直接反映發(fā)電效率和運(yùn)行

21、安全的重要熱工參數(shù)，出于技術(shù)或經(jīng)濟(jì)上的原因，無(wú)法用常規(guī)的傳感器直接測(cè)量。一方面，電廠(chǎng)對(duì)某些難測(cè)參數(shù)采用的人工取樣化驗(yàn)離線(xiàn)分析方法，化驗(yàn)滯后大、采樣周期長(zhǎng)、代表性差，難以直接用于指導(dǎo)控制；另一方面，火電廠(chǎng)許多生產(chǎn)環(huán)節(jié)為保證安全和穩(wěn)定性，被迫采取保守工況運(yùn)行，犧牲了經(jīng)濟(jì)性。采用軟測(cè)量技術(shù)是解決以上問(wèn)題的有效途徑之一[6]。20世紀(jì)90年代以來(lái)，軟測(cè)量技術(shù)在理論研究和實(shí)際應(yīng)用方面均取得了迅速發(fā)展，它是利用一些易于實(shí)時(shí)測(cè)量的、與被測(cè)變量密切相關(guān)

22、的變量(二次變量)，通過(guò)在線(xiàn)分析，來(lái)估計(jì)不可測(cè)或難測(cè)量變量的方法。以集散控制系統(tǒng) DCS為代表的先進(jìn)控制系統(tǒng)在我國(guó)電力系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)傳輸功能，配合軟測(cè)量技術(shù)對(duì)各種難測(cè)變量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，若加入狀態(tài)判斷及輸出驅(qū)動(dòng)功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)過(guò)程的優(yōu)化運(yùn)行。因此，對(duì)熱工</p><p>　　1.3 本文研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本論文的研究方向是通過(guò)燃料在鍋爐內(nèi)燃燒

23、的工藝機(jī)理建立熱量信號(hào)的數(shù)學(xué)模型，構(gòu)成符合實(shí)際應(yīng)用的軟信號(hào)。此模型建立在符合實(shí)際的假設(shè)基礎(chǔ)之上，雖然忽略了一些條件，沒(méi)有完全真正的達(dá)到理想的模型，但是在工業(yè)電力生產(chǎn)中卻可以達(dá)到相應(yīng)的要求。</p><p><b>　　2軟測(cè)量技術(shù)</b></p><p>　　2.1 軟測(cè)量的原理及內(nèi)容</p><p>　　軟測(cè)量就是依據(jù)可測(cè)、易測(cè)的過(guò)程變量(稱(chēng)

24、為輔助變量)與難以直接檢測(cè)的待測(cè)變量(稱(chēng)為主導(dǎo)變量)的數(shù)學(xué)關(guān)系，根據(jù)某種最優(yōu)準(zhǔn)則，采用各種計(jì)算方法，用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)變量的測(cè)量或估計(jì)。軟測(cè)量技術(shù)主要包括四個(gè)方面：1)輔助變量的選?。?)數(shù)據(jù)處理；3)軟測(cè)量模型的建立；4)軟測(cè)量模型的在線(xiàn)校正。</p><p>　　2.1.1 輔助變量的選擇原則[1]</p><p>　　輔助變量的選擇原則為：1）靈敏性：能對(duì)過(guò)程輸出(或不可測(cè)擾動(dòng))作出快

25、速反應(yīng)。2）特異性：能對(duì)過(guò)程輸出(或不可測(cè)擾動(dòng))之外的干擾不敏感。3）工程適應(yīng)性：工程上易于獲得并達(dá)到一定的測(cè)量精度。4）精確性：構(gòu)成的估計(jì)器達(dá)到要求的精度。5）魯棒性：構(gòu)成的估計(jì)器對(duì)模型誤差不敏感。</p><p>　　2.1.2 數(shù)據(jù)處理</p><p>　　2.1.2.1 誤差處理</p><p>　　從現(xiàn)場(chǎng)采集的測(cè)量數(shù)據(jù)，由于受儀表精度和測(cè)量環(huán)境的影響，一般

26、都不可避免地帶有誤差，有時(shí)甚至有嚴(yán)重的過(guò)失誤差。如果將這些現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)直接用于軟測(cè)量，會(huì)導(dǎo)致軟測(cè)量的精度降低，甚至完全失敗。因此，測(cè)量數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)誤差處理。測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差：隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差和過(guò)失誤差。1）隨機(jī)誤差的處理：符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律，工程上多采用數(shù)字濾波算法。如：中位值濾波、算術(shù)平均濾波和一階慣性濾波等。隨著計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)的使用，復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算方法對(duì)數(shù)據(jù)的精確度提出了更高的要求，于是出現(xiàn)了數(shù)據(jù)一致性處理技術(shù)。基本思想：根據(jù)物料或能

27、量平衡等建立精確的數(shù)學(xué)模型，以估計(jì)值與測(cè)量值的方差最小為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)造一個(gè)估計(jì)模型，為測(cè)量數(shù)據(jù)提供一個(gè)最優(yōu)估計(jì)。2）系統(tǒng)誤差的處理：系統(tǒng)誤差的消除和修正，是指使其影響減小到儀器測(cè)量的精度以?xún)?nèi)。否則，精確的測(cè)量便失去意義。對(duì)于系統(tǒng)誤差進(jìn)行消除和修正時(shí)常采用的幾種方法。(i)修正法:對(duì)于有些零值誤差，如千分尺使用時(shí)間較長(zhǎng)后產(chǎn)生的磨損，可引入一個(gè)修正值，在測(cè)量時(shí)進(jìn)行修正。對(duì)于儀器的示值誤差，可通過(guò)與高精度儀器比較，或根據(jù)理論分析導(dǎo)出修正值，予

28、以修正。(ii)交換法:在測(cè)量中對(duì)某些條件(如被測(cè)物的位置)進(jìn)</p><p>　　2.1.2.2 數(shù)據(jù)的變換</p><p>　　對(duì)數(shù)據(jù)的變換包括標(biāo)度、轉(zhuǎn)換和權(quán)函數(shù)三方面。工業(yè)過(guò)程中的測(cè)量數(shù)據(jù)有著不同的工程單位，直接使用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，不能得到準(zhǔn)確結(jié)果，甚至結(jié)果分散。利用合適的因子對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)度，能夠改善算法的精度和穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)換包含對(duì)數(shù)據(jù)的直接轉(zhuǎn)換以及尋找新的變量替換原變量?jī)蓚€(gè)含義。通

29、過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，可以有效地降低非線(xiàn)性特性。權(quán)函數(shù)則可實(shí)現(xiàn)對(duì)變量動(dòng)態(tài)特性的補(bǔ)償。合理使用權(quán)函數(shù)使我們有可能用穩(wěn)態(tài)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程的動(dòng)態(tài)估計(jì)。</p><p>　　2.1.3 數(shù)學(xué)模型的建立方法</p><p>　　建立工業(yè)數(shù)學(xué)模型的基本方法有：機(jī)理分析法和實(shí)驗(yàn)法，或者是將這兩種方法結(jié)合起來(lái)的半經(jīng)驗(yàn)半實(shí)驗(yàn)的方法。1）機(jī)理分析法：通過(guò)分析過(guò)程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，運(yùn)用一些已知的定理、定律和原理（如化學(xué)動(dòng)力學(xué)

30、原理、生物學(xué)定律、牛頓定理、物料平衡和能量平衡方程、傳熱傳質(zhì)原理等），建立起過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。機(jī)理分析法只能用于簡(jiǎn)單過(guò)程的數(shù)學(xué)建模，對(duì)于比較復(fù)雜的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，這種建模方法有很大的局限性。2）實(shí)驗(yàn)法：實(shí)驗(yàn)法也稱(chēng)測(cè)試法。過(guò)程的輸入/輸出信號(hào)一般總是可以測(cè)量的，由于過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性必然表現(xiàn)在輸入/輸出數(shù)據(jù)之中，那么就可以利用輸入/輸出數(shù)據(jù)所提供的信息來(lái)建立的過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，常用的手段是系統(tǒng)辨識(shí)。3）機(jī)理建模與實(shí)驗(yàn)建模相結(jié)合：機(jī)理已知的部分采

31、用機(jī)理建模，機(jī)理未知的部分采用系統(tǒng)辨識(shí)建模。充分發(fā)揮兩者各自的優(yōu)點(diǎn)。4）其他方法：用上述方法對(duì)一些慢時(shí)變、非線(xiàn)性、大滯后對(duì)對(duì)象建立非線(xiàn)性模型，會(huì)遇到很大的困難。近年來(lái)，應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立復(fù)雜系統(tǒng)的模型引起了人們的興趣，并逐漸在工業(yè)中的得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　2.1.4 軟測(cè)量模型的在線(xiàn)校正</p><p>　　由于裝置操作條件及原料性質(zhì)都會(huì)隨時(shí)間而變化，軟測(cè)量模型只適用于一

32、定的操作范圍，因而需要不定期地對(duì)模型進(jìn)行修正，以適應(yīng)工況的變化。通常對(duì)軟儀表的在線(xiàn)修正僅修正模型的參數(shù)，具體方法：自適應(yīng)法、增量法和多時(shí)標(biāo)法等。 對(duì)模型結(jié)構(gòu)的修正需要大量的樣本數(shù)據(jù)和耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，在線(xiàn)進(jìn)行有困難。這可采用短期學(xué)習(xí)和長(zhǎng)期學(xué)習(xí)的思路來(lái)解決。短期學(xué)習(xí)是指以某輔助變量的采樣化驗(yàn)分析值與軟測(cè)量值之差為依據(jù)，采用建模方法，修改模型系數(shù)。長(zhǎng)期學(xué)習(xí)是指當(dāng)軟測(cè)量模型在線(xiàn)運(yùn)行一段時(shí)間后，逐步積累了足夠的新樣本時(shí)，根據(jù)新樣本，采用建模方法，重

33、建軟測(cè)量模型。</p><p>　　2.2 軟測(cè)量的基本思想</p><p>　　軟測(cè)量的基本思想是把自動(dòng)控制理論與生產(chǎn)過(guò)程知識(shí)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)難以測(cè)量或者暫時(shí)不能測(cè)量的重要變量，選擇另外一些容易測(cè)量的變量，通過(guò)構(gòu)成某種數(shù)學(xué)關(guān)系來(lái)推斷或者估計(jì)，以軟件來(lái)替代硬件的功能。應(yīng)用軟測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)元素組分含量的在線(xiàn)檢測(cè)不但經(jīng)濟(jì)可靠，且動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速、可連續(xù)給出萃取過(guò)程中元素組分含量,易于

34、達(dá)到對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制。</p><p>　　2.3 軟測(cè)量的測(cè)量特點(diǎn)</p><p>　　在電力市場(chǎng)深入改革的今天，廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)使各發(fā)電廠(chǎng)為了加強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力而努力提高發(fā)電效率，降低發(fā)電成本。然而，影響火電廠(chǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要因素是許多重要技術(shù)參數(shù)和經(jīng)濟(jì)參數(shù)難以進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量，如煙氣含氧量、飛灰含碳量、煤種發(fā)熱量、球磨機(jī)負(fù)荷等都是直接反映發(fā)電效率和運(yùn)行安全的重要熱工參數(shù)，出于技術(shù)或經(jīng)

35、濟(jì)上的原因，無(wú)法用常規(guī)的傳感器直接測(cè)量。一方面，電廠(chǎng)對(duì)某些難測(cè)參數(shù)采用的人工取樣化驗(yàn)離線(xiàn)分析方法，化驗(yàn)滯后大、采樣周期長(zhǎng)、代表性差，難以直接用于指導(dǎo)控制；另一方面，火電廠(chǎng)許多生產(chǎn)環(huán)節(jié)為保證安全和穩(wěn)定性，被迫采取保守工況運(yùn)行，犧牲了經(jīng)濟(jì)性。采用軟測(cè)量技術(shù)是解決以上問(wèn)題的有效途徑之一。</p><p>　　3 鍋爐燃燒室的動(dòng)態(tài)特征</p><p>　　3.1 燃燒室的動(dòng)態(tài)特性</p>

36、;<p>　　作為復(fù)雜熱工控制對(duì)象的電站鍋爐，具有“病態(tài)”系統(tǒng)的特點(diǎn)，即在這種系統(tǒng)中快、慢過(guò)程相差懸殊。當(dāng)鍋爐做為一個(gè)整體來(lái)研究時(shí)，通常是將快速的爐內(nèi)過(guò)程按“靜態(tài)”來(lái)處理，即用代數(shù)方程描述各變量之間的關(guān)系，認(rèn)為從燃料量的的改變到爐膛內(nèi)煙氣熱量的變化，以及到受熱面接受這個(gè)熱量的過(guò)程不存在任何慣性。然而，快過(guò)程和慢過(guò)程是相對(duì)而言的。當(dāng)單獨(dú)研究爐膛或者鍋爐局部動(dòng)態(tài)特性的時(shí)候，上述快速過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性則應(yīng)給予考慮。通常對(duì)于干態(tài)排渣、

37、燃用氣體、重油或者煤粉的鍋爐，其爐膛慣性較?。粚?duì)于液態(tài)排渣、帶有爐襯的鍋爐，其爐膛的儲(chǔ)熱能力很大，其爐膛的慣性較大。</p><p>　　3.2 爐膛建模前的假設(shè)</p><p>　　在鍋爐燃燒室中進(jìn)行著復(fù)雜的空氣動(dòng)力和物理-化學(xué)過(guò)程，以及輻射、對(duì)流、熱傳導(dǎo)等換熱過(guò)程。此外，與研究管道中的動(dòng)態(tài)特性不同，表征鍋爐工況的各種參數(shù)是三維空間坐標(biāo)的函數(shù)；煙氣流束的傳播和混合以及燃料的燃燒不能很好的

38、用數(shù)學(xué)加以描述。所有這一切使得至今關(guān)于爐膛靜態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述還不夠完整。</p><p>　　為了簡(jiǎn)化上述各種復(fù)雜因素，克服研究爐膛動(dòng)態(tài)特性過(guò)程中的困難，通常是在集中參數(shù)的假設(shè)前提下來(lái)研究爐膛的動(dòng)態(tài)特性。實(shí)際上受熱面的受熱情況和火焰分布情況在空間是很不均勻的，為了提高集中參數(shù)動(dòng)態(tài)特性的準(zhǔn)確性，可以按照煙氣溫度、水冷壁受熱情況以及其他有關(guān)因素相對(duì)一致的原則，將整個(gè)爐膛劃分成若干個(gè)區(qū)域。</p><

39、;p><b>　　圖3-1爐膛示意圖</b></p><p>　　為了闡明研究爐膛動(dòng)態(tài)特性的原理和方法，在這里我們是將整個(gè)爐膛作為一個(gè)集中參數(shù)的對(duì)象來(lái)研究。爐膛的集中參數(shù)模型如圖3-2所示，輸入量是燃料量B（以及與之成比例的空氣）和進(jìn)入爐膛的熱空氣溫度θt；輸出量是爐膛傳給輻射受熱面的熱量，爐膛出口煙氣溫度θ和煙氣流量Dy。</p><p>　　圖3-2爐膛集中

40、參數(shù)模型</p><p>　　在建立爐膛動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型過(guò)程，我們作一下幾點(diǎn)假設(shè)：1）將整個(gè)爐膛作為一個(gè)集中參數(shù)的對(duì)象，即認(rèn)為火焰和爐膛內(nèi)受熱面的受熱情況在空間的分布是均勻的；2）火焰向水冷壁的熱量傳遞全部是通過(guò)輻射方式實(shí)現(xiàn)的；3）忽略爐膛向周?chē)h(huán)境的散熱損失，即q5=0；4）因高溫?zé)釤煔獾拿芏圈褃很小，忽略爐膛中煙氣重量的變化，即認(rèn)為ρy=const；5）燃料和空氣是成比例進(jìn)入爐膛的，爐膛內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)αT不變；6

41、)水冷壁管金屬溫度θM近似等于介質(zhì)飽和溫度θ，且θ≈const。</p><p>　　3.3 爐膛內(nèi)部機(jī)理過(guò)程的分析[2]</p><p>　　根據(jù)爐膛內(nèi)部的機(jī)理過(guò)程可以寫(xiě)出以下基礎(chǔ)方程：</p><p><b>　　燃燒產(chǎn)物熱平衡方程</b></p><p><b>　?。?-3-1）</b>&l

42、t;/p><p>　　式中 ——爐膛中煙氣溫度（近似認(rèn)為爐膛出口煙氣溫度也為θ，℃）；</p><p>　　——爐膛有效發(fā)熱量，kJ/s；</p><p>　　——爐膛受熱面所接受的輻射熱量，kJ/s；</p><p>　　——爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)物的比熱容，kJ/kg·℃；</p><p>　　——爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)物的質(zhì)量

43、，kg；</p><p>　　——煙氣的質(zhì)量流量，kg/s；</p><p>　　——一公斤燃料燃燒產(chǎn)物的容積，/kg；</p><p>　　——燃燒產(chǎn)物的密度，kg/；</p><p>　　——計(jì)算燃料量，kg/s；</p><p>　　B——實(shí)際燃料量，kg/s；</p><p>　　——機(jī)

44、械未完全燃燒熱損失（當(dāng)很小時(shí)，可近似認(rèn)為）；</p><p>　　爐膛有效發(fā)熱量是由燃料的燃燒和熱空氣攜帶的熱量組成的，即</p><p><b>　?。?-3-2）</b></p><p>　　式中 ——燃料的應(yīng)用基低位發(fā)熱量，kJ/kg；</p><p>　　，——分別為化學(xué)未完全燃燒熱損失和排渣熱損失；</p

45、><p>　　——空氣的質(zhì)量流量，kg/s；</p><p>　　——燃燒一公斤燃料所需的空氣量，/kg；</p><p>　　——空氣的密度，kg/；</p><p>　　——空氣的比熱容，kJ/kg·℃；</p><p>　　——熱空氣溫度，℃；</p><p>　　爐膛受熱面所接受的

46、輻射熱量可由斯蒂芬—波爾茨曼方程來(lái)確定，即</p><p><b>　　（3-3-3）</b></p><p>　　式中 ——爐膛輻射折合系數(shù)；</p><p>　　——水冷壁承受熱輻射的面積，；</p><p>　　——絕對(duì)黑體輻射系數(shù)，kJ/·s·℃4；</p><p>　

47、　——水冷壁角系數(shù)，一般認(rèn)為≈1；</p><p>　　——爐膛空間有效絕對(duì)溫度，K；</p><p>　　——爐膛出口煙氣絕對(duì)溫度，K；</p><p>　　K——表示和T之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；</p><p>　　——水冷壁管的灰壁層絕對(duì)溫度，K； </p><p>　　水冷壁灰壁層的熱平衡方程為</p>

48、<p><b>　　(3-3-4)</b></p><p>　　式中 ——水冷壁灰壁層的質(zhì)量，kg；</p><p>　　——水冷壁灰壁層的比熱容，kJ/kg·℃；</p><p>　　——經(jīng)灰壁層傳給水冷壁管的熱量，kJ/s；</p><p>　　——水冷壁管的灰壁層溫度，℃；</p>

49、;<p>　　灰壁層與水冷壁管之間的換熱方程為</p><p><b>　?。?-3-5）</b></p><p>　　式中 ——灰壁層熱阻折合系數(shù)；</p><p>　　——水冷壁管金屬壁溫度，℃；</p><p>　　方程（3-3-2）～（3-3-5）式是描述爐膛動(dòng)態(tài)特性的五個(gè)基礎(chǔ)方程，通過(guò)求解這些方程

50、可以找出爐膛各輸入量和各輸出量之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。</p><p>　　首先將（3-3-2）式、（3-3-3）式代入（3-3-1），消去變量和，進(jìn)行微分和線(xiàn)性化，經(jīng)整理后寫(xiě)成增量的形式：</p><p><b>　　（3-3-6）</b></p><p><b>　　式中 </b></p><p>&l

51、t;b>　　，kJ/s·℃4</b></p><p>　　以上各式中的角標(biāo)“0”表示初始穩(wěn)定狀態(tài)有關(guān)量的值（除外），是表示爐膛內(nèi)煙氣儲(chǔ)熱能力的時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　將（3-3-3）式、（3-3-5）式代入（3-3-4）式，消去變量和，進(jìn)行微分和線(xiàn)性化，經(jīng)整理后得：</p><p><b>　　（3-3-7）</b

52、></p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　是表示受熱面上積灰和結(jié)渣層儲(chǔ)熱能力的時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　由方程（3-3-6）（3-3-7）式消去變量，合并成一個(gè)方程：</p><p><b>　　（3-3-8）</b></p><p>　

53、　（3-3-8）式為二階常微分方程，它描述了爐膛的過(guò)渡過(guò)程，具有雙容對(duì)象動(dòng)態(tài)模型的特征。從建模過(guò)程可以看出，所謂雙容是由爐膛內(nèi)煙氣儲(chǔ)熱容積和積灰、結(jié)渣層的儲(chǔ)熱容積組成的，對(duì)燃用一般固體燃料的鍋爐（燃用氣體燃料和重油的鍋爐除外，因?yàn)檫@種鍋爐水冷壁的外表面比較清潔），前者要小于后者，即«。</p><p>　　因此（3-3-8）式可以近似寫(xiě)成：</p><p><b>　　

54、（3-3-9）</b></p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　稱(chēng)為爐膛時(shí)間常數(shù)，s；</p><p>　　（3-3-9）式經(jīng)過(guò)拉普拉斯變換之后，可以寫(xiě)出：</p><p><b>　　（3-3-10）</b></p><p><b&

55、gt;　　式中 </b></p><p>　　傳遞函數(shù)和分別描述了燃料量擾動(dòng)和熱空氣溫度擾動(dòng)對(duì)爐膛出口煙氣溫度的動(dòng)態(tài)特性。</p><p>　　和以上推到相類(lèi)似，由（3-3-6）和（3-3-7）式消去變量，并考慮到對(duì)燃用固體燃料的鍋爐«，經(jīng)拉普拉斯變換、推導(dǎo)整理后，得</p><p><b>　?。?-3-11）</b>&

56、lt;/p><p>　　我們感興趣的不是灰壁層溫度本身，而是傳給水冷壁管的熱流量，考慮到假設(shè)（6），即水冷壁管金屬壁溫度≈≈const，根據(jù)（3-3-5）式有</p><p><b>　　（3-3-12）</b></p><p>　　將（3-3-12）代入（3-3-11）式，得</p><p><b>　　（3-3

57、-13）</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　傳遞函數(shù)和分別描述了燃料量擾動(dòng)和熱空氣溫度擾動(dòng)對(duì)對(duì)水冷壁所接受熱量的動(dòng)態(tài)特性。</p><p>　　現(xiàn)在我們來(lái)找出燃料量B與流出爐膛煙氣流量之間的關(guān)系，因爐膛內(nèi)的煙氣流速很高，可以忽略爐膛容積慣性的影響，這時(shí)根據(jù)靜態(tài)關(guān)系</p><p

58、><b>　　可以導(dǎo)出</b></p><p><b>　?。?-3-14）</b></p><p>　　實(shí)際上是一個(gè)靜態(tài)比例系數(shù)。</p><p>　　在以上建立鍋爐爐膛動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型過(guò)程中，我們假設(shè)燃料和空氣量是成比例變化的，即過(guò)量空氣系數(shù)=const，從而=const。如果考慮到燃料量和空氣量不成比例變化，或它們

59、單獨(dú)發(fā)生變化，則應(yīng)作為一個(gè)變量，也隨之成為一個(gè)變量，且二者之間的關(guān)系可用下式表示，即</p><p><b>　?。?-3-15）</b></p><p>　　式中 ——一公斤燃料燃燒產(chǎn)物的理論容積，/kg；</p><p>　　——一公斤燃料所需的理論空氣容積，/kg；</p><p>　　4 鍋爐燃燒室熱量信號(hào)模型&

60、lt;/p><p>　　4.1 熱量信號(hào)前言</p><p>　　火力發(fā)電廠(chǎng)鍋爐絕大多數(shù)是煤粉爐，為了保護(hù)證鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，鍋爐的燃燒調(diào)整和自動(dòng)控制至關(guān)重要。燃燒調(diào)整和自動(dòng)控制離不開(kāi)燃料量的測(cè)量。如何測(cè)量燃料量，目前尚無(wú)直接方法。用熱量信號(hào)代替燃料量信號(hào)是中儲(chǔ)式煤粉爐常見(jiàn)的一種間接測(cè)量方法。</p><p>　　4.2機(jī)理分析法構(gòu)成熱量信號(hào)</p>

61、<p>　　在任意時(shí)間內(nèi)，煤粉燃燒流入鍋爐蒸發(fā)受熱面的熱量，蒸汽帶走的熱量和鍋爐沸騰水熱量在動(dòng)態(tài)時(shí)的熱平衡關(guān)系可以用下式表示：</p><p><b>　?。?-2-1）</b></p><p>　　式中 ——蒸汽流量，t/h；</p><p>　　——過(guò)熱蒸汽熱焓，kJ/kg；</p><p>　　——給水熱

62、焓，kJ/kg；</p><p>　　——汽鼓內(nèi)沸水熱焓，kJ/kg；</p><p>　　——蒸發(fā)部分的儲(chǔ)水量，kg；</p><p>　　——熱流量，kJ/h；</p><p>　　沸騰水的熱焓是飽和蒸汽壓的函數(shù)，寫(xiě)成：</p><p><b>　?。?-2-2）</b></p>

63、<p><b>　　則有</b></p><p><b>　?。?-2-3）</b></p><p>　　所以由（3-2-1）式得</p><p><b>　　（4-2-4）</b></p><p><b>　　整理得：</b></p&g

64、t;<p><b>　?。?-2-5）</b></p><p><b>　　令 </b></p><p>　　稱(chēng)為蓄熱系數(shù)，它表示汽壓每改變一個(gè)單位壓力（100kPa）時(shí)蒸發(fā)受熱面所吞吐的蒸發(fā)量（t/100kPa）。就是用蒸汽量來(lái)表示的吸熱量（kg/h），故（4-2-5）可以寫(xiě)成下式：</p><p><

65、;b>　?。?-2-7）</b></p><p>　　上式中的稱(chēng)為“熱量信號(hào)”。（4-2-7）式表明在靜壓（液壓和汽流一定）時(shí)，蒸汽流量D是燃料發(fā)熱量的準(zhǔn)確度量；在存在燃料量擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，熱量則有蒸汽流量和一部分儲(chǔ)存在鍋爐內(nèi)部汽水中（體現(xiàn)為汽鼓壓力的變化）的熱量組成[7]。值得說(shuō)明的是鍋爐蒸發(fā)受熱面環(huán)節(jié)實(shí)際是一個(gè)雙容對(duì)象，上式只是近似的描述。</p><p>　　進(jìn)一

66、步的分析指出，用蒸汽流量D和壓力變化來(lái)組成熱量信號(hào)的情況下，必須滿(mǎn)足兩點(diǎn)：1）當(dāng)燃燒率變化（即內(nèi)擾），隨之成比例變化；2）當(dāng)用汽量變化（外擾），而不變化。圖4-1曲線(xiàn)說(shuō)明了這兩種擾動(dòng)下的變化情況。</p><p>　　圖4-1熱量信號(hào)的階躍反映曲線(xiàn)</p><p>　　在圖4-1中為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，假設(shè)內(nèi)擾 和外擾都作階躍變化，由圖4-1(a)可見(jiàn)，進(jìn)入爐膛的燃料M 如果在時(shí)作階躍變化，經(jīng)過(guò)D、

67、 的變化，最后得到的變化曲線(xiàn)與M 曲線(xiàn)一致。由圖4-1(b)可見(jiàn)，閥門(mén)開(kāi)度Ud在時(shí)作階躍開(kāi)大，引起流量D變化，此時(shí)汽壓變化 正好抵消了D的變化使呈一直線(xiàn)?？梢哉鎸?shí)代表燃料信號(hào)。</p><p>　　4.3 蓄熱系數(shù)的確定</p><p>　　蓄熱系數(shù)可以根據(jù)下列原則求出：當(dāng)鍋爐燃燒率不變而負(fù)荷(汽輪饑對(duì)蒸汽量的需求)變化時(shí)，雖然蒸汽流量D和汽鼓壓力都發(fā)生變化，但是熱量信號(hào)不應(yīng)變

68、化，即</p><p><b>　　（4-3-1）</b></p><p><b>　　（4-3-2）</b></p><p>　　如果在時(shí)間內(nèi)對(duì)（4-3-2）進(jìn)行積分，可得</p><p><b>　　（4-3-3）</b></p><p>　　式中表

69、示時(shí)間從內(nèi)汽鼓壓力的變化。其中 表示期間蒸汽流量變化的累計(jì)量。故系數(shù)的物理意義是的鍋爐燃燒率不變時(shí)汽鼓 壓力每降低100kPa時(shí)所釋放出來(lái)的蒸汽量。據(jù)此，在實(shí)際中可用實(shí)驗(yàn)方法求出之值。保持燃料的燃燒率不變而負(fù)荷作任意擾動(dòng)。記錄其蒸汽流量D和汽鼓壓力的變化曲線(xiàn)。如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2實(shí)測(cè)D，變化曲線(xiàn)</p><p>　　圖4-2中曲線(xiàn)（a）的陰影部分面積

70、表示 ，曲線(xiàn)（b）中之值即為[]，則，這就方便的測(cè)得了的大小，而且這樣得到的必然滿(mǎn)足要求。</p><p>　　4.4 微分信號(hào)dPb/dt的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　汽鼓壓力的變化率 屬于理想微分環(huán)節(jié)，而在自控儀表中所能實(shí)現(xiàn)的只是實(shí)際微分信號(hào)。下面分析實(shí)際的熱量信號(hào)是如何實(shí)現(xiàn)的。由可知，若保持不變，來(lái)自汽輪機(jī)的負(fù)荷擾動(dòng)使流量D產(chǎn)生一個(gè)階躍變化，則由（4-3-1）和（4-3

71、-2）可得：</p><p><b>　?。?-4-1）</b></p><p>　　上式表明蒸汽流量的增加所需要的熱量完全是依靠鍋爐蓄熱的降低來(lái)供給的。圖4-3畫(huà)出蒸汽流量D外擾下經(jīng)過(guò)實(shí)際微分環(huán)節(jié)的變化曲線(xiàn) 。</p><p>　　圖4-3實(shí)際微分的實(shí)現(xiàn)框圖</p><p>　　微分器的增益；微分時(shí)間常數(shù)；復(fù)函數(shù)變量&

72、lt;/p><p>　　從圖4-3可見(jiàn)，作等速變化時(shí)，經(jīng)過(guò)實(shí)際微分環(huán)節(jié)(a)后變成一條指數(shù)曲線(xiàn)。實(shí)際微分環(huán)節(jié)等于理想微分環(huán)節(jié)(b)與慣性環(huán)節(jié)(c)相串聯(lián)。我們期望得到理想微分，而實(shí)際微分環(huán)節(jié)做不到這一點(diǎn)，為解決這個(gè)矛盾，畫(huà)出D、及的曲線(xiàn)如圖4-4。</p><p>　　圖4-4D、、 曲線(xiàn)</p><p>　　從圖4看到，當(dāng)D作階躍增加△D擾動(dòng)后(見(jiàn)a) 直線(xiàn)下降

73、(見(jiàn)b)；實(shí)際微分得到的曲線(xiàn)為圖c中2所示，理想微分得到曲線(xiàn)如1所示(水平線(xiàn))。所以理想微分與實(shí)際微分之差就是圖c中陰影部分面積。如果引入一負(fù)的蒸汽流量微分信號(hào)(慣性環(huán)節(jié)出來(lái)的)其曲線(xiàn)如圖c中3所示，則曲線(xiàn)2與曲線(xiàn)3相迭加，便得到曲線(xiàn)1所示理想微分曲線(xiàn)。于是得到：</p><p><b>　?。?-4-2）</b></p><p>　　為可調(diào)系數(shù)，當(dāng)?shù)扔?時(shí)，<

74、/p><p><b>　　（4-4-3）</b></p><p>　　上式表明；引入蒸汽流量微分信號(hào)后，使蒸汽流量信號(hào)和汽鼓壓力信號(hào)一樣，多增加一個(gè)相同的慣性環(huán)節(jié)，即理想熱量信號(hào)與一個(gè)慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)。</p><p>　　5 爐膛壓力與燃燒狀態(tài)關(guān)系</p><p>　　5.1 爐膛壓力產(chǎn)生機(jī)理</p><

75、p>　　鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個(gè)受多種因素制約的復(fù)雜系統(tǒng)。燃燒過(guò)程十分復(fù)雜。很細(xì)的煤粉以一定的速度噴入爐膛，在氧氣、溫度等條件滿(mǎn)足時(shí)煤粉顆粒就會(huì)著火并迅速燃燒，在爐膛里發(fā)生劇烈的物理和化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)放出大量的光和熱。這時(shí)爐膛內(nèi)的氣體體積一定會(huì)發(fā)生變化，對(duì)爐墻壁會(huì)產(chǎn)生一定波動(dòng)的壓力。況且，煤粉顆粒的燃燒也不是一個(gè)均勻連續(xù)的過(guò)程，這種不均勻?qū)е氯紵拿}動(dòng)，燃燒的脈動(dòng)又會(huì)引起汽流的波動(dòng)，進(jìn)而影響到爐膛的壓力。引起爐膛壓力變化的原因有送引風(fēng)的原

76、因和燃燒原因2類(lèi)，而且爐膛內(nèi)出現(xiàn)的局部滅火和局部爆燃，往往會(huì)導(dǎo)致很大的爐膛壓力波動(dòng)。</p><p>　　5.2 爐膛壓力與燃燒的關(guān)系</p><p>　　爐內(nèi)燃燒是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的物理、化學(xué)過(guò)程，燃燒的強(qiáng)弱程度——燃燒速W是指單位時(shí)間內(nèi)燃盡的燃料量。它不但與燃料種類(lèi)、空氣量、爐膛溫度、爐膛結(jié)構(gòu)等諸多因素有關(guān)，而且與爐膛壓力P有著密切的關(guān)系。</p><p>　　對(duì)于

77、鍋爐實(shí)際燃燒時(shí)W與P的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)表明：爐膛壓力與燃燒速度成正比關(guān)系：</p><p>　　意即燃燒時(shí)化學(xué)反應(yīng)速度與反應(yīng)物壓力P的n次方成正比[8]。其中，n≠0且n≠∞。</p><p>　　5.3 鍋爐實(shí)際燃燒時(shí)W與P的關(guān)系</p><p>　　在一臺(tái)DZL6—16p型鍋爐上進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明：1)當(dāng)爐膛壓力P= —(2～3)kPa時(shí)(即鼓風(fēng)機(jī)停運(yùn)，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行

78、，入口風(fēng)門(mén)開(kāi)度80％)，爐膛火焰為暗黃無(wú)力，漏入冷風(fēng)量加大，煙囪冒淡灰色無(wú)力煙。2)當(dāng)爐膛壓力P= —(20～30)Pa時(shí) (此為鍋爐正常運(yùn)行壓力，鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，風(fēng)門(mén)開(kāi)度70％，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行風(fēng)門(mén)開(kāi)度80％)，爐內(nèi)呈強(qiáng)烈燃燒狀態(tài)，火焰最高長(zhǎng)度達(dá)3m，金黃發(fā)亮，煙囪煙色發(fā)白。3)當(dāng)爐膛壓力 P=0時(shí)(鼓、引風(fēng)機(jī)全停，風(fēng)門(mén)全關(guān))，爐內(nèi)為壓火狀態(tài)，這時(shí)煤層緩慢自燃，煙囪冒出縷縷青煙。4)當(dāng)爐膛壓力P=1.4kPa～1.5kPa時(shí)(鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，門(mén)開(kāi)度

79、70％)，爐膛火焰為橙黃色、有力、長(zhǎng)度約2m。</p><p>　　6 鍋爐汽包真實(shí)水位的軟測(cè)量</p><p>　　6.1 鍋爐汽包水位機(jī)理分析</p><p>　　電廠(chǎng)鍋爐是用來(lái)生產(chǎn)蒸汽的換熱系統(tǒng)，工藝機(jī)理較為明確。給水經(jīng)省煤器加熱后送入汽包，然后從下降管經(jīng)下聯(lián)箱進(jìn)到上升管（即水冷壁）。在上升管內(nèi)吸收爐壁內(nèi)供給的熱量，此時(shí)有部分的水變成飽和蒸汽，所形成的汽水混合

80、物又回到汽包中，汽水混合物在汽包中進(jìn)行汽水分離。飽和蒸汽將導(dǎo)入過(guò)熱器內(nèi)，進(jìn)一步被加熱成過(guò)熱蒸汽，而飽和水再進(jìn)入下降管重復(fù)上述過(guò)程。</p><p>　　從物料平衡的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，只要汽包進(jìn)水量W等于汽包出汽量D，就可以保證汽包水位不變。若W大于D，則水位上升，反之，水位下降。因此可基于物料平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)汽包水位的軟測(cè)量，即找出汽包進(jìn)水量W及汽包出汽量D與水位變化量之間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的新測(cè)量。將汽包近似看成一個(gè)圓筒

81、型，如下圖所示:</p><p>　　圖6-1汽包水位與水面尺寸的關(guān)系模型</p><p>　　6.2 電廠(chǎng)汽包水位軟測(cè)量模型的建立</p><p>　　根據(jù)物料平衡的原理，可以寫(xiě)出下列方程：</p><p><b>　　（6-2-1）</b></p><p>　　式中 W——汽包進(jìn)水量，t/h；

82、</p><p>　　ρ——汽包壓力為P時(shí)的飽和水密度，；</p><p>　　D——汽包出汽量，t/h；</p><p>　　dt——時(shí)間微分量，s；</p><p>　　dh——水位微分量，m；</p><p>　　F——汽包內(nèi)當(dāng)前水位下的水表面面積，；</p><p><b>　

83、?。?-2-2）</b></p><p><b>　?。?-2-3）</b></p><p><b>　?。?-2-4）</b></p><p>　　式中 a——汽包中心線(xiàn)到汽包“0”水位的距離，m；</p><p>　　l——汽包內(nèi)當(dāng)前水位下的水表面的軸向長(zhǎng)，m；</p>

84、<p>　　r——汽包內(nèi)當(dāng)前水位下的水表面的橫截寬，m；</p><p><b>　　則有</b></p><p><b>　　（6-2-5）</b></p><p>　　對(duì)于式（6-2-5）所示的非線(xiàn)性微分方程，可用離散化的方法求解。設(shè)離散化步長(zhǎng)為，令</p><p><b>

85、;　?。?-2-6）</b></p><p><b>　　則有 </b></p><p><b>　　（6-2-7）</b></p><p>　　假設(shè)在t時(shí)刻已知W（t）、D（t）、ρ（t）和h(t-)，則在t=i離散時(shí)刻就有W（i）、D（i）、ρ（i），那么有</p><p><

86、b>　?。?-2-8）</b></p><p>　　考慮到ρ和P的關(guān)系并設(shè)P可以實(shí)時(shí)測(cè)量，則有</p><p><b>　?。?-2-9）</b></p><p>　　再考慮關(guān)系 則得到</p><p><b>　　（6-2-10）</b></

87、p><p>　　上式即為水位h的軟測(cè)量計(jì)算式。只要先給定初值h（0），則可依次得到h（1）、h（2）、h（3）……，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽包水位的實(shí)時(shí)軟測(cè)量[13]。</p><p>　　由此，可得到圖6-2所示的汽包水位軟測(cè)量系統(tǒng)。</p><p>　　圖6-2汽包水位軟測(cè)量模型的整體結(jié)構(gòu)</p><p>　　6.3汽包水位軟測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)</p&

88、gt;<p>　　6.3.1 D的確定</p><p>　　在上述的建模設(shè)計(jì)中，鍋爐汽包的的出汽量為D，但在實(shí)際過(guò)程并不存在的測(cè)量裝置，已經(jīng)測(cè)得了相關(guān)量是汽輪機(jī)進(jìn)汽量。顯然，從鍋爐出來(lái)的蒸汽經(jīng)過(guò)熱器后才進(jìn)入汽輪機(jī)的過(guò)程使得汽輪機(jī)進(jìn)汽量≠D。那么受到了那些因素的影響呢？下面進(jìn)行具體分析：</p><p><b>　　汽溫調(diào)節(jié)的影響</b></p>

89、;<p>　　過(guò)熱器出口的蒸汽溫度，也是鍋爐運(yùn)行中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)視和控制的重要指標(biāo)之一。一般規(guī)定它們的數(shù)值與額定值得偏差為±5~10℃。汽溫過(guò)高，會(huì)直接危及過(guò)熱器及汽輪機(jī)等設(shè)備的安全；汽溫過(guò)低，會(huì)使循環(huán)熱效率降低。所以，一般都不采用噴水減溫法進(jìn)行過(guò)熱器出口汽溫的調(diào)節(jié)。噴水量一般為鍋爐的額定蒸發(fā)量的3%~5%。可見(jiàn)這個(gè)量不容忽視。</p><p>　　兩級(jí)噴水減溫系統(tǒng)，噴入的減溫水，吸熱后變成蒸汽

90、進(jìn)入汽輪機(jī)。則有</p><p><b>　　蒸汽帶水的影響</b></p><p>　　蒸汽帶水會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)進(jìn)汽量測(cè)量不準(zhǔn)。實(shí)際蒸汽流量測(cè)量時(shí)按純凈蒸汽的密度ρ計(jì)算的。由于蒸汽帶水，使得流體密度變?yōu)椋笥讦?。根?jù)流量測(cè)量表達(dá)式可知，實(shí)際流量大于測(cè)量流量。而對(duì)于過(guò)熱蒸汽而言，蒸汽帶水只在滿(mǎn)水狀態(tài)下才可能產(chǎn)生，故對(duì)于D的確定影響可以忽略。</p><

91、p><b>　　管道流水量</b></p><p>　　無(wú)論蒸汽管路保溫絕熱的如何好，熱量總要向外界散失。對(duì)于過(guò)熱蒸汽管路來(lái)說(shuō)，在散熱后就會(huì)降低過(guò)熱度。如果是飽和蒸汽管路，由于散熱冷卻的結(jié)果就會(huì)造成蒸汽的凝結(jié)。若讓此種蒸汽通過(guò)蒸汽機(jī)，則水滴將以極高的速度沖擊葉片，它將嚴(yán)重?fù)p壞汽輪機(jī)。而對(duì)于過(guò)熱器這一管路，正常運(yùn)行時(shí)不應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生蒸汽的凝結(jié)，也無(wú)需進(jìn)行管道疏水，因此也不必考慮疏水量。<

92、/p><p>　　綜合上述D的確定式可以寫(xiě)為</p><p><b>　?。?-3-1）</b></p><p>　　6.3.2 W的確定</p><p>　　對(duì)于汽包進(jìn)水量W，在實(shí)際過(guò)程中也不存在相應(yīng)的測(cè)量裝置。已經(jīng)測(cè)得的相關(guān)量是給水量G，而它是在省煤器前、給水泵后測(cè)得的，和概念上的汽包進(jìn)水量W還不能等同。這里主要需要考慮

93、的是汽包的排污量影響。</p><p>　　鍋爐運(yùn)行時(shí)，給水帶入鍋爐的雜質(zhì)，除極少量被飽和蒸汽攜帶外大部分都留在鍋爐水中。隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，水不斷蒸發(fā)，濃縮，鍋爐水中的雜質(zhì)就會(huì)不斷的增多。當(dāng)其中含鹽量超過(guò)容許數(shù)值時(shí)，就會(huì)使蒸汽品質(zhì)惡化；還會(huì)造成爐管堵塞，危及鍋爐的安全運(yùn)行。因此，為使鍋爐水的含鹽量和含硅量維持在極限容許的情況下，采取的措施就是在鍋爐運(yùn)行中經(jīng)常放掉一部分鍋爐水，即稱(chēng)為鍋爐排污。鍋爐排污方式分為連續(xù)

94、排污和定期排污兩種。</p><p>　　連續(xù)排污是連續(xù)不斷的從汽包中排放濃度最大的鍋爐水。其目的主要是防止鍋爐中的含鹽量和含硅量過(guò)高，排除鍋爐水中細(xì)微或懸浮的水渣。鍋爐運(yùn)行，汽包水位下80~100mm的地方鍋爐水含鹽濃度最大，因此，連續(xù)排污通常由此處引出。</p><p>　　定期排污是定期的從鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)的最低點(diǎn)（如水冷壁的下聯(lián)箱出）排放部分鍋爐水。其排污主要為了排除水渣、泥渣、沉淀

95、物和腐蝕產(chǎn)物。定期排污每次排放時(shí)間應(yīng)該短一般不超過(guò)0.5~1min，每次定期排污所拍的水量，一般為鍋爐蒸發(fā)量的0.1%~0.5%，定期排污的時(shí)間間隔，應(yīng)由鍋爐水水質(zhì)決定，定期排污最好在鍋爐低負(fù)荷時(shí)進(jìn)行，因此鍋爐循環(huán)速度越低，水渣下沉，排放效果越好。顯然，對(duì)于汽包水位軟測(cè)量系統(tǒng)，必須考慮連續(xù)排污量。而對(duì)于定期排污量則因排放周期的不確定性，較難計(jì)算在內(nèi)，暫不考慮。</p><p>　　連續(xù)排污量一般根據(jù)鍋爐排污率來(lái)控

96、制，即</p><p>　　式中 ——鍋爐排污水量，t/h；</p><p>　　D——鍋爐蒸發(fā)量（即汽包出汽量），t/h；</p><p>　　η——鍋爐排污率，%；</p><p>　　鍋爐的排污率，應(yīng)該不超過(guò)下列數(shù)值：以化學(xué)除鹽水或蒸餾水為補(bǔ)給水的蒸汽式電廠(chǎng)1%；以化學(xué)軟化水為補(bǔ)給水的蒸汽式電廠(chǎng)2%；以化學(xué)除鹽水或蒸餾水為補(bǔ)給水的熱電廠(chǎng)

97、2%；以化學(xué)軟化水為補(bǔ)給水的熱電廠(chǎng)5%。</p><p>　　這樣，概念上的汽包進(jìn)水量W應(yīng)為</p><p><b>　　（6-3-2）</b></p><p>　　6.3.3 h(0)的確定</p><p>　　由前面的軟測(cè)量模型推導(dǎo)可知，所導(dǎo)出的模型實(shí)質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)的水位變化量模型，不是絕對(duì)量模型。所以，它自身不能確

98、定h(0)。只有當(dāng)h(0)用其他的測(cè)量方法給定后，h(i)才能得到。此外，可以推斷，若這個(gè)模型一旦有系統(tǒng)誤差而不是隨即誤差，則h(i)的計(jì)算誤差將隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而增大。如果用其他的較準(zhǔn)確的測(cè)量方法測(cè)得的h(0)能經(jīng)常地更新，那么h(i)的誤差將能得到及時(shí)的校正，從而消除累積誤差的影響。</p><p>　　對(duì)于傳統(tǒng)的鍋爐汽包水位測(cè)量，無(wú)外乎用云母水位計(jì)、電接點(diǎn)水位計(jì)和差壓水位計(jì)三種。所以h(0)的確定也可以用傳統(tǒng)

99、三法之一。</p><p>　　6.3.4 汽包水位軟測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模型</p><p>　　綜合上述分析，可以給出汽包水位軟測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模型[13]：</p><p><b>　　(6-3-3)</b></p><p><b>　　7 結(jié)論</b></p><p>　　現(xiàn)

100、代化的大、中型電廠(chǎng)都運(yùn)用DCS系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)信號(hào)采集、過(guò)程的自動(dòng)控制和設(shè)備安全聯(lián)鎖保護(hù)等功能。一旦檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)由于各種因素發(fā)生故障，就會(huì)嚴(yán)重影響自動(dòng)控制系統(tǒng)的投入，當(dāng)影響到設(shè)備安全運(yùn)行時(shí)，還將迅速停機(jī)來(lái)處理，從而對(duì)企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。運(yùn)用軟測(cè)量技術(shù)可以采用有“關(guān)聯(lián)”的檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)，推斷出更為準(zhǔn)確的被測(cè)信號(hào)，并可診斷出可能的故障信號(hào)的變化趨勢(shì)，來(lái)保證生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)、正常運(yùn)行和設(shè)備的安全。所以軟測(cè)量技術(shù)在電力生產(chǎn)中有極高的應(yīng)用價(jià)值。軟測(cè)量通常是

101、在成熟傳感器硬件基礎(chǔ)上，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，通過(guò)軟測(cè)量模型運(yùn)算處理來(lái)完成的[9]。這類(lèi)方法具有功能強(qiáng)、通用性好、響應(yīng)快速、測(cè)量準(zhǔn)確、工程適用范圍寬、維護(hù)方便、性能價(jià)格比低等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。在當(dāng)今的信息化社會(huì)中，計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展而興起的“虛擬儀器”和“嵌入式技術(shù)”正在自動(dòng)檢測(cè)儀器儀表界引起一場(chǎng)變革，而“軟測(cè)量技術(shù)”把常規(guī)檢測(cè)手段與計(jì)算機(jī)信息處理、科學(xué)運(yùn)算結(jié)合起來(lái)，是一種基于過(guò)程辨識(shí)、工藝規(guī)律、控制機(jī)理的間接檢測(cè)技術(shù)。利用現(xiàn)有的常規(guī)檢測(cè)儀表，

102、結(jié)合自動(dòng)化、信息技術(shù)，極大地提升了傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)，節(jié)約了成本。事實(shí)上，近年來(lái)軟測(cè)量技術(shù)已經(jīng)在電廠(chǎng)熱工測(cè)量中得到了成功的應(yīng)</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 海青,黃志堯. 軟測(cè)量技術(shù)原理及應(yīng)用[M]．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000.9</p><p>　　[2] 李學(xué)高鏜年. 熱工控制對(duì)象動(dòng)力[M]．北京：

103、水利水電出版社，1985.5</p><p>　　[3] 鍋爐燃燒試驗(yàn)研究方法及測(cè)量技術(shù)[M].華北電力大學(xué)交流講義.1996.12</p><p>　　[4] 榮鑾恩.工業(yè)鍋爐燃燒[M]. 北京：水利水電出版社，1992.8</p><p>　　[5] 伍乾永，劉錄明. 煤粉鍋爐燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)中熱量信號(hào)的選擇[J].四川化工與腐蝕控制，1998，1（5）：8～11&

104、lt;/p><p>　　[6] 韓 璞，喬 弘，王東風(fēng)，翟永杰. 火電廠(chǎng)熱工參數(shù)軟測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀[N].儀器儀表學(xué)報(bào)，2007，28（6）：1139～1146 </p><p>　　[7] 潘維加. 熱量信號(hào)構(gòu)成方案的分析與研究[J].鍋爐技術(shù)，2000，31（7）：9～11</p><p>　　[8] 劉明銳.爐膛壓力與燃燒、節(jié)能、環(huán)保的關(guān)系[J].應(yīng)用能源技術(shù)

105、,2005,6：（28~29）</p><p>　　[9] 王劍東，王東風(fēng)，韓 璞. 軟測(cè)量技術(shù)及其在電廠(chǎng)熱工過(guò)程中的應(yīng)用[J].電站系統(tǒng)過(guò)程，2002，18（5）：49～51</p><p>　　[10] 王立志，翟永杰，于鵬娟，趙 斌. 軟測(cè)量技術(shù)在電廠(chǎng)鍋爐監(jiān)視及調(diào)整系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電站系統(tǒng)過(guò)程，2005，21（3）：55～59</p><p>　　[11]

106、 王永中. 軟測(cè)量技術(shù)在乙苯精餾中的應(yīng)用[M].化工自動(dòng)化及儀表，2008，35（2）：78～80</p><p>　　[12] 周菊華,黃生琪.爐膛壓力與燃燒速度的再研究[J].發(fā)電設(shè)備,2004,4</p><p>　　[13] 許晨光，楊 平，邵建清，應(yīng)啟戛.鍋爐汽包水位軟測(cè)量方法初探[J].華東電力,2005，33（8）</p><p>　　[14] 彭

107、鋼.DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中熱量信號(hào)超前性的研究[J].河北電力技術(shù)，2008，27（1）：1～4</p><p>　　[15] 劉文林，文 博.采用模糊自尋優(yōu)控制器的鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)[J].東北電力技術(shù)，2004（6）：11～19</p><p>　　[16] 陳劍平，馬吉強(qiáng)，盧 煒. 協(xié)調(diào)控制方案探討與應(yīng)用.方法，2005（6）：49～52</p><p&

108、gt;　　[17] 田 亮，劉鑫屏，趙 征，劉吉臻. 一種新的熱量信號(hào)構(gòu)造方法及實(shí)驗(yàn)研究.動(dòng)力工程，2006，26（4）：500～502</p><p>　　[18] 張芳生，沈 炯. 直接能量平衡法的機(jī)理及國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀[J].潔凈煤燃燒與發(fā)電技術(shù)，2003（5）：11～13</p><p><b>　　感謝</b></p><p>　　我的

109、論文是在韋根原老師的悉心指導(dǎo)下完成的，因此在我的論文完成之際，要特別感謝韋老師。我撰寫(xiě)論文的過(guò)程中，無(wú)論是在論文的、構(gòu)思和資料的搜集上，還是在論文的研究方法及成文定稿方面，我都得到了韋老師耐心細(xì)致的教導(dǎo)和無(wú)私的幫助。韋老師淵博的學(xué)識(shí)，樸實(shí)的工作作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，寬厚的待人方式，都給我留下了深刻的印象。跟老師的每一次交流，都給我很大的啟迪，總有醍醐灌頂?shù)母杏X(jué)。這些使我終生受益，在此表示深深地感謝！</p><p&g

110、t;　　同時(shí)還要感謝在我撰寫(xiě)論文的過(guò)程中給過(guò)我?guī)椭耐瑢W(xué)們!</p><p>　　感謝所有關(guān)心、支持、幫助過(guò)我的良師益友！</p><p>　　最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見(jiàn)的各位專(zhuān)家表示衷心感謝！</p><p>　　華 北 電 力 大 學(xué)</p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）附 件</p>&l

111、t;p>　　外 文 文 獻(xiàn) 翻 譯</p><p>　　學(xué) 號(hào)： 200502030125 姓 名： 王海明 </p><p>　　所在院系： 自動(dòng)化系 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 測(cè)控0501班 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 韋根原 </p><p>　　原文標(biāo)題：SOFT-S

112、ENSING MODEL OF OXYGEN CONTENT BASED ON DATA FUSION </p><p>　　2009年 5月20日</p><p>　　基于數(shù)據(jù)融合的煙氣含氧量軟測(cè)量模型</p><p>　　劉吉臻，趙 正，曾德亮，陳燕喬</p><p><

113、;b>　　摘要</b></p><p>　　根據(jù)傳統(tǒng)氧量分析儀的高維護(hù)費(fèi)用和壽命低的缺點(diǎn)，我們提出一種以數(shù)據(jù)融合為基礎(chǔ)的煙氣氧含量的軟測(cè)量模型。通過(guò)機(jī)制分析和一些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，建立氧含量和風(fēng)量的模型。基于多傳感器數(shù)據(jù)融合方法。可以使輸入的數(shù)據(jù)獲得更可靠和更準(zhǔn)確的價(jià)值。最后仿真出一個(gè)與實(shí)際符合的很好的軟測(cè)量模型。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 數(shù)據(jù)融合；軟測(cè)量模型；氧含量

114、；機(jī)制分析；統(tǒng)計(jì)的分析</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　正確測(cè)量尾煙氧含量對(duì)于提高燃燒的經(jīng)濟(jì)性很重要。目前，測(cè)量煙氣氧含量的氧量分析儀維護(hù)費(fèi)用高，壽命低，而且測(cè)量滯后較大，直接影響鍋爐燃燒經(jīng)濟(jì)性的提高。過(guò)去十年中，軟測(cè)量技術(shù)的發(fā)展速度很快。軟測(cè)量利用一些較易在線(xiàn)測(cè)量的輔助變量，通過(guò)在線(xiàn)分析，去估測(cè)不可測(cè)或者難測(cè)的變量法方法。軟測(cè)量技術(shù)

115、在工業(yè)中有很好的前景，但目前煙氣氧含量的軟測(cè)量方法主要以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的“黑箱”[1-2]結(jié)構(gòu)使其物理意義不明晰。相對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而言，工藝機(jī)理模型從工藝知識(shí)領(lǐng)域獲得，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此它們很容易被工程界所接受。然而在工藝機(jī)理不是很清楚的情況下，很多復(fù)雜的過(guò)程并不能建立基本模型。一個(gè)最好的辦法就是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)收集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和規(guī)律，建立基于統(tǒng)計(jì)分析的軟測(cè)量模型，本文將結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)建立氧含量