淺析數(shù)學(xué)電站鍋爐結(jié)渣發(fā)展論文
[論文關(guān)鍵詞]
電站鍋爐結(jié)渣模糊數(shù)學(xué)預(yù)測
[論文摘要]
用模糊數(shù)學(xué)方法預(yù)測燃煤鍋爐結(jié)渣特性的新發(fā)展，闡述了各評判方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
鍋爐結(jié)渣是長期困擾電站鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行的問題，威脅著電站鍋爐的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。準(zhǔn)確預(yù)測鍋爐的結(jié)渣傾向，為大型電站鍋爐的設(shè)計(jì)及運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)，對提高鍋爐的可用率，節(jié)約能源具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。
結(jié)渣過程是極其復(fù)雜的物理化學(xué)過程，取決于許多因素的綜合影響。它不僅與煤的灰分含量及其物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，還與燃燒器型式、爐膛結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)、爐內(nèi)溫度水平、空氣動力工況、氣氛條件以及受熱面的布置等有關(guān)。國內(nèi)外專家學(xué)者對結(jié)渣進(jìn)行了廣泛、深入的研究，提出了各類結(jié)渣預(yù)測方法并取得了一定的成果。本文主要闡述近年來采用模糊數(shù)學(xué)方法預(yù)測結(jié)渣特性的新發(fā)展。
一、結(jié)渣評判指標(biāo)
目前，國內(nèi)外判斷電廠煤結(jié)渣的因素主要有兩個方面：①根據(jù)煤的成分特性進(jìn)行判斷，比如煤灰中堿酸比B/A、硅比G、硅鋁比SiO2/Al2O3、鐵鈣比等；②根據(jù)煤灰的物理特性進(jìn)行判斷，包括軟化溫度t2、灰渣粘度、煤灰燒結(jié)特性等。此外還有一些判定結(jié)渣的指標(biāo)，如沾污指數(shù)Rf、煤灰粘度結(jié)渣指標(biāo)、硫結(jié)渣指標(biāo)RS、煤灰三元相圖等。陳立軍，文孝強(qiáng)等對結(jié)渣的評判指標(biāo)做了歸納。
美國EPRI曾調(diào)研了各種結(jié)渣指數(shù)的分辨情況，調(diào)研結(jié)果表明，沒有任何一項(xiàng)單一的指數(shù)可以完全正確預(yù)報(bào)結(jié)渣傾向，但任何一項(xiàng)指數(shù)又都有相當(dāng)?shù)目煽啃?70%左右)。
二、模糊數(shù)學(xué)方法
單指標(biāo)評判和預(yù)測煤的結(jié)渣性準(zhǔn)確率較低，難以滿足實(shí)際需要。有必要找到一種能根據(jù)具體情況確定出不同指標(biāo)的不同置信度的方法，以使判別結(jié)果更符合客觀實(shí)際，因而產(chǎn)生了綜合評判方法。
煤的結(jié)渣程度由弱到強(qiáng)的變化是一個由量變到質(zhì)變的過程，是一個模糊問題。模糊數(shù)學(xué)是用數(shù)學(xué)方法研究和處理具有“模糊性”現(xiàn)象的一門學(xué)科，因而能很好的評判煤的結(jié)渣傾向。
（一）模糊綜合評判
單一結(jié)渣特性判別指數(shù)分辨率低的一個重要原因是分割界限太明確，人為地把復(fù)雜的模糊性現(xiàn)象簡單地處理成了清晰現(xiàn)象，并且單一指標(biāo)只能從某個方面因素判別其結(jié)渣程度。為了提高預(yù)報(bào)的可靠性，必須兼顧多種因素綜合評判。
綜合評判是一種通過考慮不同因素表現(xiàn)出的不同作用而得到全面、合理結(jié)論的決策手段。這方面研究的共同點(diǎn)是選取一些常規(guī)結(jié)渣指標(biāo)作為因素集，取用結(jié)渣程度“輕微”、“中等”、“嚴(yán)重”三級被擇集作為評語集，并確定因素集中各因素的權(quán)重，進(jìn)行單因素評判，最后按某一模型加以單級模糊綜合評判，得到綜合評判向量。按最大隸屬度原則，判定該煤種的結(jié)渣程度等級。上述方法使用方便，在實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用，取得較好的效果。選擇具有較高準(zhǔn)確度的評判指標(biāo)，在合理選擇隸屬函數(shù)和權(quán)重集的基礎(chǔ)上，能夠最大程度地減少人為因素的影響，使判別結(jié)果更準(zhǔn)確。其關(guān)鍵在于從實(shí)際情況出發(fā)，建立合適的隸屬函數(shù)和權(quán)重集。
1．綜合評判模型的發(fā)展及評判因數(shù)集的選取
孫亦碌等人采用模糊數(shù)學(xué)的方法預(yù)測燃煤結(jié)渣性，并編制了用于綜合判別的RTSQ程序，此模型為燃煤結(jié)渣特性模糊綜合評判的雛形。
馮寶安等人提出了常規(guī)結(jié)馇指標(biāo)的模糊綜合評判方法，并將其用于8個煤種的結(jié)馇特性判，所得評判結(jié)果與實(shí)際結(jié)渣狀況相符。又應(yīng)用主因素決定型M(Λ，V)、主因素突出型M(·，V)、綜合評判型M(Λ，)及加權(quán)平均型M(·，+)四種單級模糊綜合評判模型對國內(nèi)8個煤種的常規(guī)結(jié)渣指標(biāo)進(jìn)行評判，由評判結(jié)果比較得出單級模型M(Λ，V)的準(zhǔn)確率最高的結(jié)論。
邱建榮等人對單一煤種及混煤的結(jié)渣特性進(jìn)行了研究，以軟化溫度t2、硅鋁比SiO2/Al2O3、硅比G、堿酸比B/A為評判因素集對煤的結(jié)渣特性進(jìn)行了評判。該方法不僅能夠全面考慮各種煤質(zhì)因素在具體情況下對結(jié)渣程度的綜合影響，而且考慮了不同指標(biāo)在不同情況下的重要程度，因而與常規(guī)指標(biāo)相比，其評價(jià)更為全面客觀。
楊圣春提出了分別適合于預(yù)測單一煤種和混煤的模糊評判模型CSM1和CSM2。劉伯謙等人針對元寶山褐煤的結(jié)渣特性預(yù)報(bào)不準(zhǔn)確的問題，提出了將改進(jìn)了的常規(guī)指標(biāo)及鍋爐運(yùn)行參數(shù)等多種單一判別準(zhǔn)則運(yùn)用于模糊數(shù)學(xué)，對褐煤結(jié)渣狀況進(jìn)行了有效判別。
浙江大學(xué)曹欣玉、蘭澤全等人在分析單一結(jié)渣判別指標(biāo)的缺陷及其原因的基礎(chǔ)上，針對常規(guī)指標(biāo)評判水煤漿結(jié)渣傾向準(zhǔn)確率普遍不高的問題，有針對性地提取了分辨率較高的結(jié)渣綜合指數(shù)R以及4個常規(guī)指標(biāo)構(gòu)成評判因素集。該方法較傳統(tǒng)的方法有更高的準(zhǔn)確性。
2．隸屬函數(shù)的確定
關(guān)于隸屬函數(shù)的確定人們一直都是采用線性函數(shù)，楊圣春提出的混煤結(jié)渣模型CBM2的隸屬度函數(shù)采用正態(tài)分布，函數(shù)變化較慢，評判結(jié)果表明該模型具有較高的分辨率和可信度，可為鍋爐燃用混煤進(jìn)行優(yōu)化配煤提供參考。但該模型是否適用任何煤種，還有待于進(jìn)一步通過實(shí)踐來驗(yàn)證。
浙江大學(xué)舒紅寧、黃鎮(zhèn)宇嘗試性地提出由正態(tài)分布函數(shù)演化而來非線性隸屬函數(shù)，函數(shù)變化較慢，并與實(shí)際結(jié)渣情況進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)評判結(jié)果和實(shí)際結(jié)渣情況取得了很好的吻合。這些說明了用正態(tài)分布函數(shù)建立其隸屬函數(shù)比線性隸屬函數(shù)更準(zhǔn)確、更合理，更加符合實(shí)際情況。
3．權(quán)系數(shù)的確定
在模糊綜合評判方法中，權(quán)系數(shù)反映各個評價(jià)指標(biāo)在綜合評判中的可信度，直接影響綜合評判的效果。因此，權(quán)系數(shù)的.確定是綜合評價(jià)方法的關(guān)鍵.通常采用專家咨詢法來解決.而專家咨詢法的致命弱點(diǎn)是過分依賴專家的主觀判斷和經(jīng)驗(yàn)，其結(jié)果有時(shí)難以令人信服。
趙顯橋等利用粗糙集理論來確定綜合評判模型中的權(quán)系數(shù)，將權(quán)系數(shù)確定問題轉(zhuǎn)化為粗糙集中屬性重要性評價(jià)問題，利用粗糙集理論中的知識支持度和屬性重要性評價(jià)方法，給出了模糊綜合評判模型權(quán)系數(shù)的計(jì)算方法。該方法不需要建立解析式的數(shù)學(xué)模型，完全是由數(shù)據(jù)驅(qū)動來確定各個預(yù)測方法的權(quán)系數(shù)，克服了傳統(tǒng)權(quán)系數(shù)確定方法的主觀性，使得綜合評判方法更客觀、更科學(xué)。
（二）聚類分析
灰色聚類方法是基于模糊數(shù)學(xué)的方法之一，是以灰色統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，將聚類對象對不同聚類指標(biāo)所擁有的白化數(shù)按幾個灰類進(jìn)行歸納整理，從而判斷聚類對象屬于哪一類的灰色統(tǒng)計(jì)方法。
浙江大學(xué)曹欣玉等人在分析單一結(jié)渣判別指標(biāo)的缺陷及其原因的基礎(chǔ)上，提出將分辨率較高的Rs與另外5個結(jié)渣指數(shù)(t2、B／A、G、SiO2／A12O3、R)一起作為評判因素集，采用灰色聚類方法對新汶黑液水煤漿及普通水煤漿結(jié)渣特性進(jìn)行預(yù)測評估。結(jié)果表明，該模型較傳統(tǒng)單一評價(jià)方法有更高的準(zhǔn)確度。
許志華針對有關(guān)模糊判別法和灰色聚類法中所出現(xiàn)的缺欠，對其進(jìn)行了補(bǔ)正，并討論了補(bǔ)正后引起的計(jì)算量增大的問題。
邱建榮等人將鄧聚龍的灰色聚類理論應(yīng)用于燃煤結(jié)渣特性的評判中。灰色聚類理論繼承了模糊數(shù)學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)，注意到分級界限不確定性問題，并在此基礎(chǔ)上給出了屬于某一等級的可能性分布。用此理論來判別煤的結(jié)渣性其結(jié)果無疑更符合客觀實(shí)際。王桂明．謝竣林等人應(yīng)用灰色理論對煤結(jié)渣性能進(jìn)行評判，并對煤的結(jié)渣機(jī)理進(jìn)行了分析，其結(jié)論與邱建榮等人相同，為煤的結(jié)渣評判提供了新思路。
華中理工大學(xué)郭嘉、曾漢才運(yùn)用模糊聚類分析法分析預(yù)測混煤的結(jié)渣趨勢，此方法不僅適合混煤的特點(diǎn)，而且考慮了模糊因素的影響方便易行。
（三）模糊模式識別
模糊模式識別法大致可分為直接法和間接法(又稱群體模式識別方法)。直接法是根據(jù)最大隸屬原則來歸類，間接法則是按照擇近原則來對被識別對象進(jìn)行識別。
郭嘉，曾漢才采用間接法，將已知結(jié)渣狀況的6個煤種作為模型，采用煤灰軟化溫度、硅鋁比、堿酸比和硅比4個評判指標(biāo)，對受檢煤種進(jìn)行識別。通過計(jì)算與前6個已知模型的貼近度，來判別受檢者的歸屬類型。但此模型比較粗糙，識別范圍狹窄，且只考慮了煤灰的特性，僅適用于燃燒工況比較接近的不同煤灰的評判。
蘭澤全，曹欣玉采用間接法對待識別對象進(jìn)行結(jié)渣特性判別。選用了7個已知結(jié)渣程度的燃煤作為標(biāo)準(zhǔn)模型，以4個常規(guī)指標(biāo)和綜合指數(shù)R為評判因素集，對同一臺鍋爐不同部位的3個樣品(爐渣，轉(zhuǎn)向室灰，除塵灰)以及某燃料水煤漿灰進(jìn)行識別，以判斷屬于何種結(jié)渣程度，結(jié)果表明該模型較以前的四因素法具有更高的準(zhǔn)確性。同時(shí)指出應(yīng)用模糊模式識別法來評價(jià)其沾污結(jié)渣特性時(shí)，在因素集的選取方面應(yīng)更多地考慮鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)及運(yùn)行工況的影響。
趙利敏，路丕思綜合考慮灰熔點(diǎn)、堿酸比、硅鋁比、硅比及爐膛平均溫度和無因次實(shí)際切圓直徑6個因素，利用模糊模式識別的方法判斷鍋爐結(jié)渣。以實(shí)際運(yùn)行中已知結(jié)渣程度的9臺鍋爐作為樣本，對7臺受檢鍋爐進(jìn)行評判，評判結(jié)果與實(shí)際情況相符。此新方法可預(yù)示大容量鍋爐的設(shè)計(jì)及運(yùn)行時(shí)的結(jié)渣程度。
隨著模式識別樣本庫的不斷豐富和完善，此方法將會得到更廣泛的應(yīng)用。
三、結(jié)論
目前的采用的預(yù)測方法大多以煤指特性為指標(biāo)，對鍋爐的運(yùn)行情況考慮較少。由于爐內(nèi)結(jié)渣的多種因素影響，用某種固定的預(yù)測方法得到的結(jié)果，往往達(dá)不到要求的精度，難以找到通用的預(yù)測模型，而且數(shù)據(jù)本身也具有局限性。要想提高結(jié)渣預(yù)測的精確度，需要不斷改進(jìn)計(jì)算方法，建立和完善煤質(zhì)特性、鍋爐運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，尋找普遍使用的模型。
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