電除塵系統性能評估及運行優化系統的製作方法
2023-05-02 03:07:57 2
本發明屬於能源環境工程管理技術以及控制技術領域，具體涉及一種電除塵系統性能評估及運行優化系統。
背景技術：
我國大氣汙染物排放總量巨大，大氣汙染形勢依然嚴峻，霧霾、酸雨等大氣環境問題頻發，尤其是京津冀、長三角、珠三角等地，由於國土開發密度較高，環境承載能力較弱，大氣環境容量較小等原因，霧霾天氣沒有得到根本改觀。同時，全世界最嚴格的火電廠大氣汙染物排放標準(gb13223-2011)已經執行，多個地區提出達到超低排放要求，汙染物排放控制面臨挑戰。
電除塵系統利用高壓電源系統在放電極與收塵板之間產生負高壓靜電場，使空氣電離，進而使顆粒物荷電遷移，被收塵板收集，達到顆粒物脫除的效果。電除塵系統因其工作穩定性高、工作濃度和溫度範圍大、顆粒物脫除效果好，是當前工業顆粒物排放控制的主要手段。
電除塵系統顆粒物控制效果主要由設計指標決定，一般按照既定運行計劃，結合人工經驗進行運行調整，控制策略比較獨立和簡單，運行過程中存在以下問題：(1)電除塵系統出口濃度波動較大；(2)電源系統能耗高；(3)電源系統對顆粒物負載的響應不足，能量效益波動大；(4)電除塵系統管理水平不高，電除塵系統實時運行狀態不直觀。
技術實現要素：
本發明針對電除塵系統運行連續性強、穩定性要求高、濃度相應控制困難、能耗高等問題，提出一種可以實時評估、在線模擬和優化控制的電除塵系統性能評估及運行優化系統。
一種電除塵系統性能評估及運行優化系統，包括狀態評估系統、在線模擬系統和運行優化系統，
所述狀態評估系統包括專家系統和評估系統，專家系統按照除塵器運行經驗，結合其設計指標、歷史運行數據記錄以及物理特性，按照不同工況建立專家工況庫，並結合電除塵系統實時運行數據，利用評估系統對電除塵系統實時工況實施狀態評估；
在線模擬系統基於歷史運行數據和專家工況庫，通過數據建模方法，以專家工況庫為建模根據，以歷史工況數據為模型訓練樣本，利用數值方法提高訓練速度，實現電除塵系統建模；將模型代碼封裝，在計算機平臺進行可視化處理和人機互動界面開發，實現電除塵系統的實時運行模擬；
運行優化系統根據電除塵系統專家工況庫，電除塵系統狀態評估結論和電除塵系統數據仿真模型建立電除塵器數學模型，根據電除塵系統工況和環保標準建立約束條件，根據負荷、環保和能量指標建立目標函數，利用數值方法，實現多目標工況優化求解，進而提供電除塵系統優化運行方案。
作為優選，狀態評估的評估內容包括電除塵系統環保性，經濟性和穩定性，並以表格、曲線、電除塵系統拓撲方式對評價結果進行可視化處理。
作為優選，工況庫的分類按照不同負荷li和不同煤種ci。
作為優選，專家系統建設包括下述步驟：
步驟s101：採集不同負荷li和不同煤種ci下的特徵量，包括電除塵系統各煙道各電場電源電壓ui、電流ii、功率pi、控制頻率fi，各級電場工作溫度ti，顆粒物濃度ei和其他相關工況向量
步驟s102：建立不同負荷li和不同煤種ci下的特徵量分布
步驟s103：根據特徵分布，確定各特徵量的在不同負荷li和不同煤種ci下的3σ99.73％質量特性區間，包括期望、上限和下限：uiμ、uiu、uid、iiμ、iiu、iid、piμ、piu、pid、fiμ、fiu、fid、tiμ、tiu、tid、eiμ、eiu、eid、
步驟s104：根據電除塵系統工作特性，將工況庫與設計指標及物理特性對比，修正不同工況下的電除塵系統除塵效率指標ηi；
步驟s105：積累不同負荷li和不同煤種ci下的各特徵量數據，不斷修正完善特徵量分布，直至工況庫有全局代表性；
步驟s106：添加新的工況li、ci時，按照步驟s101到s105建立與新工況對應的特徵量分布。
作為優選，狀態評估實施包括下述步驟：
步驟s201：讀取電除塵系統實時數據，包括採集負荷lt，煤種ct，電除塵系統各煙道各電場電源電壓ut、電流it、功率pt、控制頻率ft，各級電場工作溫度tt，顆粒物濃度et，和其他相關工況向量
步驟s202：將實時負荷lt和煤種ct帶入專家系統，對應工況庫，確定實施工況特徵量分布
步驟s203：將其他實時數據與工況特徵量分布對應，判斷特徵量分布，記錄正常與異常特徵量；
步驟s204：將特徵量與工況庫期望對比，計算並記錄特徵量偏差
步驟s205：將實時特徵量帶入環保性評估模型評估環保性能；
步驟s206：將實時特徵量帶入經濟性評估模型評估經濟性能；
步驟s207：將實時特徵量偏差帶入可靠性評估模型，評估可靠性。
作為優選，在線模擬系統實施包括下述步驟：
步驟s301：讀取專家系統所有工況環境下的工況庫；
步驟s302：利用數據方法，對工況庫進行回歸分析，得出工況特性模型，具體形式為：其中為控制輸入量；
步驟s303：根據以上模型，人工設定工況lm，cm及控制輸入量模型輸出電除塵系統實時特徵量。
作為優選，運行優化系統實施包括下述步驟：
步驟s401：讀取電除塵系統實時工況數據ut，it，pt，ft，tt，et，
步驟s402：按照設置，設定環保約束條件renv，經濟約束條件reco；
步驟s403：按照運行計劃設定優化控制目標函數fopt；
步驟s404：將數據模型與目標函數及約束條件聯立，利用數值方法進行多維向量優化解析，得出實時工況最優控制策略
作為優選，進行電除塵器系統性能評估及運行優化前，讀取電除塵系統運行數據、工況數據和環保數據，並存儲。
本發明不同於傳統電除塵系統控制系統，本發明信息化程度高、算法先進、響應迅速，綜合考慮電除塵系統環保性、經濟性和可靠性，並有性能評估和運行優化的獨有功能。傳統電除塵系統控制系統有著依賴設計指標和工人經驗、可操作性差、能耗水平高、控制響應慢等缺點，難以滿足日益提高的電除塵系統運行和管理水平要求。本發明通過數據模型和數值方法，深度發掘電除塵系統歷史數據規律，保證了評估準確性和優化控制水平。
本發明在不添加測試儀器的前提下，通過數值建模和數值計算方法，建立專家系統、評估模型、模擬平臺和優化策略，保證在不同煤質、不同負荷條件下的模型準確性，有效提高系統響應速度，提高穩定性，保證環保達標。本發明能夠有效地實現電除塵系統的性能評估和運行優化，具有響應速度快、評估結論準確、提效節能效果顯著等優點。
附圖說明
圖1為本發明電除塵系統性能評估及運行優化系統原理圖；
圖2為本發明電除塵系統專家系統實施流程圖；
圖3為本發明電除塵系統狀態評估系統實施流程圖；
圖4為本發明電除塵系統在線模擬系統實施流程圖；
圖5為本發明電除塵系統運行優化系統實施流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，但本發明所要保護的範圍並不限於此。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施案例，而不是全部的實施案例。基於本發明中的實施案例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施案例，都屬於本發明保護的範圍。
參照圖1～5，一種電除塵系統性能評估及運行優化系統，包括狀態評估系統、在線模擬系統和運行優化系統，
進行電除塵器系統性能評估及運行優化前，讀取電除塵系統以及顆粒物排放系統(如燃煤鍋爐)的運行數據、工況數據和環保數據(運行參數)，並存儲；
所述狀態評估系統包括專家系統和評估系統，專家系統按照除塵器運行經驗，結合其設計指標、歷史運行數據記錄以及物理特性，按照不同工況建立專家工況庫，並結合電除塵系統實時運行數據，利用評估系統對電除塵系統實時工況實施狀態評估；狀態評估的評估內容包括電除塵系統環保性，經濟性和穩定性，並以表格、曲線、電除塵系統拓撲方式對評價結果進行可視化處理；工況庫的分類按照不同負荷li和不同煤種ci。
專家系統建設包括下述步驟：
步驟s101汙染負載與電除塵系統數據讀取：採集不同負荷li和不同煤種ci下的特徵量，包括電除塵系統各煙道各電場電源電壓ui、電流ii、功率pi、控制頻率fi，各級電場工作溫度ti，顆粒物濃度ei和其他相關工況向量
步驟s102建立不同工況特徵分布：建立不同負荷li和不同煤種ci下的特徵量分布
步驟s103計算特徵量質量特性區間：根據特徵分布，確定各特徵量的在不同負荷li和不同煤種ci下的3σ99.73％質量特性區間，包括期望、上限和下限：
uiμ、uiu、uid、iiμ、iiu、iid、piμ、piu、pid、fiμ、fiu、fid、tiμ、tiu、tid、eiμ、eiu、eid、
步驟s104修正不同工況下電除塵系統除塵效率指標：根據電除塵系統工作特性，將工況庫與設計指標及物理特性對比，修正不同工況下的電除塵系統除塵效率指標ηi；
步驟s105修正完善工況信息與特徵量分布：積累不同負荷li和不同煤種ci下的各特徵量數據，不斷修正完善特徵量分布，直至工況庫有全局代表性；
步驟s106：添加新的工況li、ci時，按照步驟s101到s105建立與新工況對應的特徵量分布。
狀態評估實施包括下述步驟：
步驟s201汙染負載與電除塵系統實時數據讀取：讀取電除塵系統實時數據，包括採集負荷lt，煤種ct，電除塵系統各煙道各電場電源電壓ut、電流it、功率pt、控制頻率ft，各級電場工作溫度tt，顆粒物濃度et，和其他相關工況向量
步驟s202工況識別，讀取對應工況特徵量分布：將實時負荷lt和煤種ct帶入專家系統，對應工況庫，確定實施工況特徵量分布
步驟s203實時特徵量分析，正常與異常特徵量記錄：將其他實時數據與工況特徵量分布對應，判斷特徵量分布，記錄正常與異常特徵量；
步驟s204特徵量偏差計算與記錄：將特徵量與工況庫期望對比，計算並記錄特徵量偏差
步驟s205利用環保性能評估模型評估實時環保性能：將實時特徵量帶入環保性評估模型評估環保性能；
步驟s206利用經濟性能評估模型評估實時經濟性能：將實時特徵量帶入經濟性評估模型評估經濟性能；
步驟s207利用可靠性能評估模型評估實施裝備可靠性：將實時特徵量偏差帶入可靠性評估模型，評估可靠性。
在線模擬系統基於歷史運行數據和專家工況庫，通過數據建模方法，以專家工況庫為建模根據，以歷史工況數據為模型訓練樣本，利用數值方法提高訓練速度，實現電除塵系統建模；將模型代碼封裝，在計算機在線模擬平臺進行可視化處理和人機互動界面開發，實現電除塵系統的實時運行模擬；
在線模擬系統實施包括下述步驟：
步驟s301：讀取專家系統所有工況環境下的工況庫；
步驟s302：利用數據方法，對工況庫進行回歸分析，得出工況特性模型，具體形式為：其中為控制輸入量；
步驟s303：根據以上模型，人工設定工況lm，cm及控制輸入量模型輸出電除塵系統實時特徵量。
運行優化系統根據運行數據和電除塵系統專家工況庫，電除塵系統狀態評估結論和電除塵系統數據仿真模型建立電除塵器數學模型，根據電除塵系統工況和環保標準建立約束條件，根據負荷、環保和能量指標建立目標函數，利用數值方法，實現多目標工況優化求解，進而提供電除塵系統優化控制策略；
運行優化系統實施包括下述步驟：
步驟s401：讀取電除塵系統實時工況數據ut，it，pt，ft，tt，et，
步驟s402：按照設置，設定環保約束條件renv，經濟約束條件reco；
步驟s403：按照運行計劃設定優化控制目標函數fopt；
步驟s404：將數據模型與目標函數及約束條件聯立，利用數值方法進行多維向量優化解析，得出實時工況最優控制策略
本發明信息化程度高、算法先進、響應迅速，綜合考慮電除塵系統環保性、經濟性和可靠性，並有性能評估和運行優化的獨有功能。本發明在不添加測試儀器的前提下，通過數值建模和數值計算方法，建立專家系統、評估模型、模擬平臺和優化策略，保證在不同煤質、不同負荷條件下的模型準確性，有效提高系統響應速度，提高穩定性，保證環保達標。