锅炉燃烧系统数学模型的差异演化算法求解.pdf

锅 炉 燃 烧 系 统 数 学 模 型 的 现代建筑电气K 研E啊 方法求解。fHl业锅炉系统足个时变、滞腑和 怍线性的系统采垌传统的解法很雌取4煨佳效 果使锅炉燃烧处于最佳状卷。杠建立数学模型 的基础上，本文提出了对谈模型采用新型差抖演 化算法解决问题的策略并取得了较好的嫂粜， 不仅提岛丁能源利用牢而且实现丁环保。 l 锅炉运行过程全局控制 誉1锅炉运行过程的多参量、非线性、=耦 台，t=滞后的特点，以中央架控与子系统拄制村I 结合的思路对其进行控制以挥证在满足盟荷需 求条件F燃烧效率最高。控制框图如图l所爪。 【目I“目 中央控制器根据采集系托传送的参数 锅炉出L1温度、漉壁、送j 札量、引风量、给水流母 给水温度、送煤雠蹿进行优化拧涮计算结台运 行埘史规则给出优化的虐补磬教分删传递到各 子系统各于系统根据优化结粜进r线忭i | 算 然后埘各设备进行变颍调节， 2锅炉燃烧控制模型 2l 锅炉燃烧过程的搏量平衡 锅炉系统巾锅炉热损失与过硪窄气系数a *f 19一*18日R自自#p。 i i 目：2007月| 匕#掌$H R；#(一】RJ072119 K嘲砚代建筑电气 之llJJ的戈系如H2所示困巾p，为制-排烟热 损失他为锅炉中C体小完个燃烧热帕l 失“为 错炉cj - l町体小=r ；三仝燃烧热捌失 囤2燃烧过程热量衡 宴际应用一II，热损失主要山l 割2中的排赶I| 热 损失仉、气体4：完全燃烧热6i 失吼和固悼币完 全燃烧热损失“自【成髓蕾址剩审7L系数“的 增大进炉嘘的窜t艟增大，燃料和町燃性L 体允分燃烧减少，L体眦慢川体小，芒伞燃烧热 搅失( 即仉和仉减少)，但楚排炯热：5i火Q，琏 荷进风；的增大而增大而排湖热损失U，占热 损失的比例蛙人所以，伴随着过剩宅气系数n 的增人4体以及吲体不完全燃烧热损失( 即仉 和仉) 减小排娴热损失Q ：增太，n州烟热损失 口：、气体币完全燃烧热损失和固体不完全燃烧热 损冀(即仉和仉)是锅炉热损失的饕部分。， 山削2可看一者之和形成一条下凹曲线，且 嬉有极小值点K 在K 点的锅炉热损失最小，热 敢钲最高，K 点对应的口为最佳i=上最空气系数， 即最佳风煤比。在实际锅炉系统控制应用中墟 不断；找最佳风煤比r作点。 2 2燃烧系统优化控制模型 锅炉燃烧理沦可知吖以建_奇_锅炉燃烧系 统的教模型之后采JtJ寻优方式通过拄制进 M 艟，绗煤世米调节风煤比，以达到最佳的风煤 比从【自J获褂最佧的热效率， 埘rL业燃煤锅炉可采埘正甲衡法计算热 效率 n qm =i Y I100 (1) V ， 式-I-1。舒灯，的正平衡娥率 仉Ikg燃料的打败利，I热母(U h】 Q ，铮炉输的热艟(kJ kg) “=未 氚 (2) 式中仉锅炉每小时有敛啦热付(kl h) 8每小时燃料消耗量(Vh) B =pt ，hh (3) 吱中p燃科晰度(kg，- ) z炉排运行速度(m h) 6炉排宽度( m ) 炉排煤层厚度( m ) 仉=c(ii)X lO (4) 式巾G 培环水流址( m h) i、fL一热水错炉进、山口水的枯竹(Hkg) Q，=Q。 (5) 式中p，燃丰舶低位发热世( kJkg) 口。的| 算和( 即1kg燃科完个燃烧所 需的理论审气城) f戈，采川经验公l=完成竹 小哪的蝶种如贫煤j 无娴煤、烟煤和劣质懈备 小棚M j 优化控制模型的求解 3I I )E算法求魑步曙 宴际建市的数学摸掣具有时变、滞后干u1F线 性特性。术文摈弃传统求解方上采用菇异演化 葬点对其寻优求解。在锅r 运行过程仝局控制 下随动鲍简的小断变动，以锅炉送M 啦作为控 制对象以送风参数拾煤量、引风参数等为优化 参数址终寻优得到最佧风煤比取得蛀徙燃烧 状况。差异演化算法( D i 仃em nt ialEvolul i onD E 算法) 是一种基于群体差异的演化算法是基1二 实数编码的演化算法t ：包括1减初始种群，变 异操作、交叉操作和选择操作等一系列过程具 有算法设计简单、收敛速度快以肚幸J搜索能力 强等优点。DE算法流程图如图3所示。 求解E营步骧如F： ( 1) 编码。I ) E 枉进行搜索前先将解空叫的 解数搬求成遗传中nJ的堆田剖”结谢数据。 这屿串结构教擀的小l q组合便+勾成r 小同的止 (2) 韧始群傩帕巾成随机产q-个钥娇 串结恂数据铒个：fj 结构数槲=j ：山个个体， 个个体构成r十群f=D K 以造N 十”纠I数 据作为胡蟛f仆始退代 ( 3) 适膻性值讦估盘硼适J、t 性雨敦表叫 个体业解的优劣悱。肿f讣M 的川题遥城忡雨 数的定义式也不同 ( 4) 选择，选择的f I的罡灯丁从“肿傩 巾逃m 优良帕个体使E“】彳i机会作为父代为 F代繁殖千孙。遗传弹法埘过选择过程体现 造心I!。进行选样的味则址迂心性慢的个体 为F一代贞献一个或多个时代的慨率太。 ( 5) 空卫。空置擞怍址遗传算法f t 址p烂 的遗传操作。埘过奎卫操作-4以得到新一代十 件，新个体组合了其父毕个体的特性。 ( 6) 变异。变芹一先徉群体中随机选择 个个体对于选巾的个体以定的概率随机地改 佥I 结构数据中某个I 的值同牛物捍一样DE 巾变钟发生的概牢很低j | 丑常取f fl 为oO Ol ool。变片为新个体的产牛扭供丁机会 和Jt】DE算法埘锚，燃烧系统进行n傀控 制具体做法却：n：一定时问内假定给煤毓水 变以送风鞋作为控勰对象，驭城量值作为染包 体编码取效率雨数作为适应度函数，进行寻优， 直至找到效率最大值，即锅炉达到虽佳燃烧状 况此时的风盈与给煤培的比值即是最佳肌堞 比。根据DE的基车漉程，酋先取娈际锚炉燃烧 系统所需的空气盛的近似值作为初始种群，进行 韧始化( 染色体编码) ，计算适应度然后进行选 择、交冀、变异等3种基本的遗传算予操作产乍 新的个体再计算适应厦，井重复上述步彝盘到 找出嫂率最大值。 32燃烧系统智能控斜的实现 锅炉燃烧控制系统包括负荷控制系统和炉 膛负压控制系统。由于子系统之间有多项耦合， 通过中央控翩器的优化计I=，实现对子系统间的 _I互耦合的解耦求解。为r 使燃烧系统更好地 适应负荷变化必须同时改变进风j 莳和燃料最。 苎 鉴 凄 璺 烹 墨R，19啊 山_j 逆蝶，的洲址比较难雌霉啦滞后性，采 埘了送J札fIl 作为j l爿节主参数“1负衙发牛奎化 时先进jt迸J吨ld的优化控制。送上哇控制系统 曲fE静址倮it li进护脖的燃村充分燃烧使锅炉 述到址崩的燃烧技术。对于锅炉运行址佳教率 _，必然-fn柑I量件风煤比a。i煤威一定 时也即计心竹_| I 圭佳送儿耻。因此，对锯炉燃烧 系统的ll忧控制的实质址，蚰仆的诺风畦， 其控制流稀如l 羽4所小 日4#过gm 量榭 4锅炉75负荷运行时测试结果 采州本文课题研究成果“J二业锅炉智能控制 系统的设计”与1_E锅炉配套使用，对35h锅 炉进行技改枉通常的75伍佰下无敞障崖行3 个川，经测试萤个钒炉迸J【机r 均节TU 率为 10 2引m 机F均付lU串为104给水泵F 均带电卓为91，炉排电机半均冉电率为 36，仝部辅挑平均竹电牢为94。易知3 个月可节电约104 173kW h工业斜炉一般为常 年不问断运行。考虑检修及事故按照每F3eOd 计算，以后每年I市约电能约350000kw h。 5结语 差异演化算法求解时变、滞后和JI：线性系统 时具有其他算法不可比拟的优点即算法设计简 单、收敛速度快以及全局搜索能力强等。正是利 用该算法的这些优点可使锅炉燃烧系统的复杂 散学模型得以较好的求解使锅炉系统达到节能 和环保的要球。出渊斌结果可以看出，鼓风机、 引风机和术象电动机的节电敢果是明显的；同 时锅炉系统燃料的克分燃烧使排烟、排渣巾的 有害物战少，也将为情能碱排工作的实施作出贡 献。 K用现代建疽电，L 荆星PLC变额嚣在高g建筑中央i *节能 改造中的应月 J】低压电器2008f 10)：57- 59 2张亮明I 业锅炉自动控制【MJ北京中国t 筑 In出版社1螂 3 李z军计算机测控系统设计与应用【M 北京： 机能Im 出版牡姗 4谢希仁计算机周络M 】2版北京：电子Ii 出 版n2000 收端l |剐24t lu一1t423 Sol ut i onofM athem at i caIM odelolBoi l erCom bust i on System B、1)E A lgori t hm X INIx, ngbhu, 。，ZH A NGR *ngii mg (1l lel *iInstit uteI JrAr【=hi tcct ur eldC i vil Engineeri ngZhan出iakou075024Chi na； 2H ebeiX uanhuaSl eel G roupC o，Lt d，Zhm l gj iakou075100，Chi na) A bs tqct：h1Il“I。rm“，IIhim , hl, maf，唰ving ofCenTal heal i ngl i l erqvingeerbff m bu，nsylt n- m “l dbas“loff i1eIl igeItonlm l buil t A i m i ng“Ivm yl ngdel a，“d nonlimarPha(1帅#11csI，ft hism IeJIhe t r adi t ionalsol u Lionw3lHadwlving5ImI。日Ihal isdi ffer enli al“n al gom hmw as*l ecI dI 1eap- Ill cal knl nw *l lHhHit haiIheal gt lri l hmhadrmrJvI“lll。”nt。r，lnllwblem l lh abil i l yant i Ihe IN,i leryhl hadPnt l目“gandir lendl jvl m nm en1 K eywords：LnilerbmI目stem diff岫ntlal evol uti onalgodllun：optlm wair t0 coal m do：鞭vi ng eneo蝌eanl m l m “l t q 上接第4页 I】邹志剐，苗占胜智能建筑系统集成的发展趋势 【J】低电器2007(4I ：19-21 2】雷兰为懂基fJm W ) rs现场总线的楼字白控 一一11-一 ；研P 及#统l 成设计J 】低电器2006f10I 3l 弘 3】扬世忠，邢两捐论k一w s现塌总鳗在f瞎建 筑中的应用fJ】低压电器2007(18) ：lI 3 4】王撮朝基fl圳w orh和L-pLL的槎字自动化系 统设计【J】低压电置2009【6) ：22+26 收档l I删2(IIo一03 IlI D esi gn ofEBI I nt ell igentB ui l di ngInt egr at edSystem BUiqdlun。，llG tngpin92 l nfr拼tm ct uw Const m cl i onI)el m rt m enl ofYar chenglns lit ul e ofTechnol o剐，Y ancheng22405I，C hi na 2Soh, lofEl ectr ical Engi neeri ng，Y am h。暇l nst i m t eofTechn01q Y ancheng22405I，C hi nal Abstract Hyw| l l HEH Is h 14ffl“i t ofi ni shaht lildig“uIIMcan m l systemdI*kofif,e hui l di ng 1hPl , rki ngpfi nIp【lunr| tonlml“舭I“m t nbof EH Ii nt el l i genlbuildig