本發(fā)明涉及控制調節(jié)系統(tǒng)，尤其涉及一種爐膛輔助調整控制系統(tǒng)。
背景技術：
1、現(xiàn)有火電廠鍋爐燃燒情況不同直接影響鍋爐的熱效率，在火力發(fā)電機組運行中，鍋爐燃燒狀態(tài)的實時監(jiān)控與動態(tài)調整直接影響機組熱效率及運行安全性，現(xiàn)有控制方法主要依賴運行人員對分散監(jiān)測數(shù)據(jù)的經(jīng)驗性判斷，存在人工分析效率低、工況響應滯后及操作標準不統(tǒng)一的問題。由于爐膛內部燃燒過程涉及多維參數(shù)耦合作用，現(xiàn)有人工監(jiān)控模式難以全面捕捉燃燒場分布特征與動態(tài)傳熱規(guī)律，尤其在負荷波動或燃料特性變化時，運行人員無法快速建立燃燒狀態(tài)的空間關聯(lián)模型，導致燃燒配風優(yōu)化、熱輻射平衡等關鍵操作缺乏數(shù)據(jù)支撐，影響機組經(jīng)濟運行水平并增加安全風險。
技術實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術不足，本發(fā)明提供一種爐膛輔助調整控制系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有鍋爐燃燒控制中因依賴人工經(jīng)驗導致的響應滯后、操作標準不統(tǒng)一以及燃燒狀態(tài)空間關聯(lián)模型缺失引起的機組熱效率低下及運行安全風險問題。
2、為解決上述技術問題，本發(fā)明的具體技術方案如下：
3、本發(fā)明提供的一種爐膛輔助調整控制系統(tǒng)，包括：
4、數(shù)據(jù)處理模塊，用于采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括爐膛燃燒器區(qū)、水冷壁及尾部煙道的溫度數(shù)據(jù)，燃燒器火焰位置信號及風門開度狀態(tài)，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過預設的三維空間坐標映射關系重構爐膛連續(xù)溫度場，生成動態(tài)燃燒場三維模型；
5、分析模塊，用于基于所述動態(tài)燃燒場三維模型提取燃燒核心區(qū)幾何特征，結合燃燒配風量、燃料熱值及負荷變化數(shù)據(jù)，通過預設多元回歸模型關聯(lián)計算燃燒效率與氧量、一次風率的動態(tài)關系，識別燃燒場分布異常模式，并生成燃燒穩(wěn)定性評價指標；
6、控制模塊，用于采用預設機器學習算法對歷史優(yōu)化操作記錄與所述分析模塊輸出的燃燒穩(wěn)定性評價指標進行模式匹配，生成初始控制策略，并通過數(shù)字孿生模型仿真驗證候選策略的燃燒效率及排放指標，篩選滿足預設受熱面材料耐溫極限參數(shù)的安全約束的優(yōu)化控制策略；
7、調控模塊，用于將所述控制模塊篩選的優(yōu)化控制策略分解為燃燒器傾角調整指令及風門開度調整序列，通過預設的前饋與反饋復合控制機制修正執(zhí)行機構動作偏差，并基于所述數(shù)據(jù)處理模塊實時更新的動態(tài)燃燒場三維模型監(jiān)測溫度場動態(tài)響應；
8、優(yōu)化模塊，用于根據(jù)所述調控模塊反饋的溫度場動態(tài)響應數(shù)據(jù)，計算優(yōu)化控制策略執(zhí)行后的燃燒效率提升率、煙溫下降幅度及受熱面溫度均勻性指標；
9、安全預警模塊，用于在所述動態(tài)燃燒場三維模型中疊加所述控制模塊的安全約束過濾單元中定義的受熱面材料耐溫極限參數(shù)，實時計算溫度分布與所述受熱面材料許用應力的匹配系數(shù)，當檢測到匹配系數(shù)超出預設閾值時，觸發(fā)分級干預控制策略并推送預警信息至人機界面。
10、進一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調整控制系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括：
11、傳感器網(wǎng)絡分層部署單元，配置紅外測溫陣列與抗干擾熱電偶，在燃燒器區(qū)、水冷壁及煙道形成三級測溫層，用于采集所述爐膛燃燒器區(qū)、水冷壁及尾部煙道的溫度數(shù)據(jù)；
12、數(shù)據(jù)融合單元，用于對所述傳感器網(wǎng)絡分層部署單元輸出的原始溫度數(shù)據(jù)進行卡爾曼濾波去噪及冗余交叉驗證，并通過溫度補償算法消除爐膛壓力波動導致的測量偏差；
13、三維場重構單元，基于delaunay三角剖分算法建立爐膛空間網(wǎng)格拓撲，采用徑向基函數(shù)插值法將所述數(shù)據(jù)融合單元處理后的離散溫度點映射至三維網(wǎng)格節(jié)點，結合所述燃燒器火焰位置信號動態(tài)修正插值權重系數(shù)，輸出溫度梯度分布的三維云圖以生成所述動態(tài)燃燒場三維模型；
14、其中，所述傳感器網(wǎng)絡分層部署單元的輸出連接至數(shù)據(jù)融合單元，數(shù)據(jù)融合單元的輸出連接至三維場重構單元，三維場重構單元的輸出傳輸至所述分析模塊。
15、進一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調整控制系統(tǒng)，所述分析模塊包括：
16、燃燒核心區(qū)識別單元，用于從所述動態(tài)燃燒場三維模型中提取溫度≥1000℃的連續(xù)區(qū)域，通過邊緣檢測算法確定幾何中心坐標及體積變化率，并結合外部煙氣成分分析儀數(shù)據(jù)計算燃燒強度指數(shù)；
17、多參數(shù)耦合建模單元，構建燃燒效率與氧量、一次風率及燃料揮發(fā)分的多元回歸模型，利用滑動時間窗統(tǒng)計負荷波動時所述燃燒配風量、燃料熱值及負荷變化數(shù)據(jù)的參數(shù)變化趨勢，生成燃燒穩(wěn)定性特征向量；
18、異常模式匹配單元，基于歷史運行數(shù)據(jù)提取典型工況下的溫度場分布模板，采用動態(tài)時間規(guī)整算法實時匹配當前燃燒場與模板的相似度，輸出異常偏離度指標以生成所述燃燒穩(wěn)定性評價指標；
19、其中，所述燃燒核心區(qū)識別單元的輸出連接至多參數(shù)耦合建模單元，多參數(shù)耦合建模單元的輸出連接至異常模式匹配單元，異常模式匹配單元的輸出傳輸至所述控制模塊。
20、進一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調整控制系統(tǒng)，所述控制模塊包括：
21、操作模式匹配單元，采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡對歷史優(yōu)化操作記錄進行特征提取，將所述動態(tài)燃燒場三維模型生成的溫度分布圖作為輸入，關聯(lián)對應的燃燒器傾角及風門開度標簽數(shù)據(jù)，生成初始推薦策略集；
22、數(shù)字孿生驗證單元，導入當前燃燒場邊界條件至cfd仿真引擎，計算不同風門組合下的煙氣再循環(huán)率及nox生成量，篩選滿足所述熱效率閾值及排放約束的可行策略；
23、安全約束過濾單元，將受熱面管壁熱應力閾值作為硬約束條件，采用拉格朗日乘數(shù)法修正所述數(shù)字孿生驗證單元輸出的候選策略，排除導致超溫風險的調整方案以生成所述優(yōu)化控制策略；
24、其中，所述操作模式匹配單元的輸出連接至數(shù)字孿生驗證單元，數(shù)字孿生驗證單元的輸出連接至安全約束過濾單元，安全約束過濾單元的輸出傳輸至所述調控模塊。
25、進一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調整控制系統(tǒng)，所述調控模塊包括：
26、指令分解單元，將所述安全約束過濾單元生成的優(yōu)化控制策略解析為燃燒器伺服電機角度增量、二次風門開度目標值及燃料分配閥調節(jié)系數(shù)，根據(jù)執(zhí)行機構響應延遲測試數(shù)據(jù)生成時序協(xié)同指令隊列；
27、動態(tài)補償單元，基于所述執(zhí)行機構響應延遲測試數(shù)據(jù)設定前饋控制補償系數(shù)，結合pid反饋控制消除實際開度與目標值的穩(wěn)態(tài)誤差；
28、其中，所述指令分解單元的輸出連接至動態(tài)補償單元，動態(tài)補償單元的輸出連接至燃燒器伺服機構及風門執(zhí)行器，執(zhí)行器動作信號反饋至所述優(yōu)化模塊。
29、進一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調整控制系統(tǒng)，所述優(yōu)化模塊包括：
30、效果評估單元，用于采集所述調控模塊反饋的溫度場動態(tài)響應數(shù)據(jù)中的平均排煙溫度、汽水系統(tǒng)熵增率及受熱面溫差標準差，計算燃燒效率提升貢獻度并更新所述控制模塊的控制策略生成規(guī)則的權重系數(shù)；
31、知識庫擴展單元，當檢測到所述分析模塊輸出的燃燒配風量、燃料熱值及負荷變化數(shù)據(jù)中的負荷突變或燃料切換事件時，觸發(fā)強化學習機制提取所述調控模塊的調整序列數(shù)據(jù)中的有效操作特征，通過遷移學習算法擴展所述控制模塊的策略庫的適應邊界。
32、進一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調整控制系統(tǒng)，所述安全預警模塊包括：
33、壽命預測單元，用于基于所述控制模塊的安全約束過濾單元中定義的受熱面材料耐溫極限參數(shù)中的larson-miller參數(shù)，實時計算管壁溫度與設計壽命的等效運行時間，當累積損傷系數(shù)≥0.8時觸發(fā)預警；
34、分級干預單元，用于根據(jù)所述壽命預測單元的預警信號，對一級預警推送調整建議至人機界面，對二級預警觸發(fā)所述控制模塊生成的燃燒核心區(qū)偏移控制策略以強制降低區(qū)域燃燒強度。
35、進一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調整控制系統(tǒng)，所述傳感器網(wǎng)絡分層部署單元與數(shù)據(jù)融合單元之間設有通信冗余校驗模塊，用于檢測所述傳感器網(wǎng)絡分層部署單元輸出的溫度數(shù)據(jù)的傳輸丟包率，并觸發(fā)數(shù)據(jù)重傳機制以維持所述三維場重構單元的輸入數(shù)據(jù)完整性。
36、進一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調整控制系統(tǒng)，所述數(shù)字孿生驗證單元與安全約束過濾單元之間設有策略沖突檢測模塊，用于對比所述數(shù)字孿生驗證單元輸出的候選策略的燃燒效率提升值與所述安全約束過濾單元中定義的受熱面材料耐溫極限參數(shù)的安全閾值，識別沖突點并優(yōu)先執(zhí)行所述安全約束過濾單元的安全約束過濾操作。
37、進一步地，本發(fā)明所述的爐膛輔助調整控制系統(tǒng)，所述動態(tài)補償單元與執(zhí)行機構之間設有動作時序校準模塊，用于根據(jù)所述調控模塊的指令分解單元中存儲的執(zhí)行機構響應延遲測試數(shù)據(jù)中風門執(zhí)行器的機械響應延遲特性，在所述指令分解單元生成的時序協(xié)同指令隊列中插入時間緩沖間隔。
38、本發(fā)明有益效果；
39、本發(fā)明的有益效果在于通過分布式溫度傳感器網(wǎng)絡實時采集爐膛多維溫度數(shù)據(jù)，結合卡爾曼濾波與冗余交叉驗證消除測量噪聲，生成高精度的動態(tài)燃燒場三維模型，實現(xiàn)燃燒狀態(tài)的全息化感知；基于多元回歸模型與動態(tài)時間規(guī)整算法關聯(lián)燃燒效率與多參數(shù)動態(tài)關系，識別異常模式并生成穩(wěn)定性評價指標，為控制策略提供量化依據(jù)；通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡提取歷史操作特征并結合數(shù)字孿生仿真驗證，篩選滿足熱效率提升與安全約束的優(yōu)化策略集，標準化控制規(guī)則以減少人工干預差異；前饋與反饋復合控制機制與動態(tài)時序校準消除執(zhí)行機構動作偏差，提升響應速度與同步精度；閉環(huán)優(yōu)化模塊基于燃燒效率提升率與受熱面溫差指標動態(tài)更新策略權重，強化學習擴展策略庫適應復雜工況；安全預警模塊通過larson-miller參數(shù)實時評估管壁累積損傷系數(shù)，觸發(fā)分級干預策略降低超溫風險，形成從數(shù)據(jù)感知、智能決策到安全防護的全流程閉環(huán)控制，有效提升鍋爐熱效率并降低運行安全風險。