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論模糊數(shù)學(xué)方法預(yù)測(cè)電站鍋爐結(jié)渣的新發(fā)展
[論文關(guān)鍵詞]電站鍋爐 結(jié)渣 模糊數(shù)學(xué) 預(yù)測(cè)
[論文摘要]用模糊數(shù)學(xué)方法預(yù)測(cè)燃煤鍋爐結(jié)渣特性的新發(fā)展，闡述了各評(píng)判方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
鍋爐結(jié)渣是長(zhǎng)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(cè)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(duì)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(dòng)力工況、氣氛條件以及受熱面的布置等有關(guān)。國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)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(cè)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(cè)結(jié)渣特性的新發(fā)展。
一、結(jié)渣評(píng)判指標(biāo)
目前，國(guó)內(nèi)外判斷電廠煤結(jié)渣的因素主要有兩個(gè)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(duì)結(jié)渣的評(píng)判指標(biāo)做了歸納。
美國(guó)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(píng)判和預(yù)測(cè)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(píng)判方法。
煤的結(jié)渣程度由弱到強(qiáng)的變化是一個(gè)由量變到質(zhì)變的過程，是一個(gè)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(píng)判煤的結(jié)渣傾向。
�。ㄒ唬┠：C合評(píng)判
單一結(jié)渣特性判別指數(shù)分辨率低的一個(gè)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(jiǎn)單地處理成了清晰現(xiàn)象，并且單一指標(biāo)只能從某個(gè)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(píng)判。
綜合評(píng)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(jí)被擇集作為評(píng)語(yǔ)集， 并確定因素集中各因素的權(quán)重， 進(jìn)行單因素評(píng)判， 最后按某一模型加以單級(jí)模糊綜合評(píng)判， 得到綜合評(píng)判向量。按最大隸屬度原則， 判定該煤種的結(jié)渣程度等級(jí)。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(píng)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(píng)判模型的發(fā)展及評(píng)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(cè)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(píng)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(píng)判方法， 并將其用于8個(gè)煤種的結(jié)馇特性判，所得評(píng)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(píng)判型M(Λ ，)及加權(quán)平均型M(·， + ) 四種單級(jí)模糊綜合評(píng)判模型對(duì)國(guó)內(nèi)8個(gè)煤種的常規(guī)結(jié)渣指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判，由評(píng)判結(jié)果比較得出單級(jí)模型M (Λ ，V) 的準(zhǔn)確率最高的結(jié)論。
邱建榮等人對(duì)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(píng)判因素集對(duì)煤的結(jié)渣特性進(jìn)行了評(píng)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(duì)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(píng)價(jià)更為全面客觀。
楊圣春提出了分別適合于預(yù)測(cè)單一煤種和混煤的模糊評(píng)判模型CSM1和CSM2。劉伯謙等人針對(duì)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(duì)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(duì)常規(guī)指標(biāo)評(píng)判水煤漿結(jié)渣傾向準(zhǔn)確率普遍不高的問題，有針對(duì)性地提取了分辨率較高的結(jié)渣綜合指數(shù)R 以及4 個(gè)常規(guī)指標(biāo)構(gòu)成評(píng)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(píng)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(duì)比，發(fā)現(xiàn)評(píng)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(píng)判方法中， 權(quán)系數(shù)反映各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在綜合評(píng)判中的可信度，直接影響綜合評(píng)判的效果。 因此， 權(quán)系數(shù)的確定是綜合評(píng)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(píng)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(píng)價(jià)問題， 利用粗糙集理論中的知識(shí)支持度和屬性重要性評(píng)價(jià)方法， 給出了模糊綜合評(píng)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(dòng)來確定各個(gè)預(yù)測(cè)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(píng)判方法更客觀、更科學(xué)。
�。ǘ┚垲惙治�
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(duì)象對(duì)不同聚類指標(biāo)所擁有的白化數(shù)按幾個(gè)灰類進(jìn)行歸納整理，從而判斷聚類對(duì)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(gè)結(jié)渣指數(shù)( t2、B／A、G、SiO2／A12O3、R)一起作為評(píng)判因素集，采用灰色聚類方法對(duì)新汶黑液水煤漿及普通水煤漿結(jié)渣特性進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估。結(jié)果表明，該模型較傳統(tǒng)單一評(píng)價(jià)方法有更高的準(zhǔn)確度。
許志華針對(duì)有關(guān)模糊判別法和灰色聚類法中所出現(xiàn)的缺欠，對(duì)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(píng)判中�；疑垲惱碚摾^承了模糊數(shù)學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)，注意到分級(jí)界限不確定性問題，并在此基礎(chǔ)上給出了屬于某一等級(jí)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(duì)煤結(jié)渣性能進(jìn)行評(píng)判，并對(duì)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(píng)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(cè)混煤的結(jié)渣趨勢(shì)，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。
�。ㄈ┠：Ｊ阶R(shí)別
模糊模式識(shí)別法大致可分為直接法和間接法(又稱群體模式識(shí)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(duì)被識(shí)別對(duì)象進(jìn)行識(shí)別。
郭嘉， 曾漢才采用間接法，將已知結(jié)渣狀況的6個(gè)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(gè)評(píng)判指標(biāo)，對(duì)受檢煤種進(jìn)行識(shí)別。通過計(jì)算與前6個(gè)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(shí)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(píng)判。
蘭澤全， 曹欣玉采用間接法對(duì)待識(shí)別對(duì)象進(jìn)行結(jié)渣特性判別。選用了7 個(gè)已知結(jié)渣程度的燃煤作為標(biāo)準(zhǔn)模型，以4 個(gè)常規(guī)指標(biāo)和綜合指數(shù)R 為評(píng)判因素集， 對(duì)同一臺(tái)鍋爐不同部位的3 個(gè)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(shí)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(shí)別法來評(píng)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(gè)因素，利用模糊模式識(shí)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(tái)鍋爐作為樣本，對(duì)7 臺(tái)受檢鍋爐進(jìn)行評(píng)判，評(píng)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(shí)別樣本庫(kù)的不斷豐富和完善，此方法將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。
三、結(jié)論
目前的采用的預(yù)測(cè)方法大多以煤指特性為指標(biāo)，對(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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(kù)，尋找普遍使用的模型。
參考文獻(xiàn)：
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