锅炉结渣模糊识别方法的研究

吴卫兵　邹尔洋

摘要：结渣是危及锅炉安全经济运行和机组可用率的一个重要问题。本文采用模糊识别方法，尝试性地提出将影响锅炉结渣的11个指标一起纳入评判因素集。通过考虑影响结渣的综合因素，提出新的预测锅炉结渣的模糊识别模型。

关键词：锅炉；结渣；综合因素；模糊识别

1 引言

电站锅炉的结渣一直是危及锅炉安全经济运行和机组可用率的一个重要问题。锅炉受热面结渣是一个极其复杂的物理化学过程，影响因素很多。结渣严重程度不仅取决于燃煤中灰分的成分和含量，还与锅炉的设计、煤的燃烧方法和运行条件等有关。目前，对锅炉结渣的模糊识别方法多从煤的特性考虑，本文提出了一种基于综合因素考虑的锅炉结渣模糊识别的简单研究方法。

2 影响结渣过程的主要因素

影响结渣过程的因素主要有煤的灰分特性、锅炉内空气动力特性、炉膛的设计特性以及锅炉运行负荷等。

2.1煤的灰分特性

通常将灰的软化温度t2作为衡量是否结渣的主要指标。如果灰熔点很高（如t2>1350℃），管壁上积灰层和附近烟气的温度很难超过灰的软化温度，一般认为此时不会发生结渣。

评价煤灰结渣性还有其他指标，如硅比SR、灰的酸碱比B/A、结渣指数RS等。硅比SR越大，灰渣的粘度越小，就越不易结渣；灰的酸碱比B/A越低，灰的流动性越差，越不易结渣；结渣指数RS越小，灰渣的粘度越小，越不易结渣。

2.2炉内空气动力特性

炉内空气动力特性影响结渣主要是与高温火焰中心位置和熔渣粒子周围气氛两方面有关。

2.2.1火焰中心

正常运行情况下，高温的火焰中心应在炉膛端面的几何中心。而实际上，由于炉内气流组织不当，火焰中心会发生偏移，使得灰粒子未足够冷却就粘附于水冷壁；或水冷壁局部温度过高，从而引起水冷壁局部结渣。

灰粒在向水冷壁扩散的过程中慢慢冷却，如果火焰高温区范围过大，灰粒在扩散过程中冷却不够，也易引起水冷壁结渣。

2.2.2熔渣粒子周围气氛

在还原气氛中，灰中熔点较高的氧化物会被还原为熔点较低的氧化物，再与SiO2等形成熔点更低的共熔体，使灰熔点下降，增大了结渣的可能性。

2.3炉膛的设计特性

炉膛的容积热强度ql、断面热强度qa及燃烧器区域壁面热强度qr对结渣都会产生影响。ql过大，炉膛容积小，炉膛内受热面布置少，炉内温度增高，易在燃烧器附近形成结渣；qa过高，燃烧器局部温度过高，易在燃烧器附近形成水冷壁结渣。反之，qa过低，炉膛高度不够，烟气到达炉膛出口却未足够冷却，易在炉膛出口受热面结渣；qr过高，易在燃烧器局部引起温度过高，在其附近形成水冷壁结渣。

2.4锅炉运行负荷

锅炉负荷升高时，炉膛内温度也升高，就增大了结渣的可能性。

3 模式识别基本原理及模型分析

3.1模糊识别基本原理

模糊模式识别法可分为直接法和间接法。直接法是根据最大隶属原则来归类，一般用于个体的识别；间接法又称为群体模式识别法，则是按照择近原则来对被识别对象进行识别，一般用于群体模型的识别。本文采用间接法对待识别对象进行结渣特性判别。

择近原则：设A1、A2、…、An∈U，是论域U上的n个模糊子集，B也是U上的模糊子集（待识别对象），若（B，A）=max（B，Ai），则认为B相对归属于Ai。其中（B，Ai）表示B与Ai两个模糊集的贴近度，其表达式为：

而

分别称为两模糊集B和Ai的内积与外积。式中，∨、∧分别表示取大和取小运算。

3.2模型分析

为保证模糊识别的准确性，取结渣程度分别为重、中重、中、中轻和轻的各2个，共10个已知结渣情况的实例作为标准模型，以影响结渣的各因素作为评判标准。对于影响结渣的火焰中心位置以火焰中心偏移度β为衡量依据，其中：

式中：d为火焰中心偏移炉膛断面几何中心距离，R为炉膛断面的当量半径。对于影响结渣的火焰高温区范围以火焰中心大小A为衡量依据，其中：

式中：r为火焰高温区域当量半径，R为炉膛断面的当量半径。对于影响结渣的熔渣粒子周围气氛以炉膛出口的过量空气系数为衡量依据。

因此评判标准共有软化温度作t2、硅比SR、灰的酸碱比B/A、结渣指数RS、火焰中心偏移度β、火焰中心大小P、炉膛出口的过量空气系数α、容积热强度ql、断面热强度qa、燃烧器区域壁面热强度qr和锅炉负荷D等11个指标。

4 模糊模式识别

4.1计算模型各指标的均值和标准差

4.2求隶属度矩阵

4.2.1数据进行标准化处理

4.2.2归一化处理

4.2.3计算贴近度

计算待识别对象与标准模糊子集的贴近度。先按公式（2）、（3）求出模糊子集的内积与外积，然后再按公式（1）求出贴近度。表1给出了各模型的数据、均值及标准差。

4.3判断结渣程度

比较贴近度，按照择近原则，可判别待识别对象属于哪一种结渣程度。

5 结论

由于锅炉结渣不仅与所用煤本身有关，还与锅炉本身及锅炉运行状况等有关，因此本文提出了一种基于综合因素考虑的锅炉结渣模糊识别研究方法。通过对各方面因素的综合考虑，将各因素纳入评价因素集，提出新的判断结渣严重程度的模糊数学方法。希望以后通过不断地收集资料，完善评价因素集，不断提高预测精度。并且可进一步将影响结渣位置的因素纳入评价因素集，判断结渣严重程度的同时，判断结渣的位置。

影响锅炉结渣的因素是多方面的，在预防和减轻结渣时要扩大注意范围，不仅对于燃煤，还要在锅炉设计和实际操作过程中采取适当的措施以消除或减小结渣的情况。

参考文献

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