一种三维锅炉燃烧状态的可视化方法及系统

技术领域

本申请涉及锅炉燃烧技术领域，更具体地，涉及一种三维锅炉燃烧状态的可视化方法及系统。

背景技术

300MW锅炉炉膛三维燃烧过程，是发生在较大空间范围内的，不断变化的，具有明显三维动态特征的变化过程，整个燃烧过程中，周边区域内的温度参数变化是一种具有高温变化特征下的流动热量的传导过程，对锅炉炉膛三维燃烧温度场可视化技术的研究，有助于研发人员对锅炉燃烧本质及燃烧变化规律的掌握和理解。

现有技术中，得到锅炉三维温度场，经常出现不准确的问题，导致后续管理不易展开，究其原因，三维温度场仅仅通过设备进行采集，采集的温度直接当做了最终和实际的温度，其中存在多方面因素的误差。

因此，如何提高三维温度场的准确性，是目前有待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种三维锅炉燃烧状态的可视化方法，用以解决现有技术中三维温度场准确性低的技术问题。该方法应用于DCS系统中，该方法包括：

获取锅炉的电流历史信息，根据电流历史信息建立锅炉性能衰退模型，根据锅炉性能衰退模型得到锅炉衰退率；

获取锅炉的火焰图像，根据火焰图像得到获取火焰温度和火焰辐射能，基于锅炉衰退率修正火焰温度；

获取锅炉参数，根据锅炉参数对火焰辐射能进行修正，根据修正后的火焰温度和火焰辐射能建立可视化三维温度场。

本申请一些实施例中，根据锅炉参数对火焰辐射能进行修正，包括：

锅炉参数包括燃料量、主汽参数和排放参数；

基于燃料量对火焰辐射能进行第一次修正，得到一修辐射能；

基于主汽参数对一修辐射能进行第二次修正，得到二修辐射能；

基于排放参数对二修辐射能进行第三次修正，得到修正后的辐射能。

本申请一些实施例中，基于主汽参数对一修辐射能进行第二次修正，包括：

确定每种主汽参数影响分数，根据主汽参数影响分数确定主汽参数对一修辐射能的修正顺序；

按照修正顺序根据主汽参数影响分数依次对一修辐射能进行修正；

每次修正后根据修正值确定对应的补偿值，根据修正值和补偿值进行下次修正。

本申请一些实施例中，确定每种主汽参数影响分数，包括：

根据每种主汽参数大小和对应的预设权重确定每种主汽参数影响分数。

本申请一些实施例中，在根据锅炉性能衰退模型得到锅炉衰退率之后，所述方法还包括：

获取锅炉运行参数，根据锅炉运行参数和衰退率筛选出具有因果关系的锅炉运行参数；

基于具有因果关系的锅炉运行参数对锅炉衰退率进行修正。

本申请一些实施例中，根据锅炉运行参数和衰退率筛选出具有因果关系的锅炉运行参数，包括：

基于锅炉运行参数建立因状态空间，基于衰退率建立果状态空间；

基于因状态空间和果状态空间得到非线性依赖度；

根据非线性依赖度确定具有因果关系的因状态空间。

本申请一些实施例中，基于因状态空间和果状态空间得到非线性依赖度，包括：

若非线性依赖度超过预设阈值，则该因状态空间和果状态空间具有因果关系。

本申请一些实施例中，基于具有因果关系的锅炉运行参数对锅炉衰退率进行修正，包括：

根据每种锅炉运行参数的大小确定对应的权重，根据权重大小确定修正顺序；

根据修正顺序依次对锅炉衰退率进行修正；

每次修正后根据修正值确定对应的补偿值，根据修正值和补偿值进行下次修正。

对应的，本申请还提供了一种三维锅炉燃烧状态的可视化系统，应用于DCS系统中，所述系统包括：

衰退模块，用于获取锅炉的电流历史信息，根据电流历史信息建立锅炉性能衰退模型，根据锅炉性能衰退模型得到锅炉衰退率；

获取模块，用于获取锅炉的火焰图像，根据火焰图像得到获取火焰温度和火焰辐射能，基于锅炉衰退率修正火焰温度；

修正模块，用于获取锅炉参数，根据锅炉参数对火焰辐射能进行修正，根据修正后的火焰温度和火焰辐射能建立可视化三维温度场。

通过应用以上技术方案，获取锅炉的电流历史信息，根据电流历史信息建立锅炉性能衰退模型，根据锅炉性能衰退模型得到锅炉衰退率；获取锅炉的火焰图像，根据火焰图像得到获取火焰温度和火焰辐射能，基于锅炉衰退率修正火焰温度；获取锅炉参数，根据锅炉参数对火焰辐射能进行修正，根据修正后的火焰温度和火焰辐射能建立可视化三维温度场。本申请通过电流建立锅炉衰退模型，根据相关运行参数修正衰退率，根据衰退率修正火焰温度，根据锅炉参数修正火焰辐射能，以建立准确的三维温度场，保证后续工作的有效开展。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例提出的一种三维锅炉燃烧状态的可视化方法的流程示意图；

图2示出了本发明实施例提出的一种三维锅炉燃烧状态的可视化系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供一种三维锅炉燃烧状态的可视化方法，应用于DCS系统中，本申请在现有三维温度场建立的设备的基础上实行，设备包括CCD炉膛火焰探测器、视频分割器等。

如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S101，获取锅炉的电流历史信息，根据电流历史信息建立锅炉性能衰退模型，根据锅炉性能衰退模型得到锅炉衰退率。

本实施例中，电流最能表征锅炉性能的强弱，根据电流建立锅炉性能衰退模型，以预测锅炉性能衰变，锅炉性能衰变会影响炉内火焰燃烧情况。衰退率表征设备衰变程度，100％说明是全新设备，未曾使用，经过长久使用，慢慢从100减少，直至到报警点。

步骤S102，获取锅炉的火焰图像，根据火焰图像得到获取火焰温度和火焰辐射能，基于锅炉衰退率修正火焰温度。

本实施例中，通过火焰探头获取火焰辐射信号，对信号进行处理得到初始的火焰温度和辐射能，具体过程在此不再赘述。此处的锅炉衰退率是修正后的。

基于锅炉衰退率修正火焰温度，具体为：

设定锅炉衰退率为M，预设锅炉衰退率数组M0(M1，M2，M3，M4)，其中，M1，M2，M3，M4均为预设值，且M1＜M2＜M3＜M4；

设定火焰温度为T，预设火焰温度修正系数数组T0(T1，T2，T3，T4)，其中，T1，T2，T3，T4均为预设值，且0.8＜T1＜T2＜T3＜T4＜1.2；

根据锅炉衰退率与各个预设锅炉衰退率之间的关系，确定火焰温度修正系数，对火焰温度进行修正；

若M＜M1，确定第一预设火焰温度修正系数T1作为火焰温度修正系数，修正后的火焰温度为T*T1；

若M1≤M＜M2，确定第二预设火焰温度修正系数T2作为火焰温度修正系数，修正后的火焰温度为T*T2；

若M2≤M＜M3，确定第三预设火焰温度修正系数T3作为火焰温度修正系数，修正后的火焰温度为T*T3；

若M3≤M＜M4，确定第四预设火焰温度修正系数T4作为火焰温度修正系数，修正后的火焰温度为T*T4。

为了提高衰退率的准确性，本申请一些实施例中，在根据锅炉性能衰退模型得到锅炉衰退率之后，所述方法还包括：获取锅炉运行参数，根据锅炉运行参数和衰退率筛选出具有因果关系的锅炉运行参数；基于具有因果关系的锅炉运行参数对锅炉衰退率进行修正。

本实施例中，锅炉运行参数不包括电流，某些运行参数同样能表征锅炉衰退率，需要根据这些参数修正衰退率。通过状态空间建立运行参数和衰退率之间的因果筛选。运行参数的时间序列在前，衰退率的时间序列在后。

本申请一些实施例中，根据锅炉运行参数和衰退率筛选出具有因果关系的锅炉运行参数，包括：基于锅炉运行参数建立因状态空间，基于衰退率建立果状态空间；基于因状态空间和果状态空间得到非线性依赖度；根据非线性依赖度确定具有因果关系的因状态空间。

将运行参数和衰退率进行状态空间的建立，并两两进行所有可能性的组合，注意，是运行参数和衰退率两两组合。设定因状态空间为X，果状态空间为Y，计算Xn与k个近邻点的欧式距离平均值，公式如下：

对于X中的样本点xn，xrn，1，xrn，2，…xrn，k，表示xn在X中的k个近邻点。

对于Y中的样本点yn，ysn，1，ysn，2…ysn，k，表示yn在Y中的k个近邻点，将其映射到X空间中，计算xn与k个近邻点xsn，1，xsn，2，…xsn，k的欧式距离平均值，公式如下：

根据状态空间的映射关系判断两者的因果关系，非线性依赖度公式如下：

0＜S

本申请一些实施例中，基于因状态空间和果状态空间得到非线性依赖度，包括：若非线性依赖度超过预设阈值，则该因状态空间和果状态空间具有因果关系。

根据筛选后的运行参数超过正常区间的大小，来修正衰退率。

步骤S103，获取锅炉参数，根据锅炉参数对火焰辐射能进行修正，根据修正后的火焰温度和火焰辐射能建立可视化三维温度场。

本实施例中，火焰辐射能与主汽参数、排放参数等息息相关，需要据此修正火焰辐射能。

本申请一些实施例中，根据锅炉参数对火焰辐射能进行修正，包括：锅炉参数包括燃料量、主汽参数和排放参数；基于燃料量对火焰辐射能进行第一次修正，得到一修辐射能；基于主汽参数对一修辐射能进行第二次修正，得到二修辐射能；基于排放参数对二修辐射能进行第三次修正，得到修正后的辐射能。

本实施例中，根据燃料量、主汽参数和排放参数对辐射能进行三次修正，以提高辐射能数据的准确性。

基于燃料量对火焰辐射能进行第一次修正，具体为：

设定燃料量为N，预设燃料量数组N0(N1，N2，N3，，N4)，其中，N1，N2，N3，N4均为预设值，且N1＜N2＜N3＜N4；

设定火焰辐射能为f，预设火焰辐射能修正系数数组Q0(Q1，Q2，Q3，Q4)，其中，Q1，Q2，Q3，Q4均为预设值，且0.8＜Q1＜Q2＜Q3＜Q4＜1.2；

根据燃料量与预设燃料量之间的关系，确定火焰辐射能修正系数，得到一修辐射能；

若N＜N1，确定第一预设火焰辐射能修正系数Q1作为火焰辐射能修正系数，一修辐射能为f*Q1；

若N1≤N＜N2，确定第二预设火焰辐射能修正系数Q2作为火焰辐射能修正系数，一修辐射能为f*Q2；

若N2≤N＜N3，确定第三预设火焰辐射能修正系数Q3作为火焰辐射能修正系数，一修辐射能为f*Q3；

若N3≤N＜N4，确定第四预设火焰辐射能修正系数Q4作为火焰辐射能修正系数，一修辐射能为f*Q4。

本申请一些实施例中，基于主汽参数对一修辐射能进行第二次修正，包括：确定每种主汽参数影响分数，根据主汽参数影响分数确定主汽参数对一修辐射能的修正顺序；按照修正顺序根据主汽参数影响分数依次对一修辐射能进行修正；每次修正后根据修正值确定对应的补偿值，根据修正值和补偿值进行下次修正。本申请一些实施例中，确定每种主汽参数影响分数，包括：根据每种主汽参数大小和对应的预设权重确定每种主汽参数影响分数。

本实施例中，主汽参数包括主汽压力、主汽流量、主汽温度等。需要按顺序进行修正，否则可能反而导致误差更大。

例如，主汽参数包括主汽压力、主汽流量和主汽温度，其中主汽压力、主汽流量、主汽温度影响分数逐渐变小，则先根据主汽压力对辐射能进行修正，修正后的值与补偿值之和为第一量，在根据主汽流量对第一量进行修正，修正后的值与补偿值之和为第二量，最后根据主汽温度对第二量进行修正，修正后的值与补偿值之和为第三量，即二修辐射能。

设定主汽压力为A，预设主汽压力数组A0(A1，A2，A3，A4)，其中，A1，A2，A3，A4均为预设值，且A1＜A2＜A3＜A4；

设定一修辐射能为H，预设一修辐射能修正系数数组F0(F1，F2，F3，F4)，其中，F1，F2，F3，F4均为预设值，且0.8＜F1＜F2＜F3＜F4＜1.2；

根据主汽压力和各个预设主汽压力之间的关系，确定修正系数，对一修辐射能进行修正；

若A＜A1，确定第一预设修正系数F1作为修正系数，修正后的一修辐射能为H*F1；

若A1≤A＜A2，确定第二预设修正系数F2作为修正系数，修正后的一修辐射能为H*F2；

若A2≤A＜A3，确定第三预设修正系数F3作为修正系数，修正后的一修辐射能为H*F3；

若A3≤A＜A4，确定第四预设修正系数F4作为修正系数，修正后的一修辐射能为H*F4。

根据H*F0的大小在补偿值表中得到补偿值，H*F0+补偿值即为第一量。

设定主汽流量为B，预设主汽流量数组B0(B1，B2，B3，B4)，其中，B1，B2，B3，B4均为预设值，且B1＜B2＜B3＜B4；

设定第一量为H1，预设修正系数数组G0(G1，G2，G3，G4)，其中，G1，G2，G3，G4均为预设值，且0.8＜G1＜G2＜G3＜G4＜1.2；

根据主汽流量与各个预设主汽流量之间的关系，确定修正系数，对第一量进行修正；

若B＜B1，确定第一预设修正系数G1作为修正系数，修正后的辐射能为H1*G1；

若B1≤B＜B2，确定第二预设修正系数G2作为修正系数，修正后的辐射能为H1*G2；

若B2≤B＜B3，确定第三预设修正系数G3作为修正系数，修正后的辐射能为H1*G3；

若B3≤B＜B4，确定第四预设修正系数G4作为修正系数，修正后的辐射能为H1*G4。

根据H1*G0在补偿表中找到补偿值，H1*G0+补偿值即为第二量；

设定主汽辐射能为C，预设主汽辐射能数组C0(C1，C2，C3，C4)，其中，C1，C2，C3，C4均为预设值，且C1＜C2＜C3＜C4；

设定第二量为H2，预设修正系数数组J0(J1，J2，J3，J4)，其中，J1，J2，J3，J4均为预设值，且0.8＜J1＜J2＜J3＜J4＜1.2；

根据主汽辐射能与各个预设主汽辐射能之间的关系，确定修正系数，对第二量进行修正；

若C＜C1，确定第一预设修正系数J1作为修正系数，修正后的辐射能为J1*H2；

若C1≤C＜C2，确定第二预设修正系数J2作为修正系数，修正后的辐射能为J2*H2；

若C2≤C＜C3，确定第三预设修正系数J3作为修正系数，修正后的辐射能为J3*H2；

若C3≤C＜C4，确定第四预设修正系数J4作为修正系数，修正后的辐射能为J4*H2。

根据H2*J0在补偿表中找到补偿值，H2*J0+补偿值即为第三量，即一修初始辐射能。

补偿值，是每次修正后，为了方便下次修正，所用于减少误差的铺垫值。

基于排放参数对二修辐射能进行第三次修正，排放参数包括氮氧化物排放量和飞灰含碳量等，此处修正同上。

本申请一些实施例中，基于具有因果关系的锅炉运行参数对锅炉衰退率进行修正，包括：根据每种锅炉运行参数的大小确定对应的权重，根据权重大小确定修正顺序；根据修正顺序依次对锅炉衰退率进行修正；每次修正后根据修正值确定对应的补偿值，根据修正值和补偿值进行下次修正。

本实施例中，此处同第二次修正。

通过应用以上技术方案，获取锅炉的电流历史信息，根据电流历史信息建立锅炉性能衰退模型，根据锅炉性能衰退模型得到锅炉衰退率；获取锅炉的火焰图像，根据火焰图像得到获取火焰温度和火焰辐射能，基于锅炉衰退率修正火焰温度；获取锅炉参数，根据锅炉参数对火焰辐射能进行修正，根据修正后的火焰温度和火焰辐射能建立可视化三维温度场。本申请通过电流建立锅炉衰退模型，根据相关运行参数修正衰退率，根据衰退率修正火焰温度，根据锅炉参数修正火焰辐射能，以建立准确的三维温度场，保证后续工作的有效开展。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施场景所述的方法。

为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。

对应的，本申请还提供了一种三维锅炉燃烧状态的可视化系统，应用于DCS系统中，如图2所示，所述系统包括：

衰退模块，用于获取锅炉的电流历史信息，根据电流历史信息建立锅炉性能衰退模型，根据锅炉性能衰退模型得到锅炉衰退率；

获取模块，用于获取锅炉的火焰图像，根据火焰图像得到获取火焰温度和火焰辐射能，基于锅炉衰退率修正火焰温度；

修正模块，用于获取锅炉参数，根据锅炉参数对火焰辐射能进行修正，根据修正后的火焰温度和火焰辐射能建立可视化三维温度场。

本申请一些实施例中，修正模块，用于：

锅炉参数包括燃料量、主汽参数和排放参数；

基于燃料量对火焰辐射能进行第一次修正，得到一修辐射能；

基于主汽参数对一修辐射能进行第二次修正，得到二修辐射能；

基于排放参数对二修辐射能进行第三次修正，得到修正后的辐射能。

本申请一些实施例中，修正模块，用于：

确定每种主汽参数影响分数，根据主汽参数影响分数确定主汽参数对一修辐射能的修正顺序；

按照修正顺序根据主汽参数影响分数依次对一修辐射能进行修正；

每次修正后根据修正值确定对应的补偿值，根据修正值和补偿值进行下次修正。

本申请一些实施例中，修正模块，用于：

根据每种主汽参数大小和对应的预设权重确定每种主汽参数影响分数。

本申请一些实施例中，系统还包括第一模块，用于：

获取锅炉运行参数，根据锅炉运行参数和衰退率筛选出具有因果关系的锅炉运行参数；

基于具有因果关系的锅炉运行参数对锅炉衰退率进行修正。

本申请一些实施例中，第一模块，用于：

基于锅炉运行参数建立因状态空间，基于衰退率建立果状态空间；

基于因状态空间和果状态空间得到非线性依赖度；

根据非线性依赖度确定具有因果关系的因状态空间。

本申请一些实施例中，第一模块，用于：

若非线性依赖度超过预设阈值，则该因状态空间和果状态空间具有因果关系。

本申请一些实施例中，第一模块，用于：

根据每种锅炉运行参数的大小确定对应的权重，根据权重大小确定修正顺序；

根据修正顺序依次对锅炉衰退率进行修正；

每次修正后根据修正值确定对应的补偿值，根据修正值和补偿值进行下次修正。

本领域技术人员可以理解实施场景中的系统中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的系统中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个系统中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。