[发明专利]一种锅炉高温烟气流场在线代理模型构建方法

说明书

本发明公开了一种锅炉高温烟气流场在线代理模型构建方法，首先根据锅炉的结构尺寸建立CFD仿真模型；再对各种工况参数进行抽样处理，作为仿真模型的边界条件，通过多工况仿真计算获得截面烟气温度场和速度场分布；然后对截面进行离散化处理，按需划分成若干区域，统计合理的烟气温度和速度数据集；再利用少量传感器测量值对仿真结果进行修正；最后构建代理模型：构建ANN代理模型，拟合各工况参数和截面烟气流场之间的函数关系，并利用PSO算法对ANN的权值和阈值进行优化，该代理模型可以实现锅炉特定截面上(如炉膛出口截面)烟气温度场和速度场的在线预测。本发明的锅炉高温烟气流场在线代理模型构建方法，预测精度较高、可靠性和实时性较好。

技术领域

本发明涉及一种锅炉高温烟气流场在线代理模型构建方法，特别涉及一种基于PSO-ANN的锅炉高温烟气流场在线代理模型构建方法。

背景技术

截至2017年7月底，我国已投产1000MW超临界机组101台。随着锅炉蒸汽参数和容量的提高，烟气流场沿烟道宽度和高度方向分布的不均匀性以及蒸汽沿各管间流量分配的不均匀性都不同程度的存在，使得水冷壁及过热器管道容易产生局部热偏差，严重时会导致水冷壁或过热器管道超温爆管而失效。

锅炉管壁温度监测一直是困扰锅炉运行的难题，其中最主要的就是如何精确预测特定截面烟气的流场，由于炉膛内高温烟气可以达到1000℃左右，并且存在多灰、腐蚀等恶劣条件，传统传感器无法进行长时间在线测量，而且炉膛体积较大，传感器布置数量有限，因此直接利用传感器进行烟气流场的测量难以实现。中国专利CN102799775B利用数值模拟方法得到屏式过热器计算区域附近的烟温和烟速分布，但是这种方法在计算烟气流场的过程中存在严重的问题。CFD数值模拟虽然准确性较高，但是本身存在计算速度慢，耗时长的缺点，因此严重影响了结果的可靠性和实时性。这就要求一种计算精度较高，可以在线预测锅炉高温烟气流场的代理模型。

发明内容

本发明的目的是提供一种锅炉高温烟气流场在线代理模型构建方法，预测精度较高、耗时短，可以实时输出特定截面(如炉膛出口截面)烟气温度场和速度场。

本发明的技术方案为：

一种锅炉高温烟气流场在线代理模型构建方法，包括以下步骤：

(1)根据锅炉的结构尺寸建立CFD仿真模型，利用Fluent对目标锅炉的流体传热、辐射传热和煤粉燃烧过程进行建模；

(2)采用一种抽样方法(如拉丁超立方抽样)给定各工况输入变量的值，即输入变量数据集，在各变量的取值范围内进行采样，将采样得到的多种工况参数作为步骤(1)模型的边界条件，进行CFD仿真计算，获得多工况下不同截面的烟气温度场和速度场分布；

(3)对所需截面进行离散化处理，按需划分成若干区域，利用步骤(2)中多工况数值仿真结果，统计合理的烟气温度和速度数据集，为烟温和烟速预测模型的建立提供充足的样本；

(4)利用传感器测量值对仿真结果进行修正，得到修正后的输出变量数据集，在所需截面的网格点布置传感器，测量其烟温和速度，用来修正烟气流场分布；

(5)构建代理模型：构建ANN(Artificial Neural Network)代理模型，拟合各工况参数和截面烟气流场之间的函数关系，并利用PSO(Particle Swarm Optimization)算法对ANN代理模型的权值和阈值进行优化，实现不同工况下锅炉所需截面烟气流场分布的在线预测。