基于关联规则的超临界锅炉水煤比控制研究与应用.pdf

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1、华北电力大学（保定）硕士学位论文基于关联规则的超临界锅炉水煤比控制研究与应用姓名：梁丽博申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：谷俊杰20081215华北电力大学硕士学位论文摘要摘要超临界机组已成为火力发电的主力机组，水煤比控制是超临界机组正常运行的关键，针对水煤比控制系统不能兼顾快速性和准确性的特点，提出了运用关联规则算法挖掘水煤比相关参数的方法。根据火电厂超临界机组给水量与给煤量的动态特性，从理论上分析了保证水煤比的必要性。重点研究了利用A p r i o r i 算法实现多维关联规则挖掘的方法，并应用数据挖掘工具C l e m e n t i n e 分析水煤比的相关参数。通过建模仿真

2、给水控制系统，将关联规则分析的结果进行仿真验证。关键词：水煤比，中间点温度，关联规则算法，给水控制仿真A B S T R A C TS u p e r c r i t i c a lu n i t sh a v eb e e nt h em a i na s p e c ti nt h e r m a lp o w e rp l a n t，a n dt h ew a t e r-f u e lc o n t r o lo fo n c e-t h r o u g hb o i l e ri sa ni m p o r t a n tt a s ko fu n i t s n o r m a

3、lr u n n i n g A i m i n ga tt h ef e a t u r e so ft h ew a t e r-f u e lr a t i oc o n t r o ls y s t e mt h a tc a nn o tg i v ea t t e n t i o nt oc e l e r i t ya n dv e r a c i t y,w ep u tf o r w a r da s s o c i a t i o nr u l ea r i t h m e t i ci nd a t am i n i n gt oa n a l y z et h eu n

4、 d e r l y i n gr e l a t i o no fr e l a t e dp a r a m e t e r so ft h ew a t e r-f u e lr a t i o A c c o r d i n gt ot h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so ff e e d w a t e rf l o wa n dc o a lf e e dq u a n t i t yd i s t u r b e d，w ea n a l y z et h en e c e s s i t yo fw a t e r-f

5、u e lr a t i oi nt h e o r y；s t u d yo nt h em u l t i d i m e n s i o n a la s s o c i a t i o nr u l ea r i t h m e t i c T h ed a t am i n i n gt o o l-C l e m e n t i n ei sa d o p t e dt oa n a l y z et h ep o t e n t i a lr e l a t i o n so fr e l a t e dp a r a m e t e r so ft h ew a t e r-f

6、 u e lr a t i o T h er e s u l t so ft h ea s s o c i a t i o nr u l em i n i n ga r es i m u l a t e da n dv a l i d a t e db ym o d e l i n ga n ds i m u l a t i o no ff e e d w a t e rc o n t r o ls y s t e m L i a n gL i b o(T h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n g)D i r e c t e db yP r o f G

7、 uJ u n ji eK E YW O R D S：w a t e r-f u e lr a t i o，i n t e r m e d i a t ep o i n tt e m p e r a t u r e，a s s o c i a t i o nr u l ea r i t h m e t i c，f e e d-w a t e rc o n t r o ls i m u l a t i o n华北电力大学硕士学位论文摘要摘要超临界机组已成为火力发电的主力机组，水煤比控制是超临界机组正常运行的关键，针对水煤比控制系统不能兼顾快速性和准确性的特点，提出了运用关联规则算法挖掘水煤比相关

8、参数的方法。根据火电厂超临界机组给水量与给煤量的动态特性，从理论上分析了保证水煤比的必要性。重点研究了利用A p r i o r i 算法实现多维关联规则挖掘的方法，并应用数据挖掘工具C l e m e n t i n e 分析水煤比的相关参数。通过建模仿真给水控制系统，将关联规则分析的结果进行仿真验证。关键词：水煤比，中间点温度，关联规则算法，给水控制仿真A B S T R A C TS u p e r c r i t i c a lu n i t sh a v eb e e nt h em a i na s p e c ti nt h e r m a lp o w e rp l a n t

9、，a n dt h ew a t e r-f u e lc o n t r o lo fo n c e-t h r o u g hb o i l e ri sa ni m p o r t a n tt a s ko fu n i t s n o r m a lr u n n i n g A i m i n ga tt h ef e a t u r e so ft h ew a t e r-f u e lr a t i oc o n t r o ls y s t e mt h a tc a nn o tg i v ea t t e n t i o nt oc e l e r i t ya n d

10、v e r a c i t y,w ep u tf o r w a r da s s o c i a t i o nr u l ea r i t h m e t i ci nd a t am i n i n gt oa n a l y z et h eu n d e r l y i n gr e l a t i o no fr e l a t e dp a r a m e t e r so ft h ew a t e r-f u e lr a t i o A c c o r d i n gt ot h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so f

11、f e e d w a t e rf l o wa n dc o a lf e e dq u a n t i t yd i s t u r b e d，w ea n a l y z et h en e c e s s i t yo fw a t e r-f u e lr a t i oi nt h e o r y；s t u d yo nt h em u l t i d i m e n s i o n a la s s o c i a t i o nr u l ea r i t h m e t i c T h ed a t am i n i n gt o o l-C l e m e n t i

12、 n ei sa d o p t e dt oa n a l y z et h ep o t e n t i a lr e l a t i o n so fr e l a t e dp a r a m e t e r so ft h ew a t e r-f u e lr a t i o T h er e s u l t so ft h ea s s o c i a t i o nr u l em i n i n ga r es i m u l a t e da n dv a l i d a t e db ym o d e l i n ga n ds i m u l a t i o no ff

13、 e e d w a t e rc o n t r o ls y s t e m L i a n gL i b o(T h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n g)D i r e c t e db yP r o f G uJ u n ji eK E YW O R D S：w a t e r-f u e lr a t i o，i n t e r m e d i a t ep o i n tt e m p e r a t u r e，a s s o c i a t i o nr u l ea r i t h m e t i c，f e e d-w a t e

14、 rc o n t r o ls i m u l a t i o n声明尸明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于关联规则的超临界锅炉水煤比控制研究与应用，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：銎亟壁E l期：关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：

15、学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。(涉密的学位论文在解密后遵守此规定)作者签名：委垃E t期：卫生业日导师签名：日期中华北电力大学硕士学位论文第一章引言1 1 本课题研究的目的和意义随着国家建设节约型社会的规划，我国电站正以高效率低煤耗的目标向节能与环保的可持续发展时代迈进；随着国民经济的发展，电力需求不断增加。发展大容量、高参数的超临界及超超临界机组成为提高我国能源利用

16、率、满足供电需求的必然趋势。目前，超临界机组运行压力均为2 4 M P a 2 5 M P a，热效率为4 0 -4 4，发电煤耗在3 0 0 9(K W h)左右，单位时间的水资源节约6 1 0，污染物的排放量大幅度降低。提高蒸汽参数并与发展大容量机组相结合是提高常规火电厂效率最有效的途径。与同容量亚I 晦界火电机组的热效率相比，理论上超临界参数机组可提高效率2 -2 5，超超临界参数机组可提高4 -5。如石洞口二厂两台6 0 0 M W超临界机组，在1 9 9 6 年平均发电煤耗为3 1 l g(K W h)，热经济性指标明显优于同容量亚临界机组【l l。目前，世界上先进的超临界机组效率已

17、达到4 7-4 9。因此，超临界化是火电机组发展的一种模式。目前国内已投产的不同容量的超临界机组和超超临界机组的数目在不断增加，我国电力工业技术装备水平正迈进新的发展阶段。超临界机组及超超临界机组在国内日趋成为主流1 2 l。工业国家的研究及实践证明，无论对电网调峰要求的适应能力，还是机组正常运行时变负荷能力、快速启停能力、及其经济性方面，超临晃机组都要优于亚临界机组。然而，超临界机组的变参数运行方式及多变量控制特点，与亚I 临界汽包炉相比在控制上具有很大的特殊性【3】。我国在亚I 临界机组的控制技术方面正在跟上世界先进控制技术的发展，但超临界机组控制技术方面还存在一定的差距。因此，有必要对超

18、临界机组的运行方式和控制策略进行讨论研究【4 J。我国的电力行业经过几十年的快速发展，越来越多的现场数据被D C S 系统存储到实时数据库中。目前国内一台3 0 0 M W 机组D C S 的输入输出信息有4 0 0 0 -5 0 0 0点，6 0 0 M W 机组有1 2 0 0 0 点左右，电力企业积累了大量的数据【5】。而这些数据记录了电厂设备的运行状况和运行操作人员的操作过程，它们的背后隐含了许多对提高电厂的生产效率和经济安全性有积极指导意义的信息。由于传统的数据分析手段只是对这些数据进行简单的分类、统计，造成了数据资源的巨大浪费，所以需要一种强大的数据分析工具来分析电厂的D C S

19、数据。数据挖掘(D a t aM i n i n g)是从大量数据中提取出新颖、可信、有效并最终能被人理解的模式的处理过程。数据挖掘汇集了来自机器学习、模式识别、数据库、数据仓库、统计学、人工智能以及管理信息系统等各学科的成果1 6 J。多学科的相互交融和促进，使得数据挖掘这一新学科得以蓬勃发展，而且已初具规模【7】。将数据挖掘技术应用于电力行业是十分必要且有意义1华北电力大学硕士学位论文的，可以带来巨大的经济效益和社会效益。本文围绕超临界锅炉水煤比、中间点温度及给水流量的问题展开，利用数据挖掘技术，对反映设备运行状态的历史数据进行探讨分析，实现了电站信息的深层次加工，为有效提高机组的控制精度

20、提供了支持，对节约水资源与有限的煤炭资源，提高火力发电机组的效率，具有重要的现实意义。1 2 本课题的国内外研究现状及应用概况国外电力技术水平发展较快，早在2 0 世纪6 0 年代初，美国、俄罗斯和日本就开始发展超临界大型机组。超临界压力机组早期发展的蒸汽参数压力定在2 5 M p a，蒸汽温度5 6 0。C 左右。随着蒸汽压力温度的提高，主要耐热材料提高了级别，系统辅机阀门全部更新。受当时工业制造水平的影响，直流锅炉的采用及其系统的复杂化，早期生产的超临界压力机组故障率很高，使其发展速度放慢。2 0 世纪8 0 年代以后，随着金属材料的进展，辅机及系统方面的成熟，超临界技术得以迅速发展。目前

21、超临界机组已进入成熟和实用阶段，超超临界参数机组也已经成功地投入到商业运行中【引。美国于1 9 5 7 年投运第1 台1 2 5 M W 试验性的超临界参数机组(3 1 M P a，6 2 1 5 6 6 5 3 8)，由于初期直流锅炉采用了过高的蒸汽参数，超出当时的技术发展水平，使得机组在运行中暴露出许多问题，降低了机组运行的可靠性。但以后陆续投运的机组中，在降低了蒸汽参数后，情况有所好转。到2 0 世纪7 0 年代末，已有1 0 0 多台超临界机组运行，占当时全部火电容量的3 0。1 9 7 2 年投运了首台世界上单机容量最大的1 3 0 0 M W 超l 临界机组。据统计，截止1 9 8

22、 5 年，美国绝大多数超临界机组的主蒸汽参数为2 4 1 3 M P a、主蒸汽温度和再热温度为5 3 8 ,-5 6 6。1 9 9 0 年前后，超临界机组的温度和压力又趋于提高。俄罗斯超临界机组的研制主要立足于国内自主开发。1 9 6 3 年投运首台3 0 0 M W 超临界机组，其后所有3 0 0 M W 以上机组都采用超临界技术。迄今为止，基本上形成3 0 0 M W、5 0 0 M W、8 0 0 M W、1 2 0 0 M W等4 个容量等级，蒸汽参数基本保持在2 3 5M P a、5 4 0 5 4 0 (2。超临界机组占火电容量5 0 以上，最大单机容量是1 2 0 0 M W

23、。日本发展超临界机组在2 0 世纪6 0 年代中期，虽然起步较晚，但发展快、收效大。其采取引进、仿制、创新的技术路线，与俄罗斯形成鲜明对比。日本于1 9 6 7 年从美国进口首台6 0 0 M W 超临界机组，两年后仿制的同型机组就已投运；而1 9 7 1 年投运的6 0 0 M W 超临界机组则有效地利用了日本自己的技术。2 0 世纪8 0 年代以后，日本吸取了欧洲的经验，自行开发了能带中间负荷滑压运行的超临界直流锅炉。现在容量为4 5 0 M W 以上的机组均采用超临界参数，一般为2 4 1 M P a、5 3 8 5 6 6，一次再热。目前，日本超机组已占火电容量的5 0 以上，最大单机

24、容量为1 0 0 0 M W。而且开始向更高参数发展，蒸汽温度多在5 6 6 -2华北电力大学硕士学位论文5 9 3 的范围内。德国也是发展超临界技术最早的国家之一，但其单机容量较小。1 9 5 6 年参数为2 9 3 M P a、6 0 0(无再热)的1 1 7 M W 超临界机组投运，1 9 7 2 年首台4 3 0 M W，参数为2 4 5 M P a、5 3 5 5 3 5 超临界机组投运。德国近年来很重视发展超临界机组，目前最具有代表性的是1 9 9 2 年投运的斯道丁格电站5 号机组，该机组容量为5 3 5 M W，参数为2 6 2 M P a、5 4 5 5 6 2，机组净效率可

25、达4 3。近十多年来，先进超临界技术在日本和欧洲得到迅速发展，投运的先进超临界机组取得了良好的运行业绩，其经济性、可靠性和灵活性得到认可，代表了当代火力发电技术的先进水平。在已投运的先进超临界机组中，单机容量除了丹麦的3 台为4 0 0 M W 等级以外，其余均在7 0 0 -1 0 0 0 M W 之间，由于容量的进一步增大，受到螺旋管圈水冷壁吊挂结构复杂化和管带过宽热偏差增大的限制，因此，1 0 0 0 M W被认为是螺旋管圈水冷壁单炉膛锅炉容量的上限。同时，单机容量的进一步增大还要受到汽轮机的限制。对于先进超临界机组而言，机组的热效率一定提高，但系统复杂且成本较高。随着材料技术的发展，各

26、国计划在未来十几年间将开发蒸汽参数更高的两次再热高效超临界机组。国内外火电设备技术发展态势的特点和要求是：不断提高供电效率和可靠性、降低能耗、减少环境污染；发电设备的技术结构从最初的小容量中压机组，逐步发展到中等容量的高压机组和超高压机组，乃至大容量亚临界机组，及现代超临界机组和多种联合循环机组，供电效率从初期水平2 5 提高到现代水平4 0 以上。在国内电力工业中，自1 9 9 0 年以来，火电机组装机容量保持在7 5 左右。火电机组的发电量占总发电量的8 0 以上，其中燃煤电站占总发电量的7 6。目前我国的发电机组已进入大容量、高参数的发展阶段，从2 0 世纪8 0 年代开始引进超临界机组

27、，分别是华能上海石洞口二厂2 x 6 0 0 M W，华能南京电厂2 x 3 0 0 M W，华能辽宁营口电厂2 x 3 0 0 M W，华能内蒙古伊敏电厂2 x 5 0 0 M W，天津盘山电厂2 5 0 0 M W，辽宁绥中电厂2 x 8 0 0 M W。这些机组具有较高的技术性能，在提高发电煤炭利用率和降低污染方面发挥了一定的作用，也为我国超临界机组的运行积累了经验。2 0 世纪初，上海外高桥电厂2 x 9 0 0 M W，福建后石电厂2 x 6 0 0 M W，江苏常熟电厂2 x 6 0 0M W，河南沁北电厂2 x 6 0 0 M W，河南三门峡电厂2 x 6 0 0M W 等超临界

28、机组相继建成并投入运行。超临界机组蓄热量小，仅为同容量汽包炉机组的1 2 1 3 左右，但起动、停机速度较快，适合调峰机组：采用变压运行方式，能满足快速变动负荷和低负荷运行的要求【9】。与同容量的亚临界机组相比，超临界机组在我国具有广阔的发展前景f 1 0】。1 3 数据挖掘技术的发展与应用现状数据挖掘是从大量的数据中挖掘出隐含的、未知的、用户可能感兴趣的和对决策有潜在价值的知识和规则。这些规则蕴含了数据库中一组对象之间的特定关系，3U华北电力大学硕士学位论文揭示出一些有用的信息，可以为经营决策、市场策划和金融预测等方面提供依据 1 1-1 2】。数据挖掘或知识发现又称为数据采据、数据开采、知

29、识挖掘等。数据挖掘是在数据库、人工智能、数理统计以及数据可视化等多学科基础上发展起来的一门新兴学科。它利用机器学习的方法从数据库中发现知识，揭示事件之间的关系，预测未来趋势，为决策提供依据【l 引。数据挖掘起源于对数据库及数据仓库的研究，面向海量数据，它处理的对象是原始数据，是一种在数据基础上推断归纳出一般性结论(人类可以理解的未知知识)的方法。知识发现(K D D)-词最早出现于1 9 8 9 年在美国召开的第1 1 届国际人工智能大会上，在这次大会的专题讨论会上首次出现K D D 这个术语4。随后在1 9 9 1 年、1 9 9 3 年和1 9 9 4 年都举行K D D 专题讨论会，汇集

30、来自各个领域的研究人员和应用开发者，集中讨论数据统计、海量数据分析算法、知识运用等问题。随着参与人员的不断增多，1 9 9 5 年K D D 国际会议发展成为年会。许多国际会议也将K D D 列为讨论的专题，1 9 9 3 年I E E E 的(K n o w l e d g ea n dD a t aE n g i n e e r i n g)率先出版了K D D 专刊，1 9 9 7 年创办了国际性的学术刊物(D a t aM i n i n ga n dK n o w l e d g eD i s c o v e r y。一些著名的软件公司开始开发K D D 软件，许多大学开始开设数据挖

31、掘的相关课程。时至今日，数据挖掘方兴未艾，正处于快速发展时期，是当前数据信息处理研究的一大热点，2 0 0 1 年1 月，美国麻省理工学院的科技评论(T e c h n o l o g yR e v i e w)杂志提出了未来5 年对人类产生重大影响的1 0 大新兴技术，其中排名第三的就是数据挖掘I l 引。数据挖掘技术的发展动态如图1 1 所示【l 酬。与国外相比，国内的数据挖掘研究相对较晚，1 9 9 3 年国家自然科学基金开始对数据挖掘研究进行支持。目前国内许多高校和科研单位在从事数据挖掘的基础理论和应用研究，如华中师范大学仁、郑州大学、浙江大学、华北电力大学等单位都在不同的方面对数据挖

32、掘进行研究。同时，在国内互联网上也出现了介绍数据挖掘知识的主页，在数据挖掘技术的理论研究方面，较多的研究课题偏重于研究新的算法和对原来算法的改进，改进的主要目的是性能优化，在不同类型数据(如：多媒体数据，W E B 数据等)和不同领域中的挖掘也是一个热门的研究方向 1 7-1 9】。国内外很多学者也对数据挖掘技术在电力行业中的应用展开了研究，并取得了一定的成果：用于火电厂性能监测与优化；用于核电站过程控制：获得火电厂和水电厂专家系统的规则；进行电厂传感器故障诊断；预报电力客户负荷；用于电厂凝汽设备故障诊断等。对于电力系统在运行过程中不断产生和积累大量的数据，应用数据挖掘技术能更加充分地利用这些

33、运行数据，揭示电力系统历年积累的数据背后所蕴含的原理、规则，找出解决问题更加合理的方法，同时还可以为决策提供更加有力的科学依据。然而数据挖掘方法在国内电力系统中的应用还处于起步阶段，因此，非常有必要结合电力系统的特点，应用数据挖掘方法或软件，对水煤比问题的分析，将是一种有4华北电力大学硕士学位论文益的尝试【6-7，2 0 1。图1-1数据挖掘技术的发展图数据挖掘不仅是面向特定数据库的简单检索查询，而且要对数据进行微观或宏观的统计、分析、综合和推理，以指导实际问题的求解，企图发现事件间的关联，甚至利用已有的数据对未来的活动进行预测。经过几十年的发展，对数据挖掘的研究从最初表面的、孤立的问题向系统

34、的、全面的方向发展。目前，对数据挖掘的研究主要集中在以下3 个方面【5】：(1)数据挖掘的理论研究目标是建立完整的数据挖掘理论体系，建立通用、有效的处理模型，用科学的方法论指导发现知识的过程，使之成为一种主流技术。近年来在这方面涌现了许多处理模型和系统框架。(2)挖掘技术和算法的研究这也是目前最集中的研究领域。由于数据挖掘是应用需求推动下跨学科发展的产物，所以各学科中的许多技术成果都可以移植到数据挖掘中。传统的统计方法、决策树、聚类、集合论，近年来十分活跃的关联规则、粗糙集理论、人工神经网络、遗传算法和进化计算等在数据挖掘中都有应用。但是5华北电力大学硕士学位论文由于数据挖掘面对的是大量数据，

35、因此对这些领域中的许多技术不能照搬照用。如遗传算法，当优化属性在上百个以后，计算速度难以忍受。又如人工神经网络，由于获取的知识是以权值形式表示的隐含形式，因此一般不适合单独应用数据挖掘，往往需要与其它方法相结合。(3)应用研究按照处理的数据类型划分为时间序列数据挖掘、空间数据挖掘、文本数据挖掘等。按照应用领域划分，如股票价格分析与预测，金融风险分析，信用卡欺诈分析，气象预报，生物工程等，随着I n t e m e t 的普及与发展，对I n t e m e t数据的挖掘，如站点访问模式分析，成为当今一个十分活跃的应用领域研究方向。1。4 本论文的主要工作论文围绕电站生产运行的大量历史数据，针对

36、超临界机组控制中水煤比的控制特性，提出了基于数据挖掘技术的精确控制方案。论文研究的主要内容总结如下：(1)依据多维关联规则算法，采用数据挖掘工具分析水煤比。将关联规则算法用在超临界机组中是本课题的重点。通过研究关联规则算法及多维关联规则算法，将电站生产运行的大量历史实时数据(与水煤比相关的参数)进行处理，采用数据挖掘工具C l e m e n t i n e 对机组相关参数进行分析，并对挖掘结果进行验证。(2)基于中间点温度的给水控制系统进行建模仿真及分析。通过数据处理及系统辨识，建立了合理的数学模型，并进行系统仿真。作为本课题的亮点，将上章挖掘的关联性数据作为输入信号进行仿真分析，以提高机组

37、控制精度。6华北电力大学硕士学位论文第二章超临界锅炉给水量与燃料量比值分析直流锅炉是一个多输入多输出的控制对象，输出变量为蒸汽流量、蒸汽压力、蒸汽温度，输入变量为给水流量、燃料量、汽轮机调门开度。如图2 1 所示。由于没有汽包，导致输出输入变量之间耦合性较强1 2。因此，不能将汽温系统、给水系统、燃料量系统作为各自相对独立的系统进行控制。超临界机组在启、停过程中要经历汽水分离器湿态一千态运行的转换和亚临界与超临界压力运行工况的转换，因此动态特性随负荷变化很大，在不同的运行工况下呈现出很强的非线性和变参数特性1 2 z。同时，直流锅炉没有固定的汽水分离面，给水流量、燃料量变化时，锅炉热水段、蒸发

38、段和过热段的界面发生变化，影响了主蒸汽的温度，并导致主汽压力、机组负荷的变化拉3 1。给水流量主蒸汽压士-LL燃料量。主蒸汽涅月rX主蒸燧轮机调门开度2 1 超临界机组的特性图2 一l 超临界机组的输入输出2 1 1 直流锅炉控制特点直流炉自动调节系统主要任务是：使锅炉随时满足汽轮机对蒸汽量的要求，保持锅炉蒸汽参数为给定值；保持经济性和良好的燃烧工况。这些调节任务虽然和汽包锅炉相同，但实现起来却比汽包锅炉困难和复杂很多。超临界直流炉机组和汽包炉机组控制系统的比较列于表2 1【2 4 1。超I 临界直流炉主要控制参数如下 2 5】：(1)给水流量蒸汽流量。因为给水系统和蒸汽系统是直接连通的，且由

39、于超临界锅炉直流蓄热能力较小，给水流量和蒸汽流量比率的偏差过大将导致较大的汽压波动。(2)水煤比。稳定运行工况时，水煤比必须维持不变，以保证过热器出口汽温为设计值。而在变动工况下，水煤比必须按一定规律改变，以便既充分利用锅炉蓄热能力，又按要求增减燃料，把锅炉热负荷调到与机组新的负荷相适应的水平。7华北电力大学硕士学位论文(3)喷水流量给水流量。超临界锅炉仅能瞬时快速改变汽温但不能始终维持汽温，因为过热受热面的长度和热焓都是不定的。为了保持通过改变喷水流量来校正汽温的能力，控制系统必须不断地把喷水量和总给水量之比恢复到设计值。(4)送风量给煤量(风煤比)。为了抑制们，的产生，以及锅炉的经济、安全

40、运行，需对各燃烧器的进风量进行控制，具体是通过各层燃烧器的二次风门和燃尽风门控制风量，每层风量根据负荷对应的风煤比来控制。表2-1 汽包炉机组和超临界机组控制系统比较2 1 2 燃料量扰动及给水量扰动的动态特性在直流锅炉中给水变成过热蒸汽是一次完成的，锅炉的蒸发量不仅决定于燃烧率同时也决定于给水流量。给水量与燃烧率比值发生变化时，锅炉的各受热面的分界发生移动，引起主蒸汽温度的剧烈变化。对于直流锅炉来说，调节汽温的根本手段是使燃烧率和给水量成适当比例。直流锅炉的给水调节、燃烧调节和汽温调节不能像汽包炉那样相对独立，而是密切关联，这是直流锅炉调节的主要特点。在给水量、喷水量以及汽机调节阀开度都保持

41、不变时，燃料量的扰动阶跃响应曲线如图2 2 所示1 2 6 l。当燃料量增加时，加热段、蒸发段缩短，过热段加长，蒸发出更多的饱和蒸汽，使开始时蒸汽量有瞬时增加，但是由于给水量没有变化，蒸发量先上升而后稳定下来，并与给水量保持平衡。主蒸汽温度开始时由于蒸汽流量的8华北电力大学硕士学位论文上升而下降，但由于加热和蒸发所需热量不变，燃料量的增加完全用于过热蒸汽，因此经过一段时间延迟之后，主蒸汽温度上升，最后稳定在较高的温度。主汽压力在短暂的延迟后逐渐上升，最后稳定在较高的水平。最初的上升是由于主蒸汽流量的增大，后来保持在较高的水平是由于主蒸汽温度的升高，蒸汽容积流量增大，而汽机调速阀开度不变，流动阻

42、力增大所致。给水量扰动如图2 3 所示。当给水流量的增加时，由于燃料量不变，加热段和蒸发段延长，一开始推出一部分蒸汽，使主蒸汽流量增加，在最终稳定状态，主汽流量必将等于给水流量，稳定在新的平衡点。主蒸汽温度经过一段较长时间的延迟后，单调下降直至稳定在较低的数值。主汽压力开始随着主汽流量的增加而增加，然后由于主蒸汽温度的下降而有所回落。锵p 一。黼汀一增加l一，t 瑁刃D-t主蒸汽流量主蒸汽温度主蒸汽压力主蒸汽温度图2-2 燃料量扰动动态特性图2-3 给水量扰动动态特性2 2 直流锅炉水煤比调节水煤比在超临界机组汽温调节中起着至关重要的作用，对保证直流锅炉各受热面的稳定，保证各级喷水减温的准确、

43、快速，起到重要作用。理论上，如果锅炉效率、燃料发热量、给水温度均保持不变，则过热蒸汽温度只决定于燃料量与给水量的比值，如果该比值保持一定，则出口过热蒸汽保持不变。但在实际运行过程中，受煤质变化、负荷变化、配风变化、给水温度变化等各种因素影响，要精确控制水煤比很困难1 2 7】。如果水煤比失调，将严重影响机组的安全运行，过热汽温的波动会导致减温水喷水量的大范围变化，这不但影响机组的效率而且可能造成设备的损坏，影响整个系统的稳定。所以有必要对水煤比特性做全面分析。2 2 1 保证水煤比的理论分析水煤比控制是超临界机组控制的难点。基于超临界机组的结构特点，直流炉给9华北电力大学硕士学位论文水控制和燃

44、烧控制不是独立的。为了保证蒸汽温度，给水量必须与燃料量同步变化，即保证给水量和燃料量之间一定的比例。稳态工况下锅炉一次工质的热平衡式如下式f 2 8】：吁V 警其中令：Q 1 2 曰饼q,、心过热蒸汽的焓、入口给水的焓、B 给水流量、燃料量饼单位体积烟气的放热量锅炉热效率y。一次工质占锅炉内吸热量的份额Q 一次工质的有效吸热量(2 1)当锅炉止帚廷仃和工况焚化个大时，兵热效翠和一次工庾H 发热份致燹化不大，并假定在A t 时间内锅炉的入口给水焓不变，经么t 后的新I 况为：日二=比+嚣(2 2)式(2-1)与(2 2)相减得：呜2 等瓮一岳协3，经化简后得：脯矿2(等一等，cV 叫(2-4)对

45、于超临界锅炉，若采用上式估算，当燃料量和给水量的偏差为1 0 时，过热汽温的变化可达1 0 0。C，可见燃料量和给水量的变化对直流锅炉过热汽温的影响是很大的。为了保持一定的蒸汽温度，首先必须保证给水燃料间的匹配，即：1 0华北电力大学硕士学位论文BBB+B一=一=一D 笋A D 擎D 弘+D 擎(2 5)从另一个角度出发，直流锅炉在稳定工况时，蒸发量和给水量相等，各类受热面长度可表示女n-F t 2 9】：过热器出口蒸汽焓为：=(-h 芦)D q l1 3=L-I i-1 2A h=h。-h 芦h g r=h”+1 3 q 3 D、，：、厶、三分别表示加热区、蒸发区、过热区和全部受热面的长度(

46、2 6)(2 7)(2 8)(2 9)(2 1 0)g。、g：、g，分别为加热区和蒸发区、过热区单位长度的热负荷，k J S m；h、h。、k 饱和水焓、饱和蒸汽及给水的焓k J k g，汽化潜热k J k g劬给水欠焓代入，得：【一D(丝+二)】9 3h g r“+半产L(2-1 1)为便于简化，假定锅炉所有受热面的热负荷相同，即g。=g：=g，=g，则上式变为：h g rn 万L q 一(幽+，)(2 1 2)若锅炉压力和给水焓保持不变，即h”、a h 和，为常数，当蒸汽量和热负荷变化时，过热器出口蒸汽焓的变化为：(2 1 3)DD 一矿一g 是全体数据项(简称项)的集合。数据项集(简称项

47、集)是由数据项构成的非空集合。设任务相关的数据D=互，互，瓦)为事务数据库，其中每个事务砭是项的集合，瓦=，f 2，P)其中k=(1,2，甩)，瓦I。瓦中的元素f j 其啊=(1，2，p)称作项目。每个事务有一个标识符，称作T I D。设A 是一个项集，称事务T 包含A，当且仅当彳丁。当彳，B，并且彳nB=囝时，形如AjB的蕴涵式，就称为事务集D 中的关联规则。支持度(s u p p o r t)S 表示在全部事务中同时包含A 与B 的概率。也就是说S 是事务集D 中包含么u 召的百分比。即支持度为：s u p p o r t(AjB)=e(auB)。置信度(c o n f i d e n c

48、 e)C 表示包含A 的事务中同时也包含B 的事务的概率，也就是说事务集D 中1 5华北电力大学硕士学位论文包含A 事务的同时也包含B 的百分比是C。即置信度为：c o n f i d e n c e(A 曰)=P(BI A)。支持度和置信度是描述关联规则的两个重要概念，前者用于衡量关联规则在整个数据集中的统计重要性，后者用于衡量关联规则的可信程度。一般来说，只有支持度和置信度均较高的关联规则才可能是有用的关联规则。用户根据挖掘需要指定最小支持度(记为m i n s u p p o r t)和最小置信度(记为m i n c o n f i d e n e e)。前者描述了关联规则的最低重要程度

49、，后者规定了关联规则必须满足的最低可靠性。如果s u p p o r t(AjB)m i n s u p p o r t 且c o n f i d e n c e(A B)m i n e o n f i d e n e e，则关联规则AjB 为强规则，即我们希望发现的关联规则，否则称关联规则AjB 为弱规则。所有支持度大于等于最小支持度的项集(i t e m s e t)，称为频繁集(f r e q u e n ti t e m s e t)或者称大项集(1 a r g ei t e m s e t)。3 2 关联规则挖掘3 2 1 关联规则挖掘的步骤及模型关联规则挖掘问题是指从数据库中挖掘出

50、那些支持度和置信度都大于用户给定的最小支持度和最小置信度的关联规则。关联规则挖掘分为两个步骤【5 1 5】：(1)发现频繁项目集。首先找出那些频繁项目集，即支持度(或支持数)不小于用户指定的最小支持度的项集。对于有语义约束的规则，可以求得满足约束的频繁项目集。这一步骤称为频繁项目集搜索。(2)用频繁项目集产生关联。即从上一步得到的频繁项集中找到置信度不小于用户指定的最小置信度的规则。关联规则基本挖掘模型如图3 1 所示。其中D 为数据集，A l g o r i t h m 1 为频繁项目集的搜索算法，A l g o r i t h m 2 为关联规则的产生算法，R 为挖掘出的关联规则集合。用户