專利名稱：以重油為燃料的工業(yè)熔爐燃燒狀態(tài)的測(cè)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃燒狀態(tài)的測(cè)量方法，具體為以重油為燃料的工業(yè)熔爐燃燒狀態(tài)的測(cè)算方法。
(二)技術(shù)背景以重油為燃料的工業(yè)熔爐，要對(duì)爐內(nèi)溫度進(jìn)行有效控制，同時(shí)燃燒的狀態(tài)與節(jié)能和對(duì)環(huán)境的影響也有著很大的關(guān)系，所以必須對(duì)燃燒的狀態(tài)，即是否充分燃燒，進(jìn)行測(cè)量或估計(jì)。一般確定燃燒狀態(tài)是用火焰長(zhǎng)度和含氧量?jī)蓚€(gè)參數(shù)。燃燒火焰的長(zhǎng)度過短，燃燒不充分，不利于節(jié)能，且排出煙氣中顆粒物多，污染環(huán)境。而火焰長(zhǎng)度過長(zhǎng)，沖擊窯壁，會(huì)降低窯爐使用壽命。火焰長(zhǎng)度要保持在一定數(shù)值范圍內(nèi)。而熔爐內(nèi)空氣含氧量過低或過高，都會(huì)使重油燃燒不充分，要達(dá)到最佳的完全燃燒，含氧量要控制在一定范圍內(nèi)。所以，火焰的長(zhǎng)度和含氧量是工業(yè)窯爐控制燃燒狀態(tài)的兩個(gè)重要的參數(shù)。
目前，火焰的長(zhǎng)度通常采用圖像處理的方法進(jìn)行測(cè)量，而火焰圖像探測(cè)設(shè)備價(jià)格昂貴。特別是在高溫，如在1200度以上的環(huán)境下，此類設(shè)備的實(shí)際中應(yīng)用尚不成熟。
含氧量常用氧化鋯傳感器進(jìn)行測(cè)量。它是屬于分析儀器，不僅價(jià)格高，而且在工業(yè)窯爐的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，其壽命過短，實(shí)時(shí)性和可靠性也難以保證。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供的以重油為燃料的工業(yè)熔爐燃燒狀態(tài)的測(cè)算方法，是通過對(duì)火焰長(zhǎng)度和含氧量的測(cè)算來確定燃燒狀態(tài)。本方法使用常規(guī)的高溫輻射傳感器、壓力傳感器，在窯爐觀察口對(duì)溫度、窯壓等進(jìn)行在線測(cè)量，通過計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能計(jì)算，測(cè)定窯爐內(nèi)燃燒空氣的含氧量及燃燒火焰的長(zhǎng)度，從而較準(zhǔn)確判斷窯爐燃燒狀態(tài)。
當(dāng)窯爐內(nèi)火焰長(zhǎng)度變長(zhǎng)時(shí)，窯壓過大，或是觀察口、抽風(fēng)口溫度偏高；當(dāng)火焰長(zhǎng)度變短時(shí)，觀察口或抽風(fēng)口的溫度過低。因此火焰長(zhǎng)度是觀察口溫度T1，窯壓P，抽風(fēng)口的溫度T2的函數(shù)?；鹧骈L(zhǎng)度y1可表示為y1＝F1(T1，P，T2)用分析儀器得到實(shí)際的火焰長(zhǎng)度，同時(shí)安裝觀察口溫度傳感器、窯壓傳感器和抽風(fēng)口溫度傳感器，測(cè)量溫度T1、T2和壓力值P，送入計(jì)算機(jī)內(nèi)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I，通過最速下降學(xué)習(xí)，得到3個(gè)輸入信號(hào)和火焰長(zhǎng)度的之間的非線性關(guān)系，并得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，即儀表常數(shù)w1、w2、w3和b，結(jié)果如下式y(tǒng)1=f(Σi=1nf(wi1T1+wi2p+wi3T2)+bi),]]>其中f(x)=1(1+e-x),]]>x為函數(shù)f的自變量。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)1是一個(gè)三輸入、單輸出的函數(shù)映射關(guān)系，共有三層，中間層有n個(gè)隱含節(jié)點(diǎn)，輸入的矢量信號(hào)在n維空間展開，再通過輸出層非線性疊加，得到火焰長(zhǎng)度y1。
有了儀表常數(shù)后，觀察口溫度傳感器、窯壓傳感器和抽風(fēng)口溫度傳感器測(cè)量的溫度T1、T2和壓力值P，送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用公式計(jì)算火焰長(zhǎng)度y1=f(Σi=1nf(wi1T1+wi2p+wi3T2)+bi),]]>其中f(x)=1(1+e-x).]]>經(jīng)測(cè)定，含氧量低時(shí)，燃燒不充分，窯爐內(nèi)壓力低；含氧量過高時(shí)，燃燒也不充分，或空燃比未達(dá)到最佳，此時(shí)窯爐內(nèi)壓力過高。含氧量過低或過高時(shí)在觀察口的溫度均比較低。含氧量y2是觀察口溫度T1，及與窯爐內(nèi)壓力相關(guān)的窯壓P、抽風(fēng)量Q1、送風(fēng)量Q2的函數(shù)，用下式表達(dá)y2＝F2(T1，P，Q1，Q2)用分析儀器測(cè)定實(shí)際的含氧量，同時(shí)安裝觀察口溫度傳感器、窯壓傳感器，測(cè)量溫度T1和窯爐內(nèi)壓力值P，在窯爐的抽風(fēng)口和送風(fēng)口分別安裝變頻器，測(cè)量表示抽風(fēng)量和送風(fēng)量的頻率Q1、Q2，將4個(gè)輸入信號(hào)送入計(jì)算機(jī)內(nèi)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II，通過最速下降學(xué)習(xí)，得到4個(gè)輸入信號(hào)和含氧量的非線性關(guān)系和對(duì)應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II參數(shù)，即儀表常數(shù)w4、w5、w6、w7和b。k為當(dāng)前的采樣時(shí)間。
y2(k)=f′(y2(k-1),Σj=1mf′(wj4T1+wj5p+wj6Q1+wj7Q2)+b′j)]]>其中f′(x)=1(1+e-x),]]>神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II是一個(gè)四輸入、單輸出的函數(shù)映射關(guān)系，共有四層，中間層有m個(gè)隱含節(jié)點(diǎn)，輸入的矢量信號(hào)在m維空間展開，再通過輸出層非線性疊加，得到含氧量y2。前一時(shí)刻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II計(jì)算得到的含氧量值y2(k-1)反饋回神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II，以體現(xiàn)映射的動(dòng)態(tài)特性。
得到儀表常數(shù)w4、w5、w6、w7和b后，觀察口溫度傳感器測(cè)量的溫度T1和窯壓傳感器測(cè)量的壓力值P，抽風(fēng)口、送風(fēng)口變頻器測(cè)量風(fēng)量所得的頻率Q1、Q2送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II，即可用公式計(jì)算含氧量，y2(k)=f′(y2(k-1),Σj=1mf′(wj4T1+wj5p+wj6Q1+wj7Q2)+b′j)]]>其中f′(x)=1(1+e-x).]]>本發(fā)明提供的工業(yè)熔爐火焰長(zhǎng)度和含氧量的測(cè)算方法優(yōu)點(diǎn)為1、采用常規(guī)的在線測(cè)量?jī)x表，如高溫輻射計(jì)、熱電偶等，測(cè)量結(jié)果經(jīng)計(jì)算機(jī)內(nèi)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算，得到燃燒狀態(tài)的主要參數(shù)，適用于各種高溫工業(yè)窯爐，其性能可靠，特別適用于溫度高于1200度的玻璃窯爐熔爐的燃燒狀態(tài)測(cè)算；2、采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能計(jì)算，與具有較大滯后的在線分析儀器和圖像處理儀器比較，反應(yīng)速度快，適合用于實(shí)時(shí)控制；3、無須增加特殊的火焰長(zhǎng)度及燃燒狀態(tài)分析儀器，采用性能可靠的常規(guī)儀表測(cè)定的結(jié)果通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能計(jì)算得到的非線性公式，即可計(jì)算得到火焰長(zhǎng)度和含氧量，測(cè)量成本低。
(四)


圖1為本發(fā)明測(cè)量工業(yè)熔爐內(nèi)火焰長(zhǎng)度的方法框圖；圖2為本發(fā)明測(cè)量工業(yè)熔爐內(nèi)含氧量的方法框圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的以重油為燃料的工業(yè)熔爐燃燒狀態(tài)的測(cè)量方法，是通過對(duì)火焰長(zhǎng)度和含氧量的測(cè)量來確定燃燒狀態(tài)。
火焰長(zhǎng)度測(cè)量方法的具體實(shí)施例如圖1所示，安裝觀察口溫度傳感器、窯壓傳感器和抽風(fēng)口溫度傳感器，分別測(cè)量溫度T1、T2和壓力值P，設(shè)置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I，其為三輸入、單輸出的函數(shù)映射關(guān)系，共有三層，中間層有n個(gè)隱含節(jié)點(diǎn)。溫度壓力的三個(gè)測(cè)量值送入含A/D D/A的嵌入式計(jì)算機(jī)，對(duì)各個(gè)輸入信號(hào)濾波預(yù)處理和歸一化預(yù)處理，之后送入計(jì)算機(jī)內(nèi)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I。與此同時(shí)，圖像設(shè)備得到的實(shí)際的火焰長(zhǎng)度，也送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I通過最速下降學(xué)習(xí)，得到3個(gè)輸入信號(hào)和火焰長(zhǎng)度的非線性關(guān)系，并對(duì)應(yīng)得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，即儀表常數(shù)w1、w2、w3和b，結(jié)果如式Ay1=f(Σi=1nf(wi1T1+wi2p+wi3T2)+bi),]]>其中f(x)=1(1+e-x),]]>得到映射關(guān)系和儀表常數(shù)后，撤除圖像設(shè)備。觀察口溫度傳感器、窯壓傳感器和抽風(fēng)口溫度傳感器測(cè)量的溫度T1、T2和壓力值P，送入計(jì)算機(jī)后，計(jì)算機(jī)判斷無需再建立映射關(guān)系，即直接對(duì)信號(hào)處理送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I，用式A計(jì)算火焰長(zhǎng)度y1，此結(jié)果經(jīng)反歸一化處理輸出。
本法測(cè)定火焰長(zhǎng)度，無需圖像處理和計(jì)算，一般電信號(hào)的處理，迅速得到結(jié)果。
對(duì)于同類同量程的傳感器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的儀表常數(shù)w1、w2、w3和b是相同的。但用于不同場(chǎng)合時(shí)，或更換不同類型的儀表時(shí)，先要如上述用圖像設(shè)備得到實(shí)際的火焰長(zhǎng)度值送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I得到新的儀表常數(shù)。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I的n為大于8小于20的整數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)最佳為10。
含氧量測(cè)量方法的具體實(shí)施例如圖2所示，安裝觀察口溫度傳感器和窯壓傳感器，在窯爐的抽風(fēng)口和送風(fēng)口分別安裝變頻器，測(cè)量表示抽風(fēng)量和送風(fēng)量的頻率Q1、Q2。計(jì)算機(jī)內(nèi)有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II，其為四輸入、單輸出的函數(shù)映射關(guān)系，共有四層，中間層有m個(gè)隱含節(jié)點(diǎn)。溫度、壓力和風(fēng)量頻率的四個(gè)測(cè)量值送入含A/D D/A的嵌入式計(jì)算機(jī)，對(duì)各個(gè)輸入信號(hào)濾波預(yù)處理和歸一化預(yù)處理，之后送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II。與此同時(shí)，分析儀器氧化鋯傳感器測(cè)得的實(shí)際含氧量，也送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II通過最速下降學(xué)習(xí)，得到4個(gè)輸入信號(hào)和含氧量的非線性關(guān)系，并對(duì)應(yīng)得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，即儀表常數(shù)w4、w5、w6、w7和b，結(jié)果如式By2(k)=f′(y2(k-1),Σi=1mf′(wj4T1+wj5p+wj6Q1+wj7Q2)+b′j)---B]]>其中f′(x)=1(1+e-x)]]>前一時(shí)刻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II計(jì)算得到的含氧量值y2(k-1)反饋回神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II，體現(xiàn)映射的動(dòng)態(tài)特性。
得到儀表常數(shù)后，撤除分析儀器氧化鋯傳感器，觀察口溫度傳感器、窯壓傳感器和抽風(fēng)口和送風(fēng)口的變頻器測(cè)量的溫度T1、壓力值P和頻率Q1、Q2送入計(jì)算機(jī)后，計(jì)算機(jī)判斷無需再建立映射關(guān)系，即直接對(duì)信號(hào)處理送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II，用式B計(jì)算含氧量y2，此結(jié)果經(jīng)反歸一化處理后輸出。
本法測(cè)定含氧量無需化學(xué)反應(yīng)過程，一般的電信號(hào)處理，反應(yīng)迅速。
與火焰長(zhǎng)度測(cè)量相似，用于不同場(chǎng)合時(shí)，或更換不同類型的儀表時(shí)，先要如上述用圖像設(shè)備得到實(shí)際的含氧量值送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II得到新的儀表常數(shù)。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II的m為大于8小于20的整數(shù)，最佳為10。
本法用于玻璃窯爐中熔爐的燃燒狀態(tài)測(cè)算，并將本法的測(cè)算結(jié)果用于實(shí)際溫度控制，熔爐內(nèi)燃燒平穩(wěn)，熔融玻璃的溫度保持于正負(fù)±2度的穩(wěn)定范圍內(nèi)，保證了高品質(zhì)玻璃器皿的生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1一種以重油為燃料的工業(yè)熔爐燃燒狀態(tài)的測(cè)算方法，是通過對(duì)火焰長(zhǎng)度和含氧量的測(cè)算值來確定燃燒狀態(tài)；其特征為火焰長(zhǎng)度測(cè)算方法為安裝觀察口溫度傳感器、窯壓傳感器和抽風(fēng)口溫度傳感器，分別測(cè)量溫度T1、T2和壓力值P；設(shè)置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I，其為三輸入、單輸出的函數(shù)映射關(guān)系，共有三層，中間層有n個(gè)隱含節(jié)點(diǎn)；溫度壓力的三個(gè)測(cè)量值送入含A/D D/A的嵌入式計(jì)算機(jī)，對(duì)各個(gè)輸入信號(hào)濾波預(yù)處理和歸一化處理，之后送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I；與此同時(shí)，圖像設(shè)備得到的實(shí)際的火焰長(zhǎng)度，也送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I通過最速下降學(xué)習(xí)，得到3個(gè)輸入信號(hào)和火焰長(zhǎng)度的非線性關(guān)系，得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，即儀表常數(shù)w1、w2、w3和b，結(jié)果如式Ay1=f(Σi=1nf(wi1T1+wi2p+wi3T2)+bi)----A,]]>其中f(x)=1(1+e-x),]]>得到儀表常數(shù)后，撤除圖像設(shè)備，觀察口溫度傳感器、窯壓傳感器和抽風(fēng)口溫度傳感器測(cè)量的溫度T1、T2和壓力值P，送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I，用式A計(jì)算火焰長(zhǎng)度y1，此結(jié)果經(jīng)反歸一化處理輸出；含氧量測(cè)算方法為安裝觀察口溫度傳感器和窯壓傳感器，在窯爐的抽風(fēng)口和送風(fēng)口分別安裝變頻器，測(cè)量表示抽風(fēng)量和送風(fēng)量的頻率Q1、Q2；設(shè)置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II，其為四輸入、單輸出的函數(shù)映射關(guān)系，共有四層，中間層有m個(gè)隱含節(jié)點(diǎn)；溫度、壓力和風(fēng)量頻率的四個(gè)測(cè)量值送入含A/D D/A的嵌入式計(jì)算機(jī)，對(duì)各個(gè)輸入信號(hào)濾波預(yù)處理和歸一化處理，之后送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II；與此同時(shí)，分析儀器氧化鋯傳感器測(cè)得的實(shí)際含氧量，也送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II通過最速下降學(xué)習(xí)，得到4個(gè)輸入信號(hào)和含氧量的非線性關(guān)系，并對(duì)應(yīng)得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，即儀表常數(shù)w4、w5、w6、w7和b，結(jié)果如式By2(k)=f′(y2(k-1),Σj=1mf′(wj4T1+wj5p+wj6Q1+wj7Q2)+b′j)----(B)]]>其中f′(x)=1(1+e-x)]]>神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II計(jì)算得到的含氧量值y2(k-1)反饋回神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II；得到儀表常數(shù)后，撤除分析儀器氧化鋯傳感器，觀察口溫度傳感器、窯壓傳感器和抽風(fēng)口和送風(fēng)口的變頻器測(cè)量的溫度T1、壓力值P和頻率Q1、Q2，送入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II，用式B計(jì)算含氧量y2，此結(jié)果經(jīng)反歸一化處理輸出。
2根據(jù)權(quán)利要求1所述的以重油為燃料的工業(yè)熔爐燃燒狀態(tài)的測(cè)算方法，其特征為所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I的n為大于8小于20的整數(shù)。
3根據(jù)權(quán)利要求1所述的以重油為燃料的工業(yè)熔爐燃燒狀態(tài)的測(cè)算方法，其特征為所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I的n為10。
4根據(jù)權(quán)利要求1所述的以重油為燃料的工業(yè)熔爐燃燒狀態(tài)的測(cè)算方法，其特征為所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II的m為大于8小于20的整數(shù)。
5根據(jù)權(quán)利要求1所述的以重油為燃料的工業(yè)熔爐燃燒狀態(tài)的測(cè)算方法，其特征為所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II的m為10。
全文摘要
本發(fā)明以重油為燃料的工業(yè)熔爐燃燒狀態(tài)的測(cè)算方法，用含氧量及火焰長(zhǎng)度測(cè)算值判斷燃燒狀態(tài)。用常規(guī)儀器測(cè)量觀察口抽風(fēng)口溫度和窯壓，與圖像設(shè)備所測(cè)火焰長(zhǎng)度送入三輸入單輸出、n個(gè)節(jié)點(diǎn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I通過學(xué)習(xí)，得到輸入信號(hào)和火焰長(zhǎng)度的非線性關(guān)系和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。即可只用常規(guī)儀表所測(cè)值經(jīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)I計(jì)算火焰長(zhǎng)度。常規(guī)儀器所測(cè)的觀察口溫度、窯壓和抽送風(fēng)量測(cè)量值和分析儀器所測(cè)的含氧量送入四輸入單輸出、m個(gè)節(jié)點(diǎn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II，得含氧量測(cè)算公式和參數(shù)。即可只用常規(guī)儀表所測(cè)值經(jīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)II計(jì)算含氧量。本法適用于各種高溫工業(yè)窯爐，性能可靠，特別適用于玻璃窯爐熔爐；測(cè)算速度快，適于實(shí)時(shí)控制；使用常規(guī)儀表，測(cè)量成本低。
文檔編號(hào)G06F17/00GK1641266SQ200510020140
公開日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2005年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月6日
發(fā)明者黨選舉, 譚永紅, 陳輝 申請(qǐng)人:桂林電子工業(yè)學(xué)院