優(yōu)化前的第個培訓(xùn)樣本出現(xiàn)最大誤差4.61%，優(yōu)化后降至0.85%。驗證數(shù)據(jù)樣本值跨度大，證明模型泛化能力強。

目前，煤電站污染物排放備受矚目，從火電站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB1323-2011)的發(fā)布[1]到目前為止提出的煤電站大氣污染物超低排放，NOX、SO2和粉塵排放限制分別為50、35、10mg/m3(中東部地區(qū)為5mg/m3)，煤電站鍋爐需要更高效、低污染地運行。

國內(nèi)大部分燃煤電站通過選擇性催化還原法SCR脫硝設(shè)備控制NOX排放濃度，但為了減少氨的逃脫問題，SCR脫硝效率一般設(shè)計為90%以下[2]。因此，達(dá)到超低排放限制值，爐內(nèi)燃燒優(yōu)化非常重要。隨著計算機領(lǐng)域的快速發(fā)展，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逐漸應(yīng)用于燃煤電站鍋爐控制系統(tǒng)[3-5]。

電站鍋爐內(nèi)燃燒非常復(fù)雜，尤其是NOX的生成機制，至今無函數(shù)映射精確描述，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理復(fù)雜的非線性映射問題優(yōu)勢明顯，精度好，泛化能力強，容錯率高，是一種可廣泛應(yīng)用的黑箱模式。應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不必考慮復(fù)雜的燃燒過程和NOX生成機制，以可靠的數(shù)據(jù)樣本作為輸入和輸出學(xué)習(xí)，保證網(wǎng)絡(luò)的性能要求[6-7]。

部分學(xué)者在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于鍋爐燃燒優(yōu)化領(lǐng)域已有一些研究成果。BOOTH等[8]從降低NOX排放濃度入手，建立鍋爐NOX排放模型，對其運行參數(shù)進行優(yōu)化，優(yōu)化后的鍋爐NOX排放量降低了16%，鍋爐效率提高了0.3%。王斌忠等[9]在研究鍋爐灰渣渣中采用SVM模型預(yù)測生成。

周昊等[10][11]對某30萬單元的鍋爐飛灰含碳量和污染物排放構(gòu)建了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。董文波以某電廠鍋爐為原型，應(yīng)用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了鍋爐主蒸汽溫度監(jiān)控系統(tǒng)，在常見PID的基礎(chǔ)上，建立了RBF網(wǎng)絡(luò)的PID控制器。以上研究在控制優(yōu)化方面有很多獨特的見解，但在模型建立上相對單一，本研究在建立鍋爐NOX排放神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用遺傳算法優(yōu)化模型，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的性能。

1研究對象

本文研究對象為某發(fā)電公司660MW超臨界參數(shù)變壓直流鍋爐，BMCR工況下主蒸汽參數(shù)為2060t/h、26.15Mpa、605℃，一次再熱、變壓直流、單爐膛、固態(tài)排渣、全懸吊結(jié)構(gòu)Ⅱ型鍋爐。制粉系統(tǒng)是中速磨煤機直吹式正壓冷一次風(fēng)制粉系統(tǒng)，運行設(shè)計煤種，每爐配備6臺磨煤機，備用1臺。采用前后墻對沖燃燒，燃燒器布置3層，每層前后墻各6只低氮旋流燃燒器。

2BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是少有的誤差信號反向傳輸，包含多個隱含層的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。外界信號通過輸入層傳遞到中間隱含層，這是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的核心計算處，信號在這里處理完畢后傳遞到輸出層，判斷是否符合輸出誤差，決定是完成訓(xùn)練還是反饋誤差繼續(xù)訓(xùn)練。不斷調(diào)整各層之間的權(quán)值和門檻，當(dāng)誤差范圍符合要求時，網(wǎng)絡(luò)完成培訓(xùn)[12-13]。

2.1模型建立

本研究的電站鍋爐已投運，爐型、燃燒方式等主要設(shè)備一般不變。在電廠經(jīng)常運行的負(fù)荷和煤種下，氧量對NOX的生成有很大影響，因此輸入各二次門的開度反映氧量對NOX的生成量的影響。5臺磨煤機的給粉反映了煤粉量對NOX生成的影響，爐膛和風(fēng)箱壓差描述了風(fēng)速的影響，研究燃燒的風(fēng)會影響NOX的生成量，因此將2個燃燒的風(fēng)口開度也作為輸入?yún)��?shù)，共計14個輸入?yún)��?shù)，輸出為NOX排出濃度。建模實驗數(shù)據(jù)見表1。

表1建模實驗數(shù)據(jù)

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的sigmod傳輸函數(shù)要求數(shù)據(jù)區(qū)間為[0、1]或[-1、1]，因此在訓(xùn)練前將數(shù)據(jù)樣本進行統(tǒng)一處理，在輸出結(jié)果中對輸出數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理。

本研究采用含有一層隱藏層的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對鍋爐進行排放特性建模，其中輸入層網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元節(jié)點為14個，輸出層節(jié)點為1個，隱藏層節(jié)點為16個，各層之間用log-sigmoid函數(shù)連接，學(xué)習(xí)效率為0.8。針對熱態(tài)試驗的每一個工況，取18個培訓(xùn)樣本數(shù)據(jù)用于網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)學(xué)習(xí)，3個檢驗樣本數(shù)據(jù)用于測試網(wǎng)絡(luò)性能，當(dāng)培訓(xùn)均方誤差小于0.001時結(jié)束培訓(xùn)。再結(jié)合遺傳算法優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)值和門檻，對比網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化前后的性能差異。

2.2建模結(jié)果

從圖1可以看出，訓(xùn)練的真實值與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬值相對一致，大部分情況都可以模擬，模擬平均誤差為1.37%，其中最大的相對誤差出現(xiàn)在訓(xùn)練樣本9，最大的相對誤差為4.61%。

圖1、模擬

3個檢驗樣本的相對誤差分別為0.46%、0.59%、2.34%，一般省煤器出口NOX排放值約為400mg/m3，模擬誤差完全滿足發(fā)電站運行的需要。NOX排放神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的三個驗證數(shù)據(jù)相對較大，但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的模擬誤差小，證明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的泛化能力強。

3網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

遺傳算法是基于環(huán)境選擇和生物繁殖行為進化的優(yōu)化方法，利用仿生技術(shù)解決實際問題，利用遺傳學(xué)中的基因重組、基因變異產(chǎn)生適應(yīng)性高的新個體，通過多代遺傳，最終取得最佳結(jié)果。在鍋爐NOX排放神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模模型，結(jié)合遺傳算法優(yōu)化模型，優(yōu)化后網(wǎng)絡(luò)性能更好。本研究以網(wǎng)權(quán)和門檻為目標(biāo)函數(shù)，初始種群數(shù)為35，交叉概率為0.4，變異概率為0.2，設(shè)置進化代數(shù)為100代，圖2為適應(yīng)度曲線。

圖2適應(yīng)度曲線

優(yōu)化結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，優(yōu)化后的模型精度更高，平均模擬誤差為0.18%，訓(xùn)練樣本9的誤差在優(yōu)化后降至0.85%。3個檢測樣本的相對誤差分別為0.39%、0.51%、0.80%，平均模擬誤差為0.57%。

圖3優(yōu)化后的模擬

對BP神經(jīng)網(wǎng)進行線性回歸分析，結(jié)果表明訓(xùn)練數(shù)據(jù)線性回歸分析基本準(zhǔn)確，測試數(shù)據(jù)線性回歸有些偏差，整個網(wǎng)絡(luò)的大部分?jǐn)?shù)據(jù)基本上可以保持小誤差的模擬，有些數(shù)據(jù)點分布在直線兩側(cè)，在可接受范圍內(nèi)。優(yōu)化結(jié)果表明，遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是有效的，可以提高網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確性和泛化能力。

表2模型性能對比

4結(jié)論

(1)對某660MW超臨界鍋爐的NOX排放特性構(gòu)建了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，模型的平均模擬誤差為1.37%，檢驗樣品的平均相對誤差為1.13%

(2)結(jié)合遺傳算法，優(yōu)化建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)NOX排放模型，優(yōu)化后的平均模擬誤差為0.18%，比優(yōu)化前下降，檢驗樣本的數(shù)據(jù)跨度大，但模擬誤差小，證明模型的泛化能力強。結(jié)果表明，遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以提高其性能。