[發明專利]一種基于棧式自編碼器的尾氣含硫物質濃度實時預測方法

有效

• 申請號: 202010630129.6
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111916156B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 葛英輝;朱瑩;請求不公布姓名
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G16C20/10
• 分類號: G16C20/10;G16C20/70;G01N33/00;G06N3/0455;G06N3/048;G06N3/084
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本發明公開一種基于棧式自編碼器的尾氣含硫物質濃度實時預測方法，旨在應用棧式自編碼器解決尾氣中硫物質濃度的在線預測問題，并且深度考慮棧式自編碼器的無監督特性以及逐層特征提取的信息丟失問題。具體來講，本發明方法通過在訓練的過程，將棧式自編碼器各層編碼器的輸出數據設定成硫物質濃度數據，從而解決了無監督型問題，此外，將各層自編碼器的輸入數據同時包含可實時測量的流量數據，從而避免信息丟失問題。與傳統方法相比，本發明方法充分利用各層自編碼器的輸出估計值，使用最小二乘回歸進一步提升軟測量的精度，并且通過一個具體的應用案例驗證了本發明方法相對于傳統方法的優越性。

技術領域

本發明涉及一種軟測量技術，特別涉及一種基于棧式自編碼器的尾氣含硫物質濃度實時預測方法。

背景技術

尾氣排放是石化企業生產中必須考慮的一個問題，因為硫物質濃度不符合環保標準的尾氣排放會對空氣造成非常惡劣的影響。為了排放符合環保標準的尾氣，石化企業通常在尾氣排放前安裝有一個硫回收裝置，通過將尾氣中的硫物質進行回收，不僅可以得到以硫為主的工業副產品，而且還可以凈化尾氣。工業硫回收裝置在反應爐中主要涉及如下所示的兩個化學反應：

2H₂S+3O₂→2SO₂+2H₂O

2H₂S+SO₂→3S+2H₂O

簡單來講，就是通過燃燒得到硫磺物質，使得尾氣中的含硫物質：二氧化硫(化學式為SO₂)和硫化氫(化學式為H₂S)得到顯著降低。工業硫回收裝置中，通過控制反應物流量，可實現對尾氣中含硫物質濃度的控制。因此，反應物流量是跟含硫物質濃度存在復雜關系。而且由于生產狀態的波動性與環境干擾，需要實時監測尾氣含硫物質濃度，從而及時調控反應物流量。

實時測量含硫物質濃度最簡單、最直接的解決辦法是安裝硫物質的在線成分分析儀器。然而，不同于溫度、流量、壓力等常規測量儀器儀表，在線成分分析儀器價格高昂，且需要定期維護。無論是投入成本還是后期運行成本，都是遠高于溫度流量等常規儀器儀表設備的。若是通過人工實時采樣，并通過離線手段分析硫物質濃度，則測量數據反饋不及時，無法做到尾氣中硫物質濃度的實時調控。因此，需要一種軟測量技術來完成對尾氣中硫物質濃度的在線預測。可幸的是，現有專利與科研文獻中，軟測量方法技術各式各樣，但不是都適合尾氣硫物質濃度的在線軟測量。

近年來，自編碼器在涉及特征分析與提取的研究領域得到了廣泛關注。其中，具備深度學習特征的棧式自編碼器已廣泛應用于模式識別。棧式自編碼器的優勢在于利用多層自編碼器，分層遞進的提取數據的非線性特征。由于工業硫回收裝置運行時動態性較強，而且會隨機受到環境干擾的影響，因此，對反應物流量數據進行深度特征挖掘，從而得到與尾氣硫物質濃度預測相關的特征是非常有必要的。值得注意的是，棧式自編碼器是一類無監督型的建模技術。換句話說，只需要輸入數據即可，因為輸出數據就是輸入數據。相比之下，軟測量建模需要有監督型的建模技術。也就是說，軟測量建模同時需要輸入與輸出數據。此外，在實施深度特征挖掘時，還得考慮特征在逐層提取過程中的信息丟失問題。因此，無法直接的應用棧式自編碼器實施尾氣硫物質濃度的在線預測。

發明內容

本發明所要解決的主要技術問題是：如何應用棧式自編碼器解決尾氣中硫物質濃度在線預測問題，并且深度考慮棧式自編碼器的無監督特性以及逐層特征提取的信息丟失問題。具體來講，本發明方法通過在訓練的過程，將棧式自編碼器各層編碼器的輸出數據設定成硫物質濃度數據，從而解決了棧式自編碼器本身的無監督型問題，此外，將各層自編碼器的輸入數據同時包含可實時測量的流量數據，從而避免信息丟失問題。

本發明方法解決上述問題所采用的技術方案為：一種基于棧式自編碼器的尾氣含硫物質濃度實時預測方法，包括以下步驟：