[發明專利]一種基于機器學習的電站鍋爐斷面溫度場測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202110648682.7
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113294771A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 閆偉杰;胡智超;李框宇;邢小玉;弓慧芳;周懷春
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;江蘇漢光智能科技有限公司;江蘇神火環保科技有限公司
• 主分類號: F22B37/38
• 分類號: F22B37/38;G01N21/25;G06N20/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 胡定華

1.一種基于機器學習的電站鍋爐斷面溫度場測量裝置，其特征在于：

所述裝置包括殼體，該殼體包括前置腔和后置腔，其中：

前置腔的前端設置有多孔板出風口、鏡頭和靜電除塵環；前置腔內設置有與靜電除塵環連接的靜電發生器；前置腔內由前至后設置有多個多孔支撐架和由多孔支撐架支撐設置并貫穿前置腔的鏡桿；鏡桿前端與鏡頭連接，后端與高光譜儀相連；鏡桿內由前至后設置有多個光學透鏡；

后置腔設置有高光譜儀、單板電腦、無線網卡和電源；

殼體上，在前置腔之外設置有阻火板、冷卻風進口、冷卻風出口和手持把手，在后置腔后端設置有電源開關、第一接口和無線網卡天線。

2.根據權利要求1所述的一種基于機器學習的電站鍋爐斷面溫度場測量裝置，其特征在于：通入鍋爐內的壓縮空氣通過冷卻風進口進入測量裝置，此后，冷卻風分成兩路，一路通過冷卻風出口流出，另一路通過多孔板出風口流出。

3.根據權利要求2所述的一種基于機器學習的電站鍋爐斷面溫度場測量裝置，其特征在于：通過多孔板出風口的冷卻風進行鏡頭的冷卻和灰渣清除。

4.根據權利要求1所述的一種基于機器學習的電站鍋爐斷面溫度場測量裝置，其特征在于：靜電發生器自帶電源，產生靜電并通過電線傳導至靜電除塵環上，吸附鏡頭附近的灰渣。

5.根據權利要求1所述的一種基于機器學習的電站鍋爐斷面溫度場測量裝置，其特征在于：所述靜電除塵環為中間帶有橡膠墊的銅環，分為正負兩級，正負兩極分別通過電線與靜電發生器相連；所述靜電除塵環與外殼之間有橡膠絕緣隔絕。

6.根據權利要求1所述的一種基于機器學習的電站鍋爐斷面溫度場測量裝置，其特征在于：測量裝置內的電源通過電源開關與高光譜儀、單板電腦相連進行供電。

7.根據權利要求1所述的一種基于機器學習的電站鍋爐斷面溫度場測量裝置，其特征在于：第一接口可通過數據線與單板電腦相連，進行數據傳輸。

8.根據權利要求1所述的一種基于機器學習的電站鍋爐斷面溫度場測量裝置，其特征在于：無線網卡天線通過數據線與無線網卡連接，進行信號增強和數據傳輸速度提高。

9.一種基于機器學習的電站鍋爐斷面溫度場測量方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

S1，選取電站鍋爐同一高度的六個不同位置的觀火孔，同時采集電站鍋爐六個位置的燃燒狀況的高光譜圖像，并將圖像傳輸至電腦；

S2，所述電腦根據采集的所述高光譜圖像分析得到燃燒火焰的光譜輻射強度信息；

S3，將所述電站鍋爐的斷面溫度場離散為為橫向40個，縱向40個，總共1600個離散單元；由所述高光譜儀的像素數目、水平視場角，根據高光譜儀成像原理計算出火焰的光譜輻射路徑在單個離散單元內經過的距離，進一步獲得采集到的有效光譜強度，得到電站鍋爐斷面溫度場；

S4，利用Fluent中的燃燒模型模擬爐內煤粉的燃燒過程，獲取爐膛橫截面的溫度、吸收系數和散射系數分布；

S5，對于模擬得到的爐膛橫截面的溫度、吸收系數和散射系數分布，將其離散為橫向40個，縱向40個，總共1600個離散單元；則可以由輻射傳遞過程，求出每個離散單元的火焰的光譜輻射強度；將火焰的光譜輻射經過的離散單元的火焰光譜輻射強度相加，得高光譜儀在單一火焰光譜輻射路徑所測得的火焰光譜強度，對于每一條火焰光譜輻射都重復上述過程，即計算得到高光譜采集位置和方向上的火焰光譜輻射強度分布；

S6，改變Fluent燃燒模型中的參數，重復過程S4和S5，模擬出不同工況下光譜采集位置和方向上的光譜輻射強度分布，并建立為大樣本數據庫；

S7，建立多層感知機神經網絡，利用S4模擬出的溫度溫度、吸收系數、散射系數分布和S6計算出的光譜采集位置和方向上的光譜輻射強度分布訓練多層感知機神經網絡；建立高光譜采集位置和方向上的光譜輻射強度分布與溫度、吸收系數和散射系數之間的對應關系；

S8，利用高光譜檢測到的光譜輻射強度，帶入S7建立的多層感知機神經網絡中，得出爐膛斷面溫度場分布。

10.根據權利要求9所述的一種基于機器學習的電站鍋爐斷面溫度場測量方法，其特征在于：步驟S3中，通過投影路徑基于參數表示高光譜儀測得的光譜輻射強度，參數包括局部光譜吸收系數、黑體輻射強度和溫度；

將電站鍋爐離散為數個離散單元，并將離散單元按列編號，將左上第一個離散單元編號為1，右下離散單元編號為1600，每一個離散單元都有單獨的局部光譜吸收系數、黑體輻射強度，即測得的光譜輻射強度視為投影路徑上離散單元內的輻射強度的累積，通過反演計算得到單個離散單元的黑體輻射強度和局部光譜吸收系數，由單個離散單元的黑體輻射強度，根據普朗克定律得出單個離散單元的溫度，進而重建出整個爐膛橫截面的溫度分布；

建立平面直角坐標系，基于火焰輻射路徑與X軸的夾角計算出該路徑經過的離散單元的坐標及每經過一個離散單元所經過的距離，并基于離散單元大小對得到的坐標進行取舍和取整，得到坐標和距離對應關系矩陣；

基于矩陣計算得到火焰輻射路徑在任一離散單元中經過的距離，由測量裝置測得的光譜強度通過反演計算得出任一離散單元的黑體輻射強度，由任一離散單元的黑體輻射強度可得出單一離散單元的溫度，即得到電站鍋爐斷面溫度場。