发电技术 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (5): 996-1004.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.24008
曾稳根, 陈冬林, 唐明珠, 汪淑奇, 胡章茂
收稿日期:2024-06-28
修回日期:2024-10-02
出版日期:2025-10-31
发布日期:2025-10-23
作者简介:基金资助:Wengen ZENG, Donglin CHEN, Mingzhu TANG, Shuqi WANG, Zhangmao HU
Received:2024-06-28
Revised:2024-10-02
Published:2025-10-31
Online:2025-10-23
Supported by:摘要:
目的 为解决目前选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)脱硝喷氨控制系统喷氨指令与SCR反应器进口截面NO x 浓度动态适配迟延及喷氨精度不足问题,构建了某台660 WM燃煤机组SCR脱硝喷氨反应器进口截面NO x 浓度预测模型。 方法 结合燃煤机组烟道结构对燃煤机组采样数据进行预处理,然后采用双向长短期记忆网络(bidirectional long short-term memory network,BiLSTM)对SCR脱硝喷氨反应器进口截面NO x 浓度进行初步预测,并使用最小二乘支持向量机(least squares support vector machine,LSSVM)对预测残差进行修正,从而最大程度减小模型的预测误差。最后,为评估所建模型的预测性能,进行了仿真与现场同步验证。 结果 该模型在机组各负荷段及变煤质工况下对SCR反应器入口截面NO x 浓度的预测具有良好的效果,同步验证预测误差仅为5.772 mg/m3,并且具备8.5 s的提前预测能力。 结论 该预测模型可为喷氨控制系统提供精确的前馈信息。
中图分类号:
曾稳根, 陈冬林, 唐明珠, 汪淑奇, 胡章茂. 基于双向长短期记忆网络和最小二乘支持向量机模型的SCR脱硝反应器进口截面NO x 浓度预测[J]. 发电技术, 2025, 46(5): 996-1004.
Wengen ZENG, Donglin CHEN, Mingzhu TANG, Shuqi WANG, Zhangmao HU. Prediction of NO x Concentration at Inlet Section of SCR Denitrification Reactor Based on Bidirectional Long Short-Term Memory Network and Least Squares Support Vector Machine Model[J]. Power Generation Technology, 2025, 46(5): 996-1004.
| 序号 | 特征 |
|---|---|
| 1 | 机组负荷(有功功率) |
| 2 | 一次风机出口流量 |
| 3 | 空预器出口二次风量 |
| 4 | 锅炉总风量 |
| 5 | 锅炉含氧量 |
| 6 | 锅炉水煤比 |
| 7 | 给煤机A瞬时煤量 |
| 8 | 给煤机B瞬时煤量 |
| 9 | 给煤机C瞬时煤量 |
| 10 | 给煤机D瞬时煤量 |
| 11 | 磨煤机A分离器出口风粉温度 |
| 12 | 磨煤机B分离器出口风粉温度 |
| 13 | 磨煤机C分离器出口风粉温度 |
| 14 | 磨煤机D分离器出口风粉温度 |
| 15 | SCR反应器进口NO x 浓度 |
表1 NO x 浓度预测模型初步采集特征
Tab. 1 Preliminary collected features for NO x concentration prediction model
| 序号 | 特征 |
|---|---|
| 1 | 机组负荷(有功功率) |
| 2 | 一次风机出口流量 |
| 3 | 空预器出口二次风量 |
| 4 | 锅炉总风量 |
| 5 | 锅炉含氧量 |
| 6 | 锅炉水煤比 |
| 7 | 给煤机A瞬时煤量 |
| 8 | 给煤机B瞬时煤量 |
| 9 | 给煤机C瞬时煤量 |
| 10 | 给煤机D瞬时煤量 |
| 11 | 磨煤机A分离器出口风粉温度 |
| 12 | 磨煤机B分离器出口风粉温度 |
| 13 | 磨煤机C分离器出口风粉温度 |
| 14 | 磨煤机D分离器出口风粉温度 |
| 15 | SCR反应器进口NO x 浓度 |
图3 锅炉煤质数据箱型图Mt—全水分质量分数;Aar—收到基灰分质量分数;Ad—干燥基灰分质量分数;Aad—空气干燥基灰分质量分数;Vad—空气干燥基挥发分质量分数;FCad—空气干燥基固定碳质量分数;Vdaf—干燥无灰基挥发分质量分数。
Fig. 3 Box plot of boiler coal quality data
| 序号 | 变量 |
|---|---|
| 1 | 机组负荷(有功功率) |
| 2 | 一次风机出口流量 |
| 3 | 锅炉水煤比 |
| 4 | 给煤机A瞬时煤量 |
| 5 | 给煤机B瞬时煤量 |
| 6 | 给煤机C瞬时煤量 |
| 7 | 给煤机D瞬时煤量 |
| 8 | 磨煤机A分离器出口风粉温度 |
| 9 | 磨煤机B分离器出口风粉温度 |
| 10 | 磨煤机C分离器出口风粉温度 |
| 11 | 磨煤机D分离器出口风粉温度 |
表2 NO x 浓度预测模型预测变量
Tab. 2 Predictor variables of NO x concentration prediction model
| 序号 | 变量 |
|---|---|
| 1 | 机组负荷(有功功率) |
| 2 | 一次风机出口流量 |
| 3 | 锅炉水煤比 |
| 4 | 给煤机A瞬时煤量 |
| 5 | 给煤机B瞬时煤量 |
| 6 | 给煤机C瞬时煤量 |
| 7 | 给煤机D瞬时煤量 |
| 8 | 磨煤机A分离器出口风粉温度 |
| 9 | 磨煤机B分离器出口风粉温度 |
| 10 | 磨煤机C分离器出口风粉温度 |
| 11 | 磨煤机D分离器出口风粉温度 |
| 模型 | RE/(mg/m3) | ME/% | R |
|---|---|---|---|
| BiLSTM | 18.401 | 6.021 | 0.910 |
| BiLSTM-LSSVM | 10.532 | 3.755 | 0.941 |
表3 预测模型训练指标对照表
Tab. 3 Comparison table of training metrics for predictive models
| 模型 | RE/(mg/m3) | ME/% | R |
|---|---|---|---|
| BiLSTM | 18.401 | 6.021 | 0.910 |
| BiLSTM-LSSVM | 10.532 | 3.755 | 0.941 |
| 模型 | RE/(mg/m3) | ME/% | R |
|---|---|---|---|
| LSSVM | 21.533 | 8.353 | 0.884 |
| LSTM | 17.804 | 6.103 | 0.915 |
| BiLSTM | 16.032 | 5.592 | 0.924 |
| BiLSTM-LSSVM | 10.256 | 3.926 | 0.964 |
表4 各预测模型对新数据的预测性能指标对比
Tab. 4 Comparison of prediction performance metrics of each prediction model for new data
| 模型 | RE/(mg/m3) | ME/% | R |
|---|---|---|---|
| LSSVM | 21.533 | 8.353 | 0.884 |
| LSTM | 17.804 | 6.103 | 0.915 |
| BiLSTM | 16.032 | 5.592 | 0.924 |
| BiLSTM-LSSVM | 10.256 | 3.926 | 0.964 |
| 参数 | 最大值 | 最小值 | 平均值 | 标准差 |
|---|---|---|---|---|
| 脱硝效率/% | 92.525 | 76.886 | 85.771 | 3.520 |
| 氨逃逸率/(×10-6) | 0.599 | 0.598 | 0.599 | 0.000 265 |
| 出口NO x 质量浓度/(mg/m3) | 47.433 | 30.297 | 38.650 | 3.236 |
表5 SCR脱硝系统(A侧)脱硝喷氨参数
Tab. 5 Parameters for ammonia injection in SCR denitrification system (side A)
| 参数 | 最大值 | 最小值 | 平均值 | 标准差 |
|---|---|---|---|---|
| 脱硝效率/% | 92.525 | 76.886 | 85.771 | 3.520 |
| 氨逃逸率/(×10-6) | 0.599 | 0.598 | 0.599 | 0.000 265 |
| 出口NO x 质量浓度/(mg/m3) | 47.433 | 30.297 | 38.650 | 3.236 |
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