基于知识的循环流化床锅炉方案设计技术

论文摘要

循环流化床是近二十年来在国际上快速发展起来的新一代高效低污染清洁燃烧技术,不仅能实现90%的脱硫效率、低NO_x排放和与煤粉炉相近的燃烧效率,并且还具有广泛的燃料适应性和优良的负荷调节性能等众多优点,因此在国际上得到迅速的商业推广。循环流化床锅炉方案设计是一项复杂繁琐、经验性强、设计周期长、可靠性和经济性要求高的大型工程,需要设计人员具备大量、全面的知识。因此,研究将具有多样性、复杂性、经验性和不确定性等特点的循环流化床锅炉方案设计知识形式化、数字化并以显示的方式存储起来,用于提高循环流化床锅炉方案设计的智能化进程、缩短设计周期、降低设计成本,是计算机辅助锅炉设计技术领域的前沿研究课题之一。本论文在“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAF01A46)和浙江省科技计划项目(2006C21SA160008)的资助下,研究了循环流化床锅炉方案设计的计算机辅助设计方法,并将知识工程与之融合起来,提出一种能支持整个循环流化床锅炉方案设计进程的智能设计技术,其主要研究内容如下:在对方案设计活动进行认知和分解的基础上,把循环流化床锅炉方案设计活动分解为“方案创建”、“方案分析”、“方案评价”和“方案优化”四项子进程,并提出了一种集成的方案智能设计方法:采用基于实例推理的方法进行方案创建;在过程系统理论的基础上搭建设计方案的模型、并进行分析和求解;采用基于规则推理的方法对设计方案进行评价;最后根据评价结果对设计方案进行优化。循环流化床锅炉方案设计需要进行热力计算、烟风阻力计算和水动力计算等多项内容,采用集成化的设计思想把需要完成的计算功能设计成一个整体,各计算功能之间实现数据调用、代码重用和功能共享;利用过程系统的理论认识锅炉系统,把锅炉分解成以“部件单元”和“流体线”为基本构成单位的网状模型,采用图形化建模工具分流程搭建分析模型,并以序贯模块法对模型进行自动求解。提出了一种基于经验的循环流化床锅炉炉膛部分的统一传热计算模型。该模型采用沿高度方向的一维分区段计算方法,有效地解决炉膛中固体颗粒浓度和受热面不均匀分布的问题;筛选出传热系数、烟气中的固体颗粒浓度、燃料的燃烧份额等需要凭经验取值的热力参数,推导了区段热量衡算的通用计算公式;并计算了该模型在脱硫时炉膛热量、灰分和烟气成分的变化。采用基于实例推理的方法构造了循环流化床锅炉方案创建和分析子系统的模型结构。首先对过去已完成的设计方案进行了分解,设计了一种分层次多实例库的结构来存储设计方案和参数,该结构有利于提高检索的效果与效率;采用动态可配置的方式定制索引;提出了一种基于数理统计的最邻近法用于检索相似的实例,该方法不需要人为设定特征权重参数就能自动检索出属性最为接近的实例集合。采用基于规则推理的方法进行循环流化床锅炉方案评价。对评价过程中需要用到的知识进行了认识和分类;把方案评价分解为输入模型正确性检查、计算结果可行性判断以及方案性能优良性分析三个子过程;推理机采用目标驱动的控制策略,推理时仅考虑与当前评价内容有关的规则,从而提高系统推理的准确度和效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 序言
• 1.2 循环流化床锅炉概述
• 1.2.1 循环流化床锅炉的结构和原理
• 1.2.2 国内外循环流化床锅炉发展现状
• 1.3 基于知识的工程设计概况
• 1.3.1 设计智能化
• 1.3.2 知识工程的定义
• 1.3.3 知识工程系统研究的内容
• 1.3.4 国内外知识工程的发展现状
• 1.3.5 知识工程在锅炉行业中的应用
• 1.4 论文的研究工作
• 1.4.1 论文的研究意义
• 1.4.2 论文的工程项目背景
• 1.4.3 论文的主要内容和研究路线
• 第2章 基于知识的循环流化床锅炉方案设计技术分析
• 2.1 序言
• 2.2 循环流化床锅炉方案设计认知
• 2.2.1 设计过程与特点
• 2.2.2 循环流化床锅炉方案设计内容
• 2.2.3 循环流化床锅炉方案设计进程
• 2.3 基于知识的方案设计系统需求分析
• 2.3.1 循环流化床锅炉方案设计知识
• 2.3.2 循环流化床锅炉方案分析
• 2.3.3 循环流化床锅炉方案创建
• 2.3.4 循环流化床锅炉方案评价与优化
• 2.4 基于知识的方案设计系统结构
• 2.4.1 基于知识的循环流化床锅炉方案设计流程
• 2.4.2 基于知识的循环流化床锅炉方案设计关键技术
• 2.5 小结
• 第3章 循环流化床锅炉方案分析计算技术
• 3.1 序言
• 3.2 循环流化床锅炉分析计算子系统结构
• 3.2.1 循环流化床锅炉分析计算子系统功能
• 3.2.2 循环流化床锅炉分析计算子系统需求分析
• 3.2.3 集成化的设计思想
• 3.2.4 循环流化床锅炉分析计算子系统结构设计
• 3.3 循环流化床锅炉的过程系统模型
• 3.3.1 过程系统简介
• 3.3.2 循环流化床锅炉过程系统的特点
• 3.3.3 循环流化床锅炉锅炉过程系统的单元模型
• 3.3.4 循环流化床锅炉锅炉过程系统定义
• 3.4 热力计算模型
• 3.4.1 面向对象的设计思想
• 3.4.2 循环流化床锅炉热力计算模型设计
• 3.4.3 循环流化床锅炉模型求解
• 3.5 其它计算模型
• 3.5.1 管壁金属温度计算
• 3.5.2 烟风阻力计算
• 3.5.3 水动力计算
• 3.5.4 受压元件强度计算
• 3.6 小结
• 第4章 基于经验的循环流化床统一经验传热计算模型
• 4.1 引言
• 4.2 循环流化床传热机理
• 4.2.1 传热机理的研究
• 4.2.2 传热研究中存在的问题
• 4.3 统一经验模型
• 4.3.1 影响传热的主要因素
• 4.3.2 分区段计算的炉膛传热模型
• 4.3.3 炉膛和分离器部件的"统一经验模型"
• 4.3.4 带外置式换热器结构
• 4.4 统一经验模型的热力计算方法
• 4.4.1 炉膛的热力计算方法
• 4.4.2 分离器的热力计算方法
• 4.4.3 经验参数的选取
• 4.5 石灰石脱硫
• 4.5.1 输入热量计算
• 4.5.2 对灰分的影响
• 4.5.3 对烟气成分的影响
• 4.6 工程应用实例
• 4.7 小结
• 第5章 基于实例推理的循环流化床锅炉方案创建与分析技术
• 5.1 引言
• 5.2 基于实例推理的技术
• 5.2.1 CBR概述
• 5.2.2 CBR的工作流程
• 5.2.3 CBR研究与应用
• 5.3 方案设计的CBR模型
• 5.3.1 CBR模型
• 5.3.2 循环流化床锅炉方案创建
• 5.3.3 循环流化床锅炉方案分析
• 5.3.4 循环流化床锅炉方案保存
• 5.4 实例表示方法
• 5.4.1 实例表示
• 5.4.2 实例库设计方法
• 5.4.3 分层次多实例库设计
• 5.5 实例检索
• 5.5.1 检索机制
• 5.5.2 动态可配置的检索机制方法
• 5.6 实例匹配
• 5.6.1 匹配算法
• 5.6.2 基于数理统计的最邻近匹配方法
• 5.7 工程实例
• 5.8 小结
• 第6章 基于规则推理的循环流化床锅炉方案评价技术
• 6.1 引言
• 6.2 基于规则推理的方法
• 6.2.1 产生式和产生式系统
• 6.2.2 基于规则推理的系统结构
• 6.2.3 基于规则推理的系统特点
• 6.3 基于规则推理的方案评价子系统模型
• 6.3.1 可行性分析
• 6.3.2 方案评价子系统的设计模型
• 6.4 方案评价中的知识表示与维护
• 6.4.1 方案评价中的知识分类
• 6.4.2 方案评价知识的表示方法
• 6.4.3 方案评价中的知识维护
• 6.5 推理机与控制策略
• 6.5.1 推理机的控制策略
• 6.5.2 推理机的工作流程
• 6.6 小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录 作者攻读博士期间的科研工作情况
• 致谢