基于锅炉运行优化的数据挖掘平台分析与实现

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1、·第一章引言第一章引言1.1课题背景能源是国家快速发展、人民幸福生活的基础，同时为国民经济和社会发展的提供物质保障。中国经济快速持续健康的发展，一定需要有能源需求强力保障。就目前国内发展形势而言，我国能源问题主要面临着以下方面的挑战：1.我国尽管能源资源丰富，其中如煤，稀土等资源已探明的资源总量居世界第一，但人均占有量少，低于世界人均水平，严重的。同时受地域的影响，能源分布不均匀。沿海地带工业发展迅速，但是能源稀少，能源供应不足，而西部地带地广人稀，能源丰富，但受运输条件限制，造成了区域间能源生产和消费的失衡。2.目前中国面临着如何高效利用能源的难题。总体而言，当前我国工业水平

2、程度较低，突出表现为工业环境中设备运行效率低，而能源消耗巨大，造成严重的环境污染，很多企业仍处于粗放式的增长方式，这些严重制约了我国可持续发展战略的实现。在我国，有着数量众多，但生产技术水平相对落后的部门，如供热、各种中小型锅炉，这些企业每年都需要消耗相当比重的能源资源，据不完全统计，截止到2010年为止，我国用于火电、供热中煤的用量占到全国煤产量的一半以上。由以上两点可以看出，在发展国民经济，改善人民生活质量水平的同时，需要大力提倡节能减排，认真贯彻实施科学发展观，建设环境友好型社会。在我国的北方，居民供热最主要热源是锅炉燃煤。在许多采用集中供热方式的传统中小型区域锅炉房中，

3、企业仍采用粗放式的管理方式来控制锅炉运行，主要表现在：操作人员凭经验操作，这样造成了能源的浪费，能源利用效率低，这也不符合当前国内“节能减排”的发展方向。随着计算机和自动化技术的快速发展，尽管很多供热锅炉控制现场与供热管理系统已采用计算机来管理，这也被称为“泛计算机化”时代，但这仅仅为进一步提高供热生产的品质与效益，提供了现实可能性和广阔的空间，由于没有充分发挥现实中的锅炉控制现场许多的监测数据的作用，使得不能有效提升锅炉燃烧效率。供热锅炉从理论角度来看是一个控制对象，具有多输入、多输出、多回路的、1···万方数据···电子科技大学硕士学位论文严重非线性的热点。目前锅炉控制系统

4、很多已经实现负压控制，水位控制，炉排转速回水，温度控制，引风阀位控制以及鼓风阀位控制等，然而这些参数在很多情况下不能自动完成，需要配合人工进行控制。同时锅炉运行各参数之间也存在着相互交叉相互影响的关系，如在一个锅炉水位控制中与其相关的参数有蒸汽流量，汽包水位，给水流量，炉膛温度和蒸汽压力等，在很多实际情况中，控制系统是不能在自动控制方式下有效的运行的，而需要借助手动方式来调节锅炉运行，此时，人的经验起到了决定性作用，操作员经验丰富程度直接影响了系统是否高效运行。因此，现有系统在和操作人员交互、经验集成、系统优化等方面存在诸多问题。锅炉分布式控制系统DCS系统是一个专门用于锅炉自

5、动控制的分布式集散控制系统。锅炉DCS系统以锅炉监控自动化为目标，节能增效，保护环境，改善工作，提高劳动效率。随着锅炉DCS系统不断应用于热电联产企业中，使得这些企业自动化和信息化水平得到了空前提高。同时这些系统提供了大量实时监控数据，反映了当前设备运行状况，但是传统的统计分析，如数据汇总、制表、趋势分析等，不能有效地、深层次地挖掘数据里面隐藏的知识，发现锅炉运行规律，从而优化锅炉运行，海量的数据对于企业来说不是“数据宝库”，反而成为了一种累赘，成为了“数据坟墓”[1]。本文在这样的背景下对锅炉运行情况进行优化研究，利用数据挖掘技术挖掘锅炉DCS系统收集的海量数据，利用数据挖掘

6、方法，提取有用知识，提高锅炉运行效率，达到节能减排的目的，使得这些数据变成“数据宝库”。1.1国内外研究现状对于锅炉控制的优化而言，最大的难点在于锅炉是一个多输入多输出、耦合严重、参数时变、非线性、大滞后的系统，其中很多参数如引风量、鼓风量、给煤量、环境温度、热网负荷等参数的变化都随着锅炉燃烧过程产生直接变化和扰动。如果出现波动较大，就能造成整个燃烧系统出现振荡现象，情况严重时，影响锅炉的安全运行；此时，由于燃烧不充分，没有充足氧气，在燃烧过程中将产生大量有毒气体，直接关系到锅炉的排放质量，给环境造成严重污染。这样使得传统控制方法的恶化甚至失效。与此同时，由于数据库技术和机器

7、学习技术的发展，数据库中的知识发现技术（KnowledgeDiscoveryinDatabaseKDD），也称为数据信息挖掘（DataMining），越来越多的应用到锅炉运行优化当2···万方数据···第一章引言中。针对这些特性，国内外的学者运行数据挖掘理论做了大量的针对性的探索和研究。在美国Zapton公司开发的工程应用中，把数据挖掘技术用于降低石灰厂排放烟气中的烟尘含量，和用于石化装置的诊断[2]。英国Leeds大学的WangXZ和McGreavy等人（化工专业）一直致力于化工工程的运行