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基于LSTM的湿法烟气脱硫浆液pH值建模
《信息技术与网络安全》2020年第8期
金秀章,景 昊
华北电力大学 控制与计算机工程学院,河北 保定071003
摘要:针对燃煤电厂湿式石灰石-石膏湿法烟气脱硫(WFGD)过程中浆液pH值测量时间长,不利于WFGD作业的问题,建立高精度的浆液pH值模型。基于深度学习的框架,利用长短期记忆神经网络(LSTM)算法对时间序列处理上的优越性进行建模,该模型具有良好的精确度和泛化能力。将燃煤机组实际运行数据中与浆液pH值变化相关的变量作为模型的辅助变量,建立基于LSTM神经网络的浆液pH值预测模型。对模型进行仿真验证,并分别与BP神经网络模型和最小二乘支持向量机(LSSVM)模型比较,结果表明LSTM神经网络模型的预测精度最高,验证了LSTM神经网络在工业建模中的优良性能。
中图分类号:TK39;TP183
文献标识码:A
DOI:10.19358/j.issn.2096-5133.2020.08.012
引用格式: 金秀章,景昊. 基于LSTM的湿法烟气脱硫浆液pH值建模[J].信息技术与网络安全,2020,39(8):62-66.
Modeling of pH value of wet flue gas desulfurization slurry based on LSTM
Jin Xiuzhang,Jing Hao
School of Control and Computer Engineering,North China Electric Power University,Baoding 071003,China
Abstract:Aiming at the problem that the measurement time of slurry pH in wet limestone-gypsum wet flue gas desulfurization(WFGD) process in coal-fired power plants is long, which is not conducive to WFGD operation, a high-precision slurry pH model was established.Therefore, based on the framework of deep learning, the long-term and short-term memory neural network(LSTM) algorithm was used to model the superiority of time series processing.The model has good accuracy and generalization ability.The slurry pH prediction model based on LSTM neural network was established by using variables related to slurry pH changes in actual operating data of coal-fired units as the auxiliary variables of the model.The model was simulated and verified,and compared with the BP neural network model and the least square support vector machine(LSSVM) model.The results show that the LSTM neural network model has the highest prediction accuracy, which verifies the excellent performance of the LSTM neural network in industrial modeling.
Key words :slurry pH prediction;long and short-term memory network(LSTM);wet limestone-gypsum wet flue gas desulfurization(WFGD);time series



目前燃煤电厂的SO2排放量已经超过了SO2排放总量的一半,并且呈现逐年递增的趋势。我国先后颁布的《火电厂大气污染物排放标准》和《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》等一系列政策法规,明确指出火电厂的SO2排放浓度必须控制在35 mg/m3以下。石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术(WFGD)是目前最有效的燃煤机组SO2控制技术之一。WFGD工艺中浆液pH值是决定烟气脱硫效率的关键参数,因此pH值的测量需要迅速、准确。

在WFGD现场测量时由于环境恶劣,且pH值变化具有较大的惯性,导致测量时长较大,无法及时得到浆液pH值的准确值,对于脱硫作业十分不利。因此需要对浆液pH值进行预测。

pH值测量作为非线性系统一直是研究热点。利用燃煤机组的运行数据,再结合机理分析,采用实验建模的方法可以辨识出精确合理的系统模型。文献[5]和文献[6]把神经网络等自适应模糊系统用于pH中和过程。BP神经网络、RBF神经网络、Elman神经网络等方法是pH值建模的典型方法,但上述算法本身在时间序列的处理上并没有突出的优势。

随着技术的进步,深度学习、递归神经网络、卷积神经网络等也在pH值建模得到应用。LSTM神经网络,注重数据间的时间特性,在大迟延时间序列预测中具有突出优势。LSTM神经网络的特点在于发现当前时刻数据与之前数据间的联系,利用本身具有的记忆能力,将之前数据的状态进行保存,同时根据保存的信息影响后续的预测值及变化趋势。

因此,本文提出一种基于LSTM神经网络的pH值预测模型。以某600 MW机组为研究对象,使用机组实际运行数据,经过机理和相关性分析,确定pH值模型的辅助变量,建立高精度的pH值预测模型。


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作者信息:

金秀章,景 昊

(华北电力大学 控制与计算机工程学院,河北 保定071003)


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