本發(fā)明涉及石油化工，具體地，涉及一種乙烯裂解爐氮氧化物排放濃度預(yù)測(cè)方法、一種乙烯裂解爐氮氧化物排放濃度預(yù)測(cè)裝置、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備和一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著對(duì)大氣污染控制力度的加大，二氧化硫排放量已大量下降，但是氮氧化物的排放控制仍不理想。煉化企業(yè)通過清潔燃料使用和控制燃燒過程技術(shù)可以使乙烯裂解爐煙氣中的nox排放基本控制在100mg/m3左右，為了適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的需要，進(jìn)一步防治工業(yè)大氣污染排放造成的環(huán)境破壞，也陸續(xù)制定了大氣污染物地方排放標(biāo)準(zhǔn)，目前規(guī)定工業(yè)燃?xì)忮仩tnox排放不能高于80mg/m3，氮氧化物排放難以滿足進(jìn)一步提高的50mg/m3甚至更嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)。

2、乙烯的產(chǎn)量和生產(chǎn)技術(shù)水平是衡量一個(gè)石油化工行業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。乙烯裂解爐的nox生成機(jī)理復(fù)雜，控制難度大，nox成為裂解爐煙氣中十分難治理的污染物。由于燃燒過程的高度復(fù)雜性和影響因素的多樣性，乙烯裂解爐cfd模擬nox排放的研究并不廣泛。部分模型缺乏模型的驗(yàn)證，部分模型的預(yù)測(cè)誤差高達(dá)20％～30％，僅有少量模型可以實(shí)現(xiàn)較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。由于化學(xué)反應(yīng)過程復(fù)雜，原料、燃料、操作工況都會(huì)對(duì)反應(yīng)過程產(chǎn)生影響，利用機(jī)理模型預(yù)測(cè)乙烯裂解爐的nox排放仍存在困難。

3、隨著人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模方法引起了廣泛關(guān)注。該方法主要建立nox排放與其輔助變量的關(guān)系，目前支持向量積、反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、極端學(xué)習(xí)機(jī)器、深度學(xué)習(xí)方法、長期短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等被用于燃煤鍋爐、柴油機(jī)等的nox排放預(yù)測(cè)，部分模型的絕對(duì)誤差小于1％。乙烯裝置的裂解爐的nox排放預(yù)測(cè)基本處于空白，乙烯裝置的裂解爐的nox排放預(yù)測(cè)仍待研究，以期在燃燒階段有效控制污染物排放。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)測(cè)乙烯裂解爐的nox排放困難的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種乙烯裂解爐氮氧化物排放濃度預(yù)測(cè)方法、裝置及介質(zhì)，采用該方法能夠?qū)崿F(xiàn)乙烯裂解爐的氮氧化物全方位的精準(zhǔn)監(jiān)控和及時(shí)減排。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種乙烯裂解爐氮氧化物排放濃度預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：采集乙烯裂解爐的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)；對(duì)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，確定排放濃度關(guān)鍵參數(shù)，并構(gòu)建裂解爐熱負(fù)荷復(fù)合變量；基于sem結(jié)構(gòu)方程模型對(duì)排放濃度關(guān)鍵參數(shù)和裂解爐熱負(fù)荷復(fù)合變量進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，獲得優(yōu)化參數(shù)；將優(yōu)化參數(shù)輸入預(yù)構(gòu)建的氮氧化物排放濃度預(yù)測(cè)模型進(jìn)行計(jì)算，獲得預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。

3、在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述方法還可包括：構(gòu)建氮氧化物排放濃度預(yù)測(cè)模型，可包括：采集乙烯裂解爐的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和排放濃度數(shù)據(jù)；對(duì)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，確定排放濃度關(guān)鍵參數(shù)，并構(gòu)建裂解爐熱負(fù)荷復(fù)合變量；基于sem結(jié)構(gòu)方程模型對(duì)排放濃度關(guān)鍵參數(shù)和裂解爐熱負(fù)荷復(fù)合變量進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，獲得優(yōu)化參數(shù)；將優(yōu)化參數(shù)和排放濃度數(shù)據(jù)輸入lstm模型進(jìn)行訓(xùn)練，獲得氮氧化物排放濃度預(yù)測(cè)模型。

4、在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述對(duì)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，可包括：檢驗(yàn)并剔除數(shù)據(jù)中的異常值；基于拉格朗日插值法，進(jìn)行缺失數(shù)據(jù)填充；對(duì)填充后的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新采樣；采用單樣本k-s檢驗(yàn)，判斷數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布；若符合，則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；若不符合，則對(duì)不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換，對(duì)轉(zhuǎn)換后符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

5、在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述確定排放濃度關(guān)鍵參數(shù)，可包括：基于專家經(jīng)驗(yàn)規(guī)則和層次分析法進(jìn)行指標(biāo)重要性分析，根據(jù)乙烯裝置氮氧化物排放專家診斷參數(shù)清單進(jìn)行參數(shù)重要性打分，根據(jù)參數(shù)重要程度等級(jí)確定排放濃度關(guān)鍵參數(shù)。

6、在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述基于sem結(jié)構(gòu)方程模型對(duì)排放濃度關(guān)鍵參數(shù)和裂解爐熱負(fù)荷復(fù)合變量進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，獲得優(yōu)化參數(shù)，可包括：基于排放濃度關(guān)鍵參數(shù)和裂解爐熱負(fù)荷復(fù)合變量，確定潛變量和對(duì)應(yīng)的觀測(cè)變量，用于構(gòu)建sem結(jié)構(gòu)方程模型；其中，所述sem結(jié)構(gòu)方程模型包括用于計(jì)算觀測(cè)變量與潛變量之間的關(guān)系的測(cè)量模型和計(jì)算潛變量之間的關(guān)系的結(jié)構(gòu)模型；將歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)輸入sem結(jié)構(gòu)方程模型，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化載荷系數(shù)值，篩選出標(biāo)準(zhǔn)化載荷系數(shù)值滿足設(shè)定系數(shù)范圍的sem結(jié)構(gòu)方程模型；通過對(duì)篩選出標(biāo)準(zhǔn)化載荷系數(shù)值滿足設(shè)定系數(shù)范圍的sem結(jié)構(gòu)方程模型的卡方自由度比、擬合優(yōu)度指數(shù)、近似誤差均方根和赤池信息量準(zhǔn)則的數(shù)值進(jìn)行分析，篩選確定最優(yōu)模型，獲得最優(yōu)模型的優(yōu)化參數(shù)。

7、在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述構(gòu)建裂解爐熱負(fù)荷復(fù)合變量，可包括：基于實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，獲取影響排放濃度的溫度因素變量；將影響排放濃度的溫度因素變量進(jìn)行組合，構(gòu)建裂解爐熱負(fù)荷復(fù)合變量。

8、在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述裂解爐熱負(fù)荷復(fù)合變量可通過式(1)得到；

9、qhj＝kr(fr1+fr2+……+frn)+ky(fy1+fy2+……+fym)???(1)；

10、式(1)中，qhj為乙烯裂解爐熱負(fù)荷當(dāng)量；kr為燃料燃燒轉(zhuǎn)換系數(shù)；ky為裂解放熱轉(zhuǎn)換系數(shù)；frn為爐膛各股燃料流量；fym為各股原料流量。

11、在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述方法還可包括：判斷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)是否超出安全閾值；若超出安全閾值，則進(jìn)行預(yù)警。

12、在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述方法還可包括：若確定預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)超出安全閾值，通過氮氧化物排放濃度預(yù)測(cè)模型計(jì)算優(yōu)化參數(shù)調(diào)整方案。

13、本發(fā)明的另一方面提供了一種乙烯裂解爐氮氧化物排放濃度預(yù)測(cè)裝置包括：數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集乙烯裂解爐的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理模塊，用于對(duì)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，確定排放濃度關(guān)鍵參數(shù)，并構(gòu)建裂解爐熱負(fù)荷復(fù)合變量；參數(shù)優(yōu)化模塊，用于基于sem結(jié)構(gòu)方程模型對(duì)排放濃度關(guān)鍵參數(shù)和復(fù)合變量進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，獲得優(yōu)化參數(shù)；數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模塊，用于將優(yōu)化參數(shù)輸入預(yù)構(gòu)建的氮氧化物排放濃度預(yù)測(cè)模型進(jìn)行計(jì)算，獲得預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。

14、本發(fā)明的又一方面提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：至少一個(gè)處理器；存儲(chǔ)有程序指令的存儲(chǔ)器，其中，所述程序指令被配置為由所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行，所述程序指令包括用于執(zhí)行上述乙烯裂解爐氮氧化物排放濃度預(yù)測(cè)方法的指令。

15、本發(fā)明的再一方面提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序指令，所述計(jì)算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述乙烯裂解爐氮氧化物排放濃度預(yù)測(cè)方法。

16、通過本發(fā)明提供的技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有如下技術(shù)效果：

17、1)本發(fā)明將影響排放濃度的溫度因素變量組合成復(fù)合變量，這個(gè)復(fù)合變量能夠體現(xiàn)燃料和原料對(duì)氮氧化物的影響，從而提高溫度影響因素對(duì)熱力型氮氧化物影響的顯著性，最終有助于提高模型的擬合程度；

18、2)本發(fā)明在大數(shù)據(jù)分析建模的基礎(chǔ)上，充分利用了專家經(jīng)驗(yàn)規(guī)則和層次分析法，得到了排放濃度關(guān)鍵參數(shù)，從而有助于提高建模的準(zhǔn)確性；

19、3)本發(fā)明首先針對(duì)排放濃度關(guān)鍵參數(shù)和裂解爐熱負(fù)荷復(fù)合變量，確定了用于構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型的潛變量和對(duì)應(yīng)的觀測(cè)變量，然后對(duì)結(jié)構(gòu)方程模型進(jìn)行探索性因子分析、驗(yàn)證性因子分析、路徑分析以及模型優(yōu)選后，得到最優(yōu)模型及其對(duì)應(yīng)的特征參數(shù)，最后將明確的特征變量進(jìn)一步帶入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，上述過程既保證了關(guān)鍵變量不缺失，也去除了冗余變量；

20、4)本發(fā)明基于歷史數(shù)據(jù)，將特征潛變量作為lstm模型的輸入變量，由此得到氮氧化物排放濃度預(yù)測(cè)模型，然后通過氮氧化物排放濃度預(yù)測(cè)模型生成預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，以上為氮氧化物濃度的及時(shí)預(yù)警提供了有利技術(shù)支持，提高了氮氧化物濃度預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，并可以根據(jù)氮氧化物的濃度情況，及時(shí)提出相關(guān)工藝參數(shù)的調(diào)整方案。

21、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。