一種基于遺傳優(yōu)化算法的鋼球磨煤機(jī)設(shè)計(jì)選型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種基于遺傳優(yōu)化算法的鋼球磨 煤機(jī)設(shè)計(jì)選型方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 制粉系統(tǒng)作為火力發(fā)電機(jī)組中重要的輔助系統(tǒng)，是整個(gè)機(jī)組的用電大戶，優(yōu)化制 粉系統(tǒng)的運(yùn)行、降低制粉系統(tǒng)的廠用電是火電機(jī)組節(jié)能的重要手段。鋼球磨煤機(jī)作為制粉 系統(tǒng)的重要設(shè)備被廣泛應(yīng)用，但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，難W保證磨煤機(jī)運(yùn)行在最佳經(jīng)濟(jì)出力 工作點(diǎn)，會(huì)造成單位磨煤電耗增加和能源浪費(fèi)。運(yùn)是因?yàn)槟ッ簷C(jī)系統(tǒng)是一個(gè)多輸入、多輸出 的強(qiáng)非線性、大滯后、時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng)。傳統(tǒng)的試驗(yàn)法需要做大量的試驗(yàn)，工作量大，勞動(dòng)強(qiáng) 度大，試驗(yàn)數(shù)據(jù)易分散，而且不具有連續(xù)性，優(yōu)化參數(shù)也不盡合理，對(duì)運(yùn)行人員的指導(dǎo)作用 不強(qiáng);動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，當(dāng)機(jī)組數(shù)目增多或狀態(tài)變量增多時(shí)，需要計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存量很大，導(dǎo)致 動(dòng)態(tài)規(guī)劃的"維數(shù)災(zāi)難"問題。
[0003] 另外，對(duì)于鋼球球磨機(jī)的選型問題，長(zhǎng)期W來(lái)多數(shù)采用類比法，選型存在余量過(guò) 大，參數(shù)不匹配等問題，造成了資源的浪費(fèi)。同時(shí)，對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的鋼球磨煤機(jī)尺寸設(shè)計(jì) 沒有量化依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于遺傳優(yōu)化算法的鋼球磨煤機(jī)設(shè)計(jì)選型方法，用于 解決W往鋼球磨煤機(jī)選型余量過(guò)大，參數(shù)不匹配，非標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的鋼球磨煤機(jī)尺寸設(shè)計(jì)沒有 量化依據(jù)的問題。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種基于遺傳優(yōu)化算法的鋼球磨煤 機(jī)設(shè)計(jì)選型方法，其特征是，所述設(shè)計(jì)選型的方法具體包括：
[0006] 步驟1)、設(shè)計(jì)某種特定鋼球磨煤機(jī)的參數(shù)；
[0007] 步驟2)、從設(shè)計(jì)的鋼球磨煤機(jī)的型號(hào)和現(xiàn)有的型號(hào)中選擇鋼球磨煤機(jī)的最優(yōu)型 號(hào)；
[000引步驟3)、確定鋼球磨煤機(jī)的最優(yōu)運(yùn)行工況參數(shù)；
[0009] 步驟4)、指導(dǎo)鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)的運(yùn)行。
[0010] 進(jìn)一步地，所述的設(shè)計(jì)某種特定鋼球磨煤機(jī)參數(shù)的過(guò)程具體包括：
[0011] 步驟11 )、計(jì)算鋼球磨煤機(jī)的消耗功率Pm:
[001引式中：Ild油動(dòng)機(jī)效率、ricd鋼球磨煤機(jī)傳動(dòng)裝置的效率、Pb鋼球的堆積密度、Kr燃料 系數(shù)、Kap護(hù)甲形狀影響系數(shù)、D磨筒直徑、L磨筒長(zhǎng)度、n磨筒轉(zhuǎn)速、？>充球系數(shù)、S筒體和護(hù)板 的總厚度和P。電機(jī)冷卻與勵(lì)磁附加消耗功率為已知常數(shù)；
[0014]步驟12)、計(jì)算制粉系統(tǒng)的研磨出力Bm;
[001引步驟121)、計(jì)算磨內(nèi)通風(fēng)量影響系數(shù)： （2)，式中，峽J實(shí)際系統(tǒng)運(yùn) 行時(shí)的磨煤通風(fēng)量與鋼球磨煤機(jī)設(shè)計(jì)的最佳通風(fēng)量之比，
（2-1)，折為實(shí)際系統(tǒng)運(yùn) 行時(shí)的磨煤通風(fēng)量，&為鋼球磨煤機(jī)設(shè)計(jì)的最佳通風(fēng)量；
[0016] 步驟122)、計(jì)算磨內(nèi)存煤量影響系數(shù):Kcm = r(2-r)(3)，式中，r為實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行時(shí) 鋼球磨煤機(jī)內(nèi)存煤量與設(shè)計(jì)最大存煤量之比，
（3-1)，丫 T為實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)鋼球磨
煤機(jī)內(nèi)存煤量，T S為設(shè)計(jì)最大存煤量；
[0017] 步驟123 )、計(jì)算鋼球磨煤機(jī)出口溫度影響系數(shù)： 為實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的鋼球磨煤機(jī)出口溫度；
[0018] 步驟124)、根據(jù)公式2、公式2-1、公式3、公式3-1和公式4計(jì)算制粉系統(tǒng)的研磨出力 Bm ：
[0019] 技M = UA \滬u!'"cpW'K,"，KWKKK,, K'K,'、、 (5；；
[0020] 式中：D磨筒直徑、L磨筒長(zhǎng)度、n磨筒轉(zhuǎn)速、@充球系數(shù)、Kap護(hù)甲形狀影響系數(shù)、Kjd 護(hù)甲和鋼球磨損造成的出力降低的影響系數(shù)、Kgr工作燃料可磨性的影響系數(shù)和Kmf煤粉細(xì) 度影響系數(shù)為已知常數(shù)；
[0021 ]步驟13)、根據(jù)公式1和公式5計(jì)算鋼球磨煤機(jī)消耗的制粉單耗Em:
[0023]步驟 14)、利用遺傳算法計(jì)算min ￡',,,(/：)./一n，0A咸;
[0025] 進(jìn)一步地，所述的步驟14)具體包括：
[00%]步驟141)、定義八個(gè)變量D，L，n，巧，S，e，丫，tm，對(duì)八個(gè)變量進(jìn)行實(shí)數(shù)編碼，并結(jié)合2 組專家經(jīng)驗(yàn)，形成一定規(guī)模的初始種群A;
[0027] 步驟142)、定義制粉單耗Em為遺傳算法檢驗(yàn)個(gè)體的適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)，并W此函數(shù) 對(duì)種群A中的所有個(gè)體進(jìn)行適應(yīng)度計(jì)算；
[0028] 步驟143)、根據(jù)適應(yīng)度值對(duì)個(gè)體進(jìn)行排序，選擇最大適應(yīng)度的個(gè)體，判斷是否滿足 終止條件，如滿足終止條件，執(zhí)行步驟144)操作，如不滿足終止條件，執(zhí)行步驟145)操作；
[0029] 步驟144)、輸出D，Ln，戶，S，e，丫，tm，結(jié)束運(yùn)行；
[0030] 步驟145)、W該種群所有個(gè)體適應(yīng)度的平均值為闊值，選出高于此闊值的個(gè)體為 模板進(jìn)行遺傳算法的選擇操作；
[0031 ]步驟146)、使用交叉概率和變異概率，進(jìn)行兩點(diǎn)交叉與均勻變異操作；
[0032] 步驟147)、在產(chǎn)生新個(gè)體的過(guò)程中，刪除相似度高的個(gè)體，建立新種群，執(zhí)行步驟 142)操作。
[0033] 進(jìn)一步地，所述的選擇鋼球磨煤機(jī)最優(yōu)型號(hào)的過(guò)程具體包括：
[0034] 步驟21)、根據(jù)某一鋼球磨煤機(jī)的型號(hào)，確定其磨筒直徑D、磨筒長(zhǎng)度L、磨筒轉(zhuǎn)速n、 充球系數(shù)巧、筒體和護(hù)板的總厚度S;
[00對(duì)步驟22)、根據(jù)公式6計(jì)算mi址m(0，丫，tm): 0.5 < ji < 14
[0036] U WW-、、 ，得出該型號(hào)的最優(yōu)運(yùn)行結(jié)果 75<f。，<250(〇C) 公、L，"，護(hù)5 e D,.，乙,，巧八辨3惡點(diǎn)=I32,…，16) HiinEmi;
[0037] 步驟23)、依次算出其余型號(hào)的最優(yōu)運(yùn)行結(jié)果mi址m2，minEm3, . . .，minEmi6,從中選 出最小的制粉單耗minEm，其對(duì)應(yīng)的型號(hào)即為鋼球磨煤機(jī)最優(yōu)型號(hào)。
[0038] 進(jìn)一步地，所述的確定鋼球磨煤機(jī)最優(yōu)運(yùn)行工況參數(shù)的過(guò)程具體包括： 0.5</:?<1.4
[0039] 步驟31)、根據(jù)公式6求角軍mi址m(0, 丫，tm): 糸.0.含f含1 ; 75 < r," < 250(°〇
[0040] 步驟32)、定義=個(gè)變量0、丫、U，對(duì)=個(gè)變量進(jìn)行實(shí)數(shù)編碼，并結(jié)合2組專家經(jīng)驗(yàn)， 形成一定規(guī)模的初始種群B;
[0041] 步驟33)、定義制粉單耗Em為遺傳算法檢驗(yàn)個(gè)體的適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)，并W此函數(shù)對(duì) 種群中的所有個(gè)體進(jìn)行適應(yīng)度計(jì)算；
[0042] 步驟34)、根據(jù)適應(yīng)度值對(duì)個(gè)體進(jìn)行排序，選擇最大適應(yīng)度的個(gè)體，判斷是否滿足 終止條件，如滿足終止條件，執(zhí)行步驟35)操作，如不滿足終止條件，執(zhí)行步驟36)操作；
[0043] 步驟35)、輸出0、丫、tm，結(jié)束運(yùn)行；
[0044] 步驟36)、W該種群所有個(gè)體適應(yīng)度的平均值為闊值，選出高于此闊值的個(gè)體為模 板進(jìn)行遺傳算法的選擇操作；
[0045] 步驟37)、使用交叉概率和變異概率，進(jìn)行兩點(diǎn)交叉與均勻變異操作；
[0046] 步驟38)、在產(chǎn)生新個(gè)體的過(guò)程中，刪除相似度高的個(gè)體，建立新種群，執(zhí)行步驟 33)操作。
[0047] 進(jìn)一步地，所述的終止條件包括最大適應(yīng)度值和平均適應(yīng)度值的變化不大、趨于 穩(wěn)定，或/和相鄰GAP代種群的距離小于可接受值;所述的交叉概率為0.4--0.9，變異概率為 0.01-0.10
[0048] 進(jìn)一步地，所述的指導(dǎo)鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程具體包括：
[0049] 步驟41 )、將燃料特性參數(shù):工作燃料可磨性的影響系數(shù)Kgr，煤粉細(xì)度影響系數(shù)Kmf 和燃料系數(shù)Kr、結(jié)構(gòu)特性參數(shù):磨筒直徑D，磨筒長(zhǎng)度L，磨筒轉(zhuǎn)速n，充球系數(shù)和筒體與護(hù)板 的總厚度S輸入遺傳優(yōu)化算法；
[0050] 步驟42)、將磨機(jī)入口負(fù)壓傳感器和再循環(huán)風(fēng)口角度傳感器檢測(cè)到的通風(fēng)量、磨機(jī) 進(jìn)出口壓差傳感器和音頻振動(dòng)傳感器檢測(cè)到的磨內(nèi)存煤量、溫度傳感器和熱風(fēng)口角度傳感 器檢測(cè)到的磨機(jī)出口溫度輸入遺傳優(yōu)化算法；
[0051] 步驟43)、通過(guò)遺傳優(yōu)化算法迭代計(jì)算出最優(yōu)的鋼球磨煤機(jī)通風(fēng)量、鋼球磨煤機(jī)內(nèi) 存煤量和鋼球磨煤機(jī)出口溫度；
[0052] 步驟44)、通過(guò)化C控制器對(duì)鋼球磨煤機(jī)制粉運(yùn)行系統(tǒng)施加作用，驅(qū)動(dòng)再循環(huán)風(fēng)口 電動(dòng)推桿、給煤機(jī)轉(zhuǎn)速控制變頻器及熱風(fēng)口電動(dòng)推桿分別對(duì)應(yīng)改變鋼球磨煤機(jī)的總風(fēng)量、 給煤量和熱風(fēng)量；
[0053] 步驟45)、鋼球磨煤機(jī)制粉運(yùn)行系統(tǒng)的再循環(huán)風(fēng)口角度傳感器檢測(cè)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù) 鋼球磨煤機(jī)通風(fēng)量、音頻振動(dòng)傳感器和磨機(jī)進(jìn)出口壓差傳感器檢測(cè)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)鋼球磨煤 機(jī)存煤量、磨機(jī)出口溫度傳感器檢測(cè)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)鋼球磨煤機(jī)出口溫度后反饋給遺傳優(yōu)化 算法，遺傳優(yōu)化算法通過(guò)反饋回來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)與設(shè)計(jì)的最優(yōu)參數(shù)作比較，進(jìn)一步地改 變鋼球磨煤機(jī)的總風(fēng)量、給煤量和熱風(fēng)量實(shí)現(xiàn)最優(yōu)運(yùn)行。
[0054] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供的一種確定鋼球磨煤機(jī)最優(yōu)運(yùn)行工況參數(shù)的方 法，根據(jù)理論依據(jù)，基于最小制粉單耗原則，利用遺傳算法進(jìn)行參數(shù)自動(dòng)尋優(yōu)，給出最優(yōu)經(jīng) 濟(jì)運(yùn)行指導(dǎo)，設(shè)計(jì)遺傳算法控制流程，計(jì)算出最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)e、T、tm，提高制粉系統(tǒng) 出力，保證系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，能夠提高球磨機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率，節(jié)約能源，能夠有