一种基于态势感知的加热炉燃烧安全风险智能评估系统的制作方法

本发明涉及加热炉安全，具体涉及一种基于态势感知的加热炉燃烧安全风险智能评估系统。

背景技术：

1、加热炉作为钢铁冶金及石油化工行业中的核心热工设备，其燃烧系统的安全稳定运行直接关系到生产过程的连续性与产品质量的稳定性。该系统的运行状态受煤气热值波动、空燃比匹配精度、炉膛压力变化以及炉内温度场分布均匀性等多重参数的共同影响。因此，为了对上述关键参数实施实时、协同的在线监测与动态调控，需要使用热炉燃烧安全风险智能评估系统，以保障燃烧效率并确保生产安全。

2、然而，大多数现有加热炉燃烧安全风险评估系统存在以下技术缺陷：

3、1）煤气热值检测滞后，导致空燃比调节失准，进而使燃烧态势感知存在显著时间盲区；

4、2）炉膛温度场安全评估停留在静态阈值层面，缺乏对温度异常时空传播过程的动态溯源能力，使燃烧安全风险无法在早期热值波动阶段及温度异常初始阶段被识别和干预。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种基于态势感知的加热炉燃烧安全风险智能评估系统，以解决现有技术中煤气热值检测滞后，导致空燃比调节失准，同时缺乏对温度异常时空传播过程的动态溯源能力的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于态势感知的加热炉燃烧安全风险智能评估系统，包括多源态势感知数据采集模块、煤气热值测量模块、温度异变化识别模块、异常确定模块以及安全风险评估模块；

4、所述多源态势感知数据采集模块用于同步采集加热炉燃烧系统的多源态势感知数据，并对多源态势感知数据依次进行时间同步、空间对齐和时滞补偿处理，得到多源异构数据集；

5、所述煤气热值测量模块用于接收多源异构数据集，并从中提取同一时刻的烟气成分数据和煤气总管成分数据，再计算煤气热值软测量值；将所述煤气热值软测量值与热值仪实测值进行动态比对，得到热值偏差；

6、所述温度异变化识别模块能够从多源异构数据集中提取炉膛温度场分布数据，并进行像素级时序差分运算，得到温度变化速率场；

7、所述异常确定模块能够对温度变化速率场进行连通域提取与时延互相关分析，识别温度异常起始烧嘴编号及异常传播方向，得到温度场时序异常传播关系图；

8、所述安全风险评估模块能够接收煤气热值软测量模块输出的煤气热值软测量值、热值偏差以及温度场时序异常传播关系图，并计算热值可信风险指数和温度传播风险指数，融合生成综合燃烧安全风险指数，进而确定安全风险等级。

9、进一步的，所述多源态势感知数据采集模块包括烟气成分检测单元、煤气成分检测单元、红外热像单元、阀位检测单元及炉压检测单元；

10、所述烟气成分检测单元包括激光拉曼烟气分析仪，设置于加热炉排烟总管及各燃烧区段支管，用于采集烟气成分数据；

11、所述煤气成分检测单元包括在线气相色谱仪，设置于煤气总管中，用于采集煤气总管成分数据；

12、所述红外热像单元包括防爆型红外热像仪，设置于加热炉炉顶及炉尾，用于采集炉膛温度场分布数据；

13、所述炉压检测单元包括微差压变送器，设置于炉膛预热段、加热段及均热段，用于采集炉膛压力数据。

14、进一步的，所述多源态势感知数据采集模块还包括时空基准对齐单元，用于将多源态势感知数据采集模块中各检测单元采集的数据统一至同一时间基准和空间基准。

15、进一步的，所述煤气热值测量模块的具体内容如下：

16、1）从多源异构数据集中提取同一时刻的烟气氧含量、烟气二氧化碳含量、烟气一氧化碳含量、烟气温度及煤气中及体积浓度；

17、2）基于烟气氧含量和烟气一氧化碳含量计算理论过量空气系数，用于表示当前实际燃烧工况下的空气过剩程度；

18、3）基于理论过量空气系数计算煤气热值软测量值，计算公式如下：

19、

20、其中，为理论煤气低位发热量基准值；为预设的过量空气系数；为预设补偿系数；

21、4）计算得到煤气热值软测量值后，结合热值仪实测值计算热值偏差，，再将热值偏差与预设偏差阈值进行对比。

22、进一步的，所述温度变化速率场的计算公式如下：

23、

24、其中，为物理坐标处在时刻的温度值；为红外热像单元的采样周期。

25、进一步的，所述异常确定模块的具体内容如下：

26、1）对温度变化速率场进行连通域提取：设定预设速率阈值，并逐一对温度变化速率场中的所有像素进行处理，将温度变化速率超过的像素标记为异常像素，得到异常像素集合；

27、2）采用连通域标记算法对异常像素集合进行空间聚合：将空间位置相邻且属于同一烧嘴影响区域的异常像素聚合为一个异常节点；每个异常节点对应一个确定的烧嘴影响区域，节点内所有像素具有相同的烧嘴编号归属；

28、3）相邻异常节点的相关分析：对于空间相邻的异常节点和异常节点，提取各自区域内温度值的时间序列，计算节点与节点在时延下的互相关系数；

29、4）基于预设的判断条件和互相关系数判定温度异常是否从节点向节点传播；

30、5）将所有异常节点与所有有向传播边汇总，得到温度场时序异常传播关系图。

31、进一步的，所述互相关系数的计算公式如下：

32、

33、其中，为节点在时刻的区域内所有像素温度值的空间平均值；为节点在时刻的区域内所有像素温度值的空间平均值；为节点温度时间序列的均值；为节点温度时间序列的均值。

34、进一步的，所述安全风险评估模块包括计算单元和融合单元；所述计算单元能够计算热值可信风险指数和温度传播风险指数；热值可信风险指数用于表示煤气热值软测量值相对于热值仪实测值和煤气热值设定基准值的偏离程度；温度传播风险指数用于综合评估温度异常在炉膛内的传播强度；

35、所述热值可信风险指数的计算公式如下：

36、

37、其中，为预设的热值仪可信度权重；为预设的热值偏差风险权重；

38、所述温度传播风险指数的计算公式如下：

39、

40、其中，为温度场时序异常传播关系图中的异常节点数量；为烧嘴总数；为温度场时序异常传播关系图中有向传播边的数量；为预设的最大可能传播长度；为传播关系图中最大温升速率；为预设的允许最大温升速率；、和均为权重系数；

41、所述融合单元能够对热值可信风险指数和温度传播风险指数进行加权融合，生成综合燃烧安全风险指数；再结合预设风险阈值将安全风险等级划分为正常级、关注级、警告级和危险级。

42、进一步的，所述综合燃烧安全风险指数的计算公式如下：

43、

44、其中，和均为融合权重，且满足=1。

45、本发明具有如下优点：本发明通过煤气热值测量模块从时空基准一致的多源异构数据集中提取同一时刻的烟气氧含量、烟气二氧化碳含量、烟气一氧化碳含量及煤气中一氧化碳体积浓度、氢气体积浓度、甲烷体积浓度，并实时计算煤气热值软测量值，与热值仪实测值动态比对得到热值偏差，从而缩短煤气热值检测响应时间，能够有效消除因燃烧态势感知滞后导致的空燃比调节时间盲区，为空燃比的实时修正提供数据基础。

46、同时，通过温度异变化识别模块对炉膛温度场分布数据进行像素级时序差分运算，获得温度变化速率场，再由异常确定模块对温度变化速率场进行连通域提取和时延互相关分析，构建温度场时序异常传播关系图，识别温度异常起始烧嘴编号和异常传播方向，从而实现对炉膛温度异常从开始、传播到全过程的动态溯源，为定向控制提供了明确的空间指向性。结合安全风险评估模块基于温度场时序异常传播关系图中的异常节点数量、有向传播边数量和最大温升速率计算温度传播风险指数，使得燃烧安全风险能够在早期热值波动阶段和温度异常初始阶段被识别和干预，同时针对温度异常起始烧嘴及异常传播方向进行定向调节，避免对正常燃烧区域的全局干扰，提高了控制策略的针对性和有效性。

47、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。