本发明涉及一种用于控制换热器冷源温度的前馈神经网络控制方法，一种用于控制换热器烟气出口温度的前馈神经网络控制方法，一种采用上述两种方法的适于烟气余热回收装置的前馈神经网络控制方法，一种采用上述两种方法的适于烟气余热回收装置的前馈神经网络控制系统。
背景技术：
当前，一些锅炉尾部烟气在除尘器之前存在温度过高的运行工况，造成能源的极大浪费，排烟温度过高直接导致烟气量增加，烟气流速增加，除尘效率降低，除尘能耗增加，也会导致脱硫系统工艺水消耗增加，因此，需利用烟气余热回收装置降低除尘器入口的烟气温度。
虽然，烟气余热回收装置在节能上正在发挥着独特的作用，但它也存在换热器冷端腐蚀的风险。众所周知，烟气的酸露点是一个变化量，不是一个常量，煤质变化和锅炉负荷变化都是导致烟气酸露点发生变化的主要因素，目前应用的烟气余热回收装置基本都没有配置酸露点在线检测装置，通常只是估算一个酸露点，然后根据估算的酸露点确定余热回收装置的冷源入口温度，这样有可能出现换热器冷源入口的冷源温度低于烟气实际酸露点的运行工况，直接导致换热器低温端出现严重的金属腐蚀，甚至出现换热管爆裂的严重事故。虽然，人们通过提高换热器入口的冷源温度和优化换热器结构以及材料，但是这种方式的成本较大，影响实际应用，无法真正解决换热管低温腐蚀的难题。
除了存在低温腐蚀，现有烟气余热回收装置还存在烟气出口温度控制效果较差的问题，导致出口烟温变化幅度较大，直接影响除尘系统和脱硫系统的高效、稳定运行。目前普遍采用的烟气出口温度控制方式依然基于传统的pid控制算法，根据实测烟气出口温度与给定烟气出口温度的偏差，通过pid控制器计算出控制量来控制冷源调节阀的开度。由于烟温控制系统使用的反馈量检测设备、执行设备都是大惯量、迟滞对象，因此，整个控制系统的特性就是大惯量、大滞后的，所以采用传统的pid控制算法控制烟气出口温度从原理上分析就不是很合理。
虽然在锅炉烟道尾端安装烟气余热回收装置降低了排烟温度，实现了节能减排的功效，但由于控制系统设计不合理引起的换热器冷端腐蚀严重和排烟温度变化幅度大等问题没能解决，已经影响到烟气余热回收装置在工业节能减排上的应用。
技术实现要素：
本发明的目的是针对相关控制系统的大惯量和大滞后特性，采用前馈神经网路控制方法和控制系统取代传统的pid控制方法和控制系统，以有效改善控制品质，降低输出温度的超调量，缩短温度达到稳态的控制时间，减小输出温度的变化幅度。
本发明的技术方案是：一种用于控制换热器冷源温度的前馈神经网络控制方法，所述烟气余热回收装置以水或其他流体介质为冷源，以两路冷源输入管路的冷源混合后作为其换热器冷源，通过换热器冷源输入管道将换热器冷源送入换热器，以t1、t2、q1、q2和ta为相应前馈神经网络的输入变量，k1和k2为相应前馈神经网络的输出变量，0℃<tr-ta<tt1为控制目标，建立由输入变量至输出变量的前馈神经网络控制模型，以现场实测相关数据进行控制模型的训练，将完成训练的控制模型投入运行，据以获得控制目标下两路冷源输入管路的调节阀开度，通过控制两路冷源输入管路的调节阀开度实现对换热器冷源温度的控制，其中，t1和t2分别为第一路冷源输入管道和第二路冷源输入管道的实时冷源温度，q1和q2分别为第一路冷源输入管道和第二路冷源输入管道的实时冷源流量，ta为换热器烟气入口的实时烟气酸露点，k1和k2分别为第一冷源输入管道和第二冷源输入管道上的调节阀的实时开度，tr为换热器冷源输入管道的实时冷源温度，tt1是设定的tr-ta控制阈值（允许的差值上限），例如，tt1可以为1℃，以满足通常情况下的控制需要。
相应前馈神经网络控制模型及其训练、学习和优化可以采用任意适宜的现有技术。作为一种简便的实施方式，这种方法下的前馈神经网络控制模型可以为：
k1(t+1）=k1(t)+k2(t)+w1*t1(t)+w2*t2(t)+w3*q1(t)+w4*q2(t)+w5*ta（t），
k2(t+1）=k1(t)+k2(t)+w6*t1(t)+w7*t2(t)+w8*q1(t)+w9*q2(t)+w10*ta（t），
其中，t为时间或时点，t+1为时间为t的时点的下一个时点，k1(t）、k2(t）、t1(t)、t2(t)、q1(t)、q2(t)和ta（t）分别为t时点的k1、k2、t1、t2、q1、q2和ta，k1(t+1）和k2(t+1）分别为t+1时点的k1和k2，w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7、w8、w9、w10为相应的变量权重系数。
一种用于控制换热器烟气出口温度的前馈神经网络控制方法，所述烟气余热回收装置以水或其他流体介质为冷源，通过换热器冷源输入管道将换热器冷源送入换热器，以q、qi、ti、tr、tb和tg为前馈神经网络的输入变量，k为前馈神经网络的输出变量，-tt2<to-tg<tt2为控制目标，建立由输入变量至输出变量的前馈神经网络控制模型，以现场实测相关数据进行控制模型的训练，将完成训练的控制模型投入运行，据以获得控制目标下换热器冷源输入管道的调节阀开度，通过控制调节阀开度实现对换热器出口烟气温度的控制，其中，q为换热器烟气入口的实时烟气流量，qi为换热器冷源输入管道的实时冷源流量，ti为换热器烟气入口的实时烟气温度，tr为换热器冷源输入管道的实时冷源温度，tb为换热器冷端的实时壁温（表面温度），tg为换热器烟气出口的烟气温度给定值（预设的目标值），k为换热器冷源输入管道的调节阀的实时开度，to为换热器烟气出口的实时烟气温度，tt2是设定的to-tg控制阈值（正负差值上限或差值绝对值上限），可以为1℃。
相应前馈神经网络控制模型及其训练、学习和优化可以采用任意适宜的现有技术。作为一种简便的实施方式，这种方法下的前馈神经网络控制模型可以为：
k(t+1）=k(t)+w1*q(t)+w2*qi(t)+w3*ti(t)+w4*tr(t)+w5*tb(t），
其中，t为时间或时间为t的时点，t+1为t时点的下一个时点，k(t)、q(t)、qi(t)、ti(t)、tr(t)和tb(t）为t时点的k、q、qi、ti、tr和tb，k(t+1）为t+1时点的k。
一种适于烟气余热回收装置的前馈神经网络控制方法，所述烟气余热回收装置以水或其他流体介质为冷源，以两路冷源输入管路的冷源混合后作为其换热器冷源，通过换热器冷源输入管道将换热器冷源送入换热器，以本发明公开的任意一种用于控制换热器冷源温度的前馈神经网络控制方法进行换热器冷源温度控制，以本发明公开的任意一种用于控制换热器烟气出口温度的前馈神经网络控制方法进行换热器烟气出口温度的控制。
一种适于烟气余热回收装置的前馈神经网络控制系统，所述烟气余热回收装置以水或其他流体介质为冷源，以两路冷源输入管路的冷源混合后作为其换热器冷源，通过换热器冷源输入管道将换热器冷源送入换热器，包括：
第一路冷源输入管道温度传感器（温度传感器a），设置于第一路冷源输入管道，用于采集第一路冷源输入管道的实时冷源温度t1；
第二路冷源输入管道温度传感器（温度传感器b），设置于第二路冷源输入管道，用于采集第二路冷源输入管道的实时冷源温度t2；
第一路冷源输入管道流量计（流量计a），设置于第一路冷源输入管道，用于采集第一路冷源输入管道的实时冷源流量q1；
第二路冷源输入管道流量计（流量计b），设置于第二路冷源输入管道，用于采集第二路冷源输入管道的实时冷源流量q2；
第一路冷源输入管道电动调节阀（电动调节阀a），设置于第一路冷源输入管道，用于第一路冷源输入管道的冷源流量调节，接收外部的控制信号，调节其实时开度k1;
第二路冷源输入管道电动调节阀（电动调节阀b），设置于第二路冷源输入管道，用于第二路冷源输入管道的流量控制，接收外部的控制信号，调节其实时开度k2;
换热器冷源输入管道温度传感器（温度传感器d），设置于换热器冷源输入管道，用于采集换热器冷源输入管道的实时冷源温度tr；
换热器烟气入口酸露点在线分析仪，设置于换热器的烟气入口管道，用于采集涉及换热器烟气入口的实时烟气酸露点ta的相关信息，据以计算获得换热器烟气入口的实时烟气酸露点ta；
数据处理系统，依据分别源自第一路冷源输入管道温度传感器、第二路冷源输入管道温度传感器、第一路冷源输入管道流量计、第二路冷源输入管道流量计、第一路冷源输入管道电动调节阀、第二路冷源输入管道电动调节阀、换热器冷源输入管道温度传感器和换热器烟气入口酸露点在线分析仪的t1、t2、q1、q2、k1、k2、tr和ta以及预设的tr-ta控制阈值tt1，采用本发明公开的任意一种用于控制换热器冷源温度的前馈神经网络控制方法，建立和训练用于控制换热器冷源温度的前馈神经网络控制模型，将完成训练的用于控制换热器冷源温度的前馈神经网络控制模型投入运行，依据分别源自第一路冷源输入管道温度传感器、第二路冷源输入管道温度传感器、第一路冷源输入管道流量计、第二路冷源输入管道流量计、换热器冷源输入管道温度传感器和换热器烟气入口酸露点在线分析仪t1、t2、q1、q2、tr和ta以及预设的tr-ta控制阈值tt1，通过相应控制模型计算获得控制目标下第一路冷源输入管道电动调节阀和第二路冷源输入管道电动调节阀的开度k1、k2，据此控制对第一路冷源输入管道电动调节阀和第二路冷源输入管道电动调节阀的开度，进而实现对换热器冷源温度的控制。
优选地，所述数据处理系统采用dcs架构下的数据处理系统，包括dcs机柜、工业交换机、工程师站和操作员站，所述dcs机柜分别与工业交换机以及第一路冷源输入管道温度传感器、第二路冷源输入管道温度传感器、第一路冷源输入管道流量计、第二路冷源输入管道流量计、第一路冷源输入管道电动调节阀、第二路冷源输入管道电动调节阀、换热器冷源输入管道温度传感器和换热器烟气入口酸露点在线分析仪通信连接，所述操作员站和工程师站分别与工业交换机通信连接，通常可以采用相应的通信线缆及相应通信接口（必要时）实现所需的通信连接。
这种适于烟气余热回收装置的前馈神经网络控制系统还可以设有：
换热器烟气入口烟气流量在线分析仪，设置于换热器的烟气入口或烟气入口侧烟道，用于采集换热器烟气入口的实时烟气流量q；
换热器冷源输入管道流量计（流量计c），设置于换热器冷源输入管道，用于采集换热器冷源输入管道的实时冷源流量qi；
换热器烟气入口温度传感器（温度传感器f），设置于换热器的烟气入口或烟气入口侧烟道，用于采集换热器烟气入口的实时烟气温度ti；
换热器冷端壁温温度传感器（温度传感器g），设置于换热器冷端，用于采集换热器冷端的实时壁温tb；
换热器冷源输入管道电动调节阀（电动调节阀c），设置于换热器冷源输入管道，用于换热器冷源输入管道的流量控制，接收外部的控制信号，调节其实时开度k；
换热器烟气出口温度传感器（温度传感器h），设置于换热器烟气出口或烟气出口侧烟道，用于采集换热器烟气出口的实时烟气温度to，
所述换热器烟气入口烟气流量在线分析仪、换热器冷源输入管道流量计、换热器烟气入口温度传感器、换热器冷端壁温温度传感器、换热器冷源输入管道电动调节阀和换热器烟气出口温度传感器分别与所述dcs机柜通信连接，
所述数据处理系统依据分别源自换热器烟气入口烟气流量在线分析仪、换热器冷源输入管道流量计、换热器烟气入口温度传感器、换热器冷源输入管道温度传感器、换热器冷端壁温温度传感器、换热器冷源输入管道电动调节阀和换热器烟气出口温度传感器的q、qi、ti、tr、tb、k和to以及预设的to-tg控制阈值tt2和换热器烟气出口的烟气温度给定值tg，采用本发明公开的任意一种用于控制换热器烟气出口温度的前馈神经网络控制方法，建立和训练对用于控制换热器烟气出口温度的前馈神经网络控制模型，将完成训练的用于控制换热器烟气出口温度的前馈神经网络控制控制模型投入运行，依据分别源自源自换热器烟气入口烟气流量在线分析仪、换热器冷源输入管道流量计、换热器烟气入口温度传感器、换热器冷源输入管道温度传感器、换热器冷端壁温温度传感器和换热器烟气出口温度传感器的q、qi、ti、tr、tb和to以及预设的to-tg控制阈值tt2和换热器烟气出口的烟气温度给定值tg，通过相应控制模型计算获得控制目标下换热器冷源输入管道电动调节阀的开度k，据此控制换热器冷源输入管道电动调节阀的开度，进而实现对换热器烟气出口温度的控制。
当上述控制系统只用于控制换热器烟气出口温度，可以设有或者不设有与换热器烟气出口温度控制无关的所述第一路冷源输入管道温度传感器、第二路冷源输入管道温度传感器、第一路冷源输入管道流量计、第二路冷源输入管道流量计、第一路冷源输入管道电动调节阀、第二路冷源输入管道电动调节阀和换热器烟气入口酸露点在线分析仪中的任意一种、多种或全部，可以设有或不设有第一路冷源输入管道和第二路冷源输入管道及其混合构造，可以采用任意形式水箱或其他适于用作换热器冷源的设施向换热器冷源输入管道提供换热器冷源。
优选地，各所述温度传感器均可以采用以热电阻为温度感应元件的温度传感器，所述热电阻优选a级wzp型铂热电阻。
所述温度传感器优选设有对其热电阻进行定期吹扫的吹扫管，以吹脱热电阻表面的积灰，保证不因表面积灰对相应温度检测产生实质影响。
优选地，所述热电阻均采用双支型热电阻，以形成数据采集的冗余配置。
优选地，所述换热器烟气入口温度传感器（温度传感器f）的数量为3个，各所述换热器烟气入口温度传感器的热电阻根据换热器烟气出口或出口侧烟道的断面烟温分布图，分别布置在同一断面上的高烟温区域、中烟温区域和低烟温区域，以各所述换热器烟气入口温度传感器采集的实时烟气温度的平均值作为换热器烟气入口的实时烟气温度ti。
优选地，所述换热器烟气出口温度传感器（温度传感器h）的数量为3个，各所述换热器烟气出口温度传感器的热电阻根据换热器烟气出口或出口侧烟道的断面烟温分布图，分别布置在同一断面上的高烟温区域、中烟温区域和低烟温区域，以各所述换热器烟气出口温度传感器采集的实时烟气温度的平均值作为换热器烟气出口的实时烟气温度to。
优选地，所述换热器冷端壁温温度传感器（温度传感器g）的数量为3个，各所述换热器冷端壁温温度传感器的热电阻间隔分布在换热器表面的不同区域，以各所述换热器冷端壁温温度传感器的实时壁温的最小值作为换热器冷端的实时壁温tb。
本发明的有益效果是：根据换热器壁温和烟温控制系统的大惯量和大滞后特性，采用前馈神经网路控制系统取代传统pid控制系统，可以有效改善控制品质，降低输出温度的超调量，缩短温度达到稳态的时间，减小输出温度的变化幅度，解决换热器管壁冷端低温腐蚀的难题，稳定换热器烟气出口温度，在现有技术背景下，控制精度可达到±1℃，远高于传统pid控制±5℃的控制精度，保证了除尘系统和脱硫系统的高效运行所需的换热器出口烟气温度；通过两路冷源混合的方式，使一路冷源的温度低于换热器冷源温度要求的范围，一路冷源的温度高于换热器冷源温度要求的范围，由此通过调节两路冷源的混合比例，即调整两路冷源输入管道的调节阀开度，即可达到所需的换热器冷源温度，有利于系统的简化。
附图说明
图1是本发明一种控制系统的构造示意图，其中，1为热电阻a，2为热电阻b，3为电动调节阀a，4为电动调节阀b，5为流量计a，6为流量计b，7为热电阻c，8为电动开关阀，9为热电阻d，10为压力变送器a，11为流量计c，12为电动调节阀c，13为热电阻e，14为压力变送器b，15为保温水箱，16为压力变送器c，17为液位计，18为酸露点在线分析仪，19为热电阻f，20为压力变送器d，21为烟气流量在线分析仪，22为换热箱本体，23为热电阻g，24为热电阻h，25为压力变送器e，26为dcs机柜，27为工业交换机，28为操作员站，29为工程师站，30为低温加热器a，31为低温加热器b。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1显示了本发明一种具体实施方式的硬件架构：
凝汽器流出的冷源（通常为供水或锅炉系统的冷凝水）经过低温加热器a30加热，分为两路，一路经由设有热电阻a1、电动调节阀a3和流量计a5的第一路冷源输入管道输送，另一路先经过低温加热器b31加热，然后经由设有热电阻b2、电动调节阀b4和流量计b6的第二路冷源输入管道输送，第一路冷源输入管道内的水温低于所需的换热器冷源温度范围，第二路冷源输入管道内的水温高于所需的换热器冷源温度范围，第一路冷源输入管道和第二路冷源输入管道通过三通等方式接入换热器冷源输入管道，相互混合形成用于换热器的换热器冷源，热电阻c7用于采集两路冷源混合后的冷源温度数据，在换热器冷源输入管道上可以设置保温水箱15，以保持换热器冷源供应的稳定，两路混合后的冷源先进入保温水箱15，保温水箱15引出一路管线，安装一只电动开关阀8（可视为溢流开关阀），当保温水箱15的水位高于液位计17设定的高限水位时，电动开关阀8在相应控制系统的控制下自动打开，流出的保温水回流到低温加热器b31后级的凝结水母管，当保温水箱15的水位低于液位计17设定的低限水位时，电动开关阀8自动关闭，从保温水箱15引出另外一条管线，该管线作为换热器冷源输入管道中直接连接换热器的部分，安装有一只电动调节阀c12、一只高精度的流量计11、热电阻d9和压力变送器a10，冷源由该管线进入烟道换热器22进行换热，在烟道换热器22的冷端侧安装热电阻g23，用来检测换热器壁温，冷源经过换热后从烟道换热器22流出，再经过设有热电阻e13和压力变送器b14换热器冷源输出管道返回到凝结水母管中。
在烟气进入烟道换热器22前的烟道上分别安装酸露点在线分析仪18、热电阻f19、压力变送器d20和烟气流量在线分析仪21，在烟道换热器22后的烟道上分别安装热电阻h24和压力变送器e25。热电阻a1、热电阻b2、电动调节阀a3、电动调节阀b4、流量计a5、流量计b6、热电阻c7、电动开关阀8、热电阻d9、压力变送器a10、流量计c11、电动调节阀c12、热电阻e13、压力变送器b14、压力变送器c16、液位计17、酸露点在线分析仪18、热电阻f19、压力变送器d20、烟气流量在线分析仪21、热电阻g23、热电阻h24和压力变送器e25等所有仪表和阀门的检测和控制信号与dcs机柜26中的卡件都是通过电缆连接，通过dcs机柜26中网络通讯模块与工业交换机27进行数据交换，工业交换机27分别与操作员站28、工程师站29通过超五类屏蔽电缆连接以实现通信。
各冷源管道上的调节阀优选为高精度、高可靠性的进口执行机构调节阀，各冷管管道上的温度传感器的热电阻优选a级wzp型热电阻，各冷源管道上的流量计优选高精度涡街流量计，各调节阀的开度数据可以由具有相应功能的调节阀自动形成，或者依据调节阀的工作状态数据计算获得，或者通过专门设置的位置传感器采集。
换热器冷端布置三支用于表面温度测量的a级wzp型铂热电阻作为换热器冷端壁温温度传感器，安装吹扫管定期吹扫热电阻，确保热电阻表面无大量积灰，每只热电阻均采用双支型热电阻，温度测量数据需冗余配置。
取三个壁温测量数据的最小值作为壁温的实测数据tb，使用a级wzp型铂热电阻测量换热箱烟气出口温度to和入口温度ti，热电阻的测点布置需根据换热箱出口和入口断面烟温分布图进行，每个断面布置三支双传感器的热电阻，安装吹扫管定期吹扫热电阻，确保热电阻表面无大量积灰，分别取三个烟温测量数据的平均值作为烟气出口温度to和烟气入口温度ti。
在图1所示的硬件架构下，一种具体数据处理过程或控制方法为：
换热器冷源温度的控制：热电阻a1采集第一路冷源输入管道的冷源温度保存到数组变量t1中，热电阻b2采集第二路冷源输入管道的冷源温度保存到数组变量t2中，酸露点在线分析仪18采集获得的酸露点数据保存到数组变量ta，流量计a5采集流量数据保存到数组变量q1中，流量计b6采集流量数据保存到数组变量q2中，电动调节阀a3的开度数据保存到数组变量k1中，电动调节阀b4的开度数据保存到数组变量k2中，热电阻c7的测量温度保存到数组变量tr中。定义t1、t2、q1、q2、ta为前馈神经网络的输入变量，k1、k2为前馈神经网络的输出变量，控制目标为0℃<tr-ta<1℃，先根据模拟数据建立由输入变量与输出变量的前馈神经网络数学模型，然后把数学模型编写为计算机软件控制算法，封装成一个独立控制模块内嵌到dcs系统程序中，然后把现场采集的数据送入该控制模块，通过现场学习优化已建立的控制模型，待模型学习结束后即可投入运行。
换热器烟气出口烟温的控制：烟气流量在线分析仪21采集烟气入口流量数据保存在数组变量q中，热电阻f19采集烟气入口温度数据保存到数组变量ti中，热电阻h24采集烟气出口温度数据保存到数组变量to中，热电阻c7采集冷源温度保存到数组变量tr中，流量计c11采集冷源流量数据保存到数组变量qi中，热电阻g23采集壁温数据保存到数组变量tb中，电动调节阀c12的开度数据保存到数组变量k中，tg为烟气出口温度的给定值。定义q、qi、ti、tr、tb、tg为前馈神经网络控制系统的输入变量，定义k为前馈神经网络的输出变量，控制目标为-1℃<to-tg<1℃，先根据模拟数据建立由输入变量与输出变量的前馈神经网络数学模型，然后把数学模型编写为计算机软件控制算法，封装成一个独立控制模块内嵌到dcs系统程序中，然后把现场采集的数据送入该控制模块，通过现场学习优化已建立的控制模型，待模型学习结束后即可投入运行。
本说明书为表述上的便利，在涉及数据采集和通信时且不引起歧义的情况下，以相关热电阻表示设置该热电阻的温度传感器。
本发明公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。