[發明專利]一種廢物熱解的形貌學控制系統及方法

無效

• 申請號: 200910195821.4
• 申請日: 2009-09-17
• 公開（公告）號: CN101655700A
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發明（設計）人: 王海;陳德珍;周恭明
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G05B19/04
• 分類號: G05B19/04;G01B11/24
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 張 磊

技術領域

本發明屬于廢物資源化利用領域和控制學技術領域，具體涉及一種廢物熱解的形貌學控制系統及方法。

背景技術

對廢塑料和污泥等廢物的熱化學處理有焚燒和熱解等方法。其中，熱解(隔氧或者欠氧，分別對應油化或氣化)自廢物中制取燃料油和燃料氣，是實現廢物資源化的一種重要方法。與焚燒相比，熱解避免了二噁英的困擾，更為經濟并具有更好的環保效果，但由于工藝復雜，控制難度大，目前國內大型工程應用很少；國外有限的熱解示范工程，也存在這樣或者那樣的問題，但是最主要的問題還是過程控制問題，例如廢塑料和污泥在熱裂解時如果溫度和氧量控制不當，輕則無法得到較好品質的產物，重則會發生爆炸。相對焚燒來說，熱解的控制要復雜得多。

與焚燒有明亮的火焰相比，熱解過程中無氧氣參與或者欠氧，因而沒有火焰和光亮產生。目前所有此類熱解反應監控系統的過程控制參數大都是依靠反應容器(反應釜)內的壓力、溫度等物理參數進行設定或解算得到，尚無根據反應物自身的化學反應動態過程中的變化狀態進行控制的方法。現有技術中由于控制手段欠缺，廢物熱解過程控制手段普遍存在調節動作滯后，產品的品質難以保證的問題。

由于圖像信息分析領域的進展，形貌學技術逐漸開始應用在一些領域，如食品加工、物件檢測等。比如專利號CN200610012113.9公開了一種基于RGB復合模型的柑橘分理分級的方法。該方法采用了視覺系統和處理數字圖像的計算機，利用圖像對水果進行分級，但是沒有形成系統的控制方法。而且水果表面形貌不涉及跟隨反應過程發生動態變化，且水果的圖像和本發明所涉及的廢棄物熱解圖像有本質不同。又如專利號CN200710059735.1公開了一種陶瓷加工表面損傷檢測系統，可以檢測先進陶瓷和其他相關材料的表面損傷類型等參數。但是該專利不涉及任何過程控制方面的功能，不涉及任何陶瓷表面發生相變等動態變化。再如專利申請號CN200410018012.3涉及到爐膛燃燒溫度圖像檢測方法，利用現有CCD攝像采集及計算機處理系統獲得火焰彩色圖像，再將其轉換為灰度圖像，經過計算后得出溫度圖像。該專利的目的是得到爐膛的燃燒溫度分布的檢測方法，與結合物料反應過程中自身的形貌特征進行控制的內容實質完全不同。

目前對廢物熱裂解和氣化的理論和實驗研究成果表明，在裂解或氣化過程中廢物會在?一定的溫度、壓力和氣氛下逐漸熱解融化并在較高的溫度下氣化。特別是垃圾中的廢塑料在受熱融化過程中有較明顯的形貌變化，反應過程的不同階段會有不同的形貌特征。在工程實際中，根據對物料形貌特征的經驗就可對當前反應狀況進行良好的判斷。對反應過程中可能出現的異常反應，如結焦等嚴重影響連續生產并可能損害反應器的情況，采用圖像識別能快速有效的判斷并通過執行機構調節，則可保證物流穩定暢通，讓碳化降到最低，為廢物裂解和氣化控制流量和質量創造良好條件，使反應朝著理想方向發展，對廢物熱解工藝的推廣和應用具有普遍意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種廢物熱解的形貌學控制系統及方法。

本發明提出的廢物熱解的形貌學控制系統，包括圖像采集單元1、圖像分析計算單元2、執行控制單元3、反應器4、觀測窗5、驅動機構6、開關或開度操作機構7和加熱器功率調節機構8組成，其中：

圖像采集單元1通過數字信號線連接圖像分析計算單元2，圖像分析計算單元2通過數字信號線連接執行控制單元3，控制策略單元3分別通過控制信號線連接驅動機構6、開關或開度操作機構7和加熱器功率調節機構8，反應器4上設有觀測窗5，觀測窗5通過模擬信號線連接圖像采集單元1；

圖像采集單元1由攝像頭9、數據采集板卡10、傳輸線纜11組成，攝像頭9放置于觀察窗5上，對反應器4內的反應狀況進行攝像，攝像頭9通過傳輸線纜11連接數據采集板卡10，圖像采集單元1用于反應器4特定的觀察點的物料形貌變化進行跟蹤攝像和傳輸，通過攝像頭9對反應器內物料的當前外貌開關進行攝像，以設定頻率將圖片傳輸到圖像分析計算單元2；

圖像分析計算單元2由圖像數字化預處理模塊12、圖像分割和閾值處理模塊13和圖像識別和統計模塊14依次連接組成，數據采集板卡10通過數字信號線連接圖像數字化預處理模塊12，圖像分析計算單元2對圖像采集單元1傳出的實時圖像中物料形貌變化，計算形貌表征的量化指標或特征值等進行分析，將該圖像信息數字化預處理、圖像分割和圖像識別統計；