[發(fā)明專利]循環(huán)流化床生活垃圾焚燒鍋爐爐膛出口煙氣含氧量的預(yù)測系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710108399.9
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN107016455B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尤海輝;馬增益;唐義軍;王月蘭;嚴(yán)建華;倪明江;池涌;岑可法;黃群星
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06N3/12;G06K9/62
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能源工程領(lǐng)域，特別地，涉及一種循環(huán)流化床生活垃圾焚燒鍋爐爐膛出口煙氣含氧量排放預(yù)測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

垃圾焚燒由于能夠良好實(shí)現(xiàn)垃圾處理技術(shù)的減容化、減量化、無害化和資源化，近十幾年內(nèi)，在國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策的引導(dǎo)下，國內(nèi)垃圾焚燒行業(yè)取得了蓬勃的發(fā)展。從上世紀(jì)90年代開始，國內(nèi)多家科研結(jié)構(gòu)對中國城市生活垃圾(Municipal Solid Waste,MSW)燃燒機(jī)理進(jìn)行了大量深入研究，掌握了混合收集、水分高、成分復(fù)雜的城市生活垃圾的燃燒特性，根據(jù)我國對煤、煤矸石等劣質(zhì)燃料循環(huán)流化床(Circulating Fluidized Bed,CFB)燃燒技術(shù)的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐，從1998年浙江大學(xué)開發(fā)的第一臺流化床垃圾焚燒爐投入運(yùn)行開始，表現(xiàn)出了適用于對國內(nèi)高水分、熱值偏低且波動性很大的生活垃圾進(jìn)行大規(guī)模的焚燒處理的特點(diǎn)。目前，CFB垃圾焚燒技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)的多個(gè)城市進(jìn)行了推廣應(yīng)用，截止2015年底，國內(nèi)已建成垃圾焚燒鍋爐70余臺，日處理垃圾量6.9萬噸，為我國的垃圾焚燒處理行業(yè)做出了重要的貢獻(xiàn)。

鍋爐爐膛出口煙氣含氧量是衡量鍋爐是否安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保運(yùn)行的重要標(biāo)志之一。爐膛出口含氧量太低則爐膛內(nèi)的燃燒不能充分進(jìn)行，大量的可燃物質(zhì)未能燃盡，垃圾中的有害物質(zhì)也無法得到充分的破壞，必然會導(dǎo)致爐渣的熱灼減率超過《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18485-2014)的規(guī)定的最低標(biāo)準(zhǔn)，爐膛本身也面臨值結(jié)軟焦的危險(xiǎn)；爐膛出口含氧量太高，則過量的冷空氣會帶走爐膛中熱量，爐膛中溫度難以維持穩(wěn)定，影響鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。工業(yè)生產(chǎn)中通常采用氧化鋯對爐膛出口的煙氣含氧量進(jìn)行監(jiān)測，然而爐膛內(nèi)的環(huán)境極端復(fù)雜，經(jīng)常使氧化鋯測點(diǎn)因磨損而無法正常工作。同時(shí)，單純的硬件測量系統(tǒng)無法探知爐膛出口煙氣含氧量的運(yùn)行變化特性。因此，構(gòu)建一個(gè)足夠精度的爐膛出口煙氣含氧量預(yù)測系統(tǒng)和模型具有十分重要的意義。

國內(nèi)外的研究人員對循環(huán)流化床鍋爐的爐膛出口煙氣含氧量動態(tài)特性建模進(jìn)行了研究，主要有以下幾種方法。一種是根據(jù)CFB鍋爐燃燒動力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱傳質(zhì)的特性，在經(jīng)過合理的簡化假設(shè)之后建立，通過數(shù)學(xué)描述的方式建立機(jī)理模型。這種方法能夠反映煙氣含氧量的變化趨勢，但由于假設(shè)模型和真實(shí)模型之間的偏差而無法達(dá)到足夠的精確度；另一種方法是在大量的試驗(yàn)臺試驗(yàn)或者現(xiàn)場試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過回歸分析的方法建立關(guān)于煙氣含氧量動態(tài)特性的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。這種方法需要耗費(fèi)大量的人力物力，時(shí)間成本高，同時(shí)無法保證試驗(yàn)覆蓋所有的工況，具有一定局限性；第三種方法利用計(jì)算流體力學(xué)、計(jì)算傳熱學(xué)和化學(xué)反應(yīng)的簡化機(jī)理模擬爐內(nèi)燃燒過程，精確地求解煙氣含氧量的生成情況，顯示了良好的效果具有很大的發(fā)展?jié)摿?。但這種方法主要受限于流體力學(xué)模型和化學(xué)反應(yīng)的簡化機(jī)理與實(shí)際情況的差距，需要高端的計(jì)算機(jī)配置和很長的計(jì)算時(shí)間，因此采用這種方法仍處于初步發(fā)展階段。此外，CFB垃圾焚燒鍋爐的給料系統(tǒng)均勻性較差，入爐垃圾的熱值波動性大、組分復(fù)雜、多邊性強(qiáng)，是煙氣含氧量預(yù)測建模過程中的面臨的主要困難之一，它要求所建立的煙氣含氧量動態(tài)特性模型具有良好的自適應(yīng)能力，上述三種建模方法在這方面仍有所欠缺。

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System,DCS)廣泛的應(yīng)用于CFB生活焚燒鍋爐的運(yùn)行過程，包含溫度、壓力、流量等參數(shù)在內(nèi)的過程數(shù)據(jù)都被完善得保存下來，這些歷史數(shù)據(jù)中包含豐富過程信息，是人們認(rèn)識和了解生產(chǎn)過程的重要途徑之一，具有很高的挖掘價(jià)值，為智能數(shù)據(jù)挖掘算法的應(yīng)用研究和應(yīng)用提供了絕佳的軟硬件平臺。支持向量機(jī)基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的VC(Vapnik-Chervonenkis)維理論和結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化(structural risk minimization)原則的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法，SVM的一個(gè)重要特征就是輸入與輸出之間的黑箱特性，它將待建模系統(tǒng)視為一個(gè)黑箱，不關(guān)心待求解問題的內(nèi)部機(jī)制如何復(fù)雜，只關(guān)心系統(tǒng)的輸入與輸出。這使得SVM特別適用于CFB生活垃圾焚燒鍋爐的爐膛出口煙氣含氧量動態(tài)特性的建模，采用這種方法可以繞開煙氣含氧量變化過程中帶有的滯后性、非線性和時(shí)變性等難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)煙氣含氧量與各影響因素之間的復(fù)雜映射關(guān)系。同時(shí)，SVM具有自學(xué)習(xí)能力，能夠根據(jù)新鮮樣本進(jìn)行訓(xùn)練，自適應(yīng)調(diào)整模型參數(shù)。當(dāng)煤種、積灰以及設(shè)備性能(如垃圾給料系統(tǒng)的性能變化等)發(fā)生變化時(shí)，煙氣含氧量動態(tài)特性模型也將隨之發(fā)生變化。利用SVM的自學(xué)習(xí)特性可以在線訓(xùn)練調(diào)整煙氣含氧量動態(tài)特性模型，保證模型的精度。