CN110681254B - 一种基于模型的半干法烟气处理控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于模型的半干法烟气处理控制系统,所述系统包括:数据采集装置,用以采集与半干法反应塔的反应过程相关的过程数据;模型参数优化单元,包括模型处理单元和参数优化单元,所述模型处理单元利用动态烟气处理模型将所述过程数据作为输入变量计算出与所述半干法反应塔的控制参数相关的输出变量,其中所述输出变量预测与由所述半干法反应塔中输出的烟气相关的烟气排放参数,所述参数优化单元根据所述输出变量计算所述半干法反应塔的优化控制参数;自动控制模块,用以根据所述优化控制参数对所述半干法反应塔进行自动控制。根据本发明,实现了烟气处理过程中的最优控制,实现了系统的节能降耗。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾处理领域,具体而言涉及一种基于模型的半干法烟气处理控制系统。
背景技术
垃圾焚烧发电的烟气脱酸工艺包括干法、湿法、半干法三种,半干法脱酸由于其净化效率高、流程简单、设备少、生成物易处理,无二次污染和便于调节控制等优点广泛应用于垃圾焚烧发电工艺。
垃圾焚烧后产生的高温烟气出口进入半干法反应塔中,烟气的有毒酸性气体HCl、SO2,在一定温度下(150~165℃)与喷入的雾化之后的石灰浆接触产生化学反应,去除其中的酸性有害气体。为了实现良好的脱酸效果的同时提升石灰浆的利用率、减少生产成本,往往采用控制系统对半干法反应塔的运行状态进行控制。具体的,采用烟囱尾部的CEMS数据为控制依据,控制系统一般采用PID控制,再根据运行经验编写控制策略,这种控制下很难保证整个系统在最优的情况下运行。
为此,有必要提供了一种基于模型的半干法烟气处理控制系统,用以解决现有技术中的问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征,更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明提供了一种基于模型的半干法烟气处理控制系统,包括:
数据采集装置,用以采集与半干法反应塔的反应过程相关的过程数据;
模型参数优化单元,包括模型处理单元和参数优化单元,所述模型处理单元利用动态烟气处理模型将所述过程数据作为输入变量计算出与输出变量,其中所述输出变量预测与由所述半干法反应塔中输出的烟气相关的烟气排放数据,所述动态烟气处理模型为根据所述过程数据和所述烟气排放数据之间的相关关系建立的计算模型,所述参数优化单元根据所述输出变量计算所述半干法反应塔的优化控制参数;
自动控制模块,用以根据所述优化控制参数对所述半干法反应塔进行自动控制。
示例性地,所述动态烟气处理模型包括利用MATLAB建立的时序模型。
示例性地,所述参数优化单元根据所述输出变量对所述优化控制参数进行自适应调节。
示例性地,所述参数优化单元利用机器学习模型根据所述输出变量计算所述优化控制参数。
示例性地,所述数据采集装置还采集半干法反应塔出口处的所述烟气排放数据。
示例性地,所述参数优化单元还对由所述模型处理单元计算的所述输出变量和所述半干法反应塔出口处的所述烟气排放数据进行比较获得比较结果,并根据所述比较结果计算所述优化控制参数。
示例性地,所述过程数据包括主蒸汽流量、烟气量、炉膛温度、余热锅炉出口烟气含氧量、烟囱出口烟气含氧量、石灰浆流量。
示例性地,所述烟气排放数据包括HCl含量、SO2含量以及CO含量。
示例性地,所述优化控制参数包括石灰浆量、减温水量。
示例性地,还包括通信模块,所述数据采集装置、所述模型参数优化单元与自动控制模块通过所述通信模块进行通信。
根据本发明的基于模型的半干法烟气处理控制系统,通过动态烟气处理模型对半干法反应塔处理烟气后的烟气状态进行预测,并基于该预测数据对半干法反应塔的控制参数进行优化控制,实现了烟气处理过程中的最优控制,提升了半干法反应塔的处理效率,实现了系统的节能降耗,使得排放的烟气达到最优标准。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述,用来解释本发明的原理。
附图中:
图1为根据本发明的基于模型的半干法烟气处理控制系统的框图;
图2为根据本发明的一个实施例的一种半干法烟气处理控制系统的控制原理示意图。
具体实施方式
在下文的描述中,给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而,对于本领域技术人员而言显而易见的是,本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中,为了避免与本发明发生混淆,对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明,将在下列的描述中提出详细的描述,以说明本发明的一种老年生活垃圾填埋场晚期渗滤液处理方法和装置。显然,本发明的施行并不限于垃圾处理领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下,然而除了这些详细描述外,本发明还可以具有其他实施方式。
应予以注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例,而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式。此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件,但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
现在,将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而,这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施,并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是,提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整,并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中,为了清楚起见,夸大了层和区域的厚度,并且使用相同的附图标记表示相同的元件,因而将省略对它们的描述。
垃圾焚烧后产生的高温烟气出口进入半干法反应塔中,烟气的有毒酸性气体HCl、SO2,在一定温度下(150~165℃)与喷入的雾化之后的石灰浆接触产生化学反应,去除其中的酸性有害气体。为了实现良好的脱酸效果的同时提升石灰浆的利用率、减少生产成本,往往采用控制系统对半干法反应塔的运行状态进行控制。具体的,采用烟囱尾部的CEMS数据为控制依据,控制系统一般采用PID控制,再根据运行经验编写控制策略,这种控制下很难保证整个系统在最优的情况下运行。
为了解决现有技术中的问题,本发明提供了基于模型的半干法烟气处理控制系统,包括:
数据采集装置,用以采集与半干法反应塔的反应过程相关的过程数据;
模型参数优化单元,包括模型处理单元和参数优化单元,所述模型处理单元利用动态烟气处理模型将所述过程数据作为输入变量计算出与所述半干法反应塔的控制参数相关的输出变量,其中所述输出变量预测与由所述半干法反应塔中输出的烟气相关的烟气排放参数,所述动态烟气处理模型为根据所述过程数据和所述输出变量之间的相关关系建立的计算模型,所述参数优化单元根据所述输出变量计算所述半干法反应塔的优化控制参数;
自动控制模块,用以根据所述优化控制参数对所述半干法反应塔进行自动控制。
下面参考图1和图2对根据一种基于模型的半干法烟气处理控制系统进行示例性说明,其中图1为根据本发明的基于模型的半干法烟气处理控制系统的框图,图2为根据本发明的一个实施例的一种半干法烟气处理控制系统的控制原理示意图。
首先参看图1,基于模型的半干法烟气处理控制系统包括数据采集装置101,模型参数优化单元102和自动控制模块103。
数据采集装置101用以采集与半干法反应塔的反应过程相关的过程数据。
垃圾在经过垃圾焚烧炉焚烧后,由焚烧炉膛排出高温烟气,高温烟气中往往含有HCl、SO2等酸性气体,需要将其输入半干法反应塔除酸。除酸过程中,由于焚烧炉的焚烧工况、半干法反应塔的石灰浆流量等均会影响除酸效率。为了模型参数优化单元102建立准确的分析模型,数据采集装置101采集尽可能多的过程数据。
示例性地,数据采集装置包括设置在焚烧炉上的炉膛温度检测装置、余热锅炉出口氧含量检测装置,用以检测焚烧炉的燃烧工况,根据燃烧工况判断输入半干法反应塔的烟气相关数据,进而预测半干法反应塔的除酸效果。数据采集装置还包括设置在烟囱出口的用以检测烟气中氧含量的烟囱出口烟气含氧量检测装置。数据采集装置还包括设置在半干法反应塔上用以检测石灰浆流量的石灰浆流量检测装置等。需要理解的是,数据采集装置可以包含任何数量的用以收集任何与半干法反应塔的反应过程相关的过程数据的检测装置,在此并不限定。
继续参看图1,模型参数优化单元102包括模型处理单元1021和参数优化单元1022。
模型处理单元1021利用动态烟气处理模型根据由上述数据采集装置101采集的过程数据计算出与从所述半干法反应塔排出的烟气相关的烟气排放数据。其中,动态烟气处理模型将所述过程数据作为输入变量计算出与输出变量,其中所述输出变量预测与由所述半干法反应塔中输出的烟气相关的烟气排放数据。
所述动态烟气处理模型为根据所述过程数据和所述烟气排放数据之间的相关关系建立的计算模型。示例性地,所述动态烟气处理模型包括利用MATLAB建立的时序模型。示例性地,烟气排放数据包括HCl、SO2、CO含量。
进一步,示例性地,利用MATLAB建立时序模型的步骤包括:
S1:对半干法反应塔的反应机理进行分析,建立半干法反应塔的原始模型;这一步骤通过工作人员理论分析进行。
S2:进行半干法反应塔除酸试验;这一步骤在垃圾焚烧现场进行。具体的,设置不同烟气流量、温度,不同的石灰浆流量情况下的半干法除酸试验。
S3:收集半干法反应塔除酸试验的数据。具体的,在上述步骤S2中收集与时间变量相关的输入半干法反应塔的烟气相关的过程数据,如烟气的流量、温度、水蒸气含量、含氧量,焚烧炉的一次风量、焚烧炉膛温度等;除酸后与从所述半干法反应塔排出的烟气相关的烟气排放数据如烟气的温度、水蒸气、氧气、HCl、SO2含量等。
S4:对上述步骤S3中收集的与时间变量相关的过程数据和烟气排放数据进行相关性分析,筛选与半干法反应塔除酸效率明显相关的过程数据和烟气排放数据。在根据本发明的一个示例中,筛选出的过程数据包括烟气流量、温度,石灰浆流量,烟气排放数据包括烟气中HCl、SO2、CO的含量。
S5:根据筛选出的过程数据和烟气排放数据对建立的原始模型进行验证。
整个建模过程采用机理模型与多个元线性回归方程结合的方式建立,从而使建立的动态烟气处理模型能够准确反映过程数据和烟气排放数据之间的相关关系,从而能够提升模型处理单元的计算准确性。同时,上述建模过程建立的时序模型使模型处理单元处理与时间变量相关的过程数据后能够反映半干法反应塔当前除酸状态和之前除酸状态。在建立的燃烧氧量模型中,模型输入变量包括:主蒸汽流量、烟气量、炉膛温度(第一烟道、余热锅炉出口等等)、余热锅炉出口烟气含氧量、烟囱出口烟气含氧量、石灰浆流量;模型输出变量包括烟气中HCl、SO2、CO的含量。模型输出变量作为半干法反应塔的相关控制器的控制参数的相关变量,以用于后续控制参数的优化过程。示例性地,上述半干法反应塔的控制器包括石灰浆控制器、减温水控制器。
继续参看图1,模型参数优化单元102还包括参数优化单元1022,参数优化单元1022根据模型处理单元1021计算得到的作为输出变量的所述烟气排放数据输出所述半干法反应塔的优化控制参数。
示例性地,参数优化单元1022所述输出变量对所述优化控制参数进行自适应调节。
进一步,示例性地,所述参数优化单元1022利用机器学习模型根据所述输出变量计算所述优化控制参数。
示例性地,所述机器学习模型包括神经网络模型。具体的,在参数优化单元1022中,将由模型处理单元1021计算的输出变量转化为可计算的标准化数据,采用神经网络模型对可计算的标准化数据进行计算得到优化控制参数。所述数据转化过程和利用神经网络模型进行计算的过程可以采用本领域技术人员所熟知的方法,在此不再赘述。
需要理解的是,本实施例中以神经网络作为机器学习模型的示例对参数优化单元进行说明仅仅是示例性地,其他机器学习的模型,如基于向量机的统计学习、深度学习等,均适用于本发明。
采用机器学习模型对控制参数进行优化,实现了对优化控制参数准确计算优化的同时,能够对控制参数的自适应优化调节。具体的,在采用机器学习模型进行计算的过程中,可以对采用优化控制参数进行控制调节后的半干法反应塔的反应结果进行检测,通过检测到的结果对机器学习模型进行校正,进一步优化机器学习模型,从而进一步调整优化控制参数的输出结果。同时,根据本发明的半干法烟气处理控制系统,实现了半干法反应塔的完全自动自适应调节控制,有效减少了人工控制负担和误差,提升控制效率。
在根据本发明的一个示例中,所述数据采集装置还采集半干法反应塔出口处的所述烟气排放数据。所述参数优化单元还对由所述模型处理单元计算的用以预测所述烟气排放数据的输出变量和由数据采集装置采集的所述烟气排放数据进行比较获得比较结果,并根据所述比较结果计算所述优化控制参数。
示例性地,所述优化控制参数包括石灰浆流量、减温水量。通过控制石灰浆流量可以实现半干法反应塔反应速度的控制,从而提高半干法反应塔的反应效率,节省能耗。通过减温水量可以实现烟气降温到一个适合的区间,从而使半干法反应塔的反应效率进一步提高。
在根据本发明的一个示例中,优化控制参数还包括石灰浆温度、浓度等。本领域技术人员可以根据实际需要,增减具体的控制参数,实现半干法反应塔的精确控制,在此并不限定。
在根据本发明的一个示例中,上述模型参数控制模块中的模型处理单元的计算和参数优化单元的计算在PLC控制面板上实现。
如图1所示,通过参数优化单元1022计算得到的石灰浆流量的控制参数传输到自动控制模块103。自动控制模块103根据优化控制参数对半干法反应塔进行自动控制。示例性地,自动控制模块103包括可执行的程序指令和控制器,当执行可执行的程序指令时,控制器能够实现对半干法反应塔的石灰浆流量等的控制。
参看图2,示出了根据本发明的一个实施例的一种半干法烟气处理控制系统的控制原理示意图。在控制之前,实现模型与参数优化单元的建立,建立的模型在以半干法反应塔的反应过程数据为输入变量进行模型计算后,输出关于烟气排放数据的预测值参数优化单元根据关于烟气排放数据的预测值对与控制器控制给定相关的控制参数进行优化,控制器根据优化的控制参数结合控制器的输入e输出调节控制器以输出u作为半干法反应塔调节的命令。同时,在调节过程中还结合考虑其他干扰下的前馈因子k对半干法反应塔的进行调节。调节后的半干法反应塔进行除酸,检测到的经过除酸后的烟气的烟气排放数据y与模型处理后输出关于烟气排放数据的预测值进行对比获得的比较作为参数优化单元的自学习参考从而可以进一步控制参数的优化过程,最终实现对半干法反应塔的最优控制。
在根据本发明的一个示例中,还包括通信模块。所述通信模块实现数据采集装置101、模型参数优化单元102和自动控制模块103之间的通信。具体的,数据采集装置101通过通信模块的I/O端口将采集的过程数据发送到模型参数优化单元,模型参数优化单元102的模型处理单元1021根据过程数据计算得到烟气排放数据,参数优化单元1022根据烟气排放数据计算得到优化控制参数,模型参数优化单元102再次通过通信模块将优化控制参数发送到自动控制模块,自动控制模块根据优化控制参数对半干法反应塔调节石灰浆流量的电磁阀和调节阀门进行自动控制。
在根据本发明的一个示例中,原有的半干法反应塔已经包括控制半干法反应塔的控制系统的基础上,本发明还可以直接在原有的半干法反应塔控制系统上进行实施,即通过通信模块实现原有的半干法反应塔的控制系统与本发明的模型参数优化单元之间的通信,在一个示例中,在PLC控制板上实现根据本发明的模型参数优化单元,通过通信网络实现PLC控制板和原有的半干法反应塔的控制系统的通信。
本发明已经通过上述实施例进行了说明,但应当理解的是,上述实施例只是用于举例和说明的目的,而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是,本发明并不局限于上述实施例,根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改,这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (4)
1.一种基于模型的半干法烟气处理控制系统,其特征在于,包括:
数据采集装置,用以采集与半干法脱酸反应塔的反应过程相关的过程数据,以及半干法脱酸反应塔出口处的烟气排放数据,其中,所述过程数据包括烟气流量、温度、石灰浆流量,所述烟气排放数据包括HCl含量、SO2含量以及CO含量;
模型参数优化单元,包括模型处理单元和参数优化单元,所述模型处理单元利用动态烟气处理模型将所述过程数据作为输入变量计算出输出变量,所述动态烟气处理模型包括利用MATLAB建立的时序模型,其中所述输出变量预测与由所述半干法脱酸反应塔中输出的烟气相关的烟气排放数据,所述动态烟气处理模型为根据所述过程数据和所述烟气排放数据之间的相关关系建立的计算模型,所述参数优化单元根据所述输出变量计算所述半干法脱酸反应塔的优化控制参数,所述参数优化单元还对由所述模型处理单元计算的所述输出变量和所述半干法脱酸反应塔出口处的所述烟气排放数据进行比较获得比较结果,并根据所述比较结果计算所述优化控制参数,其中,所述优化控制参数包括石灰浆量、减温水量;
自动控制模块,用以根据所述优化控制参数对所述半干法脱酸反应塔进行自动控制。
2.如权利要求1所述的半干法烟气处理控制系统,其特征在于,所述参数优化单元根据所述输出变量对所述优化控制参数进行自适应调节。
3.如权利要求2所述的半干法烟气处理控制系统,其特征在于,所述参数优化单元利用机器学习模型根据所述输出变量计算所述优化控制参数。
4.如权利要求1所述的半干法烟气处理控制系统,其特征在于,还包括通信模块,所述数据采集装置、所述模型参数优化单元与所述自动控制模块通过所述通信模块进行通信。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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