CN111780127A - 一种垃圾焚烧炉燃烧管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种垃圾焚烧炉燃烧管理系统。该系统包括：垃圾焚烧炉集散控制子系统、垃圾焚烧炉建筑设备管理子系统、垃圾焚烧炉管理系统边缘单元、垃圾焚烧炉炉排数据采集子系统和一次风燃烧子系统，垃圾焚烧炉炉排数据采集子系统采集炉排数据，一次风燃烧子系统采集温度数据，垃圾焚烧炉管理系统边缘单元分别与垃圾焚烧炉炉排数据采集子系统和一次风燃烧子系统连接，垃圾焚烧炉集散控制子系统存储垃圾焚烧炉历史数据，垃圾焚烧炉建筑设备管理子系统根据垃圾焚烧炉历史数据、炉排数据和温度数据对垃圾焚烧炉燃烧进行控制。本发明能够对垃圾焚烧炉燃烧进行优化。

Description

一种垃圾焚烧炉燃烧管理系统

技术领域

本发明涉及垃圾焚烧管理领域，特别是涉及一种垃圾焚烧炉燃烧管理系统。

背景技术

城市垃圾的处理采用焚烧手段使之减容量，无害化处理，利用焚烧产生热能进行生产中压(4.0MPa)蒸汽发电，这些都是行之有效与大力推广的技术措施。垃圾燃烧温度大于850℃，烟气停留时间大于2s，燃烧搅拌，使之有效减少二噁英有害气体的排放数量，保证焚烧炉内炉排上垃圾充分燃烧，要保证排出的炉渣热灼减率小于5％，甚至更低(<3％)，并且要求焚烧炉的热效率达到最优化(大于80％)但尚缺乏对炉膛、炉排内垃圾燃烧工况的标准。

为了使焚烧炉炉排上垃圾烧透，燃烧稳定、均匀，并将热燃烧产生的热能充分利用(产生蒸汽、发电)，产生大的经济效益与环保效益是放在我们面前的一个重要课题。目前，我国垃圾焚烧炉的燃烧控制主要由DCS(集散控制系统)与ACC(自动燃烧控制系统)结合进行控制，同时炉排由设备带来的专门进行转速与移动控制。

目前垃圾焚烧炉运行中存在的不足之处：

1.对投入焚烧炉的垃圾量(代表焚烧炉的负荷)的计量及控制与真实的量之间误差较大，因为目前的DCS与ACC是通过抓料斗，见图二《垃圾焚烧炉燃烧管理BMS大数据系统焚烧炉燃烧流程图》LI101的抓斗称重系统的累加得出，由于我国的垃圾中含水量在30％以上，进入料仓后会析出水，所以误差打。同时垃圾进入料仓后要在1.5～2小时后方能进入炉排，其滞后时间长，由于挤压使其实际容量变小，而容称量的计算是根据料仓垃圾位置高度根据容积与料位析线变化得出，由于实际密度不同造成投入量误差大，不真实，这对控制炉排的燃烧温度，运行速度的操作带来很大的影响，造成不确定因素。

2.垃圾的层厚涉及到焚烧炉垃圾料层厚测量的两种方法均误差大

(1)根据一次风流量与压力差(此时风机的变频马达应要恒定不变)的变化进行测量，此种方法的灵敏度可以达到要求，但是它是反应床料层厚变化趋势，它是一个无量纲的量，不直接显示层厚具体高度数量，只是一个“大概量”，无法满足大数据的优化监控的要求。

(2)根据“达西”定律测量，也是根据垃圾层的压力等级及流量，并根据其渗透率及粘度。由于这些数据由垃圾性质而变化，有些参数要在实验室的试验而确定。而我国的垃圾性质变化很大，存在不确定性，尽管“达西”定律结果能得出层厚的具体数据，但是实际误差很大，在20％以上，也满足不了要求。

3.焚烧炉燃烧温度

垃圾的燃烧温度是指垃圾中可燃物质和有害物质在高温下完全燃烧分解，直至被破坏，所需要的合理温度，一个好的燃烧炉的燃烧温度的分布应当有一个合理的“温度分布梯度”只有符合了这个各梯度才能达到将垃圾烧透，烧稳，均匀，烧尽。但是目前测量的焚烧炉燃烧温度是用热电偶测量垃圾层上面的烟气温度，由于空间烟气流动造成气相空间的混合结果值，不能直接真实反映每一个燃烧段，每一个区域的真实温度，目前测量的烟气温度不适合进行燃烧过程的分析，达不到大数据对燃烧层温度分布要求。

4.焚烧炉的操作与控制

目前垃圾焚烧炉基本上是引进国外技术，或者国内一些凭个人经验或人工计算得出的参数进行控制，基本上属于人工经验操作。由于国内垃圾其热值低，水分高，使控制难度大，因此要制定一个适合国情的操作与控制方法，存在较大差距。

因此，目前垃圾焚烧炉燃烧并不能实现科学合理的焚烧。

发明内容

本发明的目的是提供一种垃圾焚烧炉燃烧管理系统，能够利用大数据优势对国内众多的垃圾焚烧炉进行燃烧数据采集统计分析，找到科学合理的焚烧方法，达到垃圾焚烧炉燃烧优化的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种垃圾焚烧炉燃烧管理系统，包括：垃圾焚烧炉集散控制子系统、垃圾焚烧炉建筑设备管理子系统、垃圾焚烧炉管理系统边缘单元、垃圾焚烧炉炉排数据采集子系统和一次风燃烧子系统，所述垃圾焚烧炉炉排数据采集子系统用于采集炉排数据，所述一次风燃烧子系统用于采集温度数据，所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元分别与所述垃圾焚烧炉炉排数据采集子系统和所述一次风燃烧子系统连接，所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元用于接收所述炉排数据和所述温度数据，所述垃圾焚烧炉集散控制子系统用于存储垃圾焚烧炉历史数据，所述垃圾焚烧炉集散控制子系统与所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元连接，所述垃圾焚烧炉建筑设备管理子系统与所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元连接，所述垃圾焚烧炉建筑设备管理子系统用于接收所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元发送的所述垃圾焚烧炉历史数据、所述炉排数据和所述温度数据，并根据所述垃圾焚烧炉历史数据、所述炉排数据和所述温度数据对垃圾焚烧炉燃烧进行控制。

可选的，所述垃圾焚烧炉炉排数据采集子系统包括炉排料床层厚测量模块、炉排料床层密度测量模块、炉排料床层移动模块和料仓监控模块，所述所述排料床层厚测量模块用于采用流化床压测量方法计算炉排料床层密度，所述排料床层厚测量模块用于采用流化床压测量方法计算炉排料床层厚。

可选的，所述一次风燃烧子系统包括温度采集模块，所述温度采集模块通过红外线测量方法采集温度。

可选的，所述温度采集模块通过红外线测量方法采集温度，具体包括：依次在干燥段、第一燃烧段、第二燃烧段、燃尽段四个床料层从进料到出料方向设立前红外测温点、中间红外测温点和后红外测温点，四个床段共计12个测温点，在各所述测温点均采用带有恒流节流孔板的氮气反吹装置的红外测量镜头测量温度。

可选的，所述垃圾焚烧炉集散控制子系统通过OPC通讯接口与所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元连接。

可选的，所述垃圾焚烧炉建筑设备管理子系统通过5G互联网接口与所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元连接。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明通过工业互联网、大数据技术，将目前正在运行的垃圾焚烧炉颅内燃烧过程中地垃圾负荷容量，垃圾焚烧过程中的干燥段、第一燃烧段、第二燃烧段、燃尽段上的料床层厚、密度、容积量，垃圾燃烧过程中每层的燃烧温度分布的梯度，垃圾在燃烧过程中停留时间，一次热风的控制。将这些相关燃烧过程中的重要参数进行真实的的数据采集，达到“数字化”，然后将这些数据进行处理、统计、分析。根据调研、分析发现，垃圾焚烧炉在各炉排上燃烧移动过程中，将各段固定点的燃烧温度的平均值进行统计、分布处理，结果呈现的是一个正态燃烧分布曲线和分布图。对焚烧炉燃烧的热效率，有害物质的破解率、烧透率、烧结稳定与正态分布图的形状、参数关联很大，从而能够利用大数据优势对国内众多的垃圾焚烧炉进行燃烧数据采集统计分析，找到科学合理的焚烧方法，达到垃圾焚烧炉燃烧优化的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明垃圾焚烧炉燃烧管理系统结构图；

图2为垃圾焚烧料床层面燃烧温度统计表；

图3为垃圾焚烧炉燃烧管理系统料床燃烧温度正态分布ND图；

图4为垃圾焚烧炉料床燃烧温度正态分布图一；

图5为垃圾焚烧炉料床燃烧温度正态分布图二；

图6为垃圾焚烧炉料床燃烧温度正态分布图三；

图7为四个床料层示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种垃圾焚烧炉燃烧管理系统，能够利用大数据优势对国内众多的垃圾焚烧炉进行燃烧数据采集统计分析，找到科学合理的焚烧方法，达到垃圾焚烧炉燃烧优化的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明垃圾焚烧炉燃烧管理系统采用工业互联网与大数据应用领域先进智能技术。工业互联网与大数据应用指将目前世界上各种机器设备设施和系统(包括控制系统)网络，与先进的传感器、控制和软件应用程序相连接形成的一个大型网络，像数量极大的垃圾焚烧厂或垃圾焚烧炉，这些都可以连接到工业互联网中。通过网络互联与大数据分析相结合进行计算与数据控制利用先进的人工智能技术进行优化，合理决策与控制，从而能更有效的发挥出它们的潜能，提高生产力、提高其热效率、提高其环保效益，醉花程度提高垃圾焚烧与处理的能力。

目前我国的垃圾焚烧炉技术大多是引进国外的，由于对进口技术消化吸收不够，有生硬照搬的现象，没有对具体垃圾的性质、特点、组分、热值、水分等参数进行有效的操作与控制，也没有达到彻底燃烧，使之释放更多的热能发电产生最大的经济效益，做到环保盈利双收。

目前我国已有垃圾焚烧炉3000多台，单台最大处理量已达750吨/h，并以每年20％的建设速度增长，其中一部分垃圾焚烧炉的操作与热效率，垃圾的有害物质破解相当不错，但是还有一些垃圾焚烧炉不尽人意，有待改进，本发明就是应用焚烧炉燃烧管理BMS大数据，将一些焚烧炉的大量燃烧数据，根据其热效率，破解率相结合，进行数据统计、分析、优化控制地手段和方法达到最大优化。

图1为本发明垃圾焚烧炉燃烧管理系统结构图。如图1所示，一种垃圾焚烧炉燃烧管理系统包括：垃圾焚烧炉集散控制子系统1、垃圾焚烧炉建筑设备管理子系统2、垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3、垃圾焚烧炉炉排数据采集子系统4和一次风燃烧子系统5，所述垃圾焚烧炉炉排数据采集子系统4用于采集炉排数据，所述一次风燃烧子系统5用于采集温度数据，所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3分别与所述垃圾焚烧炉炉排数据采集子系统4和所述一次风燃烧子系统5连接，所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3用于接收所述炉排数据和所述温度数据，所述垃圾焚烧炉集散控制子系统1用于存储垃圾焚烧炉历史数据，所述垃圾焚烧炉集散控制子系统1与所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3连接，所述垃圾焚烧炉建筑设备管理子系统2与所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3连接，所述垃圾焚烧炉建筑设备管理子系统2用于接收所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3发送的所述垃圾焚烧炉历史数据、所述炉排数据和所述温度数据，并根据所述垃圾焚烧炉历史数据、所述炉排数据和所述温度数据对垃圾焚烧炉燃烧进行控制。

所述垃圾焚烧炉炉排数据采集子系统4包括炉排料床层厚测量模块、炉排料床层密度测量模块、炉排料床层移动模块和料仓监控模块，所述排料床层厚测量模块用于采用流化床压测量方法计算炉排料床层密度，所述排料床层厚测量模块用于采用流化床压测量方法计算炉排料床层厚，料仓监控模块主要是为连续供应垃圾的重量的测量与每一段垃圾的重量的依据，也是验证垃圾的重量与密度的数据之间的关系。料仓监控模块也是对每天、每小时垃圾进焚烧炉量的计算与控制依据。焚烧炉床层内燃烧是一个流化状态特点，根据流化床的数学模型的计算得出精度高的真实动态料床层厚度与燃烧床层内密度。这些数据对焚烧炉的燃烧大数据的分析与优化控制及温度的正态分布图的绘制并进行智能化的控制创造了基本条件，同时给垃圾焚烧炉集散控制子系统1的偏差控制创造了条件。

所述一次风燃烧子系统5包括温度采集模块，所述温度采集模块通过红外线测量方法采集温度。所述温度采集模块通过红外线测量方法采集温度，具体包括：依次在干燥段、第一燃烧段、第二燃烧段、燃尽段四个床料层从进料到出料方向设立前红外测温点、中间红外测温点和后红外测温点，四个床段共计12个测温点，在各所述测温点均采用带有恒流节流孔板的氮气反吹装置的红外测量镜头测量温度，得到温度的正态分布图，将温度的正态分布图作为分析工具，得出一个优化的垃圾焚烧炉燃烧温度与炉排位置点相应分布的平均温度正态分析图。

所述垃圾焚烧炉集散控制子系统1通过OPC通讯接口与所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3连接。所述垃圾焚烧炉建筑设备管理子系统2通过5G互联网接口与所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3连接。所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3垃圾焚烧炉燃烧管理大数据边缘单元BMS-U。

所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3由PC机、C++语言、SCOT软件、前端数据库、OPC通讯接口和5G工业互联网接口组成，不仅可以实现数据的本地存储与分流，进一步降低时延，同时可以利用其强大的计算能力，对垃圾燃烧数据进行处理分析，深度挖掘，建立功能模块，包括焚烧炉炉排料层温度的平均值，方差，标准差，分布梯度的计算，同时利用流化床燃烧数学模型，通过所述垃圾焚烧炉集散控制子系统1的数据采集，计算得出，垃圾焚烧炉炉排料床层内燃烧密度、层厚、停留时间等等并利用温度的正态分布函数与分布图绘制得到垃圾焚烧炉炉排料床燃烧过程温度正态分布图(瞬时)。所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3利用5G空口，将各类垃圾焚烧炉数据通过通道传输到工业互联网上的垃圾焚烧炉燃烧管理BMS大数据平台，BMS工业互联网大数据平台进行深一步的大数据分析，深一步挖掘得到优化的燃烧管理方案，包括优化的燃烧温度正态分布及温度优化控制点，传输至所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3，所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3与所述垃圾焚烧炉集散控制子系统1交接，将优化方案与正态分布图及数据对焚烧炉进行智能控制。此优化方案与正态图是由大数据进行统计与优化后通过大数据的边缘单元向焚烧炉的原有控制系统DCS提供优化控制(以上位机形式)的控制点与参数。

垃圾燃烧是在炉排的干燥段、第一燃烧段、第二燃烧段、燃尽段四个炉排段上进行的，如图7所示，其过程是垃圾在200℃热风烘烤下干燥。然后200℃的干燥垃圾进入第一燃烧段，进行燃烧升温，第二燃烧段的燃烧过程为温度最高900℃左右，然后进入燃烧降温阶段，最后为燃尽段，燃烧残余渣的温度在120℃左右，出炉温度是：120℃-200℃-400℃-900℃-500℃-300℃-120℃出口平均温度曲线是一个对称的钟形曲线，是一个典型的正态分布图。

1.影响垃圾燃烧大的几个因素

(1)垃圾炉排上垃圾层厚

垃圾炉排上垃圾层厚在0.8-1.2米左右，也是垃圾焚烧炉设计的一个重要参数，它又与垃圾的热值、水分相关联，也是影响焚烧炉负荷与热能利用的因素。

(2)垃圾在焚烧炉的停留时间

一般情况下，垃圾停留时间在1.5-2.0小时左右，其停留时间可以控制炉排的转速等手段实现，同时根据各段面的温度与燃烧燃烧速度与燃烧过程密度变化相关联。

(3)垃圾的燃尽

垃圾经过第二燃烧段，其存余热值已经很小，其残留的碳组分不到8％，在垃圾的燃尽段进行完全燃烧后变成灰渣，在此阶段温度逐渐再降低，直至燃尽灰渣被排出炉外，此时的炉渣在120℃左右，使其灰渣的热灼度<5％(或≤3％)，可燃成分小于2％。

(4)垃圾在各段炉排上的燃烧均匀

垃圾在各段炉排上的燃烧必须均匀、稳定最后达到烧透是垃圾优化燃烧的重要操作手段，由于垃圾的水分与热值不同或者变小是一个重要的影响因素，因此要通过焚烧炉的辅助燃烧器与一次风的温度、流量根据料床层面温度进行控制，达到稳定燃烧，使其产生灰渣达到综合利用的目的。

垃圾在各段炉排上的燃烧均匀、温度对称达到正态分布也是保证垃圾焚烧炉锅炉蒸汽发生稳定、均匀使发电机稳定均匀运行的重要手段，也是提高热效率的关键因素。

垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3，通过OPC接口与所述垃圾焚烧炉集散控制子系统1进行通讯、数据交换，同时通过炉排床层厚H，移动，密度，料仓监控功能模块HMD与温度正态分布数学模型及优化控制功能模块NDC的计算要求进行数据采集与计算。

所述一次风燃烧子系统5中一次燃烧空气在废热蒸汽预热器中加热后送至干燥段、燃烧段、燃尽段炉排，自下向上吹，为满足干燥段对热空气干燥要求，同时为第一燃烧段、第二燃烧段燃烧所需的空气使其充分燃烧，一次热空气是控制炉排床料层温度的重要手段。一次风自下向上吹，一次风从炉排床层垃圾托举离炉排20mm左右，使垃圾处于悬浮状态。同时垃圾的空袭密度在65％以上，所以在燃烧段上的垃圾内部处于流化状态，在炉排滚动，反复运动搅拌与落差的情况下，其符合流化床层基本性质。为了防止垃圾在燃烧与移动过程中产生灰尘与料堵塞测量口，本发明采用氮气恒压流孔恒压反吹的技术，即将0.5MPa氮气通过恒压节流孔向落差变送器的正负压膜压吹，同时向床料层内吹，差压变送器正负膜盒测量的使反吹背压，此背压真实的反映了床料层两端的压差ΔP，由于测量口(插入料层与料层上方)采用球形(耐高温材料310)恒压喷口，由360°球形面小孔喷射恒压氮气。氮气压力大于测量空间压力，由于球形喷口喷的氮气不会燃烧，其喷口永远不会堵塞与结焦，经测算其测量精度非常高，可以达到±1％，其灵敏度在±1.5％左右。

p_α＝H×P

其中：p_α＝床层固定两端的差压(mmH2O)

P＝床层内燃烧时密度(t/m³)

H＝床层两端固定的测量距离(mm)

举例：如果此时p_α测得6.0mmH2O

H的固定距离为500mm

a根据流化床差压测量原理数学模型

p_α＝H×P

其中：p_α＝床层固定两端的差压

P＝床层内燃烧时密度(t/m³)

H＝床层两端固定的测量距离(mm)

将上面a测出的密度P数据代入

举例：如果此时p_α测得135mmH2O

P的密度为0.12t/m³

代入

此时测得的床料厚为1.125m可以看出垃圾焚烧炉炉排数据采集子系统能测出具体的炉排床料层厚度与密度(燃烧时)的具体数据。所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3即BMS-U边缘单元将数据存入边缘数据，同时通过5G口传入大数据平台BMS即所述垃圾焚烧炉建筑设备管理子系统2。

建立焚烧炉干燥段、第一燃烧段、第二燃烧段、燃尽段四个床段，每一点温度平均值，每一点温度的偏差的统计与计算函数表。本发明要求分别在4个床料层(每段床长6-7米)，从进料到出料方向设立A(前)红外测温点，B(中间)红外测温点，C(后面)红外测温点。即每一段床层段为A\B\C三点(或者火焰面)。四个床段共计12个测温点(面)每一个红外测量镜头分别带有恒流节流孔板的氮气反吹装置。如图6所示。防止焚烧炉燃烧时灰尘与有害气体的污染和堵塞，同时进行燃烧时灰尘对红外测温系统的干扰与误差修正。

由于炉排料层是运动的，一般情况下200-300mm/分速度向燃尽段移动。由于温度的滞后性，温度控制应1采用超前作用的微分控制，对料床层面平均温度采样的计算应该是30秒-60秒一次，不断采样计算，又不断将计算值按时间存入BMS-U边缘数据库，其数据是非常大的，BMS大数据平台要求数据的存储时间在一年内可以随时查询并进行温度变化率计算得出垃圾燃烧的动态模型，这种边缘数据库建立是十分必要与可行的。

根据图2所示的数据可以编制针对本发明的数据特点以及垃圾焚烧炉燃烧管理BMS大数据的要求的专门正态分布图，也可以根据EXCEL2007和MINITAB软件编制一个标准的燃烧温度的正态分布ND图，详见图3，此燃烧温度平均分布图根据垃圾焚烧炉炉排的干燥段、第一燃烧段、第二燃烧段、燃尽段四个层面的平均温度构成的正态分布图，它满足SPSS统计分析软件的检验要求，它的温度分布构成的正态分布图是一个典型的正态分布图，本发明定义为垃圾焚烧炉床层平均温度正态分布ND图。其曲线形状是一个钟形的，以其最大均值T0(μ)左右两边均匀对称是典型的正态分布曲线，现在我们利用正态分布的统计分析法对垃圾燃烧过程的统计分析。

将一个炉排转速控制比较均匀、燃烧稳定、锅炉的热效率在82.5％，垃圾焚烧炉燃烧平均温度正态分布图进行比较。在图4中偏右曲线是炉排转速比较快，停留时间比较短的正态分布图。居中曲线是一个操作特别稳定，均匀的优化焚烧炉运行的正态分布图。

采用正态分布数据统计分析法

◆标准偏差T(σ)不变，T01(μ)均值越大，曲线向右移动，反之向左移动，这里的标准偏差T(σ)是指测量点在1分钟内其温度与此点平均值最大偏差。

◆T01(μ)是焚烧炉的最大平均值，从分析可以看出，垃圾焚烧炉炉排转动速度对垃圾稳定操作及垃圾的燃尽热灼指数影响比较大。要达到优化燃烧对炉排转速的合理控制非常重要。

由图5可知：

◆标准偏差T(σ)越大，表示数据分布分散，T01(μ)均值不变，ND图曲线越“胖”反之越“瘦”。从分析可以看出，垃圾焚烧炉在燃烧过程中，温度标准偏值大T((σ)大)温度扩散广，说明料床垃圾热值高。

◆根据ND图的“胖”、“瘦”得出垃圾热值的大小及变化。并且进行制定相应的标准化的正态分布ND图，对垃圾焚烧炉的燃烧系统进行优化智能的控制。

垃圾焚烧炉燃烧温度正态分布图ND经BMS-U边缘单元对DCS控制系统垃圾焚烧炉的燃烧参数进行优化设置于偏差控制，达到高可靠、高概率优化。

垃圾焚烧炉炉排料层平均温度正态分布图ND图真实的反映了其燃烧过程中料层厚度、垃圾热值、炉排转动速度(垃圾停留时间)，一次风流量压力等对垃圾焚烧的控制重要性。

由图6可知，均匀的正态分布图ND是经BMS大数据验试的优化燃烧平均温度正态分布图。不均匀的表示为目前正在运行的垃圾焚烧炉根据现场测量的实际料床温度而绘制的正态分布ND图。从两个正态分布图可以看出，均匀曲线图平均温度分布均匀，对称参数下的面积在98％左右，表示其垃圾的处理量、层厚、温度点的控制选控热能的利用均为最好。不均匀曲线面积比红色曲线少，不对称，比较“瘦”说明处理量没有达标。垃圾料层厚度低，温度控制点不均匀，故其热效率没有红色曲线大，炉排转动速度小，垃圾停留时间长。

为了达到优化控制采取如下措施进行控制：

◆将均匀正态分布图中每一炉排表面A、B、C平均温度T0101A/T0101B/T0101C/T0102A/T0102B/T0102C/T0103A/T0103B/T0103C/T0104A/T0104B/T0104C,由BMS-U单元自动计算得出通过OPC通讯平台输入垃圾焚烧炉控制系统DCS作为控制点的设定值SP，并与实际测量的对应值Ti0101A/Ti0101B/Ti0101C/Ti0102A/Ti0102B/Ti0102C/Ti0103A/Ti0103B/Ti0103C/Ti0104A/Ti0104B/Ti0104C，12个点进行偏差控制。

◆通过垃圾焚烧炉炉排料床层厚H，垃圾在炉排上停留的时间，一次风的流量、压力参数根据大数据边缘单元BMS-U要求进行控制使其“偏差”越来越小。

◆在缩小“偏差”的过程中实际运行的燃烧温度正态分布图(不均匀)越来越与优化的标准正态分布图(均匀)相似，越相似越优化。

◆以上的“设定值”与“偏差”控制全由焚烧炉控制系统或者炉排PLC计算机进行现场实时控制。

◆垃圾焚烧炉燃烧过程的相关参数通过DCS与BMS-U在OPC平台上进行数据交接，并通过工业互联网与BMS大数据平台进行数据跟踪计算监控以及数据的处理存储，进行“上级层面”的数据统计分析。

本发明就是通过工业互联网、大数据技术，将目前正在运行的垃圾焚烧炉颅内燃烧过程中地垃圾负荷容量，垃圾焚烧过程中的干燥段、第一燃烧段、第二燃烧段、燃尽段上的料床层厚、密度、容积量，垃圾燃烧过程中每层的燃烧温度分布的梯度，垃圾在燃烧过程中停留时间，一次热风的控制。将这些相关燃烧过程中的重要参数进行真实的的数据采集，达到“数字化”，然后将这些数据进行处理、统计、分析。根据调研、分析发现，垃圾焚烧炉在各炉排上燃烧移动过程中，将各段固定点的燃烧温度的平均值进行统计、分布处理，结果呈现的是一个正态燃烧分布曲线和分布图。对焚烧炉燃烧的热效率，有害物质的破解率、烧透率、烧结稳定与正态分布图的形状、参数关联很大。

垃圾在燃烧段上燃烧料层内实际上是一个流化燃烧状态，本发明根据流化燃烧特性，建立一个垃圾床层厚度与床层密度的测量系统，利用流化燃烧的特点与数学模型，采用氮气恒压反吹技术，测量床料在燃烧状态下的密度，厚度，经测试其测量精度在±1.5％范围内，满足大数据统计分析要求。详见技术说明在后面叙述。利用测量到床层燃烧层厚度H，燃烧密度D，移动特性M的真实量化数据达到大数据对众多垃圾焚烧炉进行数据统计分析的要求。

我们利用大数据与计算机的人工智能技术，将智能化的优化燃烧过程温度正态分布图，对每一个互联网终端连接的垃圾焚烧炉进行智能控制提高每台垃圾焚烧炉的燃烧热效率，有害物质的破解率，使环保与经济效益双丰收。本发明采用先进的非接触式红外温度测量技术，采用点和面温度测量相结合，自动检测焚烧炉排的干燥段、第一燃烧段、第二燃烧段、燃尽段表面各区域温度，这些料层温度的平均值是一个动态的温度分布梯度，也符合温度分布数据统计的要求，得到一个真实的床层段温度分布。这在目前垃圾焚烧炉温度测量技术方面是唯一的。

每一个垃圾焚烧炉均配置一个垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3，每一个垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3与该焚烧炉的垃圾焚烧炉集散控制子系统1通过OPC通讯平台进行数据交换，垃圾焚烧炉集散控制子系统1根据BMS要求对垃圾床层的厚度、负荷、温度、燃烧效率(热效率)的数据测量、采集送到垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3数据库。垃圾焚烧炉管理系统边缘单元3有OPC接口、PC机、C++语言、SCOT软件通过工业互联网接口送入垃圾焚烧炉燃烧管理系统、大数据系统BMS，根据巨量数据分析，针对每一个具体焚烧炉特点通过正态分布给出一个高可靠、高概率优化的正态温度燃烧分布图及相应温度区域数据进行优化智能控制，这种大数据系统属于当前5G+边缘计算单元+大数据分析平台，工业互联网生态的成熟可靠配置。

根据我国目前垃圾焚烧炉有3000余台，并且还在以每年20％的速度进行增长，而采用了垃圾焚烧炉来处理城市垃圾，进行减容与热能利用发电是全世界的主流方向，也是最好的方法，而我国的垃圾焚烧技术起步晚，同时我国的垃圾特点是热值低，含水量高，所以焚烧炉的操作与管理与国外不能照搬，必须根据国情，克服个人经验来操作。实际证明，垃圾焚烧过程是干燥-燃烧-燃尽三个主要阶段，燃烧过程中与燃烧段的温度分布梯度有密切关联，这些温度分布完全满足正态分布要求，是一个典型的燃烧过程正态温度分布，经试验按这种燃烧过程平均温度正态分布规则进行控制得到的是最可靠，高概率的优化结果。

本发明采用非接触式的红外燃烧温度测量技术、流化燃烧数据采集技术，将每段A\B\C面的平均温度数据及垃圾焚烧炉的垃圾负荷量、料床层厚、密度、停留时间、一次风压力、流量、温度、中压蒸汽流量、压力、温度等参数进行采集，以至少每30秒钟采集一次的速度进行运算，存储及数据变化率的分析。通过大数据先进智能技术与平台将所有或者大量的垃圾焚烧炉的燃烧数据采集，处理，分析并利用燃烧段平均温度的正态分布与优化的智能控制技术与科学工具，使垃圾焚烧炉的燃烧效率、处理量、有害物质破解率，其灰渣的热灼度<5％，(争取<3％)提高垃圾焚烧炉锅炉热效率3％以上。以760吨/h垃圾处理量焚烧炉为例，每提高1％的锅炉热效率，多产蒸汽4.6吨/h(压力为4.1MPa)以每吨250元计算，每年8000小时，共产生920万元/年的经济效益，如果提高3％锅炉热效率每年的经济效益可达2760万元/年。

全国垃圾焚烧炉有3000余台，目前锅炉的平均热效益在79％左右，按照优化控制采用大数据技术达到82％锅炉热效率是完全可以的。垃圾焚烧炉燃烧管理BMS大数据管理系统可以使环保经济效益双盈利。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的系统及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种垃圾焚烧炉燃烧管理系统，其特征在于，包括：垃圾焚烧炉集散控制子系统、垃圾焚烧炉建筑设备管理子系统、垃圾焚烧炉管理系统边缘单元、垃圾焚烧炉炉排数据采集子系统和一次风燃烧子系统，所述垃圾焚烧炉炉排数据采集子系统用于采集炉排数据，所述一次风燃烧子系统用于采集温度数据，所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元分别与所述垃圾焚烧炉炉排数据采集子系统和所述一次风燃烧子系统连接，所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元用于接收所述炉排数据和所述温度数据，所述垃圾焚烧炉集散控制子系统用于存储垃圾焚烧炉历史数据，所述垃圾焚烧炉集散控制子系统与所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元连接，所述垃圾焚烧炉建筑设备管理子系统与所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元连接，所述垃圾焚烧炉建筑设备管理子系统用于接收所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元发送的所述垃圾焚烧炉历史数据、所述炉排数据和所述温度数据，并根据所述垃圾焚烧炉历史数据、所述炉排数据和所述温度数据对垃圾焚烧炉燃烧进行控制。

2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧炉燃烧管理系统，其特征在于，所述垃圾焚烧炉炉排数据采集子系统包括炉排料床层厚测量模块、炉排料床层密度测量模块、炉排料床层移动模块和料仓监控模块，所述所述排料床层厚测量模块用于采用流化床压测量方法计算炉排料床层密度，所述排料床层厚测量模块用于采用流化床压测量方法计算炉排料床层厚。

3.根据权利要求1所述的垃圾焚烧炉燃烧管理系统，其特征在于，所述一次风燃烧子系统包括温度采集模块，所述温度采集模块通过红外线测量方法采集温度。

4.根据权利要求3所述的垃圾焚烧炉燃烧管理系统，其特征在于，所述温度采集模块通过红外线测量方法采集温度，具体包括：依次在干燥段、第一燃烧段、第二燃烧段、燃尽段四个床料层从进料到出料方向设立前红外测温点、中间红外测温点和后红外测温点，四个床段共计12个测温点，在各所述测温点均采用带有恒流节流孔板的氮气反吹装置的红外测量镜头测量温度。

5.根据权利要求1所述的垃圾焚烧炉燃烧管理系统，其特征在于，所述垃圾焚烧炉集散控制子系统通过OPC通讯接口与所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元连接。

6.根据权利要求1所述的垃圾焚烧炉燃烧管理系统，其特征在于，所述垃圾焚烧炉建筑设备管理子系统通过5G互联网接口与所述垃圾焚烧炉管理系统边缘单元连接。

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