废物燃烧过程的控制制造技术

本发明专利技术涉及在线控制进料可变组成的废物的废物焚化装置的蒸汽输出的方法。在工厂操作期间的不同时间，重复地测量过程或系统的量（ｕ↓［２］，ｕ↓［３］，ｘ↓［ＧＣ］，ｘ↓［ＬＬ］，ｗ↓［０］），通过计算所述测量值，建立用线性参数（θ↓［ｉ］）作为过程量的非线性数学式（Φ↓［ｉ］）的系数的关系。由此关系，确定得到所需蒸汽输出（ｍ↓［ｓｔｅａｍ］）的最佳废物进料速度，并应用于废物焚化装置的废物进料执行机构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及废物燃烧领域。其源于如权利要求1前序部分所述的废物焚化装置的蒸汽输出的控制方法。
技术介绍
废物是任何人类活动之后残存的任何类型的残余物质，比如商品的生产和消费、或建筑物和交通路线的建造。除了其纯粹的量和体积以外，大多数残余物质并不是对环境潜在的威胁，但是正确的处理它们可有助于最小化或避免相关的长期风险。完善的城市废物管理也有助于降低废物处理的成本，并有助于避免破坏大面积区域，否则废料堆积需要大面积区域。因此，废物的热处理，即废物的焚化或燃烧是任何城市废物管理概念中必不可少的部分。焚化理解为有意地点燃、控制和、在更广泛的意义上监测的任何物质的自保持氧化。如同在固体燃料的任何燃烧中一样，烟气和灰是这种废物焚化过程的产物。灰是主要含有二氧化硅及其他矿物的不同组成的残余物质。由于它们的化学惰性，它们往往用于填埋和土木工程。在废物焚化装置中处理城市废物和工业废物，以减小待堆积的废物的体积，并用于将废物的环境有害组分转化为无害的化合物。待处理废物量的增加导致设计出具有多通道的焚化装置，其每小时能焚化数十吨废物。所谓的废物能量转化装置不仅将废物燃烧成灰，它们也使用燃烧能产生蒸汽，例如，用区域供热，和/或发电，并因此改善该装置的整体效率。用于烟气和灰处理以及能量转换的完善的设施增加装置的复杂度，并需要适当的控制技术。然而，迄今为止没有足够的整体控制方案以代替有经验的操作人员，这基本上是因为复杂的化学过程和不稳定的燃料质量导致燃烧温度和烟气组成与流量的波动。废物组成的可变性尤其涉及废物的热值或含水量，或废物中砂子、砂砾或其它不可燃物质比如金属的量。在废物焚化装置中，可用于影响燃烧过程的最显著的控制参数是一次与二次助燃空气的质量流、空气温度、返回的烟气量、废物或燃料供给的量、和炉床的输送速度或加燃料速度。必须根据废物含水量与热值的预期的和非预期的变化，与最大化可处理的废物量或可生成的蒸汽量，和/或最小化大气污染物排放量的目标，最优化这些参数。在许多工业应用中，通过单回路和PID控制器彼此独立地控制不同的控制变量。最近引入的红外摄象机或类似装置使得能够得到废物燃烧过程的内部或过程状态。根据专利US 5 606 924，可以根据通过红外摄象机确定的燃料块的温度分布、在烟气中检测的氧含量、或生成的蒸汽的质量流量，调节燃烧过程。为改善炉性能对蒸汽输出要求的适应性，和对废气组成的影响，建议在至少一部分炉床上检测燃料块的三维分布。通过雷达或通过以不同的角度将多部摄像机对准燃料块扫描燃料块的轮廓，并推导出各个区域中的燃烧局部释放的能量。通常，相应的在线温度测量的实现，为新型控制方案开辟了道路，其试图模拟燃烧装置的操作，并基于如Krause等人的论文″A neuro-fuzzy adaptivecontrol strategy for refuse incineration plants″Fuzzy Sets andSystems 63，pp 329-338，1994中所述的神经网络或模糊逻辑。
技术实现思路
本专利技术的目的是考虑保持需要的蒸汽设定点或蒸汽输出水平，实现处理可变组成的废物的废物焚化装置的自动化的实时控制。该目的通过根据权利要求1和6的控制废物燃烧过程的方法和系统实现。其他的优选实施方案如从属权利要求中所述。根据本专利技术，通过从将蒸汽流量近似为单独蒸汽分量(contribution)的总和的关系确定废物进料速度控制值，来控制废物燃烧过程中的蒸汽产生，其中单独的蒸汽组分取决于可实时得到的操作参数。操作参数包括工艺输入比如一次与二次助燃空气的质量流量，和工艺状态比如废物和火焰温度。在操作参数下，独立蒸汽的分量由实际物理部分-过程产生并是燃烧过程的强烈非线性的原因。它们乘以过程特定的、先验未知的回归系数，所述回归系数解释了燃烧过程中所有的不稳定性或变化。因此，提出的蒸汽流量的多项式近似法，将以非线性方式基于测量的工艺输入和状态的分量与有限个数的线性回归系数分离，如果适当地选择，所述线性回归系数能得到废物组成的所有可能的变化。在调整步骤中，从包括操作值的N数据集推导或调整N′个系数的过程特定的值，其中所述操作值为在具体的焚化装置的操作期间测量的操作参数和相应蒸汽流量的值。在本专利技术的有利的实施方式中，为导出涉及蒸汽流量与操作参数的关系或数学式而计算的数据集的操作值，包括废物温度或燃烧温度的值。在本专利技术的一种优选实施方案中，通过将废物进料量的相应的早期值包括于数据集中，估计和确定废物进料控制动作与其对蒸汽产生的影响之间的时间延迟。优选，根据本专利技术方法的各个步骤或功能模块作为编程的软件模块或步骤实现。软件模块的计算机程序代码存储于控制废物焚化控制系统的一个或多个处理器的计算机程序产品中，特别是存储于包括含有计算机程序代码装置的计算机可读介质的计算机程序产品中。附图说明以下将参考在所附的附图中说明的示例性实施方案，更详细地解释本专利技术的主题，其中图1示意性地显示了废物焚化装置；图2显示了确定废物进料量的方法的流程图，和图3是显示相对于蒸汽流量设定点的所控制的蒸汽流量的图。用于附图的附图标记及其含义以概括的形式列于附图标记列表中。原则上，相同的部件在图中具有相同的附图标记。具体实施例方式图1示意性地显示了具有许多基本部件的废物焚化装置。输入进料机构或执行机构10将城市的或工业的废物、垃圾或其他的碎片引入炉11，并将前者置于在特定的废物进料速度w0的支撑的可移动的炉床12上，从而形成废物床。炉床12通常包括一些相对移动的炉床板，以分布和混合废物并将其沿炉床12传送。可以提供辅助燃烧器13以开始或维持燃烧过程。在炉11上游的烟气管道或烟气通道14中收集燃烧的烟气，并被引导至锅炉或蒸汽发生器15。不失一般性地，焚化工艺被分成废物将要顺次穿过的四个区域干燥区20，用于高温分解和气化/挥发的第一燃烧区21，用于碳氧化或固体燃烧的残余区22，和灰处理/烧结区23。事实上这些区域在炉中没有很好地分开，并可在某程度上重叠。废物床以上认定为第二燃烧区或火焰区24，其中发生高温分解气体的均匀的气相燃烧。在炉床之下通常以不同的量向上述四个区域20、21、22、23送入一次空气30。在炉床以上送入二次空气31，以确保第二燃烧区24中气化和高温分解产物的完全燃烧。为以较为系统的方法估计蒸汽流量，而考虑各种能量平衡。首先，假定燃料完全燃烧，没有损失和一致的锅炉效率，那么蒸汽中包含的总能量等于废物中的能量和燃烧空气的能量的总和。因此，能量平衡可以写为m·steamHsteam(Tsteam,Psteam)=---(eq.1)]]>其中 蒸汽流量，Hsteam蒸汽焓，w0废物进料速度或燃料流量，η，0≤η≤1废物转化效率LHV 废物的低热值u2＝ 一次空气(质量流量，温度)，u3＝ 二次空气(质量流量，温度)，H在各种空气温度下的空气焓， 从而，如果乘积η·LHV是已知的，那么对于给定的或要求的蒸汽流量 可能能够确定废物的进料速度w0。然而，因为辅助量η仅能间接地得到，所以不能足够精确地确定所述乘积。第二，蒸汽产生同样地可以相对于锅炉的能量平衡表示m·steamHsteam(Ts本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制废物燃烧过程的方法，包括ａ）提供多个数据集，其每个由燃烧过程的许多操作参数（ｕ↓［２］，ｕ↓［３］，ｘ↓［ＧＣ］，ｘ↓［ＬＬ］，ｗ↓［０］）的操作值和由该燃烧过程产生的蒸汽流量（＊↓［ｓｔｅａｍ］）的相应值组成，ｂ）计算所述多个数据集，并导出蒸汽流量（＊↓［ｓｔｅａｍ］）和操作参数（ｕ↓［１］，ｕ↓［２］，ｘ↓［ＧＣ］，ｘ↓［ＬＬ］，ｗ↓［０］）之间的关系，和ｃ）对于给定的所需蒸汽流量设定点（＊↓［ｓｔｅａｍ］），从所述关系解出废物进料速度（ｗ↓［０］）的控制值，并将所述控制值施加到燃烧工艺的废物进料执行机构（１０），其特征在于，步骤ｂ）包括ｂ′）导出许多回归系数（θ↓［ｉ］）的值，所述回归系数在形式为（ｅｑ．３）↑［＊↓［ｓｔｅａｍ］］＝＊φ↓［ｉ］（ｕ↓［２］，ｕ↓［３］，ｘ↓［ＬＬ］，ｘ↓［ＧＣ］，ｗ↓［０］）.θ↓［ｉ］的多项式关系中乘以取决于操作参数的许多蒸汽分量（φ↓［ｉ］）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：西尔维娅巴尔迪，亚历山德罗阿斯托尔菲，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]