一种基于多阶段随机优化的工业烟气排放合规调控方法及系统与流程

本发明涉及工业环保管控，特别是涉及一种基于多阶段随机优化的工业烟气排放合规调控方法及系统。

背景技术：

1、在钢铁冶金、化工等重工业生产过程中，混合煤气作为重要的能源介质被广泛用于加热炉、锅炉等生产设备。随着国家超低排放管控要求的日益严格，烟气污染物（如二氧化硫、氮氧化物等）排放指标已被大幅提高，且环保部门实施实时监控。若发生超标问题，企业不仅面临高额环保处罚，还可能导致停产整顿，对正常生产运行造成严重影响。

2、现有技术中，针对工业烟气排放超标的管控方式主要存在以下缺陷：

3、传统人工管控滞后性强：依赖操作人员在监测终端发现超标后采取事后应急措施（如掺烧天然气、调整工艺参数），无法提前预警和预防，且高度依赖人工经验，缺乏科学决策依据。

4、单一预测预警缺乏决策支持：部分企业采用时序预测模型对污染物浓度进行预测并触发预警，但仅能告知“可能超标”，未能解决超标后如何合理分配有限的环保合规宽限资源（如允许的超标时长或总量）的问题。

5、静态配额管理导致资源浪费：将月度允许的排放宽限资源平均分配至各时段，未考虑不同时段的生产成本差异及工况波动，易导致低成本时段宽限资源闲置浪费，而在高成本时段宽限资源不足，无法实现全局成本最优。

6、缺乏全局协同优化：现有的排放预测模型、工艺调节模型与合规资源管理相互独立，未能将“即时调节成本”与“月度合规风险”纳入统一框架进行权衡博弈，往往导致过度调节或调节不足。

7、因此，亟需一种能够将环保合规宽限资源视为可分配有限资源，在全局视角下动态优化其时段分配，并在确保合规的前提下最大限度降低生产成本的调控方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种基于多阶段随机优化的工业烟气排放合规调控方法及系统。

2、为了解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种基于多阶段随机优化的工业烟气排放合规调控方法，该方法包括以下步骤：

4、获取工业加热炉烟气排放系统的多源实时运行数据及月度合规宽限额度约束信息；

5、基于多源实时运行数据，预测未来预设时段内烟气含硫量超标的概率分布；

6、构建多阶段随机优化模型，该多阶段随机优化模型以剩余可用宽限额度作为状态变量，以工业物理调控动作作为动作变量，并基于概率分布确定动作变量的取值对应的剩余可用宽限额度的状态转移概率，以最小化即时调节成本与超标期望风险成本的累积期望成本为目标函数；

7、基于月度合规宽限额度约束信息，采用随机动态规划算法对多阶段随机优化模型进行求解，生成当前状态下的最优动作策略；

8、根据最优动作策略生成调控指令并下发至现场工艺设备执行。

9、上述技术方案将“剩余可用宽限资源量”作为多阶段随机优化模型的核心状态变量，打破了传统静态配额管理中按时间均匀分配的僵化模式。结合“周期性合规宽限约束信息”进行逆向递推求解，能够根据未来各时段的超标概率分布和生产任务优先级，前瞻性地规划宽限资源的使用节奏。

10、第二方面，本发明还提供了一种基于多阶段随机优化的工业烟气排放合规调控系统，包括：

11、数据采集模块，用于获取工业加热炉烟气排放系统的多源实时运行数据及月度合规宽限额度约束信息；

12、概率预测模块，用于基于多源实时运行数据，预测未来预设时段内烟气含硫量超标的概率分布；

13、模型构建模块，用于构建多阶段随机优化模型，该多阶段随机优化模型以剩余可用宽限额度作为状态变量，以工业物理调控动作作为动作变量，并基于概率分布确定动作变量的取值对应的剩余可用宽限额度的状态转移概率，以在物理调节能力约束下最小化即时调节成本与超标期望风险成本的累积期望成本为目标函数；

14、策略求解模块，用于基于月度合规宽限额度约束信息，采用随机动态规划算法对多阶段随机优化模型进行求解，生成当前状态下的最优动作策略；

15、指令输出模块，用于根据最优动作策略生成调控指令并下发至工业现场工艺设备执行。

16、第三方面，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述的方法步骤。

17、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的方法步骤。

18、本发明的有益效果是：

19、（1）本发明在预测到后续高风险时段较多时，系统会在当前低风险时段主动节约额度；反之则适度释放。这种基于全局视角的动态分配机制，确保了在整个考核周期内合规资源始终处于可控且最优的利用状态，从根本上解决了静态配额导致的“前期浪费、后期不足”或“集中超标”问题。

20、（2）本发明构建了以调节成本与超标风险成本的累积期望成本最小化为目标函数的优化模型，并将预测得到的超标概率分布嵌入状态转移概率的计算中，使每一次决策都是基于不确定性的概率加权期望。当启动物理调控的即时成本低于不调控带来的超标期望损失时，系统自动选择调控；反之则选择消耗宽限资源。这种量化判断机制避免了逢超必调造成的过度能源消耗，也避免了盲目不调带来的合规隐患，实现了经济效益与环保合规的平衡。

21、（3）本发明在数据采集阶段获取涵盖原料化验、工艺参数、环保监测等多源异构实时运行数据，为概率预测提供了全链路信息支撑，克服了单一数据源预测在变工况下易失准的缺陷。同时，通过建立“执行-监测-反馈-更新”的闭环机制，系统在执行调控后持续监测实际效果与预测偏差，当偏差超阈值时动态更新概率分布及状态转移概率。这种自适应学习能力使模型能够长期保持高精度的决策能力。

22、（4）本发明在执行物理调控时，能够联动调用下游的混合煤气配比优化模型或加热炉氧含量优化模型，将宏观的“是否调节”决策转化为微观的“具体工艺参数设定值”，大幅提升了工业排放管控的智能化与精细化水平。

1.一种基于多阶段随机优化的工业烟气排放合规调控方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于多阶段随机优化的工业烟气排放合规调控方法，其特征在于，所述构建多阶段随机优化模型，包括：

3.根据权利要求2所述的基于多阶段随机优化的工业烟气排放合规调控方法，其特征在于，所述采用随机动态规划算法对所述多阶段随机优化模型进行求解，生成当前状态下的最优动作策略，包括：

4.根据权利要求1所述的基于多阶段随机优化的工业烟气排放合规调控方法，其特征在于，所述根据所述最优动作策略生成调控指令并下发至现场工艺设备执行，包括：

5.根据权利要求1所述的基于多阶段随机优化的工业烟气排放合规调控方法，其特征在于，所述获取工业加热炉烟气排放系统的多源实时运行数据，包括：

6.根据权利要求2所述的基于多阶段随机优化的工业烟气排放合规调控方法，其特征在于，所述启动物理调节措施的即时成本包括天然气掺烧成本及能耗增加成本，所述超标造成的损失成本包括环保处罚风险成本、生产中断风险成本以及额度浪费成本。

7.根据权利要求1所述的基于多阶段随机优化的工业烟气排放合规调控方法，其特征在于，所述方法还包括反馈校正与模型更新步骤，其包括：

8.一种基于多阶段随机优化的工业烟气排放合规调控系统，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法步骤。