一种垃圾焚烧炉二次污染物炉内耦合脱除系统及控制方法

1.本发明涉及二次污染物脱除与排放技术领域，尤其涉及一种垃圾焚烧炉二次污染物炉内耦合脱除系统及控制方法。


背景技术：

2.垃圾焚烧炉烟气中的二次污染物脱除工艺主要由脱硝、脱酸、除尘、除二噁英和重金属等各独立系统组成。此外，脱硝、脱硫工艺中现阶段主要采用人工操作和自动化控制模式，但两种模式均依赖于尾部烟气的检测指标，具有滞后性，且垃圾焚烧炉燃料特性的波动性大，容易造成还原剂的错配。因此，在脱酸、脱硝过程中，均无法实现烟气二次污染物的排放与抑制工艺的有效配合，从而造成以下难题：
3.(1)污染物排放超标：由于燃料物性的波动较大，排放检测指标与脱酸、脱硝工艺联动的滞后性，造成突发性的排放超标，影响排放的可控性。
4.(2)增加还原剂与脱酸试剂的成本：为了避免突发性排放超标以及还原剂、脱酸试剂过程调节的限制，需要通过增加用量，以降低排放量，保障环保指标。
5.(3)难以在源头上控制二次污染物的产量，尤其是no
x
与hcl的产生，致使在烟气流动过程中，引起过程设备的腐蚀。


技术实现要素：

6.为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种垃圾焚烧炉二次污染物炉内耦合脱除系统及控制方法。
7.本发明所采用的技术方案是：
8.一种垃圾焚烧炉二次污染物炉内耦合脱除系统，包括：
9.燃料调节模块，设置在垃圾焚烧炉的燃料入口处；
10.一二次风调节模块，包括一次风调节模块和二次风调节模块，其中一次风调节模块设置在炉排下方，二次风调节模块设置在炉膛上方的前、后拱处；
11.温度检测模块，包括第一炉膛温度检测模块、第二炉膛温度检测模块和过热器温度检测模块；
12.sncr调节模块，与sncr喷枪控制阀连接；
13.二次污染物检测模块，设置在烟气排放处；
14.数据库，包括运行数据库、历史数据库和cfd三维仿真数据库，用于对数据进行预处理、存储，以及形成决策指令。
15.进一步地，所述燃料调节模块与喂料器连接，用于根据数据库发出的决策指令调节燃料的厚度、炉排的速度以及污泥掺混量。
16.进一步地，所述一次风调节模块与炉排下方的各炉排的电动风门连接，所述二次风调节模块与炉膛上方的各炉排的电动风门连接；
17.所述一二次风调节模块与电动风门连接的方式包括电连接与信号连接，其中信号
连接中的信号为数据库的决策指令。
18.进一步地，所述第一炉膛温度检测模块设置于炉膛的中部，所述第二炉膛温度检测模块设置于炉膛的顶部，所述过热器温度检测模块设置于过热器前端；
19.所述温度检测模块的温度检测值存储于运行数据库中。
20.进一步地，所述sncr调节模块用于根据数据库的决策指令调节sncr喷枪的流量与喷入位置。
21.进一步地，所述二次污染物检测模块采集的数据存储于运行数据库中。
22.进一步地，所述对数据进行预处理包括：对获取的数据中的不合理数据进行清洗，其中所述不合理数据包括错误数据、异常数据和重复数据。
23.本发明所采用的另一技术方案是：
24.如上所述的一种垃圾焚烧炉二次污染物炉内耦合脱除系统的控制方法，包括以下步骤：
25.s1、数据库对历史数据、cfd三维仿真数据和运行数据进行清洗，获得样本数据；
26.s2、选取特征变量，其中所述特征变量包括原始特征变量和重构特征变量；
27.s3、根据所述样本数据，通过特征变量重构方法计算重构特征变量的数据值，生成决策指令；
28.s4、根据决策指令的运行结果，重复步骤s1-s3构建二次污染物炉内耦合脱除的决策指令。
29.进一步地，所述步骤s2，包括：
30.s21、根据垃圾焚烧炉内二次污染物的生成机理和历史数据进行分析，确定影响二次污染物排放量的影响因素，根据影响因素确定不同调节模块的原始特征变量；
31.s22、对所述原始特征变量进行特征重构，确定重构特征变量；
32.s22、用所述样本数据对各原始特征变量、重构特征变量进行相关性分析以及重要性计算，选取用于各调节模块的决策指令的特征变量。
33.进一步地，所述原始特征变量、重构特征变量包括：温度、温度变化量、二次污染物排放量、二次污染物排放变化量。
34.本发明的有益效果是：本发明通过炉膛温度检测、炉膛顶部温度检测以及过热器温度检测数据作为调节动作反馈，以及二次污染物数据检测结果进行分析评估；实现烟气二次污染物的排放与抑制工艺的有效配合，有效解决了燃料物性的波动大，突发性排放超标时，过度增加还原剂、脱酸试剂用量，实现源头上控制二次污染物的产量，并适用于污泥掺混焚烧条件，为垃圾焚烧炉运行耦合控制提供在线监测和离线指导及策略。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
36.图1是本发明实施例中一种垃圾焚烧炉二次污染物炉内耦合脱除系统的结构简图；
37.图2是本发明实施例中一种垃圾焚烧炉二次污染物炉内耦合脱除系统的控制流程图。
具体实施方式
38.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
40.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
41.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
42.如图1和图2所示，本实施例提供一种垃圾焚烧炉二次污染物炉内耦合脱除系统，从源头上减少二次污染物排放，包括：
43.燃料调节模块，置于垃圾焚烧炉的燃料入口处，与喂料器连接；
44.一二次风调节模块，包括一次风调节模块和二次风调节模块，其中一次风调节模块置于炉排下方，与各炉排的电动风门连接；二次风调节模块设置于炉膛上方的前、后拱处，与电动风门连接；
45.温度检测模块，包括第一炉膛温度检测模块(对应图2中的温度检测模块1)、第二炉膛温度检测模块(对应图2中的温度检测模块3)和过热器温度检测模块(对应图2中的温度检测模块3)；
46.sncr调节模块，与sncr喷枪控制阀连接；
47.二次污染物检测模块，设置于烟气排放处；
48.数据库，包括运行数据库，历史数据库和cfd三维仿真数据库。
49.更进一步说明，二次污染物炉内耦合脱除系统中的燃料调节模块、一二次风调节模块、温度检测模块、sncr调节模块、二次污染物检测模块分别与数据库连接，连接方式包括电联接和信号连接。
50.所述燃料调节模块置于垃圾焚烧炉的燃料入口处与喂料器连接，并根据数据库形成的决策指令调节燃料的厚度、炉排的速度和污泥掺混量。
51.作为可选的实施方式，燃料的厚度主要根据垃圾的热值、炉膛温度、以及一次风的分配比例进行调节，第一级炉排的料层厚度范围在500mm-1000mm之间。
52.作为可选的实施方式，一次风调节模块、二次风调节模块分别与对应的电动风门连接，其连接的方式包括电连接与信号连接，所述的信号连接中的信号为数据库的决策指令。具体地，一次风调节模块、二次风调节模块在接收数据库的决策指令之后对电动风门的开度进行调节，以调节一次风、二次风的风量，总风量＝一次风量 二次风量。其中，一次风风量根据炉排的运动速度、炉排的级数进行分级配置，旨在调节炉排的着火点位置，同时保障燃尽率。
53.更进一步说明，数据库形成决策指令的基础数据包括运行数据库，历史数据库和cfd三维仿真数据库，所形成的决策指令在于通过调节燃料的进料量以调节炉排温度。
54.作为可选的实施方式，运行数据库为dcs系统的实时运行参数，cfd三维仿真数据库的数据为经实际运行参数模型验证后的有效数据。
55.参见图1，更进一步说明，温度检测模块包括第一炉膛温度检测模块、第二炉膛温度检测模块和过热器温度检测模块，第一炉膛温度检测模块设置于炉膛的中部(如图1中温度检测点1所示)，第二炉膛温度检测模块设置于炉膛的顶部(如图1中温度检测点2所示)，过热器温度检测模块设置于过热器前端(如图1中温度检测点3所示)，且各温度检测模块的温度检测值均存储于运行数据数据库。
56.温度检测模块1的检测值作为调节sncr喷入位置的原始特征变量，温度检测模块2的检测值作为调节sncr喷入量的原始特征变量，温度检测模块3的检测值作为过热器过温保护的原始特征变量。
57.作为可选的实施方式，温度检测模块1的检测值超过850℃时，将启动一级预警，当温度变化率大于5-20℃时，启动二级预警，并进行特征变量重构。
58.sncr调节模块与sncr喷枪控制阀连接，其中sncr调节模块根据数据库的决策指令调节sncr喷枪的流量与喷入位置。
59.进一步作为可选的实施方式，还原剂的流量根据出口nox的排放量进行计算，还原剂与烟气中的氨氮比值取值范围为1.1～1.8之间，其中烟气中nox的浓度(干基、标态、6％o2)计算方法为：
[0060][0061]
式中：
[0062]
no
x
(mg/nm3)：标准状态，6％氧量、干烟气下nox浓度，mg/m3；
[0063]
no(μl/l)：实测干烟气中no体积含量，ppm；
[0064]
o2：实测干烟气中氧含量，％。
[0065]
sncr调节模块与sncr喷枪控制阀主要通过电连接与信号连接，其中信号连接中的信号源为数据库的决策指令。
[0066]
更进一步说明，二次污染物检测模块设置于烟气排放处，其中二次污染物检测模块的采集数据存储于运行数据库。二次污染物检测模块的采集数据主要包括：颗粒物、氮氧化物、二氧化硫、氯化氢、一氧化碳等影响因子。
[0067]
作为可选的实施方式，所述数据库用于对数据进行预处理、存储，以及形成决策指令，其中数据的预处理具体指对所获取的数据中的不合理数据进行清洗，所述不合理数据包括错误数据、异常数据和重复数据。
[0068]
具体地，所述错误的数据主要指由于终端设备采集错误或突变的数据，采用拟合的方法进行纠正，异常数据包括空值数据和偏离数据50％以上的数据，具体采用插值法对数据进行替换和修正；所述的重复数据为相同数据及30分钟内出现5次及以上的数据。通过对所述所获取的历史数据进行预处理，可以避免在模型构建时受到错误数据的干扰，有效提高数据的质量，提高模型的预测效果和精度，减少重复数据，从而提高预测模型的建模和预测效率。
[0069]
如图2所示，基于上述的一种垃圾焚烧炉二次污染物炉内耦合脱除系统，本实施例还提供一种控制方法，包括以下步骤：
[0070]
步骤s1、数据库根据历史数据，cfd三维仿真数据和运行数据进行清洗，得到样本数据。
[0071]
步骤s2、选取特征变量，所属特征变量包括原始特征变量和重构特征变量。所述原始特征变量，重构特征变量包括：温度、温度变化量、二次污染物排放量、二次污染物排放变化量等。
[0072]
步骤s2具体包括步骤s21-s23：
[0073]
步骤s21、原始特征变量和重构特征变量的确定：根据炉内二次污染物的生成机理和历史数据的分析，确定影响二次污染物排放量的影响因素，根据影响因素确定不同调节模块的原始特征变量；
[0074]
步骤s22、根据二次污染物的生成机理和对历史数据的分析，对所述原始特征变量进行特征重构，确定重构特征变量。
[0075]
步骤s23、采用所述样本数据对各原始特征变量，重构特征变量进行相关性分析以及重要性计算，选取用于各调节模块的决策指令的特征变量；
[0076]
步骤s3、决策指令的建立：用所述样本数据通过特征变量重构方法进行计算重构特征变量的数据值，生成决策指令；
[0077]
步骤s4、根据所述步骤s1-s3的二次污染物炉内耦合脱除决策指令的运行结果，重复步骤s1-s3构建二次污染物炉内耦合脱除决策指令。
[0078]
具体地，二次污染物炉内耦合脱除决策指令主要为调节进料量，调节一、二次风的风量，sncr喷入位置与喷入量，二次污染物的监测预警值，并根据二次污染物检测模块，第一炉膛温度检测模块、第二炉膛温度检测模块和过热器温度检测模块所采集的数据进行脱除决策指令的依据，所有采集的数据存储于运行结果数据库。
[0079]
综上所述，本实施例提供一种垃圾焚烧炉二次污染物炉内耦合脱除系统相当于现有技术，具有如下有益效果：
[0080]
(1)本实施例提供一种垃圾焚烧炉二次污染物炉内耦合脱除系统，通过燃料调节模块调节燃料的进料量以及污泥与垃圾的掺混比例，优化一次风、二次风的比例提高燃烧效率并降低二次污染物尤其是nox的生成量，同时结合温度检测模块的检测与预测，结合sncr工艺，提高脱硝效率并减少还原剂用量，实现二次污染物的炉内耦合脱除。该系统可实现no
x
源头上生成控制、sncr精细化控制以及炉内高效掺混焚烧，获得二次污染物排放性预测结果，能够实现对人工操作的提前指导，解决了现阶段污染物突发性排放超标，降低还原剂用量并从源头上减少污染物的产生。
[0081]
(2)采用三维数值模拟的方法联合运行历史数据建立优化运行数据库，结合特征
信号反馈，获得一二次风的优化分级、sncr喷嘴优化调节和污泥掺烧比例的动态优化参数，可实现no
x
源头上生成控制、sncr精细化控制以及炉内高效掺混焚烧。利用人工神经网络预测不同焚烧炉对应的二次污染物炉内耦合脱除策略与实施措施，获得过二次污染物超低排放的预测结果。
[0082]
(3)本发明基于运行数据，历史数据和cfd三维仿真数据的分析，确定特征变量，并对特征变量进行特征变量重构，形成重构特征变量，主要包括：温度、温度变化量、二次污染物排放量、二次污染物排放变化量，最终构建二次污染物炉内耦合脱除决策指令，形成进料量、一次风、二次风、sncr喷入量、sncr喷入位置联动调节，实现二次污染物的耦合脱除。通过离线方式实现对人工操作的提前指导，解决了现阶段污染物突发性排放超标，降低还原剂用量并从源头上减少污染物的产生，具有适应性强、自学习能力好、拟合精度高、优化效果显著等优点。
[0083]
在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
[0084]
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
[0085]
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。