專利名稱：垃圾焚燒爐焚燒過程的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃燒過程控制領(lǐng)域，涉及垃圾焚燒爐焚燒過程的控制方法，尤其是爐排式垃圾焚燒爐焚燒過程的智能控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有的垃圾焚燒控制工藝上的不足，提供了一種用于垃圾焚燒爐焚燒過程的控制方法，它適用于爐排式垃圾焚燒爐焚燒自動控制過程，能夠從根本上克服原有的PID控制策略的不足和連續(xù)給料方式的缺陷，避免反向調(diào)節(jié)和爐溫劇烈波動的問題。
本發(fā)明的一種垃圾焚燒爐焚燒過程的控制方法，其特征在于(1)垃圾焚燒爐由一般設(shè)計的連續(xù)加料方式改為間斷給料方式，實時測量爐膛溫度、爐拱位置煙氣溫度、煙氣空氣預(yù)熱器風壓、汽包壓力、爐膛負壓、煙氣含氧量，根據(jù)汽包壓力隨時間的變化計算汽包壓力隨時間的變化率；(2)以爐膛溫度、汽包壓力變化率和煙氣空氣預(yù)熱器風壓為模糊控制輸入?yún)?shù)，以加料持續(xù)時間和加料停止時間為控制輸出量，建立三輸入二輸出的主模糊控制器；(3)根據(jù)實時測量的爐拱位置煙氣溫度和給定值計算獲得每個采樣時刻的爐拱位置煙氣溫度偏差值，設(shè)定該偏差值上下限，作為主模糊控制器的輸出校正，約束加、停料時間；(4)設(shè)定運行時的煙氣含氧量給定值，根據(jù)實時測量的煙氣含氧量和給定值計算煙氣含氧量偏差，經(jīng)過比例積分串級調(diào)節(jié)回路，調(diào)節(jié)送風機風門開度，從而改變總風量，保證煙氣含氧量不超過上限值；(5)一、二次風配比在850～950℃范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，在超過950℃的高溫區(qū)退出模糊控制策略和含氧量送風控制，進行壓火調(diào)節(jié)，使爐溫回落至正常范圍內(nèi)；(6)設(shè)定運行時的爐膛負壓給定值，根據(jù)實時測量的爐膛負壓和給定值計算爐膛負壓偏差，經(jīng)過比例積分單回路調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)引風機風門開度，保證爐膛負壓維持在給定值。
所述的垃圾焚燒爐焚燒過程的控制方法，其進一步的特征在于所述三輸入二輸出的主模糊控制器，對三輸入量中元素的所有組合列出相應(yīng)的二控制量的矩陣形式的控制查詢表，在實時控制過程中，根據(jù)模糊量化后的三輸入量，直接查找控制查詢表以獲得控制量的變化值，逆模糊化后即可作為輸出去控制被控對象。
所述的垃圾焚燒爐焚燒過程的控制方法，其更進一步的特征在于所述爐拱位置煙氣溫度偏差值超過上限時，即使主模糊控制器輸出的加料持續(xù)時間尚未完成，也立即輸出開關(guān)量使加料器停止加料；所述爐拱位置煙氣溫度偏差值低于下限時，即使主模糊控制器輸出的加料停止時間尚未完成，也立即輸出開關(guān)量使加料器開始加料。
所述的垃圾焚燒爐焚燒過程的控制方法(1)所述煙氣含氧量偏差經(jīng)過比例積分串級調(diào)節(jié)回路調(diào)節(jié)送風機風門開度時，比例積分調(diào)節(jié)的算法可以為Δy＝Kp(xi-xi-1)+Kixi式中Δy-PI的輸出增量；Kp—比例系數(shù)，范圍0.5～0.91；Ki—積分系數(shù)，Ki=KpΔtTi,]]>其中Tiz是積分時間，范圍80～150s；Δt為采集周期，范圍1～5s；xi—第i次偏差值，xi-1—第i-1次偏差值，(2)所述爐膛負壓偏差經(jīng)過比例積分單回路調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)引風機風門開度時，比例積分控制器的算法和各參數(shù)含義可以與上述(1)相同，但其中
Kp范圍0.67～1.0，Ti范圍60～130s。
本發(fā)明的有益效果是給料的時間長短、停料的時間長短以及加停料的時機均由模糊控制策略加以控制，排除了連續(xù)給料料層過厚、燃盡率較低的缺點?？刂葡到y(tǒng)輸入?yún)?shù)由單一的溫度偏差，增加了汽水側(cè)和系統(tǒng)阻力參數(shù)提高了輸入?yún)?shù)的可信度，減少了一靠單一溫度偏差調(diào)節(jié)帶來的誤動作的可能，增強了控制方法的可靠性。間斷給料方式取代連續(xù)給料方式能夠有效保證爐內(nèi)垃圾量的相對穩(wěn)定，有利于穩(wěn)定燃燒，提高蒸汽的品質(zhì)和產(chǎn)量，提高垃圾焚燒電廠的環(huán)保效益和資源化利用率。該智能控制方法是一種多輸入多輸出的智能控制系統(tǒng)，能夠很好地適應(yīng)我國垃圾未經(jīng)分選直接焚燒及熱值較低的特點，適用于各種爐排式垃圾焚燒爐的燃燒過程控制。
系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。本發(fā)明包括5個主要的控制部分，它們分別是加料模糊控制、加料校正邏輯控制、含氧量送風控制、高溫區(qū)壓火控制、爐膛負壓控制。
本發(fā)明的實現(xiàn)過程為一、首先在爐排中部距爐拱水平方向1.5～2.0m，標高8.0～9.0m處設(shè)爐膛溫度測點；爐拱正下方0.4～0.8m處設(shè)爐拱位置煙氣溫度測點；煙氣空氣預(yù)熱器出口2～3m處設(shè)煙氣空氣預(yù)熱器風壓測點；汽包處設(shè)汽包壓力測點；標高14～15m，爐膛軸線上設(shè)爐膛負壓測點；爐膛出口進余熱鍋爐前標高21～22m處設(shè)煙氣含氧量測點。
二、實時測量爐膛溫度、爐拱位置煙氣溫度、煙氣空氣預(yù)熱器風壓、汽包壓力、爐膛負壓、煙氣含氧量并輸入計算機。根據(jù)汽包壓力隨時間的變化計算汽包壓力隨時間的變化率。由于實際工程測量之中包含隨機干擾，對各實時測量參數(shù)采用算術(shù)平均濾波的方法進行數(shù)據(jù)處理。其算式為y-=1nΣi-1nxi]]>式中y—算術(shù)平均值，濾波值；xi—第i次采集的測量值，i為采集序號；n—采集值的數(shù)目。汽包壓力變化率的計算，采用取四個測量值的變化率算式為Δxi=3xi+xi-1-xi-2-3xi-310Δt]]>式中Δxi—測點t時刻變化率；i—采集的次序號；Δt—采集周期(s)。
三、以爐膛溫度、汽包壓力變化率和煙氣空氣預(yù)熱器旁路風壓為模糊控制輸入?yún)?shù)，以加料持續(xù)時間和加料停止時間為控制輸出量，建立三輸入二輸出的模糊控制器。
1、系統(tǒng)的模糊變量包括A溫度偏差(BE)基本論域定義為[850℃，950℃]，量化等級范圍為[-5，+5]。預(yù)設(shè)的模糊子集為{太高，稍高，正常，稍低，太低}，用英文字頭縮寫為{TH，SH，OK，SL，TL}；B汽包壓力變化率(CE)基本論域定義為[-0.2MPa/s，0.2MPa/s]，量化等級范圍為[-3，+3]。預(yù)設(shè)的模糊子集為{大，正常，小}，用英文字頭縮寫為{B，OK，S}；C煙氣空氣預(yù)熱器風壓(GP)基本論域定義為[360mmH20，420mmH20]，量化等級范圍為[-3，+3]。預(yù)設(shè)的模糊子集為{高，正常，低}，用英文字頭縮寫為{H，OK，L}；D加料持續(xù)時間(JS)加料持續(xù)時間的基本論域定義為[90s，240s]，量化等級范圍為[-5，+5]。預(yù)設(shè)的模糊子集為{正大，正小，正常，負小，負大}，用英文字頭縮寫為{PB，PS，OK，NS，NB}；E加料停止時間(TS)加料停止時間的基本論域定義為[360s，500s]，量化等級范圍為[-3，+3]。預(yù)設(shè)的模糊子集為{大，正常，小}，用英文字頭縮寫為{B，OK，S}；2、隸屬函數(shù)的定義通過現(xiàn)有的操作者的實踐經(jīng)驗總結(jié)，可確定出在論域上用以描述Fuzzy子集的初始隸屬函數(shù)μ(x)=exp{-(x-ab)2},]]>對本控制系統(tǒng)對各控制變量采用正態(tài)型分布函數(shù)。
3、控制規(guī)則的建立根據(jù)上述各語言變量，通過現(xiàn)有的操作者手動控制策略的總結(jié)，為垃圾焚燒爐的模糊控制規(guī)則共計45條。
CE＞0(即CE量化等級為1，2，3時)

CE＝0(即CE的量化等級為0時)

CE＜0(即CE量化等級為-1，-2，-3時)

至此，我們就可以根據(jù)采樣得到的兩輸入量BE和GP以及另一輸入量CE，計算出相應(yīng)的控制量JS和TS，對所有的BE、GP中元素的所有組合全部計算出相應(yīng)的控制量變化值，采用最大隸屬度法確定相應(yīng)的控制輸出查詢結(jié)果，寫成一個矩陣形式的控制表，稱為控制查詢表。在實時控制過程中，就可以根據(jù)模糊量化后的BE、GP和CE，直接查找查詢表以獲得控制量的變化值，逆模糊化后即可作為輸出去控制被控對象。
四、根據(jù)實時測量的爐拱位置煙氣溫度和給定值計算獲得每個采樣時刻的爐拱位置煙氣溫度偏差值，設(shè)定該偏差值上下限，采用邏輯控制對主模糊控制器的輸出進行修正，約束加、停料時間。具體控制邏輯為1、當爐拱位置煙氣溫度偏差值超過上限時，說明加入垃圾量已經(jīng)過多，垃圾在爐膛內(nèi)沒有充分燃燒，隨著爐排的運動仍在燃燒的垃圾移至爐排后部到達爐拱位置，此時即使主模糊控制器輸出的加料持續(xù)時間尚未完成，該邏輯控制也立即輸出開關(guān)量使加料器停止加料。
2、當爐拱位置煙氣溫度偏差值低于下限時，說明爐內(nèi)垃圾量已經(jīng)嚴重不足，垃圾在爐膛內(nèi)早已基本燃盡，隨著爐排運動進行了較長時間的冷卻，到達爐拱位置，此時即使主模糊控制器輸出的加料停止時間尚未完成，該邏輯控制也立即輸出開關(guān)量使加料器開始加料。
3、在上下限之間則處于正常范圍，該邏輯控制無輸出。
五、設(shè)定運行時的煙氣含氧量給定值，根據(jù)實時測量的煙氣含氧量和給定值計算煙氣含氧量偏差，采用比例積分串級調(diào)節(jié)回路，調(diào)節(jié)送風機風門開度，從而改變總風量，保證煙氣含氧量不超過上限值。串級調(diào)節(jié)中，送風量調(diào)節(jié)器和調(diào)風門構(gòu)成快速響應(yīng)的內(nèi)回路，含氧量調(diào)節(jié)器起校正作用，它是串級系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器。使含氧量最終維持在給定值附近。其中送風量調(diào)節(jié)器與含氧量調(diào)節(jié)器均采用比例積分(PI)控制。氧量和送風比例積分調(diào)節(jié)離散后的算法如下
Δy＝Kp(xi-xi-1)+Kixi式中Δy-PI的輸出增量；Kp—比例系數(shù)，范圍0.5～0.91；Ki—積分系數(shù)，Ki=KpΔtTi,]]>其中Ti是積分時間，范圍80～150s；Δt為采集周期，范圍1～5s。
xi—第i次偏差值，即第i次測量值與給定值之差；xi-1—第i-1次偏差值，即第i-1次測量值與給定值之差。
六、一、二次風配比在850~950℃范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，一次風門開度保持在45％~60％，二次風門開度保持在60％~85％。在超過950℃的高溫區(qū)退出模糊控制策略和含氧量送風控制，進行壓火調(diào)節(jié)，使爐溫回落至正常范圍內(nèi)。具體的控制邏輯為1、當爐溫進入高溫區(qū)時，一次風門開度降至20％～30％，送風機風門開度降至40％～50％，二次風門開度保持不變，煙氣空氣預(yù)熱器旁路風門全開，停止加料，直至爐溫回落至正常區(qū)間；2、當爐溫達到高溫區(qū)內(nèi)+30℃警戒線時，一次風門開度降至10％以下，送風機風門開度降至25％以下，二次風門開度保持不變，煙氣空氣預(yù)熱器旁路風門全開，停止加料，直至爐溫回落至正常區(qū)間。
七、設(shè)定運行時的爐膛負壓給定值，根據(jù)實時測量的爐膛負壓和給定值計算爐膛負壓偏差，采用比例積分單回路調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)引風機風門開度，保證爐膛負壓維持在給定值。爐膛負壓比例積分控制器的計算機算法為
Δy＝Kp(xi-xi-1)+Kixi式中Δy-PI的輸出增量；Kp—比例系數(shù)，范圍0.67～1.0；Ki—積分系數(shù)，Ki=KpΔtTi,]]>其中Ti是積分時間，范圍60～130s；Δt為采集周期，范圍1～5s。
xi—第i次偏差值(第i次測量值與給定值之差)；xi-1—第i-1次偏差值(第i-1次測量值與給定值之差)。以上的所有的采集和控制過程均實時進行，給料方式采用間斷給料方式。
權(quán)利要求
1.一種垃圾焚燒爐焚燒過程的控制方法，其特征在于(1)垃圾焚燒爐由一般設(shè)計的連續(xù)加料方式改為間斷給料方式，實時測量爐膛溫度、爐拱位置煙氣溫度、煙氣空氣預(yù)熱器風壓、汽包壓力、爐膛負壓、煙氣含氧量，根據(jù)汽包壓力隨時間的變化計算汽包壓力隨時間的變化率；(2)以爐膛溫度、汽包壓力變化率和煙氣空氣預(yù)熱器風壓為模糊控制輸入?yún)?shù)，以加料持續(xù)時間和加料停止時間為控制輸出量，建立三輸入二輸出的主模糊控制器；(3)根據(jù)實時測量的爐拱位置煙氣溫度和給定值計算獲得每個采樣時刻的爐拱位置煙氣溫度偏差值，設(shè)定該偏差值上下限，作為主模糊控制器的輸出校正，約束加、停料時間；(4)設(shè)定運行時的煙氣含氧量給定值，根據(jù)實時測量的煙氣含氧量和給定值計算煙氣含氧量偏差，經(jīng)過比例積分串級調(diào)節(jié)回路，調(diào)節(jié)送風機風門開度，從而改變總風量，保證煙氣含氧量不超過上限值；(5)一、二次風配比在850～950℃范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，在超過950℃的高溫區(qū)退出模糊控制策略和含氧量送風控制，進行壓火調(diào)節(jié)，使爐溫回落至正常范圍內(nèi)；(6)設(shè)定運行時的爐膛負壓給定值，根據(jù)實時測量的爐膛負壓和給定值計算爐膛負壓偏差，經(jīng)過比例積分單回路調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)引風機風門開度，保證爐膛負壓維持在給定值。
2.如權(quán)利要求1所述的垃圾焚燒爐焚燒過程的控制方法，其特征在于所述三輸入二輸出的主模糊控制器，對三輸入量中元素的所有組合列出相應(yīng)的二控制量的矩陣形式的控制查詢表，在實時控制過程中，根據(jù)模糊量化后的三輸入量，直接查找控制查詢表以獲得控制量的變化值，逆模糊化后即可作為輸出去控制被控對象。
3.如權(quán)利要求2所述的垃圾焚燒爐焚燒過程的控制方法，其特征在于所述爐拱位置煙氣溫度偏差值超過上限時，即使主模糊控制器輸出的加料持續(xù)時間尚未完成，也立即輸出開關(guān)量使加料器停止加料；所述爐拱位置煙氣溫度偏差值低于下限時，即使主模糊控制器輸出的加料停止時間尚未完成，也立即輸出開關(guān)量使加料器開始加料。
4.如權(quán)利要求3所述的垃圾焚燒爐焚燒過程的控制方法，其特征在于(1)所述煙氣含氧量偏差經(jīng)過比例積分串級調(diào)節(jié)回路調(diào)節(jié)送風機風門開度時，比例積分調(diào)節(jié)的算法為Δy＝Kp(xi-xi-1)+Kixi式中Δy-PI的輸出增量；Kp—比例系數(shù)，范圍0.5～0.91；Ki—積分系數(shù)，Ki=KpΔtTi,]]>其中Ti是積分時間，范圍80～150s；Δt為采集周期，范圍1～5s；xi—第i次偏差值，xi-1—第i-1次偏差值，(2)所述爐膛負壓偏差經(jīng)過比例積分單回路調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)引風機風門開度時，比例積分控制器的算法和各參數(shù)含義同本權(quán)利要求中上述(1)，但其中Kp范圍0.67～1.0，Ti范圍60～130s。
全文摘要
本發(fā)明屬于燃燒過程控制領(lǐng)域，克服PID控制和連續(xù)給料方式的缺陷，避免反向調(diào)節(jié)和爐溫劇烈波動。其步驟是(1)實時測量焚燒爐諸參數(shù)，(2)以爐膛溫度、汽包壓力變化率和煙氣空氣預(yù)熱器風壓為輸入，以加料持續(xù)時間和加料停止時間為輸出，建立主模糊控制器，(3)將爐拱位置煙氣溫度偏差值作為主模糊控制器的輸出校正，(4)將煙氣含氧量偏差，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)送風機風門開度，(5)一二次風配比超過950℃退出模糊控制策略和含氧量送風控制，進行壓火調(diào)節(jié)，(6)將爐膛負壓偏差，經(jīng)過比例積分單回路調(diào)節(jié)引風機風門開度。排除了連續(xù)給料料層過厚、燃盡率較低的缺點，適用于各種爐排式垃圾焚燒爐的燃燒過程控制。
文檔編號F23G5/50GK1479037SQ03128298
公開日2004年3月3日 申請日期2003年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月8日
發(fā)明者陸繼東, 沈凱, 董統(tǒng)永, 昌鵬 申請人:華中科技大學