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

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)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(guò)程的控制方法，它適用于爐排式垃圾焚燒爐焚燒自動(dòng)控制過(guò)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(dòng)的問(wèn)題。
本發(fā)明的一種垃圾焚燒爐焚燒過(guò)程的控制方法，其特征在于(1)垃圾焚燒爐由一般設(shè)計(jì)的連續(xù)加料方式改為間斷給料方式，實(shí)時(shí)測(cè)量爐膛溫度、爐拱位置煙氣溫度、煙氣空氣預(yù)熱器風(fēng)壓、汽包壓力、爐膛負(fù)壓、煙氣含氧量，根據(jù)汽包壓力隨時(shí)間的變化計(jì)算汽包壓力隨時(shí)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(fēng)壓為模糊控制輸入?yún)?shù)，以加料持續(xù)時(shí)間和加料停止時(shí)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(shí)時(shí)測(cè)量的爐拱位置煙氣溫度和給定值計(jì)算獲得每個(gè)采樣時(shí)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(shí)間；(4)設(shè)定運(yùn)行時(shí)的煙氣含氧量給定值，根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量的煙氣含氧量和給定值計(jì)算煙氣含氧量偏差，經(jīng)過(guò)比例積分串級(jí)調(diào)節(jié)回路，調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度，從而改變總風(fēng)量，保證煙氣含氧量不超過(guò)上限值；(5)一、二次風(fēng)配比在850～950℃范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，在超過(guò)950℃的高溫區(qū)退出模糊控制策略和含氧量送風(fēng)控制，進(jìn)行壓火調(diào)節(jié)，使?fàn)t溫回落至正常范圍內(nèi)；(6)設(shè)定運(yùn)行時(shí)的爐膛負(fù)壓給定值，根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量的爐膛負(fù)壓和給定值計(jì)算爐膛負(fù)壓偏差，經(jīng)過(guò)比例積分單回路調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度，保證爐膛負(fù)壓維持在給定值。
所述的垃圾焚燒爐焚燒過(guò)程的控制方法，其進(jìn)一步的特征在于所述三輸入二輸出的主模糊控制器，對(duì)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(shí)時(shí)控制過(guò)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(duì)象。
所述的垃圾焚燒爐焚燒過(guò)程的控制方法，其更進(jìn)一步的特征在于所述爐拱位置煙氣溫度偏差值超過(guò)上限時(shí)，即使主模糊控制器輸出的加料持續(xù)時(shí)間尚未完成，也立即輸出開(kāi)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(shí)，即使主模糊控制器輸出的加料停止時(shí)間尚未完成，也立即輸出開(kāi)關(guān)量使加料器開(kāi)始加料。
所述的垃圾焚燒爐焚燒過(guò)程的控制方法(1)所述煙氣含氧量偏差經(jīng)過(guò)比例積分串級(jí)調(diào)節(jié)回路調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度時(shí)，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(shí)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(fù)壓偏差經(jīng)過(guò)比例積分單回路調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度時(shí)，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(shí)間長(zhǎng)短、停料的時(shí)間長(zhǎng)短以及加停料的時(shí)機(jī)均由模糊控制策略加以控制，排除了連續(xù)給料料層過(guò)厚、燃盡率較低的缺點(diǎn)。控制系統(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(lái)的誤動(dòng)作的可能，增強(qiáng)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(duì)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(guó)垃圾未經(jīng)分選直接焚燒及熱值較低的特點(diǎn)，適用于各種爐排式垃圾焚燒爐的燃燒過(guò)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(gè)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(fēng)控制、高溫區(qū)壓火控制、爐膛負(fù)壓控制。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過(guò)程為一、首先在爐排中部距爐拱水平方向1.5～2.0m，標(biāo)高8.0～9.0m處設(shè)爐膛溫度測(cè)點(diǎn)；爐拱正下方0.4～0.8m處設(shè)爐拱位置煙氣溫度測(cè)點(diǎn)；煙氣空氣預(yù)熱器出口2～3m處設(shè)煙氣空氣預(yù)熱器風(fēng)壓測(cè)點(diǎn)；汽包處設(shè)汽包壓力測(cè)點(diǎn)；標(biāo)高14～15m，爐膛軸線上設(shè)爐膛負(fù)壓測(cè)點(diǎn)；爐膛出口進(jìn)余熱鍋爐前標(biāo)高21～22m處設(shè)煙氣含氧量測(cè)點(diǎn)。
二、實(shí)時(shí)測(cè)量爐膛溫度、爐拱位置煙氣溫度、煙氣空氣預(yù)熱器風(fēng)壓、汽包壓力、爐膛負(fù)壓、煙氣含氧量并輸入計(jì)算機(jī)。根據(jù)汽包壓力隨時(shí)間的變化計(jì)算汽包壓力隨時(shí)間的變化率。由于實(shí)際工程測(cè)量之中包含隨機(jī)干擾，對(duì)各實(shí)時(shí)測(cè)量參數(shù)采用算術(shù)平均濾波的方法進(jìn)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(cè)量值，i為采集序號(hào)；n—采集值的數(shù)目。汽包壓力變化率的計(jì)算，采用取四個(gè)測(cè)量值的變化率算式為Δxi=3xi+xi-1-xi-2-3xi-310Δt]]>式中Δxi—測(cè)點(diǎn)t時(shí)刻變化率；i—采集的次序號(hào)；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(fēng)壓為模糊控制輸入?yún)?shù)，以加料持續(xù)時(shí)間和加料停止時(shí)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(jí)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(xiě)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(jí)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(xiě)為{B，OK，S}；C煙氣空氣預(yù)熱器風(fēng)壓(GP)基本論域定義為[360mmH20，420mmH20]，量化等級(jí)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(xiě)為{H，OK，L}；D加料持續(xù)時(shí)間(JS)加料持續(xù)時(shí)間的基本論域定義為[90s，240s]，量化等級(jí)范圍為[-5，+5]。預(yù)設(shè)的模糊子集為{正大，正小，正常，負(fù)小，負(fù)大}，用英文字頭縮寫(xiě)為{PB，PS，OK，NS，NB}；E加料停止時(shí)間(TS)加料停止時(shí)間的基本論域定義為[360s，500s]，量化等級(jí)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(xiě)為{B，OK，S}；2、隸屬函數(shù)的定義通過(guò)現(xiàn)有的操作者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(duì)本控制系統(tǒng)對(duì)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(yǔ)言變量，通過(guò)現(xiàn)有的操作者手動(dòng)控制策略的總結(jié)，為垃圾焚燒爐的模糊控制規(guī)則共計(jì)45條。
CE＞0(即CE量化等級(jí)為1，2，3時(shí))

CE＝0(即CE的量化等級(jí)為0時(shí))

CE＜0(即CE量化等級(jí)為-1，-2，-3時(shí))

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(jì)算出相應(yīng)的控制量JS和TS，對(duì)所有的BE、GP中元素的所有組合全部計(jì)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(xiě)成一個(gè)矩陣形式的控制表，稱為控制查詢表。在實(shí)時(shí)控制過(guò)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(duì)象。
四、根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量的爐拱位置煙氣溫度和給定值計(jì)算獲得每個(gè)采樣時(shí)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(duì)主模糊控制器的輸出進(jìn)行修正，約束加、停料時(shí)間。具體控制邏輯為1、當(dāng)爐拱位置煙氣溫度偏差值超過(guò)上限時(shí)，說(shuō)明加入垃圾量已經(jīng)過(guò)多，垃圾在爐膛內(nèi)沒(méi)有充分燃燒，隨著爐排的運(yùn)動(dòng)仍在燃燒的垃圾移至爐排后部到達(dá)爐拱位置，此時(shí)即使主模糊控制器輸出的加料持續(xù)時(shí)間尚未完成，該邏輯控制也立即輸出開(kāi)關(guān)量使加料器停止加料。
2、當(dāng)爐拱位置煙氣溫度偏差值低于下限時(shí)，說(shuō)明爐內(nèi)垃圾量已經(jīng)嚴(yán)重不足，垃圾在爐膛內(nèi)早已基本燃盡，隨著爐排運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的冷卻，到達(dá)爐拱位置，此時(shí)即使主模糊控制器輸出的加料停止時(shí)間尚未完成，該邏輯控制也立即輸出開(kāi)關(guān)量使加料器開(kāi)始加料。
3、在上下限之間則處于正常范圍，該邏輯控制無(wú)輸出。
五、設(shè)定運(yùn)行時(shí)的煙氣含氧量給定值，根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量的煙氣含氧量和給定值計(jì)算煙氣含氧量偏差，采用比例積分串級(jí)調(diào)節(jié)回路，調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度，從而改變總風(fēng)量，保證煙氣含氧量不超過(guò)上限值。串級(jí)調(diào)節(jié)中，送風(fēng)量調(diào)節(jié)器和調(diào)風(fēng)門(mén)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(jí)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(fēng)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(fēng)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(shí)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(cè)量值與給定值之差；xi-1—第i-1次偏差值，即第i-1次測(cè)量值與給定值之差。
六、一、二次風(fēng)配比在850~950℃范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，一次風(fēng)門(mén)開(kāi)度保持在45％~60％，二次風(fēng)門(mén)開(kāi)度保持在60％~85％。在超過(guò)950℃的高溫區(qū)退出模糊控制策略和含氧量送風(fēng)控制，進(jìn)行壓火調(diào)節(jié)，使?fàn)t溫回落至正常范圍內(nèi)。具體的控制邏輯為1、當(dāng)爐溫進(jìn)入高溫區(qū)時(shí)，一次風(fēng)門(mén)開(kāi)度降至20％～30％，送風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度降至40％～50％，二次風(fēng)門(mén)開(kāi)度保持不變，煙氣空氣預(yù)熱器旁路風(fēng)門(mén)全開(kāi)，停止加料，直至爐溫回落至正常區(qū)間；2、當(dāng)爐溫達(dá)到高溫區(qū)內(nèi)+30℃警戒線時(shí)，一次風(fēng)門(mén)開(kāi)度降至10％以下，送風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度降至25％以下，二次風(fēng)門(mén)開(kāi)度保持不變，煙氣空氣預(yù)熱器旁路風(fēng)門(mén)全開(kāi)，停止加料，直至爐溫回落至正常區(qū)間。
七、設(shè)定運(yùn)行時(shí)的爐膛負(fù)壓給定值，根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量的爐膛負(fù)壓和給定值計(jì)算爐膛負(fù)壓偏差，采用比例積分單回路調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度，保證爐膛負(fù)壓維持在給定值。爐膛負(fù)壓比例積分控制器的計(jì)算機(jī)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(shí)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(cè)量值與給定值之差)；xi-1—第i-1次偏差值(第i-1次測(cè)量值與給定值之差)。以上的所有的采集和控制過(guò)程均實(shí)時(shí)進(jìn)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(guò)程的控制方法，其特征在于(1)垃圾焚燒爐由一般設(shè)計(jì)的連續(xù)加料方式改為間斷給料方式，實(shí)時(shí)測(cè)量爐膛溫度、爐拱位置煙氣溫度、煙氣空氣預(yù)熱器風(fēng)壓、汽包壓力、爐膛負(fù)壓、煙氣含氧量，根據(jù)汽包壓力隨時(shí)間的變化計(jì)算汽包壓力隨時(shí)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(fēng)壓為模糊控制輸入?yún)?shù)，以加料持續(xù)時(shí)間和加料停止時(shí)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(shí)時(shí)測(cè)量的爐拱位置煙氣溫度和給定值計(jì)算獲得每個(gè)采樣時(shí)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(shí)間；(4)設(shè)定運(yùn)行時(shí)的煙氣含氧量給定值，根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量的煙氣含氧量和給定值計(jì)算煙氣含氧量偏差，經(jīng)過(guò)比例積分串級(jí)調(diào)節(jié)回路，調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度，從而改變總風(fēng)量，保證煙氣含氧量不超過(guò)上限值；(5)一、二次風(fēng)配比在850～950℃范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，在超過(guò)950℃的高溫區(qū)退出模糊控制策略和含氧量送風(fēng)控制，進(jìn)行壓火調(diào)節(jié)，使?fàn)t溫回落至正常范圍內(nèi)；(6)設(shè)定運(yùn)行時(shí)的爐膛負(fù)壓給定值，根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量的爐膛負(fù)壓和給定值計(jì)算爐膛負(fù)壓偏差，經(jīng)過(guò)比例積分單回路調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度，保證爐膛負(fù)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(guò)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(duì)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(shí)時(shí)控制過(guò)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(duì)象。
3.如權(quán)利要求2所述的垃圾焚燒爐焚燒過(guò)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(guò)上限時(shí)，即使主模糊控制器輸出的加料持續(xù)時(shí)間尚未完成，也立即輸出開(kāi)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(shí)，即使主模糊控制器輸出的加料停止時(shí)間尚未完成，也立即輸出開(kāi)關(guān)量使加料器開(kāi)始加料。
4.如權(quán)利要求3所述的垃圾焚燒爐焚燒過(guò)程的控制方法，其特征在于(1)所述煙氣含氧量偏差經(jīng)過(guò)比例積分串級(jí)調(diào)節(jié)回路調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度時(shí)，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(shí)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(fù)壓偏差經(jīng)過(guò)比例積分單回路調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度時(shí)，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(guò)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(dòng)。其步驟是(1)實(shí)時(shí)測(cè)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(fēng)壓為輸入，以加料持續(xù)時(shí)間和加料停止時(shí)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(guò)比例積分調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度，(5)一二次風(fēng)配比超過(guò)950℃退出模糊控制策略和含氧量送風(fēng)控制，進(jìn)行壓火調(diào)節(jié)，(6)將爐膛負(fù)壓偏差，經(jīng)過(guò)比例積分單回路調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)開(kāi)度。排除了連續(xù)給料料層過(guò)厚、燃盡率較低的缺點(diǎn)，適用于各種爐排式垃圾焚燒爐的燃燒過(guò)程控制。
文檔編號(hào)F23G5/50GK1479037SQ03128298
公開(kāi)日2004年3月3日 申請(qǐng)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(qǐng)人:華中科技大學(xué)