專利名稱：：生活垃圾焚燒爐燃燒過(guò)程控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及了一種城市生活垃圾焚燒爐燃燒過(guò)程控制方法。
背景技術(shù)：
：隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，人們生活水平的不斷提高，每天源源不斷大量產(chǎn)生的城市生活垃圾，已成為一個(gè)污染環(huán)境、影響生活的社會(huì)問(wèn)題。為了貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，必須對(duì)城市生活垃圾進(jìn)行無(wú)害化、減量化、資源化處理。形勢(shì)的發(fā)展呼喚生活垃圾焚燒處理技術(shù)的誕生，設(shè)備如不能實(shí)現(xiàn)燃燒過(guò)程控制全自動(dòng)，運(yùn)行操作人員的工作量還較大，過(guò)多的人為操作，帶來(lái)的的操作失誤也較多，使得垃圾焚燒鍋爐爐膛溫度只能控制在800℃±100℃范圍內(nèi)，而燃燒過(guò)程的不穩(wěn)定又加重了二次污染物的產(chǎn)生及鍋爐管的腐蝕問(wèn)題。本發(fā)明針對(duì)上述這些問(wèn)題，對(duì)垃圾焚燒爐的燃燒穩(wěn)定性及垃圾焚燒過(guò)程中的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題進(jìn)行了大量細(xì)致的研究，對(duì)垃圾焚燒過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，開(kāi)發(fā)了一套適合于垃圾焚燒爐使用的先進(jìn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了先進(jìn)控制理論——模糊控制，通過(guò)改進(jìn)焚燒控制方式，實(shí)現(xiàn)了低污染、低腐蝕、穩(wěn)定的垃圾燃燒過(guò)程，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度以及為進(jìn)一步降低二次污染和減弱高溫腐蝕奠定了基礎(chǔ)。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明基于對(duì)輸入量的模糊控制模式自動(dòng)控制，輸出語(yǔ)言變量給執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行垃圾焚燒爐控制，其特征在于垃圾焚燒爐的爐膛溫度，爐膛溫度變化率，煙氣空氣預(yù)熱器風(fēng)壓變量信號(hào)輸入至基本模糊控制器，模糊控制器輸出給料器加料工作時(shí)間、給料器加料間隔時(shí)間、鼓風(fēng)機(jī)擋板位置、一次風(fēng)擋板位置和煙氣空氣預(yù)熱器旁路擋板位置語(yǔ)言變量控制垃圾焚燒爐。本發(fā)明所述的基本模糊控制器是三輸入多輸出的控制器，主要通過(guò)控制給料量和給料時(shí)間來(lái)控制垃圾焚燒爐的爐膛溫度，同時(shí)配合爐膛溫度的調(diào)節(jié)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)和煙氣空氣預(yù)熱器旁路風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整。所述的輸入設(shè)定模塊主要功能是實(shí)現(xiàn)溫度誤差輸入?yún)?shù)和風(fēng)壓輸入?yún)?shù)以及溫度變化趨勢(shì)的設(shè)定工作，主要的設(shè)定參數(shù)包括溫度誤差和風(fēng)壓以及溫度變化趨勢(shì)的基本論域上下限，量化等級(jí)上下限以及溫度誤差和風(fēng)壓以及溫度變化趨勢(shì)的賦值。所述的輸出設(shè)定模塊主要功能是實(shí)現(xiàn)加料時(shí)間變化量輸出參數(shù)、一次風(fēng)擋板位置輸出參數(shù)和加料啟停時(shí)間輸出參數(shù)的設(shè)定工作，主要的設(shè)定參數(shù)包括加料時(shí)間變化量、一次風(fēng)擋板位置、加料啟停時(shí)間的基本論域上下限，量化等級(jí)上下限以及加料時(shí)間變化量、一次風(fēng)擋板位置、加料啟停時(shí)間的賦值。本發(fā)明選取基本模糊控制器的輸入爐膛溫度的語(yǔ)言變量＝太高，稍高，正常，稍低，太低；輸入風(fēng)壓的語(yǔ)言變量＝高，正常，低。選取基本模糊控制器的輸出給料器加料工作時(shí)間的語(yǔ)言變量＝正大，正小，正常，負(fù)小，負(fù)大；一次風(fēng)擋板位置的語(yǔ)言變量＝大，正常，?。唤o料器加料間隔時(shí)間的語(yǔ)言變量＝大，正常，小。本發(fā)明基本模糊控制器包括燃燒穩(wěn)定性控制算法軟件、MicrosoftAccess數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和FIX監(jiān)控系統(tǒng)軟件；其中燃燒穩(wěn)定性控制軟件用于進(jìn)行控制算法的在線計(jì)算，獲取控制輸出值。所述的MicrosoftAccess數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包括兩個(gè)表格鏈庫(kù)inputtable和outputtable，inputtable用于存儲(chǔ)溫度、風(fēng)壓等進(jìn)行控制算法計(jì)算所必須的監(jiān)測(cè)量，outputtable用于存儲(chǔ)控制算法軟件的計(jì)算結(jié)果。所述的FIX監(jiān)控系統(tǒng)軟件則向數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)傳輸監(jiān)測(cè)量并獲取控制輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)燃燒的自動(dòng)控制。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有低污染、低腐蝕、穩(wěn)定的垃圾燃燒過(guò)程，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度以及為進(jìn)一步降低二次污染和減弱高溫腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。圖1是本發(fā)明控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸方框圖。圖2是本發(fā)明軟件流程圖。圖3是本發(fā)明語(yǔ)言變量爐膛溫度的賦值表。圖4是本發(fā)明語(yǔ)言變量GAH風(fēng)壓的賦值表。圖5是本發(fā)明語(yǔ)言變量爐膛溫度變化率的賦值表。圖6是本發(fā)明語(yǔ)言變量給料器加料工作時(shí)間的賦值表。圖7是本發(fā)明語(yǔ)言變量一次風(fēng)擋板位置的賦值表。圖8是本發(fā)明語(yǔ)言變量給料器加料間隔時(shí)間的賦值表。具體實(shí)施例下面結(jié)合對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述如圖1所示，由于垃圾焚燒爐的燃燒過(guò)程是強(qiáng)耦合的多輸入多輸出非線性系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)特性隨著運(yùn)行工況的變化而大幅度變化，且各環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性差異很大，存在慣性、滯后、非線性、時(shí)變、工作環(huán)境和干擾的不確定性，很難獲得精確的數(shù)學(xué)模型，即使獲得精確的數(shù)學(xué)模型，必須提出并遵循一些比較苛刻的假設(shè)，而在應(yīng)用中這些假設(shè)往往與實(shí)際不符，因此使得傳統(tǒng)的控制理論在焚燒爐的燃燒過(guò)程中無(wú)法收到良好的控制效果。但是熟練的操作工人往往可以對(duì)焚燒爐燃燒過(guò)程進(jìn)行有效的控制。操作者對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制時(shí)主要是通過(guò)不斷學(xué)習(xí)，積累操作經(jīng)驗(yàn)。這些經(jīng)驗(yàn)包括他對(duì)被控對(duì)象特性的了解及在各種情況下的控制策略、性能指標(biāo)判據(jù)。然后根據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)建立起一組用自然語(yǔ)言形式表達(dá)的具有模糊性的行之有效的控制規(guī)則，來(lái)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。這就是所謂的模糊控制，它不要求已知受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，卻能很好地解決了大量常規(guī)控制難以解決的控制難題，基于以上考慮，選定模糊控制的方法對(duì)給料和配風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，以維持焚燒爐穩(wěn)定燃燒。傳統(tǒng)控制在垃圾焚燒爐燃燒控制上應(yīng)用的局限性由于爐溫不穩(wěn)定的主要原因在于燃料的多變性和不穩(wěn)定性，因此傳統(tǒng)的控制手段的控制模型無(wú)法對(duì)其進(jìn)行較為準(zhǔn)確的描述。模糊控制的優(yōu)勢(shì)所在·不需要精確的數(shù)學(xué)模型；·非專業(yè)性，是一種基于經(jīng)驗(yàn)的控制策略；·具有極好的穩(wěn)定特性和魯棒特性；·具有較好的經(jīng)濟(jì)性?；诶贌に?，垃圾焚燒爐爐膛溫度的穩(wěn)定是保證垃圾燃燒完全、減輕二次污染的重要標(biāo)志。根據(jù)我們的控制目標(biāo)主要是對(duì)爐溫進(jìn)行控制，期望燃燒時(shí)爐溫盡量保持穩(wěn)定，因此垃圾焚燒爐的爐膛溫度是模糊控制系統(tǒng)中一個(gè)不可缺少的輸入變量；同樣爐膛溫度的變化趨勢(shì)、速度和水平也可以在一定程度上反映當(dāng)前爐內(nèi)垃圾的燃盡情況和垃圾的熱值高低。當(dāng)溫度變化率明顯向升溫方向變大時(shí)說(shuō)明垃圾熱值較大或爐內(nèi)未燃的垃圾量較大；當(dāng)溫度變化率明顯向降溫方向變化時(shí)說(shuō)明垃圾熱值較小或爐內(nèi)垃圾已基本燒空。因此，爐膛溫度變化率也是爐溫模糊控制系統(tǒng)中一個(gè)很重要的輸入?yún)?shù)。另外根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)，GAH(煙氣空氣預(yù)熱器)風(fēng)壓在部分情況下是衡量料層厚薄狀況的重要參數(shù)，通過(guò)對(duì)料層厚度進(jìn)行監(jiān)測(cè)就可以對(duì)垃圾的燃盡狀況進(jìn)行初步的判斷，當(dāng)風(fēng)壓較高時(shí)說(shuō)明爐內(nèi)尚有大量垃圾沒(méi)有充分燃燒，當(dāng)風(fēng)壓較低時(shí)，說(shuō)明爐內(nèi)垃圾已經(jīng)基本燃盡，因此GAH風(fēng)壓作為控制輸入?yún)?shù)也是合適的。在實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒爐燃燒自控時(shí)，模擬工人的操作，在完整的一次加料過(guò)程中，包括了加多長(zhǎng)時(shí)間的料，即加料時(shí)間；接著料層達(dá)到一定程度，考慮停止加料時(shí)，垃圾在爐排上的停留時(shí)間，即停料時(shí)間；另外，在這同時(shí)，還要根據(jù)垃圾在爐內(nèi)的燃燒狀況來(lái)配風(fēng)，包括一次風(fēng)和送風(fēng)機(jī)的控制，在就是溫度過(guò)高有打開(kāi)GAH旁路風(fēng)量和壓風(fēng)門(mén)的操作。綜合以上情況可以看出利用風(fēng)壓再配合其它參數(shù)就可以較好的反映爐內(nèi)的燃燒狀況，故最終采用以爐膛溫度、爐膛溫度變化率以及GAH風(fēng)壓為控制輸入量，以對(duì)爐膛溫度和GAH風(fēng)壓影響顯著的加料器加料時(shí)間、一次風(fēng)擋板位置及GAH旁路風(fēng)量擋板位置為控制輸出量的控制方案。其中加料器與爐排的動(dòng)作，一次風(fēng)量、GAH旁路風(fēng)量與總風(fēng)量在垃圾焚燒過(guò)程中均保持一定配合關(guān)系。如圖2所示，軟件的核心是模糊控制算法，該模糊控制單元是三輸入多輸出的控制器，主要通過(guò)控制給料量和給料時(shí)間來(lái)控制垃圾焚燒爐的爐膛溫度，減小溫度波動(dòng)，維持燃燒的穩(wěn)定；同時(shí)配合爐膛溫度的調(diào)節(jié)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)和煙氣空氣預(yù)熱器旁路風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整。輸出設(shè)定模塊主要功能是實(shí)現(xiàn)加料時(shí)間變化量輸出參數(shù)、一次風(fēng)擋板位置輸出參數(shù)和加料啟停時(shí)間輸出參數(shù)的設(shè)定工作，主要的設(shè)定參數(shù)包括加料時(shí)間變化量、一次風(fēng)擋板位置和加料啟停時(shí)間的基本論域上下限，量化等級(jí)上下限以及加料時(shí)間變化量、一次風(fēng)擋板位置和加料啟停時(shí)間的賦值表。模塊界面包括基本論域和量化等級(jí)編輯欄、賦值表以及賦值表各語(yǔ)言變量的說(shuō)明。燃燒穩(wěn)定性控制系統(tǒng)包括燃燒穩(wěn)定性控制算法軟件、MicrosoftAccess數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和FIX監(jiān)控系統(tǒng)軟件。其中燃燒穩(wěn)定性控制軟件用于進(jìn)行控制算法的在線計(jì)算，獲取控制輸出值；MicrosoftAccess數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包括兩個(gè)表格鏈庫(kù)(inputtable和outputtable)，inputtable用于存儲(chǔ)溫度、風(fēng)壓等進(jìn)行控制算法計(jì)算所必須的監(jiān)測(cè)量，outputtable用于存儲(chǔ)控制算法軟件的計(jì)算結(jié)果；FIX監(jiān)控系統(tǒng)軟件則向數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)傳輸監(jiān)測(cè)量并獲取控制輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)燃燒的自動(dòng)控制。如圖3-圖8所示，根據(jù)上述垃圾焚燒爐控制方案，選取基本Fuzzy控制器的輸入語(yǔ)言變量為爐膛溫度BE和GAH風(fēng)壓GP，輸出語(yǔ)言變量為給料器加料工作時(shí)間JS、一次風(fēng)擋板位置YD和給料器加料間隔時(shí)間TS，分別選擇語(yǔ)言變量BE、GP、JS、YD和TS的語(yǔ)言值如下BE＝{太高，稍高，正常，稍低，太低}，簡(jiǎn)記為BE＝{TH，SH，OK，SL，TL}；GP＝{高，正常，低}，簡(jiǎn)記為GP＝{H，OK，L}；JS＝{正大，正小，正常，負(fù)小，負(fù)大}，簡(jiǎn)記為JS＝{PB，PS，OK，NS，NB}；YD＝{大，正常，小}，簡(jiǎn)記為YD＝{B，OK，S}；TS＝{大，正常，小}，簡(jiǎn)記為T(mén)S＝{B，OK，S}。選定BE的論域X＝{-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5}，則得誤差e的量化因子ke＝5/50。同理，可寫(xiě)出其他變量的論域和量化因子或比例因子，直接在賦值表里可反映出來(lái)。至此，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X上用以描述Fuzzy子集TH，…，TL的初始隸屬函數(shù)μ(x)=exp{-(x-ab)2},]]>這里暫取正態(tài)型分布函數(shù)，該隸屬函數(shù)經(jīng)由實(shí)際數(shù)據(jù)在Matlab的模糊控制工具箱的隸屬函數(shù)編輯模塊中進(jìn)行修正，并據(jù)此建立語(yǔ)言變量BE的賦值表。同理可以獲得相應(yīng)的其它控制輸入和輸出量GP、JS、YD、TS的語(yǔ)言變量的賦值表。權(quán)利要求1.一種生活垃圾焚燒爐燃燒過(guò)程控制方法，基于對(duì)輸入量的模糊控制模式自動(dòng)控制，輸出語(yǔ)言變量給執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行垃圾焚燒爐控制，其特征在于垃圾焚燒爐的爐膛溫度，爐膛溫度變化率，煙氣空氣預(yù)熱器風(fēng)壓變量信號(hào)輸入至基本模糊控制器，模糊控制器輸出給料器加料工作時(shí)間、給料器加料間隔時(shí)間、鼓風(fēng)機(jī)擋板位置、一次風(fēng)擋板位置和煙氣空氣預(yù)熱器旁路擋板位置語(yǔ)言變量控制垃圾焚燒爐。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生活垃圾焚燒爐燃燒過(guò)程控制方法，其特征在于所述的基本模糊控制器是三輸入多輸出的控制器，主要通過(guò)控制給料量和給料時(shí)間來(lái)控制垃圾焚燒爐的爐膛溫度，同時(shí)配合爐膛溫度的調(diào)節(jié)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)和煙氣空氣預(yù)熱器旁路風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生活垃圾焚燒爐燃燒過(guò)程控制方法，其特征在于所述的輸入設(shè)定模塊主要功能是實(shí)現(xiàn)溫度誤差輸入?yún)?shù)和風(fēng)壓輸入?yún)?shù)以及溫度變化趨勢(shì)的設(shè)定工作，主要的設(shè)定參數(shù)包括溫度誤差和風(fēng)壓以及溫度變化趨勢(shì)的基本論域上下限，量化等級(jí)上下限以及溫度誤差和風(fēng)壓以及溫度變化趨勢(shì)的賦值。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生活垃圾焚燒爐燃燒過(guò)程控制方法，其特征在于所述的輸出設(shè)定模塊主要功能是實(shí)現(xiàn)加料時(shí)間變化量輸出參數(shù)、一次風(fēng)擋板位置輸出參數(shù)和加料啟停時(shí)間輸出參數(shù)的設(shè)定工作，主要的設(shè)定參數(shù)包括加料時(shí)間變化量、一次風(fēng)擋板位置和加料啟停時(shí)間的基本論域上下限，量化等級(jí)上下限以及加料時(shí)間變化量、一次風(fēng)擋板位置和加料啟停時(shí)間的賦值。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生活垃圾焚燒爐燃燒過(guò)程控制方法，其特征在于所述的選取基本模糊控制器的輸入爐膛溫度的語(yǔ)言變量＝太高，稍高，正常，稍低，太低；輸入風(fēng)壓的語(yǔ)言變量＝高，正常，低。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生活垃圾焚燒爐燃燒過(guò)程控制方法，其特征在于所述的選取基本模糊控制器的輸出給料器加料工作時(shí)間的語(yǔ)言變量＝正大，正小，正常，負(fù)小，負(fù)大；一次風(fēng)擋板位置的語(yǔ)言變量＝大，正常，小；給料器加料間隔時(shí)間的語(yǔ)言變量＝大，正常，小。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生活垃圾焚燒爐燃燒過(guò)程控制方法，其特征在于所述的基本模糊控制器包括燃燒穩(wěn)定性控制算法軟件、MicrosoftAccess數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和FIX監(jiān)控系統(tǒng)軟件；其中燃燒穩(wěn)定性控制軟件用于進(jìn)行控制算法的在線計(jì)算，獲取控制輸出值。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生活垃圾焚燒爐燃燒過(guò)程控制方法，其特征在于所述的MicrosoftAccess數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包括兩個(gè)表格鏈庫(kù)inputtable和outputtable，inputtable用于存儲(chǔ)溫度、風(fēng)壓等進(jìn)行控制算法計(jì)算所必須的監(jiān)測(cè)量，outputtable用于存儲(chǔ)控制算法軟件的計(jì)算結(jié)果。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生活垃圾焚燒爐燃燒過(guò)程控制方法，其特征在于所述的FIX監(jiān)控系統(tǒng)軟件則向數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)傳輸監(jiān)測(cè)量并獲取控制輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)燃燒的自動(dòng)控制。全文摘要本發(fā)明涉及了一種城市生活垃圾焚燒爐燃燒過(guò)程控制方法。本發(fā)明基于對(duì)輸入量的模糊控制模式自動(dòng)控制，輸出語(yǔ)言變量給執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行垃圾焚燒爐控制，其特征在于垃圾焚燒爐的爐膛溫度，爐膛溫度變化率，煙氣空氣預(yù)熱器風(fēng)壓變量信號(hào)輸入至基本模糊控制器，模糊控制器輸出給料器加料工作時(shí)間、給料器加料間隔時(shí)間、鼓風(fēng)機(jī)擋板位置、一次風(fēng)擋板位置和煙氣空氣預(yù)熱器旁路擋板位置語(yǔ)言變量控制垃圾焚燒爐。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有低污染、低腐蝕、穩(wěn)定的垃圾燃燒過(guò)程，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度以及為進(jìn)一步降低二次污染和減弱高溫腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。文檔編號(hào)F23G5/50GK1515823SQ0311356公開(kāi)日2004年7月28日申請(qǐng)日期2003年1月10日優(yōu)先權(quán)日2003年1月10日發(fā)明者龔佰勛,陸繼東,曹學(xué)義,姜宗順,袁宏偉,羅國(guó)鵬,陳紅忠,林文鋒,李兆球,沈凱申請(qǐng)人:深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠