專利名稱：廢物燃燒過程的模擬和控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及廢物燃燒和焚燒領域。它源自分別如權利要求1、9和10的前序部分中所述的對廢物焚燒工廠中的廢物燃燒過程建模的方法以及用于控制廢物焚燒工廠的設備和用于模擬廢物燃燒過程的設備。
背景技術：
在廢物焚燒工廠中處理城市和工業(yè)廢物，以減少沉積的廢物體積，以及將廢物中對環(huán)境有害的成份諸如芳(族)烴或有機溶劑轉化為無害的混合物。日益增加的將被處理的廢物數(shù)量導致了具有多條軌道的焚燒工廠，該焚燒工廠能夠每小時焚燒幾十噸廢物。所謂的廢物能源工廠(waste-to-energy plant)不僅僅將廢物焚燒成灰燼，它們還將燃燒熱轉換成蒸汽，例如區(qū)域供熱，和/或電能，從而提高工廠的整體效率。
用于廢氣和灰燼處理及能量轉換的專門高級的裝置增加了該工廠的復雜性，因此需要合適的控制技術。然而，由于復雜的化學過程和不穩(wěn)定的燃料質量，迄今為止沒有足夠的控制技術能夠代替專業(yè)操作者。此外，在爐子的相關位置沒有直接測量可利用的傳感器數(shù)據(jù)，從而導致在控制參數(shù)變化之前數(shù)十秒鐘的中斷將通過傳感器被記錄下來。
試運轉和運行廢物焚燒工廠中的關鍵問題是廢物成份的可變性，從而導致燃燒溫度和廢氣成分及流量的波動。具體地，廢物的熱值或濕氣含量、或者諸如砂石或砂礫之類物品的數(shù)量或者諸如金屬之類的不易燃燒的材料可能在廢物中很大程度地變化。
在廢物焚燒工廠中可被使用以影響燃燒進程的最重要的控制參數(shù)是初級和次級燃燒空氣的質量流、空氣溫度(如果對助燃空氣的預加熱是可行的)、返回的廢氣的數(shù)量、廢物數(shù)量或者供給的燃料及傳遞速度或往復爐排(grate)的燒火速度。在使可被處理的廢物數(shù)量最大化和/或使空氣污染排放數(shù)量最小化的目的下，這些參數(shù)依據(jù)廢物中水分含量的預期或非預期的變化及熱值必須被優(yōu)化。另一目的是將剩余灰燼中碳的數(shù)量限制在由環(huán)境法所給出的確定界限之下，或者限制爐內的火焰溫度以保護墻磚，從而延長其壽命。
依據(jù)專利US 5,606,924，響應于通過紅外照相機確定的燃料塊的溫度分布、在燃料氣體中檢測到的氧氣含量或者產(chǎn)生的蒸汽質量流，可以調整燃燒進程。為了提高爐子性能對蒸汽輸出要求的適應性，以及影響廢氣的成分，該專利建議檢測在爐排中至少一部分上的燃料塊的三維分布。在不同角度使用雷達或將多個攝像機指向燃料塊來掃描燃料塊周邊，進而推斷出在各個區(qū)域中由燃燒局部釋放的能量數(shù)量。
在專利US 6,644,222B1中，公開了一種用于廢物連續(xù)熱燃燒的系統(tǒng)，包括產(chǎn)生與例如產(chǎn)生的蒸汽數(shù)量的目標和實際值之間差值成比例的控制信號的控制器，并且作用在供給蒸氣數(shù)量和/或助燃空氣的流量上。該系統(tǒng)進一步包括影響目標值的保護電路，以預防相關于燃料的低熱值的某種類型的故障。
模型預測控制(MPC)是解決優(yōu)化控制問題的過程，其包括關于系統(tǒng)輸出和/或狀態(tài)變量的系統(tǒng)動態(tài)約束。至少在某些工作點是有效的系統(tǒng)或過程模型允許關于該系統(tǒng)的當前狀態(tài)、對外部變量和未來控制信號u的預測表述輸出信號的操作系統(tǒng)軌線或次序。包含軌線或輸出信號y的性能、成本或目標功能依據(jù)一些預定義標準和考慮一些預言的范圍被優(yōu)化。然后，從該優(yōu)化過程中得到的優(yōu)化的第一或下一個控制信號u1被應用到該系統(tǒng)，并且基于隨后觀測到的系統(tǒng)狀態(tài)和更新的外部變量，重復該優(yōu)化過程。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是控制廢物焚燒工廠或模擬廢物焚燒過程，這樣廢物焚燒過程同時是精確的且是有限計算復雜性的。通過依據(jù)權利要求1和9的用于控制廢物焚燒工廠的方法和設備以及依據(jù)權利要求10的用于模擬廢物燃燒過程的設備，實現(xiàn)這些目的。另外，根據(jù)從屬權利要求，優(yōu)選實施例是清楚的。
本發(fā)明的優(yōu)點是產(chǎn)生廢物焚燒過程的模型，該模型是足夠精確的以可靠地再生該過程的主要特征，但并不是太繁瑣以致于限制其在實時控制器或模擬工具中的應用。該模型確定合適的模型輸入、模型狀態(tài)和模型輸出，通過將它們轉換為狀態(tài)或輸出方程而結合不同物理、熱力學和化學過程的主要方面，以及經(jīng)由上層和下層接近廢物堆，相同的或均勻的參數(shù)依次表述該上層和下層的模型狀態(tài)。
在本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例中，從爐上方氣體燃燒得到的火焰和廢物層(waste bed)之間的熱傳遞被限制為火焰和上層之間的熱輻射型相互作用。然后，后者經(jīng)由熱傳導將熱中轉給下層。在本發(fā)明的另一優(yōu)選變型中，頂層或上層被假定具有有限的熱容量，而不具有質量。
優(yōu)選地，對應于類似成堆的廢物流量或廢物質量的實際量的模型狀態(tài)是向量，該模型狀態(tài)的成分被限制到水、木炭或可燃物、揮發(fā)物和惰性材料的主要要素，而對應于氣體流量的那些模型狀態(tài)是具有氧氣、惰性氣體、燃料或氣體燃燒和蒸汽的成分。然而，不需要關于各種構成的化學特性的詳細知識。
作為重要的燃燒過程的模型參數(shù)，作為對應于質量和比熱的數(shù)學乘積的實際量的熱慣性尤其是非常適合的。這是因為，例如，該堆的上層或頂層的質量和比熱爐排上方火焰或氣體燃燒體積是難于估計的。因此，各自的熱慣性優(yōu)選被用作模型參數(shù)，并且經(jīng)由基于工廠特定數(shù)據(jù)的標準調整過程被確定。
在用于控制廢物焚燒工廠的本發(fā)明方法和設備中，控制信號的產(chǎn)生優(yōu)選包含線性模型或發(fā)生在所述工廠中的廢物燃燒過程的更復雜模型的線性版本?；谒鼍€性模型的至少一個模型輸出的所謂的穩(wěn)健控制器或模型預測控制(MPC)方案被采用，用于給予模型的控制。
依據(jù)優(yōu)選實施例的控制過程能夠結合廢物成分的變型或來自工廠具體標準燃燒燃料類型的經(jīng)由過濾的白噪聲型號的偏差。后者被添加到控制信號且被饋送到該過程的線性模型。噪聲濾波器的參數(shù)可以通過估計已知控制信號和來自過去參數(shù)的對應系統(tǒng)輸出信號來獲得。
表示本發(fā)明核心的廢物燃燒過程的模型被最有利的實施在廢物焚燒工廠控制器中。后者可有助于操作者保持恒定的過程狀況，在恒定能量輸出的情況下使工廠的產(chǎn)出最大化，或者限制用于維持燃燒過程的輔助燃燒器的使用，而同時提供相對于廢物成分改變的穩(wěn)定性。在本發(fā)明的另一方面，該模型被實施在模擬設備中，允許廢物燃燒過程或整個焚燒工廠的模擬。因此，可以實現(xiàn)訓練模擬器，以教育操作者以安全、可靠和有效的方式運行廢物能量工廠。
為了清楚的緣故，將被理解的是，在保護范圍中，廢物堆中對上層和下層表述決不排除包括布置在上述兩層中任一側上或其間的另外層的廢物模型。同樣地，保護范圍目的不在于限制到所列的方法和設備，而是期望還覆蓋對應的計算機程序。


參考在附圖中說明的優(yōu)選示范實施例，在下面文本中將詳細地解釋本發(fā)明的主要內容，附圖中圖1示意性示出廢物焚燒工廠，圖2描述廢物燃燒過程的模型部分，圖3示出使用依據(jù)本發(fā)明的模型得到的模擬結果，以及圖4說明控制過程的線性過程。
在圖及其表示中使用的參考標記被以簡要形式列舉在參考標記列表中。實際上，相同部件在圖中使用同樣的參考標記。
具體實施例方式
圖1示意性示出具有下面基本部分的廢物焚燒工廠。輸入供給機構或傳動裝置(10)將城市或工業(yè)廢物、垃圾或其他碎片導入爐(11)，并且將前者擱置在支撐的可移動的爐排(12)上，從而形成廢物層。爐排(12)通常包括一些相對移動的爐排板，用于對爐排(12)上的廢物實施擴散、混合和通常向前的推進?？梢栽O置輔助燃燒器13)，以啟動或支持燃燒過程。在煙窗中收集燃燒的廢氣并引導向鍋爐(14)，用于加熱蒸汽。
沒有一般性的損耗，焚燒過程被分為由廢物串聯(lián)跨越的四個區(qū)域干燥區(qū)域(20)，用于高溫分解和氣化/揮發(fā)的第一燃燒區(qū)域(21)，用于燒焦氧化或固體燃燒的殘余區(qū)域(22)和灰燼處理/燒結區(qū)域(23)。這些區(qū)域實際上在爐中并不是完全分離的，而是可以在一定范圍上重疊。第二燃燒區(qū)域或火焰區(qū)域(24)在廢物層上是相同的，在該區(qū)域發(fā)生高溫分解氣體的均勻氣體階段燃燒。不同數(shù)量的初級空氣(Primary air)(30)通常從爐排下供給四個上述區(qū)域(20、21、22、23)。在爐排上方供給次級空氣(31)，以確保氣化和高溫分解產(chǎn)物在第二燃燒區(qū)域(24)中完全燃燒。
在下面模型中考慮的“廢物”的數(shù)量對應于爐排上的實際廢物層的假想部分，并且被稱為“堆(pile)”。為了考慮垂直方向也就是垂直于爐排的不均勻度，該堆被以薄上層或頂層以及至少一個大塊的下層或廢物層分割。所有層被假定為均勻的，以及它們各自參數(shù)將使用用于上層的指數(shù)“u”和用于至少一個下層或廢物層的“w”來區(qū)分。堆的寬度通常被假定為與爐排寬度相符，以及一個接另一個排列的多個堆可以近似為完整的廢物層。當初級空氣橫穿某一堆從爐排下流動時(在下面為下標“p”)，它加熱、加速蒸汽和高溫氣體，從而變?yōu)樗^的廢物氣流(下標“g”)。廢物氣體流的可燃燒部分，通常稱為“燃料”在第二燃燒區(qū)域(24)中燃燒，以及廢氣流(下標“f”)完全流向鍋爐(14)。
圖2中，描述了依據(jù)本發(fā)明的廢物燃燒模型的各個部分。被稱為蒸發(fā)(1.2)、高溫分解(1.3)和固體燃燒(1.4)的三個基本過程通過適當?shù)幕瘜W和/或熱力學方程被各個區(qū)分和表述。后者已經(jīng)被估計且被轉換為如在下面說明書結束處在該模型的優(yōu)選實施例中“執(zhí)行”下所表示的形式。依據(jù)廢物燃燒和燃燒空氣供給及與爐排上廢物的位置粗略對應，這些過程中之一主要發(fā)生在堆中。廢物堆中的兩層使用溫度Tu、Tw和質量Mu、Mw被表述。后者是向量且它們成分對應于構成該層的各自數(shù)量的水、木炭或固體可燃燒、揮發(fā)物和惰性材料。在另一方面，初級空氣使用它的四個主要成分氧氣、惰性氣體、燃料和蒸汽的初級空氣溫度Tp和流速fp被表述。因此，流速fp同樣采用向量形式。
初級空氣的流速fp和溫度Tp均表示焚燒工廠用于控制廢物燃燒過程的參數(shù)。這種的其他參數(shù)例如是爐(11)的輸入口處的廢物的廢物輸送速度fwi、爐排速度vG或使用次級空氣溫度Ts和流速fs表述的次級空氣。在另一方面，溫度Twi和入口處的廢物成分，也就是水、木炭、揮發(fā)物和惰性材料成分的相對數(shù)量，還有初級和次級空氣的成分，也就是氧氣、惰性氣體、燃料和蒸汽成分的相對數(shù)量，通常不遵循調整或控制目的。
廢物堆的高度Hw、廢氣中的氧氣分數(shù)Of和蒸汽產(chǎn)物S代表焚燒工廠的目標參數(shù)，以及任何控制努力的最終目的在于使它們的數(shù)值盡可能地接近一些目標值或設定的點。因此，為了確定作為模型輸入的前述參數(shù)，廢物燃燒模型的其他部分描述了爐排上廢物的機械行為具有水/蒸汽循環(huán)及連接的廢氣和灰燼處理過程的熱力學調節(jié)和相互作用。
因為氣體階段過程的動態(tài)遠快于堆中固體廢物的熱力學動態(tài)，因此廢物燃燒模型假定氣體質量平衡和氣體熱量平衡是等效的以及穩(wěn)態(tài)氣體流在次級燃燒區(qū)域(24)或火焰中展開。在對應于次級燃燒區(qū)域(24)的具體體積的假設燃燒室中，不考慮氣體的積累和/或壓力的增加。廢氣向下游煙窗的排泄既沒有受到火焰和煙窗之間壓力梯度的阻礙又沒有受到火焰和煙窗之間壓力梯度加速，以及廢氣流ff沒有與廢物氣體的流動fg和進入次級燃燒區(qū)域(24)的次級空氣流fs相混合。
在固體和氣體基本燃燒過程(1.4、1.5)二者中，取決于相對引入的流動，所有固體或氣體燃料或可利用的氧氣總量被消耗掉。為了確定燃料和氧氣的相對消耗量，采用了關于基礎的化學過程的化學細節(jié)。因此，固體燃燒的反應速度可能被限制到在廢物氣流fg等于零中對應于氧氣含量的數(shù)值。
依據(jù)本發(fā)明，通過假定在次級燃燒區(qū)域(24)中僅有該堆的上層暴露給來自高溫分解氣體的氣體階段燃燒的熱輻射，來簡化廢物燃燒模型。因此，從火焰至下層的熱傳遞專門地經(jīng)由來自上層的熱傳導而發(fā)生。該模型的各個部分之間的各自互相作用通過圖2中的箭頭被指示。該模型的優(yōu)選實施例的細節(jié)在下面說明書的結尾處給出。
此外，上層可以被假定為沒有質量，也就是Mu＝0，并且任意的薄，然而包括固定有限熱慣性。在這種情況中，下層包括整個廢物質量。上層的所述有限熱慣性，以及在次級燃燒區(qū)域(24)中火焰或氣體質量的熱慣性為廢物燃燒模型的可調諧參數(shù)。其精確值適用于具體的廢物焚燒工廠，該模型被假定使用標準參數(shù)估計過程描述該工廠。
圖3中顯示各種模擬結果，該模擬結果從依據(jù)本發(fā)明的單堆標準成分和重幾噸的廢物的整個燃燒過程中得到的。各個圖表示出初級空氣流fp和次級空氣流fs的0.6小時持續(xù)期間的瞬時演變，該初級空氣流fp和次級空氣流fs均僅僅包括惰性成分和氧氣(以kg/s表示)，以及廢物質量Mw的四種成分(以kg表示)。在時間0.14小時處，廢物的揮發(fā)性成分開始燃燒，進而通過目的在于調整過量氧氣速率至8％的控制動作逐步增加次級空氣流fs。當過量氧氣比率Of與火焰溫度Tf相關時，前者(過量氧氣比率Of)被用于控制后者(火焰溫度Tf)，從而確保最佳燃燒溫度。此外，描繪了狀態(tài)變量體積廢物溫度Tw、上層溫度Tu和火焰溫度Tf(全部以K表示)的結果進展。最后，作為該模型輸出之一的過量氧氣比率Of被描述。
如上面所述的廢物焚燒過程的模型是足夠詳細的，以定性地說明用于正確實際機構，但不太復雜而不限制其在實時控制廢物焚燒工廠的系統(tǒng)中的應用。使用如闡明的過程模型，使用眾所周知的基于模型的技術控制燃燒過程。適當?shù)幕谀Ｐ偷目刂破骼缡撬^的穩(wěn)健控制(robust control)、內部模型原理或模型預測控制(MPC)，其中優(yōu)選控制器的選擇可以取決于所采用的具體模型。
重要的擴展在于對廢物成分中實際變形的結合。為此，上述模型是線性的，以及作為噪聲源的廢物變形包含乘以輸入廢物供給速度fwi。因此，可以固定相對輸入廢物成分，例如對應于具有30％水的標準型的廢物成分，在那里通過噪聲項考慮了所有偏差。另外，因在各自比熱向量Cpw和Cpg中固體廢物和廢物氣體的材料參數(shù)被整理過，所以沒有必要知道高溫分解氣體的精確化學成分。等價于，輸出噪聲可以被疊加在線性模型的輸出值(S、Of)。
更詳細地且如圖4中所述，擴展模型采用形式y(tǒng)＝(H2+GH1)·e+GL·u (公式1)其中u是過程輸入向量(對應于廢物供給速率、爐排速度、初級和次級氣流)，y是過程輸出向量(氧氣比率、蒸汽生成)，以及G和L是表述線性模型的傳遞函數(shù)矩陣。描述廢物輸入過程和產(chǎn)生實際供給速率fwi的執(zhí)行機構模型L和燃燒模型G均是固定的，而表述噪聲效果的傳遞函數(shù)矩陣H1和H2均被參數(shù)化。E是白噪聲源，由矩陣H1、H2過濾。所有四個矩陣從對上述模型的線性化中得到。
為了識別函數(shù)矩陣H1和H2的參數(shù)，采用u和y的測量值以最小化預測誤差。如果H1通過p被參數(shù)化且H2通過q被參數(shù)化則下面形式的優(yōu)選問題必須被解決minarg[p,q]||y~-(H2(q)+GH1(p))·e~+GL·u~||]]>(公式2)其中 和 是在給定時間范圍上的測量的輸出和輸入向量。公式2可以直接使用市售的優(yōu)化軟件被解決，或者這是優(yōu)選的，被變換為擴展卡爾曼濾波器(Kalman Filter)問題。測量值 和 可以從現(xiàn)有工廠的閉環(huán)操作中得出。參數(shù)估計的計算復雜性不會對該模型在控制器的適用性產(chǎn)生危害，因為在控制器的任意標準操作期間之前或離線時執(zhí)行參數(shù)估計。因此，只要新的測量值是可利用的或者系統(tǒng)行為中的重要改變是可疑的是，就可以開始對參數(shù)的更新。
依據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)作為管理控制鏈中的一部分，通過體系的超級外部控制環(huán)可以計算其設定點(也就是廢氣的目標氧氣比率Of或蒸汽產(chǎn)物S)。后者可以包括PID控制器，適應控制技術、模糊/專家控制器，基于神經(jīng)網(wǎng)羅的控制器或基于其他模式的控制器。
在下面，給出了基于質量自由上層的廢物焚燒模型的優(yōu)選實施例]。
模型輸入 廢物供給速率(水、木炭、揮發(fā)物、惰性材料)和溫度 初級氣流(氧氣、惰性氣體、燃料、蒸汽)和溫度 次級氣流(氧氣、惰性氣體、燃料、蒸汽)和溫度vg爐排速度Q 經(jīng)由輔助燃燒器輸入氣體火焰的能量模型狀態(tài)(除了Tf，僅僅出現(xiàn)一次的如爐排中堆一樣多的聚集) 具有水、木炭、揮發(fā)物、惰性材料成分的廢物質量 下堆、上堆和火焰或廢氣溫度模型輸出 具有氧氣、惰性氣體、燃料、蒸汽成分的廢物和廢氣 廢物氣體溫度以及廢氣或火焰溫度 廢物堆高度 廢氣中的氧氣分數(shù) 蒸汽產(chǎn)物其它變量/函數(shù) 堆高度變換 廢物輸送因子(用于調整物理單位)
廢物比熱 初級空氣比熱 次級空氣比熱 廢物氣體比熱 廢氣比熱 廢物氣體理想氣體法定壓力常數(shù) 廢氣理想氣體法定壓力常數(shù)狀態(tài)方程(用于上面模型狀態(tài))M·w=fwi-vg·kv·Mw-Emw-Pmw-Cmw]]>Cpw·Mw·T·w=Cpw·fwi·Twi-Cpw·M·w·Tw-vg·kv·Cpw·Mw·Tw]]>-EQ-PQ+CQ+Uc+Uwg]]>上層熱慣性·T·u=Ur-Uc]]>火焰熱慣性·T·f=(Cpg·fg·Tg+Cps·fs·Ts-Cpf·ff·Tf+GQ-Ur+Q)]]>輸出方程fc＝Emg+Pmg+Cmgfg＝fp+fcTg＝(CppfpTp+(Cpgfc+kwg)Tw)/(Cpgfg+kwg)
Hw＝kh·Mwfgf＝fg+fsTgf＝(CpgfgTg+CpsfsTs)/(Cpgfg+Cpsfs)(在點燃之前的混合溫度)ff＝fgf+GmgS＝S(ff，Tf)依據(jù)使用的鍋爐模型計算產(chǎn)生的蒸汽Of=1000·ff1111·ff]]>基本過程模型1.1固體廢物和廢物氣體之間的熱傳遞基本描述 其他參數(shù) 執(zhí)行Uwg＝kwg(Tw-Tg)1.2蒸發(fā)基本描述 質量蒸發(fā)函數(shù) 蒸發(fā)熱量其他參數(shù) 廢物中水的蒸汽壓力 氣體中水的部分壓力 蒸發(fā)速度常數(shù) 蒸發(fā)潛熱執(zhí)行Pp-H2Ogas=0001·fp1111·fp·(kpgT·fp·Tp)]]>Cwater=1000·Mw1111·Mw]]>Pp-H2Owaste=PvsA exp(PvsB(Tw-273)Tw)]]>Em＝kevap(Pp-H2Owaste-Pp-H2Ogas)·CwaterEmw＝Emg＝Em·EmFractionsEmFractions＝
TEQ＝klatent·Em1.3高溫分解基本描述 高溫分解的質量 高溫分解熱量其他參數(shù)A 高溫分解預指數(shù)Ea高溫分解激活能kpyro高溫分解質量傳遞系數(shù)kenergy實施高溫分解所需的熱量執(zhí)行Pm=kpyroAe-Ea/R/Tm·0010·Mw]]>Pmw＝Pm·PmwFractions，Pmg＝Pm·PmgFractions， PQ＝kenergy·Pm1.4固體燃燒基本描述 燃燒的廢物質量 廢物燃燒的熱量其他參數(shù)A 燃燒預指數(shù)Ea燃燒激活能kwcomb廢物燃燒傳遞系數(shù)kenergy燃燒產(chǎn)生的熱量Pp-O2氣體中氧氣的部分壓力執(zhí)行Pp-O2=1000·(fp1111·fp)]]>Cm=kwcombPp-O2·Ae-Ea/R/Tw·0100·Mw]]>Cmw＝Cm·CmwFractions，Cmg＝Cm·CmgFractions， CQ＝Kenergy·Cm如果在初級空氣中沒有足夠的氧氣用于燃燒率完全發(fā)生(比較fg的方程式)，則該項被限制到最大可能的數(shù)量，也就是以獲得等于零的fg中的氧氣。
1.5氣體燃燒(火焰)基本描述 燃燒的氣體質量 氣體燃燒的熱量其他參數(shù)A燃燒預指數(shù)Ea燃燒激活能
kgcomb氣體燃燒傳遞系數(shù)Kenergy燃燒產(chǎn)生的熱量Pp-O2氣體中氧氣的部分壓力執(zhí)行Pp-O2=1000·(fgf1111·fgf)]]>Gm=kgcombPp-O2·Ae-Ea/R/Tgf·0100·fgf]]> GQ＝kenergy·Gm如在廢物燃燒的情況中，由于fg中氧氣或氣體的缺乏，反應速度Gm可能不是切實可行的，參見ff表述式。如果是這種情況，則反應速度降低至最大可能性。
1.6上層熱傳遞基本描述 從火焰到廢物上層的熱輻射 從廢物上層到廢物下層的熱傳導其他參數(shù) 從廢物上層到氣體火焰的熱傳遞系數(shù) 從廢物上層到廢物堆的熱傳遞系數(shù)執(zhí)行Ur=krad(Tf4-Tu4)]]>Uc＝kcond(Tu-Tw)標示列表10傳動裝置11爐12爐排
13輔助燃燒器14鍋爐20干燥區(qū)域21第一燃燒區(qū)域22殘余區(qū)域23灰燼處理區(qū)域24第二燃燒區(qū)域30初級空氣31次級空氣
權利要求
1.一種通過響應廢物焚燒工廠中廢物燃燒過程中的測量的目標參數(shù)產(chǎn)生控制信號(u)來控制廢物焚燒工廠的方法，特征在于該控制信號(u)的產(chǎn)生是基于廢物燃燒過程的模型的，該模型包含-對應于該控制信號(u)的模型輸入(fwi，Twi；fp，Tp；fs，Ts；vg)，模型狀態(tài)(Mw，Tw；Mu，Tu；Tf)和對應于目標參數(shù)(y)的模型輸出(fg，Tg；ff，Tf，Hw；Of；S)，-將模型狀態(tài)鏈接到模型輸入的狀態(tài)方程，和將模型輸出鏈接到模型輸入和模型狀態(tài)的輸出方程，-表示廢物層部分且包括下層和上層的堆，以及-每個均形成模型狀態(tài)的下層和上層的均勻分布質量(Mw，Mu)和空間恒定溫度(Tw，Tu)。
2.依據(jù)權利要求1的方法，特征在于廢物燃燒過程的模型進一步包括-有限數(shù)量的基本過程(1.1至1.6)，其包括在代表火焰的基本氣體燃燒過程(1.5)和該堆之間的基本熱傳遞過程被限制到在火焰和上層之間的基本熱輻射過程(Ur)。
3.依據(jù)權利要求1的方法，特征在于上層被假定不具有質量且具有有限的熱容量。
4.依據(jù)權利要求1的方法，特征在于對應于固體物質或該堆的多層的模型輸入或狀態(tài)(fwi，Mw；Mu)包括水、木炭、揮發(fā)物和惰性材料成分，以及對應于氣流的模型輸入或輸出(fp，fs，fg，ff)包括氧氣、惰性氣體、燃料和蒸氣。
5.依據(jù)權利要求1的方法，特征在于上層的熱慣性和火焰的熱慣性為可調整為具體焚燒工廠的廢物燃燒過程模型的參數(shù)。
6.依據(jù)權利要求1的方法，特征在于廢物燃燒過程模型為線性模型，并且控制信號(u)的生成優(yōu)選基于包含廢物燃燒過程模型的模型輸出(Hw；Of；S)的模型預測控制(MPC)。
7.依據(jù)權利要求6的方法，特征在于廢物燃燒過程模型是基于標準廢物成分的，并且經(jīng)由白噪聲(e)結合了廢物成分(fwi)的改變。
8.依據(jù)權利要求6的方法，特征在于白噪聲項包括參數(shù)化的轉換矩陣(H1，H2)，基于過去記錄的控制信號(u)和測量的目標參數(shù)(y)確定或者更新該參數(shù)化的轉換矩陣。
9.一種用于控制廢物焚燒工廠的設備，其包括用于響應廢物焚燒工廠中廢物燃燒過程中的測量的目標參數(shù)(y)產(chǎn)生控制信號(u)的裝置，特征在于該控制信號(u)的產(chǎn)生是基于廢物燃燒過程的模型的，該模型包含-對應于該控制信號(u)的模型輸入(fwi，Twi；fp，Tp；fs，Ts；vg)，模型狀態(tài)(Mw，Tw；Mu，Tu；Tf)和對應于目標參數(shù)(y)的模型輸出(fg，Tg；ff，Tf，Hw；Of；S)，-將模型狀態(tài)鏈接到模型輸入的狀態(tài)方程，和將模型輸出鏈接到模型輸入和模型狀態(tài)的輸出方程，-表示廢物層部分且包括下層和上層的堆，以及-形成模型狀態(tài)的各層的物質的均勻分布(Mw，Mu)和溫度(Tw，Tu)。
10.一種基于廢物燃燒過程模型模擬廢物燃燒過程的設備，該模型包含-模型輸入(fwi，Twi；fp，Tp；fs，Ts；vg)，模型狀態(tài)(Mw，Tw；Mu，Tu；Tf)和模型輸出(fg，Tg；ff，Tf，Hw；Of；S)，-將模型狀態(tài)鏈接到模型輸入的狀態(tài)方程，和將模型輸出鏈接到模型輸入和模型狀態(tài)的輸出方程，-表示廢物層部分且包括下層和上層的堆，以及-形成模型狀態(tài)的各層的物質的均勻分布(Mw，Mu)和溫度(Tw，Tu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及廢物燃燒過程的模型，該模型是精確的且同時具有有限的計算復雜度，從而適用于控制或模擬廢物焚燒工廠。廢物堆由兩層來表示，并且從氣體燃燒階段或火焰上方的熱傳遞被限制為火焰和上面一層之間的熱輻射相互作用。得到的用于廢物焚燒爐排的基于模型的控制器考慮了經(jīng)由過濾的白噪聲的廢物成分的可變性。該控制器可有助于操作者保持不變過程狀況且在恒定能量輸出的情況下使工廠產(chǎn)量最大化，或者實現(xiàn)對受過教育的操作者安全、可靠和有效運轉廢物能量工廠的訓練模擬器。
文檔編號F23G5/50GK1947073SQ200580012642
公開日2007年4月11日 申請日期2005年4月22日 優(yōu)先權日2004年4月23日
發(fā)明者A·斯托瑟爾特, E·A·加勒斯泰, S·巴迪 申請人:Abb研究有限公司