基于支持向量機的垃圾焚燒爐SNCR系統(tǒng)優(yōu)化控制

洪 新，張曉斌，何 駿

（北京首創(chuàng)環(huán)境科技有限公司第一分公司，北京 100028）

選擇性非催化還原 ( selective non-catalytic reduction，SNCR)脫硝技術以其投資少、運行成本低等優(yōu)點成為垃圾焚燒脫硝（NO）的首選方法。

1 SNCR脫硝反應原理

2 基于支持向量機的SNCR系統(tǒng)建模

由于本文設計的帶SNCR系統(tǒng)的垃圾焚燒爐處于建設階段，所以選取規(guī)模、型號相同的垃圾焚燒爐的運行數(shù)據(jù)進行建模。建模對象為600 t·d垃圾焚燒爐的SNCR系統(tǒng)，該系統(tǒng)的核心為布置在 28.5、30.0 m標高處的尿素溶液噴射層，共設有 20支霧化噴槍。每層尿素溶液噴射層設有10支噴槍，其中鍋爐第一煙道前墻布置4支噴槍，左、右墻分別布置2支噴槍，鍋爐第二煙道左、右墻各布置1支噴槍。

2.1 SNCR系統(tǒng)模型參數(shù)

SNCR系統(tǒng)噴槍的霧化空氣和尿素溶液均分別來自同一根壓縮空氣母管和尿素溶液母管，兩者均裝有調(diào)節(jié)閥以調(diào)節(jié)氣壓和水壓。為了調(diào)節(jié)噴射溶液的濃度，尿素溶液母管的溶液由較濃的尿素溶液與稀釋水混合而得。通過調(diào)節(jié)尿素溶液閥和稀釋水閥的開度可以得到不同的尿素溶液濃度和噴射液體流量。稀釋水流量、尿素溶液母管的流量及尿素溶液壓力為該系統(tǒng)的3個參數(shù)，它們決定了還原劑的用量和霧化效果。

本文中采集焚燒爐連續(xù)平穩(wěn)運行一天的DCS數(shù)據(jù)（每秒記錄一次數(shù)據(jù)，最后得到172 801條數(shù)據(jù)，每條DCS數(shù)據(jù)包含9個參數(shù)）。

2.2 SNCR系統(tǒng)建模

支持向量機 ( support vector machines，SVM)是Vapnik等提出的一種新的機器學習算法。該算法在樣本訓練過程中采用結構風險最小原則，同時兼顧泛化能力，有效地避免了過學習和欠學習現(xiàn)象的產(chǎn)生。

圖1 SNCR系統(tǒng)建模流程圖Fig. 1 Flow chart of SNCR system modeling

圖2 測試集預測值和真實值對比Fig. 2 Comparison of predicted values and practical values in test set

3 SNCR控制系統(tǒng)

3.1 聲波測溫系統(tǒng)

針對利用熱電偶測量爐膛的溫度時存在的問題，引入聲波測溫系統(tǒng)測量爐膛溫度，獲得爐膛二維溫度場，以實現(xiàn)SNCR系統(tǒng)分區(qū)精準噴射還原劑。

聲波測溫系統(tǒng)具有高分辨率、高準確性、不受輻射的影響、設備穩(wěn)定等優(yōu)點。聲學測溫方法的基本原理是基于聲波在氣體介質(zhì)中的傳播速度是該氣體組分和絕對溫度的函數(shù)，其關系可表示為

由于測溫路徑的距離已知，通過測量聲波在發(fā)射裝置和接收裝置之間的傳播時間，可以確定聲波在傳播路徑上的平均速度。再根據(jù)式（2）便可以求出聲波傳播路徑上煙氣的平均溫度。若干條測溫路徑組成一個復雜的線溫度網(wǎng)，再根據(jù)溫度場重建算法計算出多個溫度區(qū)域的溫度，并獲得斷面二維溫度場分布圖。

聲波測溫系統(tǒng)在鍋爐24.82 m標高處設8個聲波測溫點，其中前墻4個，左、右墻各2個。每個測溫點同時具備發(fā)射和接收功能。聲波測溫系統(tǒng)將整個爐膛劃分為8個溫度場區(qū)域。每對聲波發(fā)生與接收器組成一條測溫線，共20條。本系統(tǒng)采用“一發(fā)多收”的方式，即1個測溫點發(fā)出聲波，其余非同側測溫點同時接收，同時計算并更新對應測溫路徑上的溫度。圖3為聲波測溫系統(tǒng)測溫點布置。結合爐膛平面層間的溫度差值，建立三維溫度場數(shù)據(jù)。SNCR噴槍分布與溫度分區(qū)對應，三維溫度場能反映各支噴槍尿素溶液反應溫度。SNCR系統(tǒng)投用時，選擇最合適的溫度分區(qū)噴入尿素溶液，以提高脫硝效率，同時減少因脫硝反應溫度低產(chǎn)生的氨逃逸。

圖3 聲波收發(fā)單元與噴槍布置圖Fig. 3 Layout of acoustic transceiver unit and spray gun

3.2 PLC控制邏輯

PLC控制邏輯采用串級控制，控制邏輯框圖如圖4所示。圖中：內(nèi)回路采用常規(guī) PID 控制器對閥門開度到尿素溶液流量進行控制，被控對象是尿素溶液調(diào)節(jié)閥；外回路針對各典型工況下SNCR脫硝系統(tǒng)設計不同的控制策略。

圖4 PLC控制邏輯框圖Fig. 4 Logic block of PLC control

4 結 論