大數(shù)據(jù)模型在垃圾焚燒控制系統(tǒng)優(yōu)化中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；垃圾楚燒；自動(dòng)燃燒控制（ACC）；優(yōu)化控制；煙氣再循環(huán)中圖分類號(hào)：X799.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）04-0044-04DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.011

Application of Big Data Models in Optimizing Waste Incineration Control Systems

YANGDong， JIA Xu （Chongqing Fengsheng Sanfeng Environmental Energy Co.，Ltd.， Chongqing4O130o，China）

Abstract：UsingArtificialIntellgence（A）totrainbigdataandestablishawindpressuremodelcansolvethedificultyof multivariablecontrol.Basedonthethicknessof themateriallayer，thecontrolschemeisestablishedforthefeder，grate andfan.Taking boilerloadas the main line，createlow-temperatureandlowoxygen combustionconditions through flue gas recirculationandthirdairsupplysystem，ndfinddynamicbalanceamongload，furacetemperature，CO，ndNOPractice hasproven thattheapplicationof Automatic Combustion Control （ACC）technologycanreducethe workloadof workers， improve the stability and economy of system operation.

Keywords：bigdata;waste incineration;Automatic Combustion Control（ACC）;optimizedcontrol;flue gas recirculation

隨著國家對(duì)可再生能源電價(jià)補(bǔ)貼的退坡及環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的提升，垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)目前已經(jīng)從市場擴(kuò)張進(jìn)入運(yùn)營為王的發(fā)展階段[。對(duì)于存量垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目來說，必須努力提升運(yùn)營技術(shù)水平，以嚴(yán)格達(dá)到環(huán)保要求，同時(shí)創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。垃圾在燒爐內(nèi)的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵、HCL、 、氮氧化物（ ）、CO等污染物，而控制污染物的措施主要是優(yōu)化燃燒控制和強(qiáng)化煙氣處理。垃圾智能化焚燒及優(yōu)化成為行業(yè)技術(shù)提升的重要方向之一。某垃圾燒發(fā)電廠近期推動(dòng)垃圾焚燒控制系統(tǒng)的智能化升級(jí)，采用大數(shù)據(jù)模型，圍繞爐溫、風(fēng)量、負(fù)荷、氧量、料層厚度、CO、 等控制點(diǎn)，通過算法優(yōu)化在這些因子間努力尋找動(dòng)態(tài)平衡，提高控制的自動(dòng)化水平和穩(wěn)定性，同時(shí)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。

1控制難點(diǎn)

該項(xiàng)目投運(yùn)時(shí)間較早，結(jié)合實(shí)際情況，垃圾焚燒控制要做到穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，存在一些難點(diǎn)。垃圾焚燒爐膛煙氣溫度在 以上的停留時(shí)間不得低于 2 s 同時(shí)為了減少爐內(nèi)結(jié)焦，最高溫度不超過 。該溫度區(qū)間的限制導(dǎo)致控制難度加大。項(xiàng)目要求層間溫度不低于 ，項(xiàng)目爐膛寬度約為 1 3 m ，比小型焚燒爐寬，爐膛斷面溫度相差大，對(duì)左右側(cè)溫度偏差控制和局部低溫控制要求更高。

項(xiàng)目有多臺(tái)焚燒爐及余熱鍋爐，主蒸汽采用母管制，每臺(tái)爐的出力相互影響，為了保證總負(fù)荷平穩(wěn)，要協(xié)調(diào)各臺(tái)爐的負(fù)荷，頻繁的調(diào)整對(duì)系統(tǒng)的變負(fù)荷特性提出更高要求，在風(fēng)量、給料量、爐排動(dòng)作次數(shù)做相應(yīng)調(diào)整時(shí)，容易破壞平衡，造成CO濃度波動(dòng)頻繁。由于垃圾成分不穩(wěn)定、垃圾發(fā)酵及投料不均勻，每臺(tái)爐的進(jìn)料量存在波動(dòng)，進(jìn)而使燃燒不穩(wěn)定，影響爐溫、負(fù)荷和煙氣污染物的排放。

2控制原理

項(xiàng)目應(yīng)用場景是垃圾處理量為 的逆推式機(jī)械爐排爐，爐排分為4列4段，當(dāng)可動(dòng)爐排片逆向運(yùn)動(dòng)時(shí)，垃圾依靠自身的重力作用，不斷翻轉(zhuǎn)、攪拌、干燥、燃燒，并向前移動(dòng)，直至燃盡[2。給料器給料速度和爐排動(dòng)作次數(shù)在數(shù)值調(diào)整后要求立即生效，實(shí)時(shí)計(jì)算給料循環(huán)時(shí)間、給料等待時(shí)間、爐排等待時(shí)間。配風(fēng)系統(tǒng)采用一次風(fēng)加煙氣再循環(huán)風(fēng)，加第三次補(bǔ)風(fēng)。

自動(dòng)燃燒控制（AutomaticCombustionControl，ACC）平臺(tái)基于Linux系統(tǒng)開發(fā)，部署在由4臺(tái)服務(wù)器組成的集群服務(wù)器上，主要由數(shù)據(jù)采集發(fā)送系統(tǒng)、優(yōu)化與控制一體化方案解決系統(tǒng)、智能控制分析系統(tǒng)組成?？刂破脚_(tái)的核心是運(yùn)行在優(yōu)化與控制一體化方案解決系統(tǒng)上的風(fēng)壓模型，該風(fēng)壓模型通過大數(shù)據(jù)訓(xùn)練得到。在云大腦上使用機(jī)理模型和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DeepNeuralNetwork，DNN）對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練后得出風(fēng)壓模型，再將模型部署到平臺(tái)上，將實(shí)時(shí)特征數(shù)據(jù)接入模型，獲取實(shí)時(shí)風(fēng)壓理論輸出結(jié)果，并與實(shí)際風(fēng)壓值進(jìn)行比較，依據(jù)偏差大小，判斷爐內(nèi)垃圾料位與理論需求的偏離情況，通過大量數(shù)據(jù)的聚類性得出與負(fù)荷呈對(duì)應(yīng)關(guān)系的厚度控制量[3]。用這個(gè)控制量來調(diào)整給料速度和爐排動(dòng)作小時(shí)次數(shù)，可以讓爐排鋪料更均勻，減少堆料和缺料情況的發(fā)生，再通過厚度控制量配合風(fēng)量的調(diào)整，改善燃燒狀態(tài)，以達(dá)到在滿足環(huán)保要求的情況下穩(wěn)定負(fù)荷的目的[4。另外，采用先進(jìn)的視頻圖像技術(shù)，辨識(shí)模型計(jì)算出視頻流中爐膛燃燒狀況，再傳遞給給料器和爐排控制算法用于動(dòng)作修正，控制火線位置。所有運(yùn)算指令都是通過分散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，DCS）進(jìn)行執(zhí)行。風(fēng)壓模型如圖1所示。

3控制方案

3.1給料器控制

給料器的控制采用加權(quán)方式，主要參數(shù)分為給料基準(zhǔn)值、負(fù)荷偏差比例積分（Proportional-Integral，PI）自動(dòng)調(diào)整值、干燥段厚度控制調(diào)整值、爐溫變化調(diào)整值。給料基準(zhǔn)值是以負(fù)荷為 X 軸的折線函數(shù)的輸出值，是人工手動(dòng)操作時(shí)的推料速度的算術(shù)平均值與負(fù)荷的正比例關(guān)系轉(zhuǎn)換出的值。負(fù)荷偏差的調(diào)整值是采用PI調(diào)節(jié)方式，對(duì)實(shí)際負(fù)荷與設(shè)定負(fù)荷的偏差自動(dòng)調(diào)整的值，因?yàn)樨?fù)荷的滯后性，所以PI參數(shù)在整定時(shí)比例作用要強(qiáng)，積分作用要放弱，輸出范圍控制到整個(gè)給料值的 ± 2 0 % ，這個(gè)范圍對(duì)應(yīng)允許的負(fù)荷波動(dòng)范圍為 ± 5 t/ h 。

干燥段厚度控制調(diào)整值是干燥段厚度實(shí)時(shí)控制量與測量值的偏差值以折線函數(shù)的方式轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)給料速度的值。厚度偏差值與給料速度輸出范圍限制在基準(zhǔn)值的 - 3 0 % ～ 5 0 % ，讓調(diào)整幅度有足夠的作用強(qiáng)度來補(bǔ)料或減料，整體上補(bǔ)料強(qiáng)，減料弱。在極高和極低風(fēng)量時(shí)，對(duì)厚度調(diào)整值進(jìn)行風(fēng)量補(bǔ)償。爐溫變化調(diào)整值是以爐膛中上部平均溫度與設(shè)定溫度的差值為基礎(chǔ)對(duì)給料量的小幅調(diào)整，左右側(cè)給料器對(duì)應(yīng)左右側(cè)中上部爐溫，第2列給料器、第3列給料器對(duì)應(yīng)爐膛中間中上部爐溫，分別控制，可以減少左右側(cè)溫度差，最后用上爐排運(yùn)動(dòng)次數(shù)對(duì)加權(quán)后的給料量做補(bǔ)償調(diào)整。

3.2爐排控制

爐排分為上爐排和下爐排，控制以上爐排為主，下爐排按上爐排動(dòng)作次數(shù)的一半進(jìn)行控制。爐排的小時(shí)動(dòng)作次數(shù)選擇較低頻次控制，控制同樣采用加權(quán)方式，主要參數(shù)分為爐排次數(shù)基準(zhǔn)值、負(fù)荷偏差PI自動(dòng)調(diào)整值、燃燒段厚度控制調(diào)整值、爐溫變化調(diào)整值、火線位置調(diào)整值。

爐排次數(shù)基準(zhǔn)值是根據(jù)長期運(yùn)行數(shù)據(jù)選擇的次數(shù)值，高負(fù)荷對(duì)應(yīng)較高的動(dòng)作次數(shù)，低負(fù)荷對(duì)應(yīng)較低的頻次，基準(zhǔn)值保持在 1 0 ～ 1 5 次，在工況調(diào)整時(shí)總加權(quán)后的輸出控制在 5 ～ 2 5 次。負(fù)荷偏差PI自動(dòng)調(diào)整值和爐溫變化調(diào)整值和給料控制的框圖相同，不同點(diǎn)是厚度控制量和實(shí)時(shí)風(fēng)量偏差量用的是燃燒段的數(shù)據(jù)，爐溫調(diào)整值的占比要高于厚度調(diào)整值。火線位置調(diào)整值是根據(jù)視頻圖像技術(shù)算出的火線位置信號(hào)和設(shè)定位置的偏差來調(diào)整爐排的動(dòng)作次數(shù)，將火線控制在上下爐排交接靠下爐排位置。調(diào)整值調(diào)整幅度要小，控制在 1 ～ 2 次即可，用長周期增加作用強(qiáng)度。

3.3一次風(fēng)控制

一次風(fēng)量的控制量以厚度調(diào)整值、負(fù)荷偏差PI調(diào)整值、負(fù)荷基準(zhǔn)值、爐膛平均溫度調(diào)整值、鍋爐出□氧量調(diào)整值、循環(huán)風(fēng)增量調(diào)整值加權(quán)后得出。

厚度調(diào)整值是在燃燒段垃圾較厚或較薄時(shí)對(duì)風(fēng)量基數(shù)進(jìn)行加權(quán)調(diào)整，使經(jīng)過加權(quán)后的一次風(fēng)量可以小風(fēng)量穿透料層。負(fù)荷偏差PI調(diào)整是重要的自動(dòng)控制部分，幅度控制在正常風(fēng)量范圍以內(nèi)，采用較強(qiáng)的比例作用，讓風(fēng)量變化能及時(shí)響應(yīng)負(fù)荷變化，積分作用放弱，能滿足 5 ～ 1 0 m i n 穩(wěn)定跟蹤負(fù)荷設(shè)定值即可。爐膛溫度調(diào)整值選擇爐膛中上部溫度平均值作為控制量，當(dāng)爐膛平均溫度低于或高于限值時(shí)對(duì)風(fēng)量基數(shù)進(jìn)行加權(quán)調(diào)整，保證負(fù)荷PI調(diào)整能有足夠的空間。

鍋爐出口氧量調(diào)整值是在檢測氧含量低于設(shè)定限值時(shí)小幅度調(diào)小風(fēng)量基準(zhǔn)值，減緩劇烈燃燒，犧牲部分負(fù)荷以防止CO超限，待氧量正常后，緩慢釋放調(diào)整量。穩(wěn)定負(fù)荷的關(guān)鍵是控制總風(fēng)量，將再循環(huán)風(fēng)的變化量作為總風(fēng)量的修正量加入一次風(fēng)加權(quán)中，循環(huán)風(fēng)的轉(zhuǎn)化比按 1 . 5 ～ 2 . 0 替代一次風(fēng)。

3.4煙氣再循環(huán)風(fēng)控制

項(xiàng)目采用煙氣再循環(huán)風(fēng)替代二次風(fēng)，從二次風(fēng)風(fēng)管回到爐膛，含氧量在 7 % ～ 1 2 % 。再循環(huán)風(fēng)進(jìn)入爐膛后，可以降低燃燒溫度，減少熱力型 的生成，又能二次供氧和增加爐內(nèi)煙氣擾動(dòng)，促進(jìn)煙氣中可燃物的燃燒[5。溫度過高時(shí)，替代部分一次風(fēng)風(fēng)量，充當(dāng)熱能載體，將爐內(nèi)的高溫?zé)崃繋酂徨仩t?？刂品绞竭x擇比例控制，跟蹤爐內(nèi)平均溫度。再循環(huán)風(fēng)自動(dòng)投入前，先投入第三次補(bǔ)風(fēng)，再分次增加循環(huán)風(fēng)量，直至到達(dá)設(shè)定基準(zhǔn)值，自動(dòng)投入。

3.5第三次補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)控制

用再循環(huán)風(fēng)取代二次風(fēng)后，單純靠一次風(fēng)和再循環(huán)風(fēng)來控制CO是很困難的，為此增加由助燃風(fēng)機(jī)和啟燃風(fēng)機(jī)組成的第三次補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。助燃風(fēng)機(jī)出風(fēng)口均勻分布在整個(gè)爐膛同一斷面上，可使可燃物充分燃燒，減少CO的排放和均衡爐膛斷面溫度。啟燃風(fēng)機(jī)為變頻控制，采用PI控制方式跟蹤省煤器入口氧量，同時(shí)用變積分方式跟蹤C(jī)O，在CO超過設(shè)定值時(shí)快速改變PI的積分項(xiàng)，加快改變啟燃風(fēng)機(jī)的頻率輸出，達(dá)到優(yōu)先快速響應(yīng)CO的目的。

4影響ACC的其他因素分析

4.1爐膛負(fù)壓對(duì)ACC的影響

爐膛負(fù)壓值直接參與料層厚度控制量的計(jì)算，有較大的滯后特性，如果變化速率過大，就不能準(zhǔn)確反映工況，進(jìn)而影響控制。可采用以下措施保證負(fù)壓穩(wěn)定。改變負(fù)荷時(shí)，小幅多次的調(diào)整可以減少引風(fēng)機(jī)無法快速適應(yīng)一次風(fēng)量改變的問題。風(fēng)量系統(tǒng)采用變頻調(diào)節(jié)，杜絕工頻啟停對(duì)爐膛負(fù)壓的明顯影響。爐膛負(fù)壓完全可以通過比例積分微分（Proportional-Integral-Derivative，PID）控制方式實(shí)現(xiàn)，但要做到響應(yīng)及時(shí)，減少穩(wěn)態(tài)誤差。

4.2主汽流量補(bǔ)償對(duì)ACC的影響

主汽流量受母管壓力、主汽溫度和鍋爐汽包抽汽等因素影響。為了準(zhǔn)確計(jì)算主汽流量，要對(duì)其進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，同時(shí)要增加上汽包抽汽量。

4.3爐膛高溫對(duì)ACC的影響

為防止?fàn)t膛高溫結(jié)焦和保證環(huán)保達(dá)標(biāo)，可降低一次風(fēng)風(fēng)量，減少給料量，減少爐排動(dòng)作次數(shù)，增加再循環(huán)風(fēng)量。再循環(huán)風(fēng)量的改變對(duì)其作用較小，而其他方式會(huì)造成負(fù)荷大幅波動(dòng)，影響經(jīng)濟(jì)性。

5結(jié)論

該項(xiàng)目是大數(shù)據(jù)模型在垃圾焚燒發(fā)電上的實(shí)踐，構(gòu)建的模型能在變風(fēng)量情況下通過爐排風(fēng)室壓力判斷料層厚度。ACC的投用可以解決以往給料自動(dòng)或同操控制時(shí)無法和負(fù)荷形成閉環(huán)控制的問題，解決對(duì)同一斷面不同位置溫度進(jìn)行差異化控制的問題，解決不能快速有效進(jìn)行變負(fù)荷控制的問題，讓運(yùn)行人員操作量相比手動(dòng)運(yùn)行時(shí)平均降低 8 0 % 。應(yīng)用焚燒優(yōu)化控制，自動(dòng)投入前后9d負(fù)荷數(shù)據(jù)的對(duì)比曲線如圖2所示，自動(dòng)投人后，平均負(fù)荷由 5 8 . 2 9 t / d 提高到 5 9 . 3 2 t / h 負(fù)荷穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)方差由 3 . 1 3 8 t / h 降低到 1 . 7 9 3 t / h ，穩(wěn)定性提高 4 2 % ，長期ACC運(yùn)行的穩(wěn)定性是明顯優(yōu)于人工操作的，負(fù)荷穩(wěn)定會(huì)帶來蒸汽品質(zhì)的提高，進(jìn)而增加經(jīng)濟(jì)效益。另外，自動(dòng)調(diào)節(jié)響應(yīng)更及時(shí)，調(diào)節(jié)幅度更小，對(duì)燃燒的影響更小，可以在較低的氧量下維持CO的平衡和減少 的生成，減少環(huán)保耗材的消耗。但是，受項(xiàng)目條件限制，項(xiàng)目燒爐一次風(fēng)供給方式上，每列倉室負(fù)責(zé)兩列爐排，風(fēng)室跨度較大，造成風(fēng)量容易局部穿透，在其他倉室進(jìn)行風(fēng)量調(diào)整時(shí)會(huì)影響剩余倉室的風(fēng)壓，這會(huì)影響料層厚度的判斷和增加控制難度，所以通過加權(quán)調(diào)整爐溫、負(fù)荷，降低干擾。如果可以做到每列爐排每個(gè)倉室獨(dú)立供風(fēng)，減少倉室間和爐排間的相互影響，運(yùn)行效果會(huì)更好。

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