一种垃圾焚烧电厂燃烧和烟气排放一体化控制方法及系统与流程

本技术涉及垃圾焚烧电厂自动控制领域，特别是涉及一种垃圾焚烧电厂燃烧和烟气排放一体化控制方法。

背景技术：

1、垃圾焚烧发电是目前处理生活垃圾的主要方式之一，实现了垃圾的“减量化、无害化、资源化”，一方面与化石燃料发电相比碳排放较小，另一方面也避免了生活垃圾填埋过程中产生的甲烷，实现了减少甲烷产生及代替化石燃料发电的双重降碳功能。截至2021年底，全国垃圾焚烧电厂因替代垃圾填埋产生甲烷而实现降碳1.2吨，同时因代替燃煤发电实现降碳0.5亿吨，垃圾焚烧电厂的快速发展可以有效助力实现“双碳”目标。

2、现有垃圾焚烧电厂也在朝着智能化、精细化、创新化、高效化的方向发展，在垃圾收储方面采用智能识别及信号引导，实现垃圾的高效收储，在燃烧发电方面引入一键启停、分散控制等控制技术，在保证机组运行的稳定性同时提高了运行效率，电厂焚烧与烟气排放系统不仅加热锅炉给水，产生过热蒸汽带动汽轮机发电，而且还需要焚烧垃圾、消除污染物，对于处理生活垃圾、建设生态文明、助力实现“双碳”目标，具有至关重要的作用，因此进一步提高焚烧的效率和精进污染处理的技术很有必要。在焚烧与烟气排放系统中，炉排焚烧垃圾的工况直接影响到烟气处理的工况，将炉排焚烧与烟气净化系统内各设备互相耦合控制能够大大降低系统启停及工况调整所需的时间，同时避免不必要的能源消耗。目前一些新型垃圾焚烧电厂已实现发电全流程的可视化与集中控制，在智能控制技术趋向成熟的背景下，将神经网络智能控制模型引入垃圾焚烧电厂的运营管理中，一方面可以大大减少因人工失误操作带来的故障，另一方面也可以有效提高系统运行效率及故障排除的水平。然而目前，垃圾焚烧炉对于炉内燃烧、炉内污染物的智能控制方案主要是基于模糊控制、pid等原理，主要是针对常规运行工况，由于垃圾种类的变化会导致燃烧工况和烟气污染物浓度的剧烈波动，常规控制方案难以实现对燃烧工况或污染物的超前调节与经济喷射控制，燃烧工况和污染物浓度的控制精度较低。因此需要一种高精度智能化控制方案。

技术实现思路

1、发明目的：本发明提出一种垃圾焚烧电厂燃烧和烟气排放一体化控制方法及系统，实现垃圾焚烧发电厂焚烧及烟气处理系统精确、高效、智能及稳定运行的目的。

2、技术方案：第一方面，一种垃圾焚烧电厂燃烧和烟气排放一体化控制方法，包括：

3、自动燃烧控制主控单元acc根据当前垃圾燃烧工况和污染物排放浓度，利用lstm智能控制模型与历史数据库的信号计算出差值后生成预测信号，将预测信号传输至烟气自动控制主控单元afc；

4、主控单元afc判断预测信号所代表的垃圾料层厚度变化率变化率是否符合指定条件，若是，则利用燃烧工况智能控制模型对一次风机、二次风机进行智能调节，否则发出控制信号增大一次风机、二次风机的阀门开度或者向主控单元acc发出减负荷信号；

5、主控单元afc判断预测信号所代表的烟气nox、so2、hcl排放浓度变化率是否符合指定条件，若是，则利用污染物处理智能控制模型对石灰浆反应器、干法反应器、sncr反应器进行智能调节，否则发出控制信号使得再循环风机阀门开度增大、一次风送风机阀门开度减小；

6、主控单元afc判断预测信号所代表的烟气co浓度变化率是否符合指定条件，若是，则利用污染物处理智能控制模型对一次风机、二次风机进行智能调节，否则发出控制信号增大一次风机、二次风机的阀门开度或者向主控单元acc发出减负荷信号；

7、主控单元acc基于主控单元afc的减负荷信号控制推料器、料层厚度控制器来降低垃圾给料基准速度、降低炉排动作频率，直至垃圾料层厚度达标和/或排放烟气中co浓度达标。

8、进一步地，对于垃圾料层厚度，主控单元afc判断预测信号所代表的垃圾料层厚度变化率是否处于历史正常值范围，如果是，则利用燃烧工况智能控制模型对一次风机、二次风机进行智能调节，并记录垃圾料层厚度等燃烧工况输入至历史数据库进行归档；如果否，则发出控制信号给一次风机、二次风机，增大一次风机、二次风机阀门开度，并再次判断当前时刻下垃圾料层厚度是否小于系统设定值；如果是，则利用燃烧工况智能控制模型对一次风机、二次风机进行智能调节，如果否，则向主控单元acc发出减负荷信号，由主控单元acc控制推料器、料层厚度控制器来降低垃圾给料基准速度、降低炉排动作频率，直至垃圾料层厚度达标。

9、进一步地，对于烟气中nox、so2、hcl、co浓度，主控单元afc判断预测信号所代表的排放烟气nox、so2、hcl浓度变化率是否处于历史正常值范围，如果是，则利用污染物处理智能控制模型对石灰浆反应器、干法反应器、sncr反应器阀门开度进行智能调节，并记录出口污染物排放浓度与时间输入至污染物排放历史数据库进行归档；如果否，则发出控制信号给设备，增大石灰浆反应器、干法反应器、sncr反应器阀门开度，并再次判断当前时刻下净化烟气nox、so2、hcl浓度是否小于系统设定值；如果是，则利用污染物处理智能控制模型对石灰浆反应器、干法反应器、sncr反应器阀门开度进行智能调节，并记录记录出口污染物排放浓度与时间输入至污染物排放历史数据库进行归档；如果否，则发送减负荷信号，使再循环风机阀门开度增大、一次风送风机阀门开度减小，直至排放烟气中的nox、so2、hcl浓度达标。

10、进一步地，对于烟气中co浓度，主控单元afc判断预测信号所代表的排放烟气co浓度变化率是否处于历史正常值范围，如果是，则利用污染物处理智能控制模型对一次风机、二次风机进行智能调节，并记录出口污染物排放浓度与时间输入至污染物排放历史数据库进行归档；如果否，则发出控制信号给一次风机、二次风机，增大一次风、二次风阀门开度，并再次判断当前时刻下净化烟气co浓度是否小于系统设定值；如果是，则利用污染物处理智能控制模型对一次风机、二次风机进行智能调节，并记录出口污染物排放浓度与时间输入至污染物排放历史数据库进行归档；如果否，则发送减负荷信号至主控单元acc，降低垃圾给料基准速度、降低炉排动作频率，直至排放烟气中co浓度达标。

11、进一步地，主控单元acc的lstm智能控制模型包括输入门、遗忘门、输出门，输入lstm智能控制模型的参数包括排放烟气nox、so2、hcl、co浓度、垃圾料层厚度，输入门接受实际值信号，输出门将符合设定值范围的信号传输至历史数据库，遗忘门将不符合设定值范围的信号输出，与历史数据库的信号计算出差值后生成预测信号，传输至主控单元afc。

12、进一步地，lstm智能控制模型经过反向传播算法训练得到lstm的相关参数，训练信息包括一次风量、二次风量、再循环风量、一次风温、垃圾厚度和炉排含氧量、so2、hcl、nox、co气体浓度的参数信号。

13、进一步地，燃烧工况智能控制模型和污染物处理智能控制模型基于bp神经网络，利用历史数据库进行训练，基于实际燃烧工况或实际出口污染物排放浓度与燃烧工况或出口污染物系统设定值之间的差值计算得出风机或污染物处理功率、以及阀门开度，将计算值转换成控制信号输出至相应pid控制器，对风机或污染物处理功率、以及阀门开度进行智能调节。

14、进一步地，燃烧工况智能控制模型和污染物处理智能控制模型以动态参数作为输入参数，以风机或污染物处理功率作为输出参数，历史数据库的数据作为训练数据，采用3层神经网络结构，其中输入层节点数为10个，隐含层节点为13个，输出层节点为1个；所述训练数据包括一次风量、二次风量、再循环风量、一次风温、垃圾厚度和炉排含氧量、so2、hcl、nox、co气体浓度、温度、流量、对应污染物处理器功率的参数信号。

15、进一步地，主控单元acc和主控单元afc通过对垃圾焚烧电厂各设备反馈的工作信号，对系统工况进行实时监控，当故障发生时，故障设备发送相应故障信号至历史故障数据库并储存，由主控单元acc和主控单元afc通过模糊综合评价法进行分析，锁定故障源，结合故障历史数据为设备检修计划提供优化建议。

16、第二方面，一种垃圾焚烧电厂燃烧和烟气排放一体化控制系统，用于实现第一方面所述的垃圾焚烧电厂燃烧和烟气排放一体化控制方法，该一体化控制系统包括：

17、分散控制系统dcs，包括分散处理站、人机接口装置和通信系统，分散处理站包括垃圾进料车、一次风机、二次风机、烟气循环风机、布袋除尘器、石灰浆反应器、干法反应器、sncr反应塔、锅炉、除氧器、汽轮机、一级/二级/再热减温器设备，人机接口装置通过控制面板提供垃圾类型选择，用户可输入某一类型或任意不同类型的垃圾或废弃物的混合比例，通信系统使用profibus总线串联辅机及各子业务子系统，使控制信号能够被传送至燃烧控制和烟气处理设备；

18、acc主控单元，内置lstm智能控制模型，用于对垃圾焚烧进行自动燃烧控制；

19、afc主控单元，内置燃烧工况智能控制模型和污染物处理智能控制模型，用于对排放烟气自动控制。

20、有益效果：

21、(1)本发明提供一种垃圾焚烧的一体化控制方法，以acc、afc为主控单元模块，排放烟气nox、so2、hcl、co浓度、垃圾料层厚度实际值通过传感器将信号传到主控单元acc经由lstm智能控制模型处理成预测信号，传输至主控单元afc进行相关参数烟气nox、so2、hcl、co浓度、垃圾料层厚度的调节。主控单元afc接受来自主控单元acc的预测信号，判断预测信号所代表的排放烟气nox、so2、hcl、co浓度变化率是否处于历史正常值范围，通过燃烧工况及污染物处理智能控制策略以及判断模型对相关参数进行调节。

22、(2)本发明通过监测实际燃烧工况或实际出口污染物排放浓度，与燃烧工况或出口污染物系统设定值进行比较，计算出差值并将预测信号传输至燃烧工况及污染物处理智能控制模型，计算得出风机或污染物处理功率、以及阀门开度，将计算值转换成控制信号输出至相应pid控制器，对风机或污染物处理功率、以及阀门开度进行智能调节，从而实现对燃烧工况或污染物的超前调节与经济喷射控制，避免燃烧工况或污染物排放浓度的迟滞和参数波动剧烈等的问题。

23、(3)本发明提供一种垃圾焚烧的一体化控制系统，结合现有垃圾焚烧发电、汽水循环、分散控制系统及智能算法的工作原理及组件设置，能够有效提升垃圾焚烧发电过程中的精确控制，从而提升发电效率、控制污染排放，有效避免不同垃圾种类焚烧时可能产生的异常状况，实现焚烧和烟气净化系统在较少人为干预下保持高效稳定的工作状态，提升垃圾资源的利用效率。