基于含水率和热值在线测量的污泥干燥机运行调节方法

本发明涉及污泥干燥机运行调节，具体为基于含水率和热值在线测量的污泥干燥机运行调节方法。

背景技术：

1、随着干燥技术的发展，干燥过程的建模越来越具有挑战性，纯数学模型已经慢慢显示出它的局限性，比如在大多数情况下，在建立数学模型之前，需要先假设离散参数为集中参数，非线性情况为线性情况，非稳态系统为稳态系统，干燥过程自动控制系统的研究始于20世纪60年代，后来美国日本等发达国家采用先进技术，实现了干燥介质温度的自动控制，生产和发展了半自动谷物干燥机，这些技术依赖于确定性的数学模型来建立被控参数与干燥效果之间的关系。

2、传统的基于烘干称重法的污泥含水率测量方式操作过程复杂、耗时且无法提供实时监测，因此无法用于指导污泥干燥机运行工况的调整，为了便于系统操控人员设定合理的干燥机出口污泥含水率，通常需要采用抽样并采用氧弹法来测量干化后污泥高位热值，该测量方式同样具有操作过程复杂、耗时且无法提供实时监测的缺点，目前干燥机运行工况的调整主要依靠操作者人工经验进行手动调节，但手动调节方式存在人为因素干扰大、响应速度慢等问题，污泥干燥机的出炉污泥含水率控制系统是一个大惯性大迟延非线性且对象变化的系统，通过控制入炉污泥流量，可以调节出炉污泥含水率，由于pid控制算法具有结构简单，可通过调节pid控制参数调节入炉污泥流量并得到基本满意的控制性能，被用于污泥干燥控制过程，由于污泥干燥过程受到多种因素影响，采用常规pid控制算法难以满足实际应用需求。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供基于含水率和热值在线测量的污泥干燥机运行调节方法，以解决上述背景中提出传统的基于烘干称重法的污泥含水率测量方式操作过程复杂、耗时且无法提供实时监测，因此无法用于指导污泥干燥机运行工况的调整的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于含水率和热值在线测量的污泥干燥机运行调节方法，包括如下步骤：

3、步骤一、通过污泥输送泵与干燥机污泥入口之间的管道上安置的微波含水率测定仪，测量得到干燥机入口处含水率较高的湿污泥含水率c1，管道式污泥含水率微波变送器设置在湿污泥输送泵与污泥干燥机之间；

4、步骤二、采用高光谱法反演干污泥含水率，基于高光谱的污泥含水率检测装置设置在干燥机污泥出口处连接的污泥传送带；

5、步骤三、通过标定不同成分污泥反射光谱与污泥高位热值之间的函数关系，对于干燥机污泥出口处污泥高位热值的估计采用杜隆公式近似计算，即高位热值hhv＝32810c+142246(h-o/8)+9273s，单位kj/kg，根据污泥的碳(c)、氢(h)、氧(o)、硫(s)等元素质量分数，结合元素含量估算模型，估算干燥机污泥高位热值；

6、步骤四、通过实时监测得到的入炉污泥含水率(c1)、出炉污泥含水率(c2)，结合设定的污泥含水率，通过改变干燥机进泥流量(q)来调整污泥在干燥机中的停留时间,进而改变出炉污泥含水率。

7、作为本发明的基于含水率和热值在线测量的污泥干燥机运行调节方法优选技术方案，由于入炉污泥含水率较高，一般大于80％，因此可以采用管道式的微波污泥浓度含水率测定仪测量入炉污泥含水率c1。

8、作为本发明的基于含水率和热值在线测量的污泥干燥机运行调节方法优选技术方案，高光谱相机测量波段范围为：400～1700nm，用于反演污泥含水率的波段范围λ：1300～1450nm。

9、作为本发明的基于含水率和热值在线测量的污泥干燥机运行调节方法优选技术方案，采集得到的光谱经过降噪、基线拟合、扣除基线、求二阶导数等操作，得到对应波段的二阶光谱,基于最小二乘拟合算法，通过标定不同含水率与污泥反射光谱之间的函数关系，最终得到二阶光谱与污泥含水率之间的函数关系，对于干燥机出口处干污泥含水率：c2＝f(λ)。

10、作为本发明的基于含水率和热值在线测量的污泥干燥机运行调节方法优选技术方案，选取高光谱图像中特征光谱波段为572、643、685、766、819、964nm，用6个特征光谱变量建立基于高光谱图像数据与污泥成分中碳(c)、氢(h)、氧(o)、硫(s)元素之间的定量分析模型，通过标定不同成分污泥反射光谱与污泥高位热值之间的函数关系，应用偏最小二乘算法，结合多种光谱预处理算法建立了污泥中碳(c)、氢(h)、氧(o)、硫(s)元素含量定量分析模型，最终可以得到污泥高位热值与高光谱中特征波段的函数关系：hhv＝f(λ1,λ2,λ3,λ4,λ5,λ6)。

11、作为本发明的基于含水率和热值在线测量的污泥干燥机运行调节方法优选技术方案，对于干燥机污泥出口处污泥高位热值的估计采用杜隆公式近似计算，即高位热值hhv＝32810c+142246(h-o/8)+9273s，单位kj/kg，根据污泥的碳(c)、氢(h)、氧(o)、硫(s)等元素质量分数，结合元素含量估算模型，估算干燥机污泥高位热值。

12、作为本发明的基于含水率和热值在线测量的污泥干燥机运行调节方法优选技术方案，干燥机污泥输送泵采用螺杆泵，其进泥流量，可以使用以下公式计算：q＝v*n，其中：q代表螺杆泵的流量，v代表螺杆泵腔容积，n代表螺杆泵的转速，通过改变螺杆泵的转速，即可实现入炉污泥流量的调整，进而调整出炉污泥含水率。

13、作为本发明的基于含水率和热值在线测量的污泥干燥机运行调节方法优选技术方案，基于bp神经网络的pid控制算法实现pid参数的在线自整定，以完成对pid控制系统的三个重要参数kp、ki、kd可根据污泥干化情况来动态地调整，采用bp神经网络，可以建立参数kp、ki、kd自学习pid控制系统来控制污泥螺杆泵的转速。

14、作为本发明的基于含水率和热值在线测量的污泥干燥机运行调节方法优选技术方案，基于bp神经网络的pid控制器由经典的pid控制器和神经网络两部分组成。

15、作为本发明的基于含水率和热值在线测量的污泥干燥机运行调节方法优选技术方案，经典的pid控制器：直接对被控对象进行闭环控制，并且在线调整三个参数kp、ki、kd，神经网络：根据系统的运行状态，调节pid控制器的参数，以其达到某种性能指标的最优化，即使输出层神经元的输出状态对应于pid控制器的三个可调参数kp、ki、kd，通过神经网络的自身学习、加权系数调整，从而使其稳定状态对应于某种最优控制规律下的pid的控制器参数。

16、综上所述，本发明主要具有以下有益效果：

17、1.本发明通过在污泥输送泵与干燥机污泥入口之间的管道上安置的微波含水率测定仪，使得在测量污泥进入到干燥机前的含水量时，更加的方便快捷，可以对污泥干燥前的含水量进行实时检测，对干燥机出口处污泥含水率c2的测量，基于c2测量反馈调节，并且经过污泥干燥机干燥后，出炉污泥含水率相对较低，一般呈颗粒状，采用高光谱法反演干污泥含水率，使得污泥含水量检测更加灵活；

18、2.本发明通过在检测污泥含水率的过程中，通过对污泥干燥前和干燥后的含水量进行对比，利用算法公式得出污泥进入干燥机内部后所需的干燥时间，可以为污泥干燥机的运行提供数据，使得污泥干燥机可实时进行调节，保障了污泥从干燥机内部排除后，其内部的含水量满足要求；

19、3.本发明通过对排除污泥进行检测后得出的结构，更具公式推断出污泥的热值，判断污泥是否符合标准，从而便于后续对污泥进行再次利用基于bp神经网络的pid控制算法实现pid参数的在线自整定，实现在污泥干燥过程中可以更具检测出的数据对整个干燥工作进行细节上的调节。