控制废物燃烧过程的方法技术

本发明专利技术涉及对处理含湿量可变的废物的废物焚化装置的自动实时控制。在用于控制废物燃烧过程的方法和系统中，基于卡尔曼滤波器，经由用于时变参数的参数估算算法，估算出废物燃烧过程的时变过程参数，如进入废物的含水量。然后对应于废物燃烧过程模型的输入变量，在用于实时控制废物焚化设备的实时控制器中，使用所估算的过程参数来确定控制参数，如废物馈送速率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及废物焚化领域，更具体地涉及一种。
技术介绍
废物是在任何人类活动，如物品的生产和消耗或建筑物和交通道路的建设之后剩下的任何类型残余材料。除了其单纯的质量和体积以外，大多数残余材料对环境并不存在潜在危害，尽管如此，其正确的处理仍有助于将相关的长期危险减至最小或加以避免。完善的市政废物管理也有助于减少废物处理的成本并且避免对需要用来倾倒废物的大面积区域的破坏。因而，废物的热处理，即废物的焚化或燃烧是任何市政废物管理概念的不可缺少的一部分。焚化被理解为特意启动、受控且，更广义地，受观察的任何物质的自持氧化。类似于任合固体燃料的燃烧，烟气和灰烬是这种废物焚化过程的产物。灰烬是主要包含氧化硅和其它矿物的不同成分的残余物质。由于其化学惰性，它们经常用于填埋以及用于民用工程。市政及工业废物在废物焚化设备中进行处理，以便减小废物的堆积体积并将对环境有害的废物组分、如芳烃或有机溶剂转化成无害化合物。待处理的废物量的增加导致设计具有多轨的焚化设备，其能够每小时焚化几十吨废物。所谓的废物转化至能量的设备并不仅仅将废物燃烧成灰烬，它们还使用燃烧能量来产生蒸汽，例如用于地区供热，和/或发电，并由此提高设备的总体效率。尖端的烟气和灰烬处理以及能量转换的装备增加了设备的复杂性并且需要适宜的控制技术。然而，迄今还没有适当的总体控制方案以取代有经验的操作人员，这基本上是由于复杂的化学过程及不稳定的燃料性质导致了燃烧温度和烟气成分以及流量的波动。废物成分的可变性特别与废物的热值或含湿量，或废物中的沙子、砂砾或其它非可燃材料，如金属的量有关。可以用来影响废物焚化设备燃烧过程的最重要的控制参数是一次和二次燃烧空气的质量流量、空气温度、返回的烟气量、所送入的废物或燃料量以及往复式炉篦的传输速度或添料速度。这些参数必须根据废物含水量及热值的可预计和不可预计变化而加以优化，目的是使可以处理的废物量或可以产生的蒸汽量最大，和/或使空气污染物排放量最小。EP 1589283公开了一种通过响应于废物燃烧过程中所测量的目标参数来产生控制信号，以控制废物焚化设备的方法。控制信号的产生是基于如此的废物燃烧过程模型，其涉及对应于控制信号的模型输入、对应于目标参数的模型输出及模型状态、将模型状态链接到模型输入的状态方程式以及将模型输出链接到模型输入和模型状态的输出方程式。废物燃烧过程的模型包括表示炉篦上的废物床段的料堆(pile)，所述料堆具有被限制到下层和上层的受限的空间分辨率，其中下层和上层的空间恒定温度和均匀分布的质量每个均形成模型状态。用于燃烧过程及其控制的关键值是当新废物进入焚化炉时的含水量。实际上没有可用的技术来测量新废物在进入炉子之前的含水量。由于含水量对于控制燃烧过程最为重要，所以已经研制出这样的计算方法，以通过评估下述类型的表达式来从烟气中的含水量中推导含水量m·H2O_waste=m·H2O_flue-m·H2O_formation-m·H2O_combustion]]>其中标记H2O_waste、_flue、_formation以及_combustion分别是指废物、烟气、形成水(即在燃烧过程中所形成的水)、以及燃烧空气中的湿度。尽管如此，这些计算的精度更趋向于定性的而非定量性的，且受几分钟的时间延迟的影响。这使得难以评价和使用此信息来控制燃烧过程。在欧洲专利申请EP-A 1406136中，对物理过程的数学模型中的变量p的矢量值加以估算。变量p表示过程特性或参数，如涡轮机(turbomachine)的效率或质量流量，所述特性是数学模型的状态矢量x的函数。将变量p的矢量作为增广状态合并到状态矢量x中，并且基于之前所测量的输入变量u的值，通过状态增广扩展卡尔曼滤波器(StateAugmented Extended Kalman Filter，SAEKF)算法来常规地估算完全状态(包括状态矢量x和增广状态p)。换句话说，与根据状态来计算所述过程特性的一组多项式系数的更典型估算相反，过程特性本身与状态同时被估算。
技术实现思路
本专利技术的目的是实现对处理含湿量可变的废物的废物焚化设备的自动实时控制。这个目分别通过根据权利要求1和7的用于和系统得以实现。通过本专利的从属权利要求，进一步的优选实施例是显然的。根据本专利技术，废物燃烧过程的时变过程参数，诸如进入的废物的含水量，基于卡尔曼滤波器经由用于时变参数的参数估算算法来估算。然后在用于实时控制废物焚化设备的控制器中，对应于废物燃烧过程模型的输入变量，使用所估算的过程参数来确定控制参数，如废物馈送速率。在本专利技术的有利的变型中，时变过程参数形成了用于废物焚化过程的数字模型中的变量的矢量，并且将其作为增广状态结合进模型的状态矢量。然后通过状态增广扩展卡尔曼滤波器(SAEKF)算法估算出包括状态矢量和增广状态的完全状态。优选地，卡尔曼滤波器包括具有受限的空间分辨率的废物燃烧过程的状态-空间模型。具体而言，将表示炉篦上的废物床段的料堆(pile)的空间分辨率限制到下层和上层。与耗时的计算流体力学相比较，根据本专利技术，具有有限复杂性的这种模型进一步有助于该的实时实施。优选地，根据本专利技术方法的单独的步骤或功能性模块可以实施为编程的软件模块或程序。将软件模块的计算机程序代码存储在用于控制废物焚化控制系统的一个或多个处理器的计算机程序产品中，具体而言，在计算机程序产品中，该产品包括其中包含计算机程序代码装置的计算机可读介质。附图说明在下文中，将参考在所附附图中示例的优选典型实施例详细解释本专利技术的主题，其中图1示意性地示出废物焚化设备，图2描绘出前馈控制器的简图。在附图中所用的参考符号以及其含意以概述形式列于参考符号的清单中。原则上，在附图中给相同的部件提供相同的参考符号。具体实施例方式图1示意性地示出具有若干基本组件的废物焚化设备。输入馈送机构或执行器10将市政或工业废物、垃圾或其它残骸引入到炉11入口处的滑槽(chute)中并且将其以特定的废物馈送速率w0放置在得到支撑的可移动炉篦12上，由此形成废物床。炉篦12总体上包括一些相对移动的炉篦板以将废物散布和混合并且将其沿着炉篦12运送。可提供辅助燃烧器13以便启动或支持燃烧过程。燃烧后的烟气在炉11上游的烟气管道或烟气通道14得到收集并且被导引到锅炉或蒸汽发生器15。不失普遍性，焚化过程可分成废物顺序经过的四个区干燥区20、用于热解和气化/挥发的第一燃烧区21、用于焦化氧化(char oxidation)或固体燃烧的残余区22以及灰烬处理/烧结区23。这些区在炉内实际上并没有很好地分开，且在某些程度上可以重叠。发生热解气体的均匀气相燃烧的第二燃烧区或火焰区24标识在废物床之上。一次空气30以通常不同的量从炉篦之下供给到四个上述提到的区20、21、22、23。二次空气31从炉篦以上送入，以确保在第二燃烧区24中气化和热解产物的完全燃烧。过程参数的估算涉及三个主要模块，其彼此独立且可以单独地进行维护和开发。a)参数估算模块，其包括状态增广扩展卡尔曼滤波器、无味卡尔曼滤波器(Unscented Kalman Filter)以及自适应扩展卡尔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制废物燃烧过程的方法，包括：－借助于卡尔曼滤波器来估算废物燃烧过程的时变过程参数（ｐ）的值，－基于所述过程参数（ｐ）的所述值来确定控制参数（ｗ↓［０］）的控制值，以及－将所述控制值应用到所述废物燃烧过程的执行器（１０）上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：西尔维娅巴尔迪，沃尔夫冈魏森施泰因，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]