一种基于数据驱动的提高垃圾焚烧发电量的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数据驱动的提高垃圾焚烧发电量的方法，涉及垃圾焚烧余热锅炉发电领域。获取垃圾焚烧余热锅炉发电的生产工艺参数，对数据进行预处理，预处理包括数据清洗、变换，剔除异常数据，获得原始数据集，分析原始数据集中各变量的重要性，从经验和数据角度共同考虑，选择与发电机功率相关的特征来建立预测模型，根据需求设计模型，共设计19个模型，包括目标模型、约束模型、点控制模型，通过随机森林模型得出数据驱动模型并使用粒子群优化算法进行求解，将19个预测模型用于余热锅炉发电量寻优求解，优化思想主要是通过调节风机频率和各段风门开度来提升发电量，获得可控变量最佳运行条件，以达到提高发动机功率的目的。以达到提高发动机功率的目的。以达到提高发动机功率的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据驱动的提高垃圾焚烧发电量的方法


[0001]本专利技术涉及垃圾焚烧余热锅炉发电生产
，具体涉及一种基于数据驱动的提高垃圾焚烧发电量的方法。

技术介绍

[0002]随着我国城镇化进程的推进，城市生活垃圾清运量逐年增长，目前垃圾处理主要采取垃圾焚烧方式，为充分利用余热会将余热用于发电。垃圾焚烧发电是将生活垃圾在高温下燃烧，使生活垃圾中的可燃废物转变为二氧化碳和水等，产生的余热用于发电，产生的废气、灰渣进行无害化处理。在“垃圾围城”日益严峻的形势下，垃圾焚烧发电是“减量化、无害化、资源化”处置生活垃圾的最佳方式。
[0003]目前以生活垃圾为原料的垃圾焚烧发电项目，均先按其入厂垃圾处理量折算成上网电量进行结算，每吨生活垃圾折算上网电量暂定为280千瓦时，并执行全国统一垃圾发电标杆电价每千瓦时0.65元；其余上网电量执行当地同类燃煤发电机组上网电价。综上所述，在处理能力一定的条件下，单位垃圾处理所产生的发电量是决定垃圾焚烧发电厂盈利能力的重要因素。因此，需要对发电量进行调控，而垃圾焚烧余热锅炉发电是一个非线性、多变量耦合、时变和大时滞的工业过程体系。因此，对于这样一个复杂多变的过程体系，仅靠建立简化的数学模型要实现生产过程的最佳控制是很难的，尤其是传统控制算法中基本不考虑具体工况而采取同一控制策略，并具有较大响应延迟，造成了所开发的过程控制系统应用效果不明显，适应性和灵活性差等不足。因此亟需开发一种提高垃圾焚烧燃烧效率的模型，并基于模型对以提高发电量为目的进行最优化调控。

技术实现思路
/>[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于数据驱动的提高垃圾焚烧发电量的方法，解决现有垃圾焚烧余热锅炉发电过程中由于工艺复杂而难以建模分析判断的问题，并通过模型来实现提高发电量的目的。
[0005]为解决上述的技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种基于数据驱动的提高垃圾焚烧发电量的方法，其特征在于包括如下步骤：
[0006]S1、获取垃圾焚烧余热锅炉发电的生产工艺参数，对数据进行预处理，预处理包括数据清洗、变换，剔除异常数据，获得原始数据集；
[0007]S2、根据需求设计模型，共设计19个模型，包括目标模型、约束模型、点控制模型；
[0008]S3、分析原始数据集中各变量的重要性，从经验和数据角度共同考虑，选择与发电机功率相关的特征来建立预测模型，特征包括焚烧炉主蒸汽流量、焚烧炉炉膛上部温度、垃圾层厚压差、焚烧炉一次风流量、焚烧炉二次风流量、焚烧炉汽包水位、焚烧炉干燥炉排入口一次风流量、焚烧炉燃烧炉排一段入口一次风流量、焚烧炉燃烧炉排二段入口一次风流量、焚烧炉燃烧炉排三段入口一次风流量、焚烧炉燃烬炉排一段入口一次风流量、焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量、焚烧炉锅炉给水温度；其中垃圾焚烧两个焚烧炉共同作用于
发电机发电，特征包含1#焚烧炉和2#焚烧炉；
[0009]S4、定义7段风流量为焚烧炉一次风流量、焚烧炉干燥炉排入口一次风流量、焚烧炉燃烧炉排一段入口一次风流量、焚烧炉燃烧炉排二段入口一次风流量、焚烧炉燃烧炉排三段入口一次风流量、焚烧炉燃烬炉排一段入口一次风流量、焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量。目标模型为发电机功率预测模型，所用特征为1#焚烧炉主蒸汽流量、2#焚烧炉主蒸汽流量、1#焚烧炉炉膛上部温度、2#焚烧炉炉膛上部温度；约束模型包括1#焚烧炉主蒸汽流量预测模型、2#焚烧炉主蒸汽流量预测模型、1#焚烧炉炉膛上部温度预测模型、2#焚烧炉炉膛上部温度预测模型，其中1#焚烧炉主蒸汽流量预测模型以及1#焚烧炉炉膛上部温度预测模型所用特征包括1#焚烧炉垃圾层厚压差、1#焚烧炉二次风流量、1#焚烧炉汽包水位、1#焚烧炉锅炉给水温度以及1#焚烧炉7段风流量；2#焚烧炉主蒸汽流量预测模型和1#焚烧炉同样，但采用2#焚烧炉相关特征；
[0010]S5、定义7段风风门开度为焚烧炉一次风机入口电动调节风门、焚烧炉干燥炉排入口一次风流量调节风门、焚烧炉燃烧炉排一段入口一次风流量调节风门、焚烧炉燃烧炉排二段入口一次风流量调节风门、焚烧炉燃烧炉排三段入口一次风流量调节风门、焚烧炉燃烬炉排一段入口一次风流量调节风门、焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量调节风门；
[0011]步骤S4所定义的7段风流量分别采用点控模型进行预测，1#焚烧炉和2#焚烧炉一共14个点控制预测模型，采用焚烧炉一次风机变频调节输出和7段风风门开度进行预测；
[0012]S6、将步骤S1中处理后的数据分成训练数据集和测试数据集，通过随机森林算法在训练集上进行性训练模型，并通过网格搜索和交叉验证方式搜索模型超参数；
[0013]S7、将测试数据集输入随机森林模型，得到预测数据，并通过评价指标检测模型的泛化能力；
[0014]S8、将19个预测模型用于余热锅炉发电量寻优求解，优化思想主要是通过调节风机频率和各段风门开度来提升发电量，根据数据分析可知，干燥段和燃烧段风门开度几乎不变，故将1#焚烧炉一次风机变频调节输出、1#焚烧炉燃烬炉排一段入口一次风流量调节风门、1#焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量调节风门、2#一次风机变频调节输出、2#焚烧炉燃烬炉排一段入口一次风流量调节风门、2#焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量调节风门作为决策变量，根据历史数据中非异常数据范围设定决策变量范围，1#焚烧炉一次风机变频调节输出范围为30
‑
45，1#焚烧炉燃烬炉排一段入口一次风流量调节风门范围为50
‑
80，1#焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量调节风门范围为40
‑
95，2#一次风机变频调节输出范围为50
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63，2#焚烧炉燃烬炉排一段入口一次风流量调节风门范围为30
‑
80，2#焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量调节风门范围为20
‑
80；
[0015]S8
‑
1、建立表达最大化发电量的单一目标模型：
[0016][0017]30≤x1≤45；50≤x2≤80；40≤x3≤95；50≤x4≤63；30≤x5≤80；20≤x6≤80
[0018]945≤F1≤1046；946≤F2≤1041；42152≤x3≤64338；70969≤x4≤99832
[0019]其中，f是模型的目标函数，x1为1#焚烧炉一次风机变频调节输出，x2为1#焚烧炉燃烬炉排一段入口一次风流量调节风门，x3为1#焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量调节风门，x4为2#焚烧炉一次风机变频调节输出，x5为2#焚烧炉燃烬炉排一段入口一次风流量调节
风门，x6为2#焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量调节风门；v1为1#焚烧炉垃圾层厚压差,v2为1#焚烧炉二次风流量,v3为1#焚烧炉汽包水位,v4为1#焚烧炉锅炉给水温度,v5为1#焚烧炉干燥炉排入口一次风流量调节风门,v6为1#焚烧炉燃烧炉排一段入口一次风流量调节风门,v7为1#焚烧炉燃烧炉排二段入口一次风流量调节风门，v8为1#焚烧炉燃烧炉排三段入口一次风本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数据驱动的提高垃圾焚烧发电量的方法，其特征在于包括如下步骤：S1、获取垃圾焚烧余热锅炉发电的生产工艺参数，对数据进行预处理，预处理包括数据清洗、变换，剔除异常数据，获得原始数据集；S2、根据需求设计模型，共设计19个模型，包括目标模型、约束模型、点控制模型；S3、分析原始数据集中各变量的重要性，从经验和数据角度共同考虑，选择与发电机功率相关的特征来建立预测模型，特征包括焚烧炉主蒸汽流量、焚烧炉炉膛上部温度、垃圾层厚压差、焚烧炉一次风流量、焚烧炉二次风流量、焚烧炉汽包水位、焚烧炉干燥炉排入口一次风流量、焚烧炉燃烧炉排一段入口一次风流量、焚烧炉燃烧炉排二段入口一次风流量、焚烧炉燃烧炉排三段入口一次风流量、焚烧炉燃烬炉排一段入口一次风流量、焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量、焚烧炉锅炉给水温度；其中垃圾焚烧两个焚烧炉共同作用于发电机发电，特征包含1#焚烧炉和2#焚烧炉；S4、定义7段风流量为焚烧炉一次风流量、焚烧炉干燥炉排入口一次风流量、焚烧炉燃烧炉排一段入口一次风流量、焚烧炉燃烧炉排二段入口一次风流量、焚烧炉燃烧炉排三段入口一次风流量、焚烧炉燃烬炉排一段入口一次风流量、焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量；目标模型为发电机功率预测模型，所用特征为1#焚烧炉主蒸汽流量、2#焚烧炉主蒸汽流量、1#焚烧炉炉膛上部温度、2#焚烧炉炉膛上部温度；约束模型包括1#焚烧炉主蒸汽流量预测模型、2#焚烧炉主蒸汽流量预测模型、1#焚烧炉炉膛上部温度预测模型、2#焚烧炉炉膛上部温度预测模型，其中1#焚烧炉主蒸汽流量预测模型以及1#焚烧炉炉膛上部温度预测模型所用特征包括1#焚烧炉垃圾层厚压差、1#焚烧炉二次风流量、1#焚烧炉汽包水位、1#焚烧炉锅炉给水温度以及1#焚烧炉7段风流量；2#焚烧炉主蒸汽流量预测模型和1#同样，但采用2#焚烧炉相关特征；S5、定义7段风风门开度为焚烧炉一次风机入口电动调节风门、焚烧炉干燥炉排入口一次风流量调节风门、焚烧炉燃烧炉排一段入口一次风流量调节风门、焚烧炉燃烧炉排二段入口一次风流量调节风门、焚烧炉燃烧炉排三段入口一次风流量调节风门、焚烧炉燃烬炉排一段入口一次风流量调节风门、焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量调节风门；步骤S4所定义的7段风流量分别采用点控模型进行预测，1#焚烧炉和2#焚烧炉一共14个点控制预测模型，采用焚烧炉一次风机变频调节输出和7段风风门开度进行预测；S6、将步骤S1中处理后的数据分成训练数据集和测试数据集，通过随机森林算法在训练集上进行性训练模型，并通过网格搜索和交叉验证方式搜索模型超参数；S7、将测试数据集输入随机森林模型，得到预测数据，并通过评价指标检测模型的泛化能力；S8、将19个预测模型用于余热锅炉发电量寻优求解，优化思想主要是通过调节风机频率和各段风风门开度来提升发电量，将1#焚烧炉一次风机变频调节输出、1#焚烧炉燃烬炉排一段入口一次风流量调节风门、1#焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量调节风门、2#焚烧炉一次风机变频调节输出、2#焚烧炉燃烬炉排一段入口一次风流量调节风门、2#焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量调节风门作为决策变量，根据历史数据中非异常数据范围设定决策变量范围，1#焚烧炉一次风机变频调节输出范围为30
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45，1#焚烧炉燃烬炉排一段入口一次风流量调节风门范围为50
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80，1#焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量调节风门范围为40
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95，2#焚烧炉一次风机变频调节输出范围为50
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63，2#焚烧炉燃烬炉排一段入口一
次风流量调节风门范围为30
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80，2#焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量调节风门范围为20
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80；S8
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1、建立表达最大化发电量的单一目标模型：30≤x1≤45；50≤x2≤80；40≤x3≤95；50≤x4≤63；30≤x5≤80；20≤x6≤80；945≤F1≤1046；946≤F2≤1041；42152≤x3≤64338；70969≤x4≤99832其中，f是模型的目标函数，x1为1#焚烧炉一次风机变频调节输出，x2为1#焚烧炉燃烬炉排一段入口一次风流量调节风门，x3为1#焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量调节风门，x4为2#一次风机变频调节输出，x5为2#焚烧炉燃烬炉排一段入口一次风流量调节风门，x6为2#焚烧炉燃烬炉排二段入口一次风流量调节风门；v1为1#焚烧炉垃圾层厚压差,v2为1#焚烧炉二次风流量,v3为1#焚烧炉汽包水位,v4为...

【专利技术属性】
技术研发人员：初广辉，孙延贞，于忠清，
申请(专利权)人：青岛洪锦智慧能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：