一种城市固废焚烧过程炉温场域建模方法技术

本发明专利技术提供了一种城市固废焚烧过程炉温场域建模方法，包括：根据实际的MSWI过程构建数值模型；根据所述数值模型确定输入变量，并对基于输入变量进行正交试验和多工况实验，得到数值仿真结果；对所述数值仿真结果进行数据预处理，得到虚拟测温；基于DFR

【技术实现步骤摘要】
一种城市固废焚烧过程炉温场域建模方法


[0001]本专利技术涉及城市固废模型构建
，特别是涉及一种城市固废焚烧过程炉温场域建模方法。

技术介绍

[0002]城市固体废物(MSW)的产生量随经济的发展、城市化进程的加快及居民生活水平的提高而迅速增加，其全球年增长率已达8％，给城市的可持续发展和环境保护带来巨大压力。目前，MSW的处理方式包括卫生填埋、堆肥和焚烧，其中MSW焚烧(MSW incineration,MSWI)技术作为一种具有无害化、减量化、资源化等特性的新技术，已在世界范围内得到广泛应用。
[0003]炉膛温度场域(即炉膛温度分布)是MSWI过程的重要指标和被控制数，合适的炉温是保证MSW良好燃烧和抑制污染物生成的关键。通常，炉温采用安装在炉壁固定位置的多个热电偶测量，存在温度点位有限以至于无法准确获悉炉膛内部温度分布等问题。此外，我国MSWI过程的炉膛温度控制在实际运行中仍以人工预测炉温分布的方式为主，存在主观性和不确定性，难以实现炉膛温度的精确控制。同时，炉膛温度还易受到MSW成分和气候的影响，进一步加大了炉膛温度分布预测的难度。因此，炉膛温度场域建模是当前MSWI过程亟待解决的难题。
[0004]针对温度进行数值仿真成本更低更省时，可模拟实际工况。MSWI是具有强耦合、非线性等特点复杂的物理化学过程，导致其燃烧仿真是一项挑战。基于上述数值仿真模型进行面向实际焚烧过程的参数分析，可为实际焚烧提供了理论指导。但是，面向操作参数进行温度场域多维度建模和分析的研究未见报道。
专利
技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种城市固废焚烧过程炉温场域建模方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种城市固废焚烧过程炉温场域建模方法，包括：
[0008]根据实际的MSWI过程构建数值模型；
[0009]根据所述数值模型确定输入变量，并对基于输入变量进行正交试验和多工况实验，得到数值仿真结果；
[0010]对所述数值仿真结果进行数据预处理，得到虚拟测温；
[0011]基于DFR
‑
clfc算法，根据所述虚拟测温构建炉温场域模型；
[0012]针对所述炉温场域模型进行多维度分析。
[0013]优选地，根据实际的MSWI过程构建数值模型，包括：
[0014]对所述MSWI过程进行简化和设定，得到简化过程；
[0015]根据所述简化过程确定床层燃烧过程基本守恒方程；
[0016]根据所述床层燃烧过程基本守恒方程构建床层燃烧过程的所述数值模型；所述数值模型包括MSW水分蒸发模型、挥发分释放模型、气态挥发分燃烧模型和焦炭燃烧模型。
[0017]优选地，在所述根据实际的MSWI过程构建数值模型之后，还包括：
[0018]基于焚烧厂基准工况设置所述数值模型的参数；所述数值模型的参数包括：操作参数、成分参数、微观参数、传质传热参数和反应参数。
[0019]优选地，根据所述数值模型确定输入变量，并对基于输入变量进行正交试验和多工况实验，得到数值仿真结果，包括：
[0020]根据所述操作参数、所述成分参数和所述微观参数确定所述输入变量；
[0021]选定所述输入变量作为实验因素，确定每一实验因素的变化范围和水平数；
[0022]采用正交试验设计工具，根据所述变化范围和所述水平数生成正交试验表；
[0023]根据所述正交试验表进行多工况实验，得到所述数值仿真结果。
[0024]优选地，对所述数值仿真结果进行数据预处理，得到虚拟测温，包括：
[0025]删除所述数值仿真结果中的异常数据，得到预处理数据；
[0026]根据所述预处理数据计算干燥段、燃1段、燃2段、燃烬段和炉膛温度的均值，得到所述虚拟测温。
[0027]优选地，基于DFR
‑
clfc算法，根据所述虚拟测温构建炉温场域模型，包括：
[0028]构建DFR
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clfc模型；所述DFR
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clfc模型包括依次连接的输入层、中间层和输出层；所述输入层用于对原始特征向量执行主映射以形成层回归向量，并输出增强层回归向量和原始特征向量作为结果；所述中间层用于以完全连接前者的层回归向量生成增强层回归向量，同时，使用验证误差自适应地确定中间层模块的层数；所述输出层模块用于通过平均子森林模型的多个输出以实现最终预测值；
[0029]将所述虚拟测温作为所述DFR
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clfc模型的输入变量，以构建所述炉温场域模型。
[0030]优选地，针对所述炉温场域模型进行多维度分析，包括：
[0031]对所述炉温场域模型进行可视化显示；
[0032]基于可视化显示的炉温场域模型，针对炉排速度、进料量和一次风量的影响进行分析。
[0033]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0034]本专利技术提供了一种城市固废焚烧过程炉温场域建模方法，包括：根据实际的MSWI过程构建数值模型；根据所述数值模型确定输入变量，并对基于输入变量进行正交试验和多工况实验，得到数值仿真结果；对所述数值仿真结果进行数据预处理，得到虚拟测温；基于DFR
‑
clfc算法，根据所述虚拟测温构建炉温场域模型；针对所述炉温场域模型进行多维度分析。本专利技术能够准确预测炉膛内的温度分布，弥补了实际工业过程中热电偶测温数据缺失的局限性。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1为现有技术中提供的MSWI工艺流程示意图；
[0037]图2为现有技术中提供的工业现场热电偶分布示意图；
[0038]图3为本专利技术实施例提供的方法流程图；
[0039]图4为本专利技术实施例提供的建模策略示意图；
[0040]图5为本专利技术实施例提供的FLIC参数分类示意图；
[0041]图6为本专利技术实施例提供的实验设计示意图；
[0042]图7为本专利技术实施例提供的虚拟测温点示意图；
[0043]图8为本专利技术实施例提供的基准工况的过程速率示意图；
[0044]图9为本专利技术实施例提供的基准工况床顶层气体浓度示意图；
[0045]图10为本专利技术实施例提供的进料量对MSWI过程的影响示意图；其中(a)为四段炉排温度；(b)为火焰和炉膛温度；(c)为气体浓度；
[0046]图11为本专利技术实施例提供的炉排速度对MSWI过程的影响示意图；其中(a)为四段炉排温度；(b)为火焰和炉膛温度；(c)为气体浓度；
[0047]图12为本专利技术实施例提供的一次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市固废焚烧过程炉温场域建模方法，其特征在于，包括：根据实际的MSWI过程构建数值模型；根据所述数值模型确定输入变量，并对基于输入变量进行正交试验和多工况实验，得到数值仿真结果；对所述数值仿真结果进行数据预处理，得到虚拟测温；基于DFR
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clfc算法，根据所述虚拟测温构建炉温场域模型；针对所述炉温场域模型进行多维度分析。2.根据权利要求1所述的城市固废焚烧过程炉温场域建模方法，其特征在于，根据实际的MSWI过程构建数值模型，包括：对所述MSWI过程进行简化和设定，得到简化过程；根据所述简化过程确定床层燃烧过程基本守恒方程；根据所述床层燃烧过程基本守恒方程构建床层燃烧过程的所述数值模型；所述数值模型包括MSW水分蒸发模型、挥发分释放模型、气态挥发分燃烧模型和焦炭燃烧模型。3.根据权利要求1所述的城市固废焚烧过程炉温场域建模方法，其特征在于，在所述根据实际的MSWI过程构建数值模型之后，还包括：基于焚烧厂基准工况设置所述数值模型的参数；所述数值模型的参数包括：操作参数、成分参数、微观参数、传质传热参数和反应参数。4.根据权利要求3所述的城市固废焚烧过程炉温场域建模方法，其特征在于，根据所述数值模型确定输入变量，并对基于输入变量进行正交试验和多工况实验，得到数值仿真结果，包括：根据所述操作参数、所述成分参数和所述微观参数确定所述输入变量；选定所述输入变量作为实验因素，确定每一实验因素的变化范围和水平数；采用正交试验设计工具，根据所述变化...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤健，陈佳昆，夏恒，乔俊飞，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：