一种脱硝尿素智能卸投料系统

技术领域

本发明属于脱硫技术领域，特别是涉及一种脱硝尿素智能卸投料系统。

背景技术

尿素脱硝(Selective Catalytic Reduction，SCR)投料系统是用于降低柴油引擎和燃煤电厂等燃烧设备排放氮氧化物(NOx)的关键部分。SCR技术通过在燃烧废气中注入尿素溶液，然后通过催化剂反应将NOx还原为氮气和水，以减少对环境的不良影响。

最早的SCR技术起源于20世纪50年代，主要用于军事和航空应用。在20世纪70年代，SCR开始应用于工业领域，用于降低NOx排放。然而，当时的SCR系统相对简单，技术水平相对较低，存在效率低、催化剂寿命短等问题。随着对环境法规的要求越来越严格，SCR技术经历了显著的改进和发展。在这一时期，SCR系统开始用于汽车和柴油引擎上，以降低尾气排放。催化剂的稳定性得到提高，系统的效率也大幅度提高。21世纪初，SCR技术在全球范围内得到广泛应用，尤其是在燃煤电厂、柴油发动机、工业锅炉等领域。此时，SCR系统的设计和工程已经高度成熟，采用了更先进的催化剂和控制系统，以满足更严格的排放标准。近年来，SCR系统的发展趋势是智能化和自动化。利用先进的传感技术、控制算法和数据分析，现代SCR系统能够实时监测和调整尿素投放量，以最大程度地提高脱硝效率，同时降低尿素的浪费，应对氮氧化物排放对环境和健康的不利影响。新的技术将着重于提高催化剂的寿命、减少对能源的消耗，以及进一步减少氮氧化物排放。

发明内容

本发明的目的是提供一种脱硝尿素智能卸投料系统，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种脱硝尿素智能卸投料系统，包括：

智能卸料子系统、智能投料子系统；

所述智能卸料子系统包括筛选模块、卸料模块；所述筛选模块用于从仓库中筛选可存放区域；所述卸料模块用于生成控制指令，进行智能卸料；

所述智能投料子系统包括反应器监测模块、投料装置监测模块、分析模块、控制模块；

所述反应器监测模块用于实时获取脱硝反应器的参数信息；

所述投料装置监测模块用于实时获取尿素投放信息；

所述分析模块用于对所述尿素投放信息与所述参数信息进行预处理，并基于处理后的信息构建模型；

所述控制模块用于通过模型获得尿素投放量预估值，并基于所述尿素投放量预估值进行智能投料；

脱硝尿素智能卸投料系统还包括故障报警模块，所述故障报警模块包括故障报告单元、预警单元；

所述故障报告单元用于根据所述尿素智能投放信息判断投料装置是否存在投放障碍；

所述预警单元用于根据所述参数信息判断排放信息是否存在异常。

可选的，所述筛选模块获取仓库区域规划信息与尿素仓库实时图像，识别所述实时图像中的空白区域并进行标记，将标记后的实时图像与仓库区域规划信息进行匹配，获得匹配区域，剔除匹配区域中空白区域不超过预设值的区域块，得到可存放区域；其中，所述仓库区域规划信息包括总平面与区域块信息。

可选的，所述数据获取单元用于获取单次尿素运输量与多轴卸料机械手单次抓取量，基于单次抓取量对可存放区域进行水平方向与垂直方向的划分，获得可存放区域划分后的节点坐标集；

所述控制单元基于多轴卸料机械手的初始位置与初始姿态、所述节点坐标集筛选存放区域并规划机械手运动路线，获得路径集，基于路径集生成控制指令，控制多轴卸料机械手完成智能卸料。

可选的，规划机械手运动路线的过程包括：基于多轴卸料机械手的初始位置与初始姿态、所述节点坐标集，通过戴克斯特拉算法分别获得各个节点对应的最佳路径与最佳姿态。

可选的，所述反应器监测模块包括第一单元、第二单元；

所述第一单元用于通过温度传感器、湿度传感器、压力传感器获得反应温度，反应压力与内部湿度；

所述第二单元用于获取氮氧化物浓度、气体流动速率、气体排放量、催化剂温度。

可选的，所述投料装置监测模块包括第一监测单元、第二监测单元；

第一监测单元用于监测尿素的流量；

第二监测单元用于监测输送管道中的尿素结晶情况与阀门开度；

所述智能投放信息包括尿素的流量、尿素结晶情况与阀门开度。

可选的，所述分析模块包括预处理单元、模拟单元；

所述预处理单元用于对参数信息去除异常值、填平缺失值后，进行数据格式转换，优化数据质量；

所述模拟单元用于构建长短时记忆网络模型，根据预处理后的参数信息与相应时刻的尿素投放量输入至所述长短时记忆网络模型进行训练。

可选的，所述长短时记忆网络模型包括两层长短时记忆网络，其中第一层网络的隐藏层节点数取为15，第二层网络的隐藏层节点数取为10，且每层卷积网络之后均采取Dropout随机失活。

可选的，所述控制模块包括清除单元、评测单元、控制单元；

所述清除单元根据结晶厚度预设阈值对尿素输送管道进行清洗，去除尿素结晶；

所述评测单元用于获取实时参数信息，将实时参数信息输入至所述长短时记忆网络模型，获得尿素投放量预估值；

所述控制单元包括投放单元、调整单元；

所述投放单元用于根据尿素流量计算脱硝罐中未投放的尿素量，根据未投放的尿素量判断是否低于阈值，若是则按照区域块与输送管道的位置排序，控制尿素的投放；

所述调整单元用于获取尿素损耗值与阀门开度，结合所述尿素投放量预估值调整阀门开度。

可选的，所述投放单元用于获取连续时间段内的不同温度与湿度下的结晶厚度，分析厚度变化趋势，基于当前尿素流量、厚度变化速率与结晶预设阈值判断进行尿素定量投放过程是否存在管道清洗操作，若不存在，则根据厚度变化速率与当前尿素流量对阀门开度进行实时调节，若存在则根据管道清洗时间对阀门开度进行智能控制。

本发明的技术效果为：

本发明通过实时监测脱硫反应器与尿素卸投装置获得数据集对模型进行训练，基于训练后的长短时记忆网络模型预估反应器中最佳的尿素投放量，根据温度湿度预估输送管道内的结晶厚度变化，根据厚度变化与实时流量控制阀门开度，实时监测和调整至最佳尿素投放量，以最大程度地提高脱硝效率，同时降低尿素的浪费，着重于提高催化剂的寿命、减少对能源的消耗，通过故障报警模块对反应器中气体参数的评估作出适应性调整，进一步减少氮氧化物排放。同时，通过设置厚度阈值，对输送管道进行定量不定时的清洗，保证脱硫反应的正常进行，保护设备延长使用寿命。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中的投料子系统结构示意图；

图2为本发明实施例中的卸料子系统结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一

如图1-2所示，本实施例中提供一种脱硝尿素智能卸投料系统，包括：

智能卸料子系统、智能投料子系统；

智能卸料子系统包括筛选模块、卸料模块；筛选模块用于从仓库中筛选可存放区域；卸料模块用于生成控制指令，进行智能卸料；

在一些实施例中，筛选模块获取仓库区域规划信息与尿素仓库实时图像，识别实时图像中的空白区域并进行标记，将标记后的实时图像与仓库区域规划信息进行匹配，获得匹配区域，剔除匹配区域中空白区域不超过预设值的区域块，得到可存放区域；其中，仓库区域规划信息包括总平面与区域块信息。

在一些实施例中，数据获取单元用于获取单次尿素运输量与多轴卸料机械手单次抓取量，基于单次抓取量对可存放区域进行水平方向与垂直方向的划分，获得可存放区域划分后的节点坐标集；

控制单元基于多轴卸料机械手的初始位置与初始姿态、节点坐标集筛选存放区域并规划机械手运动路线，获得路径集，基于路径集生成控制指令，控制多轴卸料机械手完成智能卸料。

在一些实施例中，规划机械手运动路线的过程包括：基于多轴卸料机械手的初始位置与初始姿态、节点坐标集，通过戴克斯特拉算法分别获得各个节点对应的最佳路径与最佳姿态。

智能投料子系统包括反应器监测模块、投料装置监测模块、分析模块、控制模块、数据存储模块；

反应器监测模块用于实时获取脱硝反应器的参数信息；

在一些实施例中，反应器监测模块包括第一单元、第二单元；

第一单元通过温度传感器、湿度传感器、压力传感器获得反应温度，反应压力与内部湿度；

第二单元用于获取氮氧化物浓度、气体流动速率、气体排放量、催化剂温度。

投料装置监测模块用于实时获取尿素投放信息；

在一些实施例中，投料装置监测模块包括第一监测单元、第二监测单元；

第一监测单元用于监测尿素的流量；

第二监测单元用于监测输送管道中的尿素结晶情况与阀门开度；

智能投放信息包括尿素的流量、尿素结晶情况与阀门开度。

分析模块用于对尿素投放信息与参数信息进行预处理，并基于处理后的信息构建模型；

在一些实施例中，综合分析模块包括预处理单元、模拟单元；

预处理单元用于对参数信息去除异常值、填平缺失值后，进行数据格式转换，优化数据质量；

模拟单元用于构建长短时记忆网络模型，根据预处理后的参数信息与相应时刻的尿素投放量输入至长短时记忆网络模型进行训练。

在一些实施例中，根据预处理后的参数信息与相应时刻的尿素投放量对长短时记忆网络模型进行训练，并且在训练时采用贝叶斯优化算法对长短时记忆网络模型的超参数进行优化，完成训练。

在一些实施例中，长短时记忆网络模型包括两层长短时记忆网络，其中第一层网络的隐藏层节点数取为15，第二层网络的隐藏层节点数取为10，且每层卷积网络之后均采取Dropout随机失活。

控制模块用于通过模型获得尿素投放量预估值，并基于尿素投放量预估值进行智能卸投料；

在一些实施例中，控制模块包括清除单元、评测单元、控制单元；

清除单元根据结晶厚度预设阈值对尿素输送管道进行清洗，去除尿素结晶；

评测单元用于获取实时参数信息，将实时参数信息输入至长短时记忆网络模型，获得尿素投放量预估值；

控制单元包括投放单元、调整单元；

投放单元用于根据尿素流量计算脱硝罐中未投放的尿素量，根据未投放的尿素量判断是否低于阈值，若是则按照区域块与输送管道的位置排序，控制尿素的投放；

调整单元用于获取尿素损耗值与阀门开度，结合尿素投放量预估值调整阀门开度。

在一些实施例中，投放单元获取连续时间段内的不同温度与湿度下的结晶厚度，分析厚度变化趋势，基于当前尿素流量、厚度变化速率与结晶预设阈值判断进行尿素定量投放过程是否存在管道清洗操作，若不存在，则根据厚度变化速率与当前尿素流量对阀门开度进行实时调节，若存在则根据管道清洗时间对阀门开度进行智能控制。

数据存储模块用于存储参数信息、尿素投放信息与尿素投放控制指数。

在一些实施例中，脱硝尿素智能卸投料系统还包括故障报警模块，故障报警模块包括故障报告单元、预警单元；

故障报告单元用于根据尿素智能投放信息判断投料装置是否存在投放障碍；

预警单元用于根据参数信息判断排放信息是否存在异常。

本实施例通过实时监测脱硫反应器与尿素卸投装置获得数据集对模型进行训练，基于训练后的长短时记忆网络模型预估反应器中最佳的尿素投放量，根据温度湿度预估输送管道内的结晶厚度变化，根据厚度变化与实时流量控制阀门开度，实时监测和调整至最佳尿素投放量，以最大程度地提高脱硝效率，同时降低尿素的浪费，着重于提高催化剂的寿命、减少对能源的消耗，通过故障报警模块对反应器中气体参数的评估作出适应性调整，进一步减少氮氧化物排放。同时，通过设置厚度阈值，对输送管道进行定量不定时的清洗，保证脱硫反应的正常进行，保护设备延长使用寿命。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。