炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法

技术领域

本发明属于燃烧分析技术领域，更具体地说，是涉及炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法。

背景技术

在日常生活中产生的垃圾，为了避免影响环境卫生以及资源浪费，在收集集中分类后会运往垃圾处理站进行集中通过垃圾焚烧炉进行燃烧处理，目前大部分焚烧炉为了减少氮氧化物等有害气体的排放都通过分级燃烧的技术进行燃烧处理，即通过向焚烧炉内燃烧段不同的燃烧区内通入不同过量空气系数的空气，进行二次燃烧，在燃烧中通常通过炉排来移动垃圾，一般炉排为倾斜的斜面或者履带式设计。

炉内燃料的燃烧是一个复杂的过程，现有的技术中仅通过一些外部的采集的数据来间接的对燃烧情况进行推测，但是这就导致最终的结果准确性较低，无法对燃烧进行有效的调节，最终也就无法降低成本和能源的消耗。

发明内容

本发明的目的在于提供炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法，旨在解决无法对燃烧进行有效的监控和调节，无法降低成本和能源的消耗的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法，包括：

根据炉的规格尺寸进行等比例建模，使创建的炉模型与实际的炉具有相同的物理和化学特性；确定各燃料的成分以及外观形状并创建对应的燃料模型，根据实际情况将所述燃料模型的位置和状态进行同等还原；

将燃料燃烧的过程在所述炉模型内进行同状态的还原；根据炉内的气体整体的运动情况并创建出气体模型，确定所述气体模型中各处的流速和温度；

根据所述气体模型推测出炉内各处的温度情况以及炉内燃料燃烧的状态，分析并判断所述炉模型中模拟的燃烧与实际燃烧状态之间的差异，根据差异的情况对炉内的燃料添加情况和气体进气量进行调整。

在一种可能的实现方式中，所述使创建的炉模型与实际的炉具有相同的物理和化学特性包括：

使所述炉模型具有与实际炉相同的热传导系数，通过调整所述炉模型的物理参数使所述炉模型的燃烧效率与实际炉的燃烧效率相同。

在一种可能的实现方式中，所述使创建的炉模型与实际的炉具有相同的物理和化学特性包括：

模拟出不同种类所述燃料模型在相互混合和堆叠情况下燃烧的全过程，并且确保最终模拟燃烧的结果与实际相同。

在一种可能的实现方式中，所述确定各燃料的成分以及外观形状并创建对应的燃料模型，根据实际情况将所述燃料模型的位置和状态进行同等还原包括：

对各所述燃料模型进行标定，借助相关的检测装置将对应标定物的所述燃料模型的实际位置等比例还原至所述炉模型上。

在一种可能的实现方式中，所述确定各燃料的成分以及外观形状并创建对应的燃料模型包括：

创建所述燃料模型的常见结构，确定所述燃料模型常见的内在化学成分含量；根据各燃料的外观形状扫描结果在常见结构的基础上进行修改和补充从而生成所述燃料模型。

在一种可能的实现方式中，所述将燃料燃烧的过程在所述炉模型内进行同状态的还原包括：

根据燃料化学成分含量和规格的不同创建相应的历史燃烧数据，根据燃料实际的燃烧结果并结合所述历史燃烧数据，在所述炉模型内进行模拟和还原。

在一种可能的实现方式中，所述分析并判断所述炉模型中模拟的燃烧与实际燃烧状态之间的差异包括：

根据所述炉模型中理想燃烧效果下所反馈的内容，对炉内的燃料的添加情况以及气体进气量进行相应的调整。

在一种可能的实现方式中，所述根据炉内的气体整体的运动情况并创建出气体模型包括：

通过多个监控探头，确定炉内杂质的分布情况和运动速度，将多个所述监控探头多反馈的内容进行整合最终确定出所述气体模型。

在一种可能的实现方式中，所述根据炉内的气体整体的运动情况并创建出气体模型包括：

对所述气体模型进行扩充使其能够充满炉的内腔；在上位机内根据杂质的运行方向和速度模拟出透明气体的运动方向和速度，并将确定的结果反馈至所述气体模型中。

在一种可能的实现方式中，所述根据差异的情况对炉内的燃料添加情况和气体进气量进行调整包括：

根据所述气体模型所反馈的内容，结合气体和杂质从炉内排出时的温度和流速，推断出由于气体的流动对炉内温度的影响情况。

本发明提供的炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法中根据炉的规格尺寸进行等比例建模，使创建的炉模型与实际的炉具有相同的物理和化学特性；确定各燃料的成分以及外观形状并创建对应的燃料模型，根据实际情况将燃料模型的位置和状态进行同等还原。将燃料燃烧的过程在炉模型内进行同状态的还原；根据炉内的气体整体的运动情况并创建出气体模型，确定气体模型中各处的流速和温度。根据气体模型推测出炉内各处的温度情况以及炉内燃料燃烧的状态，分析并判断炉模型中模拟的燃烧与实际燃烧状态之间的差异，根据差异的情况对炉内的燃料添加情况和气体进气量进行调整。

本申请中，通过创建炉模型和燃料模型，从而对整个燃烧过程进行准确且直观的监控，更为重要的是通过对气体模型的分析最终就能够对炉内温度的影响变化情况进行有效的分析和判断，确保了燃烧过程的有效监控，能够提高燃烧效率，最终节约能源和成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，现对本发明提供的炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法进行说明。炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法，包括：

根据炉的规格尺寸进行等比例建模，使创建的炉模型与实际的炉具有相同的物理和化学特性；确定各燃料的成分以及外观形状并创建对应的燃料模型，根据实际情况将燃料模型的位置和状态进行同等还原。

将燃料燃烧的过程在炉模型内进行同状态的还原；根据炉内的气体整体的运动情况并创建出气体模型，确定气体模型中各处的流速和温度。

根据气体模型推测出炉内各处的温度情况以及炉内燃料燃烧的状态，分析并判断炉模型中模拟的燃烧与实际燃烧状态之间的差异，根据差异的情况对炉内的燃料添加情况和气体进气量进行调整。

本发明提供的炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法中根据炉的规格尺寸进行等比例建模，使创建的炉模型与实际的炉具有相同的物理和化学特性；确定各燃料的成分以及外观形状并创建对应的燃料模型，根据实际情况将燃料模型的位置和状态进行同等还原。将燃料燃烧的过程在炉模型内进行同状态的还原；根据炉内的气体整体的运动情况并创建出气体模型，确定气体模型中各处的流速和温度。根据气体模型推测出炉内各处的温度情况以及炉内燃料燃烧的状态，分析并判断炉模型中模拟的燃烧与实际燃烧状态之间的差异，根据差异的情况对炉内的燃料添加情况和气体进气量进行调整。

本申请中，通过创建炉模型和燃料模型，从而对整个燃烧过程进行准确且直观的监控，更为重要的是通过对气体模型的分析最终就能够对炉内温度的影响变化情况进行有效的分析和判断，确保了燃烧过程的有效监控，能够提高燃烧效率，最终节约能源和成本。

垃圾是人们生活中大量产生的废物，一旦堆积过多则会严重影响人们的生活、居住环境，因此垃圾处理问题成了环保中十分重要的一项。目前，垃圾处理的方式已经从填埋式进入了焚烧方式，在各种垃圾焚烧炉，为了防止造成大气污染都有很多复杂的结构，因而使各种垃圾焚烧炉的造价很高，很多都不能进行经济的健康运转。

对于锅炉这样一个复杂的热力系统，业内对其内部冷热流体的换热机制和流动特性等研究的较为透彻，基于此，首先建立锅炉的结构机理模型，即根据实际锅炉的结构建立系统内部的介质传热和流动的方程模型。数据建模是对信息系统中客观事物的内在联系的数学描述，对于任何一个信息系统来说，数据建模都是其核心内容，尤其在当今大数据技术、物联网、人工智能高速发展的今天，基于数据的建模越发能够体现其快速、便捷和精确等优势。将机理建模和数据建模结合分析，相互补充和修正，确保能够得到更为精确的锅炉运行状态的参考模型。基于该“数字孪生”模型的预测值和实测值的偏差对锅炉的实时运行状态进行评估，进一步对锅炉发生的超温、性能下降等情况进行及时预警和诊断。

在本申请提供的炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法的一些实施例中，使创建的炉模型与实际的炉具有相同的物理和化学特性包括：

使炉模型具有与实际炉相同的热传导系数，通过调整炉模型的物理参数使炉模型的燃烧效率与实际炉的燃烧效率相同。

随着科技发展，社会的进步，人们生活消费水平日益提高，生活垃圾积累越来越多，通过深度掩埋处理生活垃圾的效率已经低于垃圾的增长率，掩埋生活垃圾需要大面积用地，而且掩埋在地下的垃圾很容易污染地下水资源；为了克服掩埋处理垃圾方式产生的问题，目前很多城市利用垃圾焚烧炉集中密闭焚烧生活垃圾，通过焚烧对垃圾进行无害化处理，同时又能利用垃圾燃烧产生的热能进行发电或取暖，充分利用废物资源。但对于一些经济欠发达地区的农村、乡镇，习惯用小型垃圾场来囤积生活垃圾，基于资金等方面的原因，配置不了标配的生活垃圾焚烧设施，对于生活垃圾的处理沿袭传统的现场焚烧，生活垃圾处理量小且生活垃圾燃烧不充分造成的烟气严重影响生态环境。

针对上述信息可知，如何建立锅炉内燃烧的数字孪生，从而提高燃烧效率，并且降低尾气等污染物的排放，更为重要的是节约资源，降低对环境的破坏。

在本申请提供的炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法的一些实施例中，使创建的炉模型与实际的炉具有相同的物理和化学特性包括：

模拟出不同种类燃料模型在相互混合和堆叠情况下燃烧的全过程，并且确保最终模拟燃烧的结果与实际相同。

垃圾焚烧锅炉燃烧室结焦是一个十分复杂的物理化学过程，但其根本原因是熔化状态下的飞灰沉积在燃烧室壁面。由于生活垃圾中含有钾、钠等碱金属成分，所以烟气中飞灰熔点较低，当烟气中CO、H2等还原性气体将飞灰中高熔点的Fe2O3还原成低熔点的FeO时，进一步降低飞灰熔点。为保证烟气中二噁英充分分解，环保要求烟气在850℃以上温度区间至少停留2秒，因此燃烧室出口温度一般控制在950℃-1150℃，烟气中携带的飞灰已处于软化甚至熔融状态，容易在燃烧室壁面沉积结焦。另外随着垃圾热值逐年升高和炉排超负荷运行，燃烧室容积热负荷超过设计值导致燃烧室结焦。机械炉排燃烧室的结焦会导致燃烧室前拱、后拱形成的“喉口”部位通流面积变小甚至堵塞，从而造成非计划停炉检修。采用绝热型式的前后拱还存在炉墙表向火面稳态温度过高和温变热应力过大造成的耐火材料剥落损坏。

但是传统的燃烧情况分析中，并不能够较为准确的预测最终的燃烧效果，也即最终得到的数据参考意义不大，也即并不能够对炉内燃烧的全过程进行准确且直观的预测，不能够得到可靠的数据。

在本申请提供的炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法的一些实施例中，确定各燃料的成分以及外观形状并创建对应的燃料模型，根据实际情况将燃料模型的位置和状态进行同等还原包括：

对各燃料模型进行标定，借助相关的检测装置将对应标定物的燃料模型的实际位置等比例还原至炉模型上。

为了实现对炉内燃烧情况较为准确的分析和判断，首先就需要构建相关设备和所需燃料的模型，因为设备和燃料是保证整个炉内燃烧反应稳定进行的关键，但是设备和燃料之间存在一定的差异，而这个差异就导致两者之间在建模之后需要进行不同方式的分析和处理。

针对设备而言，首先需要准确的建立相应的模型，更为重要的是需要根据设备所使用材料的材质和外观参数等物理信息，使相应模型具有相同的物理和化学特性，正是基于上述的原因，才能够使得建立后的模型能够与实际的构件存在相同的热传导系数，那么对于整个炉内温度以及燃烧效率的预测也才能够更加准确的判断。

在本申请提供的炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法的一些实施例中，确定各燃料的成分以及外观形状并创建对应的燃料模型包括：

创建燃料模型的常见结构，确定燃料模型常见的内在化学成分含量；根据各燃料的外观形状扫描结果在常见结构的基础上进行修改和补充从而生成燃料模型。

针对燃料而言，燃料的规格不同内部所含成分不同，均会使得燃烧反应存在一定的差异。更为重要的是，如果不能够对燃料的规格和含量等情况等进行较为准确的判断，那么也就无法确定出炉内各处燃烧进行的程度和效率，也就无法进行相应的调整和预测。

为此本申请中需要对进入炉内的燃料进行较为细致的建模，具体的可根据燃料的类型提前创建出几个最常见的形状，然后借助图像采集以及三维物体扫描等方法，在常见形状的基础上进行相应的修改和完善。更为重要的是，需要在炉内设置扫描装置，该扫描装置用于确定炉内燃料的分布状态等情况，也正因为上述设置，才能够对当前的燃烧过程进行实时的确定。

在本申请提供的炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法的一些实施例中，将燃料燃烧的过程在炉模型内进行同状态的还原包括：

根据燃料化学成分含量和规格的不同创建相应的历史燃烧数据，根据燃料实际的燃烧结果并结合历史燃烧数据，在炉模型内进行模拟和还原。

燃料的整体规格以及硬度等物理参数也会相应的影响燃烧效率和燃烧效果，本申请在现有技术的基础上，对待燃烧的燃料进行更加细致的检查和检验。检查则主要用于对燃料外观和硬度等物理方面的判断，在燃料输送的过程中，需要对一定厚度的燃料的整体分布情况和重量等进行大致的推测。具体的一个实施例为，对一个批次的燃料块进行相应的标记，而在构建的模型中，能够通过有限元分析等使模拟的燃料块能够与实际燃料块的运行轨迹相类似。检验的目的则是确定燃料内的主要化学性能，也即确定燃料的主要构成情况，因为只有上述信息的确定，才能够对整个燃烧过程进行准确的预测和判断。

在本申请提供的炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法的一些实施例中，分析并判断炉模型中模拟的燃烧与实际燃烧状态之间的差异包括：

根据炉模型中理想燃烧效果下所反馈的内容，对炉内的燃料的添加情况以及气体进气量进行相应的调整。

燃料的燃烧是个复杂的过程，并且燃料在炉内燃烧时的温度较高，更为重要的是炉内燃烧的燃料的数量较多，为此借助现有的检测装置无法有效的对炉内所有的燃料进行全过程细致的监控，导致现有技术中无法对炉内燃烧进行准确且直观的分析和判断。

本申请中创建了设备的模型并且对燃料也同样进行了建模，同时进入炉内气体的流量和流速等也均能够得到有效的监控，正因为如此，为了能够对燃烧进行准确的监控，本申请中可事先创建出各种类燃料在不同进气量和温度情况下的历史燃烧数据，这些历史数据可由该炉之前的燃烧情况作为参考。当确定历史燃烧数据之后，可根据现有的情况与历史数据运行情况的不同，对燃烧情况进行对应的监控，最终便于对实际的燃烧效果进行预测。

在本申请提供的炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法的一些实施例中，根据炉内的气体整体的运动情况并创建出气体模型包括：

通过多个监控探头，确定炉内杂质的分布情况和运动速度，将多个监控探头多反馈的内容进行整合最终确定出气体模型。

在炉内燃料燃烧的过程中，最主要的监控方面为炉内的温度，而炉内温度的监控受多种方面的影响，其中炉内气体的流动速度对温度影响较大，并且当炉内杂质较多时，炉内温度也会受到一定的影响。更为重要的是，不同的燃烧现象对应不同的燃烧效果，在炉内监控的过程中，不仅需要对最终所产生的热量进行推测，更需要对燃烧后的产物，气体的流动情况也需要进行监测，只有在将全过程进行模拟和监控之后才能够准确的判断出最终燃烧的情况。

为此，本申请中在炉壁上安装有监控探头，监控探头的主要目的是判断炉内杂质的扰动情况，通过扰动情况推测出气体的流速和状态，当上述情况确定之后那么对炉壁热量的影响关系也就能够确定。

在本申请提供的炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法的一些实施例中，根据炉内的气体整体的运动情况并创建出气体模型包括：

对气体模型进行扩充使其能够充满炉的内腔；在上位机内根据杂质的运行方向和速度模拟出透明气体的运动方向和速度，并将确定的结果反馈至气体模型中。

为了更详细的进行说明，在监控探头的前方设置有隔热板，监控探头通过隔热板对炉内的杂质进行扫描，通过扫描能够确定出杂质的分布情况以及单位体积内杂质的量，最终的目的是建立一个气体模型，该气体模型主要以可见的杂质为基础，以炉内腔为最大的体积。随着时间的推进，整个气体模型也一直处于变化的状态。通过该气体模型也就能够对当前炉内燃烧的现状进行有效的推测和分析，因为当燃烧不充分或者燃烧效率较低时，所产生的杂质的量以及速度均会存在一定的差异。

更为重要的是，已经构建了设备和燃料的模型，根据经验公式以及相关的资料，就能够在这些模型中模拟出燃料燃烧的全过程，此时根据在上位机内模拟的燃烧情况与实际的所采集的燃烧数据和气体杂质的产生和流动速度等信息进行对比，最终就能够得出两者之间的差异，也就能够较为准确的进行后续的分析和处理。

在本申请提供的炉内垃圾燃烧烟气实时监控分析方法的一些实施例中，根据差异的情况对炉内的燃料添加情况和气体进气量进行调整包括：

根据气体模型所反馈的内容，结合气体和杂质从炉内排出时的温度和流速，推断出由于气体的流动对炉内温度的影响情况。

炉内气体流动的速度对炉内温度具有较大的影响关系，也即如果炉内气体流动速度较快，那么相应的所携带的热量也就越多，最终导致炉内温度的降低，如果炉内气体流动速度较慢，那么整个炉的保温性能就得到了一定的保证。通过测量风速的传感器等虽然能够确定出风速和风量，但是炉的内腔较大，并且位于炉不同位置的气体的流速不同，那么对最终温度的影响情况也就存在差异。更为重要的是，炉内气体的流动并不是均匀变动的，由于燃料分布的不均匀以及进气的较为集中，均会导致炉内气体不均匀的流动。

为了更详细的进行说明，首先通过相关的检测装置能够通过杂质的流动推测出气体整体流动的情况，也即虽然气体自身流动速度较难把握，但是气体中所含的杂质较容易观察，通过对杂质等物质进行扫描，确定其质量等参数，然后在上位机内模拟，就能够推测出当前炉内总的气体流动的形态，当形态确定之后确定流动速度的大小，流量的多少，气体排出炉时的温度的情况，就能够对炉内的温度进行校正。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。