[发明专利]循环流化床生活垃圾焚烧锅炉CO排放预测系统及方法

说明书

本发明公开了一种循环流化床生活垃圾焚烧锅炉CO排放预测系统及方法，本发明在利用循环流化床生活垃圾焚烧锅炉的运行机理和运行历史数据中隐含的知识的基础上，采用Gamma Test算法和随机森林集成建模的方法，构建了一种快速经济且自适应更新的系统和方法对锅炉尾部烟气CO排放进行实时预测，避开了繁琐复杂的机理建模工作。其中，利用随机森林算法的非线性映射能力、泛化能力和实时预测能力来表征CO排放的动态变化特性，为运行人员和设计人员掌握了解CO排放的变化特性提供新的途径；利用GammaTest算法获取最优的训练样本，避免了模型的在训练的时候出现过拟合和欠拟合的状况。整个建模过程逻辑清晰，需要设置的参数较少，建模自动化程度高，易于掌握和推广。

技术领域

本发明涉及能源工程领域，特别地，涉及一种循环流化床生活垃圾焚烧锅炉CO排放预测系统及方法。

背景技术

垃圾焚烧由于能够良好实现垃圾处理技术的减容化、减量化、无害化和资源化，近十几年内，在国家相关产业政策的引导下，国内垃圾焚烧行业取得了蓬勃的发展。从上世纪90年代开始，国内多家科研结构对中国城市生活垃圾(Municipal Solid Waste,MSW)燃烧机理进行了大量深入研究，掌握了混合收集、水分高、成分复杂的城市生活垃圾的燃烧特性，根据我国对煤、煤矸石等劣质燃料循环流化床(Circulating Fluidized Bed,CFB)燃烧技术的开发经验的基础上，开发出了循环流化床垃圾焚烧锅炉，从1998年浙江大学开发的第一台流化床垃圾焚烧炉投入运行开始，表现出了适用于对国内高水分、热值偏低且波动性很大的生活垃圾进行大规模的焚烧处理的特点。目前，CFB垃圾焚烧技术已经在国内的多个城市进行了推广应用，截止2015年底，国内已建成垃圾焚烧锅炉70余台，日处理垃圾量6.9万吨，为我国的垃圾焚烧处理行业做出了重要的贡献。

锅炉尾部烟气CO排放量是衡量锅炉是否经济环保运行的重要标志之一，能够直观的反映出当前锅炉的运行状态。CO排放量越高表征锅炉的气体未完全燃烧热损失Q3越大，锅炉的热效率越低，使锅炉运行的经济性下降。另一方面，《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)规定CO排放浓度的1小时均值和24小时均值分别不得超过100mg/m³和80mg/m³，否则将面临环保部门停产整顿的处罚。同时，生产人员和管理人员有可能需要某种运行工况下CO的排放情况，以便于对锅炉的运行进行优化调整。因此，构建一个足够精度的CO排放预测模型具有十分重要的意义。

国内外的研究人员对循环流化床锅炉的CO排放特性建模进行了研究，主要有以下几种方法。一种是根据CFB锅炉燃烧动力学、流体力学、传热传质的特性，在经过合理的简化假设之后建立，通过数学描述的方式建立机理模型。这种方法能够反映CO排放量的变化趋势，但由于假设模型和真实模型之间的偏差而无法达到足够的精确度；另一种方法是在大量的试验台试验或者现场试验的基础上，通过回归分析的方法建立关于CO排放变化特性的经验模型。这种方法需要耗费大量的人力物力，时间成本高，同时无法保证试验覆盖所有的工况，具有一定局限性；第三种方法利用计算流体力学、计算传热学和化学反应的简化机理模拟炉内燃烧过程，精确地求解CO的生成情况，显示了良好的效果具有很大的发展潜力。但这种方法主要受限于流体力学模型和化学反应的简化机理与实际情况的差距，需要高端的计算机配置和很长的计算时间，因此采用这种方法仍处于初步发展阶段。此外，CFB垃圾焚烧锅炉的给料系统均匀性较差，入炉垃圾的热值波动性大、组分复杂、多边性强，是CO排放建模过程中的面临的主要困难之一，它要求所建立的CO排放特性模型具有良好的自适应能力，上述三种建模方法在这方面仍有所欠缺。