探究生活垃圾焚烧炉燃烧过程温度的仿人智能控制

王哲

中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司，山东省济南市，250102

摘要：随着经济的发展、人口的不断增多以及人民生活水平的日益提高，城市生活垃圾的产生量也逐渐增多。本文根据城市生活垃圾焚烧过程中的高污染问题，分析了垃圾燃烧不完全、废气排放和二次污染的原因，对燃烧控制的条件进行了探讨，并对其控制特点进行了归纳，从而提出了一种基于人工智慧的燃烧系统温度控制算法，并对其智能控制策略进行了探讨。同时，通过对二次延迟模型的仿真试验，证明了该方法具有较强的抗干扰性和较好的控制性能，通过模拟计算，验证了该方法在控制系统中的可行性和有效性。

关键词：生活垃圾焚烧炉；温度控制；仿人智能控制

引言

在我国经济快速发展的今天，垃圾焚烧已成为我国垃圾减量化、资源化、无害化的主要途径，尤其是垃圾焚烧发电日益受到关注。无论链条、辊式炉排、往复式炉排、CFB垃圾焚烧炉，其组成和燃烧工艺都十分复杂，要实现资源化、减量化和无害化的目标，仍存在诸多问题。为了解决这些问题，本文从控制论的观点，对生活垃圾焚烧系统的温度控制进行了讨论。

一、生活垃圾焚烧炉燃烧过程中存在的问题

随着社会的发展和科技不断的进步，生活垃圾产生量也极速增长，而生活垃圾处理处置也逐渐成为所有人关注的重点。对垃圾的处理不当，可能会造成严重的大气污染、水污染和土壤污染，并将占用大量的土地。因此，如何经济、有效地进行垃圾处理，是成为我国和世界其他各国面临的一个亟待解决的问题。 首先，垃圾作为燃料，其热值非常不稳定，垃圾的组成成分十分复杂，与垃圾的分布、时间、空间等诸多因素有关，并无固定的规律可循。其次，燃烧系统的热参数会随着运行、设备维护和技术改造的不断进行而发生改变，从而造成燃烧不稳定、点火困难、炉渣、燃烧不完全、腐蚀、二次污染等问题，使得系统无法达到预定的控制目的。另外，燃烧是一个多输入、输出的复杂的物理和化学过程。因此，常规PID控制难以适应燃烧系统的热力学性能。

二、生活垃圾焚烧炉燃烧过程温度的仿人智能控制的理论与策略

（一）生活垃圾焚烧炉燃烧过程中创新温度控制方法的必要性

①由于燃料成分、热力学、动态控制模型和环境扰动等不确定性因素的不确定性，使得控制策略与控制理论的特性发生偏差，例如，燃烧时的空气燃料比与理想的燃料比偏差很大，由于空气不足、燃烧不彻底，在300～750℃时，很容易产生有毒的二噁英，从而造成二噁英的高污染物排放到大气中；②参数随时间变化而变化。燃烧过程是一种动态的燃烧工艺，其控制参数与工艺条件及静态工况密切相关，因而必须对其进行持续的调整；③多个变量具有很强的相关性。影响燃烧的因素很多，而且这些因素相互联系，很难进行分离；④大迟滞和大惯性的特点。由于燃料组分非常复杂，基本都是导热的不良导体，具有显著的时延特征，并且随时间而改变。⑤由于外界干扰具有不确定性和可变性，且具有非结构性，难以用数学方法来描述。针对以上几种燃烧工艺的控制论特点，需要寻求一种新的控制方法来进行最优控制。

（二）稳定燃烧的意义

燃烧温度对燃烧经济性和燃烧稳定性、高温炉渣、低温腐蚀、二次污染排放、燃烧系数等诸多技术指标的优劣都有很大的影响。稳定燃烧是指在垃圾组成、热值可变、热值较低的情况下，维持一定的燃烧温度，从而降低设备的运行费用，减少热能的利用率，减少一次和二次污染。生活垃圾燃烧过程中，燃烧温度、停留时间和紊动程度是影响燃烧稳定性的重要因素，高温有利于垃圾的充分烘干和热解，有利于挥发物质的沉淀，有利于煤渣的燃烧；较高的炉温也帮助降低了危险的排放。二噁英会在850℃下被分解，所以对其进行燃烧的影响最大，同时，高的稳定度对改善蒸汽参数、产量、蒸汽质量、废渣的再利用具有重要意义。由于燃烧温度取决于燃料特性，通常情况下，随着温度的升高，烟气在炉膛中的滞留时间会缩短。在火焰温度达到某一程度时，必须采用强制性的技术手段，使其达到一定的检测速率，否则会使炉身、耐火材料承受较大的载荷，从而造成高温熔渣和腐蚀。

（三）生活垃圾焚烧炉燃烧过程温度的仿人智能控制的策略

在智能控制策略中，最重要的是仿人智能控制，它的基本理念是仿人和智能，在操纵和构造上，模仿操纵者的思维和行为，操纵机械来达到控制的目的，例如，一名好的汽车司机，可以在极端复杂的路况和恶劣的天气中，成功地达到自己的目的。其实，汽车司机的大脑里有一种智能的控制机制，它是由控制机构对驱动系统进行“感知－判断”和“判断—操纵”的解法，这一过程经过两个复杂的信息加工流程，第一步是“认知－判断”的定性推理，接着是“判断－行动”的量化控制，这一过程包括定性和定量两种。其实，在这里，优秀的司机就像是一台身体的操纵者，燃烧的过程千变万化，最优的控制也应在线上进行，正如司机在行驶的路线上和在车辆的右边行驶时那样。所以，仿人智能控制只能是人的“同态”控制。在对人控制系统的结构与作用进行分析后，得到了其基本特点：启发式和直觉推理。在线特征识别与特征存储；层次分明的信息处理和决策机制；定性和定量控制，以及闭环控制的多模式控制。在仿人智能控制中，通过生成规则（IF-THEN）来表达直观的逻辑推理，并通过系统动力学特性模型对其进行在线特性识别，并将其应用于传统控制理论中，HSIC将控制理论、人工智能和计算机技术有机地结合起来，实现了多模式控制；在传统的反馈控制基础上，HSIC可以把开环和闭环控制结合起来，利用计算机软件和硬件作为载体，形成独特的控制算法。由于模糊逻辑、专家系统、神经网络等智能控制方法相对于仿人智能而言较为单一，因而仿人智能控制具有较好的综合性能和稳健性。在实现该控制时，基本上采用了两种方式，下一步的控制方式和算法取决于目前的控制循环中的错误特性，通过两种不同的控制方式来实现最优的燃烧控制。

结束语

综上所述，生活垃圾焚烧炉的温度控制是一项十分复杂的控制技术。在燃烧过程中，由于各种不稳定因素的存在，会对燃烧过程产生影响，从而使控制过程出现偏差，影响生产效果。HSIC仿人智能控制系统具有响应快、抗干扰能力强、动态特性好、鲁棒性好、能够较好地适应燃烧稳定性的要求，在不确定因素干扰的情况下，能够有效地抑制过高的超调，保证炉内温度迅速恢复到理想的状态，降低了垃圾焚烧的污染。

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