系统仿真学报 ›› 2023, Vol. 35 ›› Issue (2): 241-253.doi: 10.16182/j.issn1004731x.joss.21-1184
王天峥1,2,3(), 汤健1,2,3(
), 夏恒1,2,3, 乔俊飞1,2,3
收稿日期:
2021-11-17
修回日期:
2021-12-03
出版日期:
2023-02-28
发布日期:
2023-02-16
通讯作者:
汤健
E-mail:WangTZ@emails.bjut.edu.cn;freeflytang@bjut.edu.cn
作者简介:
王天峥(1997-),男,回族,硕士生,研究方向为城市固废焚烧过程仿真平台。Email:WangTZ@emails.bjut.edu.cn
基金资助:
Tianzheng Wang1,2,3(), Jian Tang1,2,3(
), Heng Xia1,2,3, Junfei Qiao1,2,3
Received:
2021-11-17
Revised:
2021-12-03
Online:
2023-02-28
Published:
2023-02-16
Contact:
Jian Tang
E-mail:WangTZ@emails.bjut.edu.cn;freeflytang@bjut.edu.cn
摘要:
为精确模拟和实现城市固废焚烧(municipal solid waste incineration,MSWI)过程的多入多出(multiple input multiple output,MIMO)回路控制,面向实际工业过程开发了由真实设备层和虚拟对象层组成的分布式半实物仿真实验平台。结合对MSWI工艺流程机理模型的定性描述,建立了数据驱动的面向回路控制的虚拟过程对象模型,依据回路控制需求设计了该平台的各软件子系统,以及相互间的协同运行模式,搭建了平台硬件和开发了平台软件,并采用工业实际数据进行实验验证。结果表明:该平台为MSWI过程的智能建模与控制算法的进一步研究提供了可靠的工程化验证环境。
中图分类号:
王天峥, 汤健, 夏恒, 乔俊飞. 城市固废焚烧过程的回路控制半实物仿真平台[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(2): 241-253.
Tianzheng Wang, Jian Tang, Heng Xia, Junfei Qiao. Hardware-in-the-loop Simulation Platform of Loop Control for Municipal Solid Waste Incineration Process[J]. Journal of System Simulation, 2023, 35(2): 241-253.
表1
相关运行工况
序号 | 标签名 | 取值 | 序号 | 标签名 | 取值 |
---|---|---|---|---|---|
1 | 进料器左内侧速度 | 30% | 18 | 燃烬炉排右侧速度 | 20% |
2 | 进料器左外侧速度 | 100% | 19 | 干燥炉排左1段挡板开度 | 100% |
3 | 进料器右内侧速度 | 30% | 20 | 燃烧炉排左1-2段挡板开度 | 58.2% |
4 | 进料器右外侧速度 | 30% | 21 | 燃烧炉排左2-1段挡板开度 | 31.7% |
5 | 干燥炉排左内侧速度 | 20% | 22 | 燃烧炉排左2-2段挡板开度 | 26.1% |
6 | 干燥炉排左外侧速度 | 20% | 23 | 燃烬炉排左段挡板开度 | 18.8% |
7 | 干燥炉排右内侧速度 | 30% | 24 | 干燥炉排右1段挡板开度 | 100% |
8 | 干燥炉排右外侧速度 | 30% | 25 | 燃烧炉排右1-1段挡板开度 | 100% |
9 | 燃烧炉排1段左内侧速度 | 90% | 26 | 燃烧炉排右1-2段挡板开度 | 55% |
10 | 燃烧炉排1段左外侧速度 | 90% | 27 | 燃烧炉排右2-1段挡板开度 | 30.1% |
11 | 燃烧炉排1段右内侧速度 | 90% | 28 | 燃烧炉排右2-2段挡板开度 | 24.4% |
12 | 燃烧炉排1段右外侧速度 | 90% | 29 | 燃烬炉排右段挡板开度 | 23.6% |
13 | 燃烧炉排2段左内侧速度 | 100% | 30 | 二次风流量/(km3N/h) | 5.3 |
14 | 燃烧炉排2段左外侧速度 | 100% | 31 | 一次空气加热器出口空气温度/℃ | 143 |
15 | 燃烧炉排2段右内侧速度 | 100% | 32 | 燃烧段炉排进口空气温度/℃ | 201 |
16 | 燃烧炉排2段右外侧速度 | 100% | 33 | 干燥段炉排进口空气温度/℃ | 189 |
17 | 燃烬炉排左侧速度 | 20% | 34 | 二次空气加热器出口空气温度/℃ | 13 |
1 | Silpa K, Lisa Y, Perinaz B, et al. What a Waste 2.0: a Global Snapshot of Solid Waste Management to 2050[M]. Washington, DC: World Bank, 2018. |
2 | Kolekar K A, Hazra T, Chakrabarty S N, et al. A Review on Prediction of Municipal Solid Waste Generation Models[J]. Procedia Environmental Sciences(S1878-0296), 2016, 35: 238-244. |
3 | Harshit K, Hiya D, Arun K T, et al. Application of Life Cycle Assessment in Municipal Solid Waste Management: A Worldwide Critical Review[J]. Journal of Cleaner Production(S0959-6526), 2019, 209: 630-654. |
4 | Zhou X, Zhou P, Zhao X Q, et al. Applicability of Municipal Solid Waste Incineration(MSWI) System Integrated with Pre-drying or Torrefaction for Flue Gas Waste Heat Recovery[J]. Energy(S0360-5442), 2021, 224: 120157. |
5 | Audrius V, Judita G, Ovidijus Š, et al. An Algorithm for the Use of MSWI Bottom Ash as a Building Material in Road Pavement Structural Layers[J]. Construction and Building Materials(S0950-0618), 2019, 212(10): 456-466. |
6 | 乔俊飞, 郭子豪, 汤健. 面向城市固废焚烧过程的二噁英排放浓度检测方法综述[J]. 自动化学报, 2020, 46(6): 1063-1089. |
Qiao Junfei, Guo Zihao, Tang Jian. Dioxin Emission Concentration Measurement Approaches for Municipal Solid Wastes Incineration Process: A Survey[J]. Acta Automatica Sinica, 2020, 46(6): 1063-1089. | |
7 | Liu Y L, Xing P X, Liu J G, et al. Environmental Performance Evaluation of Different Municipal Solid Waste Management Scenarios in China[J]. Resources, Conservation and Recycling(S0921-3449), 2017, 125: 98-106. |
8 | Zhang D Q, Soon K T, Richard M. G. Municipal Solid Waste Management in China: Status, Problems and Challenges[J]. Journal of Environmental Management(S0301-4797), 2010, 91(8): 1623-1633. |
9 | 秦宇飞. 大型城市生活垃圾焚烧炉焚烧过程仿真及控制[D]. 北京: 华北电力大学, 2011. |
Qin Yufei. Modeling and Control of Municipal Solid Waste Incineration Process in Large Scale Mechanical Grate-fired Boiler[D]. Beijing: North China Electric Power University, 2011. | |
10 | Hu Y A, Cheng H F, Tao S. The Growing Importance of Waste-to-Energy(WTE) Incineration in China's Anthropogenic Mercury Emissions: Emission Inventories and Reduction Strategies[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews(S1364-0321), 2018, 97: 119-137. |
11 | Huang Tao, Zhou Lulu, Liu Longfei, et al. Ultrasound-enhanced Electrokinetic Remediation for Removal of Zn, Pb, Cu and Cd in Municipal Solid Waste Incineration Fly Ashes[J]. Waste Management(S0956-053X), 2018, 75: 226-235. |
12 | Lu J W, Zhang S K, Hai J, et al. Status and Perspectives of Municipal Solid Waste Incineration in China: A Comparison with Developed Regions[J]. Waste Management(S0956-053X), 2017, 69: 170-186. |
13 | 汤健, 夏恒, 乔俊飞, 等. 深度集成森林回归建模方法及应用[J]. 北京工业大学学报, 2021, 47(11): 1219-1229. |
Tang Jian, Xia Heng, Qiao Junfei, et al. Modeling Method of Deep Ensemble Forest Regression with Its Application[J]. Journal of Beijing University of Technology, 2021, 47(11): 1219-1229. | |
14 | Zheng L J, Song J C, Li C Y, et al. Preferential Policies Promote Municipal Solid Waste (MSW) to Energy in China: Current Status and Prospects[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews(S1364-0321), 2014, 36(C): 135-148. |
15 | 王克, 张世红, 付哲, 等. 垃圾炉排焚烧炉的富氧燃烧改造数值模拟研究[J]. 太阳能学报, 2016, 37(9): 2257-2264. |
Wang Ke, Zhang Shihong, Fu Zhe, et al. Numerical Simulation Research for the Oxyfuel Combustion Renovation of a MSW Grate Incinerator[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2016, 37(9): 2257-2264. | |
16 | Wang J F, Xue Y Q, Zhang X X, et al. Numerical Study of Radiation Effect on the Municipal Solid Waste Combustion Characteristics Inside an Incinerator[J]. Waste Management(S0956-053X), 2015, 44: 116-124. |
17 | Elisa M, Olaf L T, Per C, et al. Dynamic Modeling of Municipal Solid Waste Incineration[J]. Energy(S0360-5442,), 2020, 209: 118426. |
18 | Mahlia T M I, Abdulmuin M Z, Alamsyah T M I, et al. Dynamic Modeling and Simulation of a Palm Wastes Boiler[J]. Renew Energy(S0960-1481), 2003, 28(8): 1235-1256. |
19 | Falah A, Wisam A K, Thomas L, et al. Dynamic Simulation of A Municipal Solid Waste Incinerator[J]. Energy(S0360-5442), 2018, 149: 230-249. |
20 | 秦宇飞, 白焰, 张菊军, 等. 垃圾焚烧发电厂环境监测系统的设计与实现[J]. 热力发电, 2010, 39(10): 89-91. |
Qin Yufei, Bai Yan, Zhang Jujun, et al. Design and Realization of Environment Monitoring System for MSW Incineration Power Plant[J]. Thermal Power Generation, 2010, 39(10): 89-91. | |
21 | 严爱军, 夏恒, 刘溪芷. 城市生活垃圾焚烧过程监控半实物仿真平台研发[J]. 系统仿真学报, 2021, 33(6): 1427-1435. |
Yan Aijun, Xia Heng, Liu Xizhi. Development of Semi-physical Simulation Platform for Monitoring Municipal Solid Waste Incineration Process[J]. Journal of System Simulation, 2021, 33(6): 1427-1435. | |
22 | 马平, 王凯宸, 李紫君. 基于半实物仿真平台的温度控制系统设计[J]. 实验科学与技术, 2017, 15(5): 10-14. |
Ma Ping, Wang Kaichen, Li Zijun. Design of Temperature Control System Using Semi-physical Simulation Platform[J]. Experiment Science and Technology, 2017, 15(5): 10-14. | |
23 | 赵珊珊, 白焰, 黄从智. 化学水处理系统的半物理仿真[J]. 化工自动化及仪表, 2010, 37(1): 79-84. |
Zhao Shanshan, Bai Yan, Huang Congzhi. Semi-physical Simulation of Chemical Water Treatment System[J]. Control and Instruments in Chemical Industry, 2010, 37(1): 79-84. | |
24 | 汤健, 柴天佑, 片锦香, 等. 工业过程智能优化控制半实物仿真实验平台[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2009, 30(11): 1530-1533. |
Tang Jian, Chai Tianyou, Jinxiang Pian, et al. A Hardware-in-the-loop Simulation Platform for Optimized Intelligent Control of Industrial Process[J]. Journal of Northeastern University (Natural Science), 2009, 30(11): 1530-1533. | |
25 | 杜胜, 吴敏, 陈略峰, 等. 基于粒度聚类的铁矿石烧结过程运行性能评价[J/OL]. 自动化学报, (2020-09-18) [2021-12-03]. . |
Du Sheng, Wu Min, Chen Luefeng, et al. Operating Performance Assessment Based on Granular Clustering for Iron Ore Sintering Process[J/OL]. Acta Automatica Sinic, (2020-09-18) [2021-12-03]. . | |
26 | 常玉清, 孙雪婷, 钟林生, 等. 基于改进随机森林算法的工业过程运行状态评价[J]. 自动化学报, 2021, 47(9): 2214-2225. |
Chang Yuqing, Sun Xueting, Zhong Linsheng, et al. Industrial Operation Performance Evaluation of Industrial Processes Based on Modified Random Forest[J]. Acta Automatica Sinica, 2021, 47(9): 2214-2225. | |
27 | 程泽凯, 闫小利, 程旺生, 等. 基于梯度提升决策树的焦炭质量预测模型研究[J]. 重庆工商大学学报(自然科学版), 2021, 38(5): 55-60. |
Cheng Zekai, Yan Xiaoli, Cheng Wangsheng, et al. Research on Coke Quality Prediction Model Based on Gradient Boosting Decision Tree[J]. Journal of Chongqing Technology and Business University(Natural Science Edition), 2021, 38(5): 55-60. | |
28 | 谢少捷, 王伟, 何福善. 基于梯度提升决策树的特征筛选与钢卷力学性能预测[J]. 机械工程材料, 2021, 45(10): 104-110. |
Xie Shaojie, Wang Wei, He Fushan. Feature Selection and Prediction of Mechanical Properties of Steel Coils Based on Gradient Boosting Decision Tree[J]. Materials for Mechanical Engineering, 2021, 45(10): 104-110. |
[1] | 范厚明, 咸富山, 王怀奇. 动态需求下考虑订单聚类的外卖配送路径优化[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(2): 396-407. |
[2] | 史佳洁, 杨鹏, 皮雁南. 基于机器学习的地铁行人流在线优化控制研究[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(2): 386-395. |
[3] | 杨帆, 马萍, 李伟, 杨明. 数字孪生体可信度评估过程及指标研究[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(2): 350-358. |
[4] | 丁柏圆, 穆富岭, 李云鹏, 陈忠宽, 刘承禹. 面向复杂电磁环境的体系作战仿真平台设计[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(2): 330-338. |
[5] | 徐颖, 张帅, 谢智歌, 徐新海, 孙曼晖, 郭宁. 基于三维剖分的机载雷达实时探测仿真方法[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(2): 268-276. |
[6] | 杨丰玮, 陈鹏, 郗凯, 蒲华林, 刘雪垠. 融合空间信息的运动想象脑电在线分类方法[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(2): 254-267. |
[7] | 马龙, 秦宝东, 卢娜, 寇猛. 基于新陈代谢灰色马尔科夫的应急物资需求量预测方法[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(2): 229-240. |
[8] | 季伟东, 岳玉麒, 王旭, 林平. 基于降维和聚类的大规模多目标自然计算方法[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(1): 41-56. |
[9] | 黄光球, 王熇. 基于Petri网的VOCs跨区域流动动态风险评估方法[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(1): 57-68. |
[10] | 周佳伟, 杜欣, 倪友聪, 张虎, 张昊, 倪皓然, 王峰. 基于果蝇算法的约束区域均匀实验设计方法[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(1): 110-122. |
[11] | 刘子钰, 卓弋然, 宋卓异. 果蝇视网膜的仿真系统及其神经元朝向选择性[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(1): 123-136. |
[12] | 陈亚绒, 管舒晨, 黄成军, 朱立夏, 周富得. 基于仿真的双目标并行机开放车间自适应动态调度[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(1): 69-81. |
[13] | 朱永宁, 楼泽如, 吴天翔, 王建民. 虚实融合的探究式实验系统研究[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(1): 82-94. |
[14] | 权巍, 王超, 耿雪娜, 韩成. 基于运动感知的VR体验舒适度研究[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(1): 169-177. |
[15] | 吴亚丽, 何淑婷, 杨延西, 冯连强, 王富强, 陈煜路. 基于时延Petri网与BSO的铝挤压线排产调度优化[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(1): 178-189. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||