具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

本发明提供的垃圾焚烧预测与前馈控制方法采用的装置包括卸料仓，给料皮带，LIBS、服务器、分类控制器、机械手、分类皮带、标记物喷射装置、标记物识别装置、燃烧器控制器。

本发明提供的垃圾焚烧预测与前馈控制方法参见图1，包括如下步骤：

S1、获得入炉垃圾的种类；优选通过LIBS对进入焚烧炉之前的垃圾进行检测，以获得入炉垃圾的种类，具体地，LIBS通过激光脉冲照射入炉垃圾，得到实时垃圾的光谱特征参数，通过与典型垃圾激光诱导光谱特征参数比对分析，得到该垃圾的种类。

获得入炉垃圾种类的具体实施方式如下：入炉垃圾由垃圾车送至垃圾电厂，在卸料大厅将垃圾卸料至卸料仓中，卸料仓的设计容量可以接收一车垃圾，卸料仓底部有给料机，将垃圾输送至给料皮带上，通过给料机缓慢控制垃圾落在给料皮带上，可以使垃圾呈单层分布，便于通过LIBS对垃圾进行检测。

LIBS广泛应用于工业现场的在线检测，可以在土壤中重金属、煤质分析、污水检测等多个场合应用，其分析快速、可以同时分析多种元素和检测几乎所有固态样品。

在对入炉垃圾进行检测前，预先建立典型垃圾的激光诱导光谱特征参数的数据库，垃圾分类实施后，垃圾电厂入厂垃圾主要包括塑胶类(含塑料橡胶)、纸类、木竹类、灰土类(含陶瓷砖瓦等)这几大类，预先对这些典型垃圾样品进行检测，得到其激光诱导光谱特征参数。

LIBS安装在给料皮带侧面，通过激光脉冲照射垃圾，可以得到实时垃圾的光谱特征参数，该光谱特征参数传回到服务器，通过与数据库内典型垃圾激光诱导光谱特征参数的比对分析，得到该垃圾的种类。

S2、基于垃圾种类对入炉垃圾进行分类，再将分类后的每种垃圾进行标记；对分类后的每种垃圾通过喷射荧光标记物或者同位素进行标记。

具体地，服务器分析出垃圾种类后，给分类控制器下达分类指令，分类控制器控制机械手将垃圾抓取并放置在对应的分类皮带上。分类皮带上方有标记物喷射装置，通过喷射荧光标记物或者同位素，对垃圾进行标记，喷射装置所在的皮带段是密封的，避免喷射物扩散到其他皮带上，造成标记不准确，标记物量少且无害，后期对锅炉燃烧没有影响。

S3、将标记后的入炉垃圾混合后再进行识别，得到入炉垃圾种类、每一类垃圾占入炉垃圾的质量比；通过荧光标记物对应光学仪、同位素标记对应元素分析仪垃圾对标记后的入炉垃圾进行识别，再由对应标记物得到垃圾种类及每一类垃圾占入炉垃圾的质量比。

具体地，垃圾在分类皮带上被标记后，汇合后送至垃圾储腔混合，之后被吊车和垃圾抓斗抓取放置在喂料装置上，通过喂料装置进行垃圾焚烧炉。此时由标记物识别装置对垃圾进行识别，荧光标记物对应光学仪器和\或同位素标记对应元素分析仪器，均可对标记物进行识别，再由对应标记物得到垃圾种类及所占比例。垃圾种类实时数据传送至服务器后，服务器即可根据典型垃圾的热值、含水率等对入炉垃圾的实时参数进行计算。

S4、基于入炉垃圾种类及质量比，计算包括入炉垃圾的热值、含水率、固定碳、灰分中的一个或多个参数；

生活垃圾的分类按照可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾和其他垃圾进行分类，其中仅其他垃圾是用于焚烧发电的垃圾。

其他垃圾种类复杂，除了陶瓷、砖瓦、木竹等，还包括一些不可回收的纸类、橡塑类垃圾，例如，厕纸、尿不湿、湿脏纸类、湿脏塑料等是不可回收的，需送去燃烧。因此，垃圾分类管理后，生活垃圾中纸类和橡塑类的比例会大幅下降，但预计仍有较高占比。

一种实施例，首先对典型垃圾的物理化学性质进行分析，如下表所示：

表1典型生活垃圾物理特性

实际应用中，在喂料装置上对垃圾进行识别后，可以得到不同种类垃圾的占比，假设塑料类、纸类、木竹类、灰土类分别占比0.55、0.32、8％、5％，那么对这些垃圾的热值、含水率、固定碳、灰分等参数进行加权平均，即可得出实时入炉垃圾的主要参数。

1)入炉垃圾热值通过以下计算公式得到：

q＝q1×R1+q2×R2+q3×R3+...qi×Ri

其中，q为入炉垃圾热值(单位：MJ/kg)，R为某类垃圾占入炉垃圾的质量比。

根据表1提供的数据，入炉垃圾热值通过以下公式计算得到：

q＝q_塑胶×R_塑胶+q_纸×R_纸+q_木竹×R_木竹+q_灰土×R_灰土

上述实时入炉垃圾的热值为(单位：MJ/kg)：

热值q＝32.35×0.55+14.65×0.32+16.53×0.08+0×0.05＝23.80MJ/kg。

2)入炉垃圾含水率通过以下计算公式得到：

H＝H1×R1+H2×R2+H3×R3+...Hi×Ri

其中，H为入炉垃圾含水率(单位：％)，R为某类垃圾占入炉垃圾的质量比。

根据表1提供的数据，入炉垃圾含水率通过以下计算公式得到：

H＝H_塑胶×R_塑胶+H_纸×R_纸+H_木竹×R_木竹+H_灰土×R_灰土

含水率H＝13％×0.55+25％×0.32+27％×0.08+4％×0.05＝18％。

3)入炉垃圾固定碳通过以下计算公式得到：

C＝C1×R1+C2×R2+C3×R3+...Ci×Ri

其中，C为入炉垃圾固定碳(单位：％)，R为某类垃圾占入炉垃圾的质量比。

根据表1提供的数据，入炉垃圾固定碳通过以下计算公式得到：

C＝C_塑胶×R_塑胶+C_纸×R_纸+C_木竹×R_木竹+C_灰土×R_灰土

固定碳C＝47％×0.55+46％×0.32+52％×0.08+25％×0.05＝46％。

4)入炉垃圾灰分通过以下计算公式得到：

A＝A1×R1+A2×R2+A3×R3+...Ai×Ri

其中，A为入炉垃圾灰分(单位：％)，R为某类垃圾占入炉垃圾的质量比。

根据表1提供的数据，入炉垃圾灰分通过以下计算公式得到：

A＝A_塑胶×R_塑胶+A_纸×R_纸+A_木竹×R_木竹+A_灰土×R_灰土

灰分A＝13％×0.55+5％×0.32+2％×0.08+45％×0.05＝11％。

计算出实时入炉垃圾的主要参数后，通过与垃圾焚烧炉设计参数对比，可以了解与焚烧炉设计值的偏差，从而对垃圾焚烧炉运行系统的参数进行调节和控制。

该分类是一个示例，根据不同地区垃圾分类进展不同，该分类可以进行变化，例如某些城市厨余垃圾处理设施不到位，那么仍有部分厨余垃圾需要送到垃圾焚烧炉燃烧，那么只需将服务器中的数据进行替换即可。即使相同种类垃圾，其典型物理特性参数在不同地区和季节也有变化，可以根据实际情况在服务器中对数据进行更新修改，以适应实际情况。

计算出实时入炉垃圾的主要参数后，对焚烧炉运行系统的参数进行控制，下面对参数控制策略描述，实际过程中根据不同垃圾焚烧炉的设计参数进行相应调节。

S5、根据得到的入炉垃圾的参数，对焚烧炉的风量、给水流量、炉排运行速度中的一个或多个参数进行调节，调节包括：

1)根据入炉垃圾热值、含水率、固定碳、灰分，调整风量：

若入炉垃圾热值高于焚烧炉设计热值，和\或入炉垃圾固定碳高于焚烧炉设计固定碳，和\或入炉垃圾热值高于焚烧炉设计热值，和\或入炉垃圾含水率、灰分值分别低于焚烧炉设计含水率、焚烧炉设计灰分值，则调整风量高于焚烧炉设计风量；如果此时风量不够，那么没有充分的氧气参与燃烧，燃烧不彻底，锅炉效率降低，同时会产生黑烟，有害物质焚烧不彻底，而二噁英的生成量也会增加。

若入炉垃圾热值低于焚烧炉设计热值，和\或入炉垃圾固定碳低于焚烧炉设计固定碳，和\或含水率、灰分值分别高于焚烧炉设计含水率、焚烧炉设计灰分值，则调整风量低于焚烧炉设计风量；其中，焚烧炉的风量包括一次风和二次风。如果此时风量过高，那么会有过剩的空气在炉膛中，这部分空气一方面会增加烟气流速，另一方面会使燃烧温度降低，燃烧效率较低，排气量和燃烧热损失增加。

上述风量包括一次风量和二次风量，调节风量是一次风量和\或二次风量，优选调节一次风量。

固定碳是热值来源，固定碳值高则热值就高，固定碳值低则热值就低，固定碳和热值对焚烧炉参数的影响相同。

入炉垃圾热值、含水率、固定碳、灰分对完全充分燃烧影响很大，热值、固定碳越高，燃烧越充分越有利，含水率、灰分则起反作用。

2)根据入炉垃圾热值和炉内垃圾重量，计算得到给水流量，给水流量通过以下公式计算得到：

X＝Q×η/△h，

Q＝q×m，

其中，Q为入炉垃圾总热量，η为锅炉效率，△h为蒸汽焓降，X为给水流量，q为入炉垃圾热值，m为入炉垃圾质量。

首先，服务器可以根据入炉垃圾热值q(通过步骤S4得出)和焚烧量(入炉垃圾质量，单位为公斤)计算出Q入炉垃圾总热量(KJ)，锅炉效率为锅炉设计效率，蒸汽焓降是已知参数，根据上述公式可得出给水流量，即水吸收多少热量，从而控制给水流量，如果给水流量过低或者过高，那么最终蒸汽的温度参数会偏离设计值，影响焚烧炉效率，不经济。

3)根据入炉垃圾热值，调整炉排运行速度，若入炉垃圾热值高于焚烧炉设计热值，则调整炉排运行速度低于预设炉排运行速度；若入炉垃圾热值低于焚烧炉设计热值，则调整炉排运行速度高于预设炉排运行速度。

炉排运行速度在垃圾焚烧过程中有较大影响，当入炉垃圾热值较高，此时为了充分燃烧，需要确保垃圾在炉排上能够停留足够的时间，与氧气反应，因此炉排运行速度需要设定在较慢水平(炉排运行速度低于预设炉排运行速度)，如果此时运行速度较快，垃圾可能还没有充分燃烧就出炉了，燃烧热损失大。当入炉垃圾热值较低，垃圾可以很快焚烧完，因此炉排运行速度可以设定在较快水平(炉排运行速度高于预设炉排运行速度)，如果此时运行速度太慢，垃圾已经烧完了，无法提供热量，焚烧效率低下。

步骤S4中，得到入炉垃圾种类及所占比例后，垃圾种类及所占比例实时数据传送至服务器后，服务器即可根据典型垃圾的热值、含水率、固定碳、灰分等对入炉垃圾的实时参数进行计算，并将计算后的参数反馈给燃烧器控制器，燃烧器控制器根据入炉垃圾的实时参数，提前对锅炉的风量(一次风和\或二次风)、给水流量、炉排运行速度等进行调节，从而实现燃烧的前馈控制。

本发明提供的垃圾焚烧预测与前馈控制方法，可以通过LIBS识别对入炉垃圾进行精细化分类和分析，并通过向不同种类垃圾喷射不同标记物(荧光示踪或者同位素标记法)的方法，实现每种垃圾的标记。入炉垃圾进入焚烧炉膛焚烧前，通过检测标记物从而判断入炉垃圾的种类和质量比，经过计算，得出实时入炉垃圾的主要数据(热值、含水率、固定碳、灰分)，基于这些参数提前调节焚烧炉燃烧参数(焚烧炉的风量、给水流量、炉排运行速度等)，实现了燃烧情况的预判，避免了控制滞后的问题，优化焚烧炉内燃烧，有利于焚烧炉稳定燃烧，确保机组经济高效环保运行。通过调节，利于入炉垃圾燃烧稳定性、燃尽率、污染物的排放、生产运行的经济性、蒸汽的产量等。

本发明提供的垃圾焚烧预测与前馈控制方法，通过LIBS识别对垃圾进行精细化分类，通过标记物标记实现跟踪，通过入炉前分析与计算得到实时入炉垃圾的数据，从而提前调节锅炉燃烧参数，实现了燃烧情况的预判，有利于稳定燃烧。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。