本发明涉及燃烧控制，尤其涉及一种低热值工业废气燃烧控制优化方法及装置。
背景技术：
1、随着工业化进程的加快，工业生产过程中产生的废气种类和数量日益增加。许多工业废气具有低热值、高湿度、成分复杂等特点，直接排放不仅浪费能源，还会对环境造成严重污染。因此，如何有效利用这类低热值工业废气成为当前工业节能减排领域亟待解决的问题之一。不同行业产生的工业废气成分差异较大，即使在同一生产工艺中，废气的组成和热值也因工况变化而波动。这种成分的多变性对燃烧控制提出了更高的要求，传统的固定参数燃烧控制方法难以适应复杂的废气成分变化。
技术实现思路
1、本发明为解决上述技术问题，提出了一种低热值工业废气燃烧控制优化方法及装置，以解决至少一个上述技术问题。
2、本技术提供了一种低热值工业废气燃烧控制优化方法，包括以下步骤：
3、步骤s1：获取废气成分数据，并根据废气成分数据进行废气热值计算，得到废气热值数据；
4、步骤s2：获取燃烧室数据，并根据燃烧室数据以及废气热值数据进行空燃比参数生成，得到空燃比参数数据；
5、步骤s3：根据空燃比参数数据以及废气成分数据进行废气预处理，得到废气预处理数据；
6、步骤s4：根据废气预处理数据进行多级燃烧作业，得到废气燃烧数据。
7、本发明中通过对废气成分数据的精确分析，计算出废气的实际热值数据，避免低热值废气在燃烧过程中因热值不足而导致燃烧不完全的情况，从而提高燃烧效率，减少未燃尽的可燃物排放。根据燃烧室数据（如燃烧室结构、燃料喷嘴布置、燃烧温度分布等）以及废气热值数据，计算出精准的空燃比参数。优化的空燃比参数能够确保燃料与空气的最佳混合比例，避免过量空气或过量燃料导致的燃烧效率降低。针对低热值工业废气成分中含有的杂质（如水蒸气、硫化物、卤化物等），进行必要的预处理（如脱水、脱硫、预混合等），改善废气的燃烧特性。通过预处理，可以提高燃烧的稳定性，避免燃烧器堵塞、火焰不稳定等问题。通过多级燃烧作业，将燃料和空气的供应分为多个阶段，逐步燃烧废气中的可燃成分，避免一次性供给过多燃料导致燃烧不完全或火焰过大等问题。多级燃烧能够有效提高燃烧效率，确保低热值废气的完全燃烧。
8、优选地，步骤s1具体为：
9、步骤s11：获取废气成分数据；
10、步骤s12：根据废气成分数据进行废气成分特征提取，得到废气成分特征数据；
11、步骤s13：根据废气成分特征数据进行废气成分聚类处理，得到废气成分聚类模式数据；
12、步骤s14：根据废气成分聚类模式数据进行成分热值映射，得到成分热值映射数据；
13、步骤s15：根据成分热值映射数据进行热值计算，得到废气热值数据。
14、本发明中通过对废气成分数据进行特征提取（如分子量、燃烧产物的比例、反应活性等），可以捕捉到每种废气成分的关键特征，避免简单成分分析带来的信息损失。通过对废气成分特征数据进行聚类处理，可以将复杂多样的废气成分分类为若干特征模式（如高热值模式、低热值模式、复杂混合模式等），从而更清晰地识别出废气成分的热值分布规律，使得在处理复杂废气时，可以快速找到与目标废气成分相似的已知模式，提高热值计算的效率和准确性。通过成分热值映射，可以将废气中每种成分的特征与其燃烧热值之间建立精确的映射关系，能够动态适应不同废气成分组合的变化，使得热值计算不再是简单的线性加和，而是结合了各成分之间的相互作用及其对总热值的贡献，从而更真实地反映废气的实际热值。通过对成分聚类模式的分析和成分热值映射的建立，可以根据不同工况下的废气成分变化，动态调整热值计算模型，适应不同废气类型的变化。这样在不同生产条件和废气成分波动的情况下，热值计算模型依然能够保持较高的准确性。
15、优选地，步骤s2具体为：
16、步骤s21：获取燃烧室数据；
17、步骤s22：根据燃烧室数据进行燃烧室传热传质仿真，得到燃烧室传热传质数据；
18、步骤s23：获取燃烧室历史运行数据，并根据燃烧室历史运行数据进行特征提取，得到燃烧室历史运行特征数据；
19、步骤s24：根据燃烧室历史运行特征数据以及燃烧室传热传质数据进行热值燃烧室响应映射，得到热值燃烧室响应映射数据；
20、步骤s25：根据热值燃烧室响应映射数据进行空燃比参数计算，得到空燃比参数数据。
21、本发明中通过燃烧室的传热传质仿真，能够模拟燃烧室内部的温度、压力、速度场等关键物理量的分布，能够深入理解燃烧室内部复杂的热量和物质传递机制，反映出燃烧过程的真实动态行为。历史运行数据中包含了燃烧室在不同工况下的运行特征信息（如温度、压力波动、燃料消耗、排放物浓度等），通过特征提取可以识别出燃烧室的典型运行模式和响应特性，有效捕捉燃烧室对不同热值的燃料响应情况，为空燃比参数计算提供依据。通过将燃烧室的传热传质数据与历史运行特征数据相结合，建立热值燃烧室响应映射模型。该模型能够动态反映燃烧室在不同热值和燃烧条件下的响应行为（如温度变化、燃烧效率、污染物生成等），可以精确预测燃烧室对不同热值燃料的反应。通过将热值燃烧室响应映射模型与实时燃烧室数据结合，可以动态调整空燃比参数，实现燃烧控制的快速响应，能够有效应对燃烧室内废气成分和热值的波动，确保燃烧过程的稳定性和高效性。热值燃烧室响应映射模型能够提前预测燃烧室在不同热值下的状态变化（如火焰传播速度、燃烧室压力波动等），燃烧控制系统可以根据预测结果提前调整空燃比，避免因燃料热值波动导致的燃烧不稳定和设备损坏。
22、优选地，步骤s3具体为：
23、步骤s31：根据空燃比参数数据以及废气成分数据进行废气预处理方案选择，得到废气预处理方案数据；
24、步骤s32：根据废气预处理方案数据通过化学吸收塔进行脱硫脱氯处理，得到脱硫脱氯处理数据；
25、步骤s33：根据废气预处理方案数据以及脱硫脱氯处理数据通过冷凝器和热交换器进行废气干燥与预热处理，得到废气干燥预热数据；
26、步骤s34：根据废气预处理方案数据以及废气干燥预热数据通过静态混合器进行废气均匀化处理，得到废气均匀化数据；
27、步骤s35：根据废气预处理方案数据以及废气均匀化数据进行预混燃料引入与混合，得到废气预处理数据。
28、本发明中根据空燃比参数数据和废气成分数据，分析废气中的各组分（如co2、so2、h2s、hcl、水蒸气等）以及这些组分对燃烧过程的影响，选择合适的废气预处理方案，包括脱硫、脱氯、脱水、预热等不同处理组合，生成最优的废气预处理方案数据。通过在线监测系统，记录脱硫脱氯过程的处理效率、吸收塔出口气体成分及其浓度变化，生成脱硫脱氯处理数据，脱硫脱氯处理能够减少酸性气体对燃烧设备（如燃烧器、热交换器）的腐蚀，延长设备的使用寿命，降低维护成本。记录冷凝器、热交换器的进出口气体温度、湿度以及处理效率，生成废气干燥预热数据，预热处理使废气温度更接近燃烧温度，减少燃烧过程中的能量损失，提高燃烧效率和燃烧稳定性。监测混合器出口处废气的成分均匀性、温度分布及压力损失情况，生成废气均匀化数据，均匀化处理消除了局部高浓度、高温度废气带来的燃烧不稳定风险，避免火焰不稳定、回火等问题。根据废气预处理方案数据以及废气均匀化数据，将高热值燃料（如天然气、丙烷）预混入废气中，以提高整体热值，使低热值废气能够稳定燃烧，对于低热值废气，加入高热值燃料可以提高整体热值，确保废气在燃烧室内能够达到稳定的燃烧温度，防止火焰熄灭。
29、优选地，应用于燃烧室，燃烧室包括一级燃烧区、二级燃烧区以及三级燃烧区，一级燃烧区、二级燃烧区以及三级燃烧区为不同的燃烧区，步骤s4具体为：
30、步骤s41：根据废气预处理数据生成多级燃烧参数数据；
31、步骤s42：根据多级燃烧参数数据通过一级燃烧区进行一级燃烧点火作业并实时监控，得到一级燃烧点火数据；
32、步骤s43：根据多级燃烧参数数据以及一级燃烧点火数据通过二级燃烧区进行二级燃烧点火作业并实时监控，得到二级燃烧点火数据；
33、步骤s44：根据多级燃烧参数数据以及二级燃烧点火数据通过三级燃烧区进行三级燃烧点火作业并实时监控，得到三级燃烧点火数据；
34、步骤s45：根据三级燃烧点火数据进行燃烧室温度场构建，得到燃烧室温度场数据；
35、步骤s46：通过预设的气体分析仪进行气体成分采集，得到燃烧室气体成分数据；
36、步骤s47：根据燃烧室温度场数据以及燃烧室气体成分数据进行燃烧室燃烧效率计算，得到废气燃烧数据，以进行燃烧室燃烧控制优化作业。
37、本发明中根据废气预处理后的具体成分和热值数据，生成针对不同燃烧区的燃烧参数数据，包括每个燃烧区的燃料供给量、空气供给量、点火温度等，能够精确适应预处理后废气的燃烧特性，避免因参数不当导致的燃烧不稳定、燃烧不完全或火焰脱离等问题。
38、在一级燃烧区进行点火作业时，通过燃烧监测器和温度传感器实时监控火焰状态和温度变化。实时监控能够帮助快速识别点火过程中的异常情况，如火焰不稳定、回火、燃烧不完全等，并根据监控数据及时调整点火条件（如燃料喷射量、空气流量等），确保点火成功和燃烧稳定。根据一级燃烧区的点火数据和实时监控结果，调整二级燃烧区的燃烧参数，使二级燃烧区能够针对一级燃烧后未完全燃烧的成分进行充分燃烧。例如，一级燃烧区后残留的co在二级燃烧区完全燃烧为co2，避免co的排放污染。三级燃烧区能够进一步处理二级燃烧后的剩余可燃成分（如ch4和h2），确保所有可燃成分都能在高温下完全燃烧。多级燃烧控制能够将不同成分的燃烧特性分阶段释放，减少燃烧不完全和局部过热现象，提高燃烧效率。通过三级燃烧区的点火数据，构建精确的燃烧室温度场模型。
39、温度场模型能够直观反映燃烧室内的温度分布、温度梯度以及各个燃烧区的热量释放情况。气体成分监测数据能够用于评估不同燃烧区的燃烧效率，及时发现未燃尽气体（如co和ch4）的含量变化，并根据实时数据优化燃烧条件，减少污染物排放。根据燃烧室温度场数据和气体成分数据，进行燃烧效率的计算。通过对不同燃烧区的温度场分布、热损失以及未燃尽气体含量的综合分析，评估整体燃烧效率和热效率。燃烧效率数据能够全面反映燃烧过程的能量利用情况，识别能量浪费和燃烧不完全的主要来源。
40、优选地，其中步骤s42具体为：
41、在一级燃烧点火作业的过程中控制火焰监测器进行火焰数据采集，得到燃烧室火焰数据，并通过温度传感器进行温度数据采集，得到燃烧室温度数据；
42、根据燃烧室温度数据进行燃烧室温度模型构建，得到燃烧室温度模型；
43、根据燃烧室火焰数据以及燃烧室温度模型进行局部高温检测，得到局部高温数据；
44、根据局部高温数据进行燃烧风险评估，得到燃烧风险评估数据；
45、根据燃烧风险评估数据进行燃烧室温度控制作业，直至一级燃烧点火作业中止并实时监控，得到一级燃烧点火数据。
46、本发明中通过火焰监测器实时采集火焰数据（如火焰亮度、形态、颜色等），可以及时检测出燃烧室内火焰的不稳定性或异常行为，如火焰脱离、回火等问题，确保点火作业的安全性。通过温度传感器采集燃烧室内部的实时温度数据，可以确保燃烧点火过程中温度达到设定点火阈值，防止因温度不足导致点火失败或不完全燃烧。通过温度数据构建燃烧室温度模型，可以动态分析和预测温度分布，确保点火过程中温度场均匀性，避免局部温度过高或过低导致的点火不稳定性。通过火焰数据和温度模型进行局部高温检测，能够及时识别燃烧室内的高温热点区域，防止局部过热导致的设备损坏或燃烧不稳定。通过对局部高温数据的分析进行燃烧风险评估，可以提前识别点火过程中可能存在的燃烧风险（如高温热点、火焰不稳定等），并采取预防措施。燃烧风险评估可以降低设备损坏的可能性，减少停机时间和维修成本。通过实时监控和数据反馈，可以优化点火过程中燃料与空气的混合比，使燃料充分燃烧，避免燃料浪费，提升能源利用率。
47、优选地，其中燃烧室温度模型构建具体为：
48、根据燃烧室温度数据进行局部高温分区建模，得到局部高温分区模型；
49、根据局部高温分区模型进行局部高温扩散预测，得到局部高温扩散预测数据；
50、根据局部高温扩散预测数据进行高温区燃烧不稳定性分析，得到高温区燃烧不稳定性数据；
51、对局部高温分区模型进行燃烧室结构热应力处理，得到燃烧室结构热应力模型；
52、根据高温区燃烧不稳定性数据对燃烧室结构热应力模型进行标注，得到燃烧室温度模型。
53、本发明中通过对燃烧室温度数据进行局部高温分区建模，可以精确识别出燃烧室内不同区域的温度分布特征，尤其是高温热点区域。局部高温分区建模能够识别不同燃烧区域的温度梯度和分布差异，避免传统整体温度模型中局部信息丢失的问题，使温度模型更加精细和准确。通过局部高温扩散预测，能够预先了解高温区域的扩散趋势和速度，从而预测燃烧过程中可能发生的温度场变化，使得燃烧控制系统提前调节燃料供给或冷却系统，防止高温区扩散到关键设备区域，避免设备过热损坏。通过高温区燃烧不稳定性分析，可以识别出燃烧过程中的潜在不稳定因素（如火焰振荡、火焰脱离等），避免导致燃烧效率下降或设备损坏的情况，及时的分析和预警避免燃烧过程出现突发问题。通过对局部高温分区模型进行燃烧室结构热应力处理，可以分析高温区域对燃烧室结构（如炉壁、燃烧器支架等）的热应力影响，能够预测结构在高温环境下可能出现的热变形、裂纹扩展等问题，从而防止设备在高温环境下发生失效，结构热应力分析可以识别容易产生热疲劳和热裂纹的关键部位，并加强这些部位的结构设计或采取有效的冷却措施。
54、优选地，其中局部高温分区建模具体为：
55、根据燃烧室温度数据进行温度变化速率计算，得到温度变化速率数据；
56、对温度变化速率数据进行三维温度梯度向量场计算，得到温度梯度向量数据；
57、根据温度向量梯度数据进行温度梯度特征提取，得到温度梯度特征数据；
58、根据温度梯度特征数据进行热传导相似矩阵构建，得到温度热传导相似矩阵数据；
59、根据温度热传导相似矩阵数据进行分区层次聚类计算，得到温度梯度聚类特征数据；
60、根据温度梯度聚类特征数据进行分区边界划分并模型构建，得到局部高温分区模型。
61、本发明中温度变化速率数据能够反映燃烧过程中的瞬态行为，有助于理解燃烧器启动、停止以及燃料波动时的温度响应特性，提高系统的动态反应能力。三维温度梯度向量场能够直观显示燃烧室内温度场的空间结构，包括温度上升的方向、梯度强度等。通过向量场，可以有效识别温度变化的主导方向和梯度陡峭的区域，为燃烧过程的空间分布提供更加精细的描述。通过温度梯度特征提取，可以从向量场数据中提取关键特征，如梯度幅度、方向变化率、梯度集中度等，能够有效区分出不同温度变化模式（如稳定区域、过渡区域、剧烈变化区域），用于识别温度场中的关键变化区域，便于进一步的聚类和分区建模。热传导相似矩阵通过反映不同温度梯度之间的热传导相似性，能够揭示温度场中不同区域之间的热物理关联性，能够更科学地表征温度变化模式之间的联系，避免传统相似矩阵仅依赖几何距离或简单相似度的不足，在复杂的热流动环境中（如热交换器、反应器等），热传导相似矩阵能够有效识别不同温度区之间的热传导关系，为热流分配和优化提供依据。通过分区层次聚类，可以将温度梯度特征数据分层聚合，识别出不同层次的高温区、过渡区和冷却区。通过对温度梯度聚类特征数据进行分区边界划分，可以精确定位各个高温区的边界位置，明确不同温度区的分布范围。
62、优选地，其中燃烧室燃烧效率计算具体为：
63、根据废气成分数据以及燃烧室气体成分数据进行燃烧利用效率计算，得到第一废气燃烧数据；
64、根据燃烧室温度场数据以及燃烧室气体成分数据进行温度场区域积分计算，得到初步第二废气燃烧数据；
65、根据初步第二废气燃烧数据进行分区排烟损失累积计算，得到第二废气燃烧数据；
66、根据第一废气燃烧数据以及第二废气燃烧数据进行燃烧效率分步迭代，得到废气燃烧数据。
67、本发明中通过对废气成分数据和燃烧室气体成分数据的分析，可以准确计算燃烧过程中燃料的实际利用效率，能够反映燃料的燃烧程度（如co2、co、ch4的生成比例），识别未燃尽部分的成分和数量，有助于了解燃料的燃烧完全性。通过对燃烧室温度场数据的区域积分计算，可以准确评估不同燃烧区域内的热量分布和温度场分布情况，能够反映温度场的均匀性和各区域的温度梯度变化，为燃烧效率的综合分析提供空间分布的细节。分区排烟损失累积计算可以量化燃烧过程中由于排烟带来的热量损失。通过分区分析可以精确计算不同排烟通道的热损失量，识别排烟热损失的主要来源。通过燃烧效率分步迭代优化方法，考虑燃烧利用效率和排烟损失，将两者进行有机结合和迭代优化。每次迭代都基于前一轮的计算结果，逐步修正燃烧效率的估算值，得到更准确的综合燃烧效率数据。
68、优选地，本技术还提供了一种低热值工业废气燃烧控制优化装置，用于执行如上所述的低热值工业废气燃烧控制优化方法，该低热值工业废气燃烧控制优化装置包括：
69、废气热值计算模块，用于获取废气成分数据，并根据废气成分数据进行废气热值计算，得到废气热值数据；
70、空燃比参数生成模块，用于获取燃烧室数据，并根据燃烧室数据以及废气热值数据进行空燃比参数生成，得到空燃比参数数据；
71、废气预处理模块，用于根据空燃比参数数据以及废气成分数据进行废气预处理，得到废气预处理数据；
72、多级燃烧作业模块，用于根据废气预处理数据进行多级燃烧作业，得到废气燃烧数据。
73、本发明的有益效果在于：通过获取废气成分数据，对工业废气中的主要成分（如co2、co、ch4、h2、n2等）进行详细分析，并依据各成分的化学性质与热值贡献，热值评估能够识别不同工况下废气成分波动对燃烧性能的影响，避免因热值评估误差导致的燃烧不完全或燃烧过度，从而提高燃烧控制的起点精度和可靠性。空燃比控制能够减少燃烧过程中的过剩空气或不足空气现象，避免燃烧过程中的火焰不稳定、燃烧不完全或过热现象，提高燃烧的完全性和安全性。根据空燃比参数数据和废气成分数据进行废气预处理，定制化选择合适的预处理工艺，如脱硫、脱氯、脱水、预热等，去除废气中的杂质，改善废气的燃烧特性，避免有害成分对燃烧器和燃烧室的腐蚀和损坏。通过多级燃烧作业（如一级燃烧区、二级燃烧区、三级燃烧区），针对不同废气组分的燃烧特性和热值贡献，将燃烧过程分为多个阶段。这样能够逐步释放废气中的可燃成分热值，避免一次性过量燃烧导致的燃烧不稳定和热损失。
1.一种低热值工业废气燃烧控制优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1具体为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2具体为：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3具体为：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，应用于燃烧室，燃烧室包括一级燃烧区、二级燃烧区以及三级燃烧区，一级燃烧区、二级燃烧区以及三级燃烧区为不同的燃烧区，步骤s4具体为：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中步骤s42具体为：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中燃烧室温度模型构建具体为：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中局部高温分区建模具体为：
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中燃烧室燃烧效率计算具体为：
10.一种低热值工业废气燃烧控制优化装置，其特征在于，用于执行如权利要求1所述的低热值工业废气燃烧控制优化方法，该低热值工业废气燃烧控制优化装置包括：
