1、毕业论文基于烟尘净化率的垃圾焚烧厂除尘系统运行稳定性分析摘要本文研究了袋式除尘系统运行稳定性问题并建立模型，由此分析焚烧厂扩建规模上限；接着进一步与新型除尘工艺作对比，以研究模型稳定性的提升幅度。模型一为基于烟尘净化率的稳定性分析模型。模型采用烟尘净化率作为检测指标，沿用李雅普诺夫稳定性定义思路，通过数理分析的方法一步步推导，得到通过分析语言（ 语言）建立的除尘系统稳定性分析模型。模型二以模型一为基础，给出求算工厂扩建面积的优化模型。以国标为限制条件，同时令系统在稳定性临界条件下运行，以最坏排污情况作为限制条件求解最大扩建规模。其中测试过程由计算机程序完成，得到的规模函数待定精度、排污浓度，最
2、大程度拓宽模型的适用面，最后将实际数据以多元线性回归加以拟合作检验。模型三分析模型一迁移过程中的稳定性，实质为基于滤波的模型稳定性分析。全程分析语言推导，以内指标 与外指标 对模型稳定性的两面进行表)(SIP)(SEP征，同时将结果量化，推导出提升幅度 表达式，对题目实例分析后得到稳定性翻倍的结论。关键词：李雅普诺夫稳定性、优化模型、分析语言、多元线性回归模型目录一、问题重述 .1二、问题背景和问题分析 .12.1 问题背景 .12.2 问题分析 .1三、模型假设、符号约定及名词解释 .23.1 模型假设 .23.2 符号约定 .23.3 名词解释 .2四、模型建立 .34.1 稳定性模型的建
3、立 .34.1.1 稳定性观测指标的定义 .34.1.2 烟尘净化率函数的定义 .34.1.3 拦截效应的效率表达式 .44.1.4 惯性效应的效率表达式 .54.1.5 理论模型与实验数据的比较 .54.2 问题一模型的建立和求解 .64.2.1 模型的推导与建立 .64.2.2 最大规模函数的求解 .94.3 问题二模型的建立和求解 .104.3.1 模型准备 .104.3.2 模型推导与建立 .104.3.3 模型的求解 .12五、模型检验 .135.1 单因子变量对过滤效率的影响 .135.1.1 过滤风速 v 和效率函数 的关系 .135.1.2 布袋有效面积 S 和效率函数 的关系
4、 .135.1.3 纤维直径 d 和效率函数 的关系 .145.1.4 微粒直径 和效率函数 的关系 .155.2 多因子变量对过滤效率的影响 .165.2.1 单位化及标准态规定 .165.2.2 多元线性回归分析模型 .165.2.3 多元线性回归模型的计算 .175.3 回归分析的模型检验 .17六、模型的评价 .186.1 稳定性分析模型评价 .186.2 优化面积模型评价 .186.3 模型稳定性分析评价 .18附录一 .19附录二 .27- 1 -一、问题重述随着城市化的发展，人们的生活水平逐渐提高，每日会产生大量的垃圾。然而面对庞大数量的垃圾，固态垃圾的处理与污染性气体排放都是很
5、严峻的问题。尤其在中国，由于人口庞大因而每日产生的垃圾数量不计其数，处理好这些垃圾且对环境产生尽可能小的影响是当前备受关注的。垃圾焚烧过程会产生多种剧毒污染物质，比如二恶英、硫化氢等，对人类有极大危害。以上问题却往往由于需要高额投资而短期无法取得客观收益，导致政府与私人投资者对这些问题置之不理。垃圾积少成多时，对人类健康的危害愈加严重。例如：江苏某村，由于水源受到污染，全村患上罕见疾病。为营造良好的生活环境，效率高且稳定性好的除尘器必不可少。当今垃圾焚烧发电厂袋式除尘器为较为先进的除尘器，稳定性良好，且除尘效率极高，有着较高的研究价值和提升空间。但是除尘器的稳定性受到如炉压差、袋子的有效表面积
6、、微粒直径、袋子的纤维直径、温度、湿度等因素的影响，需要综合考虑这些因素。科学量化这些因素对袋式除尘器系统稳定性的影响，以此为基础研究除尘器对周边环境的影响，确定具体影响因素的大小，进而求解环境允许排放上限，放得以向政府提议。最后用同一稳定性模型检验新型除尘工艺与袋式除尘工艺双方并进行对比，找到除尘模型稳定性能的提升大小。二、问题背景与问题分析2.1 问题背景科学的建设垃圾焚烧发电厂是实现可持续发展的重要举措，但目前的垃圾焚烧除尘工艺存在缺乏稳定性等重大缺陷，导致烟尘排放超标、周围环境恶化等重大影响。袋式烟气处理系统的应用是当今垃圾焚烧厂的主要除尘手段，而布袋除尘工艺环节对整个袋式烟气处理系统
7、的运行稳定性有决定性影响，所以研究袋式除尘系统稳定性对环境保护具有重大的意义。现在的垃圾焚烧制度有着种种的问题，都是因为除尘工艺不能持续稳定运行的缺陷，怎么提高除尘工艺持续性稳定运行，并且将其量化，不仅能深入揭示现行垃圾焚烧烟气处理技术缺陷以期促进除尘技术进步，同时也能对优化焚烧工况控制及运行维护规程有所帮助。2.2 问题分析针对问题一，焚烧厂的扩建规模受到单位面积排放总量限额的制约，首先需要量化这些指标从而得出需要求解的关键变量，之后通过对带式除尘器的具体分析，利用建立的模型导出除尘器运行稳定性与这些关键变量之间的关联。找出最容易导致系统不稳定的影响因子，将其作为环境保护综合监测的重点监测指
8、标。追溯污染的原因，为某些因素影响袋式除尘工艺的稳定性，从而在除尘器自动运行的特定时间段内影响烟尘净化率，烟尘净化率下降则直接导致空气污染。这一过程简单描述如下：- 2 -除尘系统运行中的某些因素 影响 除尘系统稳定性 导致净化率下降污染空气针对问题二，可以将已建立的稳定性分析模型运用到新型除尘工艺上，量化比较新型除尘工艺与袋式除尘工艺，从中找到该稳定性模型的提升量，并且对提升量的结果进行分析评测。三、模型假设与符号约定3.1 模型假设（1）带式除尘器自动除尘周期（过滤+除尘）为恒定常数；（2）微粒的布朗运动忽略不计；（3）纤维、微粒和塑料袋近似为圆形；（4）微粒进入时没有发生化学反应。3.2
9、 符号约定符号 含义袋式除尘器处理效率v过滤风速S袋式除尘器有效面积d袋式除尘器袋子的纤维直径微粒直径t 系统自动运行时间关键因子初值组合1垃圾焚烧的烟尘浓度2经袋式除尘器处理后的烟尘浓度3.3 名词解释 1（1）碰撞效应：当含尘气流接近滤袋纤维时，空气将绕过纤维，而较大的颗粒则由于惯性作用偏离空气运动轨迹直接与纤维相撞而被捕获。而且粉尘颗粒越大，- 3 -气体流速越高，其碰撞效应也越强。（2）粘附效应：当含尘气体流经滤袋纤维时，部分靠近纤维的尘粒将会与纤维边缘相接触，并被纤维所钩挂、粘附而捕获。（3）扩散效应：当尘粒直径小于 0.2m 时，由于气体分子的相互碰撞而偏离气体流线作不规则的布朗运
10、动，碰到滤袋纤维而被捕获。这种由于布朗运动引起扩散使粉尘颗粒与滤袋纤维接触、吸附的作用，称为扩散效应。粉尘颗粒越小，不规则运动越剧烈，粉尘与滤袋纤维接触机会也越多。四、模型建立4.1 稳定性模型的建立4.1.1 稳定性观测指标的定义（1）首先明确一般意义上的稳定性定义。在工程与科学领域普遍将“稳定性”定义与“初始状态的微小扰动在系统运行过程中的影响”挂钩，如果系统能够自动修正扰动则认为是稳定（且为渐进稳定）；如果在给定测试时间内系统运行受到的影响可控也认为是稳定（一般稳定）；若某影响因子微小扰动作用会随系统运行而被放大，则系统在该因子的作用下是不稳定的。（2）给定测试时间。除尘系统的自动运行是
11、有时限的（在一定时间后需要检修，更换磨损布袋之类），所以在一定测试时间内建立模型是合理而科学的。在查阅资料后，本文以 30 个连续工作日作为测试时间。（3）稳定性观测指标的选择。所谓烟尘净化装置，其目的在于净化烟尘。本文采用烟尘净化率作为观测指标：（4-1-1）121)(）的 烟 尘 浓 度 （ 出 气 浓 度为 经 袋 式 除 尘 器 处 理 后 （ 进 气 浓 度 ）为 垃 圾 焚 烧 的 烟 尘 浓 度为 烟 尘 净 化 率21烟尘净化率是各个影响因素共同影响的最终结果表征，是维系着排污量的重要变量，将作为本文研究的重点。4.1.2 烟尘净化率函数的定义对于效率函数 的表达式，在主要假设
12、的前提下，我们查阅资料发现，效率函数 主要由过滤风速 v、布袋的有效面积 S、布袋材料的纤维直径 d、微粒直径等几个主要因素的影响。首先假设这些因变量之间为无关变量，当微粒通过袋子的时候，首先由于微粒本身撞击在袋子的纤维微粒上，而被袋子拦截，不能通过并被沉积下来，我们称之为拦截效应，并且假设拦截效应的效率为。其次，由于微粒和纤维本身都是微米数量级大小的颗粒，在运动过程中，两者之间的万有引力作用可以影响微粒的行进轨道，使得微粒向着纤维运动，并被吸附在纤维上，我们称之为惯性效应，并且假设惯性效应的效率为。所以总的效率函数表达式为：- 4 -（4-1-2）11R4.1.3 拦截效应的效率表达式我们取
13、一个微小的单位纤维研究，将每一个单纤维抽象为一个圆形，其直径为 d。再用将袋子划分成很多个边长为 d 的正方形和这个圆相切。对于任意一个直径为 的微粒，在它被吸附时可能落在这个正方形的任意一个地方。令微粒圆心与纤维圆心为 D，如果即说明微粒和纤维没有任何碰撞，这一部分微粒没有被纤维沉淀住；反之，如果即说明微粒和纤维之间产生了碰撞，这一部分的微粒会被沉淀住。所以可以得知： 所 有 落 在 正 方 形 的 微 粒的 微 粒落 在 直 径 为 dR由于微粒数量极大，微粒的数量之比就可以转化成面积之比了。令直径为大圆和正方形重合的总面积为 S，正方形的面积为 S，那么d（4-1-3）21dR 所 有
14、落 在 正 方 形 的 微 粒的 微 粒落 在 直 径 为容易得到 2S（4-1-4）下面开始推导 S如右图，令封闭图形 AOB 的面积为 S，就有以圆的圆心为原点建立直角坐标系，所以圆的方程为 422dyx可以得到 A,B 两点坐标分别是 和 ，由微积,2,d分的知识可以得到（4-1-5） dxdSd 2 2324积分之后 ddddS 21221223 sin8sin84（4-1-6）图 13214- 5 -由于 ，所以d0sin,12dd代入（4-1-6）式 S可以近似化简为（4-1-7）423S即可得表达式（4-1-8）221dSR4.1.4 惯性效应的效率表达式根据文献查阅 2，我们得
15、到了惯性效应的表达式为（4-1-9）2.07.331Stkt式中（4-1-10）mP总总1其中微粒的密度，空气动力粘性指数，在袋式除尘器处理的时候，当温度为150200 时的工作效率最高，我们取温度为 160，那么根据资料查找可以得知此时 （Pas）为空气动力粘性指数。我们假设单位时间内，通过510432.总面积单位长度的粒子质量是一定的，并且根据实际情况考虑我们取（），kgm总代入（4-1-3）式可以得到 Stk 的最终表达式为（4-1-11）dSvmtk182总综合式（4-1-8 ）和式（4-1-9）即可得到效率函数 理论的最终表达式。4.1.5 理论模型与实验数据的比较共取五组有代表性的实验数据 3，利用 Excel 软件计算出理论推导析结果数值，并与实验值做比较，结果如下表：实验组数 v（m/min S( )m2 d( )m ( ) m 的实 的计 R 的计 l 的理 相对误差
