工廠、廠務系統製程AI解決方案:焚化爐/鍋爐 蒸氣產能、環安等數值預測

solution

解決方案

01

Jan 1970

AI應用課-製程數據預測/分析

工廠、廠務系統製程AI解決方案:焚化爐/鍋爐 蒸氣產能、環安等數值預測

E.J Technology
焚化爐工廠製程AI預測分析系統


重點設計[焚化爐&廢熱鍋爐]預測系統建置
1. 形式 : 焚化爐使用LPG點火與砂重力床進行焚燒,燃料使用重油與特化共用輸入管線混燒。
2. 設備 : 燃料油泵只有建廠時的圖面且已更換,目前燃油最大輸出流量約每分鐘50公升(3000/LPH)
   焚化爐 持續點燃「不停火」 方式,利用燃油幫助穩定燃燒狀況,減少CO超標以及維持爐內溫度。
   備註 : 廢熱鍋爐管排於2010年更換,目前平均蒸氣產量為每小時15公噸
          固體垃圾一爪約1-2噸,廢油無使用數據,矽砂溫度等於爐床溫度。


各設備運作條件(未達條件表示正在啟停爐):

  1. 鍋爐蒸氣溫度計(TI-1302)                    大於200攝氏度
  2. 鍋爐出口溫度計(TI-1701)                    大於249攝氏度
  3. 鍋爐流量計(FI-1302)                            每小時728
  4. 鍋爐液位計(LI-1301)                            介於正負20之間,持續為0表示停機
  5. 焚化爐二次燃燒室溫度(TI-1204)        大於500攝氏度
  6. 焚化爐出口溫度(TI-1205)                    大於700攝氏度
  7. 焚化爐爐床溫度(TI-1201)                    大於400攝氏度
  8. 焚化爐爐內壓力(PI-1201)                    沒有
  9. 焚化爐爐下壓力(PI-1202)                    介於18002300之間

  • 所以產能與燃料換算下來等於 :
    每小時燃油固定3000公升(約3頓)燃油,
    每小時產生15頓蒸氣。

    註 : 每小時垃圾量暫無法估計,目前得知每次投入1~2頓
    *預計平均每一千公升(1噸)燃油 = 產生5頓蒸氣



    2.穎杰科技_預計對於焚化爐廠AI預測模型建構 & 模型訓練計畫
    2-1建構AI模型目的
    蒸氣產量穩定與提升,燃料穩定投放,降低燃油節省成本,減低人員操作負擔,提供製程操作導航建議。
    2-1-1第一套焚化爐模型訓練流程
    藉由MER-1數據進行模型的建構,累積建構焚化爐與廢熱過爐AI模型經驗,並驗證模型可行性,
    在進一步轉換至第二套新建置焚化爐,分為以下三步驟:
    1.數據預處理以及診斷,藉由預處理與診斷挑選合適數據進行製程預測,並分別篩選出啟停爐正常運轉 之時段,分別使用數據分析。
    2.使用 傳統統計學ML模型 進行預測並驗證結果,評估是否需要近一步使用AI深度學習。
    3.使用AI深度神經網路 進行 建立模型,並驗證準確性。
  • 2-1-2模型預測與AI-MPC
    藉由第一套焚化爐數據與訓練完成之AI深度神經網路模型,進行製程操作預測,搭配現場PLC或設備設定
    相關條件,進行模擬與建立製程導航系統。

    2-1-3利用MER1虛擬焚化爐-廢熱鍋爐AI模型
    目前階段首先_排除啟停爐階段數據,以正常運行數據為主,建立MER-1運行階段虛擬AI模型。
    MER-1設備分為焚化爐與廢熱鍋爐兩個部分,計畫分別建置 ”廢熱鍋爐蒸氣產量預測” 與
    另一部分 ”焚化爐廢熱溫度預測” 兩種模型,並最終合併為全廠AI預測模型。
    *廢熱鍋爐_蒸氣產量 [預測模型] 輸入以下儀表Tag做資料分析:
             鍋爐蒸氣溫度計(TI-1302)、鍋爐入口溫度計(TI-1701)、
             鍋爐液位計(LI-1301),並 預測 鍋爐流量計(FI-1302)。
 


藉由來自焚化爐的廢熱溫度,搭配吹入汽鼓及時液位,以及當下產生之蒸氣溫度,
預測出 當下產生之蒸汽流量,並進行預測。


.計畫採用移動視窗法,藉由時間視窗內數據的變化,使模型學習趨勢走向,並預測最終蒸氣產量,以及趨勢變化走勢。
 預期目標:藉由模型模擬第一套早期廢熱鍋爐運作模式,並建立虛擬鍋爐計畫。



*爐燃燒後_廢熱溫度 預測模型 輸入以下儀錶TAG做資料分析:
燃料檢驗報告與熱值表、燃料使用量、焚化爐二次燃燒室溫度(TI-1204)、焚化爐爐床溫度(TI-1201)、
焚化爐爐內壓力(PI-1201)、焚化爐爐下壓力(PI-1202),並預測焚化爐出口溫度(TI-1205)。


 

但由於缺乏廢棄物使用情況 (目前已知一爪為1-2噸,且廢油使用量未知),
[因此無法進行準確投入廢棄料→與燃油對照配比預測]。
除了開始建置智慧儲坑計畫外,目前計畫使用爐床溫度變化(矽砂)作為當下入油燃料廢棄物燃燒情況(油燃料熱值&使用量已知)
藉由爐床(矽砂)溫度變化爐內下方壓力,判斷爐內燃燒之情況,最終預測焚化爐出口溫度。
預期目標:藉由模型模擬焚化爐運作模式,並建立虛擬焚化爐。

 最終結合以上模型,建立焚化爐與廢熱鍋爐一體模型,並進行後續_製程操作變數(燃料使用量),
 後續操作預測(蒸氣產量),並總結使用經驗,提出新焚化爐可能需要之Tag與模型建立方針。




3.穎杰科技_既有焚化爐廠AI預測模型訓練計畫後呈現及成功率
第一應用開啟




第二應用開啟



第三應用敘述



第三應用開啟



第四應用流程



第五應用流程



第六應用流程


備註 : 可客製化協助客戶從PLC、DCS、OPC等來源端,盤點各位置接收及問題排除,進行客戶需求客製化,直至系統建置完成。

[製程數據清洗] 篩選、視窗化、去空值等工作

[建構模型架構] 數據形狀、神經元、激活函數、優化器規劃

[最後模型預測] 結果呈現至PI-Vision系統,等客戶所期望平台

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