基于生活垃圾的碳化监测方法及系统
技术领域
本申请涉及垃圾处理技术领域，尤其涉及一种基于生活垃圾的碳化监测方法及系统。
背景技术
生活垃圾焚烧排放的烟气中含有SO2、HCl、HF、Hg、Pb、Cd、NOx、二恶英和重金属等多种有害有毒物质，如果采用简单的焚烧方法，则会造成严重的二次污染。
现有技术中，生活垃圾碳化的过程中无法监测生活垃圾碳化热解过程中火焰的稳定性，如果火焰燃烧的不稳定，一方面会降低生活垃圾的燃烧效率，产生噪声或污染物，另一方面会造成能源的浪费，增加生产成本。因此，非常有必要对碳化炉内生活垃圾碳化过程中火焰的稳定性进行监测，确保生活垃垃圾的碳化完全，或者及早采取补救措施。
发明内容
本申请的目的在于提供一种基于生活垃圾的碳化监测方法及系统，对火焰的稳定性进行监测，提高生活垃圾的碳化效率和碳化完全程度，提高能源的回收率。
为达到上述目的，本申请提供一种基于生活垃圾的碳化监测方法，该方法包括：
在生活垃圾碳化处理的过程中，实时监控碳化炉的工作条件；
在碳化炉的工作条件符合预先设定的标准条件下，实时采集生活垃圾碳化处理过程中位于碳化区的第一碳化数据；
根据第一碳化数据监测生活垃圾碳化的稳定性。
如上的，其中，将碳化炉的工作条件控制为：温度小于230度，碳化炉内为无氧环境，碳化炉为密封状态。
如上的，其中，根据第一碳化数据监测生活垃圾碳化的稳定性的方法包括如下子步骤：
在预设的时间段内连续采集的多张第一火焰图像；
根据多张第一火焰图像计算火焰稳定性值；
将计算的火焰稳定性值与预设的阈值进行比较，若火焰稳定性值大于预设的阈值，则生活垃圾碳化不稳定，否则，生活垃圾碳化稳定。
如上的，其中，火焰稳定性值的计算公式为：
其中，H表示获取的第一火焰图像的总张数，h表示第几张第一火焰图像；uh表示第一火焰图像中火焰区域的面积；Vh表示第一火焰图像中非火焰区域的面积；Ph(x,y)表示第h张第一火焰图像像素点坐标为(x,y)的像素的灰度值；Ph+1(x,y)表示第h+1张第一火焰图像像素点坐标为(x,y)的像素的灰度值；dh(h+1)表示第h张第一火焰图像火焰中心点坐标与第h+1张第一火焰图像的火焰中心点坐标之间的距离。
如上的，其中，火焰中心点坐标(x0,y0)的计算公式为：
如上的，其中，第一火焰图像中火焰区域的面积uh的计算公式为：
uh＝B·C·I；
其中，B表示第一火焰图像的火焰区域像素点的总列数；C表示第一火焰图像的火焰区域像素点的总行数，I表示单个像素的面积。
如上的，其中，所述的基于生活垃圾的碳化监测方法，还包括：对碳化处理后碳化炉排出的烟气进行净化处理，并实时监测净化处理后的烟气是否符合排放标准。
如上的，其中，对净化处理中用于中和SO2气体的中和剂用量进行控制，控制方法如下：
检测净化处理后烟气中SO2气体的含量；
根据检测到的SO2的含量、预设SO2气体排放标准值和允许偏差等级计算中和剂用量调剂值；
根据中和剂用量调节值调节中和剂用量。
如上的，其中，所述的基于生活垃圾的碳化监测方法，还包括：将采集的第一碳化数据输入预先构建的生活垃圾类别识别模型中获取碳化炉内生活垃圾的类别。
本申请还提供一种基于生活垃圾的碳化监测系统，该系统包括：
碳化炉工作条件监控模块，用于在生活垃圾碳化处理的过程中，实时监控碳化炉的工作条件；
数据采集模块，用于在碳化炉的工作条件符合预先设定的标准条件下，实时采集生活垃圾碳化处理过程中位于碳化区的第一碳化数据；
稳定性监测模块，用于根据第一碳化数据监测生活垃圾碳化的稳定性。
本申请实现的有益效果如下：
(1)本申请对生活垃圾进行无害化处理，采用低温无氧热解碳化的方法，使得生活垃圾碳化，其在碳化的过程中产生较多的热量，将热量回收，节约了能源，另外，生活垃圾在碳化的过程中产生较少的烟气，烟气中含有较少的有害物质，对烟气进行净化处理，防止生活垃圾对环境造成污染。
(2)本申请对生活垃圾碳化的过程进行实时监测，监测生活垃圾的碳化情况，以根据生活垃圾的碳化情况调节碳化炉的参数，以提高生活垃圾的碳化效率和碳化完全程度，提高能源的回收率。
(3)本申请对净化处理后的烟气进行实时监控，防止净化处理后的烟气中还存在有害物质，进而防止对环境造成污染。
(4)本申请根据生活垃圾碳化过程中的火焰图像和火焰光谱信息判断碳化炉内生活垃圾的类别，以对碳化炉内的碳化情况进行了解。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的一种基于生活垃圾的碳化监测方法的流程图。
图2为本申请实施例的监测生活垃圾碳化的稳定性的方法的流程图。
图3为本申请实施例的对净化处理中用于中和SO2气体的中和剂用量进行控制的方法流程图。
图4为本申请实施例的一种基于生活垃圾的碳化监测系统的结构示意图。
附图标记：10-碳化炉工作条件监控模块；20-数据采集模块；30-稳定性检测模块；31-获取模块；32-计算模块；33-比较模块；40-生活垃圾类别识别模型；50-中和剂用量控制模块；60-烟气检测模块；100-碳化监测系统。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一
如图1所示，本申请提供一种基于生活垃圾的碳化监测方法，该方法包括：
步骤S1，在生活垃圾碳化处理的过程中，实时监控碳化炉的工作条件。
具体的，生活垃圾经过预处理后，投入碳化炉内进行碳化处理，在生活垃圾碳化处理的过程中，实时监控碳化炉的工作状态。
将碳化炉的工作条件控制为：温度小于230度，碳化炉内为无氧环境，碳化炉为密封状态。
在碳化炉内投入促进生活垃圾碳化的碳化催化剂，碳化催化剂的组成成分为：氢氧化铝60-75％，尿素3-5％，高岭土25-40％。
步骤S2，在碳化炉的工作条件符合预先设定的标准条件下，实时采集生活垃圾碳化处理过程中位于碳化区的第一碳化数据，第一碳化数据包括：第一火焰光谱信息和第一火焰图像。
步骤S3，根据第一碳化数据监测生活垃圾碳化的稳定性。
如图2所示，根据第一碳化数据监测生活垃圾碳化的稳定性的方法包括如下子步骤：
步骤S310，在预设的时间段内连续采集多张第一火焰图像。
具体的，在预设的一段时间内按照预设的时间间隔连续采集多张第一火焰图像。
步骤S320，根据多张第一火焰图像计算火焰稳定性值。
具体的，火焰稳定性值的计算公式为：
其中，H表示获取的第一火焰图像的总张数，h表示第几张第一火焰图像；uh表示第一火焰图像中火焰区域的面积；Vh表示第一火焰图像中非火焰区域的面积；Ph(x,y)表示第h张第一火焰图像像素点坐标为(x,y)的像素的灰度值；Ph+1(x,y)表示第h+1张第一火焰图像像素点坐标为(x,y)的像素的灰度值；dh(h+1)表示第h张第一火焰图像火焰中心点坐标与第h+1张第一火焰图像的火焰中心点坐标之间的距离。
其中，火焰中心点坐标(x0,y0)的计算公式为：
其中，第一火焰图像中火焰区域的面积uh的计算公式为：
uh＝B·C·I；
其中，B表示第一火焰图像的火焰区域像素点的总列数；C表示第一火焰图像的火焰区域像素点的总行数，I表示单个像素的面积。
其中，第一火焰图像中非火焰区域的面积Vh的计算公式为：
Vh＝L1·M1·I-uh；
其中，L1表示第一火焰图像的像素点的总行数；M1表示第一火焰图像的像素点的总列数；I表示单个像素的面积；uh第一火焰图像中火焰区域的面积。
其中，Ph(x,y)＝0.3r(x,y)+0.59g(x,y)+0.11b(x,y)；
其中，r(x,y)表示第一火焰图像中像素点坐标为(x,y)的像素点的红色值分量；g(x,y)表示第一火焰图像中像素点坐标为(x,y)的像素点的绿色值分量；b(x,y)表示第一火焰图像中像素点坐标为(x,y)的像素点的蓝色值分量。
步骤S330，将计算的火焰稳定性值与预设的阈值进行比较，若火焰稳定性值大于预设的阈值，则生活垃圾碳化不稳定，否则，生活垃圾碳化稳定。
步骤S4，对碳化处理后碳化炉排出的烟气进行净化处理，并实时监测净化处理后的烟气是否符合排放标准。
具体的，监控净化处理后排放的烟气中的CO、SO2、NOX的含量是否超标。使烟气排放达到国家规定标准，实现无害化处理。
如图3所示，对净化处理中用于中和SO2气体的中和剂用量进行控制，控制方法如下：
步骤T1，检测净化处理后烟气中SO2(二氧化硫气体)气体的含量。
步骤T2，根据检测到的SO2气体的含量、预设SO2气体排放标准值和允许偏差等级计算中和剂用量调剂值。中和剂与烟气中SO2气体进行中和作用。
具体的，中和剂用量调节值的计算方法如下：
其中，ZH表示中和剂用量调节值；Sso2表示烟气中SO2气体的含量；Syu表示预设SO2气体排放标准值；De表示允许偏差等级。
步骤T3，根据中和剂用量调节值调节中和剂(例如：石灰浆液)用量，进而调节净化处理后排放气体中所含SO2气体的量，使得SO2气体的排放量符合排放标准。
具体的，若中和剂用量调节值为正数，则增加与计算的中和剂用量调节值相等量的石灰浆液；若中和剂用量调节值为负数，则减少与计算的中和剂用量调节值相等量的石灰浆液。
根据本发明的一个具体实施例，在生活垃圾的碳化过程中，自动控制碳化炉内炉排动作，以促进生活垃圾热解，提高热解效率，使生活垃圾更充分的热解。
步骤S5，将采集的第一碳化数据输入预先构建的生活垃圾类别识别模型中获取碳化炉内生活垃圾的类别。
具体的，选择生活垃圾碳化一定时间后采集的第一碳化数据，将选择的第一碳化数据输入到预先构建的生活垃类别圾识别模型中，生活垃圾类别识别模块识别碳化炉内进行碳化处理的生活垃圾的类别，输出碳化炉内生活垃圾的类别。
其中，第一碳化数据包括：第一火焰光谱信息和第一火焰图像，第一火焰光谱信息包括火焰强度和火焰振幅，在碳化炉的观察孔处设置向碳化炉内采集火焰光谱信息的光纤传感器，通过光纤传感器采集火焰强度和火焰振幅。
其中，生活垃圾类别包括：厨余类、纸类、塑料类、橡胶类、木质和果皮等。
其中，预先构建的生活垃圾类别识别模型中存储有第二碳化参数，第二碳化参数包括：第二火焰光谱信息和第二火焰图像。第二火焰光谱信息和第二火焰图像均对应有标准的生活垃圾类别。
其中，第二火焰光谱信息包括每一种生活垃圾类别碳化过程中产生的单种火焰光谱信息和两种或两种以上生活垃圾类别碳化过程中产生的多种火焰混合光谱信息，第二火焰图像包括每一种生活垃圾类别碳化过程中产生的单种火焰图像和两种或两种以上生活垃圾类别碳化过程中产生的多种火焰混合图像。
其中，第二火焰光谱信息包括第二火焰强度和第二火焰振幅。
通过计算第一碳化数据与第二碳化参数之间的相似度，根据计算结果判定碳化的生活垃圾类别为与之相似度最大的第二碳化参数对应的生活垃圾类别。
具体的，计算第一碳化数据与第二碳化参数之间的相似度的方法为：
其中，
其中，选取第一火焰图像和第二火焰图像的火焰中心区的面积相同；选取第一火焰图像和第二火焰图像的火焰外围区的面积相同；火焰中心区位于火焰的中心位置，火焰外围区位于火焰中心区的外周侧。
其中，
其中，
其中，
其中，
其中，
实施例二
如图4所示，本申请还提供一种基于生活垃圾的碳化监测系统100，该系统包括：
碳化炉工作条件监控模块10，用于在生活垃圾碳化处理的过程中，实时监控碳化炉的工作条件；
数据采集模块20，用于在碳化炉的工作条件符合预先设定的标准条件下，实时采集生活垃圾碳化处理过程中位于碳化区的第一碳化数据；
稳定性监测模块30，用于根据第一碳化数据监测生活垃圾碳化的稳定性。
还包括：烟气监测模块60，用于实时监测净化处理后的烟气是否符合排放标准。
数据采集模块20，还用于采集净化处理后烟气中的SO2气体含量。
中和剂用量控制模块50，用于根据采集净化处理后烟气中的SO2气体含量对净化处理中用于中和SO2气体的中和剂用量进行控制。
生活垃圾类别识别模型40，用于根据第一碳化数据判断碳化炉内生活垃圾的类别。
稳定性检测模块30包括：
获取模块31，用于在一段时间内连续采集的多张第一火焰图像；
计算模块32，用于根据多张第一火焰图像计算火焰稳定性值；
比较模块33，用于将计算的火焰稳定性值与预设的阈值进行比较，若火焰稳定性值大于预设的阈值，则生活垃圾碳化不稳定，否则，生活垃圾碳化稳定。
本申请实现的有益效果如下：
(1)本申请对生活垃圾进行无害化处理，采用低温无氧热解碳化的方法，使得生活垃圾碳化，其在碳化的过程中产生较多的热量，将热量回收，节约了能源，另外，生活垃圾在碳化的过程中产生较少的烟气，烟气中含有较少的有害物质，对烟气进行净化处理，防止生活垃圾对环境造成污染。
(2)本申请对生活垃圾碳化的过程进行实时监测，监测生活垃圾的碳化情况，以根据生活垃圾的碳化情况调节碳化炉的参数，以提高生活垃圾的碳化效率和碳化完全程度，提高能源的回收率。
(3)本申请对净化处理后的烟气进行实时监控，防止净化处理后的烟气中还存在有害物质，进而防止对环境造成污染。
(4)本申请根据生活垃圾碳化过程中的火焰图像和火焰光谱信息判断碳化炉内生活垃圾的类别，以对碳化炉内的碳化情况进行了解。
上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。
