替代燃料的确定方法、装置、计算机设备及存储介质与流程

本发明涉及清洁生产，具体涉及替代燃料的确定方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术：

1、现有的能源结构大多以燃煤为主，煤炭占水泥生产所消耗能源的80％左右。近年来，水泥行业加快技术创新，实施节能减排技术，以实现水泥行业的绿色发展。其中，开发协同处置工业废弃物、城市垃圾、污泥等技术，提高替代燃料利用率能够有效降低单位水泥产品的碳排放量，但是不同替代燃料的品质差异可能会对水泥窑系统的运行带来影响，需要对其进行质量控制。根据替代燃料在水泥窑中的投加点不同，其对于成分与性质的要求也不同。窑头周边环境温度较高，是水泥熟料烧成的关键部位，对于燃料热值、火焰位置和形状要求严格，主要用于投加热值较高、粒度较小且足够均质化的气态(填埋气、分解气等)、液态、半固态、固态颗粒替代燃料。窑尾对于投加的替代燃料品质的要求没有那么严格，可以投加粒度较大的固体替代燃料。

2、目前，水泥企业常用的替代燃料包括塑料、废旧轮胎、木材、稻壳等固体废物，以及污泥、废油、溶剂等半固态或液态废物。由于替代燃料成分复杂，在投加过程中容易造成窑内工况波动，影响熟料煅烧过程和熟料的最终质量。而且，替代燃料中可能含有的有机物组份，会造成窑内烟气量增加和烟气成分的波动，因此，如何确定替代燃料的组合及配比，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种替代燃料的确定方法、装置、计算机设备及存储介质，以解决由于替代燃料成分复杂，替代燃料中可能含有的有机物组份，会造成窑内烟气量增加和烟气成分的波动，因此难以确定替代燃料的组合及配比的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种替代燃料确定方法，该方法包括：获取目标水泥窑对应的目标燃料和多个待选替代燃料组合的替代组分类别、性质参数、最大输送能力，以及燃料边界条件，待选替代燃料组合包括至少两个类别的替代组分；基于多个待选替代燃料组合的替代组分类别、性质参数、最大输送能力构建目标函数，并基于燃料边界条件构建约束条件；基于目标函数和约束条件分别计算得到各待选替代燃料组合的初始待选替代燃料组合配比解；利用非支配排序遗传算法分别对各初始待选替代燃料组合配比解进行优化，得到各待选替代燃料组合的优化后的待选替代燃料组合配比解；基于各待选替代燃料组合的替代组分类别、性质参数、最大输送能力和优化后的待选替代燃料组合配比解计算得到各优化后的待选替代燃料组合的理论替代率；基于理论替代率，从多个待选替代燃料组合中确定目标水泥窑对应的替代燃料的组分方案。

3、本实施例提供的替代燃料的确定方法，首先，通过获取目标水泥窑对应的目标燃料和多个待选替代燃料组合的替代组分类别、性质参数、最大输送能力，以及燃料边界条件，提高了替代燃料确定的全面性和准确性，为后续步骤提供了必要的基础数据。其次，通过基于待选替代燃料组合的替代组分类别、性质参数、最大输送能力构建目标函数，并基于燃料边界条件构建约束条件，提高了替代燃料方案评估的合理性和有效性，目标函数能够反映不同替代燃料组合的性能要求，而约束条件则确保了替代方案的可行性，计算初始待选替代燃料组合配比解：通过基于目标函数和约束条件计算得到各待选替代燃料组合的初始待选替代燃料组合配比解，提高了初始配比解的准确性和可靠性，为后续的优化过程提供了良好的起点。然后，通过利用非支配排序遗传算法对各初始待选替代燃料组合配比解进行优化，提高了优化过程的效率和准确性。非支配排序遗传算法能够根据适应度函数对种群进行选择、交叉和变异等操作，逐步逼近最优解，通过基于各待选替代燃料组合的替代组分类别、性质参数、最大输送能力和优化后的待选替代燃料组合配比解计算得到各优化后的待选替代燃料组合的理论替代率，提高了替代燃料组合比较和选择的客观性和准确性。理论替代率能够反映不同替代燃料组合相对于目标燃料的可替代程度，为最终确定提供依据。最后，通过基于理论替代率从多个待选替代燃料组合中确定目标燃料对应的替代燃料的组分方案，提高了最终确定的组分方案的实用性和可行性，将最优的替代燃料组合确定为实际应用的备选方案，为后续的工业应用提供了可靠的依据。解决了由于替代燃料成分复杂，其中可能含有的有机物组分，在投加过程中容易造成窑内工况波动，从而影响熟料煅烧过程和熟料的最终质量，因此难以确定替代燃料的组合及配比的问题。

4、综上所述，本发明提供的替代燃料的确定方法通过上述步骤和技术效果，能够有效地解决由于替代燃料成分复杂所导致的水泥窑工况波动问题，提高了替代燃料确定的准确性和可靠性，为其在水泥窑中的实际生产应用提供了有力的支持。

5、在一种可选的实施方式中，在获取目标燃料和多个待选替代燃料组合的替代组分类别、性质参数、最大输送能力以及燃料边界条件之前，方法还包括：获取目标水泥窑对应的各个类别替代组分的替代组分类别、性质参数、最大输送能力，以及燃料边界条件；基于燃料边界条件确定替代燃料的分组规则；基于替代组分类别、性质参数、最大输送能力，以及分组规则对类别替代组分进行分组，得到多个待选替代燃料组合。

6、本实施例提供的替代燃料的确定方法，通过获取目标水泥窑对应的各个类别替代组分的替代组分类别、性质参数、最大输送能力，以及燃料边界条件，提高了对替代燃料全面了解的准确性和完整性。这些信息是后续分组和组合的基础。通过基于燃料边界条件确定替代燃料的分组规则，提高了替代燃料组合的合理性和有效性。分组规则可以根据燃料性质、输送能力等参数进行设定，确保了各组分在替代燃料组合中的兼容性和互补性。通过基于替代组分类别、性质参数、最大输送能力，以及分组规则对类别替代组分进行分组，提高了替代燃料组合的多样性和灵活性。分组过程可以根据实际需求和条件进行调整，以满足不同目标水泥窑的特定要求，最终得到多个待选替代燃料组合，提高了替代燃料选择的多样性和可行性。这些待选替代燃料组合可以为后续的优化过程提供丰富的备选方案。综上所述，在获取目标燃料和多个待选替代燃料组合的替代组分类别、性质参数、最大输送能力以及燃料边界条件之前，通过上述步骤和技术效果，可以进一步提高替代燃料确定的准确性和可靠性。通过获取各个类别替代组分的详细信息、基于燃料边界条件确定分组规则以及对类别替代组分进行分组，能够为后续的优化过程提供更全面、合理的备选方案。

7、在一种可选的实施方式中，目标函数包括热值目标函数和输送能力目标函数，基于多个待选替代燃料组合的替代组分类别、性质参数、最大输送能力构建目标函数，包括：定义多个待选替代燃料组合中各个替代组分类别对应的质量分数为目标自变量；基于目标自变量、待选替代燃料组合的替代组分类别和性质参数中的热值参数，构建热值目标函数；基于目标自变量、待选替代燃料组合的最大输送能力构建输送能力目标函数。

8、本实施例提供的替代燃料的确定方法，通过基于目标自变量、待选替代燃料组合的替代组分类别和性质参数中的热值参数，构建热值目标函数，提高了目标函数对替代燃料组合热值性能的评估能力。热值目标函数能够反映不同替代燃料组合的热值要求，为优化过程提供重要的性能指标。通过基于目标自变量、待选替代燃料组合的最大输送能力构建输送能力目标函数，提高了目标函数对替代燃料组合输送能力的评估能力。输送能力目标函数能够反映不同替代燃料组合的输送要求，确保了优化后的替代燃料组合在实际应用中的可行性。通过定义目标自变量、构建热值和输送能力目标函数，能够进一步提高替代燃料确定的准确性和可靠性。这些目标函数能够针对不同的性能要求进行评估，为后续的优化过程提供有效的指导。同时，通过综合考虑热值和输送能力等多方面的因素，能够更全面地满足实际应用的需求，提高替代燃料的适用性和可行性。

9、在一种可选的实施方式中，利用非支配排序遗传算法分别对初始待选替代燃料组合配比解进行优化，得到各待选替代燃料组合的优化后的待选替代燃料组合配比解，包括：设置非支配排序遗传算法中交叉算子为模拟二进制交叉算子，变异算子为自适应性多项式变异，选择算子为二元锦标赛选择；基于设置好的非支配排序遗传算法分别对各初始待选替代燃料组合配比解进行交叉和变异操作，得到各待选替代燃料组合的优化后的待选替代燃料组合配比解。

10、本实施例提供的替代燃料的确定方法，通过将非支配排序遗传算法中的交叉算子设置为模拟二进制交叉算子，提高了交叉操作的可靠性和有效性。模拟二进制交叉算子能够根据适应度函数对个体进行交叉操作，产生新的个体，增加了种群的多样性。通过将非支配排序遗传算法中的变异算子设置为自适应性多项式变异，提高了变异操作的灵活性和针对性。自适应性多项式变异能够根据种群适应度分布和进化情况自适应地调整变异概率，保证了种群的多样性，促进了算法的全局搜索能力。通过将非支配排序遗传算法中的选择算子设置为二元锦标赛选择，提高了选择操作的竞争性和准确性。二元锦标赛选择能够根据适应度函数对个体进行竞争选择，保证了优秀个体在种群中的比例，加速了算法的收敛速度。通过基于设置好的非支配排序遗传算法对各初始待选替代燃料组合配比解进行交叉和变异操作，提高了优化过程的多样性和全局搜索能力。这些操作能够产生新的、优秀的待选替代燃料组合配比解，提高了最终确定的替代燃料组合的可靠性和有效性。最终得到各待选替代燃料组合的优化后的待选替代燃料组合配比解，提高了替代燃料确定的准确性和可靠性。这些优化后的待选替代燃料组合配比解为后续的确定目标燃料对应的替代燃料的组分方案提供了可靠的基础。通过设置合适的交叉、变异和选择算子，并利用非支配排序遗传算法对初始待选替代燃料组合配比解进行优化，能够进一步提高替代燃料确定的准确性和可靠性。这些算子的选择和设置能够提高算法的全局搜索能力和收敛速度，产生更优秀的待选替代燃料组合配比解。这为后续确定目标燃料对应的替代燃料的组分方案提供了可靠的基础，有助于解决实际生产中的问题。

11、在一种可选的实施方式中，基于非支配排序遗传算法分别对各初始待选替代燃料组合配比解进行交叉和变异操作，得到各待选替代燃料组合的优化后的待选替代燃料组合配比解，包括：设置非支配排序遗传算法中交叉算子为模拟二进制交叉算子，变异算子为自适应性多项式变异，选择算子为二元锦标赛选择；基于设置好的非支配排序遗传算法分别对各初始待选替代燃料组合配比解进行交叉和变异操作，得到各待选替代燃料组合的新的待选替代燃料组合配比解；利用罚函数处理违反燃料边界条件的新的待选替代燃料组合配比解，直到满足终止条件，得到各优化后的待选替代燃料组合配比解。

12、本实施例提供的替代燃料的确定方法，通过利用罚函数处理违反燃料边界条件的新的待选替代燃料组合配比解，提高了对待选替代燃料组合配比解的约束和限制。罚函数能够根据违反边界条件的程度对个体进行适当的惩罚，确保了优化后的待选替代燃料组合配比解满足实际应用的约束条件。通过结合非支配排序遗传算法和罚函数处理的方法，可以有效地处理违反燃料边界条件的待选替代燃料组合配比解，并得到满足实际应用要求的优化后的待选替代燃料组合配比解。这种方法有助于实现水泥窑的节能减排和可持续发展目标。

13、在一种可选的实施方式中，方法还包括：若待选替代燃料组合的替代组分包括固体和液体，燃料边界条件还包括：固液比在第一预设范围内。

14、本实施例提供的替代燃料的确定方法，通过合理的固液比参数设定，可以提高生产效率、产品质量和环保性能，降低生产成本。

15、在一种可选的实施方式中，最大输送能力是基于目标水泥窑进行入料量测试得到的。

16、本实施例提供的替代燃料的确定方法，通过基于目标水泥窑进行入料量测试得到最大输送能力，有助于解决实际生产中的问题。在实际生产中，输送能力是关键的制约因素之一，准确的最大输送能力能够确保替代燃料在生产过程中能够稳定、高效地输送，提高生产效率和产品质量。

17、第二方面，本发明提供了一种替代燃料的确定装置，该装置包括：获取模块，用于获取目标水泥窑对应的目标燃料和多个待选替代燃料组合的替代组分类别、性质参数、最大输送能力，以及燃料边界条件，待选替代燃料组合包括至少两个类别的替代组分；构建模块，用于基于多个待选替代燃料组合的替代组分类别、性质参数、最大输送能力构建目标函数，并基于燃料边界条件构建约束条件；第一计算模块，用于基于目标函数和约束条件分别计算得到各待选替代燃料组合的初始待选替代燃料组合配比解；优化模块，用于利用非支配排序遗传算法分别对各初始待选替代燃料组合配比解进行优化，得到各待选替代燃料组合的优化后的待选替代燃料组合配比解；第二计算模块，用于基于各待选替代燃料组合的替代组分类别、性质参数、最大输送能力和优化后的待选替代燃料组合配比解计算得到各优化后的待选替代燃料组合的理论替代率；确定模块，用于基于理论替代率，从多个待选替代燃料组合中确定目标燃料对应的替代燃料的组分方案。

18、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的替代燃料的确定方法。

19、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的替代燃料的确定方法。