数学建模竞赛论文--垃圾焚烧厂布袋式除尘系统运行稳定性分析

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1、31垃圾焚烧厂布袋式除尘系统运行稳定性分析摘要以焚烧方法处理生活垃圾已是我国社会维持可持续发展的必由之路，但现行垃圾焚烧除尘工艺由于存在缺乏持续稳定性等重大缺陷，采用这种工艺的大型焚烧厂即便其排放浓度不超标，却仍然存在排放总量限额超标的问题，给当地的环境带来重大的恶化影响。针对以上问题，本文综合各方面的资料，根据布袋除尘系统的运行机理，采用多元回归分析的方法构建数学模型对袋式除尘系统的运行稳定性及其整体可靠性问题进行量化分析。本模型中以除尘效率作为布袋除尘系统的运行稳定性指标，并把布袋的寿命周期定义为布袋从投入使用到不可抗力因素导致的烧袋，糊袋等毁坏或

2、者运行效率随时间下降至无法满足环保要求时的时间。经查阅多方资料，本除尘数学模型将分为除尘初期，中期和后期分析除尘系统的运行机理，在此基础上，深入研究除尘效率随着运行时间的变化模式，同时先从理论上单独研究烟气温度，过滤风速，差压等因素对除尘效率的影响，再进行多元分析，运用spss求出最终的多元回归关系式并对模型拟合优度进行量化估计。对于一些定性分析的因素，用PPT画出相应的示意图进行解释。并用Origin作图分析含尘量在更换布袋前后的变化，用Excel汇总图线进行综合比较，最后使用matlab的蒙特卡洛算法分别对焚烧厂定期检查和超标再检查这两种运行管理模

3、式下总体效率和时间的关系进行模拟。第一问中，本文以除尘效率为主要指标衡量除尘系统的稳定性，并认为焚烧厂扩建规模的环境允许上限为焚烧厂影响区域内受影响最大区域单位面积排放总量不超过所给标准。基于本模型的分析结果，对政府在环境保护综合监测的建议方案为综合监测垃圾焚烧厂的废气排放浓度、总量、故障总时间，并定时监测袋式除尘系统的总除尘效率。第二问中，基于题目所描述的新型超净除尘替代工艺完全稳定运行且除尘效果更优的前提，本除尘模型稳定性的提升主要体现为布袋寿命周期的延长以及除尘效率随时间而降低的程度太小以至于可认为除尘效率不随时间而降低。从这两方面出发，用mat

4、lab和spss进行模拟分析后，可得出本除尘模型稳定性提升的程度。其提高的程度表现为同在周期性检测的模式下，两种情况总效率随时间变化的图线所夹的面积。31关键词：袋式除尘系统稳定性除尘效率寿命周期多元回归分析一.问题重述1.1问题背景和国内外研究进展现行垃圾焚烧除尘工艺不能持续稳定运行的缺陷，是致使社会公众对垃圾焚烧产生危害疑虑的主要原因。而布袋除尘工艺环节对整个袋式烟气处理系统的运行稳定性有决定性影响。对于袋式除尘器过滤理论，研究学者主要将过滤过程分为过滤初期和中后期。过滤初期认为过滤过程分稳态和非稳态，其过滤效率随时间上升，布袋有较高的除尘效率。过

5、滤中后期认为过滤效率随时间的变化而下降。基于过滤研究方面，许多学者建立了好几个机理来计算过滤效率。1.2问题的提出本文需要分析解决的问题主要有3个。31首先是在分析袋式除尘系统的基础上对题目背景资料中采用现行除尘工艺的大型焚烧厂即便其排放浓度不超标，却仍然存在排放总量限额超标，给当地的环境带来重大的恶化影响的问题做出定性分析探讨。然后根据构建的除尘数学模型对题目的两问作出量化分析并回答。题目第一问：如果给定焚烧厂周边范围单位面积排放总量限额（地区总量/地区面积），在考虑除尘系统稳定性因素的前提下，试分析讨论焚烧厂扩建规模的环境允许上限是多少？并基于你的

6、分析结果，向政府提出环境保护综合监测建议方案；题目第二问：如果采用一种能够完全稳定运行、且除尘效果超过布袋除尘工艺的新型超净除尘替代工艺，你的除尘模型稳定性能提升多少？二．模型假设在建立模型之前，我们先在符合科学常识的前提下给出以下基本假设以进行合理的简化，抓住主要矛盾，更好更清晰地构建我们的模型，解决问题。假设1焚烧厂类似经济人，认为其所有行为均以自身最大利益为目标假设2布袋一旦达到寿命周期终点以后效率即为0假设3不考虑布袋的维修，布袋达到寿命周期后只可以更换假设4所在炉号相同的布袋自身所有参数完全一样假设5除尘效率完全不受粉尘比电阻的影响假设6因其

7、对气体流量和含尘浓度的适应性强，除尘效率完全不受两者影响假设7新型超净除尘工艺的除尘效率不随时间而变化假设8新型超净除尘工艺成本降低表现为布袋寿命的标准差变小假设9新型超净除尘工艺的技改成本可忽略假设10每天需要处理的粉尘总量为一定值假设11每个布袋处理相等数量的粉尘31三．符号说明本模型中所涉及的符号整理如下：布袋除尘器的阻力清洁滤袋阻力结构阻力滤袋上积附粉尘层阻力通过滤袋的烟气流量，单位为F滤袋总面积，单位为滤袋阻力系数，单位为气体的粘度，单位为过滤风速，单位为m/s过滤效率纤维直径微粒直径过滤风速滤料填充率滤料厚度31因本模型涉及多个公式，各个公

8、式另附表格说明当前公式所出现的符号所表达的含义。四．问题背景所提疑问定性分析4.1布袋除尘系统