基于数字镜像的污水处理厂污泥焚烧动态能耗性能评估

《Scientific Reports》：Dynamic energy performance assessment using a digital shadow for sludge incineration in wastewater treatment plants

　　

摘要

全球经济的快速发展和不断上升的能源成本，凸显了在各个领域提高能源利用效率的必要性。为了解决这一问题，我们开发了一种基于数据的新型数字镜像框架，用于优化闭环控制系统中的能源管理，尤其是在污水处理设施中。我们的方法旨在减少流化床反应器中的沼气消耗，而该反应器是焚烧过程中的关键组成部分。数字镜像通过从物理模型和运行数据中提取炉子、干燥机、混合器及热交换器等关键部件的模型参数，来模拟整个焚烧过程。系统级仿真是在AnyLogic软件中进行的，它将分析计算与来自位置传感器的数据相结合。该模型以工厂的运行数据为依据，并通过历史系统数据进行了验证。对五种不同运行场景的评估表明，数字镜像能够准确反映系统行为，为运营决策提供支持。通过对动态能源性能的分析，我们找到了最有效的方案：在该方案下，沼气消耗可减少40%，同时炉子的运行温度仍保持在欧洲标准规定的范围内。这些研究结果证明了数字镜像方法的有效性，同时也显示出其在污水处理污泥焚烧系统中实现显著年度成本节约的潜力。