本發(fā)明屬于窯爐溫度監(jiān)測，具體的，涉及一種利用耦合仿真模擬數(shù)據(jù)與實際觀測數(shù)據(jù)，通過卡爾曼濾波技術(shù)進行融合，實現(xiàn)窯爐溫度監(jiān)測的方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球氣候變化和環(huán)境問題日益嚴峻，實現(xiàn)碳中和已成為全球共識。窯爐作為高能耗、高排放的生產(chǎn)設備，其節(jié)能減排和優(yōu)化控制是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)碳中和的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的窯爐溫度監(jiān)測方法依賴于有限的傳感器進行溫度測量，存在測量誤差大、實時性差等問題，這不僅影響了窯爐的熱效率，也增加了能源消耗和溫室氣體排放。

2、為了響應碳中和目標，提高窯爐的能效和減少碳排放，可以利用仿真技術(shù)對窯爐結(jié)構(gòu)進行迭代開發(fā)和優(yōu)化，并需要對窯爐進行溫度監(jiān)測。現(xiàn)有的技術(shù)中，仿真技術(shù)可以模擬窯爐內(nèi)部的溫度場分布，但存在仿真精度和實際應用的偏差；而傳統(tǒng)的傳感器監(jiān)測方法則受限于測量精度和覆蓋范圍。因此，如何結(jié)合仿真技術(shù)和實際測量數(shù)據(jù)，提高窯爐溫度監(jiān)測的準確性和實時性，成為實現(xiàn)窯爐節(jié)能減排和碳中和目標的關(guān)鍵技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于耦合仿真與卡爾曼濾波的窯爐溫度監(jiān)測方法，利用卡爾曼濾波技術(shù)融合局部觀測點的數(shù)據(jù)與全場的仿真數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對窯爐內(nèi)部溫度場的精確監(jiān)測和控制。通過這種方法，我們僅需要在窯爐的關(guān)鍵位置部署有限的傳感器，獲取局部的溫度觀測數(shù)據(jù)，就能夠?qū)θ珗龅姆抡鏀?shù)據(jù)進行更新，使得原本初步模擬的數(shù)據(jù)通過卡爾曼濾波得到全場更新后更接近真實物理場的數(shù)據(jù)。本發(fā)明通過耦合仿真技術(shù)對窯爐內(nèi)部的溫度場進行模擬，再利用卡爾曼濾波技術(shù)對仿真結(jié)果和實際測量數(shù)據(jù)進行融合，從而獲得更為準確的溫度監(jiān)測結(jié)果，不僅解決了數(shù)據(jù)的準確性問題，更解決了在實際工業(yè)中許多無法直接測量的位置處的數(shù)據(jù)獲取問題。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種基于耦合仿真與卡爾曼濾波的窯爐溫度監(jiān)測方法，包括如下步驟：

4、ss1、建立窯爐模型：基于窯爐的幾何模型和物理屬性，建立窯爐傳熱數(shù)學模型；

5、ss2、仿真模擬：通過窯爐傳熱數(shù)學模型仿真模擬窯爐內(nèi)部的溫度場分布，生成初始的仿真數(shù)據(jù)，即預估值；

6、ss3、選擇觀測點：在窯爐的關(guān)鍵位置部署有限的傳感器，獲取局部的溫度觀測數(shù)據(jù)；

7、ss4、卡爾曼濾波：利用卡爾曼濾波算法對仿真結(jié)果和實際測量數(shù)據(jù)進行融合，更新全場的溫度場模擬數(shù)據(jù)；

8、ss5、時間遞進：利用更新后全場仿真的溫度場數(shù)據(jù)，作為下一時間步初始的仿真數(shù)據(jù)，通過窯爐數(shù)學模型再次進行仿真模擬；

9、ss6、控制系統(tǒng)反饋：將每一時間步更新后的物理場監(jiān)測結(jié)果反饋到控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對窯爐溫度的實時控制。

10、進一步的，所述的仿真手段采用有限體積法進行溫度場的模擬。

11、進一步的，所述的卡爾曼濾波算法包括狀態(tài)預測和觀測更新步驟，利用局部觀測點的數(shù)據(jù)對全場的仿真數(shù)據(jù)進行更新。

12、進一步的，所述的控制系統(tǒng)根據(jù)更新后的監(jiān)測結(jié)果，優(yōu)化窯爐的熱能利用效率。

13、本發(fā)明的有益效果：

14、1、本發(fā)明通過在窯爐的關(guān)鍵位置部署有限的傳感器，取局部的溫度觀測數(shù)據(jù)，利用卡爾曼濾波技術(shù)對全場的仿真數(shù)據(jù)進行更新，解決了在實際工業(yè)中許多無法直接測量的位置處的數(shù)據(jù)獲取問題。

15、2、通過卡爾曼濾波融合仿真數(shù)據(jù)和觀測數(shù)據(jù)，提高了窯爐溫度監(jiān)測的準確性和實時性。

16、3、更新后的監(jiān)測結(jié)果有助于實現(xiàn)窯爐的智能控制和優(yōu)化運行，降低能耗和碳排放，為工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)碳中和目標提供了技術(shù)支持。

技術(shù)特征：

1.一種基于耦合仿真與卡爾曼濾波的窯爐溫度監(jiān)測方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于耦合仿真與卡爾曼濾波的窯爐溫度監(jiān)測方法，其特征在于，所述的仿真手段采用有限體積法進行溫度場的模擬。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于耦合仿真與卡爾曼濾波的窯爐溫度監(jiān)測方法，其特征在于，窯爐傳熱數(shù)學模型為傅里葉熱傳導模型，描述溫度()在窯爐內(nèi)部傳遞的基本方程為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于耦合仿真與卡爾曼濾波的窯爐溫度監(jiān)測方法，其特征在于，所述的卡爾曼濾波算法包括狀態(tài)預測和觀測更新步驟，利用局部觀測點的數(shù)據(jù)對全場的仿真數(shù)據(jù)進行更新。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于耦合仿真與卡爾曼濾波的窯爐溫度監(jiān)測方法，其特征在于，根據(jù)卡爾曼濾波模型可以得到：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于耦合仿真與卡爾曼濾波的窯爐溫度監(jiān)測方法，屬于窯爐溫度監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，該方法通過仿真軟件模擬窯爐內(nèi)部的溫度場分布，并利用卡爾曼濾波技術(shù)對仿真結(jié)果和實際測量數(shù)據(jù)進行融合，從而獲得更為準確的溫度監(jiān)測結(jié)果。該方法能夠有效提高監(jiān)測的準確性和實時性，優(yōu)化窯爐的熱能利用效率，降低能耗和碳排放，為工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)碳中和目標提供了技術(shù)支持。

技術(shù)研發(fā)人員：水沛,褚彪,余正東,王廣,殷騰飛
受保護的技術(shù)使用者：合肥水泥研究設計院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6