[发明专利]一种加热炉控制与燃烧优化方法

权利要求书

1.一种加热炉控制与燃烧优化方法，其特征在于：

1)采用常规控制与先进控制相结合的控制策略，实现介质出口温度、烟气含氧量、炉膛负压的常规控制，保证加热炉控制的稳定性；实现介质出口温度、烟气含氧量、炉膛负压的先进控制，保证系统在变负荷、变工况下的快速响应与安全性；

常规控制与先进控制之间的切换通过状态判断选择实现，当常规控制在自动状态下，并且操作员选择投入时，由常规控制切换到先进控制；

针对大滞后的介质出口温度控制，采用大滞后过程无模型自适应(Anti-Delay MFA，Model-Free Adaptive)控制，使变负荷、变工况下系统依然能确保稳定性，以及快速响应特性，其过程如下：

1.1)通过滞后预估器产生一个动态的反馈信号yc(t)作为反馈信号，对控制器产生一个e(t)，针对烟气含氧量与炉膛负压属于为多变量、强耦合系统，采用多变量无模型自适应(MIMO MFA，Model-Free Adaptive)控制，使变负荷、变工况下系统依然能确保稳定性，以及快速响应特性，其过程如下：

1.1.1)MIMO MFA系统由2×2MFA控制器组成，其中包含两个主控制器C11、C22和两个补偿控制器C21和C12，过程对象包括四个子过程G11、G21、G12和G22；

1.1.2)过程检测变量烟气含氧量y1和炉膛负压y2作为两个主回路的反馈信号与烟气含氧量设定值r1和炉膛负压设定值r2比较产生偏差信号e1和e2分别输入两个控制器，两个控制器的输出分别与另一方的补偿器的输出相结合生产控制信号u1和u2，由2×2过程的本质可以看出，过程的输入u1和u2相互影响着输出y1和y2，一个输入发生变化会同时改变两个输出；

1.1.3)2×2MFA控制系统的控制目标是产生输出控制信号u1(t)和u2(t)迫使过程变量y1(t)和y2(t)跟踪他们各自的设定值r1(t)和r2(t)，实现偏差信号e1(t)和e2(t)最小；

1.2)MFA抗滞后控制器不需要精确的数学模型，仅需要一个滞后时间进行滞后预估，结合MFA强大自适应能力和鲁棒性对过程进行控制；

1.3)为快速适应燃料量的变化对对介质出口温度的影响，采用燃料量前馈控制，实现回路的稳定、准确控制；

2)针对加热炉多数处于富氧燃烧的燃烧特性，采用O₂和CO切换控制，实现低氧燃烧，降低污染物排放，提高设备安全使用寿命；

其过程如下：

2.1)首先，新增激光分析仪，实时监测燃烧过程中的O₂和CO/CH₄在线测量，基于激光CO在线测量，用于不完全燃烧的衡量，同时，弥补低氧状态下的O₂测量的不灵敏性，为低氧燃烧提供可靠测量依据；

2.2)其次，在低氧状态下采用CO控制策略，在设定的CO控制点内富氧状态下采用氧量控制方式，两种方式通过燃烧状态的判断切换，最终达到低氧燃烧的控制目标；

2.3)最后，控制方案中通过交叉控制逻辑，实现变负荷时燃料量受空气量限制，空气量始终大于燃料量的燃烧状态，确保燃烧的稳定性；

3)采用国标简化公式，构建加热炉效率优化函数，通过燃烧效率自寻优算法，对锅炉燃烧过程中的烟气含氧量进行实时优化，确保系统运行在最佳燃烧区。

2.根据权利要求1所述的加热炉控制与燃烧优化方法，其特征在于：所述步骤1)中介质温度控制过程中，采用串级控制，外环采用介质出口温度控制回路作为主控制回路，内环采用燃料流量控制回路作为副控制回路，当介质温度增加则减小燃料量，介质温度降低则增大燃料量；

所述烟气含氧量控制过程中，采用单回路控制，通过氧量设定值与过程值的偏差，进入控制器中进行PID控制运算，得到送风挡板指令，同时，引入燃气压力补偿器作为控制前馈量，避免燃料因负荷突然变化而变化燃烧状况却因进风风量变化慢而变得不佳的情况，提高了送风系统的快速响应特性；

在炉膛负压控制过程中，采用单回路控制，通过炉膛负压设定值与过程值的偏差，进入控制器中进行PID控制运算，得到挡板控制指令，由于负压值易受到送风量的影响，因而对于可预知的扰动采用前馈控制策略，引入送风流量前馈，提前消除送风干扰，使炉膛负压能够快速的稳定下来。

3.根据权利要求1所述的加热炉控制与燃烧优化方法，其特征在于：所述步骤3)过程如下：

1)进行燃烧系统判稳，燃烧系统稳定时记录当前锅炉优化目标函数值，以及烟气含氧量；

2)使烟气含氧量给定增加一个预置烟气含氧量步长值0.2～0.5，待系统稳定后，分为以下两种情况：

第一种情况，如果目标函数值增加，则下步继续增加一个烟气含氧量步长值，直至目标函数值减小时，说明此时的锅炉系统已经在最佳燃烧区，结束本次优化，等待工况改变进行下次优化；

第二种情况，如果目标函数值减小，则进行优化步长反向，减小一个烟气含氧量步长，待系统稳定后，如果目标函数值增加，则下步继续减小一个烟气含氧量步长值；直至目标函数值减小时，说明此时的锅炉系统已经在最佳燃烧区，结束本次优化，等待工况改变进行下次优化。