[发明专利]一种余热利用过程优化控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种水泥窑余热利用过程优化控制方法及系统，涉及汽轮发电机组冷端系统优化及篦冷机鲁棒控制领域。首先建立篦冷机动态特征模型，使模型能够匹配现场实时工况数据，并通过分析模型特征考虑了多模型不确定性因素，设计鲁棒控制器以抑制干扰。同时，以汽轮机组净增功率最大化为目标，建立了汽轮机冷端系统模型，包括冷却塔模型，汽轮机功率增量模型和凝汽器模型，进而采用智能优化算法求取汽轮机最佳背压，并给出冷却风机操作建议，实现增加发电量的目的。

技术领域

本发明涉及余热发电优化控制技术领域，特别是涉及一种带篦冷机装置的水泥窑余热利用过程优化控制方法及系统。

背景技术

在自然资源日益匮乏的背景下，余热发电系统成为工业生产(例如干法水泥生产)中必不可少的部分。余热发电系统包括：篦冷机，汽轮机冷端系统和锅炉系统。篦冷机是余热利用系统的热源，水泥熟料经回转窑落入篦床上，进入换热过程，该过程具有大时滞、强干扰、工况易变化等特点。篦下压力难以控稳，导致换热后的风温低且波动较大，严重降低了余热回收率。此外，汽轮机冷端系统很多时候并未运行在最佳工况上，也降低了余热利用率，减少发电量。因此，对余热发电系统的篦冷机篦下压力进行控制以及对汽轮机冷端系统进行操作优化，有助于提高余热利用率，增加企业效益。

目前，针对水泥窑余热发电系统余热回收、汽轮机发电、锅炉发汽环节的控制策略中，关于篦冷机篦下压力控制多数采用模糊控制和专家系统等基于经验的办法，难以应对特殊突发工况；关于汽轮机冷端系统操作优化方法大多是基于循环水泵模型，针对冷却塔模型进行优化的研究较少；相比而言，关于锅炉系统的研究则较为成熟，基于模型或者无模型的控制策略在实际生产中已经得到广泛应用，并且有着良好的控制效果。

基于上述考虑，本发明首先分析篦冷机动态特征数据，并基于建立的特征模型考虑了多模型不确定性因素，设计鲁棒控制器抑制干扰。同时，以汽轮机组净增功率最大化为目标，建立了汽轮机冷端系统模型，包括冷却塔模型，汽轮机功率增量模型和凝汽器模型，进而采用智能优化算法求取汽轮机最佳背压，并给出冷却风机操作建议，实现增加发电量的目的。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的一个目的在于通过设计鲁棒控制器抑制干扰来提供一种稳定篦冷机工况的方法。该方法适用于包括但不限于水泥窑余热发电系统。

本发明第一方面提供一种优化篦冷机工况参数并构建篦冷机系统的鲁棒控制器模型的方法，包括：

(1)采集篦冷机过程参数，通过谱分析方法选取频率响应数据，

(2)以稳定篦下压力、窑头罩负压为目标，以篦速和排风机转速作为决策变量，利用鲁棒和解耦约束条件和被控对象篦冷机的频率响应数据，构建鲁棒控制器优化模型，

优选的(3)根据优化模型的约束条件求解优化模型获得优化的篦冷机工况参数，所述篦冷机工况参数是篦速和排风机转速。

在一个或多个实施方案中，所述被控对象描述为：所述频率响应数据用G(jω),ω∈Ω表示，所述控制器记为其中，Ω:R∪{∞}，G(j∞)＝0。

在本发明第一方面的一个或多个实施方案中，在步骤(1)中，篦冷机过程参数包括选自以下的一个或多个参数：篦下压力、窑头罩负压、篦速和排风机转速。

在一个或多个实施方案中，选取频率响应数据包括：利用激励信号得到系统的频率响应数据，或通过采集时域下的过程数据利用谱分析选择系统的频率响应数据。

在一个或多个实施方案中，频率响应数据的数量范围为1000-5000，1500-4500，2000-4000，或2500-3500。