[发明专利]一种氧碳比控制系统及其气化炉氧煤比控制方法

说明书

本发明涉及一种基于预测控制的气化炉氧煤比控制方法，氧碳比控制系统包括以合成气成分为被控变量的串级回路，该串级回路包括主回路和副回路，主回路包括主回路控制器，副回路为粉煤流量调节回路；主回路控制器包括合成器成分控制器，副回路包括粉煤控制器；合成器成分控制器与粉煤控制器相连接，粉煤控制器还依次与粉煤调节阀、粉煤管线及气化炉相连接；合成气成分控制器由预测控制器进行控制；该氧碳比控制系统中，氧气流量由气化炉负荷决定，合成气成分控制器根据测量的合成气成分决定氧煤比，再与氧气流量相乘，然后得到粉煤流量的设定值。其实现氧煤比的优化自动控制，保证气化炉安全可靠运行，促进气化炉在大规模应用和推广。

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，涉及一种氧碳比控制系统及其气化炉氧煤比控制方法。

背景技术

目前，在热化学反应工程、热能动力工程中，粉煤加压气化技术是一种重要的清洁能源生产方式，气化炉则是煤气化过程的核心设备。以粉煤为原料的气化技术具有煤种适应性广、原料消耗低、碳转化率高等技术优势,有更强的市场竞争力。粉煤加压气化工艺是以粉煤和纯氧为原料,在高温、高压、非催化条件下在气化炉内进行部分氧化反应,生成以一氧化碳和氢气为有效成分的粗合成气。由于气化炉是一个复杂的多变量、大滞后、非线性及强耦合系统，且对各种扰动的影响都很敏感，控制炉温是提高碳转化率的关键,而为防止氧气过剩发生爆炸事故,必须对氧气和粉煤的流量比例进行控制。现有的氧气与煤粉的进料量控制又与氧煤比设定、负荷设定及前面的氧气系统、后面的合成气系统等诸多因素相互关联制约，导致存在连锁逻辑十分复杂,稍有偏差就会造成装置停车乃至爆炸，尤其是升负荷时，系统容易过氧，存在安全隐患，而其相应的控制理论和应用都不成熟等问题；另外，现有的气化炉氧煤比的控制主要采用常规的PID(比例积分微分)控制方法，常规的PID方法虽然容易实施，但是由于其算法只是根据当前时刻和前两个采样时刻的设定值与输出之间的偏差进行计算，所以存在对于气化炉这样的大滞后对象，控制作用没有提前动作，无法获得令人满意的控制效果等问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种氧碳比控制系统及其气化炉氧煤比控制方法，解决现有技术中所存在的连锁逻辑十分复杂,稍有偏差就会造成装置停车乃至爆炸，尤其是升负荷时，系统容易过氧，存在安全隐患，而其相应的控制理论和应用都不成熟等问题，同时解决对于气化炉这样的大滞后对象，控制作用没有提前动作，无法获得令人满意的控制效果等问题；实现氧煤比的优化自动控制，保证气化炉安全可靠运行，促进气化炉在大规模应用和推广。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种氧碳比控制系统，包括以合成气成分为被控变量的串级回路，该串级回路包括主回路和副回路，主回路包括主回路控制器，副回路为粉煤流量调节回路；主回路控制器包括合成器成分控制器，副回路包括粉煤控制器；合成器成分控制器与粉煤控制器相连接，粉煤控制器还依次与粉煤调节阀、粉煤管线及气化炉相连接；合成气成分控制器由预测控制器进行控制；该氧碳比控制系统中，氧气流量由气化炉负荷决定，合成气成分控制器根据测量的合成气成分决定氧煤比，再与氧气流量相乘，然后得到粉煤流量的设定值。

本发明另一方面提供一种气化炉氧煤比控制方法，采用上述氧碳比控制系统，包括以下步骤：

第一步，系统建模：采用带遗忘因子的递推增广最小二乘法，将粉煤调节回路和气化炉作为整体对象进行模型辨识；

第二步，采用预测控制算法对合成气进行控制。

在以上方案中优选的是，第一步中，系统建模包括以下步骤：首先，选用限幅滤波和递推平均滤波法两者相结合的数据预处理方法对数据进行预处理；其次，采用最大最小之法进行归一化处理；再次，采用带遗忘因子的递推增广最小二乘法进行系统辨识；然后，根据平均值误差判断模型收敛性；最后，进行模型仿真和验证。

在以上任一方案中优选的是，第二步中，预测控制算法采用动态矩阵控制(Dynamic Matrix Control：DMC)算法。