[发明专利]加热炉出口温度的一种综合控制方法

权利要求书

1.加热炉出口温度的一种综合控制方法，其特征在于，所述方法是在上位机中依次按以下步骤建立的：

步骤(1)：在忽略延期热量损失、炉膛传给炉管内流体的热量与炉膛温度与流体温度之差成正比、以及流体的热性质保持不变的条件下，按以下步骤建立以加热炉出口温度、炉膛温度和燃料流量为状态变量的基于能量平衡的简化数学模型：

步骤(1.1)：当使用燃料气作为加热炉燃料时，按下式建立用一阶惯性环节来近似的燃料气流量PID调节回路时的所述简化数学模型：

ρ1V1C1dToutdt=FC1(Tin-Tout)+UA(Tl-Tout)]]>

ρ2V2C2dTldt=-UA(Tl-Tout)+K3F3+K4F4]]>

τ3dF3dt=-F3+F3s]]>

τ4dF4dt=-F4+F4s]]>

其中：ρ₁，ρ₂分别为原料油密度和空气密度，已知；

V₁，V₂分别为炉管容积和加热炉炉膛容积，已知；

C₁，C₂分别为原料油比热和空气比热，已知；

T_in，T_out，T_l分别为加热炉入口温度、出口温度和炉膛温度；

F为加热炉进料总流量；

U为平均传热系数，已知；

A为总传热面积，已知；

F₃，F_3s分别为燃料1的流量及其设定值；

F₄，F_4s分别为燃料2的流量及其设定值；

K₃，K₄为单位质量燃料传给流体的有效热值，已知；

τ₃，τ₄为一阶惯性环节时间常数，已知。

步骤(1.2)：选取工作点O=(Tout*,Tl*,Tin*,F*,F3s*,F4s*),]]>在工作点O处对步骤(1.1)各式作线性化处理，得到系统的状态空间方程，“^*”号表示工作点O处的参数；

步骤(2)：当包含负荷变化或结焦在内的因素造成步骤(1.2)中所选的工作点变化时，按如下步骤在线判断工作点的变动，自动调整步骤(1.2)中所述模型：

步骤(2.1)：读取实时数据。

步骤(2.2)：按以下判据判断过程是否处于稳态：

1Ny·NΣi=1NvΣj=1N|yij-y‾iy‾i|<ϵ]]>

其中：N_y是选择的特征变量的个数，已知；

N是历史数据长度，已知；

y_i是对第i个特征变量所选择N个历史数据的平均值，

ε是预先指定的稳态判定阈值，取值区间为0～0.02；

当步骤(2.2)中所述稳定判据成立时，过程处于稳态，得到一个新的工作点O_new；

步骤(2.3)：按下式判断新的稳态工作点O_new与所选原工作点O之间的偏离是否超过设定的范围d：

||Onew-O||22>d,]]>||·||₂是2范数，

其中d的取值区间为0～1，

若上式成立，则用新工作点重新计算步骤(1.2)所述的模型；

步骤(3)：按以下步骤，以实测加热炉出口温度、炉膛温度和燃料流量为状态变量用自适应状态反馈预测控制算法，实现加热炉的状态反馈控制：

步骤(3.1)：所述上位机读取操作员界面上设置的出口温度设定值，以及包括管壁温度在内的约束条件；

步骤(3.2)：所选上位机通过设定的通讯方式读取以下各变量的实测值：

作为进料的原料油的温度和流量，

送入加热炉中的燃料1的流量，

加热炉的炉膛温度，

加热炉的炉出口处温度；

步骤(3.3)：所选上位机用所述简化的数学模型进行状态反馈预测控制运算后，把结果数据F_3s送给一个PID调节器，进行PI算法调节，并通过一个调节阀去调节进入加热炉的燃料1的流量。