[发明专利]加热炉出口温度的一种综合控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及管式加热炉的自动控制方法，属于石油化工管式加热炉和生产过程自动控制领域。

背景技术

管式加热炉(以下称加热炉)在炼油和石油化工生产中占有十分重要的地位，几乎每一套炼油和石油化工装置中都有管式加热炉，如常减压加热炉、延迟焦化加热炉、重整炉等。实现加热炉出口温度的平稳控制，保持在工艺要求值可保证分离效果或反应深度，对保证产品质量和实现“长周期安全、稳定运转”有着直接的影响。

对于大型加热炉，由于被加热介质处理量大，通常将其分为多个支路。由于燃料雾化情况、火嘴的调整，风量的变化，加热炉炉膛温度分布并不均匀；炉管内结焦和管外灰垢等原因，各个支路炉管传热特性存在差异，这些情况导致各个加热炉支路出口温度不同，易造成炉管结焦和能量损失。因此，多支路加热炉出口温度平衡是加热炉的重要控制指标。

加热炉是一个存在较多干扰的过程，其中影响较为明显的干扰是燃料气压力和热值、进料量和温度的变化、进料性质的变化等。加热炉的负荷经常随生产进行调整，造成过程特性发生变化。另外，对于一些温度高的加热炉，如延迟焦化加热炉，由于在加热炉运转周期中不可避免的炉管结焦，在一个操作周期的初期和末期炉管传热系数等参数具有时变特性。如何有效的抑制这些干扰和过程特性变化是控制器设计的关键。

现有的加热炉支路平衡控制方法有，差动式支路平衡控制算法，其思想是采用温差PID控制器对各支管流量设定值进行修正；基于动态数学模型的预测控制方法。但其实施仍较为复杂。

加热炉现有的控制方案主要是PID控制，有出口温度(或中间炉管温度)单回路、出口温度与炉膛温度或燃料流量(压力)串级控制，但常规串级方案不能兼顾进入流量(压力)副回路和炉膛温度副回路的干扰，在众多干扰作用下，控制效果有时并不理想。神经-模糊控制、Smith预估控制、无模型控制器和预测函数控制等控制方法也被用于加热炉的控制。当模型可以获得时，基于模型的控制可获得更好的效果，同时，还需要考虑算法的通用性和易于实现性。基于输入输出模型的先进控制在实施时一般要进行阶跃测试，对装置造成扰动。充分利用过程的可测信息，包括输出变量、状态变量及干扰变量，将有利于控制系统性能的提高。

发明内容

本发明的目的：提出一种新型的基于稳态能量平衡的支路平衡控制与自适应状态反馈预测控制相结合的加热炉出口温度综合控制方法。支路平衡控制使多支路加热炉出口温度一致，并可实现自动提降负荷。通过建立加热炉的简化机理模型，不需对装置进行测试获得状态空间模型，采用实测状态进行状态反馈预测控制，以提高抗干扰的能力。针对负荷变化以及结焦等因素造成的过程特性变化，在线判断工作点的变动，进行模型自适应，以提高投运率。低价值燃料理想阀位区间控制，以节省高价值燃料。

本发明的特征在于，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)]]>