[发明专利]加热炉出口温度的一种综合控制方法

摘要

加热炉出口温度的一种综合控制方法属于炉温控制技术领域，其特征在于，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。采用实测状态的状态反馈预测控制和前馈控制，有效的提高了抗干扰的能力。加热炉状态空间模型通过机理建模获得，不需对装置进行测试。在线模型自适应，可有效克服过程特性变化，提高了投运率。低价值燃料理想阀位区间控制，可节省高价值燃料。加热炉出口温度的综合控制保证了加热炉出口温度的均匀、平稳，操作方便，经济性好。

主权项

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：${\rho }_1{V}_1{C}_1\frac{{\mathrm{dT}}_{\mathrm{out}}}{\mathrm{dt}}={\mathrm{FC}}_1(T_{\mathrm{in}}-T_{\mathrm{out}})+\mathrm{UA}(T_l-T_{\mathrm{out}})$ {\rho }_2{V}_2{C}_2\frac{{\mathrm{dT}}_l}{\mathrm{dt}}=-\mathrm{UA}(T_l-T_{\mathrm{out}})+K_3{F}_3+K_4{F}_4$ {\tau }_3\frac{{\mathrm{dF}}_3}{\mathrm{dt}}=-F_3+F_{3s}$ {\tau }_4\frac{{\mathrm{dF}}_4}{\mathrm{dt}}=-F_4+F_{4s}其中：\rho 1，\rho 2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；Tin，Tout，Tl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，F3s分别为燃料1的流量及其设定值；F4，F4s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；\tau 3，\tau 4为一阶惯性环节时间常数，已知。步骤(1.2)：选取工作点$ O=(T_{\mathrm{out}}^{*},T_l^{*},T_{\mathrm{in}}^{*},F^{*},F_{3s}^{*},F_{4s}^{*}),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：$ \frac{1}{N_y·N}\underset{i=1}{\overset{N_v}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}\left|\frac{y_{\mathrm{ij}}-{\bar{y}}_i}{{\bar{y}}_i}\right|<ϵ其中：Ny是选择的特征变量的个数，已知；N是历史数据长度，已知；yi是对第i个特征变量所选择N个历史数据的平均值，\epsilon 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Onew；步骤(2.3)：按下式判断新的稳态工作点Onew与所选原工作点O之间的偏离是否超过设定的范围d：$ {||O_{\mathrm{new}}-O||}_2^2>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F3s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。$$$$$$$