基于经验模型的罐式炉挥发份均流分配控制系统及方法与流程

1.本发明属于罐式炉生产技术领域，尤其涉及一种基于经验模型的罐式炉挥发份均流分配控制系统及方法。


背景技术：

2.国内煅后焦中绝大部分采用罐式炉生产，罐式炉是一种无需外加燃料节能型工业炉窑，炉内物料逐渐升温后逸出挥发份，经挥发份通道进入料罐两侧的火道内，与助燃空气混合燃烧，间接加热物料。由于罐式炉结构的特殊性，挥发份逸出后进入集合总道，二次分配去往四条火道。挥发份迁移过程是降温过程，冷凝结焦，少量粉料随挥发份进入集合总道积碳，并且结焦和积碳是随机的，无固定规律。更重要的是火道负压波动对挥发份分配影响较大，因此同组内挥发份分配不均，造成四条火道所分配的挥发份比例相差较大，导致同组火道温度差别大，物料受热不均。一方面煅后焦质量均匀性差，另一方面挥发份逸出不及时，发生“放炮”等影响安全生产的问题。
3.罐式炉煅烧过程看似属于动态平衡过程，温度属于缓变量，但具体分析，发现控制上具有以下难点：1）强扰动以及时变性：原料种类和粒度带来的扰动、负压波动带来的扰动、系统排料量变化以及周期性地清理挥发份通道和料罐带来的强烈扰动等；2）大滞后性：原料从进入炉子到出产品，需要48小时以上的时间，检测数据也是一天一次，导致了性能参数反馈的严重滞后；3）强耦合性：罐式炉采用间接加热，料罐与火道之间互相传热，火道之间的挥发份分配存在较强的耦合竞争关系，组与组之间的负压是通过同一个集合烟道汇聚排除，存在相互之间的波动干扰，具有强烈的耦合性；4）惯性大：罐式炉全部采用耐火材料砌筑而成，原料本身和火道耐材都有很强的蓄热能力和热惯性，并且无外加燃料，短时间加热能力有限，系统负压和风门开度需运行在合理范围，短时间降温能力有限，综合起来，罐式炉不能急冷急热，系统达到稳态需要相当长的调节时间。
4.基于以上因素，罐式炉系统控制对象，其控制对象是非线性的，现有的罐式炉燃控系统不能很好的进行控制。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种基于经验模型的罐式炉挥发份均流分配控制系统及方法，其目的是为了消除罐式炉多个内外部干扰因素引起挥发份分配不均影响炉子煅烧工艺和产品质量。
6.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：一种基于经验模型的罐式炉挥发份均流分配控制系统，罐式炉燃控系统中内嵌风阀调节经验模型，所述风阀调节经验模型：，其中表示某火
道风阀调节量，表示同组内四条火道热电偶检测温度与设定温度区间上限值或下限值的超出量温度值；所述风阀调节经验模型是结合专家调温经验和模糊控制方法，通过分析同组内不同火道的温度，调节火道自动风阀开度，控制进入火道的助燃空气量，从而调节火道负压，通过均匀的同组火道负压实现挥发份的均流分配。
7.进一步地，所述专家调温经验是结合对罐式炉设计、生产运行、热工仿真因素，结合生产经验设置。
8.一种采用所述系统的罐式炉挥发份均流分配控制方法，包括如下步骤：步骤s01：比较各条火道温度，按照设定温度区间偏离程度定义优先级，对高于设定温度区间上限值或者低于设定温度区间下限值的火道进行温度调节，优先调节偏离程度大的火道；步骤s02：基于风阀调节经验模型的挥发份均流分配方法，先调节温度偏离程度大的火道，其他火道暂不调节，按照风阀调节经验模型调整风阀大小，风阀调节经验模型为：，其中表示某火道风阀调节量，表示同组内四条火道热电偶检测温度与设定温度区间上限值或下限值的超出量温度值；步骤s03：待已调节火道温度达到设定温度区间，再比较其他火道温度是否发生变化，如果温度到达设定温度区间，本轮调节结束；如果温度仍然偏离，按照步骤s02调节其他火道的风阀开度，在调节其他火道温度的同时，已经调节完毕进入设定温度区间的火道，按照pid控制模式进行温度微调；步骤s04：待其他火道温度进入设定温度区间后，本轮调节结束。
9.进一步地，所述步骤s02中，先调节温度偏离程度大的火道，具体为，先调节温度偏离程度大的一条或两条火道。
10.进一步地，在步骤s02、s03中，风阀调节经验模型是结合专家调温经验和模糊控制方法，所述专家调温经验是结合对罐式炉设计、生产运行、热工仿真因素，结合生产经验设置。
11.进一步地，所述步骤s02中，调整风阀大小具体为当待调温火道温度超出设定温度区间上限20℃，阀门开大2~3%，超出设定温度区间上限10℃~20℃，阀门开大1~2%，超出设定温度区间上限0℃~10℃，阀门开大0.5~1%；超出设定温度区间下限20℃，阀门关小2~3%，超出设定温度区间下限10℃~20℃，阀门关小1~2%，超出设定温度区间下限0℃~10℃，阀门关小0.5~1%。
12.本发明的有益效果是：本发明的基于经验模型的罐式炉挥发份均流分配控制系统及方法，通过在罐式炉燃控系统中内嵌风阀调节经验模型，结合专家调温经验和模糊控制方法，通过分析同组内不同火道的温度，调节火道自动风阀开度，控制进入火道的助燃空气量，从而调节火道负压，通过均匀的同组火道负压实现挥发份的均流分配。本发明可以实现挥发份均流分配，避免因挥发份分配不均引起火道温度一致性差，导致产品质量均匀性差、生产工艺稳定性差以及炉体和设备超温寿命短等问题。基于经验模型的系统鲁棒性、稳定性得到了大幅提升，温度调节总体平稳有序，大大降低了工人劳动量，系统自动化率大幅提高。
具体实施方式
13.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
14.本发明提供了一种基于经验模型的罐式炉挥发份均流分配控制系统，是在罐式炉燃控系统中内嵌风阀调节经验模型，所述风阀调节经验模型：，其中表示某火道风阀调节量，表示同组内四条火道热电偶检测温度与设定温度区间上限值或下限值的超出量温度值；所述风阀调节经验模型是结合专家调温经验和模糊控制方法，通过分析同组内不同火道的温度，调节火道自动风阀开度，控制进入火道的助燃空气量，从而调节火道负压，通过均匀的同组火道负压实现挥发份的均流分配。所述专家调温经验是结合对罐式炉设计、生产运行、热工仿真因素，结合生产经验设置。
15.本发明还提供了一种采用所述系统的罐式炉挥发份均流分配控制方法，包括如下步骤：步骤s01：比较各条火道温度，按照设定温度区间偏离程度定义优先级，对高于设定温度区间上限值或者低于设定温度区间下限值的火道进行温度调节，优先调节偏离程度大的火道。
16.步骤s02：基于风阀调节经验模型的挥发份均流分配方法，先调节温度偏离程度大的火道，其他火道暂不调节，按照风阀调节经验模型调整风阀大小，风阀调节经验模型为：，其中表示某火道风阀调节量，表示同组内四条火道热电偶检测温度与设定温度区间上限值或下限值的超出量温度值。
17.步骤s03：待已调节火道温度达到设定温度区间，再比较其他火道温度是否发生变化，如果温度到达设定温度区间，本轮调节结束；如果温度仍然偏离，按照步骤s02调节其他火道的风阀开度，在调节其他火道温度的同时，已经调节完毕进入设定温度区间的火道，按照pid控制模式进行温度微调。
18.步骤s02、s03中，风阀调节经验模型是结合专家调温经验和模糊控制方法，所述专家调温经验是结合对罐式炉设计、生产运行、热工仿真因素，结合生产经验设置。
19.步骤s04：待其他火道温度进入设定温度区间后，本轮调节结束。
实施例
20.一种采用所述系统的罐式炉挥发份均流分配控制方法，包括如下步骤：步骤s01：比较四条火道温度，按照设定温度区间偏离程度定义优先级，对高于设定温度区间上限值或者低于设定温度区间下限值的火道进行温度调节，优先调节偏离程度大的火道。
21.步骤s02：基于风阀调节经验模型的挥发份均流分配方法，先调节温度偏离程度大的一条火道，其他三条火道暂不调节，或者先同时调节温度偏离大的两条火道，其他两条火道温度暂不调节。按照风阀调节经验模型调整风阀大小，风阀调节经验模型为：，其中表示某火道风阀调节量，表示同组内四条火道热电偶检测温度与设定温度区间上限值或下限值的超出量温度值。
22.具体可以是，如超出设定温度区间上限20℃，阀门开大2%，超出设定温度区间上限10℃~20℃，阀门开大1%，超出设定温度区间上限0℃~10℃，阀门开大0.5%。超出设定温度区间下限20℃，阀门关小2%，超出设定温度区间下限10℃~20℃，阀门关小1%，超出设定温度区间下限0℃~10℃，阀门关小0.5%。
23.由于罐式炉的特殊性，实践证明这种调节方法在罐式炉燃控系统应用效果比pid调节效果好。本实施例中的2%调节量只是举例说明，由于每家的工艺和罐式炉都有差别，调节量也不同，这时需要系统结合专家调温经验和模糊控制方法进行风阀开度调节，专家调温经验是结合对罐式炉设计、生产运行、热工仿真因素，结合生产经验设置，不同罐式炉也有可能为阀门开大3%。
24.模糊控制主要是针对罐式炉这种严重非线性、耦合性、时变性的复杂工艺，以火道温变速率、同组火道的温度平均值以及差值等参数作为控制目标，同时还具有pid控制特性，其核心是模糊控制器。
25.风阀关小后，火道进入的空气量减少致使烟气量变小，火道压力损失降低、抽力增加，温度偏低的火道挥发份量所占比例增加，温度逐渐升高。反之火道温度降低。通过调节阀门开度，间接调节每条火道内的负压，从而实现挥发份的均流分配和温度平衡。
26.步骤s03：待已调节火道温度达到设定温度区间，可通过热电偶测得的火道温度，再比较其他火道温度是否发生变化，如果温度到达设定温度区间，本轮调节结束；如果温度仍然偏离，按照步骤s02调节其他火道的风阀开度，在调节其他火道温度的同时，已经调节完毕进入设定温度区间的火道，按照pid控制模式进行温度微调。
27.步骤s02、s03中，风阀调节经验模型是结合专家调温经验和模糊控制方法，所述专家调温经验是结合对罐式炉设计、生产运行、热工仿真因素，结合生产经验设置。
28.本发明可以实现挥发份均流分配，避免因挥发份分配不均引起火道温度一致性差，导致产品质量均匀性差、生产工艺稳定性差以及炉体和设备超温寿命短等问题。
29.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员对上述实施例进行改动、修改、替换和变型均属于本发明的范围内。

技术特征：
1.一种基于经验模型的罐式炉挥发份均流分配控制系统，其特征在于：罐式炉燃控系统中内嵌风阀调节经验模型，所述风阀调节经验模型：，其中表示某火道风阀调节量，表示同组内四条火道热电偶检测温度与设定温度区间上限值或下限值的超出量温度值；所述风阀调节经验模型是结合专家调温经验和模糊控制方法，通过分析同组内不同火道的温度，调节火道自动风阀开度，控制进入火道的助燃空气量，从而调节火道负压，通过均匀的同组火道负压实现挥发份的均流分配。2.根据权利要求1所述的一种基于经验模型的罐式炉挥发份均流分配控制系统，其特征在于：所述专家调温经验是结合对罐式炉设计、生产运行、热工仿真因素，结合生产经验设置。3.一种采用权利要求1或2所述系统的罐式炉挥发份均流分配控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s01：比较各条火道温度，按照设定温度区间偏离程度定义优先级，对高于设定温度区间上限值或者低于设定温度区间下限值的火道进行温度调节，优先调节偏离程度大的火道；步骤s02：基于风阀调节经验模型的挥发份均流分配方法，先调节温度偏离程度大的火道，其他火道暂不调节，按照风阀调节经验模型调整风阀大小，风阀调节经验模型为：，其中表示某火道风阀调节量，表示同组内四条火道热电偶检测温度与设定温度区间上限值或下限值的超出量温度值；步骤s03：待已调节火道温度达到设定温度区间，再比较其他火道温度是否发生变化，如果温度到达设定温度区间，本轮调节结束；如果温度仍然偏离，按照步骤s02调节其他火道的风阀开度，在调节其他火道温度的同时，已经调节完毕进入设定温度区间的火道，按照pid控制模式进行温度微调；步骤s04：待其他火道温度进入设定温度区间后，本轮调节结束。4.根据权利要求3所述的罐式炉挥发份均流分配控制方法，其特征在于：所述步骤s02中，先调节温度偏离程度大的火道，具体为，先调节温度偏离程度大的一条或两条火道。5.根据权利要求3所述的罐式炉挥发份均流分配控制方法，其特征在于：在步骤s02、s03中，风阀调节经验模型是结合专家调温经验和模糊控制方法，所述专家调温经验是结合对罐式炉设计、生产运行、热工仿真因素，结合生产经验设置。6.根据权利要求3所述的罐式炉挥发份均流分配控制方法，其特征在于：所述步骤s02中，调整风阀大小具体为当待调温火道温度超出设定温度区间上限20℃，阀门开大2~3%，超出设定温度区间上限10℃~20℃，阀门开大1~2%，超出设定温度区间上限0℃~10℃，阀门开大0.5~1%；超出设定温度区间下限20℃，阀门关小2~3%，超出设定温度区间下限10℃~20℃，阀门关小1~2%，超出设定温度区间下限0℃~10℃，阀门关小0.5~1%。

技术总结
基于经验模型的罐式炉挥发份均流分配控制系统及方法，属于罐式炉生产技术领域，罐式炉燃控系统中内嵌风阀调节经验模型，所述风阀调节经验模型是结合专家调温经验和模糊控制方法，通过分析同组内不同火道的温度，调节火道自动风阀开度，控制进入火道的助燃空气量，从而调节火道负压，通过均匀的同组火道负压实现挥发份的均流分配。本发明可以实现挥发份均流分配，避免因挥发份分配不均引起火道温度一致性差，导致产品质量均匀性差、生产工艺稳定性差以及炉体和设备超温寿命短等问题。性差以及炉体和设备超温寿命短等问题。


技术研发人员：周善红 李小坤 姜凯 刘朝东 刘超 夏子棋
受保护的技术使用者：沈阳铝镁设计研究院有限公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/8/30