[發(fā)明專利]變換爐的控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210310212.0
• 申請(qǐng)日: 2012-08-28
• 公開（公告）號(hào): CN102830628A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉德榮;魏慶來;黃玉柱;趙冬斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): G05B17/02
• 分類號(hào): G05B17/02
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于變換爐技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及變換爐的控制方法，特別是一種通過變換爐的仿真模型來控制變換爐的方法，該仿真模型是基于機(jī)理建模和基于數(shù)據(jù)的智能辨識(shí)相結(jié)合的。

背景技術(shù)

變換爐是煤氣化制甲醇中變換工序的核心設(shè)備，爐內(nèi)裝有兩段鈷鉬耐硫催化劑，以來自水煤漿制氣工序的水煤氣為原料，利用催化劑提高變換反應(yīng)速率將水煤氣中的CO和H₂O轉(zhuǎn)化為CO₂和H₂。其工作過程：來自氣化工序的水煤氣分為兩股進(jìn)入變換爐：一股是經(jīng)中溫?fù)Q熱器，預(yù)熱后進(jìn)入變換爐上段，另一股是作為激冷氣直接進(jìn)入變換爐中段，氣體在變換爐內(nèi)發(fā)生變換反應(yīng)，COS水解反應(yīng)等一系列復(fù)雜物理化學(xué)過程，最終生成甲醇合成工序所需的具有合適氫碳比的生成氣。

變換工序是煤氣化制甲醇、煤變換聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等系統(tǒng)中的重要的一環(huán)，且具有工藝流程復(fù)雜、設(shè)備眾多、耦合嚴(yán)重等特點(diǎn)，其中的變換爐是將水煤氣變換為甲醇合成的有效氣體的重要設(shè)備，是煤制甲醇的基礎(chǔ)。一方面通過水煤氣變換反應(yīng)的主要工作機(jī)理分析變換爐的工作狀態(tài)，另一方面要對(duì)操作人員進(jìn)行上崗前培訓(xùn)，使其掌握實(shí)際系統(tǒng)的控制流程，避免不必要的事故發(fā)生。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于變換爐內(nèi)反應(yīng)眾多，設(shè)備繁雜，給變換爐的實(shí)時(shí)控制與優(yōu)化帶來了很大困難。因此，需要一種能夠精確估算變換爐內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)，并根據(jù)該估算結(jié)果來控制變換爐工作狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過建立變換爐的仿真模型，以精確控制變換爐的工作狀態(tài)。

(二)技術(shù)方案

基于變換生產(chǎn)過程的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)熱力學(xué)原理，建立變換爐的仿真機(jī)理模型，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行智能優(yōu)化辨識(shí)，最終將模型用于指導(dǎo)實(shí)際系統(tǒng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)行為的預(yù)測(cè)。

具體來說，本發(fā)明提出一種變換爐的控制方法，其包括依次執(zhí)行的如下步驟：S1、建立與變換爐相應(yīng)的變換爐仿真模型，該仿真模型包含若干模型參數(shù)；S2、采集變換爐在某段時(shí)間內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，所述輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)是指變換爐的輸入、輸出物質(zhì)的成分與含量以及各項(xiàng)工作參數(shù)；S3、根據(jù)所采集的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，計(jì)算仿真模型的模型參數(shù)的值；S4、采集變換爐的實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)，通過仿真模型計(jì)算模擬輸出數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)之間的差值，當(dāng)該差值不在誤差范圍時(shí)，返回步驟S2，否則繼續(xù)下一步驟；S5、利用仿真模型計(jì)算變換爐內(nèi)在當(dāng)前時(shí)刻起的一段時(shí)間內(nèi)的工作狀態(tài)參數(shù)，監(jiān)控和調(diào)節(jié)變換爐的工作狀態(tài)。

(三)有益效果

本發(fā)明根據(jù)基于機(jī)理的模型能夠精確地仿真變換爐，并通過該模型預(yù)測(cè)變換爐一段時(shí)間內(nèi)的工作狀態(tài)，從而能夠高效、實(shí)時(shí)、精確地調(diào)整和監(jiān)控變換爐。

附圖說明

圖1是變換爐的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的變換爐的控制方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1是變換爐的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，變換爐1的進(jìn)口物料有兩股分別為2和3，其中2是經(jīng)中溫?fù)Q熱器，預(yù)熱后進(jìn)變換爐的上段水煤氣，3是作為激冷氣直接進(jìn)變換爐的中段水煤氣，進(jìn)變換爐的上段水煤氣2和進(jìn)變換爐的中段水煤氣3的組分、壓力和比熱相同，溫度分別為T_i1和T_i2，4為變換爐出口生成氣。進(jìn)變換爐的上段水煤氣2和進(jìn)變換爐的中段水煤氣3進(jìn)變換爐后，在一定溫度和壓力下，經(jīng)過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成以CO、CO₂、H₂為主要成分的變換爐出口生成氣4。需說明的是，該圖1只是示意性的簡圖，實(shí)際的變換爐還包括其它各個(gè)工作部件，例如卸催化劑口等，但其皆為本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知，并且不影響本發(fā)明的控制方法，因此在此不加贅述。

本發(fā)明的變換爐的控制方法包括依次執(zhí)行的如下步驟：

S1、建立與變換爐相應(yīng)的變換爐仿真模型，該仿真模型包含若干模型參數(shù)；

S2、采集變換爐在某段時(shí)間內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，所述輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)是指變換爐的輸入、輸出物質(zhì)的成分與含量以及各項(xiàng)工作參數(shù)；

S3、根據(jù)所采集的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，計(jì)算仿真模型的模型參數(shù)的值；

S4、采集變換爐的實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)，通過仿真模型計(jì)算模擬輸出數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)之間的差值，當(dāng)該差值不在誤差范圍時(shí)，返回步驟S2，否則繼續(xù)下一步驟；