[發明專利]一種褐煤干燥提質的自動化生產控制方法

無效

• 申請號: 201210428906.4
• 申請日: 2012-10-25
• 公開（公告）號: CN102936525A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 李聞白;李虎雄;仁亮;程成;邱波
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: C10L9/08
• 分類號: C10L9/08;G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種褐煤提質的生產控制技術，屬于煤炭高效利用領域。

背景技術

褐煤儲量約占我國煤炭總儲量的15％左右，是主要煤炭資源的一種，在我國動力與化工用煤中起到重要的作用。褐煤屬于一種地下儲存期短、煤化程度低的煤種，其水分和灰分含量較高，在空氣中易風化，作為直接燃料直接使用時燃燒效率低，且溫室氣體排放量高、污染嚴重。褐煤主要分布于內蒙古、黑龍江、云南和新疆等地，由于經濟發展的原因，這些地區的用煤量與經濟發達地區相比較少，因此需將褐煤運輸到距離比較遠的利用場地。由于褐煤中高水分和高揮發份的存在，造成了公路、鐵路運輸系統運力的極大浪費。褐煤提質是指通過熱物理過程或熱化學方法降低褐煤中的水分、提高產品發熱量，達到便于運輸、熱利用效率高、污染低的目的，對于褐煤的清潔、高效利用具有重要的意義。

針對褐煤提質問題，國內外開展了大量的研究與開發工作。國外主要褐煤加工技術有德國的Lurgi-Spuel-Gas(L-S)低溫熱解工藝、美國的K燃料工藝(K-Fuel?Process)、烏克蘭的熱壓處理工藝(ETCH1-175)和日本的非蒸發脫水工藝(D-K?Process)等。我國研究熱解技術的單位眾多，比較典型的技術有大連理工大學開發的褐煤固體熱載體干餾多聯產工藝(DG?Process)，北京煤化工分院開發的多段回轉爐熱解工藝，浙江大學的循環流化床熱電多聯產工藝，北京動力經濟研究所的移動床為基礎的熱電多聯產工藝等。

近年來，國內干燥提質技術的研究有了長足的發展，但和國外先進技術相比仍存在一定的差距，主要表現之一就是生產過程中的自動化程度較低，大多依賴于工人的手工操作：如調節原煤的進料速度控制產量，調節煤粉的進料速度控制爐前溫度，調節引風大小控制爐后溫度等。該生產方式不但大大增加了企業的人力資源成本，更為重要的是，僅憑手工操作很難實現對生產過程中各種技術參數的精確控制，導致不同批次提質煤之間的發熱量、含水量等波動較大，造成產品質量的不穩定。因此，可大型化的、自動化程度高、運行穩定的高效褐煤提質生產技術一直是研究與開發的主要方向。

發明內容

為了克服現有褐煤提質過程中生產技術的不足，本發明提供一種自動化程度高、性能穩定的褐煤提質生產控制技術。

本發明的技術方案實現如下：通過建立褐煤干燥過程中系統的熱平衡模型，以原煤進料速度、回轉窯轉速、煤粉下料速度和引風速度作為系統的控制輸入變量，回轉窯前后的溫度作為系統的控制輸出變量，利用反饋控制方法實現對褐煤干燥提質的自動化生產控制。具體而言，該方法的特征包含如下步驟：

(1)定義系統的輸入變量為：原煤進料速度w(t)，回轉窯轉速v(t)，煤粉下料速度s(t)，引風速度u(t)；輸出變量為：回轉窯前端(與熱風爐連接處)的溫度Θ₁(t)和尾端(成品煤出料口處)的溫度Θ₂(t)；

(2)定義系統的中間變量為：單位時間回轉窯內的原煤量M(t)，單位時間原煤的入料量F(t)，單位時間熱風爐內產生的熱量H(t)；

(3)在褐煤干燥過程中，設dQ₁表示單位時間內進入系統的熱量，dQ₂表示單位時間內離開系統的熱量，dQ₃表示單位時間回轉窯內原煤所含的熱量增量，則可建立系統的熱平衡方程為dQ₁-dQ₂＝d_Q3；

(4)結合褐煤和生產設備的具體參數(如原煤的比熱、燃燒值，煤粉輸送管道的直徑、回轉窯的容積等)，消去系統熱平衡方程所含的中間變量，由此獲得只含有輸入、輸出變量的系統控制方程；

(5)利用溫度傳感器監測回轉窯前后的溫度Θ₁(t)和Θ₂(t)，并采用反饋控制方法實現對生產過程的自動化控制，如通過伺服電機調節原煤進料速度、回轉窯轉速，通過變頻控制器調節引風速度、煤粉下料速度等。

本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果：

(1)采用反饋控制方法可有效實現對褐煤提質生產的自動化控制，從而避免了生產過程中的手工操作，在確保成品煤質量的同時也節約了人力資源成本；

(2)采用回轉窯前后的溫度作為輸出量，可以在很大程度上降低系統的復雜度，確保控制系統的魯棒性和反饋控制的實時性；

(3)采用伺服電機可實現對原煤進料速度、回轉窯轉速的精確控制，并且變頻控制器亦可實現對引風速度、煤粉下料速度的精確調節。