CN101286042A - 一种混合煤气热值控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合煤气热值控制系统及方法，该系统包括焦煤模糊控制器，用于计算焦煤调节阀的控制输出量，并利用热平衡单元计算出的数据进行热值设定，跟踪调节热值仪的反馈，输出给交叉解耦单元进行处理；高煤模糊控制器，用于计算高煤调节阀的控制输出量，并利用热平衡单元计算出的数据进行压力设定，跟踪调节混合压力的反馈，输出给交叉解耦单元进行处理；热平衡单元，用于计算热值的设定值，混合压力的设定值，提供工艺热工参数和现在的状况；交叉解耦单元，用于对高煤、焦煤模糊控制器的输出进行交叉解耦，控制高煤、焦煤调节阀。其达到稳定热值，确保入口压力，实现燃机正常运行，从而充分利用剩余煤气发电。

Description

一种混合煤气热值控制系统及方法

技术领域

本发明涉及燃料及燃烧技术领域，特别是涉及一种混合煤气热值控制系统及方法。

背景技术

在煤气-蒸汽联合循环发电中使用的是混合煤气，混合煤气是经净化处理后的高炉煤气和焦炉煤气按比例混合，并符合燃机热值要求的混合煤气。

混合煤气热值控制系统是一个多输入、多输出，强耦合、大滞后、非线性、有较大扰动的系统，其输入量是高焦煤气压力和流量，输出量为混合煤气。

通常地，在正常工作(标态)时，混合煤气的热值应控制在5577±5％kJ/m3，压力控制在4kPa以上。

此时高焦煤气应当符合如下条件：

	热值波动范围	热值设计值	额定煤气流量	压力
					高炉煤气	3085～3566kJ/m3(标态)	3456kJ/m3(标态)	74177m3/h(标态)	6～8kPa
焦炉煤气	15000～17000kJ/m3(标态)	17570kJ/m3(标态)	13372m3/h(标态)	6～10kPa

中国专利95113210.5公开一种煤气混合计算热值和压力控制系统，系统包括混合煤气压力定值反馈自动调节的主控单元；高炉煤气和焦炉煤气流量跟踪调节的两个副控单元；转炉煤气热流量计算单元；按混入煤气热值计算混合煤气热值的计算单元；按煤气热值修正煤气流量测量的计算单元；完成交叉双限幅控制的辅助单元。

但是，现有技术中，由于蝶阀开度与煤气压力和流量成抛物线的关系，输入的高炉煤气或焦炉煤气如果有其中之一发生变化，则既影响混合煤气的压力，又影响其热值，且运行参数受工况变化影响较大，难以控制其精度。

发明内容

本发明的所要解决的问题在于提供一种混合煤气热值控制系统及方法，其达到稳定热值，确保入口压力，实现燃机正常运行，从而充分利用剩余煤气发电。

为实现本发明目的而提供的一种混合煤气热值控制系统，包括高煤稳压调节阀和焦煤稳压调节阀，焦煤调节阀和高煤调节阀，煤气压缩机，还包括：

焦煤模糊控制器和高煤模糊控制器，热平衡单元，交叉解耦单元，其中：

所述焦煤模糊控制器，用于计算焦煤调节阀的控制输出量，并利用热平衡单元计算出的数据进行热值设定，跟踪调节热值仪的反馈，输出给交叉解耦单元进行处理；

所述高煤模糊控制器，用于计算高煤调节阀的控制输出量，并利用热平衡单元计算出的数据进行压力设定，跟踪调节混合压力的反馈，输出给交叉解耦单元进行处理；

所述热平衡单元，用于计算热值的设定值，混合压力的设定值，提供工艺热工参数和现在的状况；

所述交叉解耦单元，用于对高煤模糊控制器、焦煤模糊控制器的输出进行交叉解耦，控制高煤调节阀、焦煤调节阀。

所述的混合煤气热值控制系统，还包括焦煤前馈器和高煤前馈器，焦煤反馈单元和高煤反馈单元，其中：

所述焦煤前馈器，用于对焦煤解耦后得输出，根据燃机的入口阀位和排气温度进行前馈补正，输出给控制焦煤调节阀；

所述高煤前馈器，用于对高煤解耦后得输出，根据混合压力的测量值进行前馈补正，输出给控制高煤调节阀；

所述焦煤反馈单元，用于反馈混合煤气热值的测量值，经过滞后处理，比较前后两次测量值的变化，将两者作为模糊调节的输入值，供焦煤模糊控制器使用；

所述高煤反馈单元，用于反馈混合煤气压力的测量值，作为模糊调节的输入值，供高煤模糊控制器使用。

所述的混合煤气热值控制系统，还包括大滞后控制器，用于检测的混合煤气热值，要通过滞后处理，补正管道和仪器的滞后，输出更为符合实际的热值，为模糊调节的输入预处理，供焦煤模糊控制器、焦煤反馈单元使用。

所述焦煤调节阀和高煤调节阀为蝶形流量调节阀，在开度为70度时，将获得最大流量。

为实现本发明目的还提供一种混合煤气热值控制方法，包括下列步骤：

S100，利用高煤压力、焦煤压力进行单回路调节，与高煤反馈单元、焦煤反馈单元及大滞后控制器的燃机排气温度、燃机煤气入口阀阀位值一起反馈到高煤模糊控制器、焦煤模糊控制器；

S200，根据热平衡公式计算得到初始的配比参数，根据燃机排气温度、燃机煤气入口阀阀位值，对初始配比进行动态修正，然后对混合煤气压力进行运算，建立煤气混合配比热平衡；

S300，对最佳配比输出进行交叉解耦，控制高煤流量调节、焦煤流量调节输出。

所述步骤S100中，包括下列步骤：

在获取模糊控制对象燃机排气温度和燃机入口煤气调节阀阀位值时候，进行抗滞后及时变计算，对模糊控制值进行运算，包括下列步骤：

步骤S110，模糊控制对象采样时间为T，所述时间T根据热值变化进行变化；

步骤S120，从采样数据中取1个数组共40个变量，进行抗滞后及时变运算，进行温度和压力补正；

步骤S130，用补正后的高、焦煤流量进行计算和控制，并采用小信号切除进行切除。

所述步骤S120中，所述补正为：

其中，高煤流量补正FI301P根据下面补正公式进行补正，其中高煤压力为kPa，高煤温度为摄氏度；

焦煤流量补正FI302P根据下面补正公式进行补正，其中焦煤压力为kPa，焦煤温度为摄氏度；

所述步骤S200包括如下步骤：

S210，根据燃机排气温度、燃机煤气入口阀阀位值利用模糊技术，对初始配比进行动态修正，逐步寻求最佳配比；

S220，以高焦混合煤气热值、压力，高炉煤气与焦炉煤气的流量、压力、温度，燃机过热温度作为检测信号，以高炉煤气控制前压力，以焦炉煤气主控热值，通过焦煤模糊控制器和高煤模糊控制器，利用热平衡单元建立煤气混合配比热平衡。

所述步骤S300中，所述解耦为分段解耦，即针对在不同的区段解耦参数不同；区段划分为[0，5％]，[5％，60％]，[60％，100％]。

所述步骤S300中，所述调节输出为分段输出，即针对在不同的区段输出控制速度不同，在区段[5％，60％]，输出速度控制在Max 0.5％/s，其他Max 2％/s。

本发明的有益效果是：本发明的混合煤气热值控制系统及方法，以寻求最佳高焦煤气流量配比控制为控制策略，采取双交叉串级自动控制，建立自适应模糊控制模型，达到稳定热值，确保煤压机入口压力，实现燃机正常运行，充分利用剩余煤气发电的目的。

附图说明

图1为本发明混合煤气热值控制系统结构示意图；

图2为本发明混合煤气热值控制方法示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明的一种混合煤气热值控制系统及方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的混合煤气热值控制系统，包括高煤稳压调节阀13和焦煤稳压调节阀14，焦煤调节阀3和高煤调节阀2，煤气压缩机1，同时，还包括焦煤模糊控制器12和高煤模糊控制器10，热平衡单元11，交叉解耦单元8，焦煤前馈器5和高煤前馈器4，焦煤反馈单元9和高煤反馈单元7，以及大滞后控制器6。

其中，所述焦煤调节阀14和高煤调节阀13为蝶形流量调节阀，在开度(即行程)为70度时，将获得最大流量。

所述焦煤模糊控制器12，用于根据焦煤反馈单元9和大滞后控制器6的反馈，利用模块技术计算焦煤调节阀3的控制输出量，并利用热平衡单元11计算出的数据进行热值设定，跟踪调节热值仪的反馈，输出给交叉解耦单元8进行处理。

所述高煤模糊控制器10，用于根据高煤反馈单元7的反馈，利用模糊技术计算高煤调节阀2的控制输出量，并利用热平衡单元11计算出的数据进行压力设定，跟踪调节混合压力的反馈，输出给交叉解耦单元8进行处理。

所述模糊技术是一种现有的常用技术，本领域技术人员根据本发明公开的内容，能够实现其功能，因此，在本发明中不再一一详细描述。

所述热平衡单元11，用于计算热值的设定值，混合压力的设定值，提供工艺热工参数和现在的状况，供模糊技术参考和控制。

所述交叉解耦单元8，用于对高煤、焦煤模糊控制器的输出进行交叉解耦。其输出进行前馈补正后，控制高煤、焦煤调节阀。

所述焦煤前馈器5，用于对焦煤解耦后得输出，根据燃机的入口阀位和排气温度(与热值相关的两个参数，来自燃机)进行前馈补正，其输出控制焦煤调节阀3。

所述高煤前馈器4，用于对高煤解耦后得输出，根据混合压力的测量值进行前馈补正，其输出控制高煤调节阀2。

所述焦煤反馈单元9，用于反馈混合煤气热值的测量值，经过滞后处理，比较前后两次测量值的变化，将两者作为模糊调节的输入值，供焦煤模糊控制器12使用。

所述高煤反馈单元7，用于反馈混合煤气压力的测量值，作为模糊调节的输入值，供高煤模糊控制器10使用。

作为一种可实施方式，可以选取测量稳定的和/或变化率低的混合煤气压力的测量值作为模糊调节的输入值，供高煤模糊控制器10使用。

所述大滞后控制器6，用于检测的混合煤气热值，要通过滞后处理，补正管道和仪器的滞后，输出更为符合实际的热值，为模糊调节的输入预处理，供焦煤模糊控制器12、焦煤反馈单元9使用。

本发明的混合煤气热值控制系统，以高焦混合煤气热值、压力，高炉煤气与焦炉煤气的流量、压力、温度，燃机过热温度作为检测信号，以高炉煤气控制前压力，以焦炉煤气主控热值，通过焦煤模糊控制器12和高煤模糊控制器10，利用热平衡单元11建立煤气混合配比热平衡。

下面详细说明本发明的一种混合煤气热值控制方法，本发明的混合煤气热值控制方法，通过燃机排气温度和燃机入口煤气调节阀，采用这两个参数(燃机排气温度、燃机入口煤气调节阀阀位)作为模糊控制输入参数，利用模糊技术得到配比调整值u。其包括如下步骤：

S100，利用高煤压力、焦煤压力进行单回路调节，与高煤反馈单元、焦煤反馈单元及大滞后控制器的燃机排气温度、燃机煤气入口阀阀位值一起反馈到高煤模糊控制器、焦煤模糊控制器；

燃机排气温度来自燃机的输出信号，热值控制系统进行采集，其温度值为0～800度。

燃机入口煤气调节阀阀位值在燃机本体上输出，由热值控制系统进行采集，其阀位值0～100％。

较佳地，在获取模糊控制对象燃机排气温度和燃机入口煤气调节阀阀位值时候，进行抗滞后及时变计算，对模糊控制值(燃机排气温度、燃机入口煤气调节阀阀位)进行运算，保证其精确度，其包括如下步骤：

步骤S110，模糊控制对象采样时间为T，所述时间T根据热值变化进行变化。较佳地，所述时间T＝18-R/R；

其中R为热值测量值，R为热值15min采用平均值；

步骤S120，从采样数据中取1个数组共40个变量，进行抗滞后及时变运算，进行温度和压力补正；

其中，高煤流量补正FI301P根据如下补正公式(1)进行补正，其中高煤压力为kPa，高煤温度为摄氏度。

焦煤流量补正FI302P根据补正公式(2)进行补正，其中焦煤压力为kPa，焦煤温度为摄氏度。

步骤S130，用补正后的高、焦煤流量进行计算和控制，并采用小信号切除进行切除。

较佳地，切除为补正量的7％。

所述小信号切除是一种普遍利用的现有基本技术，其不是本发明的创造点，因此，在本发明实施例中不再一一详细描述。

S200，根据热平衡公式计算得到初始的配比参数，根据燃机排气温度、燃机煤气入口阀阀位值，对初始配比进行动态修正，然后对混合煤气压力利用模糊技术进行运算，建立煤气混合配比热平衡；

根据热平衡公式C＝mR(n-y)/M(y-1)(n-1)，其中，较佳地，n＝2。

找到K2，使得达到1.2，从而建立初始最优配比P1，其通过平时化验的高、焦煤数据，利用PID压力调节数学模型，经过热工理论计算，得出一个初始的最优配比参数。

所述PID压力调节数学模型是一种本领域的现有普通模型技术，利用于高煤、焦煤的稳压调节，其输入量分别是高煤压力、焦煤压力，通过基本PID规律进行运算。

S210，根据燃机排气温度、燃机煤气入口阀阀位值利用模糊技术，对初始配比进行动态修正，逐步寻求最佳配比；

S220，以高焦混合煤气热值、压力，高炉煤气与焦炉煤气的流量、压力、温度，燃机过热温度作为检测信号，以高炉煤气控制前压力，以焦炉煤气主控热值，通过焦煤模糊控制器和高煤模糊控制器，利用热平衡单元建立煤气混合配比热平衡。

即

FI301*K1+FI302*K2＝FI501*K3

其中，K1，K2，K3为热平衡参数，K1+K2≈K3≈1；

FI301表示高煤气流量；

FI302表示焦煤气流量；

FI501表示混合煤气流量。

S300，对最佳配比输出进行交叉解耦，控制高煤流量调节、焦煤流量调节输出。

较佳地，所述解耦为分段解耦，即针对在不同的区段解耦参数不同。区段划分为[0，5％]，[5％，60％]，[60％，100％]。

所述交叉解耦算法过程如下：

IF 5％＜VI301＜60％and 5％＜VI302＜60％and 5％＜VI311＜65％and 5％＜VI312＜60％Then

V_out1*m1+V_out2*m2＝V_out11

V_out1*(1-m1)+V_out2*m3＝V_out21

V_out3*m3+V_out4*m4＝V_out31

V_out3*(1-m3)+V_out4*m5＝V_out41

其中m1、m2、m3、m4、m5为可调参数，V_out11、V_out21、V_out31、V_out41分别为四个调节阀输出。

较佳地，所述调节输出为分段输出，即针对在不同的区段输出控制速度不同，在区段[5％，60％]，输出速度控制在Max 0.5％/s，其他Max 2％/s。

通过实时地计算出两种煤气的最佳配比，并为煤压机提供正常工作的稳定压力。

通过以上结合附图对本发明具体实施例的描述，本发明的其它方面及特征对本领域的技术人员而言是显而易见的。

以上对本发明的具体实施例进行了描述和说明，这些实施例应被认为其只是示例性的，并不用于对本发明进行限制，本发明应根据所附的权利要求进行解释。

Claims (10)

1、一种混合煤气热值控制系统，包括高煤稳压调节阀，焦煤稳压调节阀，焦煤调节阀，高煤调节阀和煤气压缩机，其特征在于，还包括：

焦煤模糊控制器和高煤模糊控制器，热平衡单元和交叉解耦单元，其中：

所述焦煤模糊控制器，用于计算焦煤调节阀的控制输出量，并利用热平衡单元计算出的数据进行热值设定，跟踪调节热值仪的反馈，输出给交叉解耦单元进行处理；

所述高煤模糊控制器，用于计算高煤调节阀的控制输出量，并利用热平衡单元计算出的数据进行压力设定，跟踪调节混合压力的反馈，输出给交叉解耦单元进行处理；

所述热平衡单元，用于计算热值的设定值，混合压力的设定值，提供工艺热工参数和状况；

所述交叉解耦单元，用于对高煤模糊控制器、焦煤模糊控制器的输出进行交叉解耦，控制高煤调节阀、焦煤调节阀。

2、根据权利要求1所述的混合煤气热值控制系统，其特征在于，还包括焦煤前馈器和高煤前馈器，焦煤反馈单元和高煤反馈单元，其中：

所述焦煤前馈器，用于对焦煤解耦后得输出，根据燃机的入口阀位和排气温度进行前馈补正，输出控制焦煤调节阀；

所述高煤前馈器，用于对高煤解耦后得输出，根据混合压力的测量值进行前馈补正，输出控制高煤调节阀；

所述焦煤反馈单元，用于反馈混合煤气热值的测量值，经过滞后处理，比较前后两次测量值的变化，将两者作为模糊调节的输入值，供焦煤模糊控制器使用；

所述高煤反馈单元，用于反馈混合煤气压力的测量值，作为模糊调节的输入值，供高煤模糊控制器使用。

3、根据权利要求1或2所述的混合煤气热值控制系统，其特征在于，还包括大滞后控制器，用于检测的混合煤气热值，要通过滞后处理，补正管道和仪器的滞后，输出更为符合实际的热值，为模糊调节的输入预处理，供焦煤模糊控制器、焦煤反馈单元使用。

4、根据权利要求1所述的混合煤气热值控制系统，其特征在于，所述焦煤调节阀和高煤调节阀为蝶形流量调节阀，在开度为70度时，将获得最大流量。

5、一种混合煤气热值控制方法，其特征在于，包括下列步骤：

S100，利用高煤压力、焦煤压力进行单回路调节，与燃机排气温度、燃机煤气入口阀阀位值一起反馈到高煤模糊控制器、焦煤模糊控制器；

S200，根据热平衡公式计算得到初始的配比参数，根据燃机排气温度、燃机煤气入口阀阀位值，对初始配比进行动态修正，然后对混合煤气压力进行运算，建立煤气混合配比热平衡；

S300，对最佳配比输出进行交叉解耦，控制高煤流量调节、焦煤流量调节输出。

6、根据权利要求5所述的混合煤气热值控制方法，其特征在于，所述步骤S100中，包括下列步骤：

在获取模糊控制对象燃机排气温度和燃机入口煤气调节阀阀位值时候，进行抗滞后及时变计算，对模糊控制值进行运算，包括下列步骤：

步骤S110，模糊控制对象采样时间为T，所述时间T根据热值变化进行变化；

步骤S120，从采样数据中取1个数组共40个变量，进行抗滞后及时变运算，进行温度和压力补正；

步骤S130，用补正后的高、焦煤流量进行计算和控制，并采用小信号切除进行切除。

7、根据权利要求6所述的混合煤气热值控制方法，其特征在于，所述步骤S120中，所述补正为：

其中，高煤流量补正FI301P根据下面补正公式进行补正，其中高煤压力单位为kPa，高煤温度单位为摄氏度；

焦煤流量补正FI302P根据下面补正公式进行补正，其中焦煤压力单位为kPa，焦煤温度单位为摄氏度；

8、根据权利要求5所述的混合煤气热值控制方法，其特征在于，所述步骤S200包括如下步骤：

S210，根据燃机排气温度、燃机煤气入口阀阀位值利用模糊技术，对初始配比进行动态修正，逐步寻求最佳配比；

S220，以高焦混合煤气热值、压力，高炉煤气与焦炉煤气的流量、压力、温度，燃机过热温度作为检测信号，以高炉煤气控制前压力，以焦炉煤气主控热值，通过焦煤模糊控制器和高煤模糊控制器，利用热平衡单元建立煤气混合配比热平衡。

9、根据权利要求5所述的混合煤气热值控制方法，其特征在于，所述步骤S300中，所述解耦为分段解耦，即针对在不同的区段解耦参数不同；区段划分为[0，5％]，[5％，60％]，[60％，100％]。

10、根据权利要求9所述的混合煤气热值控制方法，其特征在于，所述步骤S300中，所述调节输出为分段输出，即针对在不同的区段输出控制速度不同，在区段[5％，60％]，输出速度控制在Max 0.5％/s，其他区段输出速度控制在Max 2％/s。

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