CN110377083A - 一种生物质连续水热液化装置的监控系统及监控方法 - Google Patents
一种生物质连续水热液化装置的监控系统及监控方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110377083A CN110377083A CN201910665117.4A CN201910665117A CN110377083A CN 110377083 A CN110377083 A CN 110377083A CN 201910665117 A CN201910665117 A CN 201910665117A CN 110377083 A CN110377083 A CN 110377083A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hydraulic cylinder
- hydrothermal liquefaction
- reactor
- temperature
- value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D27/00—Simultaneous control of variables covered by two or more of main groups G05D1/00 - G05D25/00
- G05D27/02—Simultaneous control of variables covered by two or more of main groups G05D1/00 - G05D25/00 characterised by the use of electric means
Abstract
本发明一涉及种生物质连续水热液化装置的监控系统及监控方法。所述监控系统包括控制器、控制终端、信号转换器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、测温热电偶、第一继电器、第二继电器、物位器、pH检测器、变频器和压力报警器。本发明对于连续水热液化装置系统反应温度、压力、进料流量、电机功率等系统运行参数和/或操作参数进行监控；对各个系统设备的用电量，运行状态进行检测；对反应系统运行数据进行定期采集与储存，对于运行数据和曲线进行实时显示；对于反应过程系统温度压力过载以及运行故障进行声光报警。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物质连续水热液化装置的监控系统及监控方法，特别是涉及一种多阶段加热、多通路水热液化连续制备生物原油的生物质连续水热液化装置的监控系统和其监控方法。
背景技术
水热液化(Hydrothermal liquefaction)是以水为反应溶剂，在150-450℃，5-28MPa的反应温度和压强下，将生物质迅速转化为生物原油的一种技术。水热液化技术可以将各种生物质高效转化为高能量密度，用途广泛的生物原油，有利于生物质能源的高附加值化和能源化利用，对于缓解石油化石能源危机，减少环境污染，保证能源安全方面具有重要的意义。
连续水热液化是利用生物质在一定的反应温度(200-450℃)和反应压力(5-30MPa)，连续进行生物原油的生产的热化学转化技术。整个反应运行过程中涉及进料系统、预加热系统、反应系统、产物收集和分离系统，各个系统之间有机连接，相互关联，相互影响。因此有必要对连续水热液化运行过程中各个阶段的工艺参数、运行状况以及运行数据和曲线进行实时在线监控。
连续水热液化生产生物原油装置包含很多操作元件以及运行参数，各个运行模块之间相互关联相互影响，反应过程中的压力和温度以及其他操作参数的进行实时在线的检测和控制对于系统运行的准确性和安全性很重要。目前，中国发明专利申请CN104089494A报道了一种高温炉温度压力的监控方法，但监控系统结构比较简单，不能满足功能较复杂、精确和自动化要求高的实时在线监控系统的条件。中国发明专利申请CN106502176A公布了一种热解实验装置的监控系统，该装置控制算法单一，不便于统一操作控制，人机交互界面功能单一。开发针对连续式水热液化工艺的自动化的监控系统对于实现连续式水热液化技术的工业化以及自动化至关重要。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的一个目的是提供一种生物质连续水热液化装置的监控系统，可实时地对多个检测点进行监控并显示检测结果，同时对于操作参数进行实时在线的控制，达到对于连续水热液化反应运行全过程的实时在线监控。
本发明的另一个目的是提供一种生物质连续水热液化装置的监控方法。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种生物质连续水热液化装置的监控系统，所述生物质连续水热液化装置包括：物料储存罐26、双液压缸进料系统27、预加热反应器28、水热液化反应器29以及产物收集分离釜30；所述物料储存罐26的底部出料口通过管道连通双液压缸进料系统27的进料端口，双液压缸进料系统27的出料端口通过管道与预加热反应器28的进料端口连通，预加热反应器28的出料端口通过转移管道与水热液化反应器29的进料端口连通，水热液化反应器29的出料端口通过管道依次连通背压阀和产物收集分离釜30。
所述物料储存罐26包括搅拌电机3，所述搅拌电机3与物料储存罐26内部的搅拌桨连接。
所述双液压缸进料系统27包括第一液压缸35、第二液压缸36、液压油箱37、螺杆泵19、液压油泵20、第一液压缸出料高压电动球阀4、第一液压缸回油电磁阀5、第二液压缸回油电磁阀6、第二液压缸出料高压电动球阀7、第二液压缸进料高压电动球阀8、第二液压缸进油电磁阀18、第一液压缸进油电磁阀21和第一液压缸进料高压电动球阀22。
所述第一液压缸35和第二液压缸36均包括物料缸和液压油缸。
第一液压缸35的物料缸分别通过第一液压缸进料管道和第一液压缸出料管道与物料储存罐26的出料管道和预加热反应器28的进料管道连通；第一液压缸35的液压油缸分别通过第一液压缸进油管道和第一液压缸出油管道与液压油箱37的出油管道和回油管道连通。
第二液压缸36的物料缸分别通过第二液压缸进料管道和第二液压缸出料管道与物料储存罐26的出料管道和预加热反应器28的进料管道连通；第二液压缸36的液压油缸分别通过第二液压缸进油管道和第二液压缸出油管道与液压油箱37的出油管道和回油管道连通。
所述螺杆泵19设置在物料储存罐26的出料管道上，用于将物料输送至双液压缸进料系统27的第一液压缸35和第二液压缸36的物料缸中。
所述液压油泵20设置在液压油箱37的出油管道上。
所述第一液压缸进料高压电动球阀22和第一液压缸出料高压电动球阀4分别设置在第一液压缸35的第一液压缸进料管道和第一液压缸出料管道上；所述第一液压缸进油电磁阀21和第一液压缸回油电磁阀5分别设置在第一液压缸35的第一液压缸进油管道和第一液压缸出油管道上。
所述第二液压缸进料高压电动球阀8和第二液压缸出料高压电动球阀7分别设置在第二液压缸36的第二液压缸进料管道和第二液压缸出料管道上；所述第二液压缸进油电磁阀18和第二液压缸回油电磁阀6分别设置在第二液压缸36的第二液压缸进油管道和第二液压缸出油管道上。
所述预加热反应器28包括预加热多段加热器9和第一压力变通器10；预加热多段加热器9设置在预加热反应器28的外壁上；第一压力变通器10设置在预加热反应器28的顶部。
所述水热液化反应器29包括水热液化多段加热器12和第二压力变通器11；水热液化多段加热器12设置在水热液化反应器29的外壁上；第二压力变通器11设置在水热液化反应器29的顶部。
所述产物收集分离釜30包括第三压力变通器13，第三压力变通器13设置在产物收集分离釜30的顶部。
所述监控系统包括控制器1、控制终端25、信号转换器24、第一温度传感器14、第二温度传感器15、第三温度传感器16、第四温度传感器17、测温热电偶、第一继电器、第二继电器、物位器2、pH检测器、变频器38和压力报警器。
所述物位器2和pH检测器设置在物料储存罐26内部。
所述变频器38与液压油泵20的电机连接。
所述测温热电偶设置在预加热反应器28和水热液化反应器29的外部，分别用于监测预加热反应器28的外壁温度和水热液化反应器29的外壁温度。
所述第一温度传感器14设在产物收集分离釜30内部。
所述第二温度传感器15设在水热液化反应器29内部。
所述第四温度传感器17设在预加热反应器28内部。
所述第三温度传感器16设在预加热反应器28与水热液化反应器29之间的转移管道上。
所述第一继电器为固态继电器，至少为两个，分别与预加热多段加热器9和水热液化多段加热器12连接。
所述第二继电器为多个，分别连接搅拌电机3、变频器38、物位器2、压力报警器、各高压电动球阀、各电磁球阀以及预加热反应器28和水热液化反应器29外部设置的测温热电偶。
所述控制器1包括可编程逻辑控制器以及比例-积分-微分控制器。
所述控制终端25通过信号转换器24与控制器1连接通讯，所述控制器1分别与多个第二继电器和第一继电器连接。
所述控制器1分别通过数据连接线23与物位器2、pH检测器、第一温度传感器14、第二温度传感器15、第三温度传感器16、第四温度传感器17、预加热反应器28和水热液化反应器29外部设置的测温热电偶以及搅拌电机3、螺杆泵19、液压油泵20、第一液压缸出料高压电动球阀4、第一液压缸回油电磁阀5、第二液压缸回油电磁阀6、第二液压缸出料高压电动球阀7、第二液压缸进料高压电动球阀8、第二液压缸进油电磁阀18、第一液压缸进油电磁阀21、第一液压缸进料高压电动球阀22、预加热多段加热器9、水热液化多段加热器12、第一压力变通器10、第二压力变通器11、第三压力变通器13连接。
所述控制器1、变频器38、压力报警器、第一继电器以及第二继电器安装于中心控制柜内。
所述控制终端25的显示界面包括监控流程界面31、设置界面32、检测数据实时显示界面33和检测数据实时曲线图界面34。
监控系统通过控制终端25、信号转换器24、控制器1、第一继电器以及第二继电器分别对搅拌电机3、变频器38、物位器2、压力报警器、测温热电偶、各高压电动球阀、各电磁球阀、预加热多段加热器9和水热液化多段加热器12执行开启/关闭动作。
一种利用所述的监控系统的生物质连续水热液化装置的监控方法，该方法包括如下步骤：
a、生物质连续水热液化装置运行参数数据采集
所述控制器1获取物位器2和pH检测器分别检测到的物料在物料储存罐26的液面高度和pH值、第一温度传感器14检测到的产物收集分离釜30内部的产物温度、第二温度传感器15检测到的水热液化反应器29内部的水热液化反应温度、第三温度传感器16检测到的预加热后进入水热液化反应器29前的物料温度、第四温度传感器17检测到的预加热反应器28内部的预加热温度、第一压力变通器10检测到的预加热反应器28的压力值、第二压力变通器11检测到的水热液化反应器29的压力值、第三压力变通器13检测到的产物收集分离釜30的压力值、预加热反应器28和水热液化反应器29外部设置的测温热电偶监测到的预加热反应器28的外壁温度和水热液化反应器29的外壁温度，以及搅拌电机3、螺杆泵19、液压油泵20、第一液压缸出料高压电动球阀4、第一液压缸回油电磁阀5、第二液压缸回油电磁阀6、第二液压缸出料高压电动球阀7、第二液压缸进料高压电动球阀8、第二液压缸进油电磁阀18、第一液压缸进油电磁阀21和第一液压缸进料高压电动球阀22、预加热多段加热器9和水热液化多段加热器12的功率值；
b、数据传输、处理和显示
控制器1将获取的液面高度、pH值、预加热温度、预加热后进入水热液化反应器29前的物料温度、水热液化反应温度、产物温度、预加热反应器28的外壁温度、水热液化反应器29的外壁温度、预加热反应器28的压力值、水热液化反应器29的压力值、产物收集分离釜30的压力值以及各功率值经信号转换器24转化信号后传输到控制终端25存储显示；
控制终端25分别根据预先设定的预加热反应器28的预加热温度给定值和检测到的预加热温度测量值，以及预先设定的水热液化反应器29的反应温度给定值和检测到的水热液化反应温度测量值，通过PID逻辑控制算法获得预加热多段加热器9和水热液化多段加热器12的加热功率输出值，所述PID逻辑控制算法包括以下PID控制公式：
Up＝Kp·e(t) 公式2
Ud＝Kd·(e(t)-e(t-1)) 公式4
式中，U(t)为预加热多段加热器9或水热液化多段加热器12的加热功率输出值；Up为比例控制算法加热功率输出值，Ui为积分控制算法加热功率输出值，Ud为微分控制算法加热功率输出值，单位为：kwh；公式2～4分别为比例控制算法、积分控制算法和微分控制算法对应的加热功率输出计算公式；Kp、Ki和Kd分别为比例控制算法的参数、积分控制算法的参数和微分控制算法的参数；e(t)为当前控制周期内的第一误差值，即为当前控制周期内的预先设定的预加热反应器28的预加热温度给定值与检测到的预加热温度测量值之间的误差值，或为当前控制周期内的预先设定的水热液化反应器29的反应温度给定值与检测到的水热液化反应温度测量值之间的误差值；e(t-1)为上个控制周期的第二误差值，即为上个控制周期内的预先设定的预加热反应器28的预加热温度给定值与检测到的预加热温度测量值之间的误差值，或为上个控制周期内的预先设定的水热液化反应器29的反应温度给定值与检测到的水热液化反应温度测量值之间的误差值；
c、装置控制
控制终端25将预加热多段加热器9和水热液化多段加热器12的加热功率输出值传输给控制器1，控制器1根据预加热多段加热器9和水热液化多段加热器12的加热功率输出值通过固态继电器对预加热多段加热器9和水热液化多段加热器12进行加热控制；
控制终端25实时将检测到的预加热反应器28的压力值、水热液化反应器29的压力值、产物收集分离釜30的压力值与安全压力值进行对比，当检测到的压力值大于安全压力值时，控制终端25向控制器1发出指令，控制相应继电器，对压力报警器执行报警动作。
所述步骤b中，在控制周期内获得的预加热温度和水热液化反应温度，并计算温度测量值与温度给定值之间的误差值；计算当前控制周期对应的第一误差值与上一个控制周期对应的第二误差值，得到目标差值，即相邻两个控制周期内的误差值绝对值之间的差值；所述目标差值和所述第一误差值满足预设条件时，根据所述第一误差值的变化率确定PID控制公式中的对应所述当前控制周期的积分项从而得到目标PID控制公式：
根据目标PID控制公式计算加热功率输出值；
所述预设条件为：所述目标差值小于0且所述第一误差值大于或等于预设变化值；所述第一误差值的变化率为第一误差值对时间的导数的绝对值。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的监控系统对于连续水热液化装置系统反应温度、压力、进料流量、电机功率等系统运行参数和/或操作参数进行监控；对各个系统设备的用电量，运行状态进行检测；对反应系统运行数据进行定期采集与储存，对于运行数据和曲线进行实时显示；对于反应过程系统温度压力过载以及运行故障进行声光报警。
附图说明
图1为本发明的生物质连续水热液化装置监控系统的结构示意图；
图2为本发明的监测与控制控流程；
图3为图1实施方式中的操作监控界面；
图4为本发明温度的PID控制方法流程图。
其中的附图标记为：
1 控制器
2 物位器
3 搅拌电机
4 第一液压缸出料高压电动球阀
5 第一液压缸回油电磁阀
6 第二液压缸回油电磁阀
7 第二液压缸出料高压电动球阀
8 第二液压缸进料高压电动球阀
9 预加热多段加热器
10 第一压力变通器
11 第二压力变通器
12 水热液化多段加热器
13 第三压力变通器
14 第一温度传感器
15 第二温度传感器
16 第三温度传感器
17 第四温度传感器
18 第二液压缸进油电磁阀
19 螺杆泵
20 液压油泵
21 第一液压缸进油电磁阀
22 第一液压缸进料高压电动球阀
23 数据连接线
24 信号转换器
25 控制终端
26 物料储存罐
27 双液压缸进料系统
28 预加热反应器
29 水热液化反应器
30 产物收集分离釜
31 监控流程界面
32 设置界面
33 检测数据实时显示界面
34 检测数据实时曲线图界面
35 第一液压缸
36 第二液压缸
37 液压油箱
38 变频器
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
如图1所示，本发明的一种生物质连续水热液化装置的监控系统，其中，
所述生物质连续水热液化装置包括：物料储存罐26、双液压缸进料系统27、预加热反应器28、水热液化反应器29以及产物收集分离釜30。
其中，所述物料储存罐26的底部出料口通过管道连通双液压缸进料系统27的进料端口，双液压缸进料系统27的出料端口通过管道与预加热反应器28的进料端口连通，预加热反应器28的出料端口通过转移管道与水热液化反应器29的进料端口连通，水热液化反应器29的出料端口通过管道依次连通背压阀和产物收集分离釜30。
物料储存罐26包括搅拌电机3。所述搅拌电机3设置在物料储存罐26的顶部，与物料储存罐26内部的搅拌桨连接，驱动搅拌桨对生物质原料进行搅拌，得到均一性较好的物料。
双液压缸进料系统27包括第一液压缸35、第二液压缸36、液压油箱37、螺杆泵19、液压油泵20、第一液压缸出料高压电动球阀4、第一液压缸回油电磁阀5、第二液压缸回油电磁阀6、第二液压缸出料高压电动球阀7、第二液压缸进料高压电动球阀8、第二液压缸进油电磁阀18、第一液压缸进油电磁阀21和第一液压缸进料高压电动球阀22。
所述第一液压缸35和第二液压缸36均包括物料缸和液压油缸。
第一液压缸35的物料缸分别通过第一液压缸进料管道和第一液压缸出料管道与物料储存罐26的出料管道和预加热反应器28的进料管道连通；第一液压缸35的液压油缸分别通过第一液压缸进油管道和第一液压缸出油管道与液压油箱37的出油管道和回油管道连通。
第二液压缸36的物料缸分别通过第二液压缸进料管道和第二液压缸出料管道与物料储存罐26的出料管道和预加热反应器28的进料管道连通；第二液压缸36的液压油缸分别通过第二液压缸进油管道和第二液压缸出油管道与液压油箱37的出油管道和回油管道连通。
所述螺杆泵19设置在物料储存罐26的出料管道上，用于将物料输送至双液压缸进料系统27的第一液压缸35和第二液压缸36的物料缸中。
所述液压油泵20设置在液压油箱37的出油管道上。
所述第一液压缸进料高压电动球阀22和第一液压缸出料高压电动球阀4分别设置在第一液压缸35的第一液压缸进料管道和第一液压缸出料管道上；所述第一液压缸进油电磁阀21和第一液压缸回油电磁阀5分别设置在第一液压缸35的第一液压缸进油管道和第一液压缸出油管道上。
所述第二液压缸进料高压电动球阀8和第二液压缸出料高压电动球阀7分别设置在第二液压缸36的第二液压缸进料管道和第二液压缸出料管道上；所述第二液压缸进油电磁阀18和第二液压缸回油电磁阀6分别设置在第二液压缸36的第二液压缸进油管道和第二液压缸出油管道上。
所述预加热反应器28包括预加热多段加热器9和第一压力变通器10。预加热多段加热器9设置在预加热反应器28的外壁上，能够对预加热反应器进行分段加热；第一压力变通器10设置在预加热反应器28的顶部，用于检测预加热反应器28的压力。
水热液化反应器29包括水热液化多段加热器12和第二压力变通器11。水热液化多段加热器12设置在水热液化反应器29的外壁上，能够对水热液化反应器29进行分段加热；第二压力变通器11设置在水热液化反应器29的顶部，用于检测水热液化反应器29的压力。
产物收集分离釜30包括第三压力变通器13。第三压力变通器13设置在产物收集分离釜30的顶部，用于检测产物收集分离釜30的压力。
所述监控系统包括控制器1、控制终端25、信号转换器24、第一温度传感器14、第二温度传感器15、第三温度传感器16、第四温度传感器17、测温热电偶、第一继电器、第二继电器、物位器2、pH检测器、变频器38和压力报警器。
所述物位器2设置在物料储存罐26内部，检测物料在物料储存罐26的液面高度。
所述pH检测器设置在物料储存罐26内部，检测物料的pH值。
所述变频器38与液压油泵20的电机连接。
所述测温热电偶设置在预加热反应器28和水热液化反应器29的外部，分别用于监测预加热反应器28的外壁温度和水热液化反应器29的外壁温度。
所述第一温度传感器14设在产物收集分离釜30内部，用于检测釜体内部的产物温度。
所述第二温度传感器15设在水热液化反应器29内部，用于检测水热液化反应器29的水热液化反应温度，并作为水热液化反应温度控制的重要反馈系数。
所述第四温度传感器17设在预加热反应器28内部，用于检测水热液化反应器29的预加热温度，并作为预加热温度控制的重要反馈系数。
所述第三温度传感器16设在预加热反应器28与水热液化反应器29之间的转移管道上，检测预加热后进入水热液化反应器29前的物料温度。
所述第一继电器为固态继电器，至少为两个，分别与预加热多段加热器9和水热液化多段加热器12连接。
所述第二继电器为多个，分别连接搅拌电机3、变频器38、物位器2、压力报警器、各高压电动球阀、各电磁球阀以及预加热反应器28和水热液化反应器29外部设置的测温热电偶。
所述控制器1包括可编程逻辑控制器(PLC)以及比例-积分-微分控制器(PID控制器)。控制器1、变频器38、压力报警器、第一继电器以及第二继电器安装于中心控制柜内。
如图3所示，所述控制终端25的显示界面包括监控流程界面31、设置界面32、检测数据实时显示界面33和检测数据实时曲线图界面34。
所述控制终端25通过信号转换器24与控制器1连接通讯，所述控制器1分别与多个第二继电器和第一继电器连接。
所述控制器1分别通过数据连接线23与物位器2、pH检测器、第一温度传感器14、第二温度传感器15、第三温度传感器16、第四温度传感器17、预加热反应器28和水热液化反应器29外部设置的测温热电偶以及生物质连续水热液化装置的搅拌电机3、螺杆泵19、液压油泵20、第一液压缸出料高压电动球阀4、第一液压缸回油电磁阀5、第二液压缸回油电磁阀6、第二液压缸出料高压电动球阀7、第二液压缸进料高压电动球阀8、第二液压缸进油电磁阀18、第一液压缸进油电磁阀21、第一液压缸进料高压电动球阀22、预加热多段加热器9、水热液化多段加热器12、第一压力变通器10、第二压力变通器11和第三压力变通器13连接。
监控系统通过控制终端25、信号转换器24、控制器1、第一继电器以及第二继电器分别对搅拌电机3、变频器38、物位器2、压力报警器、测温热电偶、各高压电动球阀、各电磁球阀、预加热多段加热器9和水热液化多段加热器12执行开启/关闭动作。
一种生物质连续水热液化装置的监控方法，包括如下步骤：
a、生物质连续水热液化装置运行参数数据采集
所述控制器1获取物位器2和pH检测器分别检测到的物料在物料储存罐26的液面高度和pH值、第一温度传感器14检测到的产物收集分离釜30内部的产物温度、第二温度传感器15检测到的水热液化反应器29内部的水热液化反应温度、第三温度传感器16检测到的预加热后进入水热液化反应器29前的物料温度、第四温度传感器17检测到的预加热反应器28内部的预加热温度、第一压力变通器10检测到的预加热反应器28的压力值、第二压力变通器11检测到的水热液化反应器29的压力值、第三压力变通器13检测到的产物收集分离釜30的压力值、预加热反应器28和水热液化反应器29外部设置的测温热电偶监测到的预加热反应器28的外壁温度和水热液化反应器29的外壁温度，以及搅拌电机3、螺杆泵19、液压油泵20、第一液压缸出料高压电动球阀4、第一液压缸回油电磁阀5、第二液压缸回油电磁阀6、第二液压缸出料高压电动球阀7、第二液压缸进料高压电动球阀8、第二液压缸进油电磁阀18、第一液压缸进油电磁阀21和第一液压缸进料高压电动球阀22、预加热多段加热器9和水热液化多段加热器12的功率值；
b、数据传输、处理和显示
控制器1将获取的液面高度、pH值、预加热温度、预加热后进入水热液化反应器29前的物料温度、水热液化反应温度、产物温度、预加热反应器28的外壁温度、水热液化反应器29的外壁温度、预加热反应器28的压力值、水热液化反应器29的压力值、产物收集分离釜30的压力值以及各功率值经信号转换器24转化信号后传输到控制终端25存储显示；
如图4所示，控制终端25分别根据预先设定的预加热反应器28的预加热温度给定值和检测到的预加热温度测量值，以及预先设定的水热液化反应器29的反应温度给定值和检测到的水热液化反应温度测量值，通过PID逻辑控制算法获得预加热多段加热器9和水热液化多段加热器12的加热功率输出值，所述PID逻辑控制算法包括以下由公式1表达的PID控制公式：
Up＝Kp·e(t) 公式2
Ud＝Kd·(e(t)-e(t-1)) 公式4
式中，U(t)为预加热多段加热器9或水热液化多段加热器12的加热功率输出值；Up为比例控制算法加热功率输出值，Ui为积分控制算法加热功率输出值，Ud为微分控制算法加热功率输出值，单位分别为：kwh；公式2～4分别为比例控制算法、积分控制算法和微分控制算法对应的加热功率输出计算公式；Kp、Ki和Kd分别为比例控制算法的参数、积分控制算法的参数和微分控制算法的参数；e(t)为当前控制周期内的第一误差值，即为当前控制周期内的预先设定的预加热反应器28的预加热温度给定值与检测到的预加热温度测量值之间的误差值，或为当前控制周期内的预先设定的水热液化反应器29的反应温度给定值与检测到的水热液化反应温度测量值之间的误差值；e(t-1)为上个控制周期的第二误差值，即为上个控制周期内的预先设定的预加热反应器28的预加热温度给定值与检测到的预加热温度测量值之间的误差值，或为上个控制周期内的预先设定的水热液化反应器29的反应温度给定值与检测到的水热液化反应温度测量值之间的误差值。
在控制周期内获得的预加热温度和水热液化反应温度，并计算温度测量值与温度给定值之间的误差值；计算当前控制周期对应的第一误差值与上一个控制周期对应的第二误差值，得到目标差值，即相邻两个控制周期内的误差值绝对值之间的差值；所述目标差值和所述第一误差值满足预设条件时，根据所述第一误差值的变化率确定PID控制公式中的对应所述当前控制周期的积分项得到目标PID控制公式：
根据目标PID控制公式计算加热功率输出值。
所述预设条件为：所述目标差值小于0且所述第一误差值大于或等于预设变化值。所述第一误差值的变化率为：第一误差值对时间的导数的绝对值。
以下结合所述水热液化反应温度控制举例，预加热反应温度控制方法与其类似：
选取在控制周期内的水热液化反应温度作为被控变量，其中，水热液化反应温度测量值是由第二温度传感器15实时监测获得的，所述温度测量值与所述温度给定值进行对比，得到温度误差值。计算当前控制周期对应的第一误差值与上一个控制周期对应的第二误差值的差值，得到目标差值，即相邻两个控制周期内的误差值绝对值之间的差值。目标差值与所述第一误差值满足预设条件时，根据所述第一误差值的变化率确定PID控制公式中的对应所述当前控制周期的积分项,得到目标PID控制公式；根据目标PID控制公式计算水热液化多段加热器的加热功率输出值。
c、装置控制
控制终端25将预加热多段加热器9和水热液化多段加热器12的加热功率输出值传输给控制器1，控制器1根据预加热多段加热器9和水热液化多段加热器12的加热功率输出值通过固态继电器对预加热多段加热器9和水热液化多段加热器12进行加热控制；
控制终端25实时将检测到的预加热反应器28的压力值、水热液化反应器29的压力值、产物收集分离釜30的压力值与安全压力值进行对比，当检测到的压力值大于安全压力值时，控制终端25向控制器1发出指令，控制相应继电器，对压力报警器执行报警动作。
操作者可以根据控制终端25显示结果实时掌控生物质连续水热液化装置的系统运行状态，并及时做出操作动作，以保证整个连续水热液化过程正常稳定的运行。
Claims (6)
1.一种生物质连续水热液化装置的监控系统，所述生物质连续水热液化装置包括：物料储存罐(26)、双液压缸进料系统(27)、预加热反应器(28)、水热液化反应器(29)以及产物收集分离釜(30)；所述物料储存罐(26)的底部出料口通过管道连通双液压缸进料系统(27)的进料端口，双液压缸进料系统(27)的出料端口通过管道与预加热反应器(28)的进料端口连通，预加热反应器(28)的出料端口通过转移管道与水热液化反应器(29)的进料端口连通，水热液化反应器(29)的出料端口通过管道依次连通背压阀和产物收集分离釜(30)；其特征在于：
所述物料储存罐(26)包括搅拌电机(3)，所述搅拌电机(3)与物料储存罐(26)内部的搅拌桨连接；
所述双液压缸进料系统(27)包括第一液压缸(35)、第二液压缸(36)、液压油箱(37)、螺杆泵(19)、液压油泵(20)、第一液压缸出料高压电动球阀(4)、第一液压缸回油电磁阀(5)、第二液压缸回油电磁阀(6)、第二液压缸出料高压电动球阀(7)、第二液压缸进料高压电动球阀(8)、第二液压缸进油电磁阀(18)、第一液压缸进油电磁阀(21)和第一液压缸进料高压电动球阀(22)；
所述第一液压缸(35)和第二液压缸(36)均包括物料缸和液压油缸；
第一液压缸(35)的物料缸分别通过第一液压缸进料管道和第一液压缸出料管道与物料储存罐(26)的出料管道和预加热反应器(28)的进料管道连通；第一液压缸(35)的液压油缸分别通过第一液压缸进油管道和第一液压缸出油管道与液压油箱(37)的出油管道和回油管道连通；
第二液压缸(36)的物料缸分别通过第二液压缸进料管道和第二液压缸出料管道与物料储存罐(26)的出料管道和预加热反应器(28)的进料管道连通；第二液压缸(36)的液压油缸分别通过第二液压缸进油管道和第二液压缸出油管道与液压油箱(37)的出油管道和回油管道连通；
所述螺杆泵(19)设置在物料储存罐(26)的出料管道上，用于将物料输送至双液压缸进料系统(27)的第一液压缸(35)和第二液压缸(36)的物料缸中；
所述液压油泵(20)设置在液压油箱(37)的出油管道上；
所述第一液压缸进料高压电动球阀(22)和第一液压缸出料高压电动球阀(4)分别设置在第一液压缸(35)的第一液压缸进料管道和第一液压缸出料管道上；所述第一液压缸进油电磁阀(21)和第一液压缸回油电磁阀(5)分别设置在第一液压缸(35)的第一液压缸进油管道和第一液压缸出油管道上；
所述第二液压缸进料高压电动球阀(8)和第二液压缸出料高压电动球阀(7)分别设置在第二液压缸(36)的第二液压缸进料管道和第二液压缸出料管道上；所述第二液压缸进油电磁阀(18)和第二液压缸回油电磁阀(6)分别设置在第二液压缸(36)的第二液压缸进油管道和第二液压缸出油管道上；
所述预加热反应器(28)包括预加热多段加热器(9)和第一压力变通器(10)；预加热多段加热器(9)设置在预加热反应器(28)的外壁上；第一压力变通器(10)设置在预加热反应器(28)的顶部；
所述水热液化反应器(29)包括水热液化多段加热器(12)和第二压力变通器(11)；水热液化多段加热器(12)设置在水热液化反应器(29)的外壁上；第二压力变通器(11)设置在水热液化反应器(29)的顶部；
所述产物收集分离釜(30)包括第三压力变通器(13)，第三压力变通器(13)设置在产物收集分离釜(30)的顶部；
所述监控系统包括控制器(1)、控制终端(25)、信号转换器(24)、第一温度传感器(14)、第二温度传感器(15)、第三温度传感器(16)、第四温度传感器(17)、测温热电偶、第一继电器、第二继电器、物位器(2)、pH检测器、变频器(38)和压力报警器；
所述物位器(2)和pH检测器设置在物料储存罐(26)内部；
所述变频器(38)与液压油泵(20)的电机连接；
所述测温热电偶设置在预加热反应器(28)和水热液化反应器(29)的外部，分别用于监测预加热反应器(28)的外壁温度和水热液化反应器(29)的外壁温度；
所述第一温度传感器(14)设在产物收集分离釜(30)内部；
所述第二温度传感器(15)设在水热液化反应器(29)内部；
所述第四温度传感器(17)设在预加热反应器(28)内部；
所述第三温度传感器(16)设在预加热反应器(28)与水热液化反应器(29)之间的转移管道上；
所述第一继电器为固态继电器，至少为两个，分别与预加热多段加热器(9)和水热液化多段加热器(12)连接；
所述第二继电器为多个，分别连接搅拌电机(3)、变频器(38)、物位器(2)、压力报警器、各高压电动球阀、各电磁球阀以及预加热反应器(28)和水热液化反应器(29)外部设置的测温热电偶；
所述控制器(1)包括可编程逻辑控制器以及比例-积分-微分控制器；
所述控制终端(25)通过信号转换器(24)与控制器(1)连接通讯，所述控制器(1)分别与多个第二继电器和第一继电器连接；
所述控制器(1)分别通过数据连接线(23)与物位器(2)、pH检测器、第一温度传感器(14)、第二温度传感器(15)、第三温度传感器(16)、第四温度传感器(17)、预加热反应器(28)和水热液化反应器(29)外部设置的测温热电偶以及搅拌电机(3)、螺杆泵(19)、液压油泵(20)、第一液压缸出料高压电动球阀(4)、第一液压缸回油电磁阀(5)、第二液压缸回油电磁阀(6)、第二液压缸出料高压电动球阀(7)、第二液压缸进料高压电动球阀(8)、第二液压缸进油电磁阀(18)、第一液压缸进油电磁阀(21)、第一液压缸进料高压电动球阀(22)、预加热多段加热器(9)、水热液化多段加热器(12)、第一压力变通器(10)、第二压力变通器(11)、第三压力变通器(13)连接。
2.根据权利要求1所述的生物质连续水热液化装置的监控系统，其特征在于：所述控制器(1)、变频器(38)、压力报警器、第一继电器以及第二继电器安装于中心控制柜内。
3.根据权利要求1所述的生物质连续水热液化装置的监控系统，其特征在于：所述控制终端(25)的显示界面包括监控流程界面(31)、设置界面(32)、检测数据实时显示界面(33)和检测数据实时曲线图界面(34)。
4.根据权利要求1所述的生物质连续水热液化装置的监控系统，其特征在于：监控系统通过控制终端(25)、信号转换器(24)、控制器(1)、第一继电器以及第二继电器分别对搅拌电机(3)、变频器(38)、物位器(2)、压力报警器、测温热电偶、各高压电动球阀、各电磁球阀、预加热多段加热器(9)和水热液化多段加热器(12)执行开启/关闭动作。
5.一种利用如权利要求1-4任一项所述的监控系统的生物质连续水热液化装置的监控方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
a、生物质连续水热液化装置运行参数数据采集
所述控制器(1)获取物位器(2)和pH检测器分别检测到的物料在物料储存罐(26)的液面高度和pH值、第一温度传感器(14)检测到的产物收集分离釜(30)内部的产物温度、第二温度传感器(15)检测到的水热液化反应器(29)内部的水热液化反应温度、第三温度传感器(16)检测到的预加热后进入水热液化反应器(29)前的物料温度、第四温度传感器(17)检测到的预加热反应器(28)内部的预加热温度、第一压力变通器(10)检测到的预加热反应器(28)的压力值、第二压力变通器(11)检测到的水热液化反应器(29)的压力值、第三压力变通器(13)检测到的产物收集分离釜(30)的压力值、预加热反应器(28)和水热液化反应器(29)外部设置的测温热电偶监测到的预加热反应器(28)的外壁温度和水热液化反应器(29)的外壁温度，以及搅拌电机(3)、螺杆泵(19)、液压油泵(20)、第一液压缸出料高压电动球阀(4)、第一液压缸回油电磁阀(5)、第二液压缸回油电磁阀(6)、第二液压缸出料高压电动球阀(7)、第二液压缸进料高压电动球阀(8)、第二液压缸进油电磁阀(18)、第一液压缸进油电磁阀(21)和第一液压缸进料高压电动球阀(22)、预加热多段加热器(9)和水热液化多段加热器(12)的功率值；
b、数据传输、处理和显示
控制器(1)将获取的液面高度、pH值、预加热温度、预加热后进入水热液化反应器(29)前的物料温度、水热液化反应温度、产物温度、预加热反应器(28)的外壁温度、水热液化反应器(29)的外壁温度、预加热反应器(28)的压力值、水热液化反应器(29)的压力值、产物收集分离釜(30)的压力值以及各功率值经信号转换器(24)转化信号后传输到控制终端(25)存储显示；
控制终端(25)分别根据预先设定的预加热反应器(28)的预加热温度给定值和检测到的预加热温度测量值，以及预先设定的水热液化反应器(29)的反应温度给定值和检测到的水热液化反应温度测量值，通过PID逻辑控制算法获得预加热多段加热器(9)和水热液化多段加热器(12)的加热功率输出值，所述PID逻辑控制算法包括以下PID控制公式：
Up＝Kp·e(t) 公式2
Ud＝Kd·(e(t)-e(t-1)) 公式4
式中，U(t)为预加热多段加热器(9)或水热液化多段加热器(12)的加热功率输出值；Up为比例控制算法加热功率输出值，Ui为积分控制算法加热功率输出值，Ud为微分控制算法加热功率输出值，单位为：kwh；公式2～4分别为比例控制算法、积分控制算法和微分控制算法对应的加热功率输出计算公式；Kp、Ki和Kd分别为比例控制算法的参数、积分控制算法的参数和微分控制算法的参数；e(t)为当前控制周期内的第一误差值，即为当前控制周期内的预先设定的预加热反应器(28)的预加热温度给定值与检测到的预加热温度测量值之间的误差值，或为当前控制周期内的预先设定的水热液化反应器(29)的反应温度给定值与检测到的水热液化反应温度测量值之间的误差值；e(t-1)为上个控制周期的第二误差值，即为上个控制周期内的预先设定的预加热反应器(28)的预加热温度给定值与检测到的预加热温度测量值之间的误差值，或为上个控制周期内的预先设定的水热液化反应器(29)的反应温度给定值与检测到的水热液化反应温度测量值之间的误差值；
c、装置控制
控制终端(25)将预加热多段加热器(9)和水热液化多段加热器(12)的加热功率输出值传输给控制器(1)，控制器(1)根据预加热多段加热器(9)和水热液化多段加热器(12)的加热功率输出值通过固态继电器对预加热多段加热器(9)和水热液化多段加热器(12)进行加热控制；
控制终端(25)实时将检测到的预加热反应器(28)的压力值、水热液化反应器(29)的压力值、产物收集分离釜(30)的压力值与安全压力值进行对比，当检测到的压力值大于安全压力值时，控制终端(25)向控制器(1)发出指令，控制相应继电器，对压力报警器执行报警动作。
6.根据权利要求5所述的监控方法，其特征在于：所述步骤b中，在控制周期内获得的预加热温度和水热液化反应温度，并计算温度测量值与温度给定值之间的误差值；计算当前控制周期对应的第一误差值与上一个控制周期对应的第二误差值，得到目标差值，即相邻两个控制周期内的误差值绝对值之间的差值；所述目标差值和所述第一误差值满足预设条件时，根据所述第一误差值的变化率确定PID控制公式中的对应所述当前控制周期的积分项从而得到目标PID控制公式：
根据目标PID控制公式计算加热功率输出值；
所述预设条件为：所述目标差值小于0且所述第一误差值大于或等于预设变化值；所述第一误差值的变化率为第一误差值对时间的导数的绝对值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910665117.4A CN110377083A (zh) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | 一种生物质连续水热液化装置的监控系统及监控方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910665117.4A CN110377083A (zh) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | 一种生物质连续水热液化装置的监控系统及监控方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110377083A true CN110377083A (zh) | 2019-10-25 |
Family
ID=68255018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910665117.4A Pending CN110377083A (zh) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | 一种生物质连续水热液化装置的监控系统及监控方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110377083A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114272854A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-04-05 | 中国农业大学 | 水热反应监控方法、装置及存储介质 |
| WO2023165669A1 (en) * | 2022-03-02 | 2023-09-07 | Circlia Nordic Aps | Biocrude production system |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140346120A1 (en) * | 2011-12-21 | 2014-11-27 | Seok-woong Kang | Operational method of an organic material thermal hydrolysis system |
| CN104350131A (zh) * | 2011-12-12 | 2015-02-11 | 安辛可再生能源有限公司 | 用于可再生燃料的系统和方法 |
| CN106118705A (zh) * | 2016-06-22 | 2016-11-16 | 西安交通大学 | 一种微藻水热液化制取生物油的连续式反应系统及方法 |
| CN106987263A (zh) * | 2017-03-20 | 2017-07-28 | 西安交通大学 | 一种微藻液化油的连续式催化提质反应系统 |
| CN107750289A (zh) * | 2015-06-11 | 2018-03-02 | 泰顿生物科学有限责任公司 | 用于从植物基和再生材料生产纸浆、能源和生物衍生物的方法和系统 |
| CN107847898A (zh) * | 2015-06-10 | 2018-03-27 | 布里萨国际有限责任公司 | 生物质的生长和处理的系统和方法 |
-
2019
- 2019-07-23 CN CN201910665117.4A patent/CN110377083A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104350131A (zh) * | 2011-12-12 | 2015-02-11 | 安辛可再生能源有限公司 | 用于可再生燃料的系统和方法 |
| US20140346120A1 (en) * | 2011-12-21 | 2014-11-27 | Seok-woong Kang | Operational method of an organic material thermal hydrolysis system |
| CN107847898A (zh) * | 2015-06-10 | 2018-03-27 | 布里萨国际有限责任公司 | 生物质的生长和处理的系统和方法 |
| CN107750289A (zh) * | 2015-06-11 | 2018-03-02 | 泰顿生物科学有限责任公司 | 用于从植物基和再生材料生产纸浆、能源和生物衍生物的方法和系统 |
| CN106118705A (zh) * | 2016-06-22 | 2016-11-16 | 西安交通大学 | 一种微藻水热液化制取生物油的连续式反应系统及方法 |
| CN106987263A (zh) * | 2017-03-20 | 2017-07-28 | 西安交通大学 | 一种微藻液化油的连续式催化提质反应系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 朱张兵: "农村典型废弃物水热转化效率与产物特性研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
| 高晗璎: "《电机控制》", 31 March 2018, 哈尔滨工业大学出版社 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114272854A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-04-05 | 中国农业大学 | 水热反应监控方法、装置及存储介质 |
| WO2023165669A1 (en) * | 2022-03-02 | 2023-09-07 | Circlia Nordic Aps | Biocrude production system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110377083A (zh) | 一种生物质连续水热液化装置的监控系统及监控方法 | |
| CN102505048B (zh) | 甘蔗煮糖过程开放式智能监控综合实验平台 | |
| CN101561362B (zh) | 模拟岩性油气藏成藏的三维实验装置 | |
| CN110060858A (zh) | 基于精准油压采集法的油浸式电流互感器内部异常判断装置 | |
| CN106370807A (zh) | 一种锅炉水自动取样检测系统 | |
| CN201803968U (zh) | 一种烃油热结焦积垢的评价装置 | |
| CN109490124A (zh) | 智能化循环流动式冲刷腐蚀试验系统及测试方法 | |
| CN107390750A (zh) | 一种用于化工生产的加热器 | |
| CN105910944B (zh) | 一种测定含固重质原料受热生焦趋势的装置及方法 | |
| CN1171976A (zh) | 一种多功能真空滤油机 | |
| CN101498578B (zh) | 延迟焦化加热炉炉管结焦厚度的一种在线检测方法 | |
| CN202297609U (zh) | 甘蔗煮糖过程开放式智能监控综合实验平台 | |
| CN110459117B (zh) | 一种可升降的小型过程控制实验教学装置 | |
| CN203507670U (zh) | 导热油实时在线多级精滤系统 | |
| CN106404590A (zh) | 一种微波热解微藻实验装置及监控系统 | |
| CN105547572B (zh) | 电力少油设备在线压力监测及自动定量取/补油装置 | |
| CN104232479A (zh) | 一种耐腐蚀蛋白质水解罐及应用 | |
| CN206161463U (zh) | 一种微波热解微藻实验装置及监控系统 | |
| CN206223776U (zh) | 一种锅炉水自动取样检测系统 | |
| CN113634210B (zh) | 有机废弃物微波水热处理装置及方法 | |
| CN209276525U (zh) | 一种自控式连续单相厌氧消化反应器 | |
| CN212622072U (zh) | 一种新型在线粘度检测系统 | |
| CN208121032U (zh) | 热裂解反应的实时调控系统 | |
| CN205665133U (zh) | 一种测定含固重质原料受热生焦趋势的装置 | |
| CN203990059U (zh) | 一种高温导热油在线监测及实时精滤系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191025 |