CN1955546B - 控制多燃料蒸汽制造系统的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用以控制多燃料蒸汽制造系统的系统、方法、和制造部件。在一种示例方法中，获取多个与制造蒸汽相关的输入值，并使用模型预测控制器来确定与预测第一燃料的量相关的第一值和与预测第二燃料的量相关的第二值，从而制造出一定量的蒸汽。然后，根据所述第一轨线值和第二轨线值，控制所述第一燃料和第二燃料的燃料进给速度。

Description

控制多燃料蒸汽制造系统的系统和方法

技术领域

本发明主要涉及处理器控制系统，更具体地，是涉及控制多燃料蒸汽制造系统的过程控制系统和方法。

背景技术

过程系统，如同那些用于纸张制造或其它制造过程中的过程系统，往往使用蒸汽制造过程以产生蒸汽，用于为各种子系统提供动力，并且用于就地产生电能。为了制造蒸汽，提供了一种使用诸如易燃燃料作为能量源的蒸汽制造系统。单燃料蒸汽制造系统通常使用精炼石油和天然气作为动力。为了减少与燃料相关的成本，各公司已采用了多燃料动力蒸汽制造系统。多燃料蒸汽制造系统通过燃烧化石燃料(例如，天然气，石油，煤等)提供在成本上有效的蒸汽制造，另外可选择地，也可以燃烧诸如废木或破碎轮胎的低成本燃料。通过平衡化石燃料和低成本燃料的供给速度、进给速度、流速等，多燃料蒸汽制造系统能够以相对低的成本运行，同时保持所需的蒸汽输出，所述相对低的成本，相对而言，在任何时候都更多地依赖于低成本燃料，而不是更昂贵的化石燃料。

在多燃料蒸汽制造系统中，由于能量的含量、浓度、或与每种燃料类型相关的输出的变化，保持燃料间合适的平衡往往会是一种挑战。例如，虽然精炼化石燃料通常提供不变的单位体积能量含量(例如，以焦耳或者英国热量单位(BTU’s)进行测量的单位体积的能量的值)，当可选的低成本燃料被提供或者进给到蒸汽制造系统中时，诸如废木或破碎轮胎(或其它废弃材料)的低成本燃料的单位体积的能量的值，在每一批之中以及在不同批次中都是不同的。

当单位体积的能量含量在每一批或在不同批次之间的可选燃料中变化时，蒸汽输出会变得不遵从控制，或者超出了期望或所需的运行范围。例如，当连续提供具有不同能量含量的可选燃料时，蒸汽制造系统可根据之前提供的可选燃料(如上一批废木)的具体的能量含量来进行设置(例如燃料比率的设置)。在这种情况下，如果可选燃料的单位体积的能量含量的变化为下降，则制造的蒸汽量也会下降，进而需要增加精炼化石燃料的量，以补偿可选燃料的能量含量的下降。

为了补偿可选的低成本燃料的单位体积能量含量的变化水平，一些传统的蒸汽制造系统要求熟练操作者来监控蒸汽制造过程的各个方面，以确保在提供的精炼化石燃料的量与为在可接收的运行范围内保持蒸汽制造而提供的可选燃料的量之间，保持合适的平衡。这些传统系统要求操作者不断观察测量仪表和警报器，并根据指示化石燃料供给与可选燃料供给之间不平衡的不遵从的仪表读数或报警，调节燃料供给比率率。由熟练操作者手动控制的传统蒸汽制造系统往往效率低，这是基于操作者的技术和知识有限、操作者的反应时间、和操作者对测量仪表和报警器的判断等原因。进一步地，因为操作者的反应随时间而不同，并且不同操作者的反应也不同，这些传统蒸汽制造系统的效率和燃料消耗通常是不可确定的。

为了自动保持化石燃料与可选燃料之间的平衡(例如，燃料比率)，其它的一些传统蒸汽制造系统使用一个或多个比率例-积分-微分(PID)控制器，该PID控制器可以监测制造的蒸汽量，以动态地决定蒸汽输出，并自动调节燃料比率的设置。但是，这些传统的蒸汽制造系统是使用对现场操作的测量，以反应或迟延方式来调节燃料比率，使得在制造蒸汽的输出被认为不遵从控制(例如，在目标运行范围之外)的时间，与PID控制器调节燃料比率以校正不遵从制造蒸汽的输出的时间之间，产生低效率，其中在所述制造蒸汽的输出被认为不遵从控制的时间时，PID控制器探测到蒸汽制造的不遵从。

由于成本相对高的化石燃料的过量使用，与已知的手动控制和PID控制的蒸汽制造系统相关的低效率导致了更高的运行成本。这些已知系统当蒸汽制造输出由于不合适的燃料比率而下降到低于最小极限时，还会导致制造产品的更低产出(例如纸产品的产出)。

发明内容

本发明公开了控制多燃料蒸汽制造系统的示例系统和方法。一种示例方法包括：获取多个与制造蒸汽相关的输入值，包括测量的由所述多燃料蒸汽制造系统产生的蒸汽流速值，或者测量的由所述多燃料蒸汽制造系统产生的蒸汽压力值，以及由现场设备提供的干扰值，其中所述现场设备监测使用所述蒸汽制造系统所制造的蒸汽的子系统或机器的运行；使用模型预测控制器基于所述干扰值预测所述多燃料蒸汽制造系统的蒸汽需要的增加或减少，并确定第一值，所述第一值与预测用以制造蒸汽量的第一燃料的量相关；使用所述模型预测控制器来确定第二值，所述第二值与预测用以制造蒸汽量的第二燃料的量相关；以及据所述第一值和第二值，控制所述第一燃料和第二燃料的燃料进给速度，使得所述多燃料蒸汽制造系统在未来的至少特定的或者最小的时间内运行在特定的运行状态中。

根据另一个示例，一种示例系统包括：流速传感器，被配置为产生测量的由所述多燃料蒸汽制造系统产生的蒸汽流速值，或者压力传感器，被配置为产生测量的由所述多燃料蒸汽制造系统产生的蒸汽压力值；由现场设备提供的干扰值输入端，所述现场设备监测使用所述蒸汽制造系统所制造的蒸汽的子系统或机器的运行；模型预测控制器，用于基于所述干扰值预测所述多燃料蒸汽制造系统的蒸汽需要的增加或减少，并确定第一值和第二值，所述第一值与预测用以制造蒸汽量的第一燃料的量相关，所述第二值与预测用以制造蒸汽量的第二燃料的量相关；以及第一和第二燃料进给控制器，用于根据所述第一值和第二值，控制所述第一燃料和第二燃料的燃料进给速度，使得所述多燃料蒸汽制造系统在未来的至少特定的或者最小的时间内运行在特定的运行状态中。

附图说明

图1显示了多燃料蒸汽制造过程系统的一个示例。

图2是图1所述的示例控制系统的具体方框图，其可用于实施这里描述的示例控制系统和方法。

图3是显示了用于控制图1所述的示例控制系统的示例方法的流程图。

图4是显示了用于确定预测轨线调节输出值的示例方法的流程图，其中所述预测轨线调节输出值与锅炉的燃料供给速度有关。

图5是显示了用于确定能量补偿值的示例方法的流程图，其中所述能量补偿值与图1所示的示例蒸汽制造系统中的响应于燃料能量含量的变化而调节燃料进给速度有关。

图6是显示了用于确定所需燃料的量的示例方法的流程图，其中所需燃料的量为用于在特定的运行条件下运行图1所示的示例蒸汽制造系统所需的燃料的量。

图7是显示了用于确定和控制图1所示的示例蒸汽制造系统中所需气流的示例方法的流程图。

图8是示例处理器系统的方框图，其中所述示例处理器系统可用于实现这里所述的示例系统，方法，和制造部件。

具体实施方式

尽管下述部分公开了示例系统，该示例系统包括在其它组件中的软件和/或在硬件上执行的固件，应该注意的是，这样的示例系统仅是举例说明，而不应该认为是来进行限定的。例如，可以将任意或所有这些硬件，软件，和固件组件，仅包括在硬件，软件，或者硬件和软件的任何结合之中。因此，尽管下述的内容描述了示例系统，本领域普通的技术人员易于意识到的是，提供的示例不是实现这种系统的唯一途径。

与一些已知的使用PID控制器通过反应-驱动技术来自动控制向蒸汽锅炉供给或进给不同燃料的燃料比率的多燃料动力蒸汽制造系统相比率，在此所述的示例系统、方法、和制造部件，可以用于通过预测分析和控制来自动控制燃料比率。在一些已知的多燃料动力蒸汽制造系统中，自动过程控制器分析对当前运行状态的测量，并对这些运行状态产生反应，例如，只有当运行状态接近或者超过遵从运行状态时才调节燃料比率。已知的多燃料动力蒸汽制造系统通常使用PID反馈回路，该PID反馈回路仅对出现的或当前的运行状态起反应。其结果是，这些已知的多燃料动力蒸汽制造系统往往会在任何自动校正调节被执行或有效之前，就进入了不遵从运行状态。因此， 已知的多燃料动力蒸汽制造系统往往低效运行，这是因为在蒸汽制造系统开始运行进入不遵从状态的时间与过程控制器探测到所述状态并相应采取校正调节的反应时间之间具有延迟。

与上述已知的系统相比率，这里描述的示例系统和方法使用了预测技术来确定蒸汽制造系统被控制的方式，以实质性地减少或防止蒸汽制造系统超出一定运行极限或范围的情况(或时间)，因而增加了蒸汽制造系统的效率。一个实施例使用了模型预测控制器和模糊逻辑，监测和处理各种与蒸汽制造系统相关的测量数据(例如，燃料的能量含量，燃料进给速度，蒸汽流速，蒸汽压力，燃料成本等)，以决定将来的或预测的控制参数，所述控制参数用于配置蒸汽制造系统，使其保持有效率和遵从的运行。

在一些实施例中，有效率的运行包括保持所需的蒸汽制造输出，而这更依赖于可选的低成本燃料(例如，废木，破碎轮胎等)，而不依赖于相对更昂贵的化石燃料(例如，煤，天然气，石油等)。当化石燃料-可选燃料比率高于必须的值时，多燃料蒸汽制造系统变得低效。遵从运行通常包括输出在期望的或需要的运行范围内的蒸汽量(例如，运行其它制造子系统或者通过蒸汽动力涡轮产生期望电流量所需的蒸汽量)，使得制造地的其它子系统能接收所需的蒸汽动力(或电力)来运行或者有效率地运行。

在下面的更具体的描述中，示例系统和示例方法在多燃料蒸汽制造系统中使用模型预测控制器和模糊逻辑，以确定与可选低成本燃料和化石燃料相关的燃料供给比率，进而产生期望的或者需要的蒸汽制造输出量，同时还保持相对低的运行成本，其中所述可选低成本燃料具有变化的单位体积能量含量。由于石油的价格连续波动，这里描述的示例方法和系统确定燃料供给比率时要考虑石油价格这个因素，使得蒸汽制造系统制造出期望的或者需要的蒸汽量，不过运行要在规定的预算限制中进行。

图1是示例蒸汽制造过程系统100的示意图。示例蒸汽制造系统100是一种多燃料系统，其可应用于制造地(例如，造纸厂)中，以制造蒸汽用于运行各种制造子系统，和/或就地产生电能(例如，通过蒸汽涡轮)，和/或 用于其它的目的。这里描述的示例系统和示例方法，具有优势地适用于控制一种蒸汽制造系统(例如，示例蒸汽制造系统100)，该蒸汽制造系统燃烧不同类型的燃料，其中至少一种类型的燃料可与变化的能量含量特征(例如，变化的单位体积BTU)相关。具体地说，下面描述的示例蒸汽制造系统100使用一种化石燃料和一种可选低成本燃料。但是，在可选择的实施例中，这里描述的示例系统和示例方法可用于控制使用了两种或者多种燃料类型的任何其它组合的蒸汽制造系统。例如，这里描述的示例系统和示例方法可用于控制一种蒸汽制造系统，该系统使用具有特定特征的(例如，成本特征，能量含量特征，副产品特征等)第一类型燃料，和具有与第一类型燃料不同特征的(例如，不同的成本，不同的能量含量，不同的副产品等)第二类型燃料。

如图1所示，示例蒸汽制造系统100包括蒸汽锅炉102，该锅炉从水供给装置104处接收水。蒸汽锅炉102包括炉子106，该炉子燃烧多种类型的燃料来制造蒸汽。具体地说，炉子106从化石燃料供给贮藏器108(例如，第一类型燃料供给贮藏器)处接收化石燃料(例如第一类型燃料)，并从可选燃料供给贮藏器110(例如，第二类型燃料供给贮藏器)处接收可选燃料(例如第二类型燃料)。化石燃料例如可为煤，石油，天然气等，可选燃料例如可为废木，破碎轮胎等。

示例蒸汽制造系统100还包括示例控制系统112，该示例控制系统112用于获得和监测蒸汽制造系统100的各种运行状态(例如，燃料的能量含量，燃料成本，蒸汽流速，蒸汽压力等)，以确定配置设置(例如，燃料供给比率)，所述配置设置是用于保持蒸汽制造输出在一个预定的、需要的或期望的运行范围中(例如，输出特定量的蒸汽)，同时保持其它运行特征(例如，燃料消耗成本，喷射，蒸汽压力等)在一个预定的、需要的或期望的运行范围中。参照图2，在下文中进行了更具体的说明，示例控制系统112使用模型预测控制器和模糊逻辑来预测配置设置，以实质性地减少和消除示例蒸汽制造系统100工作于不遵从(潜在地为低效率)状态的情况(或时间)。具 体的说，控制系统112使用对当前和/或以前的运行状态的测量来执行分析，以根据所述分析预测蒸汽制造系统100在不远或遥远的将来如何运转，并产生配置设置，所述配置设置有远见地防止蒸汽制造系统112超出预定的，需要的或期望的运行范围进行工作。

如图1所示，示例控制系统112与水供给阀114相连通，以控制向锅炉102提供的水的供给速度或者进给速度；还与化石燃料供给阀116相连通，以控制向炉子106提供的化石燃料的供给速度或者进给速度；还与可选燃料供给阀118相连通，以控制向炉子106提供的可选燃料的供给速度或者进给速度；还与空气供给阀120相连通，以控制通过空气进口121向炉子106提供的空气的供给速度或者进给速度。为了测量每一种供给(例如，燃料，水，空气)的进给速度或流速，控制系统112可与多个传感器122，124，126，128相连通。

尽管在图1中描述使用了化石燃料供给阀116和可选燃料供给阀118来控制每种燃料的进给速度，但在其它的实施例中，化石燃料和可选燃料中的至少一种的进给速度，可由传送器和传送器速度控制器来控制。例如，如果化石燃料是煤，煤可以被传送器系统从化石燃料贮藏器108中传送到炉子106，传送器系统的速度可以使用传送器速度控制器来进行控制，以增加或者减少化石燃料进给速度。另外，如果可选燃料是废木(例如，树皮)，废木可以被传送器系统和传送器速度控制器从可选燃料贮藏器110中传送到炉子106。

控制系统112还与蒸汽流速传感器130相连通，以测量提供给锅炉102的蒸汽的流速。当然，在可选实施例中，蒸汽流速传感器130可以被置于任何其它的位置，例如，置于与蒸汽室相连接的蒸汽供给管上。

控制系统112还与压力传感器132相连通，以测量在锅炉102中的蒸汽压力。那些本领域的普通技术人员容易意识到的是，在可选实施中，压力传感器132可以被置于不同于图1所示的蒸汽制造系统中的任何其它的位置，例如，置于蒸汽室或者蒸汽供给管上。

为了测量炉子106产生的排放喷射，控制系统112与喷射传感器134相连通，其中喷射传感器134位于喷射排放风扇136上。

尽管没有显示，控制系统112可以与其它的传感器(例如，温度传感器，流速/进给传感器，压力传感器等)相连通，以获取测量值用于实现这里所述的示例系统和示例方法，所述其它传感器可以位于示例蒸汽制造系统100的所有位置处。

图2是图1中的示例控制系统112的具体框图。控制系统112可以使用预测控制技术，通过根据实时监测的状态来确定有远见的或预测的配置设置，从而控制示例蒸汽制造系统100的运行。以这种方式，控制系统112可以通过改变或者调节任何必要的配置设置而主动响应监测状态，以实质性地减少或防止蒸汽制造系统100超出预定的，期望的或需要的运行状态(例如，蒸汽流速，蒸汽压力，燃料消耗成本等)。控制系统112被配置为运作在蒸汽流速监测模式和蒸汽压力监测模式下。例如，控制系统112可以通过监测蒸汽流速来控制蒸汽制造系统100的运行，所述蒸汽流速可以通过例如蒸汽流速传感器130(图1)来测量。可选择地，例如控制系统112可以通过监测蒸汽压力来控制蒸汽制造系统100的运行，所述蒸汽压力可以通过例如蒸汽压力传感器132(图1)来测量。控制系统112是运行在蒸汽流速监测模式还是运行在蒸汽压力监测模式下可以通过操作者手动控制，或根据诸如进度表和/或任何其它标准来进行自动控制。

显示了示例控制系统112的图2所示的示例结构，可以使用任何期望的硬件和/或软件的组合来实现。例如，可使用一个或者多个集成电路、分立半导体组件或无源电子组件。另外地，或者可选择地，图2所示的示例结构中的部分或者全部，或者其中的部件，可使用存储在电脑可读介质中的指令、代码或其它软件和/或固件等来实现，例如，当由处理器系统(例如图8中的处理器系统810)执行上述操作时，就执行了这里所述的方法。

控制系统112包括蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202以运行在蒸汽流速模式下。在一个实施例中，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控 202可以使用Delta V控制系统中的模型预测控制器(MPC)来实现，所述Delta V控制系统是由得克萨斯州奥斯汀市的爱默生过程管理公司(EmersonProcess Management)设计和出售。蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202被配置为，响应于在其他输入或参数中的蒸汽流速测量和/或由例如操作者提供的蒸汽流速需求的变化，来控制蒸汽流速的量。蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202确定两个与设置点相关的单独输出，所述设置点用于化石燃料进给速度(例如，图1中的化石燃料供给贮藏器108向炉子106供给化石燃料的速度)和可选燃料进给速度(例如，图1中的可选燃料供给贮藏器108向炉子106供给可选燃料的速度)。

蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202使用所测量的蒸汽流速值和多个其它的输入值，确定预测的轨线调节输出值204以获得特定的化石燃料进给速度，并确定预测的轨线调节输出值206以获得特定的可选燃料进给速度。化石燃料调节输出值204表示了化石燃料中所需的变化(例如，增加或减少)，以获得特定级别的能量(例如，BTU’s)，进而增加或减少蒸汽流。可选燃料调节输出值206表示了可选燃料供给速度中所需的变化，以获得特定级别的能量。蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202可根据对于过去的系统状态数据和响应数据的分析来确定示例预测轨线输出值。可选择地或另外地，还可以使用曲线拟合技术或数据插值技术来确定示例预测轨线输出值。在任何情况下，示例预测轨线输出值204和206表示的是与燃料进给速度(例如，可选和/或化石燃料进给速度)相关的有远见的设置，所述设置可以使蒸汽制造系统100根据当前运行状态值和/或由蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202获得的其它值，在未来的特定的或者最少的时间之中保持运行。

在图示的示例中，调节输出值204和206结合起来，提供了合适的化石燃料-可选燃料供给比率，该比率值可以使蒸汽制造系统100以特定的运行状态运行(例如，制造特定的蒸汽流，在蒸汽压力限制内运行，在成本限制内运行等)。当在蒸汽流速控制模式下运行时，调节输出值204和206被提 供到(例如，串联地)化石燃料整体能量模块240和可选燃料整体能量模块250的相应输入端，化石燃料整体能量模块240和可选燃料整体能量模块250将在下面进行具体的说明。具体地说，化石燃料调节输出值204是化石燃料整体能量模块240的一个设置点值，可选燃料调节输出值206是可选燃料整体能量模块250的一个设置点值。

蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202可被配置为相对而言更多地使用可选低成本燃料而非化石燃料，以满足节约的或预算的运行状态。为了调节调整或调节燃料类型的偏好(例如，相对而言更多地使用某一种类型的燃料而非另一种类型的燃料)，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202被提供了燃料成本输入208和燃料使用偏好设置(没有显示)。以这种方式，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202能够响应于燃料价格的变化，并根据燃料使用偏好设置，来调节所需的燃料类型的使用。操作者可以为蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202提供特定的燃料使用偏好设置，并根据例如燃料成本输入208，来配置蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202，使其使用相对多(例如，最大使用)或者相对少(例如，最小使用)的特定燃料(例如，化石燃料或可选燃料)。例如，燃料使用偏好设置可以包括，每种化石燃料和可选燃料的最小和/或最大燃料成本极限，该极限可以配置蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202，使其当不同燃料的成本超出了(例如，变得小于或者大于)各自的最小或最大燃料成本极限时，使用相对多或者少的燃料类型。例如，在一定的运行状态下，如果通过燃料成本输入208提供的化石燃料的成本变得大于最大化石燃料成本极限(通过燃料使用偏好设置提供)，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202就尽量地减少化石燃料的供给速度，并增加可选燃料的供给速度(例如，优化燃料使用)，直到例如化石燃料成本下降到最大和/或最小的化石燃料成本极限之内。

如图2所示，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202从蒸汽流速传感器130接收蒸汽流速的测量值和蒸汽流速设置点输入值212(即，特定的或预定的，期望的或需要的蒸汽流速值)。在一些实施例中，为了实质性地 减少或消除压力或温度对蒸汽流速测量值的影响，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202或一些其他的装置或模块，可获得与锅炉102相关的压力和温度的测量，以根据从蒸汽流速传感器130接收的蒸汽流速测量值而产生进行温度和压力补偿的蒸汽流速。蒸汽流速设置点输入值212可以由操作者提供，也可以基于用于运行诸如制造地的蒸汽运行子系统所需的蒸汽量。

蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202，通过确定蒸汽流速测量值和蒸汽流速设置点输入值212之间的误差或偏差，并通过确定燃料需求中的所需变化(例如，可选燃料和/或化石燃料)，来确定调节输出值204和206，以实质性地减少误差或偏差。为了保持蒸汽流速测量值大致上等于蒸汽流速设置点输入值，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202产生调节输出值204和206，以增加或减少燃料进给速度。例如，如果由于诸如废木的品质发生变化的原因，可选燃料能量含量随着时间而减少，炉子106不能制造出足够的热能以产生需要的蒸汽流。在这种情况下，调节输出值204和206中的至少一个可以增大，以增加供给给炉子106的燃料的量，从而使锅炉102增加蒸汽流速。蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202根据化石燃料-可选燃料进给比率来产生调节输出值204和206，其中该化石燃料-可选燃料进给比率遵从于例如燃料成本输入208，燃料使用偏好设置(例如，最大化，最小化或优化使用所述化石燃料或可选燃料)，和制造需要的蒸汽流所需的能量。

在一些实施例中，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202可以为一种或者两种类型的燃料提供最大进给速度限度。例如，如图2所示，向蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202提供可选燃料设置点213，该设置点表示了可选燃料的最大进给速度。在一些情况下，最大进给速度限度可防止蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202保持在遵从于燃料成本输入208的化石燃料-可选燃料进给速度比率，以及燃料使用偏好设置。例如，如果甚至当可选燃料进给速度被设置或增加到最大的限度(即，等于设置点213)时，可选燃料的能量含量仍不足以高到制造出需要的蒸汽流，则无论此时的 化石燃料-可选燃料进给速度比率如何，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202都将增加化石燃料调节输出值204以提供需要的能量。

蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202以周期的或者非周期的时间间隔来确定调节输出值204和206。具体地说，当蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202分析其多个输入值并确定合适的调节输出值204和206后，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202确定其随后何时分析输入值以确定是否应该产生不同的调节输出值204和206。具体地，由于控制系统112以主动的，预测的，有远见的方式控制着蒸汽制造系统，因此产生了由控制系统112提供的输出值或者控制值(例如，调节输出值204和206)，使得使蒸汽制造系统100在未来的至少特定的或最小的时间(tr)内运行在特定的运行状态中。蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202能够在所述未来时间tr结束前指定一个时间，并在该时间中再次分析对蒸汽流的测量。

为了防止蒸汽制造系统100运行在不稳定或者不期望的工作状态，还可以给蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202提供多个限制值214。限制值214为与例如操作者提供的特定极限相关的测量变量。当限制值214接近它们各自的极限时，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202确定调节值(例如，调节输出值204和206)以舒缓(例如，增加或减少)限制值214。

如图2所示，限制值214包括可选燃料贮藏器级别，进气通风(ID)阻尼器位置，ID风扇安培比率，锅炉室水位，测量的蒸汽压力(例如，锅炉联管箱压力)，喷射输出级别，氧气引入量。所述可选燃料贮藏器级别表示了保留在可选燃料供给贮藏器110(图1)中的可选燃料的量。测量的蒸汽压力可以从蒸汽压力传感器132(图1)中获得。喷射输出级别可以从喷射传感器134(图1)中获得。氧气引入量可以从空气流速传感器128(图1)中获得。

每个限制值214与多个限制优先权216中的一个相关。操作者可以使用限制优先权216将多个限制值214进行优先权的划分。对限制值214优先权的划分表明了蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202对每个限制值214 考虑(或遵从)的顺序。例如，操作者可为所述锅炉室水位限制值设置第一优先权(例如，最高的优先权)，以保证蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202确定的调节输出值204和206不会使锅炉室的水位超过锅炉室水位限制极限。在一些情况中，为了确保较高优先权的限制值(例如，锅炉室水位限制值)不会破坏各自的限制极限，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202可以确定调节输出值204和206，使其易发生地或有意地使较低优先权的限制值破坏各自的限制极限。

为了监测对蒸汽动力机器或过程系统的子系统所要求的蒸汽量的影响，向蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202提供了多个干扰值218，其中所述过程系统的子系统是至少部分由蒸汽制造系统100(图1)制造的蒸汽提供动力的。干扰值218可由现场装置，现场传感器，或现场监测器来提供，其中所述现场监测器监测使用由蒸汽制造系统制造的蒸汽的子系统或机器的运行。以这种方式，当需要特定量蒸汽的任何子系统或机器关闭，开始运行，减慢运行，加快运行等时，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202可以预测到蒸汽需要的增加或减少，并因此确定调节输出值204和206，以确保蒸汽制造系统100增加或者减少蒸汽的制造，以主动解决任何由于需要蒸汽的子系统或机器的运行变化而引起的蒸汽需要的增加或者减少。可不需等待蒸汽的需求发生变化来实质性地影响蒸汽制造系统的运行状态(例如，蒸汽压力)，而是根据干扰值218主动地确定(例如，预测)调节输出值204，206以解决任何随后的蒸汽需求的变化，从而确保蒸汽需求变化不会实质性地影响(例如，不利地影响)蒸汽制造系统100的运行状态。

控制系统112包括蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222以运行在蒸汽压力模式下。在一个实施例中，蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222可以使用Delta V控制系统中的模型预测控制器(MPC)来实现，所述Delta V控制系统是由得克萨斯州奥斯汀市的爱默生过程管理公司(EmersonProcess Management)设计和出售。蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222被配置为，响应于在其他输入或参数中的蒸汽压力测量和/或由例如操作 者提供的蒸汽压力要求的变化，来控制蒸汽压力的量。蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222操作以控制由锅炉102(图1)产生的蒸汽压力，就如前述的蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202控制蒸汽流速的量那样。例如，蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222确定两个与设置点相关的单独输出，所述设置点用于化石燃料进给速度和可选燃料进给速度。具体地说，蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222使用测量的蒸汽压力值和多个其它输入值，来确定预测轨线调节输出值224以获得特定的化石燃料进给速度，并确定预测轨线调节输出值226以获得特定的可选燃料进给速度。结合调节输出值224和226以提供了合适的化石燃料-可选燃料供给比率，该比率可使蒸汽制造系统100以特定的运行状态运行。控制系统112使用调节输出值224和226的方式与前述使用调节输出值204和206的方式大致相同。

蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222和前述的蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202之间的差别在于，蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222通过确定来自于压力传感器132(图1和图2)蒸汽压力测量值与由例如操作者提供的蒸汽压力设置点输入值228之间的误差或偏差，来确定调节输出值224和226。

为了防止蒸汽制造过程运行在不稳定或者不期望的工作状态，还可以给蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222提供多个限制值230。限制值230与前述的蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202中的多个限制值214大致相同。但是，因为蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222接收来自于压力传感器132的蒸汽压力测量值，在蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222中，没有类似于蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202那样，提供单独测量的蒸汽压力限制值，而是提供作为多个限制值230中的一部分的测量蒸汽压力限定值。

蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222还被提供了多个限制优先权232，蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222使用这些限制优先权的方式，与前述的蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202使用多个限制优先 权216的方式大致上相同。另外，还为蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222提供了多个干扰值233，该干扰值大致上与类似于前述的多个干扰值218。

在运行时，控制系统112可被配置为在蒸汽流速模式下运行，在蒸汽压力模式下运行，或在手动模式下运行。所述手动模式包括基于蒸汽流速和/或蒸汽压力的操作者控制燃料进给速度。在任何情况下，为了实现模式间的平滑无缝转换，控制系统112可以被配置为使调节输出值204，206，224和226相互跟随或遵循，和/或使所述调节输出值跟随或遵循手动模式燃料进给速度控制。例如，为了防止任何运行时的突发变化，当例如操作者配置控制系统112从蒸汽流速模式转换到蒸汽压力模式时，蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222的每个调节输出值224和226，在转换中的至少一段时间内被设置为跟随(例如，被连续地设置为等于)由蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202确定的调节输出值204和206中的相应的一个值。

为了防止当操作者将控制系统112从蒸汽流速模式转换到手动模式时产生的突发运行变化，手动控制燃料进给速度值跟随(在转换中的至少一段时间内)由蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202确定的调节输出值204和206。在任意情况下，由于当所述模式变化时燃料进给速度保持不变，因此通过跟随调节输出值204和206，控制系统112可大致上防止产生任何运行中的突发变化。相似地，当运行在蒸汽压力模式下时，调节输出值204和206和手动控制燃料进给速度值跟随调节输出值224和226。而当运行在手动模式下时，调节输出值204，206，224和226跟随相应的手动控制燃料进给速度值。

为了确定例如可选燃料的能量含量的变化，向控制系统112提供了能量补偿器234，该能量补偿器根据计算出的可选燃料的能量含量变化，为化石燃料控制器240和可选燃料控制器250提供能量补偿值。能量补偿器234可以通过使用PID控制器来实现，该PID控制器以反向控制来响应计算出的可选燃料能量含量的偏差。因为可选燃料的品质(例如燃料的单位体积能量 含量)随时间而变化，能量补偿器234执行相对能量计算。具体地说，所述相对能量计算是根据测量的氧气消耗和测量的空气消耗，相对于以前监测的或分析的可选燃料，来确定当前批次或者当前供给的可选燃料的能量含量。如果当前批次或当前供给的可选燃料的相对能量含量相对较少，则能量补偿值表示了可选燃料和/或化石燃料的量的所需的增加，以保持对炉子106的传输或者保持对炉子106传输相对不变的能量的量。能量补偿器234可根据诸如燃料品质变化的历史值、燃料-能量函数曲线、和/或所需的可选燃料-化石燃料比率，来增加或者减少能量补偿值。

能量补偿器234被配置为确保可选燃料和化石燃料进给速度足以保持消耗的空气指标，例如100％，而不论燃料品质(例如，燃料的单位体积的能量含量)如何变化。保持消耗的空气指标为100％确保了被吸入或被压入的空气在炉子106中与燃料一起被100％地燃烧，以达到给定的锅炉工作量(例如，给定的蒸汽制造要求)。以这种方式，无论燃料的品质如何变化，燃烧总能产生相同的能量的量，从而为锅炉102提供所需的能量(例如，热)以制造出所需的蒸汽量(例如，锅炉工作量)。能量补偿器234向化石燃料整体能量模块240和可选燃料整体能量模块250输出或提供能量补偿值。

为了确定为实现期望的运行状态(例如，特定的蒸汽压力，特定的蒸汽流速，燃料消耗成本，燃料比率等)而需要的化石燃料的总量，向控制系统112提供了化石燃料整体能量模块240。化石燃料整体能量模块240从蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202接收化石燃料调节输出值204(当运行在蒸汽流速模式时)，或者从蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222接收化石燃料调节输出值224(当运行在蒸汽压力模式时)。化石燃料整体能量模块240还从能量补偿器234接收能量补偿值，并根据该能量补偿值和化石燃料调节输出值204或224，来确定制造所需蒸汽流速或蒸汽压力的量时所需的化石燃料的总量。

为了控制化石燃料进给速度，为控制系统112提供了化石燃料进给速度控制器242。化石燃料进给速度控制器242从化石燃料整体能量模块240接 收需要的化石燃料量值，并控制例如化石燃料供给阀116，来以需要的燃料进给速度向炉子106供给化石燃料，炉子106中需要的化石燃料的量由化石燃料整体能量模块240来确定。

为了确定为实现期望的运行状态(例如，特定的蒸汽压力，特定的蒸汽流速，燃料消耗成本，燃料比率等)而需要的可选燃料的总量，向控制系统112提供了可选燃料整体能量模块250。可选燃料整体能量模块250从蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202接收可选燃料调节输出值206(当运行在蒸汽流速模式时)，或者从蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222接收化石燃料调节输出值226(当运行在蒸汽压力模式时)。可选燃料整体能量模块250还从能量补偿器234接收能量补偿值，并根据该能量补偿值和可选燃料调节输出值206或226，来确定制造所需蒸汽流速或蒸汽压力的量时所需的可选燃料的总量。

为了控制可选燃料进给速度，为控制系统112提供了可选燃料进给速度控制器252。可选燃料进给速度控制器252从可选燃料整体能量模块250接收需要的可选燃料量值，并控制例如可选燃料供给阀118，来以需要的燃料进给速度向炉子106供给可选燃料，炉子106中需要的可选燃料的量由可选燃料整体能量模块250来确定。

为了控制提供给锅炉102的可选燃料和化石燃料所用的燃烧空气的量，为控制系统112提供了空气系统，该空气系统将供给的空气分为炉下空气(即，提供在燃料携带炉之下的空气)和火上空气(即，提供在燃烧燃料之上的空气)。该空气系统被配置为，根据来自蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202的调节输出值204和206，或来自蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222的调节输出值224和226，来确定用于可选燃料的总空气需求量和用于化石燃料的总空气需求量。

所述空气系统包括总空气需求模块260，其从蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202接收可选燃料调节输出值206(当运行在蒸汽流速模式下时)，或者从蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222接收化石燃料调节 输出值226(当运行在蒸汽压力模式下时)，并确定锅炉需要的气流的总量，该气流总量为炉下空气流量与火上空气流量的和。总空气需求模块260可以通过使用PID控制器来实现，该PID控制器使用反向控制来响应供给气流的测量值与所需气流之间的任何偏差。

总空气需求模块260的输出被提供给强制通风(FD)风扇控制器262和空气比率函数模块264。FD风扇控制器262控制FD风扇阻尼器，以根据总空气需求模块260的输出而为炉子106(图1)提供需要的炉下空气流。空气比率函数模块264可以通过使用炉下空气-火上空气函数曲线，以根据所需的炉下空气流来决定火上空气流的所需量。空气比率函数模块264的输出被提供给火上风扇控制器266，该火上风扇控制器控制火上风扇阻尼器来为炉子106提供所需的火上空气流量。

为了确保当燃料品质(例如，燃料的单位体积能量含量)随时间改变或变化时，火上风扇控制器266提供充足的火上空气流，为控制系统112提供了模糊热释放控制器272。模糊热释放控制器272可以通过使用多变量模糊逻辑引擎来实现，其中所述多变量模糊逻辑引擎包括5×5的模糊矩阵，并涉及与可选燃料相关的蒸汽流速-总进给器速度比率值(即，蒸汽-进给器比率)，消耗空气比率(火上空气-炉下空气比率)，和相对能量控制器响应(即，能量补偿器234的输出)。

所述蒸汽-进给器比率和消耗空气比率应该相互跟随，因此，能够用作所述模糊逻辑计算的检查和平衡。模糊热释放控制器272监测消耗空气比率和消耗空气比率在例如一分钟内变化的速度，并产生火上空气偏差值274，以在必要时改变所述消耗空气比率。模糊热释放控制器272将火上空气偏差值274提供给火上风扇控制器266，以改变炉下空气-火上空气比率或份额。另外，模糊热释放控制器272将能量补偿器234的输出与火上空气偏差值274进行比较，以确定是否燃料品质(例如，能量含量)有递增而火上空气没有递减，或确定是否燃料品质有递减而火上空气没有递增。如果燃料质量和火上空气之间存在不平衡，模糊热释放控制器272调节火上空气偏差值 274。以这样的方式，通过监测消耗空气比率和该消耗空气比率的变化速度，并且通过将能量补偿器234的输出和火上空气偏差值274进行比较，当燃料品质随时间变化时，模糊热释放控制器272能够连续地和递进地调节火上空气偏差值274。

除了调节火上空气偏差值274以外，模糊热释放控制器272还能够调节氧气设置点偏差值276，所述氧气设置点偏差值276可以使传输给炉子106的空气在总体上增加或者减少。通常，仅当火上空气偏差值274的变化没有为当前的燃料品质提供正确的炉下空气-火上空气比率时，模糊热释放控制器272调节氧气设置点偏差值276。

为了防止当燃料不再进入炉子106时而向炉子106提供太多的空气，为模糊热释放控制器272提供了使能/使不能限制值(未示出)，其表示进入炉子106的燃料量。

如上所述的系统控制器112的每个部分(例如，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202，蒸汽压力模型预测控制器(MPC)主控222，能量补偿器234，化石燃料整体能量模块240，化石燃料进给速度控制器242，可选燃料整体能量模块250，可选燃料进给速度控制器252，总空气需求模块260，强制通风风扇控制器262，空气比率函数模块264，火上风扇控制器266，模糊热释放控制器272)，能够运行在自动模式或者手动模式下。在一些实施例中，系统控制器112的每个部分可以独立地选择运行在自动模式或者手动模式下。

为了实现自动运行模式和手动运行模式之间的平滑无缝转换，使得蒸汽制造系统100不会在运行状态中遭受突然变化，系统控制器112的每个输出部分可以在手动模式控制和自动模式控制之间转换。以这种方式，当在不同模式间转换时，所述输出会保持相同，直到它们通过自动控制被改变或者由操作者通过手动控制而改变。例如，当运行在自动模式下时，系统控制器112的每个部分的输出被相应的手动模式控制值所跟随或者遵循(例如，设置为等于)，使得任何随后的自动模式与手动模式间的转换不会使蒸汽制造 系统100在运行时产生任何的突然变化。

图3到图7是描述了各示例方法的流程图，所述各示例方法可用于实现这里描述的示例系统和方法。在图3到图7中描述的示例方法可以通过软件、硬件、和/或软件与硬件的任意组合来实现。例如，示例方法可以软件来实现，该软件通过图1和图2中的控制系统112和/或图8中的示例处理系统810来执行。尽管下面描述的示例方法是具体的操作流程，不过一个或者多个操作可以重排列，增加，和/或删除，以获得相同或相似的结果。

图3是描述了一种示例方法的流程图，该示例方法可用于控制图1中的示例蒸汽制造系统100。图3中的示例方法通过使用了上述图2中的控制系统112的示例在下面进行描述。尽管图3中的示例方法可以通过控制系统112以自动或手动蒸汽流速模式，或自动或手动蒸汽压力模式来实现，为了清楚，示例方法是在自动蒸汽流速模式下进行描述的。

首先，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202确定是否特定的运行时间限制过期(步骤302)。所述特定的运行时间限制是由蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202在每次产生预测轨线调节输出值204和206之后设定的，并且与蒸汽制造系统能在运行限制(例如，蒸汽流的需要量)内运行而不需要更新预测轨线调节输出值204和206来保持系统运行在运行限制内的时间相关。所述运行时间限制可以是基于定时器或实时时间(例如，实时钟表)。

如果蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202确定运行时间限制没有过期，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202继续检查运行时间限制是否过期(步骤302)，直到所述时间限制过期，或者，直到控制系统112接收到中断或者指令去执行其它操作。如果蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202在步骤302处确定运行时间限制已经过期，则蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202为化石燃料和可选燃料确定预测轨线调节输出值204和206(步骤304)，这一点将结合图4中的流程图在下面进行具体的描述。

能量补偿器234然后确定与被传输到炉子106(图1)中的能量的量(例 如，燃料的能量含量)有关的能量补偿值(步骤306)，这一点将结合图5在下面进行具体的描述。可选燃料整体能量模块250和总空气需求模块260，然后根据从蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202接收的预测轨线调节输出值204和206，和从能量补偿器234接收的能量补偿值，来确定燃料的所需量(步骤308)，这一点将结合图6在下面进行具体的描述。

化石燃料进给速度控制器242和可选燃料进给速度控制器252然后分别控制化石燃料和可选燃料的进给速度(步骤310)。例如，可选燃料进给速度控制器252可以从可选燃料整体能量模块250接收可选燃料需求值，并产生燃料进给速度，该燃料进给速度将导致向炉子106(图1)提供所需可选燃料量的传输。可选燃料进给速度控制器252然后能够根据所产生的燃料进给速度值调节或控制可选燃料供给阀118(图1)(这一点可通过使用传输器速度控制器控制废木传输器的速度来实现)。

控制系统112然后确定和传输空气流所需量(例如，炉下空气流和火上空气流)(步骤312)，这一点将结合图7在下面进行具体的描述。

控制系统112然后确定是否结束控制过程(步骤314)。例如，如果操作者或者一些其它控制系统(例如，安全控制系统)提供给控制系统112停止请求，则控制系统112响应所述停止请求而结束控制过程和/或返回控制到调用过程或功能，例如关闭过程、空闲过程等。否则，如果控制系统112确定不结束控制过程，控制过程就返回到步骤302。

图4是描述一种示例方法的流程图，该示例方法可用于实现图3中步骤304的运行，以确定预测轨线调节输出值204和206(图2)。首先，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202获取与确定所需燃料的量相关的设置点值(步骤402)。例如，如图2所示，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202接收蒸汽流速设置点212和可选燃料设置点213。蒸汽流速设置点212确定了蒸汽的所需量，可选燃料设置点213确定了可选燃料的最大量或进给速度。

蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202然后获取一个或者多个燃料 成本208(图2)(步骤404)和燃料使用偏好设置(例如，根据燃料成本208使特定燃料的使用最大化或最小化)(步骤406)。例如，燃料成本208可以包括可选燃料和/或化石燃料的成本。蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202结合燃料的优先权使用可选燃料和/或化石燃料的成本，来确定合适的燃料比率。

蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202然后获取一个或者多个诸如限制值214(图2)的限制值(步骤408)。蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202然后使用模型预测控制算法，来为可选燃料和化石燃料的供给确定预测轨线调节输出值204和206(步骤410)。例如，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202可以使用在步骤402、404、406和408中所获取的值，来确定化石燃料和/或可选燃料的量的变化，以保持蒸汽制造系统运行在特定的运行状态下，从而维持由蒸汽流速设置点212表示的蒸汽流速。为了确定预测轨线调节输出值204和206，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202可以使用模型预测控制器中一个或者多个模型预测算法，所述模型预测控制器可从由得克萨斯州奥斯汀市的爱默生过程管理公司设计和出售的Delta V控制系统中获得。

在一个实施例中，在步骤410中，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202可以使用燃料成本208和燃料使用偏好设置来确定基于成本的可选燃料-化石燃料比率，该可选燃料-化石燃料比率将使蒸汽制造系统100根据一些或者所有从步骤402和步骤408处获取的值(例如，蒸汽流速设置点212，可选燃料设置点213，限制值214)，保持运行在特定的运行状态下。在一些实施例中，蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202可以根据表明了以前相似状态的历史值和相应的调节输出值，来确定燃料比率和预测轨线调节输出值204和206。在蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202确定燃料比率和预测轨线调节输出值204和206之后，控制返回到调用功能或过程，例如图3的示例方法中的过程。

图5是描述一种示例方法的流程图，该示例方法可用于实现图3中步骤 306的运行，以响应可选燃料能量含量的变化而确定能量补偿值(通过能量补偿器234(图2))，所述能量补偿值与调节燃料进给速度相关。首先，能量补偿器234获取总的空气流测量值(步骤502)，该总的空气流测量值表示进入炉子106的总的空气量(图1)。能量补偿器234然后获取总空气需求(步骤504)。总空气需求(或总空气需求)可以由操作者或者总空气需求模块260来提供，并且与应该提供给炉子160的总空气量相关。

能量补偿器234然后获取氧气测量值(步骤506)。例如，能量补偿器234可以从氧气传感器(未示出)接收氧气测量值，所述氧气传感器位于空气入口121(图1)处。能量补偿器234然后获取氧气设置点(506)，该设置点例如可由操作者提供，或者可由限制值214和/或氧气设置点偏差提供，其中氧气设置点偏差由模糊热释放控制器272(图2)提供。

能量补偿器234然后确定总体目标过量空气的百分比率(步骤510)，例如，该百分比率可通过在步骤504处获得的总空气需求值减去在步骤508处获得的氧气设置点值而得到。总体目标过量空气为不会在炉子106中进行燃烧的空气的目标量。然后，能量补偿器234确定总体实际过量空气(步骤512)，例如，该总体实际过量空气可以通过在步骤502处获得的总的空气测量值减去在步骤506处获得的氧气测量值而得到。

能量补偿器234然后可使用如下所示的公式1来确定燃料的相对能量值(步骤514)。

公式1：

能量补偿器234使用上述公式1，确定以英国热量单位(BTU)表示的燃料的相对能量(例如，能量(BTU))。如公式1所示，能量补偿器234通过将在步骤502处获取的总空气流测量值(TAF)除以在步骤504处获取的总空气流需求(TAD)所得到的商

来确定相对能量。总空气流测量值(TAF)和总空气流需要(TAD)可提供为以千磅每小时(kpph)为 单位进行测量的值。然后，能量补偿器234将商与单位转化“100”相乘产生

然后，能量补偿器234从在步骤510中确定的目标过量空气(TEA)中减去在步骤512中确定的实际过量空气(AEA)，产生差值(TEA-AEA)。实际过量空气(AEA)和目标过量空气(TEA)可以是作为过量空气百分比来提供的。然后，能量补偿器234通过将 和差值(TEA-AEA)相加来确定相对能量。

在能量补偿器234在步骤514处确定燃料的相对能量值后，能量补偿器234根据所述相对能量值确定能量补偿值(步骤516)。例如，在步骤514处所确定的相对能量值表示诸如可选燃料的燃料的质量随时间的变化。如果可选燃料进给速度随时间的变化保持相对不变，而可选燃料能量含量减少，所述相对能量值将表示能量含量减少。因此，能量补偿器234可根据由所述相对能量值所表明的能量含量减少来产生能量补偿值，从而使可选燃料整体能量模块250和/或化石燃料整体能量模块240增加相应的的燃料进给速度，以补偿可选燃料品质的降低。在一些实施例中，能量补偿器234可产生能量补偿值，该能量补偿值使得化石燃料整体能量模块240和可选燃料整体能量模块250根据特定的燃料比率而不同地增加或者减少相应的的燃料量，所述特定的燃料比率由操作者来确定，或者由蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202根据燃料成本208和燃料使用偏好设置来确定。能量补偿器234还可以根据可选燃料设置点213(图2)产生能量补偿值，其中所述可选燃料设置点213限定了可选燃料的最大允许量。当能量补偿器234在步骤516处确定能量补偿值后，控制返回到调用过程或功能中，例如返回到前述图3中的示例过程中。

图6是描述了一种示例方法的流程图，该示例方法可用于实现图3中步骤308的运行，以确定燃料的所需量，从而使图1所示的示例蒸汽制造系统100运行在特定的运行状态下。尽管图6中的示例方法通过与可选燃料整体 能量模块250(图2)有关的示例进行了描述，图6中的示例方法还可依照与下述中大致相似或者相同的方式用于化石燃料整体能量模块240。首先，可选燃料整体能量模块250从蒸汽流速模型预测控制器(MPC)主控202(图2)(步骤602)获取预测轨线调节输出值206，并从能量补偿器234(图2)(步骤604)获取能量补偿值。例如，可选燃料整体能量模块250可在图4的步骤410处获取预测轨线调节输出值206，在图5的步骤516处获取能量补偿值。

然后，可选燃料整体能量模块250根据在步骤602处获取的预测轨线调节输出值206和在步骤604处获取的能量补偿值，确定补偿燃料需求设置点(步骤606)。例如，如果能量补偿值表明可选燃料的燃料品质(例如，能量含量)降低，可选燃料整体能量模块250于是就确定补偿燃料需求设置点，以增加可选燃料进给速度来补偿燃料品质的降低。

然后，可选燃料整体能量模块250确定补偿燃料需求设置点和当前燃料进给速度之间的偏差(步骤608)。可选燃料进给速度控制器252然后调节当前燃料进给速度，以通过可选燃料整体能量模块250大致消除在步骤608中确定的偏差(步骤610)。在一些实施例中，可选燃料进给速度控制器252可以随着时间步进地或逐渐地增加或减少燃料进给速度，直到可由能量补偿器234连续产生的能量补偿值表明燃料品质发生零变化或者不发生变化。在调节燃料进给速度之后，控制可返回到调用功能或过程中，例如返回到图3中的示例过程中。

图7是描述了一种示例方法的流程图，该示例方法可用于实现图3中步骤312的运行，以确定和控制图1中的示例蒸汽制造系统100中的所需空气流。首先，总空气需求模块260可以使用如下所示的公式2和公式3，确定可选燃料空气需要(或需求)(步骤702)。

公式2  $\mathrm{AAD}=\mathrm{SADa}\×(1+\frac{\mathrm{TEA}}{100}),$ 其中

公式3  $\mathrm{SADa}=\mathrm{AFD}\×\frac{A}{\mathrm{Fa}}$

如上述公式2所示，总空气需求模块260通过将在图5中的步骤510处确定的目标过量空气(TEA)除以100得到商值

来确定可选燃料空气需要(AAD)。目标过量空气(TEA)是以目标过量空气的百分比来提供的。然后，总空气需求模块260将商值与1相加得到和值

然后，总空气需求模块260将和值与可选燃料的化学计量空气需要(SADa)相乘，来确定可选燃料空气需要(AAD)。可选燃料的化学计量空气需要(SADa)可提供为以千磅每小时(kpph)为单位，并可根据公式3来确定。

如上述公式3所示，总空气需求模块260通过将可选燃料进给需要(AFD)与可选燃料的空气-燃料比率相乘，来确定可选燃料的化学计量空气需要(SADa)。可选燃料进给需要(AFD)可提供为表明可选燃料需要百分比的百分比值(例如，可选燃料的需要的量通过图2中的可选燃料整体能量模块250确定)，其中所述可选燃料需要包含在包括可选燃料需要和化石燃料需要的总燃料需要中。可选燃料的空气-燃料比率

可以提供为每单位所需可选燃料的所需空气的百分比。

然后，总空气需求模块260可与使用如下所示的公式4和公式5，确定化石燃料空气需要(FAD)(步骤704)。

公式4  $\mathrm{FAD}=\mathrm{SADf}\×(1+\frac{\mathrm{TEA}}{100}),$ 其中

公式5  $\mathrm{SADf}=\mathrm{FFD}\×\frac{A}{\mathrm{Ff}}$

如上述公式4和公式5所示，总空气需求模块260以与上述公式2和公式3大致相似的方式来确定化石燃料空气需要(FAD)。公式4和公式2之间的区别在于，确定化石燃料空气需要(FAD)是根据化石燃料的化学计量空气需要(SADf)，而不是根据可选燃料的化学计量空气需要(SADa)的。公式5和公式3之间的显著区别在于，化石燃料的化学计量空气需要(SADf)的确 定是根据化石燃料进给需要(FFD)，而不是根据可选燃料进给需要(AFD)的，而且化石燃料的化学计量空气需要(SADf)的确定是根据化石燃料的空气-燃料比率

而不是根据可选燃料的空气-燃料比率

的。

然后，总空气需求模块260可通过将在步骤702处确定的可选燃料空气需要(AAD)加上在步骤704处确定的化石燃料空气需要(FAD)，来确定总空气需要(步骤706)。然后，总空气需求模块260确定当前总空气供给(步骤708)。例如，总空气需求模块260可以通过从炉子空气引入空气流传感器(例如，图1中的空气流传感器128)接收的空气流测量值，来确定当前的总空气供给。可选择地，总空气需求模块260可以获取火上空气流测量值和炉下空气流测量值，并取二者之和。在一些实施例中，总空气需求模块260可以根据接收的火上空气流测量值和炉下空气流测量值进行计算，以产生使用空气温度和/或空气压力补偿的当前总空气供给值。

然后，总空气需求模块260对在步骤706处确定的总空气需求和在步骤708处确定的当前总空气供给进行比较(步骤710)，进而使强制通风风扇控制器262和火上风扇控制器266根据上述比较的结果来调节当前总空气供给(步骤712)。例如，总空气需求模块260可以使用反向控制并结合比例和积分调节常数来调节当前总空气供给，以实质性地减少或消除在步骤706处确定的总空气需求和在步骤708处确定的当前总空气供给之间的偏差。而且，在图2中的示例中，火上空气流的量是基于炉下空气流的量的。具体地说，由总空气需求模块260确定的炉下空气流的量与强制通风扇控制器262相连通以控制炉下空气流的量，所述炉下空气流的量还与空气比率函数模块264相连通以确定火上空气流的量。空气比率函数模块264可以是曲线或者函数，该曲线或者函数使火上空气流是根据炉下空气流进行确定的。在一些实施例中，空气比率函数模块264在示例蒸汽制造系统100(图1)的运行中大致上是固定不变的。

在一些实施例中，因为例如可选燃料的燃料品质(例如，燃料的单位体 积能量含量)的变化或者改变，炉子106(图1)可以要求调节火上空气流的供给量。也就是说，在燃料品质随时间变化时，空气比率函数模块264可以产生相对低效的火上空气流供给值。为调节火上空气流，以确保蒸汽制造系统100运行在特定的运行状态(例如，蒸汽流速状态，蒸汽压力状态，节约状态等)下，模糊热释放控制器272确定了对火上空气流供给的步进调节(步骤714)。例如，模糊热释放控制器272可通过使用例如5×5的模糊矩阵来确定步进调节，如上述图2中所述，其中所述5×5的模糊矩阵涉及与可选燃料相关的蒸汽流速-总进给器速度的比率值(即，蒸汽-进给器比率)，消耗空气比率(火上空气-炉下空气比率)，和能量补偿器234产生的能量补偿值。

然后，火上风扇控制器266根据由空气比率函数模块264确定的火上空气流供给值和由模糊热释放控制器272确定的步进调节值，来控制火上风扇(步骤716)。然后，控制返回到调用功能或过程中，例如返回到图3中的示例过程中。

图8是描述了示例处理器系统的方框图，该示例处理器系统可用于实现这里所述的示例设备，方法和和制造部件。如图8所示，处理器系统810包括与连接到互连总线814的处理器812。处理器812包括寄存器装置或寄存器空间816，该寄存器装置816在图8中显示为完全是片上的，但是，可选择地该寄存器装置816可以完全或者部分片外的，并直接通过专用电连接和/或通过互连总线814连接到处理器812。处理器812可以是任何合适的处理器，处理单元或者微处理器。尽管在图8中没有显示，但是系统810可以是多处理器系统，因此可以进一步包括一个或者多个与处理器812相似或相同的处理器，这些处理器也连通到互连总线814。

图8中的处理器812连接到芯片组818，该芯片组包括存储器控制器820和输入/输出(I/O)控制器822。众所周知，芯片组典型地可提供输入/输出和存储器管理功能，以及多个通用和/或专用寄存器，和计时器等，连接到芯片组818的一个或者多个处理器可以使用这些寄存器、计时器等。存储器 控制器820执行功能使处理器812(或在多个处理器情况下的多个处理器)访问系统存储器824和大容量存储器825。

系统存储器824可以包括任何所需类型的易失存储器和/或永久性存储器，例如，静态存储器(SRAM)，动态随机存取存储器(DRAM)，闪烁存储器，只读存储器(ROM)等。大容量存储器825可以包括任何所需类型的大容量存储器，包括硬盘驱动器，光学驱动器，磁带存储设备等。

输入/输出控制器822执行功能使得处理器812与外围输入/输出(I/O)设备826和828和网络接口830通过输入/输出总线832相连通。外围输入/输出设备826和828可以是任何所需类型的输入/输出设备，例如，键盘、图像显示器或监视器，鼠标等。网络接口830可以是例如，以太网设备、异步传输模式(ATM)设备、802.11设备、数字用户线(DSL)调制解调器、电缆调制解调器、蜂窝式调制解调器等，这些网络接口可以使处理器系统810与另一个处理器系统连通。

尽管存储器控制器820和输入/输出控制器822在图8中描述为芯片组818中的分立功能块，由这些功能块执行的功能也可以集成在一个单独的半导体电路中或者通过使用两个或者更多的分立的集成电路来实现。

尽管在这里描述了一定的系统、方法、和制造部件，但本发明的保护范围并不限于此。相反，本发明涵盖了包括在所附权利要求的保护范围内的所有系统、方法、和制造部件以及各种等同方式。

Claims (28)

1.一种控制多燃料蒸汽制造系统的方法，包括：

获取多个与制造蒸汽相关的输入值，包括测量的由所述多燃料蒸汽制造系统产生的蒸汽流速值，或者测量的由所述多燃料蒸汽制造系统产生的蒸汽压力值，以及由现场设备提供的干扰值，其中所述现场设备监测使用所述蒸汽制造系统所制造的蒸汽的子系统或机器的运行；

使用模型预测控制器基于所述干扰值预测所述多燃料蒸汽制造系统的蒸汽需要的增加或减少，并确定第一值，所述第一值与预测用以制造蒸汽量的第一燃料的量相关；

使用所述模型预测控制器来确定第二值，所述第二值与预测用以制造蒸汽量的第二燃料的量相关；和

根据所述第一值和所述第二值，控制所述第一燃料和所述第二燃料的燃料进给速度，使得所述多燃料蒸汽制造系统在未来的至少特定的或者最小的时间内运行在特定的运行状态中。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一值和所述第二值是轨线值。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一值和所述第二值，与在预定的时间量中制造出所述蒸汽量相关。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述根据所述第一值和所述第二值控制所述第一燃料和所述第二燃料的燃料进给速度的步骤，包括：

根据所述第一值和所述第二值，在所述预定的时间量中，控制所述第一燃料和所述第二燃料的燃料进给速度。

5.如权利要求4所述的方法，进一步包括：使用所述模型预测控制器来确定所述预定的时间的持续期。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述多个输入值包括：蒸汽流速设置点值和蒸汽压力设置点值中的至少一个。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述多个输入值包括：与所述第一燃料和所述第二燃料中的至少一个所相关的燃料成本值。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一燃料是化石燃料，所述第二燃料是废木和破碎轮胎中的至少一种。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述模型预测控制器确定所述第一值和所述第二值，以获取特定的燃料比率。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述多个输入值中的至少一个值指示所述第一燃料和所述第二燃料中的至少一种的能量含量。

11.如权利要求1所述的方法，进一步包括：根据所述第一燃料和所述第二燃料中的至少一种的能量含量的变化，确定与调节至少一种所述燃料进给速度相关的补偿值。

12.如权利要求1所述的方法，进一步包括：根据第一燃料气流需求和第二燃料气流需求中的至少一种，确定制造所述蒸汽量的气流量。

13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：根据所述第一燃料和所述第二燃料中的至少一种的能量含量，使用模糊逻辑控制器来调节所述气流量。

14.如权利要求1所述的方法，其中所述模型预测控制器根据蒸汽流的运行状态来确定所述第一值和所述第二值；

该方法进一步包括：在所述模型预测控制器与另外一个模型预测控制器之间转换控制，以确定与预测所述第一燃料的另一个量相关的第三值，和与预测所述第二燃料的另一个量相关的第四值，以根据蒸汽压力的运行状态制造出所述蒸汽量。

15.一种控制多燃料蒸汽制造系统的系统，包括：

流速传感器，被配置为产生测量的由所述多燃料蒸汽制造系统产生的蒸汽流速值，或者压力传感器，被配置为产生测量的由所述多燃料蒸汽制造系统产生的蒸汽压力值；

由现场设备提供的干扰值输入端，所述现场设备监测使用所述蒸汽制造系统所制造的蒸汽的子系统或机器的运行；

模型预测控制器，用于基于所述干扰值预测所述多燃料蒸汽制造系统的蒸汽需要的增加或减少，并确定第一值和第二值，所述第一值与预测用以制造蒸汽量的第一燃料的量相关，所述第二值与预测用以制造蒸汽量的第二燃料的量相关；和

第一燃料进给控制器和第二燃料进给控制器，用于根据所述第一值和所述第二值来控制所述第一燃料和所述第二燃料的燃料进给速度，使得所述多燃料蒸汽制造系统在未来的至少特定的或者最小的时间内运行在特定的运行状态中。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述第一值和所述第二值是轨线值。

17.如权利要求15所述的系统，其中所述第一值和所述第二值与在预定的时间持续期内制造所述蒸汽量相关。

18.如权利要求17所述的系统，其中所述第一燃料进给控制器和第二燃料进给控制器根据所述第一值和所述第二值，在所述预定的时间持续期内控制所述第一燃料和所述第二燃料的燃料进给速度。

19.如权利要求17所述的系统，其中所述模型预测控制器确定所述预定的时间持续期。

20.如权利要求15所述的系统，其中所述模型预测控制器根据蒸汽流速设置点值和蒸汽压力设置点值中的至少一个，确定所述第一值和所述第二值。

21.如权利要求15所述的系统，其中所述模型预测控制器根据与所述第一燃料和所述第二燃料中的至少一种所相关的燃料成本值，确定所述第一值和所述第二值。

22.如权利要求15所述的系统，其中所述第一燃料是化石燃料，所述第二燃料是废木和破碎轮胎中的至少一种。

23.如权利要求15所述的系统，其中所述模型预测控制器确定所述第一值和所述第二值，以获取特定的燃料比率。

24.如权利要求15所述的系统，其中所述模型预测控制器根据所述第一燃料和所述第二燃料中的至少一个的能量含量，确定所述第一值和所述第二值。

25.如权利要求15所述的系统，进一步包括：能量补偿器，所述能量补偿器用于根据所述第一燃料和所述第二燃料中的至少一种的能量含量的变化，来确定与调节至少一种所述燃料进给速度相关的补偿值。

26.如权利要求15所述的系统，进一步包括：气流模块，所述气流模块根据第一燃料气流需求和第二燃料气流需求中的至少一种，来确定制造所述蒸汽量的气流量。

27.如权利要求26所述的系统，进一步包括：模糊逻辑控制器，所述模糊逻辑控制器根据所述第一燃料和所述第二燃料中的至少一种的能量含量，来调节所述气流量。

28.如权利要求15所述的系统，其中所述模型预测控制器根据蒸汽流的运行状态确定所述第一值和所述第二值；

该系统进一步包括：另外一个模型预测控制器，用于确定与预测所述第一燃料的另一个量相关的第三值和与预测所述第二燃料的另一个量相关的第四值，以根据蒸汽压力的运行状态制造所述蒸汽量。

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