專利名稱：加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測。特別是涉及一種加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)。
背景技術：
加熱爐熱效率的高低與生產(chǎn)成本有著密切的關系。目前常用的手段是使用便攜式煙氣檢測儀，根據(jù)離線檢測結果及時對加熱爐進行調整，優(yōu)化加熱爐運行狀態(tài)。但在實際操作中，這種調爐方式必然存在時滯，且難以實現(xiàn)加熱爐在較好的狀態(tài)下穩(wěn)定運行的要求。因為加熱爐作為エ況復雜、參數(shù)多變、運行慣性大、控制滯后的一個系統(tǒng)，其中的許多不穩(wěn)定因素，如空氣、燃料氣壓カ值和燃料發(fā)熱值的頻繁波動，各變量之間相互耦合、相互干擾，雖不占主導地位，但對加熱爐的正常生產(chǎn)不可忽略?，F(xiàn)有控制方法忽略管式加熱爐各輸入變量間的耦合作用，看成若干個單輸入單輸出系統(tǒng)后分別建模后設計串級PID控制器，這種方法由于不考慮耦合等作用，控制精度不高。這樣處理其實是對問題的ー種簡化處理，實際上基于加熱爐多變量建模，是ー個多輸入多輸出的非線性系統(tǒng)。此外，加熱爐運行エ況存在波動狀態(tài)和較穩(wěn)定狀態(tài)，需采取不同的調爐策略，如果用單一的控制方式將不能滿足調節(jié)需求。因此，目前加熱爐在實際操作中，存在的缺乏遠距離在線監(jiān)測、調爐過程比較粗糙及不夠科學的問題，難以實現(xiàn)加熱爐在較好的狀態(tài)下穩(wěn)定運行的要求，沒有真正起到促使加熱爐穩(wěn)定運行的預期效果。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供ー種以實現(xiàn)實時，高效，準確的加熱爐數(shù)據(jù)提取及處理，判斷得出的加熱爐運行穩(wěn)定狀況，從而選擇出正確的調爐策略，給出優(yōu)化調節(jié)建議的加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)。本發(fā)明所采用的技術方案是一種加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)，包括如下步驟(I)數(shù)據(jù)的采集；(2)對采集的數(shù)據(jù)進行處理；(3)設定各參量的基準值；(4)對處理后的數(shù)據(jù)進行判斷，小于基準值的為爐況穩(wěn)定進入步驟(5)，大于基準值的為爐況不穩(wěn)定進入步驟(6)；(5)基于模型的調爐策略，建立模型，根據(jù)模型進行系統(tǒng)控制；(6)基于經(jīng)驗的專家策略，通過檢測輸出值以及相關參數(shù)值，根據(jù)經(jīng)驗調爐方法與調爐相關專家制定出的規(guī)則，最后綜合評定給出調爐建議，進行人エ調爐；(7)執(zhí)行人工調爐。步驟(I)所述的數(shù)據(jù)采集是一部分是提取加熱爐的數(shù)據(jù)，通過OPC技木，對車間中控室的DCS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的訪問，提取包括加熱爐的爐膛溫度、爐管溫度、鼓風機壓力、煙氣擋板的負壓值以及燃油的流量與加熱爐建模和加熱爐熱效率相關的參數(shù)值；另ー部分是通過現(xiàn)場煙氣采集系統(tǒng)對排煙溫度、氧含量、ニ氧化硫含量和一氧化碳含量進行實時采集。步驟(2)所述的進行數(shù)據(jù)處理是對數(shù)據(jù)進行濾波，即，分別取連續(xù)采樣20個數(shù)據(jù)，去掉最大值和最小值，計算余下的18個數(shù)據(jù)的平均值作為新的數(shù)據(jù)來應用；從濾波后的數(shù)據(jù)中取連續(xù)10個數(shù)據(jù)，找出最大值和最小值；計算出最大值與最小值之差。步驟(3)所述的設定各參量的基準值根據(jù)經(jīng)驗設定為氧含量1% ;—氧化碳含量50ppm ; ニ氧化硫含量50ppm ；排煙溫度10° C ;爐膛溫度50° C ;爐管溫度25° C ;負壓5Pa。
步驟(4)所述的對處理后的數(shù)據(jù)進行判斷是將步驟(2)處理后的數(shù)據(jù)與步驟(3)設定的基準值進行比較，得出三組比較結果，若有其中一組大于設定的基準值，則就認為爐況處于非平穩(wěn)狀態(tài)，選擇基于經(jīng)驗的專家策略；若三組結果均小于設定的基準值，則認為爐況穩(wěn)定采用基于模型的調爐決策。步驟(5)所述的基于模型的調爐策略包括如下步驟I)給出設定值，并將設定值與已輸出的人工調節(jié)值進行比對；2)采用廣義預測控制方式給出調爐建議；其中，構建數(shù)學模型如下式Y (t) = f (U (t-d)，t)式中Y(t) = [TjOTjOOjt)]'分別代表加熱爐預熱器后溫度、預熱器前溫度和煙氣氧含量；U(t) = [Ul(t)u2(t)u3(t)]T，分別為鼓風機壓力、燃料流量和煙氣擋板開度；f ( )是反映管式加熱爐輸入向量U(t)和輸出向量Y(t)之間的非線性映射函數(shù)；3)在系統(tǒng)平臺上提出調爐建議，包括鼓風機壓力、燃料流量和煙氣擋板開度等的調節(jié)；4)進行人工調爐5)輸出人工調爐數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)反饋步驟I)。步驟(6)所述的基于經(jīng)驗的專家策略，包括如下步驟I)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)規(guī)則，包括采集氧含量、一氧化碳含量、ニ氧化硫含量和排煙溫度，DCS提取數(shù)據(jù)規(guī)則，包括爐膛溫度、爐管溫度、負壓。2)查詢規(guī)則；3)選擇匹配的規(guī)則；4)進行人工調爐。步驟I)中氧含量規(guī)則是氧含量高于設定的值時，繼續(xù)判斷一氧化碳含量是否高于IOOppm,高于IOOppm則為爐內燃燒不完全，建議清洗燃燒器，調節(jié)燃燒壓カ與空氣充分混合；低于IOOppm則為爐內空氣過多，建議適當減少燃燒空氣用量，在保證完全燃燒的情況下降低氧含量；氧含量低于設定的值時,繼續(xù)判斷一氧化碳含量是否高于IOOppm,高于IOOppm增加燃燒空氣用量，以保證完全燃燒；低于IOOppm則為氧含量過低，易導致火焰火形差，甚至發(fā)生回火、脫火。
步驟I)中二氧化硫含量規(guī)則是ニ氧化硫含量是否小于200ppm,小于200ppm則符合標準規(guī)定,大于200ppm則理論
計算酸露點溫度；將排煙溫度與酸露點溫度進行比較，高于酸露點溫度，屬于正常運行；低于酸露點溫度，建議控制排煙溫度高于露點溫度20-30° C。步驟I)中排煙溫度含量規(guī)則是排煙溫度高于150° C，使排煙損失増大，熱效率降低，建議降低排煙溫度；排煙溫度低于150° C,理論計算酸露點溫度,如果排煙溫度高于酸露點溫度,屬于正常運行,如果排煙溫度低于酸露點溫度，建議控制排煙溫度高于露點溫度20-30° C ；
步驟I)中DCS提取數(shù)據(jù)規(guī)則是I)爐膛溫度焦化加熱爐爐膛溫度要求不超過800°C，如超出規(guī)定要求，顯示報警，建議關注爐膛溫場情況，調節(jié)燃燒狀況；2)爐管溫度焦化爐爐管材質為Cr9Mo,最高使用溫度為650°C,為安全考慮，爐管溫度不超過6500C，如超出規(guī)定要求，顯示報警，給出如下指導建議①數(shù)值如短期超值，建議調節(jié)燃燒狀態(tài)；②數(shù)值如長期超值，且整體爐管偏高，建議注意輻射段流量是否正常；③數(shù)值如長期波動，且個別爐管偏高，建議檢測是否存在結焦或堵塞情況；3)負壓為-20Pa _30Pa，如超出規(guī)定要求，顯示報警，注意調節(jié)。本發(fā)明的加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)，可實現(xiàn)調爐決策指導エ作，解決目前加熱爐存在的缺乏遠距離在線監(jiān)測、調爐過程比較粗糙及不夠科學的問題，進ー步提高加熱爐熱效率，以達到企業(yè)節(jié)能減排目的。本發(fā)明能夠增強加熱爐的魯棒性，保證其全天候安全運行。


圖1是本發(fā)明的整體構成的流程圖；圖2是本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理流程圖；圖3是本發(fā)明的基于模型的調爐策略構成框圖；圖4是本發(fā)明的基于經(jīng)驗的專家策略構成框圖；圖5是氧含量規(guī)則判斷圖；圖6是ニ氧化硫含量規(guī)則判斷圖；圖7是排煙溫度規(guī)則判斷圖。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發(fā)明的做出詳細說明。本發(fā)明的加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)，對加熱爐遠程監(jiān)測系統(tǒng)中所采集的數(shù)據(jù)進行提取及處理，通過對采集數(shù)據(jù)進行分析，來判斷爐況的穩(wěn)定情況，即根據(jù)建立的調爐策略評價機制，從而在基于模型的調爐策略系統(tǒng)和基于經(jīng)驗的專家策略系統(tǒng)二者中，選擇出正確的調爐策略，給出調爐指導。
如圖1所示，本發(fā)明的加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)，具體包括如下步驟
(I)數(shù)據(jù)的采集，
所述的數(shù)據(jù)采集是一部分是提取加熱爐的數(shù)據(jù)，通過OPC技術，對車間中控室的 DCS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的訪問，提取包括加熱爐的爐膛溫度、爐管溫度、鼓風機壓力、煙氣擋板的負壓值以及燃油的流量與加熱爐建模和加熱爐熱效率相關的參數(shù)值；另一部分是通過現(xiàn)場煙氣采集系統(tǒng)對排煙溫度、氧含量、二氧化硫含量和一氧化碳含量這三種數(shù)據(jù)進行實時采集。
(2)判斷路況時對采集數(shù)據(jù)的處理，
所述的進行數(shù)據(jù)處理如圖2所示是對數(shù)據(jù)進行濾波，即，分別取連續(xù)采樣20個數(shù)據(jù)，去掉最大值和最小值，計算余下的18個數(shù)據(jù)的平均值作為新的數(shù)據(jù)來應用；從濾波后的數(shù)據(jù)中取連續(xù)10個數(shù)據(jù)，找出最大值和最小值；計算出最大值與最小值之差。
(3)設定各參量的基準值，
所述的設定各參量的基準值根據(jù)經(jīng)驗設定為
氧含量1% ;—氧化碳含量50ppm ; 二氧化硫含量50ppm ；
排煙溫度10° C ;爐膛溫度50° C ;爐管溫度25° C ;負壓5Pa。如表1:
表I三種數(shù)據(jù)(02，CO, SO2)的基準值
權利要求
1.一種加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)，其特征在于，包括如下步驟 (1)數(shù)據(jù)的采集； (2)對采集的數(shù)據(jù)進行處理； (3)設定各參量的基準值； (4)對處理后的數(shù)據(jù)進行判斷，小于基準值的為爐況穩(wěn)定進入步驟(5)，大于基準值的為爐況不穩(wěn)定進入步驟(6); (5)基于模型的調爐策略，建立模型，根據(jù)模型進行系統(tǒng)控制； (6)基于經(jīng)驗的專家策略，通過檢測輸出值以及相關參數(shù)值，根據(jù)經(jīng)驗調爐方法與調爐相關專家制定出的規(guī)則，最后綜合評定給出調爐建議，進行人工調爐； (7)執(zhí)行人工調爐。
2.根據(jù)權利要求1所述的加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)，其特征在于，步驟(I)所述的數(shù)據(jù)采集是一部分是提取加熱爐的數(shù)據(jù)，通過OPC技術，對車間中控室的DCS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的訪問，提取包括加熱爐的爐膛溫度、爐管溫度、鼓風機壓力、煙氣擋板的負壓值以及燃油的流量與加熱爐建模和加熱爐熱效率相關的參數(shù)值；另一部分是通過現(xiàn)場煙氣采集系統(tǒng)對排煙溫度、氧含量、二氧化硫含量和一氧化碳含量進行實時采集。
3.根據(jù)權利要求1所述的加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)，其特征在于，步驟(2)所述的進行數(shù)據(jù)處理是對數(shù)據(jù)進行濾波，即，分別取連續(xù)采樣20個數(shù)據(jù)，去掉最大值和最小值，計算余下的18個數(shù)據(jù)的平均值作為新的數(shù)據(jù)來應用；從濾波后的數(shù)據(jù)中取連續(xù)10個數(shù)據(jù)，找出最大值和最小值；計算出最大值與最小值之差。
4.根據(jù)權利要求1所述的加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)，其特征在于，步驟(3)所述的設定各參量的基準值根據(jù)經(jīng)驗設定為 氧含量1% ;—氧化碳含量50ppm ; 二氧化硫含量50ppm ； 排煙溫度10° C ;爐膛溫度50° C ;爐管溫度25° C;負壓5Pa。
5.根據(jù)權利要求1所述的加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)，其特征在于，步驟(4)所述的對處理后的數(shù)據(jù)進行判斷是將步驟(2)處理后的數(shù)據(jù)與步驟(3)設定的基準值進行比較，得出三組比較結果，若有其中一組大于設定的基準值，則就認為爐況處于非平穩(wěn)狀態(tài)，選擇基于經(jīng)驗的專家策略；若三組結果均小于設定的基準值，則認為爐況穩(wěn)定采用基于模型的調爐決策。
6.根據(jù)權利要求1所述的加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)，其特征在于，步驟(5)所述的基于模型的調爐策略包括如下步驟 1)給出設定值，并將設定值與已輸出的人工調節(jié)值進行比對； 2)采用廣義預測控制方式給出調爐建議； 其中，構建數(shù)學模型如下式 Y(t) = f (U (t-d), t) 式中Y (t) = [T1 (t) T2 (t) O2⑴]τ，分別代表加熱爐預熱器后溫度、預熱器前溫度和煙氣氧含量；U(t) = [Ul(t)u2(t)u3(t)]T，分別為鼓風機壓力、燃料流量和煙氣擋板開度；f ( ·)是反映管式加熱爐輸入向量U(t)和輸出向量Y(t)之間的非線性映射函數(shù)； 3)在系統(tǒng)平臺上提出調爐建議，包括鼓風機壓力、燃料流量和煙氣擋板開度等的調節(jié)；4)進行人工調爐 5)輸出人工調爐數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)反饋步驟I)。
7.根據(jù)權利要求1所述的加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)，其特征在于，步驟(6)所述的基于經(jīng)驗的專家策略，包括如下步驟 1)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)規(guī)則，包括采集氧含量、一氧化碳含量、二氧化硫含量和排煙溫度，DCS提取數(shù)據(jù)規(guī)則，包括爐膛溫度、爐管溫度、負壓。
2)查詢規(guī)則； 3)選擇匹配的規(guī)則； 4)進行人工調爐。
8.根據(jù)權利要求7所述的加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)，其特征在于，步驟I)中氧含量規(guī)則是 氧含量高于設定的值時，繼續(xù)判斷一氧化碳含量是否高于IOOppm,高于IOOppm則為爐內燃燒不完全，建議清洗燃燒器，調節(jié)燃燒壓力與空氣充分混合；低于IOOppm則為爐內空氣過多，建議適當減少燃燒空氣用量，在保證完全燃燒的情況下降低氧含量； 氧含量低于設定的值時，繼續(xù)判斷一氧化碳含量是否高于IOOppm,高于IOOppm增加燃燒空氣用量，以保證完全燃燒；低于IOOppm則為氧含量過低，易導致火焰火形差，甚至發(fā)生回火、脫火。
9.根據(jù)權利要求7所述的加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)，其特征在于，步驟I)中二氧化硫含量規(guī)則是 二氧化硫含量是否小于200ppm,小于200ppm則符合標準規(guī)定,大于200ppm則理論計算酸露點溫度；將排煙溫度與酸露點溫度進行比較，高于酸露點溫度，屬于正常運行；低于酸露點溫度，建議控制排煙溫度高于露點溫度20-30° C。
10.根據(jù)權利要求7所述的加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)，其特征在于，步驟I)中排煙溫度含量規(guī)則是 排煙溫度高于150° C，使排煙損失增大，熱效率降低，建議降低排煙溫度；排煙溫度低于150° C，理論計算酸露點溫度，如果排煙溫度高于酸露點溫度，屬于正常運行，如果排煙溫度低于酸露點溫度，建議控制排煙溫度高于露點溫度20-30° C ； 步驟I)中DCS提取數(shù)據(jù)規(guī)則是 O爐膛溫度 焦化加熱爐爐膛溫度要求不超過80(TC，如超出規(guī)定要求，顯示報警，建議關注爐膛溫場情況，調節(jié)燃燒狀況； 2)爐管溫度 焦化爐爐管材質為Cr9Mo，最高使用溫度為650°C，為安全考慮，爐管溫度不超過·6500C，如超出規(guī)定要求，顯示報警，給出如下指導建議 ①數(shù)值如短期超值，建議調節(jié)燃燒狀態(tài)； ②數(shù)值如長期超值，且整體爐管偏高，建議注意輻射段流量是否正常； ③數(shù)值如長期波動，且個別爐管偏高，建議檢測是否存在結焦或堵塞情況； 3)負壓為-20Pa _30Pa，如超出規(guī)定要求，顯示報警，注意調節(jié)。
全文摘要
一種加熱爐燃燒狀態(tài)遠程監(jiān)測與調爐決策專家系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)的采集；對采集的數(shù)據(jù)進行處理；設定各參量的基準值；對處理后的數(shù)據(jù)進行判斷，小于基準值的為爐況穩(wěn)定進入基于模型的調爐策略，建立模型，根據(jù)模型進行系統(tǒng)控制；大于基準值的為爐況不穩(wěn)定進入基于經(jīng)驗的專家策略，通過檢測輸出值以及相關參數(shù)值，根據(jù)經(jīng)驗調爐方法與調爐相關專家制定出的規(guī)則，最后綜合評定給出調爐建議，進行人工調爐；執(zhí)行人工調爐。本發(fā)明可實現(xiàn)調爐決策指導工作，解決目前加熱爐存在的缺乏遠距離在線監(jiān)測、調爐過程比較粗糙及不夠科學的問題，進一步提高加熱爐熱效率，以達到企業(yè)節(jié)能減排目的。本發(fā)明能夠增強加熱爐的魯棒性，保證其全天候安全運行。
文檔編號F27D21/00GK103017560SQ20121042094
公開日2013年4月3日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權日2012年10月29日
發(fā)明者李春樹, 孫全勝, 陳在平, 李濤, 王艷麗, 張林浩, 楊佩佩, 高麗巖, 苗家森 申請人:中國石油化工股份有限公司