專(zhuān)利名稱(chēng)：一種回轉(zhuǎn)窯風(fēng)量?jī)?yōu)化控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及回轉(zhuǎn)窯控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種回轉(zhuǎn)窯風(fēng)量?jī)?yōu)化控制方法。
背景技術(shù)：
回轉(zhuǎn)窯在冶金、水泥等行業(yè)是一種重要的生產(chǎn)裝置，回轉(zhuǎn)窯工藝裝置通常包括多級(jí)旋風(fēng) 預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯及冷卻機(jī)等設(shè)備，回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)裝置生產(chǎn)性指標(biāo)包括產(chǎn)品質(zhì)量、裝置產(chǎn)能、產(chǎn)品能耗以及安全穩(wěn)定性等，因?yàn)楣に囘^(guò)程涉及氣固二相流及復(fù)雜的反應(yīng)，過(guò)程滯后大，參數(shù)間關(guān)聯(lián)耦合嚴(yán)重，對(duì)操作調(diào)整有很高的要求，一直是行業(yè)過(guò)程控制應(yīng)用研究的難題。對(duì)于回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)裝置操作，一般基于如下考慮，即燃料取決于料，風(fēng)量取決于燃料，窯速取決于窯內(nèi)物料的煅燒情況，這是回轉(zhuǎn)窯煅燒的基本工藝規(guī)律。而要設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn)工藝操作的要求，滿足裝置的生產(chǎn)性指標(biāo)要求，即需要實(shí)現(xiàn)風(fēng)量、燃料、料、窯速的最佳配合，使得燒成系統(tǒng)的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)穩(wěn)定在一個(gè)平衡范圍內(nèi)，另外還要求風(fēng)量、燃料、料配合的效果好，物料分散、懸浮狀態(tài)好。煤粉燃燒完全是保證回轉(zhuǎn)窯優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、運(yùn)轉(zhuǎn)正常的關(guān)鍵，其中風(fēng)量控制在很大程度上決定于操作質(zhì)量，系統(tǒng)用風(fēng)量不僅要為燃料充分燃燒提供足夠的氧氣，還需要滿足物料在預(yù)熱器系統(tǒng)中懸浮所必須的風(fēng)量、風(fēng)速，因此，高質(zhì)量的風(fēng)量控制是提高燃燒效率和預(yù)熱器換熱效率，降低能耗的手段。發(fā)明專(zhuān)利“氧化鋁熟料燒結(jié)回轉(zhuǎn)窯智能控制方法(03157318.5)”，采用智能預(yù)測(cè)、協(xié)調(diào)、自適應(yīng)、多目標(biāo)決策、多模態(tài)控制技術(shù)解決回轉(zhuǎn)窯過(guò)程控制問(wèn)題，其實(shí)質(zhì)是總結(jié)人工的操作經(jīng)驗(yàn)，按照規(guī)則實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯的專(zhuān)家控制；內(nèi)蒙古石油化工2009年19期P87-89，梅峰發(fā)表的“水泥窯專(zhuān)家控制軟件縱覽”文章介紹了多個(gè)國(guó)外水泥專(zhuān)家控制軟件，核心技術(shù)原理包括模糊控制技術(shù)、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)等。現(xiàn)有技術(shù)中主要包括不依賴(lài)數(shù)學(xué)模型的模糊控制等專(zhuān)家控制技術(shù)、依賴(lài)數(shù)學(xué)模型的模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。專(zhuān)家控制技術(shù)因無(wú)法精確描述變量間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，控制精度比較差，同時(shí)，所依據(jù)的規(guī)則是針對(duì)特定工況建立的，難以覆蓋全工況范圍的控制問(wèn)題；基于模型的控制技術(shù)存在建模耗時(shí)長(zhǎng)，建模困難，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控儀表的精度要求高，針對(duì)過(guò)程的時(shí)變特性難以適應(yīng)等缺點(diǎn)。綜上所述，現(xiàn)有的技術(shù)仍舊存在一定的局限性和缺陷，因此發(fā)明本方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是:發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯風(fēng)量?jī)?yōu)化控制方法，解決回轉(zhuǎn)窯溫度場(chǎng)分布不合理造成的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，解決因風(fēng)量不合理造成的燃料燃燒不充分及預(yù)熱器中生料流動(dòng)異常和預(yù)熱器熱效率低下的問(wèn)題，總體達(dá)到降低燃料消耗，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的目的。一種回轉(zhuǎn)窯風(fēng)量?jī)?yōu)化控制方法，設(shè)有窯尾溫度控制器、窯頭窯尾溫差控制器、燃料流量設(shè)定器、燃料流量控制器、風(fēng)量設(shè)定器、風(fēng)量?jī)?yōu)化控制器、選擇器A、選擇器B、風(fēng)量控制器、燃料流量測(cè)量及執(zhí)行器、風(fēng)量測(cè)量及執(zhí)行器、生料流量測(cè)量變送器、窯頭溫度測(cè)量變送器、窯尾溫度測(cè)量變送器、預(yù)熱器差壓測(cè)量變送器等現(xiàn)場(chǎng)儀表。生料流量作為燃料流量設(shè)定器的一個(gè)輸入，燃料流量設(shè)定器輸出是燃料流量設(shè)定值，設(shè)定曲線按設(shè)計(jì)資料或運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定，燃料流量設(shè)定器的輸出與窯尾溫度控制器、窯頭窯尾溫差控制器的輸出之和作為燃料流量控制器的設(shè)定值，各控制器采用PID算法，實(shí)現(xiàn)燃料流量的閉環(huán)控制。燃料流量作為風(fēng)量設(shè)定器的一個(gè)輸入，風(fēng)量設(shè)定器輸出是風(fēng)量設(shè)定值，設(shè)定曲線按設(shè)計(jì)資料或運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定，風(fēng)量設(shè)定器的輸出與風(fēng)量?jī)?yōu)化控制器的輸出之和經(jīng)過(guò)預(yù)熱器差壓上限、下限限幅輸出至風(fēng)量控制器，作為風(fēng)量控制器的設(shè)定值，風(fēng)量控制器采用PID算法，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的閉環(huán)控制。風(fēng)量設(shè)定器的輸出與風(fēng)量?jī)?yōu)化控制器的輸出之和作為選擇器A的輸入1，實(shí)際風(fēng)量作為選擇器A的輸入2，選擇器A同時(shí)接受預(yù)熱器差壓上限超限開(kāi)關(guān)信號(hào)，當(dāng)差壓超上限時(shí)，選擇器A輸出為選擇器A的輸入2，否則輸出選擇器A的輸入I ;選擇器A的輸出作為選擇器B的輸入1，實(shí)際風(fēng)量作為選擇器B的輸入2，選擇器B同時(shí)接受預(yù)熱器差壓下限超限開(kāi)關(guān)信號(hào)，當(dāng)差壓小于下限時(shí)，選擇器B的輸出為選擇器B的輸入2，否則輸出選擇器B的輸入I ;選擇器B輸出作為風(fēng)量控制器的設(shè)定值。風(fēng)量?jī)?yōu)化控制器采用反饋法自尋優(yōu)算法，優(yōu)化目標(biāo)值為單位生料所消耗的燃料量，約束條件為預(yù)熱器差壓上、下限，風(fēng)量作為優(yōu)化變量，通過(guò)增加或減少風(fēng)量，待系統(tǒng)響應(yīng)后，比較前后工況下優(yōu)化目標(biāo)值的變化，如果優(yōu)化目標(biāo)值變小且顯著，說(shuō)明這種調(diào)整節(jié)省燃料、是有益的，繼續(xù)按當(dāng)前的方向調(diào)整風(fēng)量；如果優(yōu)化目標(biāo)值增加且顯著，則按當(dāng)前風(fēng)量調(diào)整方向的反方向調(diào)整風(fēng)量；當(dāng)優(yōu)化目標(biāo)值變化不再明顯時(shí)，則停止調(diào)整風(fēng)量，視當(dāng)前實(shí)際的風(fēng)量為最佳風(fēng)量，尋優(yōu)過(guò)程結(jié)束，而在尋優(yōu)過(guò)程中一旦預(yù)熱器差壓上、下限超限，則立即停止尋優(yōu)。本發(fā)明有益 之處在于:燃料流量設(shè)定器以代表負(fù)荷的生料流量為輸入，給出一個(gè)燃料流量設(shè)定值，作為燃料流量粗調(diào)量，使得燃料量能夠及時(shí)跟隨負(fù)荷的變化；窯尾溫度控制器、窯頭窯尾溫差控制器對(duì)燃料流量進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，有助于在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)建立一個(gè)合理的溫度梯度，是保證產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要手段；風(fēng)量設(shè)定器以代表燃料流量為輸入，給出一個(gè)風(fēng)量設(shè)定值，作為風(fēng)量粗調(diào)量，使得風(fēng)量能夠及時(shí)跟隨燃料量的變化；風(fēng)量?jī)?yōu)化控制器用于尋找與當(dāng)前燃料量、生料量相匹配的最佳風(fēng)量實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，并能同時(shí)兼顧預(yù)熱器系統(tǒng)對(duì)風(fēng)量的要求，既滿足生料物料流動(dòng)順暢，還能保證回轉(zhuǎn)窯和預(yù)熱器的熱效率，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯裝置的節(jié)能控制；風(fēng)量?jī)?yōu)化控制器所采用自尋優(yōu)算法屬于反饋法優(yōu)化算法，不依賴(lài)數(shù)學(xué)模型，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量?jī)x表性能(如精度、漂移等)要求低，只要測(cè)量?jī)x表能夠反映工況變化的趨勢(shì)即可。


附圖為回轉(zhuǎn)窯風(fēng)量?jī)?yōu)化控制方法框圖。
具體實(shí)施例方式生料流量Fl作為燃料流量設(shè)定器的輸入，設(shè)定器輸出是輸入變量Fl的函數(shù)，該函數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)資料或運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)置；T2SP、T2分別是窯尾溫度控制器的設(shè)定值和測(cè)量值，Δ Τ12是窯頭溫度與窯尾溫度的差，Δ T12SP、A T12分別是窯頭與窯尾溫差控制器的設(shè)定值和測(cè)量值，燃料流量設(shè)定器的輸出與窯尾溫度控制器輸出、窯頭窯尾溫差控制器輸出三者之和作為燃料流量控制器的設(shè)定值，燃料流量F2作為燃料流量控制器的測(cè)量值，各控制器采用PID控制算法，實(shí)現(xiàn)燃料流量的閉環(huán)控制；其中窯尾溫度控制器比例P取值范圍80 120，積分時(shí)間I取值范圍200 300，微分D取值范圍10 20 ;窯頭窯尾溫差控制器比例P取值范圍150 200，積分時(shí)間I取值范圍c ，微分D取值范圍30 50 ;燃料流量控制器比例P取值范圍60 90，積分時(shí)間I取值范圍30 50。Δ PHS, APLS分別是預(yù)熱器差壓上、下限超限開(kāi)關(guān)量信號(hào)，是預(yù)熱器差壓信號(hào)Λ P經(jīng)過(guò)與人工設(shè)定的差壓上、下限設(shè)定值比較得到的變量。燃料流量F2作為風(fēng)量設(shè)定器的輸入，設(shè)定器輸出是輸入變量F2的函數(shù)，該函數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)資料或運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)置；該設(shè)定器的輸出與風(fēng)量?jī)?yōu)化控制器的輸出之和F3S作為選擇器A的輸入1，實(shí)際風(fēng)量F3作為選擇器A的輸入2，選擇器A同時(shí)接受預(yù)熱器差壓上限超限開(kāi)關(guān)信號(hào)Λ PHS,當(dāng)差壓超上限時(shí)，選擇器A輸出為輸出選擇器A的輸入2信號(hào)風(fēng)量F3，否則輸出選擇器A的輸入I信號(hào)F3S ;選擇器A的輸出作為選擇器B的輸入I，實(shí)際風(fēng)量F3作為選擇器B的輸入2，選擇器B同時(shí)接受預(yù)熱器差壓下限超限開(kāi)關(guān)信號(hào)Λ PLS,當(dāng)差壓小于下限時(shí)，選擇器B的輸出為選擇器B的輸入2信號(hào)風(fēng)量F3，否則輸出選擇器B的輸入I ;選擇器B輸出作為風(fēng)量控制器的設(shè)定值，風(fēng)量控制器采用PI控制算法，比例P取值范圍70 80，積分時(shí)間I取值范圍20 30，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的閉環(huán)控制。風(fēng)量?jī)?yōu)化控制器采用自尋優(yōu)算法，具體算法可參閱華羅庚的優(yōu)選法等相關(guān)文獻(xiàn)，按其使用特點(diǎn)屬于反饋法優(yōu)化算法；優(yōu)化目標(biāo)值計(jì)算為
R (k)J (h — I) - Jfk)
J的=-^TTT，令^(幻= J ，設(shè)定優(yōu)化判據(jù)閾值 取值范圍為0.2% 0.5%，同 fyMJ(Ar-1)
時(shí)約束條件為預(yù)熱器差壓·調(diào)整風(fēng)量，表明當(dāng)前實(shí)際風(fēng)量為最佳風(fēng)量，尋優(yōu)過(guò)程結(jié)束，而在尋優(yōu)過(guò)程中一旦預(yù)熱器差壓上、下限超限，則立即停止尋優(yōu)。
權(quán)利要求
1.一種回轉(zhuǎn)窯風(fēng)量?jī)?yōu)化控制方法，設(shè)有窯尾溫度控制器、窯頭窯尾溫差控制器、燃料流量設(shè)定器、燃料流量控制器、風(fēng)量設(shè)定器、風(fēng)量?jī)?yōu)化控制器、選擇器A、選擇器B、風(fēng)量控制器、燃料流量測(cè)量及執(zhí)行器、風(fēng)量測(cè)量及執(zhí)行器、生料流量測(cè)量變送器、窯頭溫度測(cè)量變送器、窯尾溫度測(cè)量變送器、預(yù)熱器差壓測(cè)量變送器等現(xiàn)場(chǎng)儀表，其特征在于:生料流量作為燃料流量設(shè)定器的一個(gè)輸入，設(shè)定器輸出是燃料流量設(shè)定值，設(shè)定曲線按設(shè)計(jì)資料或運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定，該設(shè)定器的輸出與窯尾溫度控制器、窯頭窯尾溫差控制器的輸出之和作為燃料流量控制器的設(shè)定值，各控制器采用PID算法或其它控制算法，實(shí)現(xiàn)燃料流量的閉環(huán)控制；燃料流量作為風(fēng)量設(shè)定器的一個(gè)輸入，風(fēng)量設(shè)定器輸出是風(fēng)量設(shè)定值，設(shè)定曲線按設(shè)計(jì)資料或運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定，風(fēng)量設(shè)定器的輸出經(jīng)過(guò)預(yù)熱器差壓上限、下限限幅輸出至風(fēng)量控制器，作為風(fēng)量控制器的設(shè)定值，風(fēng)量控制器采用PID算法，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的閉環(huán)控制；風(fēng)量設(shè)定器的輸出作為選擇器A的輸入1，實(shí)際風(fēng)量作為選擇器A的輸入2，選擇器A同時(shí)接受預(yù)熱器差壓上限超限開(kāi)關(guān)信號(hào)，當(dāng)差壓超上限時(shí)，選擇器A輸出為選擇器A的輸入2，否則輸出選擇器A的輸入I ;選擇器A的輸出作為選擇器B的輸入1，實(shí)際風(fēng)量作為選擇器B的輸入2，選擇器B同時(shí)接受預(yù)熱器差壓下限超限開(kāi)關(guān)信號(hào)，當(dāng)差壓小于下限時(shí)，選擇器B的輸出為選擇器B的輸入2，否則輸出選擇器B的輸入I ;選擇器B輸出作為風(fēng)量控制器的設(shè)定值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)量?jī)?yōu)化控制方法，其特征在于:風(fēng)量?jī)?yōu)化控制器采用反饋法自尋優(yōu)算法，優(yōu)化目標(biāo)值為單位生料所消耗的燃料量，約束條件為預(yù)熱器差壓上、下限，風(fēng)量作為優(yōu)化變量，通過(guò)增加或減少風(fēng)量，待系統(tǒng)響應(yīng)后，比較前后工況下優(yōu)化目標(biāo)值的變化，尋找最佳風(fēng)量，尋優(yōu)過(guò)程中一旦預(yù)熱器差壓上、下限超限，則立即停止尋優(yōu)。
全文摘要
一種回轉(zhuǎn)窯風(fēng)量?jī)?yōu)化控制方法，根據(jù)負(fù)荷生料流量、窯尾溫度及窯頭窯尾溫差對(duì)燃料流量進(jìn)行閉環(huán)控制，根據(jù)燃料流量和反饋法自尋優(yōu)算法尋找最佳風(fēng)量，并實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量進(jìn)行閉環(huán)控制。本發(fā)明能夠有效解決回轉(zhuǎn)窯溫度場(chǎng)分布不合理造成的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，能夠有效解決因風(fēng)量不合理造成的燃料燃燒不充分及預(yù)熱器中生料流動(dòng)異常和預(yù)熱器熱效率低下的問(wèn)題，達(dá)到降低燃料消耗，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
文檔編號(hào)F27B7/42GK103234347SQ20131017465
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月13日
發(fā)明者于現(xiàn)軍, 董旭輝 申請(qǐng)人:北京和隆優(yōu)化科技股份有限公司