一种提高余热锅炉废热利用量的控制方法与流程

本发明属于余热锅炉自动控制，尤其涉及一种提高余热锅炉废热利用量的控制方法。

背景技术：

1、余热锅炉是指利用各种工业生产过程中的废气中的余热(也可以成为废热)作为热量把水加热到一定温度或者把水转换成低、中压蒸汽的锅炉。常见的余热锅炉如水泥窑余热锅炉，示意图如图1，该锅炉利用水泥回转窑窑头废热作为热源，把水加热成低压蒸汽和中压蒸汽，供给工厂使用。通常情况下，在工艺余热锅炉设计范围内，余热锅炉获得的废热越多，则生产的蒸汽也会增加。传统的控制采用的是定值控制，主要目的是克服扰动，并且为了稳定和安全生产，经常把余热锅炉的工艺变量如汽包压力和蒸汽压力控制在比较“保守”范围内，不能最大化利用废热，这样造成余热锅炉不能极大化的利用废热，进而导致能量的浪费。

技术实现思路

1、基于上述技术问题，本发明提供了一种提高余热锅炉废热利用率的控制方法，控制方法包含余热锅炉主控制器、废热优化控制器、炉膛温度观测器和混合热控制器，该方法在保证汽包压力和主蒸汽压力稳定的前提下，提高余热锅炉废热回收量，增加余热锅炉的经济效益。

2、为实现上述技术目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一种提高余热锅炉废热利用量的控制方法，包括如下步骤：

4、步骤s01：余热锅炉主控制器选择汽包压力pt01或主蒸汽压力pt02作为被控变量，废热调节阀v1作为控制变量，同时设置被控变量上下限、控制变量上下限和控制变量增量的上下限，利用模型预测控制算法计算出废热调节阀v1的增减值；

5、步骤s02：废热优化控制器根据废热调节阀v1当前开度和冷风调节阀v2当前开度，判断废热剩余量，当汽包压力pt01和主蒸汽压力pt02在被控上下限内，通过极大化废热调节阀v1开度，不断增加废热利用率；

6、步骤s03：炉膛温度观测器根据炉膛温度tt02是否在操作范围内，控制废热调节阀每周期输出增量值outδv1(k)增加步幅；

7、步骤s04：混合热控制器依据主蒸汽压力pt02、主蒸汽流量ft01、窑头温度tt01和炉膛温度tt02，同时控制废热调节阀v1和冷风调节阀v2。

8、进一步地，所述步骤s01中计算出废热调节阀v1的增减值为利用模型预测控制算法计算出废热调节阀v1的增减值δum，控制算法如下：

9、

10、s.t.

11、

12、um(k)＝um(k-1)+δum(k)

13、

14、

15、

16、其中，j表示目标函数，w为设定值向量，为预测值，q为误差权系数矩阵，um为控制输入，δum是控制输入增量，r为控制权系数矩阵，为预测初值，a为动态矩阵，ymin和ymax表示被控变量下限和上限，umin和umax表示控制变量下限和上限，δumin和δumax表示控制变量增量下限和上限。

17、进一步地，所述步骤s02中判断废热剩余量方法如下：

18、(1)废热调节阀v1未全开；

19、(2)冷风调节阀v2开度小于控制上限值；

20、(3)汽包压力pt01值小于被控上限值；

21、(4)主蒸汽流量ft01未到预设目标值；

22、当满足上述条件后，废热优化控制器每隔30分钟，按照下面算法进行输出：

23、inset＝5*(pt01engh-pt01.pv)                         (公式2)

24、

25、其中，inset表示废热调节阀增量目标值，pt01.pv表示汽包压力测量值，pt01engh表示汽包压力被控上限值，outδv1废热调节阀每周期输出增量值，t表示时间常数，k表示当前周期，k-1表示上一周期。

26、进一步地，所述步骤s03具体方法如下：

27、根据炉膛温度tt02的约束上限tt02engh与测量值tt02.pv之差的绝对值为δett02，利用下式计算outδv1(k)最大增加步幅：

28、speed1＝min(δett02/tt02engh,speed1max)                 (公式4)

29、式中，speed1表示outδv1(k)每步输出最大值；speed1max为预设值，speed1最大值为speed1max。

30、进一步地，所述步骤s04具体步骤为：

31、(1)混合热控制器根据余热锅炉主控制器计算的废热调节阀增减值、废热优化控制器计算的废热增加值和炉膛温度观测器计算的废热增加速率，控制废热调节阀v1开度；

32、outv1(k)＝outv1(k-1)+δum+outδv1(k)  (公式5)

33、其中，outv1表示v1每周期输出值，δum为步骤s01计算输出值，outδv1为步骤s02计算输出值，最大值为speed1，k表示当前周期，k-1表示上一周期；

34、(2)冷风阀v2采用单回路pid控制炉膛温度tt02，窑头温度tt01作为前馈，当tt01发生变化时，及时调整冷风阀v2和废热调节阀v1，用于及时克服热源扰动对余热锅炉带来的影响。

35、与现有技术相比，本发明的优点与有益效果如下：

36、(1)余热锅炉主控制器增加了约束，控制器在约束内寻找最优值，使控制更加安全和平稳。

37、(2)当系统平稳后，通过不断极大化废热调节阀开度，使余热锅炉废热回收率大幅提高。

38、本发明提供了一种提高余热锅炉废热利用量的控制方法，该控制方法即可以稳定生产，也可以有效提高余热锅炉废热回收量，使余热锅炉的经济效益进一步提高。在保证汽包压力和主蒸汽压力稳定的前提下，通过提高余热锅炉废热回收量，使余热锅炉“卡边”控制，获得更大的经济效益。

技术特征：

1.一种提高余热锅炉废热利用量的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种提高余热锅炉废热利用量的控制方法，其特征在于，所述步骤s01中计算出废热调节阀v1的增减值为利用模型预测控制算法计算出废热调节阀v1的增减值δum，控制算法如下：

3.根据权利要求1所述的一种提高余热锅炉废热利用量的控制方法，其特征在于，所述步骤s02中判断废热剩余量方法如下：

4.根据权利要求1所述的一种提高余热锅炉废热利用量的控制方法，其特征在于，所述步骤s03具体方法如下：

5.根据权利要求1所述的一种提高余热锅炉废热利用量的控制方法，其特征在于，所述步骤s04具体步骤为：

技术总结一种提高余热锅炉废热利用量的控制方法，属于余热锅炉自动控制技术领域，包括如下步骤：步骤S01：余热锅炉主控制器被控变量上下限、控制变量上下限和控制变量增量的上下限，计算出废热调节阀增减值；步骤S02：废热优化控制器判断废热剩余量，通过极大化废热调节阀开度，增加废热利用率；步骤S03：控制废热调节阀每周期输出增量值OUT<subgt;ΔV1</subgt;(k)增加步幅；步骤S04：混合热控制器控制废热调节阀V1和冷风调节阀V2。通过本发明可以提高余热锅炉废热利用量，使生产过程稳定的前提下，获得更多的回收热，提高经济效益。技术研发人员：苏宝玉,臧春华,孔庆儒,马传山,臧博丰,康硕,陈香归,张帅杰,孟庆鑫受保护的技术使用者：沈阳华控科技发展有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/13