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《华东理工大学》 2011年
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管式加热炉优化控制策略与仿真研究

丁小冬  
【摘要】:管式加热炉是石油炼制、石油化工和化学、化纤工业装置中所使用的具有提供热源的火力加热设备,加热炉内安装有无缝钢管连接而成的管排,被加热物质(仅限于加热气体或液体)在管内流动,被加热到工艺要求的温度。将物料加热到工艺要求温度是加热炉控制系统的基本控制要求,但针对目前存在的能源危机,提高加热炉的热效率,通过加热炉优化控制从而更好地做到节能减排则更具有实际意义。 本文基于加热炉多变量、时变、非线性、强耦合、大惯性特性的考虑,跳出了以完全依赖数学模型为基础的控制框架,结合国内外加热炉的控制方法和控制现状,针对加热炉系统中的控制参数:加热炉物料出口温度、空燃比、炉膛压力分别设计了相应的控制策略。其中,对于物料出口温度,设计了Dahlin-Smith控制方法,该方法在副回路采用Dahlin-Smith预估控制将时滞移出副回路,同时在主回路再次引入Smith预估器来消除主回路纯滞后的影响,从而降低了时滞对控制结果的影响。在炉膛,采用双交叉限幅控制在燃料与空气回路分别设置相应的限幅值,从而保证燃烧处于微过氧状态,确保燃料与空气燃烧的充分性。针对空燃比,设计了比例-模糊-比例积分控制系统,根据偏差值的大小,在不同的阶段分别采用比例控制,模糊控制,比例积分控制方法来控制空燃比,使得空燃比控制具有很好的实时性。对于炉膛压力,针对最大干扰鼓风机鼓入的空气量,将进风量作为炉膛压力控制系统的干扰,设计了针对炉膛压力的前馈-反馈控制系统,这样,就可以利用前馈控制克服可预见的主要扰动,而对于前馈控制不能完全补偿的部分,则由反馈控制来消除。 该控制方案利用Matlab进行了仿真,仿真结果表明,方案安全可靠,控制效果和可行性较好。比较于传统的基于数学模型的加热炉控制策略,在很大程度上解决了加热炉燃烧效率不高,控制响应延迟大的问题。
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP273

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