專利名稱：煤氣化爐的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤氣化爐技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及煤氣化爐的控制方法，特別是一種通過煤氣化爐的仿真模型來控制煤氣化爐的方法，該仿真模型是基于機理建模和基于數(shù)據(jù)的智能辨識相結(jié)合的。
背景技術(shù)：
煤氣化爐也稱水煤漿煤氣化爐，其以水煤漿為原料，氧氣為氣化劑，工作壓力較大，屬于加壓噴流床煤氣化爐。其工作過程水煤漿通過噴嘴被高速、高壓的氧氣流破碎、霧化噴入煤氣化爐。霧狀水煤漿和氧氣在煤氣爐內(nèi)受到耐火襯的高溫輻射作用，經(jīng)過預(yù)熱、水分蒸發(fā)、煤的干餾、揮發(fā)物的裂解燃燒以及碳的氣化等一系列復(fù)雜物理化學(xué)過程，最終生成以氫氣、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫和水蒸氣為主要組分的粗煤氣以及煤渣。粗煤氣進(jìn)入 煤氣冷卻和凈化裝置。煤渣順流而下，離開反應(yīng)區(qū)，進(jìn)入煤氣化爐底部急冷室水浴、淬冷、固化后進(jìn)入渣罐，由排渣系統(tǒng)定時排放。煤氣化爐是將煤轉(zhuǎn)為煤氣的重要設(shè)備，是煤制甲醇、煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等系統(tǒng)的基礎(chǔ)。為確保煤氣化爐系統(tǒng)的正常運行，一方面通過煤氣化的主要工作機理分析煤氣化爐的工作狀態(tài)，另一方面要對操作人員進(jìn)行上崗前培訓(xùn)，使其掌握實際系統(tǒng)的控制流程，避免不必要的事故發(fā)生。但在實際生產(chǎn)中，由于煤氣化爐設(shè)備龐大復(fù)雜，反應(yīng)劇烈、爐內(nèi)溫度高等特點，給實時測量煤氣化爐出口氣體組分含量和測定爐內(nèi)溫度制造了很大困難。因此，亟需一種能夠精確估算煤氣化爐內(nèi)的各項參數(shù)，并根據(jù)該估算結(jié)果來控制煤氣化爐工作狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過建立煤氣化爐的仿真模型，以精確控制煤氣化爐的工作狀態(tài)。( 二 )技術(shù)方案本發(fā)明基于煤氣化生產(chǎn)過程的反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)熱力學(xué)原理，建立煤氣化爐的仿真機理模型，并根據(jù)實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)對模型參數(shù)進(jìn)行智能優(yōu)化辨識，最終將模型用于指導(dǎo)實際系統(tǒng)優(yōu)化，實現(xiàn)系統(tǒng)行為的預(yù)測。具體來說，本發(fā)明提出一種煤氣化爐的控制方法，其包括依次執(zhí)行的如下步驟SI、建立與煤氣化爐相應(yīng)的煤氣化爐仿真模型，該仿真模型包含若干模型參數(shù)；S2、采集煤氣化爐在某段時間內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，所述輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)是指煤氣化爐的輸入、輸出物質(zhì)的成分與含量以及各項工作參數(shù)；S3、根據(jù)所采集的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，計算仿真模型的模型參數(shù)的值；S4、采集煤所化爐的實時輸入數(shù)據(jù)和實時輸出數(shù)據(jù)，通過仿真模型計算模擬輸出數(shù)據(jù)與實時輸出數(shù)據(jù)之間的差值，當(dāng)該差值不在誤差范圍時，返回步驟S2，否則繼續(xù)下一步驟；S5、利用仿真模型計算煤氣化爐內(nèi)在當(dāng)前時刻起的一段時間內(nèi)的工作狀態(tài)參數(shù)，監(jiān)控和調(diào)節(jié)煤氣化爐的工作狀態(tài)。(三)有益效果本發(fā)明根據(jù)基于機理的模型能夠精確地仿真煤氣化爐，并通過該模型預(yù)測煤氣化爐一段時間內(nèi)的工作狀態(tài)，從而能夠高效、實時、精確地調(diào)整和監(jiān)控煤氣化爐。


圖I是煤氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的煤氣化爐的控制方法的流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖I是煤氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，煤氣化爐I包括進(jìn)料口 2和煤氣出口3，水煤漿和氧氣從進(jìn)料口 2進(jìn)入煤氣化爐I后，在一定溫度和壓力下，經(jīng)過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成以C0、C02、H2為主要成分的粗煤氣，并從煤氣出口 3排出。需說明的是，該圖I只是示意性的簡圖，實際的煤氣化爐還包括其它各個工作部件，例如排渣口等，但其皆為本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知，并且不影響本發(fā)明的控制方法，因此在此不加贅述。本發(fā)明的煤氣化爐的控制方法包括依次執(zhí)行的如下步驟SI、建立與煤氣化爐相應(yīng)的煤氣化爐仿真模型，該仿真模型包含若干模型參數(shù)；S2、采集煤氣化爐在某段時間內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，所述輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)是指煤氣化爐的輸入、輸出物質(zhì)的成分與含量以及各項工作參數(shù)；S3、根據(jù)所采集的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，計算仿真模型的模型參數(shù)的值；S4、采集煤所化爐的實時輸入數(shù)據(jù)和實時輸出數(shù)據(jù)，通過仿真模型計算模擬輸出數(shù)據(jù)與實時輸出數(shù)據(jù)之間的差值，當(dāng)該差值不在誤差范圍時，返回步驟S2，否則繼續(xù)下一步驟；S5、利用仿真模型計算煤氣化爐內(nèi)在當(dāng)前時刻起的一段時間內(nèi)的工作狀態(tài)參數(shù)，據(jù)此監(jiān)控和調(diào)節(jié)煤氣化爐的工作狀態(tài)。下面分別介紹上述各個步驟。SI、建立與煤氣化爐相應(yīng)的煤氣化爐仿真模型，該仿真模型包含若干模型參數(shù)。本發(fā)明的煤氣化爐仿真模型是基于機理的建模，就是根據(jù)煤氣化反應(yīng)過程的化學(xué)反應(yīng)方程，按照質(zhì)量平衡、能量平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡，進(jìn)行相應(yīng)的物料衡算，建立煤氣化過程的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)煤氣化過程反應(yīng)動力學(xué)和熱力學(xué)原理，嚴(yán)格遵照質(zhì)量平衡、能量平衡、化學(xué)反應(yīng)平衡，用一組數(shù)學(xué)方程來描述煤氣化爐的狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)建模具體描述如下假定煤的成分是C、H、O、N、S等元素以及灰分和水分，要求計算生成氣中的CO、CO2, CH4, H2, H2O, H2S, N2等的
含量，煤氣總量以及消耗量等。煤氣化過程中，煤氣化爐I的進(jìn)料口 2的進(jìn)料為水煤漿和氧氣，煤氣出口 3輸出粗煤氣。水煤衆(zhòng)和氧氣進(jìn)入煤氣化爐I后，在一定溫度和壓力下，經(jīng)過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成以co、co2、h2為主要成分的粗煤氣。
煤氣化爐模型中主要考慮的化學(xué)反應(yīng)如下(I)部分氧化C+l/202 = CO ΔΗ = -123. I 千焦 / 摩爾(2)過量氧化C0+l/202 = CO2 ΔΗ = -282. 9 千焦 / 摩爾(3)加氫氣化C+2H2 = CH4ΔΗ = -87. 5 千焦 / 摩爾 (4)變換反應(yīng)CCHH2O = C02+H2 ΔΗ = -42. 3 千焦 / 摩爾(5)甲烷化反應(yīng)C0+3H2 = CH4+H20 ΔΗ = -206. O 千焦 / 摩爾I)質(zhì)量衡算根據(jù)煤氣化反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式，依據(jù)質(zhì)量守恒原理，推導(dǎo)反應(yīng)中各化學(xué)元素的質(zhì)量平衡等式，如C、H、O、N、S等元素的摩爾守恒方程式。同時，根據(jù)煤氣化爐的工藝參數(shù)水煤漿流量Cw和濃度(；(或干煤流量Cd和水蒸汽流Wg)、氧氣流量Nqx、氧碳比R。。、爐內(nèi)氣化壓力P等，可以計算出煤氣化爐出口粗煤氣輸出的總摩爾量或質(zhì)量流量，相應(yīng)的計算出生成物的各組分的摩爾量或質(zhì)量，如CO、CO2, CH4, H2, H2O, H2S, N2等的含量。干煤的各個組分的質(zhì)量百分含量表不為Y*，N*為各個輸入組分的摩爾量。ng為粗煤氣13輸出的總摩爾量，η*為生成物的各組分的摩爾量。通過下式將實際系統(tǒng)的工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換為以下模型所需的工藝參數(shù)。Cd = CwCrWg = Cw(I-Cr)Nc = CdYc/12. 011N0i = CdY(J: /32.0 + /(18.016 χ 2)Nllz = ( : Y11:/2.016 + ^,/18.016Nh2 = Nl1i0Α^=( /28.014Ns = CdYs/32. 066根據(jù)質(zhì)量守恒，有如下等式存在Ne ~ nCO + nCO2 + nCB4 + nCOS + nCN0 — nco + 0.5 C02 + ncos + nHiQN0 = 2N0z + 2ΝσχNn = 0.5/7"，+ 0.25/7( .〃，+ 0.5/7//λ + 0.5"〃，。Nh = 2Ν ι/Vv =0.5/7'.:Ns = nH^s + Flccs因此，建模過程中質(zhì)量計算的目的就是計算出上式中的n*，一共8個未知數(shù)，nN2可以直接得到，不包括在內(nèi)。煤氣化爐中煤不可能全部燃燒，會有少許殘?zhí)际Ｓ?。碳的轉(zhuǎn)化率U取決于原料的氧碳比R。。，用以下函數(shù)表示Lg (100-U) = ao+a^^, U = (Nc_nc)/NcX 100其中％和的值是需要計算的參數(shù)(即本發(fā)明的方法中需要確定具體參數(shù)值)。具體計算方法將在下而基于數(shù)據(jù)的智能辨識詳細(xì)介紹。因此，可以由上式計算得到nc。煤氣化爐中H2S和COS變化范圍不大，根據(jù)經(jīng)驗可假設(shè)煤中大部分的S轉(zhuǎn)化為H2S, 其余部分的硫轉(zhuǎn)化為COS。假設(shè)H2S的轉(zhuǎn)化率為as，則nH2S = asXNsncos = (l-as) XNs甲烷化反應(yīng)(5)中生成物中CH4的量可以認(rèn)為與反應(yīng)溫度成反比關(guān)系，nCH4 = a2exp (a3T (t))為了計算nra4，還需要反應(yīng)溫度T(t)，我們可以假定為一個常值，或與出口溫度成比例的一個值。T(t) = T0 (t) Xk其中TJt)為煤氣化爐出口溫度，k是需要計算的參數(shù)，t為反應(yīng)時刻。同樣，k、a2和a3的數(shù)值也是需要計算的參數(shù)。剩余的C，用來和氧氣12燃燒生成CO，如反應(yīng)式(I)所示，則CO的量為Nco — Nc_nc_nCH4若O2過量，則繼續(xù)產(chǎn)生CO2,如反應(yīng)式⑵所示，因此，Nc02 = 2N0_2N⑶假設(shè)煤中的H全部轉(zhuǎn)換為H2和H2S,則生成的H2含量為Nh2 — 2Nh—nH2S—O. 5nCH4上述C0、C02和H2的量指的是前3個化學(xué)反應(yīng)后生成的物質(zhì)的量，我們最后根據(jù)變換反應(yīng)式(4)來確定模型輸出的nH2、n·、nco和ηω2的含量，該化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)換率即平衡常數(shù)K的表達(dá)式如下，K = IilliIiah IncuHu,., = a4 exp(<7, " (/)>上述表達(dá)式中所涉及的參數(shù)a4和a5是需要計算的參數(shù)，另外，變換反應(yīng)強烈的依賴于溫度，變換反應(yīng)的溫度可表示為，t(t) = T0 (t) Xk其中I^t)為煤氣化爐出口溫度，k是需要計算的參數(shù)。令 χ = nH20-NH20,則 nH2 = NH2-x,nC02 = Nc02-X, nco = Nco+x,將此四個等式代入變換反應(yīng)的轉(zhuǎn)換率公式，可以得到關(guān)于χ的一元二次方程，很容易求得兩個解，再根據(jù)約束條件，如χ > O, χ < ΝΗ2, χ < Ncq2,確定出唯一的一個解。2)熱量衡算遵循能量守恒原理，根據(jù)煤氣化過程中各化學(xué)反應(yīng)的吸熱放熱量，計算整個氣化過程中反應(yīng)的熱量平衡。認(rèn)為在煤氣化爐內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)過程產(chǎn)生的熱量I 一方面使物料升溫Qt，另一方面由煤氣化爐本身吸收、或稱為散熱Qd。在煤氣化反應(yīng)中，Qt指為進(jìn)口物料水煤漿和氧氣從入口溫度Ti上升到出口溫度T。所吸收的熱量。則有如下等式Qr = Qt+Qd其中Qr和Qt的表達(dá)式如下Qr = Σ η* Δ H式中η為反應(yīng)物的物質(zhì)的量，Λ H為反應(yīng)的熱焓。Qt = Σ m*Cp* (T0-Ti)式中m為輸入的物料質(zhì)量，Cp為物料的比熱。 Qt指為進(jìn)口物料水煤漿11和氧氣12從入口溫度Ti上升到出口溫度T。所吸收的熱量。散熱Qd所占總熱量的比例可以根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)、通過計算方法得到。3)煤氣化爐溫度動態(tài)變化假設(shè)當(dāng)前的溫度為 ；α)，煤氣化爐溫的下一時刻的溫度為 ；α+ι)，則有ΔΤ = T0 (t+1) -T0 (t) = (Qr-Qt-Qd) /Cf煤氣化爐的熱量衡算采用迭代算法。若上式右端不等于零，則煤氣化爐溫度處于變化更新狀態(tài)，直至溫度變化量為零。S2、采集煤氣化爐在某段時間內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，所述輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)是指煤氣化爐的輸入、輸出物質(zhì)的成分與含量以及各項工作參數(shù)。該步驟采集實際生產(chǎn)現(xiàn)場的煤氣化爐的輸入和輸出數(shù)據(jù)，包括水煤漿、氧氣和粗煤氣，以及煤氣化爐的溫度T和壓力P。利用實際生產(chǎn)現(xiàn)場的流量、溫度、壓力傳感器，采集一段時間內(nèi)的流量、溫度、壓力等數(shù)據(jù)，將采集到的一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端計算機，通過通訊接口將輸入數(shù)據(jù)輸入到模型中，用作模型參數(shù)值的計算。S3、根據(jù)所采集的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，計算仿真模型的模型參數(shù)的值。根據(jù)所采集的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，包括水煤漿，氧氣和粗煤氣的成分與含量，對仿真模型的參數(shù)進(jìn)行計算(或稱辨識)。I)參數(shù)Btl和B1的計算已知R。。根據(jù)式Ig(IOO-U) = %+aA。進(jìn)行計算，％和&1的值可以根據(jù)實際的兩點或多點數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，即通過數(shù)據(jù)回歸方法如最小二乘法等加以推斷。也可以根據(jù)特定參數(shù)經(jīng)驗值加以估算，例如先給定％的值，再根據(jù)實際的一點數(shù)據(jù)計算&1。2)參數(shù)k、a2和a3的計算參數(shù)&2和a3可以從化工熱力學(xué)手冊中查到，也可根據(jù)多個點的式nCH4 =a2exp (a3T (t))、實際的nra4的摩爾量、實際反應(yīng)溫度T⑴得到。根據(jù)實際的兩點或多點數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，即通過數(shù)據(jù)回歸方法如最小二乘法等加以推斷；也可以根據(jù)特定參數(shù)經(jīng)驗值加以估算，例如先給定a2的值，根據(jù)實際的一點數(shù)據(jù)計算a3。根據(jù)當(dāng)前反應(yīng)溫度，k的值可以由當(dāng)前實際煤氣化爐的反應(yīng)溫度與出口溫度的比值得到。為更好的擬合出a2和a3的值，可以采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法進(jìn)行逼近。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造采用最基本的三層前向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。輸入為參數(shù)所在公式中其他已知量，輸出為參數(shù)的近似值。3)參數(shù)a4和a5的計算a4和a5也可以從化工熱力學(xué)手冊中查到，或者參數(shù)a4和a5可根據(jù)多個點的數(shù)據(jù)，以及式K =nn:nr(h進(jìn)行計算，即通過數(shù)據(jù)回歸方法如最小二乘法等加以推斷；也可以根據(jù)特定參數(shù)經(jīng)驗值加以估算，例如先給定a4的值，根據(jù)實際的一點數(shù)據(jù)計算a5。4)水蒸氣比熱的計算由于煤氣化爐I的溫度變化范圍較大，導(dǎo)致水的比熱變化也比較大，故采用了分段擬合的方式，在不同溫度點，給予不同的水的比熱。其中，各特定溫度點的比熱值可以通過化工熱力學(xué)手冊查詢。在各個特定溫度點之間的比熱值，通過下式計算，Cpw = Cpl+ (Cp2-Cpl) / (T2-T1) X (T-T1)式中，Cpw為當(dāng)前時刻溫度T下水蒸氣的比熱，Cpl和Cp2是兩個特定溫度點T1和T2下水蒸氣的比熱。為更好的擬合出水蒸氣的比熱，可以采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法進(jìn)行逼近。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造采用最基本的三層前向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。輸入為參數(shù)所在公式中其他已知量，輸出為參數(shù)的近似值。S4、采集煤所化爐的實時輸入數(shù)據(jù)和實時輸出數(shù)據(jù)，通過仿真模型計算模擬輸出 數(shù)據(jù)與實時輸出數(shù)據(jù)之間的差值，當(dāng)該差值不在誤差范圍時，返回步驟S2，否則繼續(xù)下一步驟。根據(jù)實時輸入數(shù)據(jù)和實時輸出數(shù)據(jù)，計算實際輸出F13與模型輸出F, 13之間的誤差。將采集到的實時輸入數(shù)據(jù)輸入到模型中，得到模型輸出F, 13，計算實際輸出F13與模型輸出P 13之間的誤差。誤差定義為e = IF13-F' 13判斷該誤差是否滿足給定的誤差范圍。若誤差不能滿足給定范圍，則返回到步驟S2，重復(fù)步驟S2、S3和S4，繼續(xù)計算并調(diào)整模型參數(shù)，直至所述誤差滿足給定的誤差范圍。S5、根據(jù)實時輸入數(shù)據(jù)，利用仿真模型計算煤氣化爐內(nèi)在當(dāng)前時刻起的一段時間內(nèi)的工作狀態(tài)參數(shù)，據(jù)此監(jiān)控和調(diào)節(jié)煤氣化爐的工作狀態(tài)。當(dāng)計算得到了煤氣化爐的模型參數(shù)時，煤氣化爐的模型得以建立，該模型能夠精確地模擬煤氣化爐的實時工作狀態(tài)，由此，可以根據(jù)該模型對實際的煤氣化爐進(jìn)行實時監(jiān)控和工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)。例如，當(dāng)該模型根據(jù)實時輸入的數(shù)據(jù)計算該時刻起10分鐘內(nèi)煤氣化爐的工作狀態(tài)，對可能出現(xiàn)的異常情況作出預(yù)測，由此對實際的煤氣化爐的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，起到優(yōu)化煤氣化爐工作狀態(tài)的作用。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種煤氣化爐的控制方法，其特征在于，包括依次執(zhí)行的如下步驟 51、建立與煤氣化爐相應(yīng)的煤氣化爐仿真模型，該仿真模型包含若干模型參數(shù)； 52、采集煤氣化爐在某段時間內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，所述輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)是指煤氣化爐的輸入、輸出物質(zhì)的成分與含量以及各項工作參數(shù)； 53、根據(jù)所采集的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，計算仿真模型的模型參數(shù)的值； 54、采集煤所化爐的實時輸入數(shù)據(jù)和實時輸出數(shù)據(jù)，通過仿真模型計算模擬輸出數(shù)據(jù)與實時輸出數(shù)據(jù)之間的差值，當(dāng)該差值不在誤差范圍時，返回步驟S2，否則繼續(xù)下一步驟； 55、利用仿真模型計算煤氣化爐內(nèi)在當(dāng)前時刻起的一段時間內(nèi)的工作狀態(tài)參數(shù)，監(jiān)控和調(diào)節(jié)煤氣化爐的工作狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求I所述的煤氣化爐的控制方法，其特征在于，在步驟SI中建立的煤氣化爐的仿真模型為原料為水煤漿，水煤漿由干煤和水組成，原料的成分包括元素C、H、O、N、S、灰分和水；生成物為粗煤氣，其中包含CO、CO2, CH4, H2, H2O, H2S, N2 ;煤氣化爐內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為 C+l/202 = CO、⑶+1/202 = C02、C+2H2 = CH4、CCHH2O = C02+H2、C0+3H2 = CH4+H20 ；元素碳的轉(zhuǎn)化率為 U，U 滿足 Ig(IOO-U) = a0+aiRoc, U = (Nc-nc)/NcX 100，其中 a0 和 B1 是未知的參數(shù)，R。。是原料的氧碳比，Nc和nc分別為原料的干煤中元素C的摩爾量和生成物中C的摩爾量；原料中的大部分S轉(zhuǎn)化為H2S,其余部分S轉(zhuǎn)化為C0S，且H2S的轉(zhuǎn)化率為as ;生成物中CH4的摩爾量與反應(yīng)溫度成反比關(guān)系，即Iiai4 = a2exp(a3T(t)),其中T (t)=T0(t) Xk, T(t)為反應(yīng)溫度，t為反應(yīng)時刻，T0(t)為煤氣化爐的出口溫度，k、a2和a3為未知的參數(shù)；原料中干煤的H全部轉(zhuǎn)換為H2和H2S ;反應(yīng)CCHH2O = C02+H2的平衡常數(shù)為K，K = 丨= a4 exP(A "T(O)，其中 a4 和 a5 是未知的參數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的煤氣化爐的控制方法，其特征在于，在步驟S3中，所采集的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)為 輸入數(shù)據(jù)水煤漿的流量Cw和濃度Cr，或者干煤的流量Cd和水蒸汽流Wg ;氧氣流量Nqx ；爐內(nèi)氣化壓力P ; 輸出數(shù)據(jù)生成物中粗煤氣輸出的總摩爾量ng，生成物中各組分的摩爾量。
4.如權(quán)利要求3所述的煤氣化爐的控制方法，其特征在于，在步驟S3中，模型參數(shù)CO、CO2, H2, H2O, H2S, N2等的含量的計算方法如下 Nco — Nc_nc-nCH4 NCo2 = 2N0_2NC0 Nh2 — 2NH-nH2S-0. 5nCH4 nH2S = aS X Nsncos = (l-as) XNs, 其中N*為各個輸入組分的摩爾量，*表示成分；ng為粗煤氣輸出的總摩爾量，n*為生成物的各組分的摩爾量。
5.如權(quán)利要求3所述的煤氣化爐的控制方法，其特征在于，在步驟S3中，參數(shù)的計算方法為根據(jù)式Ig(IOO-U) = a0+aiRoc并根據(jù)實際的兩點或多點數(shù)據(jù)進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求3所述的煤氣化爐的控制方法，其特征在于，在步驟S3中，參數(shù)k的值由當(dāng)前煤氣化爐的反應(yīng)溫度與出口溫度的比值得到。
7.如權(quán)利要求3所述的煤氣化爐的控制方法，其特征在于，在步驟S3中，參數(shù)a2和a3的值根據(jù)式Iiai4 = a2exp (a3T (t))、實際的Iiai4的摩爾量、實際反應(yīng)溫度T (t)得到。
8.如權(quán)利要求3所述的煤氣化爐的控制方法，其特征在于，在步驟S3中，參數(shù)a4和a5根據(jù)多個點的數(shù)據(jù)，以及式[=nH2rjCo2 'nCOnHzO = 4exp(a5 /F(O)進(jìn)行計算。
9.如權(quán)利要求3所述的煤氣化爐的控制方法，其特征在于，在步驟S3中，模型參數(shù)中水蒸氣比熱的計算方法如下 在各個特定溫度點之間的比熱值，通過下式計算 Cpw = WplV(T2-T1)X(T-T1)0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤氣化爐的控制方法，該方法包括依次執(zhí)行的如下步驟S1、建立與煤氣化爐相應(yīng)的煤氣化爐仿真模型，該仿真模型包含若干模型參數(shù)；S2、采集煤氣化爐在某段時間內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，所述輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)是指煤氣化爐的輸入、輸出物質(zhì)的成分與含量以及各項工作參數(shù)；S3、根據(jù)所采集的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，計算仿真模型的模型參數(shù)的值；S4、采集煤所化爐的實時輸入數(shù)據(jù)和實時輸出數(shù)據(jù)，通過仿真模型計算模擬輸出數(shù)據(jù)與實時輸出數(shù)據(jù)之間的差值，當(dāng)該差值不在誤差范圍時，返回步驟S2，否則繼續(xù)下一步驟；S5、利用仿真模型計算煤氣化爐內(nèi)在當(dāng)前時刻起的一段時間內(nèi)的工作狀態(tài)參數(shù)，據(jù)此監(jiān)控和調(diào)節(jié)煤氣化爐的工作狀態(tài)。本發(fā)明能夠高效、實時、精確地調(diào)整和監(jiān)控煤氣化爐。
文檔編號C10J3/48GK102799748SQ20121029138
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者趙冬斌, 王濱, 劉德榮, 魏慶來, 朱圓恒, 蘇永生 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所