基于双闭环的生物质气化炉控制初探

2015年第4期Science and Technology & Inovation|科技与创新文章编号: 2095 - 6835 (2015 ) 04- 0009- 02基于双闭环的生物质气化炉控制初探方黎明12,肖晓明'( 1.中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙410083 ; 2.南车株洲电力机车有限公司,湖南株洲412001 )摘要:生物质气化过程具 有非线性、不稳定性和负荷干扰等特点,现提出了 一种双闭环控制方法 ,它主要 是通过变论域和模糊控制算法控制气化炉的一次风量,从而达到降低可燃气体含氧量、维持气化炉温度稳定性的目的。通过仿真和现场运行结果来证明该技术的有效性。关键词:生物质气化炉;双闭环;变论域;模糊控制中图分类号: TK61文献标识码: ADOI: 10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.009随着各行各业的快速发展,对能源的需求量也在大幅提升的稳定性造成了一定的影响 , 所以,必须要使用先进的控制算法但是,石油燃料的大量开采、使用,使得生态环境污染状况加剧,提高气化炉的控制效果。本文以下流式固定床气化炉为研究主石化燃料资源紧张与经济发展之间的矛盾越来越激烈。由于生物体，以秸秆作为主要原料,根据干燥、热解、氧化和还原的流程质能源具有可再生、清洁、无污染的特征, 并且能源丰富, 所以,来进行气化反应。经过研究发现,当炉内温度为300 °C、 含氧对它的研究和利用逐渐受到"了社会各界的关注。从整体利用情况量<1%时,其转换效率和气体的质量较高。来看,生物质气化能够带来- 定的经济效益和环境效益,但是,1工艺分析其生产存在着许多不确定因素, 例如,气化炉温度波动大、不稳生物质气化的具体过程是,生物质原料(比如锯末、麦秸、定性较强且负荷干扰等,所以,无法使用数学模型准确表达。这稻草等)经过压制或破碎加工处理后,在缺氧的情况下, 将其送样,不但会影响控制效果, 还限制了生物质能的广泛应用。目前,入气化炉内气化裂解,从而获得净化的可燃气体。生物质气化的我国生物质气化炉控制的研究尚处于起步阶段，气化炉仍以手工原理是在一定热力学条件下,利用空气和水蒸气使生物质的高聚调节为主,这就对保持生物质气化炉内温度波动和气化产物成分物发生热解氧化、还原和重整反应,最终生成小分子碳氢化合腐蚀5周期带锈试样交流阻抗谱的奈奎斯特图在高频段同样出所示。由图7可知,拟合曲线与实测结果之间的偏差很小。这现了压缩容抗弧,但是，在复平面阻抗谱的低频区出现了1个表明,该等效电路模型可以很好地描述带锈实验钢在质量分数扩散尾,表现出了明显的扩散控制特征。同样,将奈奎斯特图为0.052%的NaHSO3溶液内的电化学行为。高频段容抗弧延长,让它与阻抗实轴相交,就可得出溶液电阻+锈层电阻( Rs+Rt )的大小。由于溶液电阻Rs是相同的,所以,实验钢锈层电阻大小为: C2钢> 09CuPCrNi>C1钢。.实迎曲战CPEI2报合曲线1图6腐蚀5周期的阻抗谱拟合图7实验钢腐蚀5周期后电极反应4002040290480500520540 工T。Tat/nt过程等效电路拟合曲线(a)奈奎斯特图(b)波特图论图5实验钢腐蚀 5周期后交流阻抗谱通过对3种实验钢交流阻抗谱的测定,从中可以看出,无在评定腐蚀产物层的性能时,波特图比奈奎斯特图更准确,论是裸样还是带锈层试样,C2钢的阻抗均高于其他2种实验钢。所以,本文同时给出了波特图和奈奎斯特图。从2种图形中都这说明, C2钢耐工业大气腐蚀的能力最强,同时,也充分证明可以看出,模拟工业大气腐蚀5周期以后, C2钢的锈层电阻最了在基体组织相同(CI钢与C2钢)的情况下,添加Cu、P等大,锈层电阻越大,其对基体的保护能力就越强。因为C2钢元素可以提高C2钢的耐蚀能力;在添加Cu、P等合金元素锈层的电阻最大,所以, C2钢锈层对基体的保护能力最强。( 09CuPCrNi钢和C2钢)的情况下,贝氏体组织表现出了更好实验钢模拟工业大气腐蚀5周期的等效电路如图6所示的耐蚀性。其中,Rs是溶液电阻;Rt是锈层电阻;Rp是基体金属溶解反参考文献应电荷传递电阻;C1是锈层跟电解液构成的双电层电容;CPE1[ 1 ]曹楚南腐蚀电化学原理[ M ].北京:化学工业出版社,2004.是基体金属和渗入锈层内的电解液所构成的双电层电容;Zw是[2]王树涛,杨善武,高克玮,等.低合金耐候钢在含氯离子环与扩散有关的浓差极化阻抗。采用此电路拟合的电化学参数拟境中的耐腐蚀性能[J] .材料热处理学报, 2008 (04) .合实验钢模拟工业大气腐蚀5周期的阻抗谱,拟合曲线如图7[编辑:白洁]Bainite Weathering Steel Industrial Atmospheric CorrosionSimulation of AC Impedance Spectroscopy AnalysisS hao ChangjingAbstract: This paper mainly described the experiment purpose, experiment method and中国煤化工eific content, putforward methods to improve bainite weathering steel corrosion resistance effect and the speaidgment.Key words: bainite weathering steel; corrosion resistance; electrochemical impedance specMHCNMHG●9科技与创新| science and Technology & Inovation2015年第4期物，以获得含H2、CO、CH4 等可燃性气体。根据实践分析可知，以此来有效地应对系统运行过程中出现的异常情况,提高系统影响生物质气炉内温度的主要因素有生物质热值、生物质给料量的环境适应力。本文在进行模糊算法时,采用了梯形隶属度函和一次风量,这些因素会对准确测算生物质的热值变化情况产生数,根据检测环境的差异选择不同的适应度函数,再根据变异不利的影响。因此,本文提出了-种基于双闭环的生物质气化炉搜索获得最优的模糊算法结构。在确定算法适应度时,必须要控制系统,它的外环选用模糊遗传控制器,内环选用免疫PID控考虑生物质气化炉温度控制系统设定的准确性和模糊推理系统制器,其设计原理是利用双闭环来控制生物质燃料和风量,从而的合理性,因而算法的适应度分为温度控制准确性指标和模糊使得炉内的温度处于稳定的状态,降低可燃气体的含氧量。隶属度函数解释性指标。2系 统硬件配置3.2 免疫PID控制器LAN由于给料量对生物质气化炉的压差有-定的干扰作用,并且生物质气化对参数精度也有较高的要求,所以,生物质气化炉的内环-般选用精度较高的免疫PID控制器。在使用生物质服务器工作站气化炉双闭环控制系统前,一般会通过PID达到控制的目的。冗余控制网通常情况下,根据相关经验将气化炉内干燥层温度调节到标准设定值土75。C的范围内,调节时间不得少于1 min。控制器4应用情况与结论在生物质气化炉中,现场操作级控制设备选用美国的二合SLCS/OS程序设计及上位机人机画面设计则采用ROCKWELL兀余控制网公司的组态软件来实现。该软件基于混合粒子群算法的数据历图1 系统硬件配置图在生物质气化炉中，-般是通过调节风量来控制气化炉内史模糊控制算法,采用VC+ +编制,然后通过OPC通信与下的含氧量,但是,考虑到气化温度控制系统具有非线性、滞后位机相连,从而实现数据的采集、处理和操控。本文是在生物的弊端,所以,在实际应用过程中, -般采用模糊控制器来控质气化炉能够实现自我调节,氧化反应能够正常进行的情况下,制。本文设计的系统主要是采用双闭系统硬件来控制生物质气以1000组炉内温度数据为样本,在同等条件下选取了500组化炉的含氧量,具体配置如图1所示。在该气化炉控制室内设数据,然后在此基础上利用双闭环和灰色预测算法GM(1 ,1)置A,B两个操作站,A为主机, B为辅机,一般情况下 ,由A学习和拟合,具体仿真实验结果如图2所示。负责监控, B负责提示报警。在系统运行的过程中,如果A发.生故障,那么,该系统自动将B切换为主机，负责监视,从而实现对系统的有效控制和管理。3双闭环设计203.1外 环控制器设计c 150受到传统控制方法的局限和在温度控制系统中压差、风量等因素的影响,无法有效提高气体质量,控制温度变化的稳定性。同时,受环境、日夜和季节等因素的影响,生物质 气化炉o 50100150200250300350400 45050o外环控制系统中的温度传感器检测值会出现波动,无法自动调实际值---本文方法拟合一GM(1.1)抑合整隶属函数等参数, 因而,检测值的准确性受到了很大的影响。图2仿真实验结果由于模糊控制器响应速度较快,并且抗干扰性较强,所以,在另外,在应用双闭环控制算法后,生物质气化炉内的平均系统的设计中,主要是利用模糊控制器预测温度和含氧量的变温度误差、含氧量、燃气含量和产量这几项指标有明显的改变,化情况,然后再利用遗传算法自动调整以控制给料量。炉内温度-般能够与设定值相持平,稳定波动较小,而可燃气模糊控制器是根据模糊规则,参考生物质气化炉的温度值与体的产量则大幅度提升。设定值间的偏差变化率推理出给料量。温度模糊控制模块的输入5结束语变量为温度检测值与设定值之间的偏差e和变化率ec ,输出变量基于生物质气化过程的非线性特征,本文主要研究了生物为给料量的增量0 uo在该控制器中,温度偏差e介于- 50~50质气化炉的双闭环控制算法,并通过工艺结构、系统硬件配置之间,浓度偏差变化率ec介于- 3~3之间,给料增量输出0 u和内外环设计等-系列分析。经过对其应用状况的详细分析后介于-2-2之间。实践操作表明,只有当温度偏差较大时,才能发现,该系统在有效控制炉内温度的稳定性和可燃性气体的含体现出生物质气化炉温度的变化趋势。由此可见, 控制增量U与氧量方面具有一定的优越性。 同时,从仿真实验结果中也能发偏差E有密切的关系, EC仅作为一个辅助参考变量。因此,可现,双闭环控制系统与传统控制系统相比,当相关参数发生变以根据经验建立模糊规则表,然后再利用模糊推理规则和隶属度化时,该系统的控制质量能够大幅度提升,调节速度也会更快,制订模糊控制查询表。系统对浓度偏差e、变化率ec模糊处理后,具有较强的抗干扰能力。希望本文能够为提高该系统的应用水得到了E、EC ,然后再利用模糊控制查询表算出输出U ,之后再平提供-些建议,从而为提高生物质气化效率和质量作出贡献。通过清晰化接口得出给料量的增量O uo参考文献遗传算法具有搜索速度快、计算效率高、适应性强等优点，[ 1]刘红波,李少远,柴天佑.一种基于模糊切换的模糊负荷控因而被广泛应用于生物质气化炉温度控制系统中。它是根据进制器及其应用[J]控制与决策, 2003 (5): 615-618.化过程中获取的信息自动组织并搜索出最科学的模糊算法结构,[编辑:白洁]Control of the Biomass Gasifier based on Dual Closed LoopF ang Liming, Xiao XiaomingAbstract: Biomass gasification process with nonlinear instability and load disturbance characteristics, now proposes a dual-loop controlmethod, it is mainly through variable universe fuzzy control algorithm and a gasifier air flow, thus to reduce the oxygen content ofcombustible gases, maintain the purpose of the gasifier temperature stability. To pro中国煤化工chnology throughsimulation and operating results.Key words: biomass gasifier; double closed loop; variable universe; fuzzy controlYHCNMH G10.