一种废硫酸高温裂解炉焚烧控制方法及系统与流程

本发明涉及自动控制，尤其涉及一种废硫酸高温裂解炉焚烧控制方法及系统。

背景技术：

1、在国内，生产聚氯乙烯最广泛的工艺是采用电石法，在电石法工艺中需要制备乙炔气体，但会产生一定量废硫酸。由于废硫酸属于污染物，需要进行处理，利用废硫酸裂解生产硫酸的方法是经济性最好一种方法。在废硫酸裂解中，裂解炉温度、裂解炉出口氧量是非常重要的工艺指标，一方面，裂解炉温度过低会影响废硫酸向二氧化硫的转化率，进而影响硫酸的回收率，温度过高会浪费燃料量，也会影响生产安全性；另一方面，裂解炉出口氧量影响生产安全性和经济性，氧量过低会影响燃烧的充分性，氧量过高会导致过多的二氧化硫向三氧化硫转化逆反应，也会影响废硫酸向二氧化硫的转化率。所以，需要设计合理的裂解炉焚烧控制，使空气量及时跟随燃料量、燃料量及时跟随废硫酸量，保证温度的稳定性，并且设计不同废硫酸负荷下合理的氧量指标，确保硫酸裂解最大回收率。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种废硫酸高温裂解炉焚烧控制方法及系统，该方法构建各变量间的稳态模型，自动根据当前废硫酸流量选择最优运行参数，同时构建了变量间协调控制器，使废硫酸流量、燃料量和热空气流量同时控制，保证生产过程的稳定运行，提高硫酸裂解的经济性和稳定性。

2、本发明提供了一种废硫酸高温裂解炉焚烧控制方法，包括如下步骤：

3、步骤s01：构建控制器并进行控制器参数计算，利用回路稳态判断方法，计算不同废硫酸流量下，废硫酸流量、燃料流量、热空气流量、裂解炉出口氧含量、成品酸流量测量值稳态数据集，计算成品酸与废硫酸流量、燃料量与废硫酸流量、热空气流量与燃料量比值数据集，根据数据集模型计算最优裂解炉出口氧含量、燃料流量与废硫酸流量比值、热空气流量与燃料流量比值，最后计算最优稳态模型；

4、步骤s101、构建废硫酸流量控制器、裂解炉温度控制器、燃料流量控制器、裂解炉出口氧含量控制器、热空气流量控制器，利用内模整定方法计算控制器参数；

5、步骤s102、通过自动控制回路稳态判断方法、非自动控制回路稳态判断方法使废硫酸流量、燃料流量、裂解炉温度、热空气流量、裂解炉出口氧含量、成品酸流量测量值到达稳态；

6、步骤s103、阶梯式改变热空气流量控制器设定值m次，每次改变设定值后利用回路稳态判断方法，等待废硫酸流量测量值、燃料流量测量值、热空气流量测量值、裂解炉出口氧含量测量值和成品酸流量测量值到达稳态后，再进行下次改变；

7、步骤s104、循环进行步骤s102和s103，共进行w次，获得稳态数据，基于稳态数据，建立稳态数据集模型；

8、步骤s02：实时控制，当废硫酸流量保持不变时，基于最优模型自动寻优裂解炉出口氧量设定值、燃料流量与热空气流量比值，根据燃料流量与热空气流量协调控制器，使燃料流量与热空气流量同步变化，确保焚烧所需氧量；当废硫酸流量发生改变时，当最优稳态模型自动寻优裂解炉出口氧量设定值、废硫酸流量与燃料流量比值、燃料流量与热空气流量比值，根据废硫酸流量与燃料流量协调控制器、燃料流量与热空气流量协调控制器，使废硫酸流量与燃料流量、燃料流量与热空气流量同步变化，确保废硫酸裂解所需热量、焚烧所需氧量；

9、步骤s201、保持废硫酸流量调节阀控制废硫酸流量、燃料流量调节阀控制燃料流量、燃料流量控制裂解炉温度、热空气流量调节阀控制热空气流量、热空气流量控制裂解炉出口氧含量自动控制，根据当前废硫酸测量值，代入燃料流量与废硫酸流量比值关于废硫酸流量最优稳态模型，选择最优氧量设定值；

10、步骤s202、获取废酸流量测量值，利用回路稳态判断方法，判断当前是否发生废酸流量变负荷，若发生变负荷执行s203、s204，若未发生变负荷执行s204；

11、步骤s203：获取废酸流量测量值，计算测量值的变化量，根据废酸流量与燃料量流量协调控制器，使燃料流量与废酸流量同步变化，提供废硫酸裂解所需能量；

12、步骤s204：根据燃料流量与热空气流量协调控制器，使燃料流量与热空气流量同步变化，提供焚烧所需氧量。

13、进一步地，所述步骤s101中，废硫酸流量控制器由废硫酸流量调节阀控制，燃料流量控制器由燃料流量调节阀控制，裂解炉出口氧含量控制器由热空气流量控制，热空气流量控制器由热空气流量调节阀控制。

14、进一步地，所述步骤s101包括：

15、对废硫酸流量划分w个区间：

16、

17、在每个区间上对下面各控制器进行参数计算，获得控制器参数集；

18、(1)废硫酸流量控制器

19、废硫酸流量测量值变化率：

20、

21、废硫酸流量测量值与设定值偏差：

22、

23、废硫酸流量调节阀控制输出：

24、

25、其中，表示废硫酸流量测量值变化率输出，pvfi01(n)表示废硫酸流量测量值当前值，pvfi01(n-1)表示废硫酸流量测量值上个周期值，表示废硫酸流量测量值与设定值偏差输出，svfi01(n)表示废硫酸流量设定值，表示废硫酸流量控制输出，表示废硫酸流量测量值变化率加权系数集，表示第w个区间段上的控制器参数1，表示废硫酸流量测量值与设定值偏差加权系数集，表示第w个区间段上的控制器参数2。

26、(2)裂解炉温度控制器和燃料流量控制器

27、裂解炉温度控制器和燃料流量控制器是串级回路，裂解炉温度控制器输出是燃料流量控制器的设定值。

28、裂解炉温度测量值变化率：

29、

30、裂解炉温度测量值与设定值偏差：

31、

32、燃料流量测量值变化率：

33、

34、燃料流量测量值与设定值偏差：

35、

36、燃料流量调节阀控制输出：

37、

38、其中，表示裂解炉温度测量值变化率输出，pvti01(n)表示裂解炉温度测量值当前值，pvti01(n-1)表示裂解炉温度测量值上个周期值，表示裂解炉温度测量值与设定值偏差输出，svti01(n)表示裂解炉温度设定值，表示燃料流量测量值变化率输出，pvfi02(n)表示燃料流量测量值当前值，pvfi02(n-1)表示燃料流量测量值上个周期值，表示燃料流量测量值与设定值偏差输出，svfi02(n)表示燃料流量设定值，表示燃料流量控制输出，表示裂解炉温度测量值变化率加权系数集，表示第w个区间段上的控制器参数1，表示裂解炉温度测量值与设定值偏差加权系数集，表示第w个区间段上的控制器参数2，表示燃料流量测量值变化率加权系数集，表示第w个区间段上的控制器参数1，表示燃料流量测量值与设定值偏差加权系数集，表示第w个区间段上的控制器参数2；

39、(3)裂解炉出口氧含量控制器和热空气流量控制器

40、裂解炉出口氧含量控制器和热空气流量控制器是串级回路，裂解炉出口氧含量控制器输出是热空气流量控制器的设定值；

41、裂解炉出口氧含量值变化率：

42、

43、裂解炉出口氧含量测量值与设定值偏差：

44、

45、热空气流量测量值变化率：

46、

47、热空气流量测量值与设定值偏差：

48、

49、热空气流量调节阀控制输出：

50、

51、其中，表示热裂解炉出口氧含量测量值变化率输出，pvai01(n)表示裂解炉出口氧含量测量值当前值，pvai01(n-1)表示热裂解炉出口氧含量测量值上个周期值，表示热裂解炉出口氧含量测量值与设定值偏差输出，svai01(n)表示裂解炉出口氧含量设定值，表示热空气流量测量值变化率输出，pvfi03(n)表示热空气流量测量值当前值，pvfi03(n-1)表示热空气流量测量值上个周期值，表示热空气流量测量值与设定值偏差输出，svfi03(n)表示热空气流量设定值，表示热空气流量控制输出，表示裂解炉出口氧含量测量值变化率加权系数集，表示第w个区间段上的控制器参数1，表示裂解炉出口氧含量测量值与设定值偏差加权系数集，表示第w个区间段上的控制器参数2，表示热空气流量测量值变化率加权系数集，表示第w个区间段上的控制器参数1，表示热空气流量测量值与设定值偏差加权系数集合，表示第w个区间段上的控制器参数2。

52、进一步地，所述步骤s102中，保持废硫酸流量、燃料流量、裂解炉温度、热空气流量控制器为自动状态，裂解炉出口氧含量控制器为手动状态，固定裂解炉温度、热空气流量控制器设定值不变，改变废硫酸流量控制器设定值，使通过自动控制回路稳态判断方法、非自动控制回路稳态判断方法使废硫酸流量、燃料流量、裂解炉温度、热空气流量、裂解炉出口氧含量、成品酸流量测量值到达稳态；

53、自动控制回路稳态判断方法：

54、

55、非自动控制回路稳态判断方法：

56、

57、其中，δpv(k-j|k)表示k时起之前l个测量值当前波动情况，sv(k-j|k)表示k时起之前j个回路设定值，pv(k-j|k)表示k时起之前j个测量值，pv(k-i|k)表示测量值当前值过去第前i个值，l表示需要获取多少个过去值，[0,0.03]表示测量值稳态区间，计算的δpv(k-j|k)在该区间内表示是稳态的。

58、进一步地，所述步骤s104中，数据集获得方法包括：

59、当废硫酸流量测量值稳态值为pvfi01(n)时，热空气流量设定值从小到大依次改变m次，分别获得如下数据集；

60、废硫酸流量测量值稳态值数据集:

61、

62、其中，表示废硫酸流量测量值稳态值数据集，pvfi01(m)表示数据集中第m个废硫酸流量测量值稳态值。

63、燃料流量测量值稳态值数据集：

64、

65、其中，表示燃料流量测量值稳态值数据集，pvfi02(m)表示数据集中第m个燃料流量测量值稳态值；

66、热空气流量测量值稳态值数据集：

67、

68、其中，表示热空气流量测量值稳态值数据集，pvfi03(m)表示数据集中第m个热空气流量测量值稳态值；

69、裂解炉出口氧含量测量值稳态值数据集：

70、

71、其中，表示裂解炉出口氧含量测量值稳态值数据集，pvai01(m)表示数据集中第m个裂解炉出口氧含量测量值稳态值；

72、成品酸流量测量值稳态值数据集：

73、

74、其中，表示成品酸流量测量值稳态值数据集，pvfi04(m)表示数据集中第m个成品酸流量测量值稳态值；

75、成品酸与废硫酸流量比值数据集：

76、

77、其中，表示成品酸与废硫酸流量比值数据集，表示数据集中第m个值，表示数据集中第m个值；

78、燃料量与废硫酸流量比值数据集：

79、

80、其中，表示燃料量与废硫酸流量比值数据集，表示数据集中第m个值，表示数据集中第m个值；

81、热空气流量与燃料量比值数据集：

82、

83、其中，表示热空气流量与燃料量比值数据集，表示数据集中第m个值，表示数据集中第m个值；

84、当成品酸与废硫酸流量比值为最大值时，为最大收益稳定点，求取此时各变量最优值如下：

85、成品酸与废硫酸流量测量值比值最大值的索引：

86、

87、其中，maxkey成品酸与废硫酸流量测量值比值最大值的索引，表示成品酸与废硫酸流量比值数据集，maxindex表示求最大值的索引；

88、最大比值索引maxkey对应的氧含量：

89、

90、其中，表示第w个废硫酸流量区间上最大比值索引maxkey对应的氧含量，表示裂解炉出口氧含量测量值稳态值数据集；

91、最大比值索引maxkey对应的燃料流量与废硫酸流量比值：

92、

93、其中，表示第w个废硫酸流量区间上最大比值索引maxkey对应的燃料流量与废硫酸流量比值，表示燃料量与废硫酸流量比值数据集；

94、最大比值索引maxkey对应的热空气流量与燃料流量比值：

95、

96、其中，表示第w个废硫酸流量区间上最大比值索引maxkey对应的热空气流量与燃料流量比值，表示热空气流量与燃料量比值数据集；

97、所以，在w个区间段上可获得如下最优值数据集：

98、裂解炉出口氧含量最优数据集为：

99、

100、其中，表示裂解炉出口氧含量数据集，表示第w个裂解炉出口氧含量最优数值；

101、燃料流量与废硫酸流量比值数据集为：

102、

103、其中，表示燃料流量与废硫酸流量比值数据集，表示第w个燃料流量与废硫酸流量比值最优数值；

104、热空气流量与燃料流量比值数据集为：

105、

106、其中，表示空气流量与燃料流量比值数据集，表示第w个热空气流量与燃料流量比值最优数值；

107、建立区间稳态模型：

108、裂解炉出口氧含量关于废硫酸流量最优稳态模型：

109、

110、其中，w表示第w个废硫酸流量区间，表示裂解炉出口氧含量关于废硫酸流量最优稳态模型结果，表示裂解炉出口氧含量最优数据集数据，表示废硫酸流量区间上限，表示废硫酸流量区间下限，pvfi01表示废硫酸流量测量值；

111、燃料流量与废硫酸流量比值关于废硫酸流量最优稳态模型：

112、

113、其中，w表示第w个废硫酸流量区间，表示燃料流量与废硫酸流量比值关于废硫酸流量最优稳态模型结果，表示燃料流量与废硫酸流量比值数据集数据，表示废硫酸流量区间上限，表示废硫酸流量区间下限，pvfi01表示废硫酸流量测量值；

114、热空气流量与燃料流量比值关于废硫酸流量最优稳态模型：

115、

116、其中，w表示第w个废硫酸流量区间，表示热空气流量与燃料流量比值关于废硫酸流量最优稳态模型结果，表示热空气流量与燃料流量比值数据集数据，表示废硫酸流量区间上限，表示废硫酸流量区间下限，pvfi01表示废硫酸流量测量值。

117、进一步地，所述步骤s201中，根据当前测量值稳态数据集合模型中选择最优氧量设定值，即当废酸流量测量值pvfi01时，裂解炉出口氧含量设定值为裂解炉出口氧含量最优设定值为：

118、

119、其中，表示裂解炉出口氧含量最优设定值输出值，表示当废酸流量测量值pvfi01时，裂解炉出口氧含量最优设定值。

120、进一步地，所述步骤s202中，根据自动控制回路稳态判断方法进行判断，当δpv(k)>0.03，表示发生负荷改变。

121、进一步地，所述步骤s203中，当废酸流量测量值时，根据热空气流量与燃料流量比值数据集获取燃料流量与废硫酸流量比值

122、废酸流量与燃料量流量协调控制器：

123、

124、其中，表示燃料量流量设定值输出值，表示燃料量流量设定值当前值，pvfi01(n)表示废硫酸流量当前值，pvfi01(n-1)表示废硫酸流量上个周期值，表示最优燃料流量与废硫酸流量比值。

125、进一步地，所述步骤s204中，当裂解炉温度发生波动时，裂解炉温度控制器计算输出赋值给燃料流量控制器设定值，燃料流量发生变化时热空气流量也按照关系函数同步变化；

126、当废酸流量测量值时，根据裂解炉出口氧含量关于废硫酸流量最优稳态模型获取热空气流量与燃料流量比值

127、燃料流量与热空气流量协调控制器：

128、

129、其中，表示热空气流量设定值输出值，表示热空气流量设定值当前值，pvfi02(n)表示燃料流量当前值，pvfi02(n-1)表示燃料流量上个周期值，表示最优空气流量与燃料流量比值。

130、本发明还提供了一种废硫酸高温裂解炉焚烧控制系统，执行所述的废硫酸高温裂解炉焚烧控制方法。

131、与现有技术相比，本技术方案具有以下特点：

132、(1)本发明把废硫酸划分多个区间，求取每个区间内成品酸与废硫酸最大比值对应的稳态数据，基于数据构建裂解炉出口氧含量关于废硫酸流量最优稳态模型、燃料流量与废硫酸流量比值关于废硫酸流量最优稳态模型、热空气流量与燃料流量比值关于废硫酸流量最优稳态模型。

133、(2)本发明根据最优稳态模型确保在每个废硫酸负荷下，使成品酸与废硫酸最大回收率下运行。

134、(3)本发明构建废硫酸流量与燃料流量协调控制器、燃料流量与热空气流协调控制器，保证硫酸裂解时所需热量、氧量。

135、(4)本发明硫酸流量调节阀控制废硫酸流量、燃料流量调节阀控制燃料流量、燃料流量控制裂解炉温度、热空气流量调节阀控制热空气流量、热空气流量控制裂解炉出口氧含量控制器，采用控制器参数集控制，根据不同区间选择不同的控制器参数。