專利名稱：一種褐煤干燥提質的自動化生產控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種褐煤提質的生產控制技術，屬于煤炭高效利用領域。
背景技術：
褐煤儲量約占我國煤炭總儲量的15%左右，是主要煤炭資源的一種，在我國動力與化工用煤中起到重要的作用。褐煤屬于一種地下儲存期短、煤化程度低的煤種，其水分和灰分含量較高，在空氣中易風化，作為直接燃料直接使用時燃燒效率低，且溫室氣體排放量高、污染嚴重。褐煤主要分布于內蒙古、黑龍江、云南和新疆等地，由于經濟發(fā)展的原因，這些地區(qū)的用煤量與經濟發(fā)達地區(qū)相比較少，因此需將褐煤運輸?shù)骄嚯x比較遠的利用場地。 由于褐煤中高水分和高揮發(fā)份的存在，造成了公路、鐵路運輸系統(tǒng)運力的極大浪費。褐煤提質是指通過熱物理過程或熱化學方法降低褐煤中的水分、提高產品發(fā)熱量，達到便于運輸、 熱利用效率高、污染低的目的，對于褐煤的清潔、高效利用具有重要的意義。
針對褐煤提質問題，國內外開展了大量的研究與開發(fā)工作。國外主要褐煤加工技術有德國的Lurgi-Spuel-Gas(L-S)低溫熱解工藝、美國的K燃料工藝(K-Fuel Process), 烏克蘭的熱壓處理工藝(ETCH1-175)和日本的非蒸發(fā)脫水工藝(D-K Process)等。我國研究熱解技術的單位眾多，比較典型的技術有大連理工大學開發(fā)的褐煤固體熱載體干餾多聯(lián)產工藝(DG Process)，北京煤化工分院開發(fā)的多段回轉爐熱解工藝，浙江大學的循環(huán)流化床熱電多聯(lián)產工藝，北京動力經濟研究所的移動床為基礎的熱電多聯(lián)產工藝等。
近年來，國內干燥提質技術的研究有了長足的發(fā)展，但和國外先進技術相比仍存在一定的差距，主要表現(xiàn)之一就是生產過程中的自動化程度較低，大多依賴于工人的手工操作如調節(jié)原煤的進料速度控制產量，調節(jié)煤粉的進料速度控制爐前溫度，調節(jié)引風大小控制爐后溫度等。該生產方式不但大大增加了企業(yè)的人力資源成本，更為重要的是，僅憑手工操作很難實現(xiàn)對生產過程中各種技術參數(shù)的精確控制，導致不同批次提質煤之間的發(fā)熱量、含水量等波動較大，造成產品質量的不穩(wěn)定。因此，可大型化的、自動化程度高、運行穩(wěn)定的高效褐煤提質生產技術一直是研究與開發(fā)的主要方向。發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有褐煤提質過程中生產技術的不足，本發(fā)明提供一種自動化程度高、 性能穩(wěn)定的褐煤提質生產控制技術。
本發(fā)明的技術方案實現(xiàn)如下通過建立褐煤干燥過程中系統(tǒng)的熱平衡模型，以原煤進料速度、回轉窯轉速、煤粉下料速度和引風速度作為系統(tǒng)的控制輸入變量，回轉窯前后的溫度作為系統(tǒng)的控制輸出變量，利用反饋控制方法實現(xiàn)對褐煤干燥提質的自動化生產控制。具體而言，該方法的特征包含如下步驟
(I)定義系統(tǒng)的輸入變量為原煤進料速度w (t)，回轉窯轉速V (t)，煤粉下料速度 S(t)，引風速度u(t);輸出變量為回轉窯前端(與熱風爐連接處)的溫度O1U)和尾端 (成品煤出料口處)的溫度 2α)；
(2)定義系統(tǒng)的中間變量為單位時間回轉窯內的原煤量M(t)，單位時間原煤的入料量F(t)，單位時間熱風爐內產生的熱量H(t)；
(3)在褐煤干燥過程中，設ClQ1表示單位時間內進入系統(tǒng)的熱量，dQ2表示單位時間內離開系統(tǒng)的熱量，(103表示單位時間回轉窯內原煤所含的熱量增量，則可建立系統(tǒng)的熱平衡方程為 ClQ1-ClQ2 = dQ3 ；
(4)結合褐煤和生產設備的具體參數(shù)(如原煤的比熱、燃燒值，煤粉輸送管道的直徑、回轉窯的容積等)，消去系統(tǒng)熱平衡方程所含的中間變量，由此獲得只含有輸入、輸出變量的系統(tǒng)控制方程；
(5)利用溫度傳感器監(jiān)測回轉窯前后的溫度O1U)和02(t)，并采用反饋控制方法實現(xiàn)對生產過程的自動化控制，如通過伺服電機調節(jié)原煤進料速度、回轉窯轉速，通過變頻控制器調節(jié)弓I風速度、煤粉下料速度等。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果
(I)采用反饋控制方法可有效實現(xiàn)對褐煤提質生產的自動化控制，從而避免了生產過程中的手工操作，在確保成品煤質量的同時也節(jié)約了人力資源成本；
(2)采用回轉窯前后的溫度作為輸出量，可以在很大程度上降低系統(tǒng)的復雜度，確?？刂葡到y(tǒng)的魯棒性和反饋控制的實時性；
(3)采用伺服電機可實現(xiàn)對原煤進料速度、回轉窯轉速的精確控制，并且變頻控制器亦可實現(xiàn)對弓I風速度、煤粉下料速度的精確調節(jié)。
因此，本發(fā)明可用于大規(guī)模的褐煤干燥提質自動化生產過程，并可有效實現(xiàn)煤炭資源的高效利用。


圖I為本發(fā)明實施案例提供的褐煤干燥提質的自動化生產控制方法的實現(xiàn)流程圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
圖I示出了本發(fā)明實施案例提供的褐煤干燥提質的自動化生產控制方法，該方法包括
在步驟SlOl中，定義系統(tǒng)的輸入變量、輸出變量和中間變量，在褐煤干燥過程中， 設(IQ1表示單位時間內進入系統(tǒng)的熱量,dQ2表示單位時間內離開系統(tǒng)的熱量,(193表示單位時間回轉窯內原煤所含的熱量增量，則可建立系統(tǒng)的熱平衡方程為ClQ1-ClQ2 = dQ3 ；
輸入變量為原煤進料速度w (t)，回轉窯轉速V (t)，煤粉下料速度s (t)，引風速度 u(t);輸出變量為回轉窯前端(與熱風爐連接處)的溫度O1U)和尾端(成品煤出料口處)的溫度 2α);中間變量為單位時間回轉窯內的原煤量M(t)，單位時間原煤的入料量 F (t)，單位時間熱風爐內產生的熱量H⑴。
在步驟S102中，結合褐煤和生產設備的具體參數(shù)(如原煤的比熱、燃燒值，煤粉輸送管道的直徑、回轉窯的容積等)，消去系統(tǒng)熱平衡方程所含的中間變量，由此獲得只含有輸入、輸出變量的系統(tǒng)控制方程；
在步驟S103中，利用溫度傳感器監(jiān)測回轉窯前后的溫度O1U)和02(t)，并采用反饋控制方法實現(xiàn)對生產過程的自動化控制，如通過伺服電機調節(jié)原煤進料速度、回轉窯轉速，通過變頻控制器調節(jié)引風速度、煤粉下料速度等。
本發(fā)明實施例提供的褐煤干燥提質的自動化生產控制技術的工作原理為
(I)建立褐煤干燥過程中系統(tǒng)的熱平衡模型
I)單位時間內進入系統(tǒng)的熱量為
(IQ1 = H (t) dt+cf (t) Θ j (t) dt
其中C1表示褐煤的比熱；
2)單位時間內離開系統(tǒng)的熱量為
dQ2 = C1F (t) Θ 2 (t) dt
3)回轉窯內原煤所含的熱量增量為
dQ3 = C1M (t) d Θ 2 (t) dt
4)系統(tǒng)的熱平衡方程為ClQ1-ClQ2 = dQ3,即
權利要求
1.一種褐煤干燥提質的自動化生產控制方法，其特征在于，采用褐煤干燥過程中系統(tǒng)的熱平衡模型，以原煤進料速度、回轉窯轉速、煤粉下料速度和引風速度作為系統(tǒng)的控制輸入變量，回轉窯前后的溫度作為系統(tǒng)的控制輸出變量，利用反饋控制方法實現(xiàn)對褐煤干燥提質的自動化生產控制。
2.采用權利要求I所述的自動化生產控制方法，其特征在于，該方法包含如下步驟(1)建立褐煤干燥過程中系統(tǒng)的熱平衡模型單位時間內進入系統(tǒng)的熱量為ClQ1 = H(t)dt+ClF(t) JOdt，其中C1表示褐煤的比執(zhí).單位時間內離開系統(tǒng)的熱量為dQ2 = C1F(t) 2(t)dt ；回轉窯內原煤所含的熱量增量為dQ3 = c1M(t)d02(t)dt ；系統(tǒng)的熱平衡方程為ClQ1-ClQ2 = dQ3，即
3.按照權利要求2所述的褐煤干燥提質工藝方法，其特征在于，回轉窯的前端溫度 O1U)為 600°C 900°C，后端溫度 02(t)為 120°C 180°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種褐煤干燥提質的自動化生產控制技術，通過建立褐煤干燥過程中系統(tǒng)的熱平衡模型，以原煤進料速度、回轉窯轉速、煤粉下料速度和引風速度為控制輸入變量，回轉窯前后的溫度為控制輸出變量，利用反饋控制方法實現(xiàn)對褐煤干燥提質的自動化生產控制。同現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明技術及方法設計合理、自動化程度高，大型化應用時運行穩(wěn)定，有效克服了傳統(tǒng)的褐煤干燥提質生產中依賴手工操作、成品煤質量不穩(wěn)定等問題，可提高褐煤的綜合利用率。
文檔編號C10L9/08GK102936525SQ20121042890
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權日2012年10月25日
發(fā)明者李聞白, 李虎雄, 仁亮, 程成, 邱波 申請人:溫州大學