本發(fā)明涉及自動控制，尤其涉及一種廢硫酸高溫裂解爐焚燒控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在國內(nèi)，生產(chǎn)聚氯乙烯最廣泛的工藝是采用電石法，在電石法工藝中需要制備乙炔氣體，但會產(chǎn)生一定量廢硫酸。由于廢硫酸屬于污染物，需要進(jìn)行處理，利用廢硫酸裂解生產(chǎn)硫酸的方法是經(jīng)濟(jì)性最好一種方法。在廢硫酸裂解中，裂解爐溫度、裂解爐出口氧量是非常重要的工藝指標(biāo)，一方面，裂解爐溫度過低會影響廢硫酸向二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，進(jìn)而影響硫酸的回收率，溫度過高會浪費(fèi)燃料量，也會影響生產(chǎn)安全性；另一方面，裂解爐出口氧量影響生產(chǎn)安全性和經(jīng)濟(jì)性，氧量過低會影響燃燒的充分性，氧量過高會導(dǎo)致過多的二氧化硫向三氧化硫轉(zhuǎn)化逆反應(yīng)，也會影響廢硫酸向二氧化硫的轉(zhuǎn)化率。所以，需要設(shè)計(jì)合理的裂解爐焚燒控制，使空氣量及時跟隨燃料量、燃料量及時跟隨廢硫酸量，保證溫度的穩(wěn)定性，并且設(shè)計(jì)不同廢硫酸負(fù)荷下合理的氧量指標(biāo)，確保硫酸裂解最大回收率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供一種廢硫酸高溫裂解爐焚燒控制方法及系統(tǒng)，該方法構(gòu)建各變量間的穩(wěn)態(tài)模型，自動根據(jù)當(dāng)前廢硫酸流量選擇最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)，同時構(gòu)建了變量間協(xié)調(diào)控制器，使廢硫酸流量、燃料量和熱空氣流量同時控制，保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定運(yùn)行，提高硫酸裂解的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明提供了一種廢硫酸高溫裂解爐焚燒控制方法，包括如下步驟：

3、步驟s01：構(gòu)建控制器并進(jìn)行控制器參數(shù)計(jì)算，利用回路穩(wěn)態(tài)判斷方法，計(jì)算不同廢硫酸流量下，廢硫酸流量、燃料流量、熱空氣流量、裂解爐出口氧含量、成品酸流量測量值穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)集，計(jì)算成品酸與廢硫酸流量、燃料量與廢硫酸流量、熱空氣流量與燃料量比值數(shù)據(jù)集，根據(jù)數(shù)據(jù)集模型計(jì)算最優(yōu)裂解爐出口氧含量、燃料流量與廢硫酸流量比值、熱空氣流量與燃料流量比值，最后計(jì)算最優(yōu)穩(wěn)態(tài)模型；

4、步驟s101、構(gòu)建廢硫酸流量控制器、裂解爐溫度控制器、燃料流量控制器、裂解爐出口氧含量控制器、熱空氣流量控制器，利用內(nèi)模整定方法計(jì)算控制器參數(shù)；

5、步驟s102、通過自動控制回路穩(wěn)態(tài)判斷方法、非自動控制回路穩(wěn)態(tài)判斷方法使廢硫酸流量、燃料流量、裂解爐溫度、熱空氣流量、裂解爐出口氧含量、成品酸流量測量值到達(dá)穩(wěn)態(tài)；

6、步驟s103、階梯式改變熱空氣流量控制器設(shè)定值m次，每次改變設(shè)定值后利用回路穩(wěn)態(tài)判斷方法，等待廢硫酸流量測量值、燃料流量測量值、熱空氣流量測量值、裂解爐出口氧含量測量值和成品酸流量測量值到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，再進(jìn)行下次改變；

7、步驟s104、循環(huán)進(jìn)行步驟s102和s103，共進(jìn)行w次，獲得穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，基于穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，建立穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)集模型；

8、步驟s02：實(shí)時控制，當(dāng)廢硫酸流量保持不變時，基于最優(yōu)模型自動尋優(yōu)裂解爐出口氧量設(shè)定值、燃料流量與熱空氣流量比值，根據(jù)燃料流量與熱空氣流量協(xié)調(diào)控制器，使燃料流量與熱空氣流量同步變化，確保焚燒所需氧量；當(dāng)廢硫酸流量發(fā)生改變時，當(dāng)最優(yōu)穩(wěn)態(tài)模型自動尋優(yōu)裂解爐出口氧量設(shè)定值、廢硫酸流量與燃料流量比值、燃料流量與熱空氣流量比值，根據(jù)廢硫酸流量與燃料流量協(xié)調(diào)控制器、燃料流量與熱空氣流量協(xié)調(diào)控制器，使廢硫酸流量與燃料流量、燃料流量與熱空氣流量同步變化，確保廢硫酸裂解所需熱量、焚燒所需氧量；

9、步驟s201、保持廢硫酸流量調(diào)節(jié)閥控制廢硫酸流量、燃料流量調(diào)節(jié)閥控制燃料流量、燃料流量控制裂解爐溫度、熱空氣流量調(diào)節(jié)閥控制熱空氣流量、熱空氣流量控制裂解爐出口氧含量自動控制，根據(jù)當(dāng)前廢硫酸測量值，代入燃料流量與廢硫酸流量比值關(guān)于廢硫酸流量最優(yōu)穩(wěn)態(tài)模型，選擇最優(yōu)氧量設(shè)定值；

10、步驟s202、獲取廢酸流量測量值，利用回路穩(wěn)態(tài)判斷方法，判斷當(dāng)前是否發(fā)生廢酸流量變負(fù)荷，若發(fā)生變負(fù)荷執(zhí)行s203、s204，若未發(fā)生變負(fù)荷執(zhí)行s204；

11、步驟s203：獲取廢酸流量測量值，計(jì)算測量值的變化量，根據(jù)廢酸流量與燃料量流量協(xié)調(diào)控制器，使燃料流量與廢酸流量同步變化，提供廢硫酸裂解所需能量；

12、步驟s204：根據(jù)燃料流量與熱空氣流量協(xié)調(diào)控制器，使燃料流量與熱空氣流量同步變化，提供焚燒所需氧量。

13、進(jìn)一步地，所述步驟s101中，廢硫酸流量控制器由廢硫酸流量調(diào)節(jié)閥控制，燃料流量控制器由燃料流量調(diào)節(jié)閥控制，裂解爐出口氧含量控制器由熱空氣流量控制，熱空氣流量控制器由熱空氣流量調(diào)節(jié)閥控制。

14、進(jìn)一步地，所述步驟s101包括：

15、對廢硫酸流量劃分w個區(qū)間：

16、

17、在每個區(qū)間上對下面各控制器進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，獲得控制器參數(shù)集；

18、(1)廢硫酸流量控制器

19、廢硫酸流量測量值變化率：

20、

21、廢硫酸流量測量值與設(shè)定值偏差：

22、

23、廢硫酸流量調(diào)節(jié)閥控制輸出：

24、

25、其中，表示廢硫酸流量測量值變化率輸出，pvfi01(n)表示廢硫酸流量測量值當(dāng)前值，pvfi01(n-1)表示廢硫酸流量測量值上個周期值，表示廢硫酸流量測量值與設(shè)定值偏差輸出，svfi01(n)表示廢硫酸流量設(shè)定值，表示廢硫酸流量控制輸出，表示廢硫酸流量測量值變化率加權(quán)系數(shù)集，表示第w個區(qū)間段上的控制器參數(shù)1，表示廢硫酸流量測量值與設(shè)定值偏差加權(quán)系數(shù)集，表示第w個區(qū)間段上的控制器參數(shù)2。

26、(2)裂解爐溫度控制器和燃料流量控制器

27、裂解爐溫度控制器和燃料流量控制器是串級回路，裂解爐溫度控制器輸出是燃料流量控制器的設(shè)定值。

28、裂解爐溫度測量值變化率：

29、

30、裂解爐溫度測量值與設(shè)定值偏差：

31、

32、燃料流量測量值變化率：

33、

34、燃料流量測量值與設(shè)定值偏差：

35、

36、燃料流量調(diào)節(jié)閥控制輸出：

37、

38、其中，表示裂解爐溫度測量值變化率輸出，pvti01(n)表示裂解爐溫度測量值當(dāng)前值，pvti01(n-1)表示裂解爐溫度測量值上個周期值，表示裂解爐溫度測量值與設(shè)定值偏差輸出，svti01(n)表示裂解爐溫度設(shè)定值，表示燃料流量測量值變化率輸出，pvfi02(n)表示燃料流量測量值當(dāng)前值，pvfi02(n-1)表示燃料流量測量值上個周期值，表示燃料流量測量值與設(shè)定值偏差輸出，svfi02(n)表示燃料流量設(shè)定值，表示燃料流量控制輸出，表示裂解爐溫度測量值變化率加權(quán)系數(shù)集，表示第w個區(qū)間段上的控制器參數(shù)1，表示裂解爐溫度測量值與設(shè)定值偏差加權(quán)系數(shù)集，表示第w個區(qū)間段上的控制器參數(shù)2，表示燃料流量測量值變化率加權(quán)系數(shù)集，表示第w個區(qū)間段上的控制器參數(shù)1，表示燃料流量測量值與設(shè)定值偏差加權(quán)系數(shù)集，表示第w個區(qū)間段上的控制器參數(shù)2；

39、(3)裂解爐出口氧含量控制器和熱空氣流量控制器

40、裂解爐出口氧含量控制器和熱空氣流量控制器是串級回路，裂解爐出口氧含量控制器輸出是熱空氣流量控制器的設(shè)定值；

41、裂解爐出口氧含量值變化率：

42、

43、裂解爐出口氧含量測量值與設(shè)定值偏差：

44、

45、熱空氣流量測量值變化率：

46、

47、熱空氣流量測量值與設(shè)定值偏差：

48、

49、熱空氣流量調(diào)節(jié)閥控制輸出：

50、

51、其中，表示熱裂解爐出口氧含量測量值變化率輸出，pvai01(n)表示裂解爐出口氧含量測量值當(dāng)前值，pvai01(n-1)表示熱裂解爐出口氧含量測量值上個周期值，表示熱裂解爐出口氧含量測量值與設(shè)定值偏差輸出，svai01(n)表示裂解爐出口氧含量設(shè)定值，表示熱空氣流量測量值變化率輸出，pvfi03(n)表示熱空氣流量測量值當(dāng)前值，pvfi03(n-1)表示熱空氣流量測量值上個周期值，表示熱空氣流量測量值與設(shè)定值偏差輸出，svfi03(n)表示熱空氣流量設(shè)定值，表示熱空氣流量控制輸出，表示裂解爐出口氧含量測量值變化率加權(quán)系數(shù)集，表示第w個區(qū)間段上的控制器參數(shù)1，表示裂解爐出口氧含量測量值與設(shè)定值偏差加權(quán)系數(shù)集，表示第w個區(qū)間段上的控制器參數(shù)2，表示熱空氣流量測量值變化率加權(quán)系數(shù)集，表示第w個區(qū)間段上的控制器參數(shù)1，表示熱空氣流量測量值與設(shè)定值偏差加權(quán)系數(shù)集合，表示第w個區(qū)間段上的控制器參數(shù)2。

52、進(jìn)一步地，所述步驟s102中，保持廢硫酸流量、燃料流量、裂解爐溫度、熱空氣流量控制器為自動狀態(tài)，裂解爐出口氧含量控制器為手動狀態(tài)，固定裂解爐溫度、熱空氣流量控制器設(shè)定值不變，改變廢硫酸流量控制器設(shè)定值，使通過自動控制回路穩(wěn)態(tài)判斷方法、非自動控制回路穩(wěn)態(tài)判斷方法使廢硫酸流量、燃料流量、裂解爐溫度、熱空氣流量、裂解爐出口氧含量、成品酸流量測量值到達(dá)穩(wěn)態(tài)；

53、自動控制回路穩(wěn)態(tài)判斷方法：

54、

55、非自動控制回路穩(wěn)態(tài)判斷方法：

56、

57、其中，δpv(k-j|k)表示k時起之前l(fā)個測量值當(dāng)前波動情況，sv(k-j|k)表示k時起之前j個回路設(shè)定值，pv(k-j|k)表示k時起之前j個測量值，pv(k-i|k)表示測量值當(dāng)前值過去第前i個值，l表示需要獲取多少個過去值，[0,0.03]表示測量值穩(wěn)態(tài)區(qū)間，計(jì)算的δpv(k-j|k)在該區(qū)間內(nèi)表示是穩(wěn)態(tài)的。

58、進(jìn)一步地，所述步驟s104中，數(shù)據(jù)集獲得方法包括：

59、當(dāng)廢硫酸流量測量值穩(wěn)態(tài)值為pvfi01(n)時，熱空氣流量設(shè)定值從小到大依次改變m次，分別獲得如下數(shù)據(jù)集；

60、廢硫酸流量測量值穩(wěn)態(tài)值數(shù)據(jù)集:

61、

62、其中，表示廢硫酸流量測量值穩(wěn)態(tài)值數(shù)據(jù)集，pvfi01(m)表示數(shù)據(jù)集中第m個廢硫酸流量測量值穩(wěn)態(tài)值。

63、燃料流量測量值穩(wěn)態(tài)值數(shù)據(jù)集：

64、

65、其中，表示燃料流量測量值穩(wěn)態(tài)值數(shù)據(jù)集，pvfi02(m)表示數(shù)據(jù)集中第m個燃料流量測量值穩(wěn)態(tài)值；

66、熱空氣流量測量值穩(wěn)態(tài)值數(shù)據(jù)集：

67、

68、其中，表示熱空氣流量測量值穩(wěn)態(tài)值數(shù)據(jù)集，pvfi03(m)表示數(shù)據(jù)集中第m個熱空氣流量測量值穩(wěn)態(tài)值；

69、裂解爐出口氧含量測量值穩(wěn)態(tài)值數(shù)據(jù)集：

70、

71、其中，表示裂解爐出口氧含量測量值穩(wěn)態(tài)值數(shù)據(jù)集，pvai01(m)表示數(shù)據(jù)集中第m個裂解爐出口氧含量測量值穩(wěn)態(tài)值；

72、成品酸流量測量值穩(wěn)態(tài)值數(shù)據(jù)集：

73、

74、其中，表示成品酸流量測量值穩(wěn)態(tài)值數(shù)據(jù)集，pvfi04(m)表示數(shù)據(jù)集中第m個成品酸流量測量值穩(wěn)態(tài)值；

75、成品酸與廢硫酸流量比值數(shù)據(jù)集：

76、

77、其中，表示成品酸與廢硫酸流量比值數(shù)據(jù)集，表示數(shù)據(jù)集中第m個值，表示數(shù)據(jù)集中第m個值；

78、燃料量與廢硫酸流量比值數(shù)據(jù)集：

79、

80、其中，表示燃料量與廢硫酸流量比值數(shù)據(jù)集，表示數(shù)據(jù)集中第m個值，表示數(shù)據(jù)集中第m個值；

81、熱空氣流量與燃料量比值數(shù)據(jù)集：

82、

83、其中，表示熱空氣流量與燃料量比值數(shù)據(jù)集，表示數(shù)據(jù)集中第m個值，表示數(shù)據(jù)集中第m個值；

84、當(dāng)成品酸與廢硫酸流量比值為最大值時，為最大收益穩(wěn)定點(diǎn)，求取此時各變量最優(yōu)值如下：

85、成品酸與廢硫酸流量測量值比值最大值的索引：

86、

87、其中，maxkey成品酸與廢硫酸流量測量值比值最大值的索引，表示成品酸與廢硫酸流量比值數(shù)據(jù)集，maxindex表示求最大值的索引；

88、最大比值索引maxkey對應(yīng)的氧含量：

89、

90、其中，表示第w個廢硫酸流量區(qū)間上最大比值索引maxkey對應(yīng)的氧含量，表示裂解爐出口氧含量測量值穩(wěn)態(tài)值數(shù)據(jù)集；

91、最大比值索引maxkey對應(yīng)的燃料流量與廢硫酸流量比值：

92、

93、其中，表示第w個廢硫酸流量區(qū)間上最大比值索引maxkey對應(yīng)的燃料流量與廢硫酸流量比值，表示燃料量與廢硫酸流量比值數(shù)據(jù)集；

94、最大比值索引maxkey對應(yīng)的熱空氣流量與燃料流量比值：

95、

96、其中，表示第w個廢硫酸流量區(qū)間上最大比值索引maxkey對應(yīng)的熱空氣流量與燃料流量比值，表示熱空氣流量與燃料量比值數(shù)據(jù)集；

97、所以，在w個區(qū)間段上可獲得如下最優(yōu)值數(shù)據(jù)集：

98、裂解爐出口氧含量最優(yōu)數(shù)據(jù)集為：

99、

100、其中，表示裂解爐出口氧含量數(shù)據(jù)集，表示第w個裂解爐出口氧含量最優(yōu)數(shù)值；

101、燃料流量與廢硫酸流量比值數(shù)據(jù)集為：

102、

103、其中，表示燃料流量與廢硫酸流量比值數(shù)據(jù)集，表示第w個燃料流量與廢硫酸流量比值最優(yōu)數(shù)值；

104、熱空氣流量與燃料流量比值數(shù)據(jù)集為：

105、

106、其中，表示空氣流量與燃料流量比值數(shù)據(jù)集，表示第w個熱空氣流量與燃料流量比值最優(yōu)數(shù)值；

107、建立區(qū)間穩(wěn)態(tài)模型：

108、裂解爐出口氧含量關(guān)于廢硫酸流量最優(yōu)穩(wěn)態(tài)模型：

109、

110、其中，w表示第w個廢硫酸流量區(qū)間，表示裂解爐出口氧含量關(guān)于廢硫酸流量最優(yōu)穩(wěn)態(tài)模型結(jié)果，表示裂解爐出口氧含量最優(yōu)數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)，表示廢硫酸流量區(qū)間上限，表示廢硫酸流量區(qū)間下限，pvfi01表示廢硫酸流量測量值；

111、燃料流量與廢硫酸流量比值關(guān)于廢硫酸流量最優(yōu)穩(wěn)態(tài)模型：

112、

113、其中，w表示第w個廢硫酸流量區(qū)間，表示燃料流量與廢硫酸流量比值關(guān)于廢硫酸流量最優(yōu)穩(wěn)態(tài)模型結(jié)果，表示燃料流量與廢硫酸流量比值數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)，表示廢硫酸流量區(qū)間上限，表示廢硫酸流量區(qū)間下限，pvfi01表示廢硫酸流量測量值；

114、熱空氣流量與燃料流量比值關(guān)于廢硫酸流量最優(yōu)穩(wěn)態(tài)模型：

115、

116、其中，w表示第w個廢硫酸流量區(qū)間，表示熱空氣流量與燃料流量比值關(guān)于廢硫酸流量最優(yōu)穩(wěn)態(tài)模型結(jié)果，表示熱空氣流量與燃料流量比值數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)，表示廢硫酸流量區(qū)間上限，表示廢硫酸流量區(qū)間下限，pvfi01表示廢硫酸流量測量值。

117、進(jìn)一步地，所述步驟s201中，根據(jù)當(dāng)前測量值穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)集合模型中選擇最優(yōu)氧量設(shè)定值，即當(dāng)廢酸流量測量值pvfi01時，裂解爐出口氧含量設(shè)定值為裂解爐出口氧含量最優(yōu)設(shè)定值為：

118、

119、其中，表示裂解爐出口氧含量最優(yōu)設(shè)定值輸出值，表示當(dāng)廢酸流量測量值pvfi01時，裂解爐出口氧含量最優(yōu)設(shè)定值。

120、進(jìn)一步地，所述步驟s202中，根據(jù)自動控制回路穩(wěn)態(tài)判斷方法進(jìn)行判斷，當(dāng)δpv(k)>0.03，表示發(fā)生負(fù)荷改變。

121、進(jìn)一步地，所述步驟s203中，當(dāng)廢酸流量測量值時，根據(jù)熱空氣流量與燃料流量比值數(shù)據(jù)集獲取燃料流量與廢硫酸流量比值

122、廢酸流量與燃料量流量協(xié)調(diào)控制器：

123、

124、其中，表示燃料量流量設(shè)定值輸出值，表示燃料量流量設(shè)定值當(dāng)前值，pvfi01(n)表示廢硫酸流量當(dāng)前值，pvfi01(n-1)表示廢硫酸流量上個周期值，表示最優(yōu)燃料流量與廢硫酸流量比值。

125、進(jìn)一步地，所述步驟s204中，當(dāng)裂解爐溫度發(fā)生波動時，裂解爐溫度控制器計(jì)算輸出賦值給燃料流量控制器設(shè)定值，燃料流量發(fā)生變化時熱空氣流量也按照關(guān)系函數(shù)同步變化；

126、當(dāng)廢酸流量測量值時，根據(jù)裂解爐出口氧含量關(guān)于廢硫酸流量最優(yōu)穩(wěn)態(tài)模型獲取熱空氣流量與燃料流量比值

127、燃料流量與熱空氣流量協(xié)調(diào)控制器：

128、

129、其中，表示熱空氣流量設(shè)定值輸出值，表示熱空氣流量設(shè)定值當(dāng)前值，pvfi02(n)表示燃料流量當(dāng)前值，pvfi02(n-1)表示燃料流量上個周期值，表示最優(yōu)空氣流量與燃料流量比值。

130、本發(fā)明還提供了一種廢硫酸高溫裂解爐焚燒控制系統(tǒng)，執(zhí)行所述的廢硫酸高溫裂解爐焚燒控制方法。

131、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案具有以下特點(diǎn)：

132、(1)本發(fā)明把廢硫酸劃分多個區(qū)間，求取每個區(qū)間內(nèi)成品酸與廢硫酸最大比值對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)構(gòu)建裂解爐出口氧含量關(guān)于廢硫酸流量最優(yōu)穩(wěn)態(tài)模型、燃料流量與廢硫酸流量比值關(guān)于廢硫酸流量最優(yōu)穩(wěn)態(tài)模型、熱空氣流量與燃料流量比值關(guān)于廢硫酸流量最優(yōu)穩(wěn)態(tài)模型。

133、(2)本發(fā)明根據(jù)最優(yōu)穩(wěn)態(tài)模型確保在每個廢硫酸負(fù)荷下，使成品酸與廢硫酸最大回收率下運(yùn)行。

134、(3)本發(fā)明構(gòu)建廢硫酸流量與燃料流量協(xié)調(diào)控制器、燃料流量與熱空氣流協(xié)調(diào)控制器，保證硫酸裂解時所需熱量、氧量。

135、(4)本發(fā)明硫酸流量調(diào)節(jié)閥控制廢硫酸流量、燃料流量調(diào)節(jié)閥控制燃料流量、燃料流量控制裂解爐溫度、熱空氣流量調(diào)節(jié)閥控制熱空氣流量、熱空氣流量控制裂解爐出口氧含量控制器，采用控制器參數(shù)集控制，根據(jù)不同區(qū)間選擇不同的控制器參數(shù)。