基于雙閉環(huán)的生物質(zhì)氣化爐控制初探

2015年第4期Science and Technology & Inovation|科技與創(chuàng )新文章編號: 2095 - 6835 (2015 ) 04- 0009- 02基于雙閉環(huán)的生物質(zhì)氣化爐控制初探方黎明12,肖曉明'( 1.中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,湖南長(cháng)沙410083 ; 2.南車(chē)株洲電力機車(chē)有限公司,湖南株洲412001 )摘要:生物質(zhì)氣化過(guò)程具 有非線(xiàn)性、不穩定性和負荷干擾等特點(diǎn),現提出了 一種雙閉環(huán)控制方法 ,它主要 是通過(guò)變論域和模糊控制算法控制氣化爐的一次風(fēng)量,從而達到降低可燃氣體含氧量、維持氣化爐溫度穩定性的目的。通過(guò)仿真和現場(chǎng)運行結果來(lái)證明該技術(shù)的有效性。關(guān)鍵詞:生物質(zhì)氣化爐;雙閉環(huán);變論域;模糊控制中圖分類(lèi)號: TK61文獻標識碼: ADOI: 10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.009隨著(zhù)各行各業(yè)的快速發(fā)展,對能源的需求量也在大幅提升的穩定性造成了一定的影響 , 所以,必須要使用先進(jìn)的控制算法但是,石油燃料的大量開(kāi)采、使用,使得生態(tài)環(huán)境污染狀況加劇,提高氣化爐的控制效果。本文以下流式固定床氣化爐為研究主石化燃料資源緊張與經(jīng)濟發(fā)展之間的矛盾越來(lái)越激烈。由于生物體，以秸稈作為主要原料,根據干燥、熱解、氧化和還原的流程質(zhì)能源具有可再生、清潔、無(wú)污染的特征, 并且能源豐富, 所以,來(lái)進(jìn)行氣化反應。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現,當爐內溫度為300 °C、 含氧對它的研究和利用逐漸受到"了社會(huì )各界的關(guān)注。從整體利用情況量<1%時(shí),其轉換效率和氣體的質(zhì)量較高。來(lái)看,生物質(zhì)氣化能夠帶來(lái)- 定的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益,但是,1工藝分析其生產(chǎn)存在著(zhù)許多不確定因素, 例如,氣化爐溫度波動(dòng)大、不穩生物質(zhì)氣化的具體過(guò)程是,生物質(zhì)原料(比如鋸末、麥秸、定性較強且負荷干擾等,所以,無(wú)法使用數學(xué)模型準確表達。這稻草等)經(jīng)過(guò)壓制或破碎加工處理后,在缺氧的情況下, 將其送樣,不但會(huì )影響控制效果, 還限制了生物質(zhì)能的廣泛應用。目前,入氣化爐內氣化裂解,從而獲得凈化的可燃氣體。生物質(zhì)氣化的我國生物質(zhì)氣化爐控制的研究尚處于起步階段，氣化爐仍以手工原理是在一定熱力學(xué)條件下,利用空氣和水蒸氣使生物質(zhì)的高聚調節為主,這就對保持生物質(zhì)氣化爐內溫度波動(dòng)和氣化產(chǎn)物成分物發(fā)生熱解氧化、還原和重整反應,最終生成小分子碳氫化合腐蝕5周期帶銹試樣交流阻抗譜的奈奎斯特圖在高頻段同樣出所示。由圖7可知,擬合曲線(xiàn)與實(shí)測結果之間的偏差很小。這現了壓縮容抗弧,但是，在復平面阻抗譜的低頻區出現了1個(gè)表明,該等效電路模型可以很好地描述帶銹實(shí)驗鋼在質(zhì)量分數擴散尾,表現出了明顯的擴散控制特征。同樣,將奈奎斯特圖為0.052%的NaHSO3溶液內的電化學(xué)行為。高頻段容抗弧延長(cháng),讓它與阻抗實(shí)軸相交,就可得出溶液電阻+銹層電阻( Rs+Rt )的大小。由于溶液電阻Rs是相同的,所以,實(shí)驗鋼銹層電阻大小為: C2鋼> 09CuPCrNi>C1鋼。.實(shí)迎曲戰CPEI2報合曲線(xiàn)1圖6腐蝕5周期的阻抗譜擬合圖7實(shí)驗鋼腐蝕5周期后電極反應4002040290480500520540 工T。Tat/nt過(guò)程等效電路擬合曲線(xiàn)(a)奈奎斯特圖(b)波特圖論圖5實(shí)驗鋼腐蝕 5周期后交流阻抗譜通過(guò)對3種實(shí)驗鋼交流阻抗譜的測定,從中可以看出,無(wú)在評定腐蝕產(chǎn)物層的性能時(shí),波特圖比奈奎斯特圖更準確,論是裸樣還是帶銹層試樣,C2鋼的阻抗均高于其他2種實(shí)驗鋼。所以,本文同時(shí)給出了波特圖和奈奎斯特圖。從2種圖形中都這說(shuō)明, C2鋼耐工業(yè)大氣腐蝕的能力最強,同時(shí),也充分證明可以看出,模擬工業(yè)大氣腐蝕5周期以后, C2鋼的銹層電阻最了在基體組織相同(CI鋼與C2鋼)的情況下,添加Cu、P等大,銹層電阻越大,其對基體的保護能力就越強。因為C2鋼元素可以提高C2鋼的耐蝕能力;在添加Cu、P等合金元素銹層的電阻最大,所以, C2鋼銹層對基體的保護能力最強。( 09CuPCrNi鋼和C2鋼)的情況下,貝氏體組織表現出了更好實(shí)驗鋼模擬工業(yè)大氣腐蝕5周期的等效電路如圖6所示的耐蝕性。其中,Rs是溶液電阻;Rt是銹層電阻;Rp是基體金屬溶解反參考文獻應電荷傳遞電阻;C1是銹層跟電解液構成的雙電層電容;CPE1[ 1 ]曹楚南腐蝕電化學(xué)原理[ M ].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.是基體金屬和滲入銹層內的電解液所構成的雙電層電容;Zw是[2]王樹(shù)濤,楊善武,高克瑋,等.低合金耐候鋼在含氯離子環(huán)與擴散有關(guān)的濃差極化阻抗。采用此電路擬合的電化學(xué)參數擬境中的耐腐蝕性能[J] .材料熱處理學(xué)報, 2008 (04) .合實(shí)驗鋼模擬工業(yè)大氣腐蝕5周期的阻抗譜,擬合曲線(xiàn)如圖7[編輯:白潔]Bainite Weathering Steel Industrial Atmospheric CorrosionSimulation of AC Impedance Spectroscopy AnalysisS hao ChangjingAbstract: This paper mainly described the experiment purpose, experiment method and中國煤化工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科技與創(chuàng )新| science and Technology & Inovation2015年第4期物，以獲得含H2、CO、CH4 等可燃性氣體。根據實(shí)踐分析可知，以此來(lái)有效地應對系統運行過(guò)程中出現的異常情況,提高系統影響生物質(zhì)氣爐內溫度的主要因素有生物質(zhì)熱值、生物質(zhì)給料量的環(huán)境適應力。本文在進(jìn)行模糊算法時(shí),采用了梯形隸屬度函和一次風(fēng)量,這些因素會(huì )對準確測算生物質(zhì)的熱值變化情況產(chǎn)生數,根據檢測環(huán)境的差異選擇不同的適應度函數,再根據變異不利的影響。因此,本文提出了-種基于雙閉環(huán)的生物質(zhì)氣化爐搜索獲得最優(yōu)的模糊算法結構。在確定算法適應度時(shí),必須要控制系統,它的外環(huán)選用模糊遺傳控制器,內環(huán)選用免疫PID控考慮生物質(zhì)氣化爐溫度控制系統設定的準確性和模糊推理系統制器,其設計原理是利用雙閉環(huán)來(lái)控制生物質(zhì)燃料和風(fēng)量,從而的合理性,因而算法的適應度分為溫度控制準確性指標和模糊使得爐內的溫度處于穩定的狀態(tài),降低可燃氣體的含氧量。隸屬度函數解釋性指標。2系 統硬件配置3.2 免疫PID控制器LAN由于給料量對生物質(zhì)氣化爐的壓差有-定的干擾作用,并且生物質(zhì)氣化對參數精度也有較高的要求,所以,生物質(zhì)氣化爐的內環(huán)-般選用精度較高的免疫PID控制器。在使用生物質(zhì)服務(wù)器工作站氣化爐雙閉環(huán)控制系統前,一般會(huì )通過(guò)PID達到控制的目的。冗余控制網(wǎng)通常情況下,根據相關(guān)經(jīng)驗將氣化爐內干燥層溫度調節到標準設定值土75。C的范圍內,調節時(shí)間不得少于1 min?？刂破?應用情況與結論在生物質(zhì)氣化爐中,現場(chǎng)操作級控制設備選用美國的二合SLCS/OS程序設計及上位機人機畫(huà)面設計則采用ROCKWELL兀余控制網(wǎng)公司的組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現。該軟件基于混合粒子群算法的數據歷圖1 系統硬件配置圖在生物質(zhì)氣化爐中，-般是通過(guò)調節風(fēng)量來(lái)控制氣化爐內史模糊控制算法,采用VC+ +編制,然后通過(guò)OPC通信與下的含氧量,但是,考慮到氣化溫度控制系統具有非線(xiàn)性、滯后位機相連,從而實(shí)現數據的采集、處理和操控。本文是在生物的弊端,所以,在實(shí)際應用過(guò)程中, -般采用模糊控制器來(lái)控質(zhì)氣化爐能夠實(shí)現自我調節,氧化反應能夠正常進(jìn)行的情況下,制。本文設計的系統主要是采用雙閉系統硬件來(lái)控制生物質(zhì)氣以1000組爐內溫度數據為樣本,在同等條件下選取了500組化爐的含氧量,具體配置如圖1所示。在該氣化爐控制室內設數據,然后在此基礎上利用雙閉環(huán)和灰色預測算法GM(1 ,1)置A,B兩個(gè)操作站,A為主機, B為輔機,一般情況下 ,由A學(xué)習和擬合,具體仿真實(shí)驗結果如圖2所示。負責監控, B負責提示報警。在系統運行的過(guò)程中,如果A發(fā).生故障,那么,該系統自動(dòng)將B切換為主機，負責監視,從而實(shí)現對系統的有效控制和管理。3雙閉環(huán)設計203.1外 環(huán)控制器設計c 150受到傳統控制方法的局限和在溫度控制系統中壓差、風(fēng)量等因素的影響,無(wú)法有效提高氣體質(zhì)量,控制溫度變化的穩定性。同時(shí),受環(huán)境、日夜和季節等因素的影響,生物質(zhì) 氣化爐o 50100150200250300350400 45050o外環(huán)控制系統中的溫度傳感器檢測值會(huì )出現波動(dòng),無(wú)法自動(dòng)調實(shí)際值---本文方法擬合一GM(1.1)抑合整隸屬函數等參數, 因而,檢測值的準確性受到了很大的影響。圖2仿真實(shí)驗結果由于模糊控制器響應速度較快,并且抗干擾性較強,所以,在另外,在應用雙閉環(huán)控制算法后,生物質(zhì)氣化爐內的平均系統的設計中,主要是利用模糊控制器預測溫度和含氧量的變溫度誤差、含氧量、燃氣含量和產(chǎn)量這幾項指標有明顯的改變,化情況,然后再利用遺傳算法自動(dòng)調整以控制給料量。爐內溫度-般能夠與設定值相持平,穩定波動(dòng)較小,而可燃氣模糊控制器是根據模糊規則,參考生物質(zhì)氣化爐的溫度值與體的產(chǎn)量則大幅度提升。設定值間的偏差變化率推理出給料量。溫度模糊控制模塊的輸入5結束語(yǔ)變量為溫度檢測值與設定值之間的偏差e和變化率ec ,輸出變量基于生物質(zhì)氣化過(guò)程的非線(xiàn)性特征,本文主要研究了生物為給料量的增量0 uo在該控制器中,溫度偏差e介于- 50~50質(zhì)氣化爐的雙閉環(huán)控制算法,并通過(guò)工藝結構、系統硬件配置之間,濃度偏差變化率ec介于- 3~3之間,給料增量輸出0 u和內外環(huán)設計等-系列分析。經(jīng)過(guò)對其應用狀況的詳細分析后介于-2-2之間。實(shí)踐操作表明,只有當溫度偏差較大時(shí),才能發(fā)現,該系統在有效控制爐內溫度的穩定性和可燃性氣體的含體現出生物質(zhì)氣化爐溫度的變化趨勢。由此可見(jiàn), 控制增量U與氧量方面具有一定的優(yōu)越性。 同時(shí),從仿真實(shí)驗結果中也能發(fā)偏差E有密切的關(guān)系, EC僅作為一個(gè)輔助參考變量。因此,可現,雙閉環(huán)控制系統與傳統控制系統相比,當相關(guān)參數發(fā)生變以根據經(jīng)驗建立模糊規則表,然后再利用模糊推理規則和隸屬度化時(shí),該系統的控制質(zhì)量能夠大幅度提升,調節速度也會(huì )更快,制訂模糊控制查詢(xún)表。系統對濃度偏差e、變化率ec模糊處理后,具有較強的抗干擾能力。希望本文能夠為提高該系統的應用水得到了E、EC ,然后再利用模糊控制查詢(xún)表算出輸出U ,之后再平提供-些建議,從而為提高生物質(zhì)氣化效率和質(zhì)量作出貢獻。通過(guò)清晰化接口得出給料量的增量O uo參考文獻遺傳算法具有搜索速度快、計算效率高、適應性強等優(yōu)點(diǎn)，[ 1]劉紅波,李少遠,柴天佑.一種基于模糊切換的模糊負荷控因而被廣泛應用于生物質(zhì)氣化爐溫度控制系統中。它是根據進(jìn)制器及其應用[J]控制與決策, 2003 (5): 615-618.化過(guò)程中獲取的信息自動(dòng)組織并搜索出最科學(xué)的模糊算法結構,[編輯:白潔]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中國煤化工chnology throughsimulation and operating results.Key words: biomass gasifier; double closed loop; variable universe; fuzzy controlYHCNMH G10.