[发明专利]一种基于热工分析-数据驱动模型的分解炉温度控制方法

权利要求书

1.一种基于热工分析-数据驱动模型的分解炉温度控制方法，是应用于由旋风预热器、分解炉、回转窑和篦冷机所组成水泥烧成系统中，其特征是，所述分解炉温度控制方法是按如下步骤进行：

步骤1.建立热工分析模型：

步骤1.1.利用式(1)建立物料平衡模型：

式(1)中，为所述分解炉内物料的质量；F₁为单位时间内喷入所述分解炉的煤粉质量；F_gf1为单位时间内煤粉送风质量；F_g3为单位时间内三次风质量；为单位时间内从所述旋风预热器的第4或第5级进入到所述分解炉的生料质量；为单位时间内从所述回转窑进入分解炉的气体质量；为单位时间内从所述分解炉进入到所述旋风预热器的第5或第6级的生料质量；为单位时间内从所述分解炉进入到所述旋风预热器的第5或第6级的气体质量；

步骤1.2.利用式(2)建立热量平衡模型：

式(2)中，为所述分解炉内的热量；Q₁为单位时间内喷入所述分解炉煤的热量，并有：

Q₁＝C_cF₁T₁          (3)

式(3)中，C_c为煤的比热容；T₁为煤粉温度；

式(2)中，Q_gf1为单位时间内煤送风的热量，并有：

Q_gf1＝C_gf1F_gf1T_gf1          (4)

式(4)中，C_gf1为煤送风的比热容；T_gf1为煤送风的温度；

式(2)中，Q_g3为单位时间内流入的三次风的热量，并有：

Q_g3＝C_g3F_g3T_g3           (5)

式(5)中，C_g3为三次风的比热容；T_g3为三次风温；

式(2)中，为单位时间内从所述旋风预热器第4或第5级进入到分解炉生料的热量，并有：

式(6)中，为CaCO₃的比热容；T_C4为旋风预热器第4或第5级下料口温度；

式(2)中，为单位时间内从回转窑进入所述分解炉的气体的热量，并有：

式(7)中，C_g为气体的比热容；为窑尾气体温度；

式(2)中，为单位时间内从所述分解炉进入到旋风预热器的第5或第6级的生料的热量，并有：

式(8)中，C_cao为CaO的比热容；T_A1为分解炉温度；

式(2)中，为单位时间内从所述分解炉进入到旋风预热器第5或第6级的高温气体的热量，并有：

式(2)中，Q_msf为单位时间内分解炉中煤燃烧释放的热量，并有：

Q_msf＝H_cF₁     (10)

式(10)中，H_c是煤的热值；

式(2)中，为单位时间内分解炉中CaCO₃吸热分解消耗的热量，并有：

式(11)中，Mol为CaCO₃的摩尔质量；为CaCO₃吸热分解消耗的热量；

步骤2.建立热工分析离散化简化模型：

步骤2.1.将式(1)和式(2)整理简化后得到式(12)：

式(12)中，表示第一参数，且K_T表示时间常数，且K₁表示喂煤量增益参数，且K₂表示三次风温增益参数，且K₃表示物料增益参数，且K₄表示出分解炉气体增益参数，且K₅表示煤送风增益参数，且

步骤2.2.对式(12)进行拉氏变化，并忽略F_gf1的影响，从而利用式(13)获得热工分析简化模型：

步骤2.3.对式(13)进行离散化，从而利用式(14)建立热工分析离散化模型：

式(14)中，a表示第一模型参数，且b表示第二模型参数，且b＝K₁(1-a)，c表示第三模型参数，且c＝K₂(1-a)，d₁表示第一时滞参数，且并取整，d₂表示第二时滞参数，且并取整，T_s为采样周期，τ₁为分解炉喂煤量滞后时间，τ₂为三次风温滞后时间；

步骤3.建立热工分析-数据驱动的分解炉出口温度模型：

步骤3.1.实时采集分解炉系统数据其中，表示第k次采样时刻的分解炉出口温度值，F₁(k)表示第k次采样时刻的分解炉喂煤量值，T_g3(k)表示第k次采样时刻的三次风温值；

步骤3.2.采用移动平均滤波器对所述解炉系统数据进行预处理，获得滤波后的解炉系统数据其中，表示第k次采样时刻的分解炉出口温度滤波值，表示第k次采样时刻的分解炉喂煤量滤波值，表示第k次采样时刻的三次风温滤波值；

步骤3.3.采用min-max归一化算法，对滤波后的解炉系统数据进行规则化处理，获得规则化后的解炉系统数据其中，表示第k次采样时刻的分解炉出口温度归一化值，表示第k次采样时刻的分解炉喂煤量归一化值，表示第k次第k次采样时刻的三次风温归一化值；

步骤3.4.采用均方误差作为误差性能准则，确定两个时滞参数d₁，d₂；

步骤3.5.根据所述规则化后的解炉系统数据采用递推最小二乘法辨识所述热工分析离散化模型中的三个参数a，b，c；

步骤3.6.对所述热工分析离散化模型进行拟合度检验，若满足精度要求，则表示获得最终的热工分析离散化模型并作为分解炉出口温度模型，否则，返回步骤3.1顺序执行；

步骤4.基于热工分析-数据驱动模型实现分解炉出口温度的GPC控制：

根据所述分解炉出口温度模型，预测分解炉出口温度未来的输出曲线，并与分解炉出口温度期望柔化曲线进行比较获得偏差序列，从而根据所述偏差序列与分解炉喂煤量增量构成GPC性能指标；并由所述分解炉喂煤量增量的上下限约束、分解炉喂煤量的上下限约束构成GPC控制约束；

在第k次采样时刻针对所述GPC性能指标和所述GPC控制约束进行GPC优化控制，从而获得第k次采样时刻喂煤量的优化值，用于控制实际分解炉出口温度。