RDF条件下水泥窑分解炉自动退煤控制方法及系统与流程

rdf条件下水泥窑分解炉自动退煤控制方法及系统
技术领域
1.本发明涉及水泥窑分解炉控制领域，尤其涉及一种rdf条件下水泥窑分解炉自动退煤控制方法及系统。


背景技术：

2.分解炉尾温控制长期以来是水泥生产过程控制的难点，在新形势下，分解炉还承担着焚烧垃圾/污泥等社会性环保工作，这种垃圾协同处置过程，使得分解炉中温控系统的稳定性受到极大的冲击，其中最主要的负面影响是垃圾焚烧过程中需要消耗大量的氧气，使得分解炉内氧含量不足，煤粉无法充分燃烧，分解炉内co急剧升高，尾温持续下降；而当分解炉内氧含量一旦出现好转后，分解炉内co瞬间爆燃，尾温又急剧上升，分解炉尾温出现的大幅波动将极大地破坏水泥熟料生产过程的热工平衡。
3.水泥熟料生产过程中分解炉生产过程是对生料进行分解的过程，通过调节分解炉中煤粉喂料量(即尾煤)达到稳定分解炉内温度，喂煤量过大，分解炉燃烧不完全，煤粉进入预热器5级筒(c5)，形成局部高温，造成下料管结皮、堵塞，另外，会造成分解炉温度过高，分解率过高，液相提前，造成熟料过烧，产生黏散料；喂煤量过小，分解用热不足，分解率低，将使窑热负荷增加，造成生烧料。由于分解炉出口温度控制系统受许多变量的影响，过程变量具有瞬变性和非线性，因此分解炉出口温度控制长期以来是水泥生产过程控制的难点。
4.rdf水泥生产工艺，是将垃圾输送到高温的水泥窑分解炉中，进行无公害高温处理，并汲取有机物燃烧过程的能量，达到减能增效的目的。但在rdf条件下，分解炉的尾温控制又会受到来自垃圾中的许多不定因素的影响，最突出的负面影响是，垃圾燃烧过程中需要消耗大量的氧气，造成分解炉内供氧不足，煤粉无法充分燃烧，分解炉内温度降低，若通过提高尾煤给煤量以期提高尾温，则会造成燃烧环境进一步恶化而导致尾温持续下降的恶性循环，这时需要及时退煤，对分解炉内的燃烧环境进行调整，以期恢复到正常的富氧燃烧环境。对于分解炉是否采取退煤手段，采用单一的根据尾气中一氧化碳含量的方法，很难达到好的控制效果，目前，完全依靠操作人员的主观预测和经验进行，缺少科学的调节手段，传统的尾温控制模式已不能满足新形式下的水泥生产过程需要。


技术实现要素：

5.本发明主要目的在于提供一种可使分解炉内燃烧环境得到修复，进而恢复到正常的分解炉尾温控制过程的rdf条件下水泥窑分解炉自动退煤控制方法及系统。
6.本发明所采用的技术方案是：
7.提供一种rdf条件下水泥窑分解炉自动退煤控制方法，包括以下步骤：
8.s1、构建三维模糊控制系统，系统的输入是当前尾煤给煤量、尾气一氧化碳含量和尾温下降趋势程度，系统的输出是尾煤退煤控制策略；
9.s2、建立多个变量隶属函数模型，多个变量包括分解炉尾煤给煤、尾气一氧化碳和尾温，分别将各个变量的值域划分多个等级，并分别用相应的论域模糊语言进行描述，得到
多个模糊变量的赋值表，多个模糊变量包括尾煤给煤量尾气一氧化碳含量尾温下降趋势尾煤给煤过大
10.s3、根据尾煤给煤过高建立第一级模糊推理规则，得到尾煤给煤过高、尾煤给煤量和尾气一氧化碳的模糊关系矩阵；根据自动退煤的计算，并根据当前的模糊向量尾煤给煤过大和尾温下降趋势建立第二级模糊控制规则，得到尾煤自动退煤大小与尾煤给煤过大尾温下降趋势的模糊关系矩阵；
11.s4、根据模糊控制合成规则将两级规则合成，得到尾煤给煤过大以及尾煤自动退煤大小的模糊计算表达式；
12.s5、将实时采集到的模拟量包括尾煤给煤量、尾气中一氧化碳含量以及尾温下降程度值输入三维模糊控制系统，进行模糊论域的变换，根据模糊计算表达式计算得到模糊控制量尾煤给煤过大和尾煤自动退煤大小并输出，完成rdf条件下水泥窑分解炉的自动退煤控制。
13.接上述技术方案，步骤s2中将各个变量的值域划分多个等级，并分别用相应的论域模糊语言进行描述具体为：
14.对应于尾煤给煤，以每小时给煤均值a-1.4a，划分为3个等级，并用论域模糊语言进行描述；
15.对于尾气中一氧化碳co含量，按0-9000ppm，划分3个等级，并用论域模糊语言进行描述；
16.对于尾温下降趋势，按-1.5-0，划为3个等级，并用论域模糊语言进行描述。
17.接上述技术方案，第一级模糊推理规则具体如下：
18.1)若正大，则正大；
19.2)若正大且正中，则正大；
20.3)若正大且正小，则正中；
21.4)若正中且正中，则正中；
22.5)若正中且正小，则正小；
23.6)若正小且正小，则正小。
24.接上述技术方案，第二级模糊控制规则具体如下：
25.1)若正大且负小，则负中；
26.2)若正大且负中，则负大；
27.3)若正大且负大，则负大；
28.4)若正中且负小，则负小；
29.5)若正中且负中，则负小；
30.6)若正中且负大，则负中；
31.7)若正小且负大，则负小。
32.接上述技术方案，模糊向量尾煤给煤过大和尾温下降趋势的取值遵循以
下原则：
33.隶属度最大值原则；
34.在隶属度值同为最大值情况下，首选等级绝对值最小的等级值。
35.本发明还提供一种rdf条件下水泥窑分解炉自动退煤控制系统，包括：
36.系统构建模块，用于构建三维模糊控制系统，系统的输入是当前尾煤给煤量、尾气一氧化碳含量和尾温下降趋势程度，系统的输出是尾煤退煤控制策略；
37.隶属函数模型建立模块，用于建立多个变量隶属函数模型，多个变量包括分解炉尾煤给煤、尾气一氧化碳和尾温，分别将各个变量的值域划分多个等级，并分别用相应的论域模糊语言进行描述，得到多个模糊变量的赋值表，多个模糊变量包括尾煤给煤量尾气一氧化碳含量尾温下降趋势尾煤给煤过大
38.模糊关系矩阵建立模块，用于根据尾煤给煤过高建立第一级模糊推理规则，得到尾煤给煤过高、尾煤给煤量和尾气一氧化碳的模糊关系矩阵；根据自动退煤的计算，并根据当前的模糊向量尾煤给煤过大和尾温下降趋势建立第二级模糊控制规则，得到尾煤自动退煤大小与尾煤给煤过大尾温下降趋势的模糊关系矩阵；
39.模糊计算模块，用于根据模糊控制合成规则将两级规则合成，得到尾煤给煤过大以及尾煤自动退煤大小的模糊计算表达式；
40.自动退煤控制模块，用于将实时采集到的模拟量包括尾煤给煤量、尾气中一氧化碳含量以及尾温下降程度值输入三维模糊控制系统，进行模糊论域的变换，根据模糊计算表达式计算得到模糊控制量尾煤给煤过大和尾煤自动退煤大小并输出，完成rdf条件下水泥窑分解炉的自动退煤控制。
41.接上述技术方案，隶属函数模型建立模块中将各个变量的值域划分多个等级，并分别用相应的论域模糊语言进行描述具体为：
42.对应于尾煤给煤，以每小时给煤均值a-1.4a，划分为3个等级，并用论域模糊语言进行描述；
43.对于尾气中一氧化碳co含量，按0-9000ppm，划分3个等级，并用论域模糊语言进行描述；
44.对于尾温下降趋势，按-1.5-0，划为3个等级，并用论域模糊语言进行描述。
45.接上述技术方案，第一级模糊推理规则具体如下：
46.1)若正大，则正大；
47.2)若正大且正中，则正大；
48.3)若正大且正小，则正中；
49.4)若正中且正中，则正中；
50.5)若正中且正小，则正小；
51.6)若正小且正小，则正小。
52.接上述技术方案，第二级模糊控制规则具体如下：
53.1)若正大且负小，则负中；
54.2)若正大且负中，则负大；
55.3)若正大且负大，则负大；
56.4)若正中且负小，则负小；
57.5)若正中且负中，则负小；
58.6)若正中且负大，则负中；
59.7)若正小且负大，则负小。
60.本发明还提供一种计算机存储介质，其可被处理器执行，且其内存储有计算机程序，该计算机程序执行如上述技术方案所述的rdf条件下水泥窑分解炉自动退煤控制方法。
61.本发明产生的有益效果是：本发明采用模糊控制方法，对尾煤给煤量和尾气中co含量，并结合尾温的下降趋势进行模糊分析，对分解炉内可能出现的缺氧情况作出及时推断，并适时采取退煤措施，避免分解炉内燃烧环境进一步恶化而导致尾温出现失控情况。
附图说明
62.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
63.图1是本发明实施例rdf条件下水泥窑分解炉自动退煤控制方法的流程图。
具体实施方式
64.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
65.本发明以历史数据为基础建立尾煤给煤的隶属度函数，以长期经验值建立尾气中co和尾温趋势的隶属度函数，对以尾煤给煤、尾气中co含量和温度下降趋势作为输入的三维模糊控制器，分两级二维模糊运算实现三维模糊运算。建立相应的模糊控制规则。对于第一级模糊运算，根据控制规则建立尾煤给煤量和尾气中co含量的模糊关系矩阵，计算得到当前尾煤给煤偏高程度的模糊向量；对于第二级模糊运算，根据控制规则建立的第一级运算结果和当前尾温下降趋势的模糊关系矩阵并根据模糊运算合成规则得到模糊控制输出，依模糊控制取值规则，最终获取模糊控制器输出量-即对尾煤给煤进行退煤程度处理策略。
66.如图1所示，本发明实施例的rdf条件下水泥窑分解炉自动退煤控制方法，包括以下步骤：
67.s1、构建三维模糊控制系统，系统的输入是当前尾煤给煤量、尾气一氧化碳含量和尾温下降趋势程度，系统的输出是尾煤退煤控制策略；其中尾温即分解炉出口温度。
68.s2、建立多个变量隶属函数模型，多个变量包括分解炉尾煤给煤、尾气一氧化碳和尾温，分别将各个变量的值域划分多个等级，并分别用相应的论域模糊语言进行描述，得到多个模糊变量的赋值表，多个模糊变量包括尾煤给煤量尾气一氧化碳含量尾温下降趋势尾煤给煤过大
69.s3、根据尾煤给煤过高建立第一级模糊推理规则，得到尾煤给煤过高、尾煤给煤量和尾气一氧化碳的模糊关系矩阵；根据自动退煤的计算，并根据当前的模糊向量尾煤给煤过大和尾温下降趋势建立第二级模糊控制规则，得到尾煤自动退煤大小与尾
煤给煤过大尾温下降趋势的模糊关系矩阵；
70.s4、根据模糊控制合成规则将两级规则合成，得到尾煤给煤过大以及尾煤自动退煤大小的模糊计算表达式；
71.s5、将实时采集到的模拟量包括尾煤给煤量、尾气中一氧化碳含量以及尾温下降程度值输入三维模糊控制系统，进行模糊论域的变换，根据模糊计算表达式计算得到模糊控制量尾煤给煤过大和尾煤自动退煤大小并输出，完成rdf条件下水泥窑分解炉的自动退煤控制。
72.进一步地，步骤s2中将各个变量的值域划分多个等级，并分别用相应的论域模糊语言进行描述具体为：
73.对应于尾煤给煤，以每小时给煤均值a-1.4a，划分为3个等级，并用论域模糊语言进行描述；
74.对于尾气中一氧化碳co含量，按0-9000ppm，划分3个等级，并用论域模糊语言进行描述；
75.对于尾温下降趋势，按-1.5-0，划为3个等级，并用论域模糊语言进行描述。
76.进一步地，第一级模糊推理规则具体如下：
77.1)若正大，则正大；
78.2)若正大且正中，则正大；
79.3)若正大且正小，则正中；
80.4)若正中且正中，则正中；
81.5)若正中且正小，则正小；
82.6)若正小且正小，则正小。
83.第二级模糊控制规则具体如下：
84.1)若正大且负小，则负中；
85.2)若正大且负中，则负大；
86.3)若正大且负大，则负大；
87.4)若正中且负小，则负小；
88.5)若正中且负中，则负小；
89.6)若正中且负大，则负中；
90.7)若正小且负大，则负小。
91.其中，模糊向量尾煤给煤过大和尾温下降趋势的取值遵循以下原则：
92.隶属度最大值原则；
93.在隶属度值同为最大值情况下，首选等级绝对值最小的等级值。
94.本发明另一实施例中，rdf条件下水泥窑分解炉自动退煤控制方法，包括以下步骤：
95.s1、建立变量隶属函数模型：
[0096][0097]
对于尾煤给煤量，以小时均值a(其中pi是尾煤给煤量周期采样值(采样周期为1秒))和1.4倍小时均值(1.4)的大小，划分为3个等级，该论域模糊语言描述为ps、pm、pb，则有
[0098][0099][0100][0101]
对于废气中co含量，按0-9000ppm划分3个等级，该论域模糊语言描述为ps、pm、pb，则有
[0102][0103][0104][0105]
对于尾温趋势下降，按-1.5至0的大小划为3个等级，该论域模糊语言描述为ns、nm、nb，则有
[0106][0107]
[0108][0109]
由此得到模糊变量的赋值表：
[0110]
表1.尾煤给煤
[0111][0112]
表2.尾气一氧化碳含量
[0113][0114]
表3.尾温下降趋势
[0115][0116]
表4.尾煤给煤过大
[0117][0118]
s2、建立模糊控制规则：
[0119]
对于尾煤给煤过高第一级模糊控制规则可以归纳如下：
[0120]
1)若正大，则正大；
[0121]
2)若正大且正中，则正大；
[0122]
3)若正大且正小，则正中；
[0123]
4)若正中且正中，则正中；
[0124]
5)若正中且正小，则正小；
[0125]
6)若正小且正小，则正小；
[0126]
根据上述模糊控制规则，得到尾煤给煤过高与给煤量和尾气一氧化碳的模糊关系矩阵
[0127][0128]
对于自动退煤的判断，通过对当前尾煤给煤的模糊结论和尾温的下降趋势建立模糊控制规则如下：
[0129]
7)若正大且负小，则负中；
[0130]
8)若正大且负中，则负大；
[0131]
9)若正大且负大，则负大；
[0132]
10)若正中且负小，则负小；
[0133]
11)若正中且负中，则负小；
[0134]
12)若正中且负大，则负中；
[0135]
13)若正小且负大，则负小；
[0136]
由以上推理规则，得到自动退煤大小与当前尾煤给煤大小和尾温下降趋势的模糊关系矩阵为：
[0137][0138]
s3、模糊控制输出根据模糊控制合成规则，尾煤给煤过高以及尾煤退煤大小分别为：
[0139][0140][0141]
式中式中t表示矩阵转置，o表示模糊运算。
[0142][0143][0144]
xi、yj表示各元素等级值，表示相应元素等级下的尾煤给煤大小向量中元素的隶属度，表示相应元素等级下的尾煤自动退煤大小向量中元素的隶属度。根据实时采集到的模拟量，对照相应的赋值表，完成变量：当前尾煤给煤、尾气中一氧化碳以及尾温下降程度值由基本论域向模糊论域的变换，由(15)和(16)式得到是一个1
×
3的模糊向量，第一级模糊控制的当前尾煤给煤过大和尾煤自动退煤程度取值遵循原则为：隶属度最大值原则；在隶属度值同为最大值情况下，首选等级绝对值最小的等级值。根据的等级值，对尾煤进行自动退煤处理。
[0145]
本发明的模糊控制系统作为rdf条件下水泥窑分解炉温度控制系统的一个子功能模块，通过dcs系统(distribued control system分布式控制系统)完成数据的采集，在后台完成模糊控制运算，给出尾煤退煤策略。
[0146]
本发明的第三实施例中，当前，实时获取的尾煤给煤量为14.3吨/小时(小时尾煤给煤均值为12.8)，尾气中一氧化碳含量为5000ppm，尾温下降趋势为-0.8℃/s，通过隶属函数式模糊变量赋值表1、表2、表3，可分别得到当前的工况是：当前尾煤给煤、尾气一氧化碳含量、尾温趋势下降与之对应的模糊向量分别为：
[0147][0148][0149][0150]
则
[0151][0152]
由式(13)计算可得：
[0153][0154]
根据第一级模糊计算得到的尾煤给煤模糊向量，结合尾温下降趋势模糊向量可
得：
[0155][0156]
由式(14)计算可得：
[0157][0158]
根据隶属度最大原则，此时应对尾煤给煤进行中度退煤处理。
[0159]
本发明实施例的rdf条件下水泥窑分解炉自动退煤控制系统，包括：
[0160]
系统构建模块，用于构建三维模糊控制系统，系统的输入是当前尾煤给煤量、尾气一氧化碳含量和尾温下降趋势程度，系统的输出是尾煤退煤控制策略；
[0161]
隶属函数模型建立模块，用于建立多个变量隶属函数模型，多个变量包括分解炉尾煤给煤、尾气一氧化碳和尾温，分别将各个变量的值域划分多个等级，并分别用相应的论域模糊语言进行描述，得到多个模糊变量的赋值表，多个模糊变量包括尾煤给煤量尾气一氧化碳含量尾温下降趋势尾煤给煤过大
[0162]
模糊关系矩阵建立模块，用于根据尾煤给煤过高建立第一级模糊推理规则，得到尾煤给煤过高、尾煤给煤量和尾气一氧化碳的模糊关系矩阵；根据自动退煤的计算，并根据当前的模糊向量尾煤给煤过大和尾温下降趋势建立第二级模糊控制规则，得到尾煤自动退煤大小与尾煤给煤过大尾温下降趋势的模糊关系矩阵；
[0163]
模糊计算模块，用于根据模糊控制合成规则将两级规则合成，得到尾煤给煤过大以及尾煤自动退煤大小的模糊计算表达式；
[0164]
自动退煤控制模块，用于将实时采集到的模拟量包括尾煤给煤量、尾气中一氧化碳含量以及尾温下降程度值输入三维模糊控制系统，进行模糊论域的变换，根据模糊计算表达式计算得到模糊控制量尾煤给煤过大和尾煤自动退煤大小并输出，完成rdf条件下水泥窑分解炉的自动退煤控制。
[0165]
本发明实施例rdf条件下水泥窑分解炉自动退煤控制系统中各个模块主要用于实现上述方法实施例的各个步骤，相同部分在此不赘述。
[0166]
本发明还提供一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，sd或dx存储器等)、随机访问存储器(ram)、静态随机访问存储器(sram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、可编程只读存储器(prom)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、app应用商城等等，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现相应功能。本实施例的计算机可读存储介质用于被处理器执行时实现上述方法实施例的rdf条件下水泥窑分解炉自动退煤控制方法。
[0167]
本发明以dcs平台为基础，结合水泥制造工艺理论和实际工作经验，对于rdf条件下窑尾分解炉因co过高，燃烧环境恶化的情况下，控制系统自动进行退煤处理。通过建立两级二维模糊控制器实现三维模糊控制，对当前尾煤给煤量、尾气中co含量、尾温下降趋势与尾煤退煤程度建立模糊控制规则，实现三维模糊控制，稳定了水泥窑生产过程热工平衡系统。
[0168]
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。