煤气发生器测控系统的研究

【摘要】： 煤炭在我国能源结构中占据主导地位,煤直接燃烧产生的二氧化硫、硫化氢等严重污染大气,因此,研发高效、低耗、低污染的煤气化工艺是非常重要的。 鉴于煤气发生炉气化层温度变化的迅速性,设计了单晶蓝宝石高温探头的光纤温度传感器,实现了对气化层温度的测量;选择了纯石英棒探头的温度传感器实现了煤气炉出口温度的测量;设计光电转换前置放大电路,使探测器对输入的光功率具有高的分辨率和大的测量范围,并能减小电路噪声。实验结果表明,其灵敏度优于1℃。 针对蒸汽在煤气管中流速的不稳定性,采用基于时差法的超声波流量计测量蒸汽流量,只需对顺流时间和逆流时间进行采样,不需要获取超声波在流体中的传播速度,测量精度高,不受流体物理化学性质的影响。 由于煤气发生炉具有非线性,参数不稳定,难以建立精确的数学模型,采用传统的PID控制系统,效果不佳。本文根据煤气炉出口温度控制的品质取决于温度控制算法的设计,采用混沌PID控制,设计了基于混沌优化的PID控制算法。将PID控制参数引入到混沌变量的运动轨迹中,根据选定的寻优条件并结合满足控制系统稳定性的条件,利用混沌变量进行全局范围内的粗搜索和细搜索,最后搜索出PID参数的全局最优解。 仿真实验表明利用混沌变量对PID参数进行寻优比其他整定方法更具有优越性。 【关键词】：煤气发生器 PID 光纤传感器 超声波流量计 混沌控制
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TP273.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 煤气化工艺的发展11-17
• 1.2.1 中国煤气化技术的能源背景12-13
• 1.2.2 煤气化工艺在我国的发展13-15
• 1.2.3 国外煤气化工艺的发展15-17
• 1.3 开发与研究煤气化技术的目的及研究概述17-19
• 1.3.1 开发与研究煤气化技术的目的17-19
• 1.3.2 研究概述19
• 1.4 论文的主要研究内容19-21
• 第2章 煤气发生器原理21-31
• 2.1 煤气发生器的主要结构21
• 2.2 煤气发生器的气化原理21-27
• 2.2.1 气化原理21-22
• 2.2.2 气化过程22-24
• 2.2.3 气化过程的影响因素24-25
• 2.2.4 发生炉煤气炉出温度高的原因及其影响25-27
• 2.3 几种典型煤气发生炉27-30
• 2.3.1 德士古(Texaco)炉27
• 2.3.2 鲁奇(Lurgi)炉27-28
• 2.3.3 谢尔(Shell)气化炉28
• 2.3.4 恩德气化炉28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 煤气生成过程关键参数测量系统31-45
• 3.1 煤气温度的测量31
• 3.2 煤气炉出口温度的测量施31-35
• 3.2.1 光纤传感器的基本工作原理31-34
• 3.2.2 实验结果与分析34-35
• 3.3 煤气总管压力的测量35-37
• 3.3.1 压力的调节测量35-36
• 3.3.2 控制线路36-37
• 3.3.3 安装要求37
• 3.4 流量的测量37-44
• 3.4.1 超声波流量计测量蒸汽流量37-40
• 3.4.2 涡街流量计测量蒸汽流量40-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 煤气发生器控制策略与实现45-63
• 4.1 PID 控制原理45-49
• 4.1.1 模拟PID 控制算法45-46
• 4.1.2 数字PID 控制算法46-47
• 4.1.3 PID 参数整定技术47-48
• 4.1.4 参数优化方法48-49
• 4.2 混沌控制基础49-52
• 4.2.1 混沌的定义49-50
• 4.2.2 混沌的特性50-51
• 4.2.3 混沌的利用51-52
• 4.3 混沌寻优原理52-55
• 4.4 混沌变量的PID 参数的最优设计55-59
• 4.4.1 目标函数的确定55-56
• 4.4.2 混沌优化算法的实现56-59
• 4.5 系统控制方案59-60
• 4.6 仿真验证60-62
• 4.7 本章小结62-63
• 第5章 煤气发生炉的安全监测系统63-73
• 5.1 防止煤气泄漏的控制系统63-66
• 5.1.1 煤气泄漏的紧急处理63-64
• 5.1.2 防止煤气泄漏的控制系统64-66
• 5.2 发生炉煤气爆炸原因及防爆措施66-70
• 5.2.1 发生炉煤气爆炸的几种情况及原因68-69
• 5.2.2 煤气防爆措施69-70
• 5.3 煤气发生炉常见事故与防范措施70-71
• 5.3.1 常见故障70-71
• 5.3.2 防范措施71
• 5.4 本章小结71-73
• 结论73-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果79-80
• 致谢80-81
• 作者简介81

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