本發(fā)明涉及預(yù)熱器，具體涉及一種用于常減壓加熱爐的管式空氣預(yù)熱器及其控制方法。
背景技術(shù)：
1、在石油煉制的常減壓蒸餾系統(tǒng)中，空氣預(yù)熱器是一種關(guān)鍵節(jié)能設(shè)備，主要用于回收加熱爐排放煙氣中的余熱，并對(duì)助燃空氣進(jìn)行預(yù)熱，從而提高燃燒效率，降低能耗。實(shí)踐證明，通過煙氣余熱將空氣從常溫加熱至200℃至300℃可以減少燃料消耗約5%至10%。
2、空氣預(yù)熱器分為兩種，一種是回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，多用于火電廠等場合。一種是管式空氣預(yù)熱器，其結(jié)構(gòu)較為簡單，煙氣通過具有多個(gè)管道的換熱段將管道加熱，空氣冷風(fēng)則通過管道進(jìn)行加熱。由于煙氣需要通過多個(gè)狹窄的管道，而煙氣中含有大量的灰塵，長期使用后管式空氣預(yù)熱器容易因?yàn)榉e灰或結(jié)垢導(dǎo)致部分管道堵塞，影響換熱效率。同時(shí)煙氣中還含有大量的硫化物，在經(jīng)過管式空氣預(yù)熱器后會(huì)不同程度的形成酸霧，與灰塵結(jié)合后滯留在管道上，對(duì)管道進(jìn)行腐蝕，腐蝕嚴(yán)重時(shí)會(huì)將管道穿透，造成煙氣泄漏等危害。
3、由于管式空氣預(yù)熱器為高溫封閉環(huán)境，其運(yùn)行狀態(tài)難以直接測得，尤其是管道內(nèi)部空間狹窄且被大量積灰覆蓋，腐蝕狀態(tài)更加難以直接測得。目前現(xiàn)有技術(shù)中多是通過建立管式空氣預(yù)熱器的解析式數(shù)學(xué)模型來預(yù)測管式空氣預(yù)熱器的積灰及腐蝕狀態(tài)，這不僅需要測量大量的數(shù)據(jù)，例如干煙氣產(chǎn)物莫爾系數(shù)、空氣量莫爾系數(shù)、燃料成分參數(shù)等，工作量大，成本高，并且煙氣及空氣的狀態(tài)會(huì)隨著時(shí)間不斷變化，影響預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決難以建立空氣預(yù)熱器準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而無法準(zhǔn)確監(jiān)測空氣預(yù)熱器的運(yùn)行狀態(tài)的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于常減壓加熱爐的管式空氣預(yù)熱器及其控制方法。其中，控制方法包括以下步驟：
2、周期性采集管式空氣預(yù)熱器的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，組成實(shí)時(shí)輸入向量和實(shí)時(shí)輸出向量；
3、根據(jù)多個(gè)所述實(shí)時(shí)輸入向量和多個(gè)所述實(shí)時(shí)輸出向量估算所述管式空氣預(yù)熱器的實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣；
4、分別將所述實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣與每個(gè)運(yùn)行狀態(tài)類型所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣進(jìn)行比較；
5、判斷所述實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣與所述標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣是否匹配，若是，則所述管式空氣預(yù)熱器的運(yùn)行狀態(tài)為所述標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣所對(duì)應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)。
6、通過易于測得的煙氣及空氣通過管式空氣預(yù)熱器前后的狀態(tài)變化來估計(jì)管式空氣預(yù)熱器的實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣，并將實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣進(jìn)行比較，判斷管式空氣預(yù)熱器的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)低成本地對(duì)管式空氣預(yù)熱器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，從而提醒維護(hù)人員及時(shí)對(duì)管式空氣預(yù)熱器進(jìn)行維護(hù)，合理安排維護(hù)時(shí)間，避免因?yàn)楣苁娇諝忸A(yù)熱器的過度積灰或腐蝕影響對(duì)進(jìn)入燃燒爐的空氣的預(yù)熱。
7、具體地，所述實(shí)時(shí)輸入向量的每個(gè)分量分別表示：煙氣入口側(cè)溫度、煙氣入口側(cè)流速、煙氣入口側(cè)壓力、冷風(fēng)溫度、冷風(fēng)濕度、冷風(fēng)流速、冷風(fēng)壓力。
8、具體地，所述實(shí)時(shí)輸出向量的每個(gè)分量分別表示：煙氣出口側(cè)溫度、煙氣出口側(cè)流速、煙氣出口側(cè)壓力、熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)濕度、熱風(fēng)流速、熱風(fēng)壓力。
9、進(jìn)一步地，所述實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣通過以下步驟獲?。?/p>
10、構(gòu)建所述管式空氣預(yù)熱器的線性數(shù)學(xué)模型，根據(jù)所述實(shí)時(shí)輸入向量和所述實(shí)時(shí)輸出向量估算一次狀態(tài)矩陣；
11、將所述一次狀態(tài)矩陣代入到所述線性數(shù)學(xué)模型中，利用所述線性數(shù)學(xué)模型和所述實(shí)時(shí)輸入向量估算預(yù)測輸出向量；
12、計(jì)算所述預(yù)測輸出向量與所述實(shí)時(shí)輸出向量的偏差向量，并根據(jù)所述偏差向量構(gòu)建所述管式空氣預(yù)熱器的修正線性數(shù)學(xué)模型；
13、利用所述修正線性數(shù)學(xué)模型、所述實(shí)時(shí)輸入向量和所述實(shí)時(shí)輸出向量估算所述實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣。
14、通過計(jì)算偏差向量，并用偏差向量對(duì)管式空氣預(yù)熱器的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修正，進(jìn)而對(duì)實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣進(jìn)行修正，提高實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣的準(zhǔn)確度。
15、具體地，所述標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣通過以下步驟獲?。?/p>
16、獲取歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，將所述歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)分類為多個(gè)運(yùn)行狀態(tài)類型；
17、分別針對(duì)每個(gè)所述運(yùn)行狀態(tài)類型，選取未參與計(jì)算的所述歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，構(gòu)建歷史輸入向量和歷史輸出向量；
18、根據(jù)所述歷史輸入向量和所述歷史輸出向量估算所述標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣。
19、進(jìn)一步地，通過以下步驟構(gòu)建所述標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣：
20、構(gòu)建所述管式空氣預(yù)熱器的線性數(shù)學(xué)模型，根據(jù)所述歷史輸入向量和所述歷史輸出向量估算初始狀態(tài)矩陣和最小均方誤差；
21、判斷所述最小均方誤差是否小于第一閾值，若是，則所述初始狀態(tài)矩陣即為所述標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣，若否，則構(gòu)建所述管式空氣預(yù)熱器的非線性數(shù)學(xué)模型，根據(jù)所述歷史輸入向量和所述歷史輸出向量估算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣。
22、當(dāng)采用線性數(shù)學(xué)模型計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣波動(dòng)較大時(shí)，改用非線性數(shù)學(xué)模型重新評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣，提高標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣的準(zhǔn)確度。
23、具體地，通過以下步驟構(gòu)建所述標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣：
24、構(gòu)建所述管式空氣預(yù)熱器的線性數(shù)學(xué)模型，根據(jù)所述歷史輸入向量和所述歷史輸出向量估算初始狀態(tài)矩陣；
25、將所述初始狀態(tài)矩陣代入到所述線性數(shù)學(xué)模型中，利用所述數(shù)學(xué)模型和所述歷史輸入向量估算預(yù)測輸出向量；
26、計(jì)算所述預(yù)測輸出向量與所述歷史輸出向量的偏差向量，并根據(jù)所述偏差向量構(gòu)建所述管式空氣預(yù)熱器的修正線性數(shù)學(xué)模型；
27、利用所述修正線性數(shù)學(xué)模型、所述歷史輸入向量和所述歷史輸出向量估算所述標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣。
28、具體地，通過以下步驟判斷所述實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣是否匹配：
29、將所述實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣與所述標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣相減，獲得差異矩陣，計(jì)算所述差異矩陣的f-范數(shù)；
30、將所述差異矩陣的f-范數(shù)與第二閾值進(jìn)行比較，若所述差異矩陣的f-范數(shù)小于第二閾值，則所述實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣與所述標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣相匹配。
31、具體地，通過以下步驟判斷所述實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣是否匹配：
32、計(jì)算所述實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣與所述標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣的相似度；
33、判斷所述相似度是否大于第三閾值，若是，則所述實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣與所述標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣相匹配。
34、進(jìn)一步地，在判斷所述實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣與所述標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣是否匹配后，輸出所述相似度。
35、本發(fā)明還提供一種用于常減壓加熱爐的管式空氣預(yù)熱器，采用上述控制方法進(jìn)行控制。
36、本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：
37、通過易于測得的煙氣及空氣通過管式空氣預(yù)熱器前后的狀態(tài)變化來估計(jì)管式空氣預(yù)熱器的實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣，并將實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣進(jìn)行比較，判斷管式空氣預(yù)熱器的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)低成本地對(duì)管式空氣預(yù)熱器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，從而提醒維護(hù)人員及時(shí)對(duì)管式空氣預(yù)熱器進(jìn)行維護(hù)，合理安排維護(hù)時(shí)間，避免因?yàn)楣苁娇諝忸A(yù)熱器的過度積灰或腐蝕影響對(duì)進(jìn)入管式加熱爐的空氣的預(yù)熱。
1.一種用于常減壓加熱爐的管式空氣預(yù)熱器的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于常減壓加熱爐的管式空氣預(yù)熱器的控制方法，其特征在于，所述實(shí)時(shí)輸入向量的每個(gè)分量分別表示：煙氣入口側(cè)溫度、煙氣入口側(cè)流速、煙氣入口側(cè)壓力、冷風(fēng)溫度、冷風(fēng)濕度、冷風(fēng)流速、冷風(fēng)壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于常減壓加熱爐的管式空氣預(yù)熱器的控制方法，其特征在于，所述實(shí)時(shí)輸出向量的每個(gè)分量分別表示：煙氣出口側(cè)溫度、煙氣出口側(cè)流速、煙氣出口側(cè)壓力、熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)濕度、熱風(fēng)流速、熱風(fēng)壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于常減壓加熱爐的管式空氣預(yù)熱器的控制方法，其特征在于，所述實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣通過以下步驟獲?。?/p>
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于常減壓加熱爐的管式空氣預(yù)熱器的控制方法，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣通過以下步驟獲取：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于常減壓加熱爐的管式空氣預(yù)熱器的控制方法，其特征在于，通過以下步驟構(gòu)建所述標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣：
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于常減壓加熱爐的管式空氣預(yù)熱器的控制方法，其特征在于，通過以下步驟構(gòu)建所述標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于常減壓加熱爐的管式空氣預(yù)熱器的控制方法，其特征在于，通過以下步驟判斷所述實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣是否匹配：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于常減壓加熱爐的管式空氣預(yù)熱器的控制方法，其特征在于，通過以下步驟判斷所述實(shí)時(shí)狀態(tài)矩陣與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣是否匹配：
10.一種用于常減壓加熱爐的管式空氣預(yù)熱器，其特征在于，采用權(quán)利1至9任一項(xiàng)所述的控制方法進(jìn)行控制。