油電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)合成過程的建模與控制.pdf

1、以煤氣化為基礎(chǔ)的油電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是一種先進的煤炭利用方式，融合了費托合成液體燃料生產(chǎn)以及IGCC發(fā)電技術(shù)。煤炭經(jīng)氣化生成合成氣(CO+H2)，然后合成氣進入漿態(tài)床反應(yīng)器通過費托合成反應(yīng)生產(chǎn)液體燃料，馳放氣進入燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站發(fā)電。作為油電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)合成過程的核心技術(shù)，費托合成漿態(tài)床反應(yīng)器是一個非線性、耦合的多變量系統(tǒng)，漿態(tài)床反應(yīng)器控制系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)系到整個聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。目前費托合成漿態(tài)床反應(yīng)器技術(shù)還處于工業(yè)示范階段，漿態(tài)床反應(yīng)器動態(tài)特

2、性以及控制策略的研究尚屬空白。因此，針對費托合成漿態(tài)床反應(yīng)器的建模與控制研究具有很重要的理論意義以及實際應(yīng)用價值。
　　本文以煤基合成油示范廠的漿態(tài)床反應(yīng)器為對象，對油電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)合成過程的建模與控制進行了如下研究:
　　1、針對費托合成漿態(tài)床反應(yīng)器，采用機理分析建模的方法，基于雙泡模型假設(shè)，綜合考慮了反應(yīng)器內(nèi)的流動特性、傳質(zhì)傳熱、化學反應(yīng)動力學與選擇性，建立了漿態(tài)床反應(yīng)器的動態(tài)數(shù)學模型。將該模型應(yīng)用于漿態(tài)床反應(yīng)器的動態(tài)特性研

3、究，模擬計算了新鮮氣流量、循環(huán)氣流量以及冷卻水流量變化對漿態(tài)床反應(yīng)器性能的影響。結(jié)果表明，隨著新鮮氣流量增加，液體燃料的產(chǎn)量增加，反應(yīng)器溫度升高;隨著循環(huán)氣流量增加，反應(yīng)器的壓力明顯升高，溫度略有上升，產(chǎn)量減少;隨著冷卻水流量增加，反應(yīng)器溫度迅速下降，幅度較大，產(chǎn)量隨之減少。
　　2、針對費托合成過程的非線性辨識問題，提出了一種基于差異演化算法(DE)的徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RBFNN)模型設(shè)計方法。首先引入自適應(yīng)策略對標準差異算法

4、的控制參數(shù)進行改進，然后將DE算法的種群分解為幾組并行的子種群，每組子種群對應(yīng)于一類隱節(jié)點數(shù)相同的RBF網(wǎng)絡(luò)，在RBFNN的學習過程中進行多子種群并行優(yōu)化，從而實現(xiàn)RBF網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與參數(shù)的同時調(diào)整。該算法可以利用合成過程的輸入輸出數(shù)據(jù)，自動設(shè)計出滿足誤差精度要求且結(jié)構(gòu)較小的RBFNN模型。將該算法應(yīng)用于漿態(tài)床反應(yīng)器油品產(chǎn)量的建模，得到的RBFNN模型結(jié)構(gòu)簡單，辨識誤差小，具有較好的泛化能力，能夠反映合成過程的動態(tài)特性。
　　3、漿態(tài)

5、床的床層溫度是合成反應(yīng)器最重要的工藝參數(shù)。針對漿態(tài)床反應(yīng)器床溫的控制問題，建立了床溫的RBFNN預(yù)測模型，提出一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器(FNN)的預(yù)測控制方法，在預(yù)測控制的滾動優(yōu)化中，采用改進差異演化算法對FNN控制器的參數(shù)進行優(yōu)化，以獲得最優(yōu)控制量。將該控制方法應(yīng)用于漿態(tài)床反應(yīng)器的床溫控制，具有較好的控制品質(zhì)。然后針對FNN控制器參數(shù)較多，又提出一種基于PID神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)(PIDNN)的控制方案，能夠更好地滿足控制實時性的要求。

6、>　　4、針對漿態(tài)床反應(yīng)器床溫壓力系統(tǒng)的解耦控制問題，提出了一種基于多輸出PID神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)(MPIDNN)的控制方法。首先利用現(xiàn)場數(shù)據(jù)，采用非線性辨識方法建立漿態(tài)床的壓力模型，與床溫模型一起組成反應(yīng)器的多變量預(yù)測模型。然后在該模型的基礎(chǔ)上，采用多輸出PID神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)設(shè)計了反應(yīng)器的解耦控制方案，并采用差異演化算法對MPIDNN控制器的參數(shù)進行在線優(yōu)化，以獲得最優(yōu)控制量。將該方法應(yīng)用于漿態(tài)床反應(yīng)器床溫壓力系統(tǒng)的控制，結(jié)果表明，MPIDNN控