基于多模型切换控制的煤气化工业过程先进控制

煤气化是煤化工生产过程的重要组成工艺.煤气化过程以煤和氧气作为主要反应原料,在高温高压条件下发生化学反应生成粗合成气.相较石油化工行业,煤气化工业过程的先进控制(APC)实施有较大难度,原因在于煤气化过程中煤质不断变化,导致传统的基于单一模型的先进控制方法会引起控制器模型失配问题,引发生产过程中关键参数(氧煤比、气化炉温度)的较大波动.针对上述问题,基于水煤浆气化炉的生产实际,提出了一种基于多模型切换的动态矩阵控制方法.在离线状态下,利用不同煤质工况下的过程数据,构造多工况模型集.在线控制时,采取累积平方误差-总平方波动(ISE-TSV)作为控制器性能指标表征控制器性能与模型失配程度,同时使用多模型预测值作为模型切换准则.通过多模型切换动态矩阵控制,实现了煤气化单元的先进控制.根据所提方法开发了多模型切换控制软件Wisdom-Controller,在UniSim平台上进行了控制模拟,并进行了工业应用测试,模拟及工业应用测试结果证实了所提方法能够在煤质工况波动的情况下,实现氧煤比及气化炉温度的精准控制.对比传统的人工手动操作,基于多模型切换控制的先进控制方法降低了氧煤比及气化炉温度均方控制偏差.同时减少了比煤耗,增加了合成气体产量,显著提高了装置的经济效益.从而为实现煤气化工业过程的先进控制提供了一条新的有效途径.