一种多晶硅粗馏控制方法技术

本发明专利技术提供一种多晶硅粗馏控制方法，通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量来调节合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差和塔釜温度，通过调节合成粗馏一级塔的进料流量来调节合成粗馏一级塔的塔釜温度和塔釜液位，通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量来调节合成粗馏一级塔的塔釜温度和塔釜液位，将不同的被控变量与同一操纵变量建立关联关系，从而实现各被控变量之间的关联控制，一个操纵变量发生变化可以引起多个被控变量变化，若其中的一个或多个被控变量不满足工艺要求，则继续调节操纵变量，从而实时控制多晶硅粗馏工艺，整个控制过程实时性高，不存在滞后，控制精度高，降低工艺参数的标准偏差，保证系统平稳运行。

【技术实现步骤摘要】
一种多晶硅粗馏控制方法
本专利技术涉及光伏能源
，具体涉及一种多晶硅粗馏控制方法。
技术介绍
多晶硅粗馏是多晶硅生产过程重要环节，主要为多晶硅提供精致原料，其产品为精致三氯氢硅，三氯氢硅的纯度将决定多晶硅的质量。在实际生产控制过程中，存在精馏塔进料组分变化大、精馏塔再沸器加热用蒸汽压力波动不确定性、运行过程中干扰因素多，包括可测干扰与不可测干扰，仪表参数波动大、过程受约束，控制量、被控量间有诸多约束限制等问题。多晶硅粗馏塔由DCS(DistributedControlSystem，分布式控制系统)控制，控制回路主要为单回路、串级控制、分程控制。多晶硅组分分离粗馏工艺流程为：合成得到的氯硅烷混合物首先进入合成粗馏一级塔进行精馏，自塔底分离出四氯化硅及高于四氯化硅沸点的杂质，合成粗馏一级塔塔顶馏分出的三氯氢硅、二氯二氢硅及低沸物杂质直接进入合成粗馏二级塔进行精馏，从合成粗馏二级塔塔顶分离出二氯二氢硅及低沸物馏分，合成粗馏二级塔塔底采出的三氯氢硅进入再沸器加热后进入三氯氢硅产品罐，第二粗镏塔塔顶采用循环冷却水冷却。多晶硅组分分离粗馏工艺的控制方式均采用常规的PID(比例、积分、微分)控制。然而，现有的多晶硅粗馏控制方案无法克服控制过程本身存在的滞后，对于过渡时间长的控制过程难以控制。每个控制回路是通过控制一个或多个被控变量来调节一个操纵变量，各控制回路对其他回路的影响难以统筹，无法整体考虑整个设备的控制要求。因此，亟需一种多晶硅粗馏控制方案，以解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供一种多晶硅粗馏控制方法，用以解决控制偏差大，各被控变量之间的影响难以统筹的问题。本专利技术为解决上述技术问题，采用如下技术方案：本专利技术提供一种多晶硅粗馏控制方法，包括以下步骤：建立操纵变量与被控变量之间的控制模型；所述操纵变量包括：合成粗馏一级塔的蒸汽流量、合成粗馏一级塔的塔顶采出流量、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量、合成粗馏一级塔的进料流量、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量和合成粗馏一级塔的进料流量；所述被控变量包括：合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差、合成粗馏一级塔的塔釜温度、合成粗馏一级塔的塔釜液位、合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差和合成粗馏二级塔的塔釜液位；根据所述控制模型，依次将合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差、塔釜温度和塔釜液位分别控制在预设的第一阈值范围、第二阈值范围和第三阈值范围内，并依次将合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差和塔釜液位控制在预设的第四阈值范围和第五阈值范围内；其中，通过调节合成粗馏一级塔的蒸汽流量和/或合成粗馏一级塔的塔顶采出流量，调节合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差；通过调节以下之一或任意组合调节合成粗馏一级塔的塔釜温度：合成粗馏一级塔的塔釜采出流量、合成粗馏一级塔的蒸汽流量、合成粗馏一级塔的进料流量；通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量和/或合成粗馏一级塔的进料流量，调节合成粗馏一级塔的塔釜液位。优选的，合成粗馏一级塔的蒸汽流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的塔顶采出流量的优先级；合成粗馏一级塔的塔釜采出流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的蒸汽流量的调节优先级，合成粗馏一级塔的蒸汽流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的进料流量的调节优先级；合成粗馏一级塔的塔釜采出流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的进料流量的调节优先级。优选的，通过调节合成粗馏二级塔的蒸汽流量调节合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差；通过调节合成粗馏一级塔的塔顶采出流量和/或合成粗馏二级塔的塔釜采出流量，调节合成粗馏二级塔的塔釜液位。优选的，合成粗馏一级塔的塔顶采出流量的调节优先级高于合成粗馏二级塔的塔釜采出流量的调节优先级。优选的，以下操纵变量与被控变量之间的控制模型通过二阶传递函数表示：合成粗馏一级塔的蒸汽流量与合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差之间的控制模型、合成粗馏一级塔的蒸汽流量与合成粗馏一级塔的塔釜温度之间的控制模型、合成粗馏一级塔的进料流量与合成粗馏一级塔的塔釜温度之间的控制模型、合成粗馏一级塔的进料流量与合成粗馏一级塔的塔釜液位之间的控制模型、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量与合成粗馏一级塔的塔釜温度之间的控制模型、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量与合成粗馏一级塔的塔釜液位之间的控制模型、合成粗馏一级塔的塔顶采出流量与合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差之间的控制模型、合成粗馏二级塔的塔釜采出流量与合成粗馏二级塔的塔釜液位之间的控制模型、合成粗馏二级塔的蒸汽流量与合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差之间的控制模型；其中，其中G为增益，是被控变量变化量与操纵变量变化量之比；τ表示时滞，为被控变量采样周期的倍数；T1和T2表示时间常数。优选的，合成粗馏一级塔的塔釜采出流量与合成粗馏二级塔的塔釜液位之间的控制模型为一阶函数。优选的，第一阈值范围为31.5-33KPa；第二阈值范围为106.8-107℃；第三阈值范围和第五阈值范围均为2050-2200mm；第四阈值范围为20-23kPa。本专利技术通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量来调节合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差和塔釜温度，通过调节合成粗馏一级塔的进料流量来调节合成粗馏一级塔的塔釜温度和塔釜液位，通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量来调节合成粗馏一级塔的塔釜温度和塔釜液位，将不同的被控变量与同一操纵变量建立关联关系，从而实现各被控变量之间的关联控制，一个操纵变量发生变化可以引起多个被控变量变化，若其中的一个或多个被控变量不满足工艺要求，则继续调节操纵变量，从而实时控制多晶硅粗馏工艺，整个控制过程实时性高，不存在滞后，控制精度高，降低工艺参数的标准偏差(波动幅度)，保证系统平稳运行；在操作强度方面，保持生产操作的一致性，减少了人为干扰，采用本专利技术的控制方案后，降低了人工操作频次，实现了合成粗镏塔的自动运行。附图说明图1为本专利技术实施例提供的多晶硅粗馏控制示意图；图2为本专利技术实施例提供的操纵变量与被控变量的关系示意图；图3a为第一粗镏塔的控制工艺示意图；图3b为第二粗镏塔的控制工艺示意图。图4为二阶传递函数曲线示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术改变合成粗馏一级塔和合成粗馏一级塔现有控制方式，将常规控制改为多变量预测控制、智能控制。具体的，结合流程模拟技术，通过对多晶硅粗馏装置关键工艺指标和产品质量指标深入分析，建立合理的过程控制模型，并克服操作中粗单体组分变化的影响，提高操纵的平稳性和分离精度、减少主要产品的损失，实现对产品质量的精确控制，降低能耗，实现最佳的经济和社会效益。参见图1，本专利技术由DCS控制系统采集组分分离粗馏装置的数据，结合工艺在DCS控制系统中增加常规控制，具体的，分别增加第一控制服务器和第二控制服务器，第一控制服务器内建立合成粗馏一级塔的控制模型，第二控制服务器内建立合成粗馏二级塔的控制模型，采用多变量预测控制、智能控制、软测量技术实现组分分离粗馏装置控制优化。模型预测控制是一种基于模型的闭环优化控制策略，具有以下三个基本特征：模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅粗馏控制方法，其特征在于，包括：建立操纵变量与被控变量之间的控制模型；所述操纵变量包括：合成粗馏一级塔的蒸汽流量、合成粗馏一级塔的塔顶采出流量、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量、合成粗馏一级塔的进料流量、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量和合成粗馏一级塔的进料流量；所述被控变量包括：合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差、合成粗馏一级塔的塔釜温度、合成粗馏一级塔的塔釜液位、合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差和合成粗馏二级塔的塔釜液位；根据所述控制模型，依次将合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差、塔釜温度和塔釜液位分别控制在预设的第一阈值范围、第二阈值范围和第三阈值范围内，并依次将合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差和塔釜液位控制在预设的第四阈值范围和第五阈值范围内；其中，通过调节合成粗馏一级塔的蒸汽流量和/或合成粗馏一级塔的塔顶采出流量，调节合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差；通过调节以下之一或任意组合调节合成粗馏一级塔的塔釜温度：合成粗馏一级塔的塔釜采出流量、合成粗馏一级塔的蒸汽流量、合成粗馏一级塔的进料流量；通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量和/或合成粗馏一级塔的进料流量，调节合成粗馏一级塔的塔釜液位。

【技术特征摘要】
1.一种多晶硅粗馏控制方法，其特征在于，包括：建立操纵变量与被控变量之间的控制模型；所述操纵变量包括：合成粗馏一级塔的蒸汽流量、合成粗馏一级塔的塔顶采出流量、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量、合成粗馏一级塔的进料流量、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量和合成粗馏一级塔的进料流量；所述被控变量包括：合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差、合成粗馏一级塔的塔釜温度、合成粗馏一级塔的塔釜液位、合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差和合成粗馏二级塔的塔釜液位；根据所述控制模型，依次将合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差、塔釜温度和塔釜液位分别控制在预设的第一阈值范围、第二阈值范围和第三阈值范围内，并依次将合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差和塔釜液位控制在预设的第四阈值范围和第五阈值范围内；其中，通过调节合成粗馏一级塔的蒸汽流量和/或合成粗馏一级塔的塔顶采出流量，调节合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差；通过调节以下之一或任意组合调节合成粗馏一级塔的塔釜温度：合成粗馏一级塔的塔釜采出流量、合成粗馏一级塔的蒸汽流量、合成粗馏一级塔的进料流量；通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量和/或合成粗馏一级塔的进料流量，调节合成粗馏一级塔的塔釜液位。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，合成粗馏一级塔的蒸汽流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的塔顶采出流量的优先级；合成粗馏一级塔的塔釜采出流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的蒸汽流量的调节优先级，合成粗馏一级塔的蒸汽流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的进料流量的调节优先级；合成粗馏一级塔的塔釜采出流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的进料流量的调节优先级。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调节合成粗馏二级塔的蒸汽流量调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞清华，宋永刚，陈鹏，杜家勇，唐杰，高攀，
申请(专利权)人：新特能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65