一种用于钛白粉甲苯燃烧器的控制方法技术

一种用于钛白粉甲苯燃烧器的控制方法，属于氯化法钛白粉生产控制技术领域。根据操作人员经验及对被控对象的统计分析，归纳出在各种情况下的控制策略、性能指标判据，然后根据这些统计分析建立起一组用自然语言形式表达的具有模糊性的行之有效的控制规则，来对被控对象进行控制。通过对甲苯的流量及雾化氮气的压力进行参数调节，实时跟踪氧化炉的火焰和温度变化及其生成物TiO2化学特性，优化对甲苯燃烧的控制，高效安全地解决了氧化炉运行周期短、产品粒度等不可控的问题。

A Control Method for Titanium Dioxide Toluene Burner

A control method for a titanium dioxide toluene burner belongs to the technical field of production control of titanium dioxide by chlorination method. According to the operator's experience and the statistical analysis of the controlled object, the control strategy and performance index criteria under various circumstances are summarized. Then, according to these statistical analysis, a set of fuzzy and effective control rules expressed in natural language form are established to control the controlled object. By adjusting the flow rate of toluene and the pressure of nitrogen atomization, real-time tracking of the flame and temperature changes of the oxidizing furnace and the chemical characteristics of its product titanium dioxide, the control of Toluene Combustion was optimized, and the uncontrollable problems such as short operation period of the oxidizing furnace and product size were effectively and safely solved.

【技术实现步骤摘要】
一种用于钛白粉甲苯燃烧器的控制方法
本专利技术属于氯化法钛白粉生产控制
具体涉及一种用于钛白粉甲苯燃烧器的控制方法。
技术介绍
氧化炉甲苯燃烧过程包括物质间相互流动、传热、传质和化学反应以及他们之间相互作用的物理化学反应、放热过程。从精制工段来的精TiCl4经预热器，进入AlCl3发生器，铝粉与氯气反应生成AlCl3并利用反应热进一步预热TiCl4，AlCl3和TiCl4混合物进入氧化炉。氧气经预热到850℃导入氧化炉，热氧与TiCl4流迅速混合，生成TiO2和氯气。具体工艺流程如图1所示。气相氧化反应需要在高温下进行。然而反应温度的提高虽然有利于生成粒子长大，但是生成粒子在高温区停留时间过长会使其过分长大，所以控制生成粒子的反应温度及粒子在高温区的停留时间非常关键。一直以来，氯化法钛白粉生产过程中甲苯燃烧控制是由甲苯输送装置、燃烧器、氧化炉来承担。在氯化法钛白粉生产中.TiO2原级粒子的粒径取决于氧化炉内物料的反应温度，而甲苯燃烧是生成TiO2反应物温度的重要提供者，通常操作人员通过手动调整甲苯输送装置的甲苯雾化氮气压力、甲苯流量等参数来控制反应温度，然而氧化炉的氧化反应是个快速而激烈的过程，存在诸多不可控因素，氧化炉的氧化反应具有高温、快速、强氧化和强腐蚀性，其反应体系是一个典型的受宏观反应物影响较大的体系，作为宏观反应物的甲苯及雾化氮气的较小调节就能够引起钛白粒粒度分布、晶型转化率等参数的显著变化。为了实现精准控制，提高反应质量，减少人工操作失误，迫切需要一种新的方法提高甲苯燃烧系统的控制水平。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于钛白粉甲苯燃烧器的控制方法，对氧化炉内影响反应温度的条件进行综合分析判断，建立控制模型，在确定的其它物理条件下，通过对甲苯的流量及雾化氮气的压力进行参数调节，实时跟踪氧化炉的火焰和温度变化及其生成物TiO2化学特性，优化对甲苯燃烧的控制，高效安全地解决了氧化炉运行周期短、产品粒度等不可控的问题。氧化炉甲苯燃烧过程是强耦合的多输入多输出非线性系统，其动态特性随着运行工况的变化而大幅度变化，且各环节的动态特性差异很大，存在惯性、滞后、非线性、时变、工作环境和干扰的不确定性，很难获得精确的数学模型。在实际生产过程中操作人员主要通过经验对燃烧过程进行控制，操作人员对被控对象进行控制时主要是通过不断的学习，操作经验积累。本专利技术的控制方法就是根据操作人员经验及对被控对象的统计分析，归纳出在各种情况下的控制策略、性能指标判据，然后根据这些统计分析建立起一组用自然语言形式表达的具有模糊性的行之有效的控制规则，来对被控对象进行控制。本专利技术所建立的甲苯燃烧控制方法的对象是一套年产3万吨的甲苯燃烧氧化炉控制装置。在稳定其它反应物的前提下，通过甲苯输送装置，采用新的控制方法调节甲苯流量及雾化氮气压力，来控制氧化炉炉内反应温度及炉膛内的温度分布，防止反应温度或者因为炉膛温度过低而出现熄火，最终实现氧化炉膛内温度的控制和甲苯的安全燃烧控制。其控制方法流程如图3所示。第一步控制程序首先进行系统初始化，且将运行指示灯闪亮，提醒注意危险，然后进行外部条件检查。第二步通过PSV102-1和PSV102-2甲苯电磁阀开闭，观察两个阀在开闭后压力开关的变化来确定阀门密闭性是否正常。第三步无故障后首先开辅助氮气，延时2S后分别打开雾化氮气和三通阀门，打开PSV102-1和PSV102-2甲苯电磁阀。此时程序进入工作循环。在工作循环过程中，每一个扫描周期都经过智能控制调节，智能控制调节程序可以根据外部条件的变化进行调节，智能控制调节具有进行自我学习能力采用模糊数学进行自我学习优化调节参数。控制程序在循环运行过程中实时监控紧急按钮是否按下，及外部检测信号是否正常，检测参数分别为冷却水温在0-75度，甲苯源压力在0.3-1MPa，热氧温度在500-800度，氮气源压力在0.5-1MPa，如果外部检测信号在正常值范围内，则进入下一个程序循环周期。第四步如果有紧急停止按钮按下或者外部信号异常则进入异常处理程序，关闭相关阀门，打开辅助氮气防止燃烧器堵塞，并终止程序。本专利技术核心在智能控制调节程序，所建立的甲苯燃烧控制方法显著的特点是对甲苯流量调节引入了模糊数学理论，使得不依赖于被控对象的精确数学模型，而是利用智能控制法则来描述系统变量间的关系。在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精度是影响控制优劣的主要关键。系统动态的信息越详细，则越能达到精度控制的目的。然而，对于复杂的系统，由于变量太多，往往难以正确的描述系统的动态，于是便利用各种方法来简化系统动态，以达成控制的目的，但却不尽理想，为了获得有效的控制参数，使控制系统具有良好的动态特性，避免高维度控制器，使问题复杂化，本方法所提出的智能控制调节采用模糊理论，控制方法如图2所示。方法采用氧化炉内腔温度、炉腔温度变化率作为控制器的输入变量，同时为减少智能控制调节的复杂度将TiCl4的流量和温度、雾化氮气的压力、热氧的温度、流量稳定在TiCl4的流量35t/h，温度500度，雾化氮气的压力0.5MPa，热氧温度800度热氧气50t/h。智能控制调节将甲苯流量调节作为控制输出量，并将智能控制调节定为二维模糊控制表。智能控制调节实现如下：1、确定控制器变量E(氧化炉内腔温度)、C(炉膛温度变化率)、U(甲苯调节阀开度)2、变量的模糊化和解模糊化E：温度给定值设为T0＝1750℃，量化等级范围为[-6,6]。C：其基本论域定义为[-20℃/10s,20℃/10s]，量化等级范围为[-6,6]。U：阀门开度的基本论域为[5°,90°],量化等级范围为[-7,E7]。3、控制规则的设计本专利技术所建立的甲苯燃烧控制方法智能控制调节的规则设计采用正态分布的隶属函数，采用量化的数学方法，得出氧化炉内腔温度E、内腔温度变化率C和甲苯调节阀开度U的语言赋值情况，形成隶属度赋值表4、建立模糊控制表智能控制调节的控制选用最大隶属度方法，将控制量由模糊量变为工程量。根据模糊控制规则“IFAi且BiTHENCi”及集合运算规则，得出表4所示的模糊控制表，Ai为偏差u论域上的模糊子集，Bi为偏差变化率Δu论域上的模糊子集，Ci为输出控制量c论域上的模糊子集。当进行实时控制时，根据模糊量化后的氧化炉内腔温度偏差值和内腔温度偏差变化率，直接查询模糊控制表以获得控制量调节阀开度的变化值，然后再乘以比例因子，即可作为输出去控制被控对象。5、将控制表用于调节控制本专利技术通过调节甲苯流量及雾化氮气压力，来控制氧化炉炉内反应温度及炉膛内的温度分布，从而防止炉内反应温度过高或者因为炉膛温度过低而出现熄火，最终实现氧化炉膛内温度的控制和甲苯的安全燃烧控制。附图说明图1为本专利技术工艺示意图。图2为控制模型示意图。图3为本专利技术控制流程图。图4为本专利技术所控对象的工艺流程图。具体实施方式本专利技术所建立的甲苯燃烧控制方法的对象是一套年产3万吨的甲苯燃烧氧化炉控制装置。当TiCl4预热温度为550℃，氧气预热温度为800℃，反应温度为1600℃，反应停留时间为0.05～0.08s，如果温度提高，相应的停留时间还应该进一步缩短，这样参于反应的物质并行进行.历程相同，当骤冷至700℃，使得到的TiO2平均粒径小，分布窄，偏差小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于钛白粉甲苯燃烧器的控制方法，其特征在于，工艺步骤如下：第一步控制程序首先进行系统初始化，且将运行指示灯闪亮，提醒注意危险，然后进行外部条件检查；第二步通过PSV102‑1和PSV102‑2甲苯电磁阀开闭，观察两个阀在开闭后压力开关的变化来确定阀门密闭性是否正常；第三步无故障后首先开辅助氮气，延时2S后分别打开雾化氮气和三通阀门，打开PSV102‑1和PSV102‑2甲苯电磁阀；此时程序进入工作循环，在工作循环过程中，每一个扫描周期都经过智能控制调节，智能控制调节程序根据外部条件的变化进行调节，智能控制调节具有进行自我学习能力采用模糊数学进行自我学习优化调节参数；控制程序在循环运行过程中实时监控紧急按钮是否按下，及外部检测信号是否正常，检测参数分别为冷却水温在0‑75度，甲苯源压力在0.3‑1MPa，热氧温度在500‑800度，氮气源压力在0.5‑1MPa，当外部检测信号在正常值范围内，则进入下一个程序循环周期；第四步当有紧急停止按钮按下或者外部信号异常则进入异常处理程序，关闭相关阀门，打开辅助氮气防止燃烧器堵塞，并终止程序；本专利技术核心在智能控制调节程序，利用智能控制法则来描述系统变量间的关系，智能控制调节采用模糊控制方法：即采用氧化炉内腔温度、炉腔温度变化率作为控制器的输入变量，同时为减少智能控制调节的复杂度将TiCl4的流量和温度、雾化氮气的压力、热氧的温度、流量稳定在TiCl4的流量35t/h，温度500度，雾化氮气的压力0.5MPa，热氧温度800度热氧气50t/h；智能控制调节将甲苯流量调节作为控制输出量，并将智能控制调节定为二维模糊控制表；智能控制调节实现如下：(1)确定控制器变量E：氧化炉内腔温度C：炉膛温度变化率U：甲苯调节阀开度(2)变量的模糊化和解模糊化E：温度给定值设为T0＝1750℃，量化等级范围为[‑6,6]：C：其基本论域定义为[‑20℃/10s,20℃/10s]，量化等级范围为[‑6,6]；U：阀门开度的基本论域为[5°,90°],量化等级范围为[‑7,E7]。(3)控制规则的设计建立的甲苯燃烧控制方法智能控制调节的规则设计采用正态分布的隶属函数，采用量化的数学方法，得出氧化炉内腔温度E、内腔温度变化率C和甲苯调节阀开度U的语言赋值情况，形成隶属度赋值表；(4)建立模糊控制表智能控制调节的控制选用最大隶属度方法，将控制量由模糊量变为工程量；根据模糊控制规则“IF Ai且BiTHENCi”及集合运算规则，得出模糊控制表，Ai为偏差u论域上的模糊子集，Bi为偏差变化率Δu论域上的模糊子集，Ci为输出控制量c论域上的模糊子集；当进行实时控制时，根据模糊量化后的氧化炉内腔温度偏差值和内腔温度偏差变化率，直接查询模糊控制表以获得控制量调节阀开度的变化值，然后再乘以比例因子，作为输出去控制被控对象；(5)将控制表用于调节控制通过调节甲苯流量及雾化氮气压力，来控制氧化炉炉内反应温度及炉膛内的温度分布，从而防止炉内反应温度过高或者因为炉膛温度过低而出现熄火，最终实现氧化炉膛内温度的控制和甲苯的安全燃烧控制。...

【技术特征摘要】
1.一种用于钛白粉甲苯燃烧器的控制方法，其特征在于，工艺步骤如下：第一步控制程序首先进行系统初始化，且将运行指示灯闪亮，提醒注意危险，然后进行外部条件检查；第二步通过PSV102-1和PSV102-2甲苯电磁阀开闭，观察两个阀在开闭后压力开关的变化来确定阀门密闭性是否正常；第三步无故障后首先开辅助氮气，延时2S后分别打开雾化氮气和三通阀门，打开PSV102-1和PSV102-2甲苯电磁阀；此时程序进入工作循环，在工作循环过程中，每一个扫描周期都经过智能控制调节，智能控制调节程序根据外部条件的变化进行调节，智能控制调节具有进行自我学习能力采用模糊数学进行自我学习优化调节参数；控制程序在循环运行过程中实时监控紧急按钮是否按下，及外部检测信号是否正常，检测参数分别为冷却水温在0-75度，甲苯源压力在0.3-1MPa，热氧温度在500-800度，氮气源压力在0.5-1MPa，当外部检测信号在正常值范围内，则进入下一个程序循环周期；第四步当有紧急停止按钮按下或者外部信号异常则进入异常处理程序，关闭相关阀门，打开辅助氮气防止燃烧器堵塞，并终止程序；本发明核心在智能控制调节程序，利用智能控制法则来描述系统变量间的关系，智能控制调节采用模糊控制方法：即采用氧化炉内腔温度、炉腔温度变化率作为控制器的输入变量，同时为减少智能控制调节的复杂度将TiCl4的流量和温度、雾化氮气的压力、热氧的温度、流量稳定在TiCl4的流量35t/h，温度500度，雾化氮气的压力0.5MPa，热氧温度800...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡陆军，张巍，王代先，梁东浩，
申请(专利权)人：北京金自天正智能控制股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11