热解炉的温度控制方法及装置与流程

本发明涉及化工技术领域，特别涉及一种热解炉的温度控制方法及装置。

背景技术：

目前，快速热解可以使含碳高分子迅速发生断键反应，从而抑制热解产物的二次热解反应和交联反应，不但降低热解过程中的燃气和半焦产物，而且提高焦油产率。蓄热式快速热解炉采取蓄热式辐射管作为加热源实现对含碳有机物的快速热解。其中，蓄热式快速热解炉的热解区是由多层蓄热式辐射管组成，且在炉本体高度方向上呈间隔分布，每层辐射管有多个，沿水平方向间隔分布，从而可以根据不同的工艺的要求形成一个或多个均匀的温度场。

相关技术中，对于均匀温度场的形成一般通过手动调节分区燃气调节阀开度大小来调整炉内温度，同时限定单根辐射管温度的高低限，防止辐射管温度过低或过高，烧坏辐射管以及造成炉内温度场不均匀的方法来实现一个或多个均匀的温度场。

然而，在实际运行过程中，对炉内达到精准的期望温度的一个或多个均匀温度场的要求比较难于实现，仅仅在相当大的温度范围内实现相对的均匀温度场，并且单根辐射管温度严重过高的现象也是时有发生。因此实际的炉温控制不能很好的满足工艺要求，且辐射管温度长期严重过高影响其使用寿命，有待改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种热解炉的温度控制方法，该方法可以提高控制的灵活性，延长使用寿命。

本发明的另一个目的在于提出一种热解炉的温度控制装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种热解炉的温度控制方法，包括以下步骤：采集温度场的当前温度；根据所述温度场的当前温度和目标温度进行比例、微分、积分控制，以确定辐射管替换值；根据所述辐射管替换值从辐射管数据库中确定目标关断辐射管，并开启新的辐射管替换所述目标关断辐射管。

本发明实施例的热解炉的温度控制方法，可以根据温度场的当前温度和目标温度确定辐射管替换值，从而开启新的辐射管替换目标关断辐射管，实现动态控制关断的辐射管个数的目的，进而始终保证温度最高的几个辐射管关闭，避免温度过高影响辐射管的使用寿命，同时易于实现均匀的温度场，更好地适应工艺的要求，提高控制的灵活性，延长使用寿命，有效地保证热解炉的可靠性，更好地满足使用需求，简单易实现。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述辐射管数据库通过以下方式获取：根据所述温度场中多个辐射管的每个辐射管的所处位置和当前温度得到初始辐射管数据库；对所述初始辐射管数据库中每个辐射管的当前温度进行排序，以得到所述辐射管数据库。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据采集周期采集所述温度场的当前温度。

可选地，在本发明的一个实施例中，所述采集周期可以为每次所述温度场的辐射管换向后的预设时间。

可选地，在本发明的一个实施例中，所述温度场可以为多个。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种热解炉的温度控制装置，采用上述的方法，其中，装置包括：采集模块，用于采集温度场的当前温度；确定模块，用于根据所述温度场的当前温度和目标温度进行比例、微分、积分控制，以确定辐射管替换值；控制模块，用于根据所述辐射管替换值从辐射管数据库中确定目标关断辐射管，并开启新的辐射管替换所述目标关断辐射管。

本发明实施例的热解炉的温度控制装置，可以根据温度场的当前温度和目标温度确定辐射管替换值，从而开启新的辐射管替换目标关断辐射管，实现动态控制关断的辐射管个数的目的，进而始终保证温度最高的几个辐射管关闭，避免温度过高影响辐射管的使用寿命，同时易于实现均匀的温度场，更好地适应工艺的要求，提高控制的灵活性，延长使用寿命，有效地保证热解炉的可靠性，更好地满足使用需求，简单易实现。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：获取模块，用于获取所述辐射管数据库，其中，所述辐射管数据库通过以下方式获取：根据所述温度场中多个辐射管的每个辐射管的所处位置和当前温度得到初始辐射管数据库；对所述初始辐射管数据库中每个辐射管的当前温度进行排序，以得到所述辐射管数据库。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述采集模块还用于根据采集周期采集所述温度场的当前温度。

可选地，在本发明的一个实施例中，所述采集周期为每次所述温度场的辐射管换向后的预设时间。

可选地，在本发明的一个实施例中，所述温度场可以为多个。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的热解炉的温度控制方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的热解炉的温度控制方法的流程图；

图3为根据本发明实施例的热解炉的温度控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的热解炉的温度控制方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的热解炉的温度控制方法。

图1是本发明实施例的热解炉的温度控制方法的流程图。

如图1所示，该热解炉的温度控制方法包括以下步骤：

在步骤S101中，采集温度场的当前温度。

采集温度场的当前温度的方式有很多种，例如通过温度传感器检测当前温度，在此不作具体限制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据采集周期采集温度场的当前温度。可选地，在本发明的一个实施例中，采集周期可以为每次温度场的辐射管换向后的预设时间。需要说明的是，预设时间可以根据实际情况进行设置，例如可根据工艺要求调整该时间。

可以理解的是，采集周期的取值时刻应避开辐射管即将换向和刚刚换向的时刻，比如可以把取值时刻定在该辐射管完成最近一次换向动作后的20秒时刻，以避免控制辐射管关断个数的过程扰乱辐射管换向的正常切换动作。

在步骤S102中，根据温度场的当前温度和目标温度进行比例、微分、积分控制，以确定辐射管替换值。

可以理解的是，辐射管替换值即为控制关断的辐射管个数，可以通过前温度和目标温度进行PID(proportion、integral、derivative，比例、积分、导数)运算获得(下面会进行详细描述)，从而始终保证温度最高的几个辐射管关闭，避免温度过高影响辐射管的使用寿命。

在步骤S103中，根据辐射管替换值从辐射管数据库中确定目标关断辐射管，并开启新的辐射管替换目标关断辐射管。

需要说明的是，辐射管数据的形式可以有很多种，下面将进行举例描述。可选地，在本发明的一个实施例中，温度场可以为多个，一个与多个实现方式类似，为减少冗余，在此不做详细赘述。

其中，在本发明的一个实施例中，辐射管数据库通过以下方式获取：根据温度场中多个辐射管的每个辐射管的所处位置和当前温度得到初始辐射管数据库；对初始辐射管数据库中每个辐射管的当前温度进行排序，以得到辐射管数据库。

举例而言，首先定义蓄热式辐射管名称为对应该辐射管的实际温度为其中x＝1、2、3、…、m；y_x＝1、2、3、…、n。x为快速热解炉沿炉本体高度方向上自上而下辐射管的层数，y_x为x层辐射管的个数。对于确定的炉体，对应已知的x，则有确定的y值，即所有辐射管有一个确定的名称。例如，为自上而下第2层第3个辐射管，为自上而下第2层第3个辐射管的温度。

以3个均匀温度场为例，对于确定的快速热解炉，辐射管分布层数和每层的个数一定，但不限于以下设定的层数和每层的辐射管个数，仅是示意性的。具体地，设有x＝12，自上而下每层辐射管个数y₁＝8，y₂＝6，y₃＝8，y₄＝6，y₅＝8，y₆＝6，y₇＝8，y₈＝6，y₉＝8，y₁₀＝6，y₁₁＝8，y₁₂＝6。设x＝1、2、3、4的辐射管形成1区温度场，x＝5、6、7、8的辐射管形成2区温度场，x＝9、10、11、12的辐射管形成3区温度场，三个区域对应的当前温度为T₁、T₂、T₃，而三个区的目标温度分别为Tq₁、Tq₂、Tq₃。

进而以1区温度场温度控制为例，把1区的辐射管的温度值按固定的顺序存放入一维数组P[28]中，进而按数组内元素数值的大小顺序，由小到大进行排列，最后存放如新数组Q[28]中，得到辐射管数据库。

进一步地，如图2所示，把目标温度如Tq₁和当前温度T₁引入PID控制器，设置合适的比例、积分和微分等参数。设PID输出值为T_out，限定PID控制器的输出范围为N_L1～N_H1，其中N_L1为1区根据工艺要求最小负荷时需要开启的辐射管个数(至小为1)，N_H1为1区根据工艺要求最大负荷时需要开启的辐射管个数(最大为1区辐射管总个数N_total1)。

进一步地，确保PID控制器实时计算并输出T_out1值。每t秒，取一次T_out1值，并对该值进行四舍五入，结果存入T′_out1中，即得到辐射管替换值。其中，t为辐射管换向周期，T′_out1为N_L1～N_H1之间的一个自然数。设动态关断辐射管的个数为N₁，令N₁＝N_total1－T′_out1。根据N₁值的大小，在数组Q[28]中，依次取出Q[28-N₁]～Q[27]这N₁个元素，从而根据这N₁个元素可以确定它们在数组P[28]中对应的位置，进而可以找出1区中所有温度值由大到小的N₁个辐射管最后关断对应的N₁个辐射管。等待下一个t秒，根据再次计算出的N₁值来关断对应的辐射管。简而言之，通过PID计算，关断1区中温度由高到低的N₁个辐射管。

需要说明的是，如图2所示，round(T_out1)的含义为对T_out1进行四舍五入。

在本发明的有一个具体实施例中，快速热解炉通过西门子CPU414-2DP的PLC和WinCC来控制，考虑PLC或WinCC编程和实时运算的复杂性，以及尽可能减小该方法对原有控制系统独立、正常、稳定运行的影响，可以通过LabView软件通过OPC服务和PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)进行数据交换实现。

在本发明的实施例中，快速热解炉自上而下一共有24层，分为4个区，即每6层为1个区。第一层为3个辐射管，且每层的辐射管个数为3个或2个交替排列。因此，一个区有15个辐射管。以2区温度场温度控制来说明，其他区的控制方法一样。

首先，定义关断对应辐射管的布尔类型的变量为其中x＝1、2、3、…、m；y_x＝1、2、3、…、n。x为快速热解炉沿炉本体高度方向上自上而下辐射管的层数，y_x为x层辐射管的个数。在PLC程序中新建一个数据块DB100，在数据块中建立15个BOOL类型的变量在PLC梯形图控制程序中2区辐射管关断控制子程序的15个辐射管关断处分别串联一个常开触点，对应数据块DB100中的15个BOOL类型的变量。

在LabView的NI OPC Servers中建立设备对应实际PLC，在设备下建立2区15个辐射管对应关断变量建立2区15个辐射管浮点型温度变量对应PLC程序DB块中2区的辐射管温度值；建立2区15个辐射管浮点型炉温温度变量t₂和t’₂，其中，T₂＝(t₂+t’₂)/2；建立2区15个辐射管换向标示BOOL型变量对应PLC程序DB块中2区的辐射管A侧燃气切断阀控制输出标示和B侧燃气切断阀控制输出标示。x为快速热解炉沿炉本体高度方向上自上而下辐射管的层数，y_x为x层辐射管的个数。其中x＝7、8、9、10、11、12，当x＝7、9、11时，y_x＝3，当x＝8、10、12时，y_x＝2。

然后把T_q2和T₂引入PID控制器2，PID计算输出T_out2，进而得到T′_out2。其中根据实际工艺要求2≤T′_out2≤13。由此可知，该区辐射管热负荷对工艺要求温度来说有富裕，至少需要动态确保2个辐射管是关闭状态。

令N₂＝N_total2－T′_out2，其中N_total2为15。根据N₂的大小，由数组Q[15]，找出Q[15-N₂]～Q[14]这N₂个元素，就可以确定它们在数组P[15]中对应的位置，进而可以找出2区中所有温度值由大到小的N₂个辐射管

再根据对应辐射管的当前值确定辐射管换向状态。仅当和其中一个变量为True，且维持该状态20秒(根据工艺可调)的时刻，执行关断该辐射管的动作。给对应辐射管的变量赋值为Fasle，即可关断对应的辐射管。

根据本发明实施例的热解炉的温度控制方法，可以根据温度场的当前温度和目标温度确定辐射管替换值，从而开启新的辐射管替换目标关断辐射管，实现动态控制关断的辐射管个数的目的，进而始终保证温度最高的几个辐射管关闭，避免温度过高影响辐射管的使用寿命，同时易于实现均匀的温度场，更好地适应工艺的要求，提高控制的灵活性，延长使用寿命，有效地保证热解炉的可靠性，更好地满足使用需求，简单易实现。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的热解炉的温度控制装置。

图3是本发明实施例的热解炉的温度控制装置的结构示意图。

如图3所示，该热解炉的温度控制100包括：采集模块101、确定模块102和控制模块103。

其中，采集模块101用于采集温度场的当前温度。确定模块102用于根据温度场的当前温度和目标温度进行比例、微分、积分控制，以确定辐射管替换值。控制模块103用于根据辐射管替换值从辐射管数据库中确定目标关断辐射管，并开启新的辐射管替换目标关断辐射管。本发明实施例的装置100可以动态控制关断的辐射管个数，避免温度过高影响辐射管的使用寿命，不但提高了控制的灵活性，而且延长了使用寿命，有效地保证热解炉的可靠性，更好地满足使用需求。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的装置100还包括：获取模块。具体地，获取模块用于获取辐射管数据库，其中，辐射管数据库通过以下方式获取：根据温度场中多个辐射管的每个辐射管的所处位置和当前温度得到初始辐射管数据库；对初始辐射管数据库中每个辐射管的当前温度进行排序，以得到辐射管数据库。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采集模块101还用于根据采集周期采集温度场的当前温度。

可选地，在本发明的一个实施例中，采集周期为每次温度场的辐射管换向后的预设时间。

可选地，在本发明的一个实施例中，温度场可以为多个。

需要说明的是，前述对热解炉的温度控制方法实施例的解释说明也适用于该实施例的热解炉的温度控制装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例的热解炉的温度控制装置，可以根据温度场的当前温度和目标温度确定辐射管替换值，从而开启新的辐射管替换目标关断辐射管，实现动态控制关断的辐射管个数的目的，进而始终保证温度最高的几个辐射管关闭，避免温度过高影响辐射管的使用寿命，同时易于实现均匀的温度场，更好地适应工艺的要求，提高控制的灵活性，延长使用寿命，有效地保证热解炉的可靠性，更好地满足使用需求，简单易实现。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。