CN102176178B - 超临界水处理***中电加热器出口温度的控制方法 - Google Patents
超临界水处理***中电加热器出口温度的控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102176178B CN102176178B CN 201110006069 CN201110006069A CN102176178B CN 102176178 B CN102176178 B CN 102176178B CN 201110006069 CN201110006069 CN 201110006069 CN 201110006069 A CN201110006069 A CN 201110006069A CN 102176178 B CN102176178 B CN 102176178B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electric heater
- outlet temperature
- fluid flow
- control
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
本发明涉及超临界水处理***中电加热器出口温度的控制方法，其特征在于，采用串级调节方式，引入炉膛温度控制器作为副控制器来控制电加热器功率输出；通过引入内环的控制变量，并利用它构成负反馈回路；把流体流量作为一个前馈引入控制中，直接作用于电加热器功率输出上；将加热器进口温度与出口温度设定值进行差值比较，根据所需的功率拟合计算公式对整个控制输出进行限幅。本发明可有效克服电加热器的自身热惯性、进口温度变化、流体流量变化对电加热器出口温度控制的扰动，可以实现电加热器出口温度的快速、准确控制。
Description
技术领域
本发明涉及利用超临界水实现有机废水/城市污泥的无害化处理和资源化技术，特别涉及一种超临界水处理***中电加热器出口温度的控制方法。
背景技术
超临界水(Supercritical Water，简称SCW)是指温度和压力均高于其临界点(T＝374.15℃，P＝22.12MPa)的特殊状态的水。超临界水兼具液态和气态水的性质，该状态下只有少量的氢键存在，介电常数近似于有机溶剂，具有高的扩散系数和低的粘度。有机物、氧气与SCW互溶，从而使非均相反应变为均相反应，大大减小了传质、传热阻力，且无机物特别是盐类在SCW中的溶解度极低，容易将其分离出来。有机物超临界水处理技术是利用SCW对有机物和氧化剂都是良好溶剂的特殊性质，在提供不同数量氧化剂的前提下有机物在SCW中进行均相反应，迅速、彻底地将有机物结构深度破坏，转化成无害的H2(不添加氧化剂或添加少量氧化剂条件下)、CO2和H2O等无害化的小分子化合物。超临界水处理技术包括超临界水氧化技术(简称SCWO)、超临界水部分氧化技术(简称SWPO)和超临界水气化技术(简称SCWG)。SCWO是利用水在超临界状态下所具有的特殊性质，使有机物和氧化剂在SCW中迅速发生氧化反应来彻底分解有机物，是以有机物无害化处理为终极目标。SWPO是利用SCW的独特物理化学性质，在提供部分氧化剂的前提下，使有机物分解生成一种以氢气为主的可燃性气体。SCWG是利用SCW独特的物理化学性质，在不加氧化剂的条件下，有机物在超临界水中发生水解、热解等反应，生成一种以氢气为主的可燃性气体。SWPO和SCWG均是以有机物转化产生氢气为终极目标。
在有机物超临界水处理技术(具体超临界水处理***、操作方法、控制方法可参考申请人在先的中国专利申请文献，申请号分别为200910022342.2、200910022849.8、200910024282.8)中，物料需要在输运管路中被预热到一定温度后(通常利用反应后的热流体进行充分预热)，再进入超临界水处理反应器参与反应。因SWPO和SCWG总体上是吸热过程，所以维持整个反应过程需要额外补充热量。尽管SCWO总体上是放热过程，但当进料中有机物浓度低于2wt％时，维持正常的反应过程仍需额外补充热量。此外，在超临界水处理***启动时，也需要向***输入额外的热量以实现***的正常启动。一般热量补充方式主要是向反应器中添加燃料，使用燃气炉加热进料或使用电加热器加热进料。因电加热器结构简单、功能高效，这种热量补充方式在小型超临界水处理***应用较为广泛。
针对大中型超临界水处理***，需要根据工况及时调节和稳定反应器温度，以便满足反应条件和保证反应器安全性能。这特别需要实现电加热器出口温度的快速、稳定、准确控制，才能有效保证整个***的热量稳定和平衡。因此，电加热器的出口温度是***中非常重要的变量，但是由于电加热器自身的热惯性和热稳定性，尤其随着工况的改变，电加热器流体流量或者进口温度发生了变化，会造成电加热器功率负荷变化大，使准确控制电加热器出口温度难以实现。
传统电加热器出口温度的控制一般采用单回路PID(比例-积分-微分)控制器，被控制的出口温度作为控制器的反馈值，控制输出信号送给执行机构即电加热器的功率给定装置。但是由于电加热器的蓄热特性(缓慢积蓄和释放热量)，会造成电加热器出口温度控制产生很大的滞后延迟。因此，此种控制方法会使电加热器出口温度的波动范围较大，一般在设定值的上下40～50℃范围波动，超调量过大，达到稳定调节时间很长。因此，大中型超临界水处理***中电加热器出口温度的控制必须要对滞后的环节加以补偿处理，同时需要满足电加热器功率负荷变化大的特性。目前，高效控制大中型超临界水处理***中电加热器出口温度的方法还未见有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超临界水处理***中电加热器出口温度的控制方法。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
超临界水处理***中电加热器出口温度的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
4)采用串级控制方式，电加热器出口温度作为主控制器的反馈值，且引入副控制器来直接控制电加热器炉膛的温度，炉膛温度作为副控制器的反馈值，主控制器的输出值作为副控制器的设定值，通过副控制器来控制电加热器功率输出，炉膛温度作为一个内环的控制变量来补偿调节的滞后性；
5)将流体流量作为一个前馈引入到串级控制中，当流体流量发生变化时，流体流量信号直接作用于电加热器功率输出上，而不是经过主、副两级控制器的调节后再作用于电加热器功率输出上，从而尽快去除流体流量的变化对电加热器出口温度的控制所产生的扰动；
6)将电加热器出口温度设定值与进口温度进行差值比较，根据计算得到不同流体流量、同一出口温度设定值条件下，以及同一流体流量、不同出口温度设定值条件下的所需的电加热器功率输出，拟合出下列四种不同适用条件的功率输出计算公式对整个控制输出进行限幅：
Y＝108-0.208X (1)
Y＝154.36-0.104X (2)
Y＝98.42-0.191X (3)
Y＝66.38-0.160X (4)
式中：X是指电加热器进口温度，Y是指所需要的电加热器功率输出。
上述方法中，所述式(1)适用的条件为：流体流量100kg/h，出口温度设定值460℃，进口温度变化范围20～460℃；式(2)适用的条件为：流体流量50kg/h，出口温度设定值460℃，进口温度变化范围20～460℃；式(3)适用的条件为：流体流量100kg/h，出口温度设定值420℃，进口温度变化范围20～420℃；式(4)适用的条件为：流体流量100kg/h，出口温度设定值380℃，进口温度变化范围20～380℃。
本发明通过上述控制方法改善了整个控制的动态品质，增强了控制的抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量，最终使大中型超临界水处理***中电加热器在运行过程中能够快速、准确地实现出口温度的控制，如可以将大中型超临界水处理***中电加热器的出口温度快速控制在设定值±5℃以内。本发明控制方法同样适用于超临界水处理***中其它位置电加热器出口温度的控制。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
图1为超临界水处理***的简化流程图。
图2为图1中电加热器的结构示意图。
图中：1，铠装热电偶；2，流体进口；3，热电偶；4，热电偶；5，流体出口；6，电加热元件；7，保温材料；8，换热盘管；9，壳体；10，底座；11，顶盖。
图3为本发明超临界水处理***中电加热器出口温度控制方法的原理示意图。
图4为图3方法的具体控制示意图。图中的符号含义如表1所示：
表1图4中各符号的含义
具体实施方式
参照图1，超临界水处理***的简化流程为：物料首先经过高压计量泵加压和流量调节后，经过换热器被反应后的高温流体充分预热，再进入电加热器被进一步加热(当***启动或热量不足时)，然后直接进入(在SCWG情况下)或与氧气混合(在SCWO和SWPO情况下)后再进入反应器进行反应，反应后的高温流体进入换热器被物料流体充分冷却，然后进入后续的降压和气液分离环节，完成整个工艺流程。因此，电加热器在超临界水处理***中作用非常重要。实际运行过程中，为有效利用***热量，降低***运行成本，物料流体在进入电加热器前会被反应后的高温流体充分预热。但随着工况的改变，换热器出口温度(即电加热器进口温度)可能发生改变，并不是稳定值。例如，在启动升温过程中，换热器出口物料流体温度不断升高，电加热器功率输出需要调整，否则会产生多余热量，使电加热器出口温度温升过快，产生扰动较大，尤其是电加热器出口温度设定值较大时，情况会更明显。此外，正常工作时，***中物料流体流量应该是稳定的，但在生产中，物料流体的流量和电加热器出口温度的设定值可能会随着工艺的要求发生变化，进而对电加热器出口温度的控制产生显著的扰动。
参照图2，本发明中超临界水处理***中电加热器的主要结构组成包括电测量炉膛温度的铠装热电偶1，测量进口温度的热电偶3，测量出口温度的热电偶4，加热元件6，保温材料7，换热盘管8，电加热器的壳体9、底座10、顶盖11。电加热器的进出口分别为流体进口2和流体出口5，换热盘管8布置在环形的电加热器炉膛中，电加热元件可以是电加热带、电加热丝等多种形式。此种电加热器结构简单、造价低，可以广泛应用于大中型超临界水处理***中。在实际运行过程中，当电加热器出口温度稳定时，炉膛温度稳定在一定的温度范围内；当工况发生改变时，电加热器功率输出发生相应的变化后，直接变化反应最快的是炉膛温度，炉膛温度的变化要快于出口温度的变化。
参照图3，本发明超临界水处理***中电加热器出口温度的控制方法，具体实现过程如下：
1)采用串级调节方式，电加热器出口温度作为主控制器(出口温度控制器)的反馈值(检测信号1)，炉膛温度作副控制器的反馈值(检测信号2)，主控制器的输出作为副控制器的设定来调节炉膛温度达到一定范围，通过炉膛温度控制器(副控制器)来控制电加热功率输出。炉膛温度作为一个内环的控制变量来适当补偿单回路中的滞后因素。
2)把物料流体流量作为一个前馈引入到控制中，当流体流量发生变化时，该信号直接作用于电加热器功率输出上，而不是经过两级控制器的调节后再作用于电加热器功率输出上，这样就可以尽快去除流体流量变化对出口温度控制所产生的扰动。
3)将电加热器进口温度与出口温度设定值进行差值比较，根据计算得到不同条件下所需的电加热器功率输出，例如表2(不同流体流量、同一出口温度设定值条件下所需的电加热器功率输出)和表3(同一流体流量、不同出口温度设定值条件下所需的电加热器功率输出)，通过通用软件拟合出下列四种不同适用条件的功率计算公式对整个出口温度控制输出进行限幅：
Y＝108-0.208X (1)
Y＝154.36-0.104X (2)
Y＝98.42-0.191X (3)
Y＝66.38-0.160X (4)
式中：X是进口温度，Y为所需的电加热器功率输出。
通过这样的限幅，电加热器不会输出过大的加热功率，温升逐渐接近出口温度设定值，产生很小的超调，可以有效克服电加热器进口温度对控制的扰动。
本发明具体控制实施方式参见图4。主控制器C01(出口温度控制器)的出口温度设定值SP由操作人员给定，反馈值为电加热出口温度的测量值，经过PID调节器调节输出给副控制器C02(炉膛温度控制器)作为设定值。实测炉膛温度作为C02的反馈值，C02的输出提供给炉膛功率给定装置。电加热器进口流体经过预热，进口温度发生变化，用C01的设定值与进口温度比较后的差值送入限幅函数F1进行运算，然后输出值作为电加热器功率输出的限幅，使功率输出最大值不会过高，防止升温过快产生超调过大。根据如表2和表3拟合出的限幅函数F1简化为线性函数Y＝mX+n，其中X是进口温度，Y为所需的电加热器功率输出。具体如下：
Y＝108-0.208X (1)
适用条件：流体流量100kg/h，出口温度设定值460℃，进口温度变化范围20～460℃。
Y＝154.36-0.104X (2)
适用条件：流体流量50kg/h，出口温度设定值460℃，进口温度变化范围20～460℃。
Y＝98.42-0.191X (3)
适用条件：流体流量100kg/h，出口温度设定值420℃，进口温度变化范围20～420℃。
Y＝66.38-0.160X (4)
适用条件：流体流量100kg/h，出口温度设定值380℃，进口温度变化范围20～380℃。
当出口温度与其设定值SP差值小于40℃时，限幅函数F1的限幅投入使用。
流体流量引入前馈因子作用在输出功率上，F2是流体流量前馈因子计算函数，表达为y1＝abx1，其中a大概为0.01～0.03，根据实际情况选取；b作为物料不同修正系数，一般取1.0；x1为流体流量。
最终的电加热器功率输出P＝y*P1*y1，其中：y是限幅函数F1的输出值，P1为C02的输出值，限幅函数F1作用是使P1最大值不超过限幅函数F1的输出。
表2不同流体流量、同一出口温度设定值条件下所需的电加热器功率输出
表3同一流体流量、不同出口温度设定值条件下所需的电加热器功率输出
Claims (1)
1.一种超临界水处理***中电加热器出口温度的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)采用串级控制方式，电加热器出口温度作为主控制器的反馈值，且引入副控制器来直接控制电加热器炉膛的温度，炉膛温度作为副控制器的反馈值，主控制器的输出值作为副控制器的设定值，通过副控制器来控制电加热器功率输出，炉膛温度作为一个内环的控制变量来补偿调节的滞后性；
2)将流体流量作为一个前馈引入到串级控制中，当流体流量发生变化时，流体流量信号直接作用于电加热器功率输出上，而不是经过主、副两级控制器的调节后再作用于电加热器功率输出上，从而尽快去除流体流量的变化对电加热器出口温度的控制所产生的扰动；
3)将电加热器出口温度设定值与进口温度进行差值比较，根据计算得到不同流体流量、同一出口温度设定值条件下，以及同一流体流量、不同出口温度设定值条件下的所需的电加热器功率输出，拟合出下列四种不同适用条件的功率输出计算公式对整个控制输出进行限幅：
Y=108-0.208X （1）
Y=154.36-0.104X （2）
Y=98.42-0.191X （3）
Y=66.38-0.160X （4）
式中：X是指电加热器进口温度，Y是指所需要的电加热器功率输出；
其中，式（1）适用的条件为：流体流量100kg/h，出口温度设定值460℃，进口温度变化范围20～460℃；
式（2）适用的条件为：流体流量50kg/h，出口温度设定值460℃，进口温度变化范围20～460℃；
式（3）适用的条件为：流体流量100kg/h，出口温度设定值420℃，进口温度变化范围20～420℃；
式（4）适用的条件为：流体流量100kg/h，出口温度设定值380℃，进口温度变化范围20～380℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110006069 CN102176178B (zh) | 2011-01-12 | 2011-01-12 | 超临界水处理***中电加热器出口温度的控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110006069 CN102176178B (zh) | 2011-01-12 | 2011-01-12 | 超临界水处理***中电加热器出口温度的控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102176178A CN102176178A (zh) | 2011-09-07 |
| CN102176178B true CN102176178B (zh) | 2013-04-17 |
Family
ID=44519367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201110006069 Expired - Fee Related CN102176178B (zh) | 2011-01-12 | 2011-01-12 | 超临界水处理***中电加热器出口温度的控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102176178B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6252901B2 (ja) * | 2013-12-03 | 2017-12-27 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 流体加熱制御装置 |
| CN104865996B (zh) * | 2015-05-06 | 2018-01-23 | 新奥环保技术有限公司 | 一种超临界水反应温度控制方法及装置以及超临界水反应器*** |
| CN104913624B (zh) * | 2015-06-11 | 2018-06-22 | 陕西科技大学 | 一种湿法制革干燥***及控制方法 |
| CN109932899B (zh) * | 2017-12-15 | 2022-02-08 | 蓝星（北京）技术中心有限公司 | 化工产品生产中反应温度的优化控制方法及*** |
| CN107999012B (zh) * | 2017-12-28 | 2024-04-26 | 山东豪迈化工技术有限公司 | 一种反应器的温度控制方法 |
| CN111387098B (zh) * | 2020-03-17 | 2021-10-12 | 燕山大学 | 一种带pid控制的恒温孵化器 |
| CN111913511A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-11-10 | 浙江青松轻纺股份有限公司 | 一种燃气定型机的烘房自动控温的方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1137861C (zh) * | 1998-10-22 | 2004-02-11 | 孙传经 | 超临界水氧化处理废水的方法 |
| CN1186273C (zh) * | 2000-12-30 | 2005-01-26 | 深圳市宝利达实业有限公司 | 超临界水氧化法流动式污水处理的方法及装置 |
| JP2002355696A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-10 | Japan Sewage Works Agency | 超臨界水酸化分解装置 |
| CN1330589C (zh) * | 2003-12-17 | 2007-08-08 | 财团法人工业技术研究院 | 超临界水氧化*** |
-
2011
- 2011-01-12 CN CN 201110006069 patent/CN102176178B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102176178A (zh) | 2011-09-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102176178B (zh) | 超临界水处理***中电加热器出口温度的控制方法 | |
| US5009967A (en) | Fuel cell power plant fuel control | |
| RU2698883C2 (ru) | SOFC-система и способ эксплуатации SOFC-системы | |
| CN100556527C (zh) | 紧凑型蒸汽重整装置 | |
| Dietrich et al. | Efficiency gain of solid oxide fuel cell systems by using anode offgas recycle–Results for a small scale propane driven unit | |
| TWI381140B (zh) | 在蒸汽產生時減少氧化氮形成之方法 | |
| JPS59213601A (ja) | 燃料電池の改質反応制御装置 | |
| Bao et al. | A multi-level simulation platform of natural gas internal reforming solid oxide fuel cell–gas turbine hybrid generation system–Part II. Balancing units model library and system simulation | |
| US20020081470A1 (en) | Control method for heating processing system | |
| Aminov et al. | Study of hydrogen combustion in an oxygen environment | |
| CA2591819A1 (en) | Water and steam management in fuel reformer | |
| US20140360192A1 (en) | Systems and Methods for Electric and Heat Generation from Biomass | |
| JP2009081052A (ja) | 固体酸化物形燃料電池発電システム及び固体酸化物形燃料電池発電システムの運転制御方法 | |
| JP2014125388A (ja) | シフト反応システム | |
| WO2023174961A1 (en) | System and method for producing hydrogen | |
| KR101441373B1 (ko) | 연료-산소 혼합물을 연소하는 방법 및 그 장치 | |
| CN201914929U (zh) | 氯化法钛白节能型预热器 | |
| JP6588021B2 (ja) | 電気化学反応を実施するために余熱を利用するシステム | |
| JP2020083799A (ja) | 炭化水素製造装置、および、炭化水素製造方法 | |
| CN102502943A (zh) | 蓄热式燃烧超临界水气化氧化装置 | |
| KR20190042397A (ko) | 수중 운동체의 연료공급시스템 및 연료공급방법 | |
| CN111056616B (zh) | 一种空气为氧化剂的超临界水氧化***及启动方法 | |
| CN110661019B (zh) | 一种ht-pem甲醇水燃料电池燃烧室供氧风机的控制***及方法 | |
| JP2011157860A (ja) | 混焼システム | |
| Dolanc et al. | Control of an afterburner in a diesel fuel cell power unit under variable load |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20110907 Assignee: Li Li (Suzhou) Environmental Protection Technology Co., Ltd. Assignor: Xi'an Jiaotong University Contract record no.: 2016610000015 Denomination of invention: Method for controlling outlet temperature of electric heater in supercritical water treatment system Granted publication date: 20130417 License type: Common License Record date: 20160323 |
|
| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130417 Termination date: 20170112 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |