本發(fā)明涉及預熱器，具體涉及一種用于常減壓加熱爐的管式空氣預熱器及其控制方法。
背景技術(shù)：
1、在石油煉制的常減壓蒸餾系統(tǒng)中，空氣預熱器是一種關(guān)鍵節(jié)能設(shè)備，主要用于回收加熱爐排放煙氣中的余熱，并對助燃空氣進行預熱，從而提高燃燒效率，降低能耗。實踐證明，通過煙氣余熱將空氣從常溫加熱至200℃至300℃可以減少燃料消耗約5%至10%。
2、空氣預熱器分為兩種，一種是回轉(zhuǎn)式空氣預熱器，多用于火電廠等場合。一種是管式空氣預熱器，其結(jié)構(gòu)較為簡單，煙氣通過具有多個管道的換熱段將管道加熱，空氣冷風則通過管道進行加熱。由于煙氣需要通過多個狹窄的管道，而煙氣中含有大量的灰塵，長期使用后管式空氣預熱器容易因為積灰或結(jié)垢導致部分管道堵塞，影響換熱效率。同時煙氣中還含有大量的硫化物，在經(jīng)過管式空氣預熱器后會不同程度的形成酸霧，與灰塵結(jié)合后滯留在管道上，對管道進行腐蝕，腐蝕嚴重時會將管道穿透，造成煙氣泄漏等危害。
3、由于管式空氣預熱器為高溫封閉環(huán)境，其運行狀態(tài)難以直接測得，尤其是管道內(nèi)部空間狹窄且被大量積灰覆蓋，腐蝕狀態(tài)更加難以直接測得。目前現(xiàn)有技術(shù)中多是通過建立管式空氣預熱器的解析式數(shù)學模型來預測管式空氣預熱器的積灰及腐蝕狀態(tài)，這不僅需要測量大量的數(shù)據(jù)，例如干煙氣產(chǎn)物莫爾系數(shù)、空氣量莫爾系數(shù)、燃料成分參數(shù)等，工作量大，成本高，并且煙氣及空氣的狀態(tài)會隨著時間不斷變化，影響預測結(jié)果的準確性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決難以建立空氣預熱器準確的數(shù)學模型，進而無法準確監(jiān)測空氣預熱器的運行狀態(tài)的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于常減壓加熱爐的管式空氣預熱器及其控制方法。其中，控制方法包括以下步驟：
2、周期性采集管式空氣預熱器的各項運行數(shù)據(jù)，組成實時輸入向量和實時輸出向量；
3、根據(jù)多個所述實時輸入向量和多個所述實時輸出向量估算所述管式空氣預熱器的實時狀態(tài)矩陣；
4、分別將所述實時狀態(tài)矩陣與每個運行狀態(tài)類型所對應(yīng)的標準狀態(tài)矩陣進行比較；
5、判斷所述實時狀態(tài)矩陣與所述標準狀態(tài)矩陣是否匹配，若是，則所述管式空氣預熱器的運行狀態(tài)為所述標準狀態(tài)矩陣所對應(yīng)的運行狀態(tài)。
6、通過易于測得的煙氣及空氣通過管式空氣預熱器前后的狀態(tài)變化來估計管式空氣預熱器的實時狀態(tài)矩陣，并將實時狀態(tài)矩陣與標準狀態(tài)矩陣進行比較，判斷管式空氣預熱器的運行狀態(tài)，實現(xiàn)低成本地對管式空氣預熱器的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，從而提醒維護人員及時對管式空氣預熱器進行維護，合理安排維護時間，避免因為管式空氣預熱器的過度積灰或腐蝕影響對進入燃燒爐的空氣的預熱。
7、具體地，所述實時輸入向量的每個分量分別表示：煙氣入口側(cè)溫度、煙氣入口側(cè)流速、煙氣入口側(cè)壓力、冷風溫度、冷風濕度、冷風流速、冷風壓力。
8、具體地，所述實時輸出向量的每個分量分別表示：煙氣出口側(cè)溫度、煙氣出口側(cè)流速、煙氣出口側(cè)壓力、熱風溫度、熱風濕度、熱風流速、熱風壓力。
9、進一步地，所述實時狀態(tài)矩陣通過以下步驟獲取：
10、構(gòu)建所述管式空氣預熱器的線性數(shù)學模型，根據(jù)所述實時輸入向量和所述實時輸出向量估算一次狀態(tài)矩陣；
11、將所述一次狀態(tài)矩陣代入到所述線性數(shù)學模型中，利用所述線性數(shù)學模型和所述實時輸入向量估算預測輸出向量；
12、計算所述預測輸出向量與所述實時輸出向量的偏差向量，并根據(jù)所述偏差向量構(gòu)建所述管式空氣預熱器的修正線性數(shù)學模型；
13、利用所述修正線性數(shù)學模型、所述實時輸入向量和所述實時輸出向量估算所述實時狀態(tài)矩陣。
14、通過計算偏差向量，并用偏差向量對管式空氣預熱器的數(shù)學模型進行修正，進而對實時狀態(tài)矩陣進行修正，提高實時狀態(tài)矩陣的準確度。
15、具體地，所述標準狀態(tài)矩陣通過以下步驟獲?。?/p>
16、獲取歷史運行數(shù)據(jù)，將所述歷史運行數(shù)據(jù)分類為多個運行狀態(tài)類型；
17、分別針對每個所述運行狀態(tài)類型，選取未參與計算的所述歷史運行數(shù)據(jù)，構(gòu)建歷史輸入向量和歷史輸出向量；
18、根據(jù)所述歷史輸入向量和所述歷史輸出向量估算所述標準狀態(tài)矩陣。
19、進一步地，通過以下步驟構(gòu)建所述標準狀態(tài)矩陣：
20、構(gòu)建所述管式空氣預熱器的線性數(shù)學模型，根據(jù)所述歷史輸入向量和所述歷史輸出向量估算初始狀態(tài)矩陣和最小均方誤差；
21、判斷所述最小均方誤差是否小于第一閾值，若是，則所述初始狀態(tài)矩陣即為所述標準狀態(tài)矩陣，若否，則構(gòu)建所述管式空氣預熱器的非線性數(shù)學模型，根據(jù)所述歷史輸入向量和所述歷史輸出向量估算標準狀態(tài)矩陣。
22、當采用線性數(shù)學模型計算出的標準狀態(tài)矩陣波動較大時，改用非線性數(shù)學模型重新評估標準狀態(tài)矩陣，提高標準狀態(tài)矩陣的準確度。
23、具體地，通過以下步驟構(gòu)建所述標準狀態(tài)矩陣：
24、構(gòu)建所述管式空氣預熱器的線性數(shù)學模型，根據(jù)所述歷史輸入向量和所述歷史輸出向量估算初始狀態(tài)矩陣；
25、將所述初始狀態(tài)矩陣代入到所述線性數(shù)學模型中，利用所述數(shù)學模型和所述歷史輸入向量估算預測輸出向量；
26、計算所述預測輸出向量與所述歷史輸出向量的偏差向量，并根據(jù)所述偏差向量構(gòu)建所述管式空氣預熱器的修正線性數(shù)學模型；
27、利用所述修正線性數(shù)學模型、所述歷史輸入向量和所述歷史輸出向量估算所述標準狀態(tài)矩陣。
28、具體地，通過以下步驟判斷所述實時狀態(tài)矩陣與標準狀態(tài)矩陣是否匹配：
29、將所述實時狀態(tài)矩陣與所述標準狀態(tài)矩陣相減，獲得差異矩陣，計算所述差異矩陣的f-范數(shù)；
30、將所述差異矩陣的f-范數(shù)與第二閾值進行比較，若所述差異矩陣的f-范數(shù)小于第二閾值，則所述實時狀態(tài)矩陣與所述標準狀態(tài)矩陣相匹配。
31、具體地，通過以下步驟判斷所述實時狀態(tài)矩陣與標準狀態(tài)矩陣是否匹配：
32、計算所述實時狀態(tài)矩陣與所述標準狀態(tài)矩陣的相似度；
33、判斷所述相似度是否大于第三閾值，若是，則所述實時狀態(tài)矩陣與所述標準狀態(tài)矩陣相匹配。
34、進一步地，在判斷所述實時狀態(tài)矩陣與所述標準狀態(tài)矩陣是否匹配后，輸出所述相似度。
35、本發(fā)明還提供一種用于常減壓加熱爐的管式空氣預熱器，采用上述控制方法進行控制。
36、本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點：
37、通過易于測得的煙氣及空氣通過管式空氣預熱器前后的狀態(tài)變化來估計管式空氣預熱器的實時狀態(tài)矩陣，并將實時狀態(tài)矩陣與標準狀態(tài)矩陣進行比較，判斷管式空氣預熱器的運行狀態(tài)，實現(xiàn)低成本地對管式空氣預熱器的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，從而提醒維護人員及時對管式空氣預熱器進行維護，合理安排維護時間，避免因為管式空氣預熱器的過度積灰或腐蝕影響對進入管式加熱爐的空氣的預熱。
1.一種用于常減壓加熱爐的管式空氣預熱器的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于常減壓加熱爐的管式空氣預熱器的控制方法，其特征在于，所述實時輸入向量的每個分量分別表示：煙氣入口側(cè)溫度、煙氣入口側(cè)流速、煙氣入口側(cè)壓力、冷風溫度、冷風濕度、冷風流速、冷風壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于常減壓加熱爐的管式空氣預熱器的控制方法，其特征在于，所述實時輸出向量的每個分量分別表示：煙氣出口側(cè)溫度、煙氣出口側(cè)流速、煙氣出口側(cè)壓力、熱風溫度、熱風濕度、熱風流速、熱風壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于常減壓加熱爐的管式空氣預熱器的控制方法，其特征在于，所述實時狀態(tài)矩陣通過以下步驟獲?。?/p>
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于常減壓加熱爐的管式空氣預熱器的控制方法，其特征在于，所述標準狀態(tài)矩陣通過以下步驟獲?。?/p>
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于常減壓加熱爐的管式空氣預熱器的控制方法，其特征在于，通過以下步驟構(gòu)建所述標準狀態(tài)矩陣：
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于常減壓加熱爐的管式空氣預熱器的控制方法，其特征在于，通過以下步驟構(gòu)建所述標準狀態(tài)矩陣：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于常減壓加熱爐的管式空氣預熱器的控制方法，其特征在于，通過以下步驟判斷所述實時狀態(tài)矩陣與標準狀態(tài)矩陣是否匹配：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于常減壓加熱爐的管式空氣預熱器的控制方法，其特征在于，通過以下步驟判斷所述實時狀態(tài)矩陣與標準狀態(tài)矩陣是否匹配：
10.一種用于常減壓加熱爐的管式空氣預熱器，其特征在于，采用權(quán)利1至9任一項所述的控制方法進行控制。