生物质气化炉智能控制系统

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1、2015年10月农机化研究第10期生物质气化炉智能控制系统罗伟(湖南铁道职业技术学院，湖南株洲412001)摘要:针对生物质气化过程具有的非线性、不稳定性、大时滞和强干扰等特点，提出了一种生物质气化炉的智能控制方法控制方法，包括温度控制环和可燃气体含氧量控制环的生物质气化炉双闭环智能集成控制方法。温度控制环采用主、副控制结构:主控制器采用基于BP神经网络模型，建立温度的BP神经网络模型;副控制器根据温度预测结果实现跟随控制。可燃气体含氧量控制环引入温度和含氧量两个反馈，主控制器采用模糊免疫PID控制，推算最优鼓风机转速;副控制器实现对鼓风机速度进行跟随控制

2、。仿真结果表明了该方法的有效性和优越性。关键词:生物质气化炉;炉温;智能控制中图分类号:S216．2;TP212文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)10－0263－06DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.10.05920世纪70年代，Gahly等首次提出了将气化技术0引言［3］用于生物质这种含有密度的燃料，使气化技术成为我国生物质能资源(如稻壳、秸秆、薪柴)十分丰生物质转化过程最重要的技术之一。目前，生物质气富，但这些资源硅含量高，不易被细菌分解，且堆积密化技术在发达国家已受到广泛重视。奥地利、丹麦、度小，废弃后将

3、破坏环境。生物质能的综合利用不仅芬兰、法国、挪威、瑞典和美国等国家的生物质能在总［4］能降低污染、净化环境，而且还能回收资源和能源，创能源消耗中所占的比例增加相当迅速。生物质的造经济效益，符合国家节能减排、废弃物资源化利用热解、气化焚烧是强非线性热力学过程，其间的化学及可持续发展的基本国策。生物质发电不但减少了反应进程与温度等参数间呈现出复杂的非线性关［5］直接焚烧对环境造成的危害、减少了温室气体和有害系。因此，建立生物质气化过程特性模型是实现整气体排放，而且对带动新农村建设无疑将起到重要的个生物质气化发电过程优化控制的关键。阴秀丽等［6］促进作用。从某种

4、意义上说，生物能源是解决地球能提出了基于动力学的生物质气化模型;陈平建立了［7－8］源危机、实现能源可持续发展和改善生态环境的唯一前馈BP神经网络模型。出路。在我国推广实施生物质燃料发电技术，将对节生物质气化过程是一类具有非线性、时变及强耦［1－2］能减排起到重要的促进作用。合的复杂工业过程，如果仅仅采用经典控制理论和现生物质气化炉外形与传统的煤球炉相比，其特别代控制理论，难以达到理想的控制效果。随着工业技之处是多了一根长管子，原理是以茅草、秸秆、树叶、术和过程控制技术的不断发展，工业过程越加复杂，废菌棒等农业生产和自然生长的可再生资源和农业控制的目标越来

5、越多样化，控制精度的需求也越来越有机废弃物为原料，在缺氧、高温条件下，通过发生热高，智能优化的控制思想的提出极大地满足了这些需化学反应将原料热裂解生成可燃性混合气体并产生求，并在很多工业过程控制中实施应用，产生了很好热量。这些能量可直接用于农民朋友生产、生活之的效果。如果将这一思想应用于生物质气化过程，利中，为农民生活提供极大的便利。生物质气化炉的使用智能集成控制方法可以综合多种智能控制策略的用在变废物为资源的同时，又可改善广大农民朋友的优点，较好地把握生物质气化炉气化过程的本质规生活环境，特别是可在改善农村炊事条件和降低环境律，提高控制精度，实现多目标优

6、化控制。污染等方面做出重大贡献，价值极高。1工艺分析及控制结构收稿日期:2014－10－11生物质气化过程的本质是生物质碳与气体之间基金项目:湖南省教育厅科学研究项目(13C591)的非均相反应和气体之间的均相反应。该过程十分作者简介:罗伟(1979－)，男，湖南株洲人，副教授，硕士，(E－mail)734192664@yahoo．com．cn。复杂，随着气化设备的不同、气化工艺过程的差异及·263·2015年10月农机化研究第10期反应条件(如气化反应剂的种类、气化反应温度、反应同时设置在喉管区的鼓风机，负责向氧化层输入一次时间、有无催化剂的添加、气化原

7、料种类、原料的含水风，为气化过程提供充分的氧气，实现对生物质物料率等)的不同，其反应过程也大不相同;但一般会经历的充分氧化;最后经过还原反应区，生成可燃气体。干燥、热解、氧化、还原4个过程。在上述反应过程物料和空气在炉内由上至下、随着温度的变化按照干中，只有氧化反应是放热反应，释放出的热量为生物燥、热解、氧化、还原4个反应层依次地进行气化反质干燥、热解和还原阶段提供热量。在实际气化过程应，形成有少量杂质的可燃气体，该气体经过净化工中，上述4个过程并没有明确的边界，是相互渗透和艺处理，最终形成可以直接使用的可燃气体。交错的。气化过程是一个复杂的物理化学过程，

8、其处理的气化炉是进行生物质气化过程的技术设备。在植物燃料来源众多，