基于改进BP-PID干煤粉气化炉控制系统的研究.docxVIP

毕业设计（论文）

PAGE

1-

毕业设计（论文）报告

题目：

基于改进BP-PID干煤粉气化炉控制系统的研究

学号：

姓名：

学院：

专业：

指导教师：

起止日期：

基于改进BP-PID干煤粉气化炉控制系统的研究

摘要：随着我国能源结构的调整，干煤粉气化技术得到了广泛应用。干煤粉气化炉作为气化技术的核心设备，其控制系统的性能直接影响到气化效率和安全稳定性。本文针对干煤粉气化炉控制系统，提出了一种基于改进BP-PID控制策略的研究。首先，分析了干煤粉气化炉的工艺特点及控制需求，然后介绍了BP神经网络和PID控制算法的基本原理。在此基础上，通过优化BP神经网络的训练算法和PID参数调整策略，设计了改进的BP-PID控制算法。最后，通过仿真实验验证了改进BP-PID控制算法在干煤粉气化炉控制系统中的应用效果，结果表明，该控制策略能够有效提高气化炉的控制精度和稳定性，具有实际应用价值。

干煤粉气化技术作为一种高效、清洁的煤炭转化技术，在我国能源结构调整和环境保护中具有重要意义。干煤粉气化炉作为气化技术的核心设备，其控制系统的性能直接影响到气化效率、产品质量和安全稳定性。然而，传统的干煤粉气化炉控制系统存在控制精度低、响应速度慢、抗干扰能力差等问题，难以满足现代工业生产的需求。近年来，随着人工智能、控制理论等领域的快速发展，基于智能控制算法的干煤粉气化炉控制系统研究逐渐成为热点。本文针对干煤粉气化炉控制系统的优化，提出了一种基于改进BP-PID控制策略的研究，旨在提高气化炉的控制性能。

一、1.干煤粉气化炉控制系统概述

1.1干煤粉气化炉工艺特点

(1)干煤粉气化炉是一种将煤炭转化为合成气的设备，其工艺过程主要包括煤粉的干燥、气化、净化和冷却等环节。在干燥阶段，煤粉与热风接触，水分被蒸发，为后续的气化反应提供干燥的煤粉。气化阶段，干燥后的煤粉在高温高压下与氧气或水蒸气发生化学反应，生成合成气。净化阶段，合成气中的杂质如焦油、灰尘等被去除，以获得高质量的合成气。冷却阶段，合成气经过冷却器降温，便于后续的储存和使用。

(2)干煤粉气化炉的工艺特点主要体现在以下几个方面：首先，干煤粉气化炉具有较高的气化效率，能够将煤炭中的大部分碳转化为合成气，减少了对环境的污染。其次，干煤粉气化炉对煤种的适应性较强，可以处理不同种类的煤炭，包括褐煤、烟煤和贫煤等。此外，干煤粉气化炉的运行稳定性较好，能够在长时间内保持较高的气化效率。然而，干煤粉气化炉也存在一些问题，如设备投资较高、操作复杂、对煤质要求较高等。

(3)在干煤粉气化炉的运行过程中，温度、压力、流量等参数的控制至关重要。温度过高可能导致设备损坏，过低则影响气化效率；压力过高可能引发安全事故，过低则影响合成气的产量。因此，对干煤粉气化炉的控制要求较高。同时，干煤粉气化炉的控制系统需要具备较强的抗干扰能力，以应对各种突发情况。此外，干煤粉气化炉的控制系统还需具备实时监测和故障诊断功能，以确保生产过程的稳定和安全。

1.2干煤粉气化炉控制系统现状

(1)目前，干煤粉气化炉的控制系统主要采用传统的PID控制方法。据统计，全球范围内约70%的干煤粉气化炉采用PID控制，这种控制方法在稳定性、可靠性和易用性方面具有一定的优势。然而，PID控制存在一些局限性，如难以适应复杂的非线性过程，控制精度不足，特别是在面对参数变化和外部扰动时，其响应速度和稳定性均有所下降。

(2)以我国某大型煤化工企业为例，该企业采用的传统PID控制干煤粉气化炉系统在运行过程中出现了控制精度下降的问题。经过分析，发现当煤粉质量波动较大时，PID控制器无法有效调整参数以适应变化，导致气化炉出口气体成分波动，合成气质量不稳定。此外，据该企业统计，PID控制下的气化炉综合能耗约为每吨合成气300千克标准煤，而采用更先进的控制策略后，能耗可降低至每吨合成气260千克标准煤。

(3)近年来，随着人工智能和大数据技术的发展，一些新型的控制系统逐渐应用于干煤粉气化炉。例如，某企业引入了基于模糊控制技术的干煤粉气化炉控制系统，通过模糊逻辑对气化炉参数进行实时调整，使气化炉的运行稳定性和控制精度得到了显著提升。据相关数据显示，该系统实施后，气化炉的合成气产量提高了约10%，同时降低了能耗和污染物排放。尽管新型控制系统在性能上有所提高，但其在推广应用方面仍面临一些挑战，如成本较高、技术成熟度不足等。

1.3改进BP-PID控制策略的提出

(1)针对干煤粉气化炉控制系统中传统PID控制方法的局限性，本文提出了一种基于改进BP-PID控制策略的研究。该策略结合了BP神经网络的自适应性和PID控制的稳定性和可靠性，旨在提高干煤粉气化炉的控制精度和响应速度。BP神经网络作为一种前馈神经网