CN204536959U - 一种用于燃煤电厂的fgd装置预测控制*** - Google Patents

一种用于燃煤电厂的fgd装置预测控制*** Download PDF

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郑渭建
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Abstract

本实用新型提供了一种用于燃煤电厂的FGD装置预测控制***，包括设置在脱硫装置中的吸收塔，还包括数据采集器，以及依序连接的MPC控制器、GPC控制器、流量控制器和浆液调节阀；数据采集器用于采集设置在脱硫装置出口SO2浓度、脱硫率、实时pH值和浆液流量信号；MPC控制器用于获取并计算出口SO2浓度和脱硫率得到pH优化设定值；GPC控制器用于根据pH优化设定值和实时pH值计算得到浆液流量优化设定值；流量控制器用于根据浆液流量优化设定值和浆液流量信号控制浆液调节阀，使得吸收塔内的pH值等于pH优化设定值。本实用新型实现脱硫率和出口SO2浓度的闭环控制，提高了控制品质。

Description

一种用于燃煤电厂的FGD装置预测控制***
技术领域
本实用新型涉及燃煤发电领域，尤其涉及一种用于燃煤电厂的FGD装置预测控制***。
背景技术
目前，环境污染问题日益受到人们的普遍关注。我国大气环境属于典型的煤烟型污染，根据环境公报，我国成为世界上SO2第一排放大国。火电厂等燃煤企业是大气污染物的主要来源之一，排放的SO2占全国排放总量的40％，因此，消减火电厂SO2的排放是控制我国SO2排放总量的重点。火电厂脱硫技术多种多样，主要包括湿法、干法、半干法3大类，其中石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺因其脱硫效率高、脱硫剂资源丰富、工艺成熟、运行可靠等优点，已成为我国火电厂应用最为普遍的脱硫方法。
在石灰石-石膏湿法脱硫工艺中，吸收塔浆液pH值的测量和控制是影响脱硫效率和终产物石膏品质的关键因素。多数脱硫工程的运行经验表明，在其他参数基本稳定的工况下，升高pH值可在一定程度上提高脱硫效率，但若长时间保持高pH值运行，则会导致石膏品质下降，另一方面，低pH值会使SO2的吸收受到抑制。因此对pH值的测量和控制具有十分重要的意义。
目前国内大部分电厂都开展了脱硫FGD(Flue gas desulfurization，烟气脱硫)烟气脱硫装置的项目，主要通过PID控制策略控制回路pH值，但是脱硫吸收塔烟气反应是一个大滞后、慢动态的过程，常规PID(proportionintegration differentiation，比例-积分-微分)控制品质不理想，运行人员常常会撤到手动，通过直接调节石灰石浆液流量调节阀进行干预，很容易造成吸收塔盲区的发生。
同时，基本所有的脱硫控制***策略设计都是采用运行人员手动设置pH值的方式去控制脱硫率，这样只实现了pH值的PID自动控制，脱硫率的控制还是处于开环调节状态。在实际运行过程中，锅炉负荷及烟气量、煤质硫份、烟气温度等状况经常变化，给运行人员带来很大的操作负担。
同时，随着能源供需矛盾的日益突出，以及环保标准的提高，脱硫率和出口SO2浓度都将列入考核，常规的控制***无法实现闭环控制的功能。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于燃煤电厂FGD装置的智能预测控制***，有效解决pH值控制过程大滞后、慢动态的问题，并实现脱硫率和出口SO2浓度的闭环控制。
为实现上述技术目的，本实用新型通过以下技术方案实现：
一种用于燃煤电厂的FGD装置预测控制***，包括吸收塔，还包括数据采集器,以及依序连接的MPC(Model Predictive Control，模型预测控制)控制器、GPC(Generalized predictive control，广义预测控制)控制器、流量控制器和浆液调节阀；
数据采集器用于采集脱硫装置的出口SO2浓度、***脱硫率、实时pH值和浆液流量信号；
MPC控制器用于获取并计算出口SO2浓度和脱硫率得到pH优化设定值；
GPC控制器用于根据pH优化设定值和实时pH值计算得到浆液流量优化设定值；
流量控制器用于根据浆液流量优化设定值和浆液流量信号控制浆液调节阀，使得吸收塔内的pH值等于pH优化设定值。
进一步优选地，数据采集器包括流量传感器、pH计和SO2传感器。
进一步优选地，pH计设置在吸收塔内，用于采集当电力负荷、煤质硫份和浆液浓度发生变化时吸收塔内的实时pH值。
进一步优选地，流量传感器设置在浆液调节阀出口处，用于采集浆液流量信号。
进一步优选地，SO2传感器设置在脱硫装置的出口处，用于采集脱硫装置的出口SO2浓度
进一步优选地，MPC控制器采用多目标优化算法计算脱硫率和出口SO2浓度，得到pH优化设定值。
本实用新型通过广义预测控制策略解决pH值控制过程中太滞后、慢过程的问题，然后通过多变量模型预测控制技术，实现了脱硫率和出口SO2浓度闭环控制问题，提高脱硫自动控制品质，避免脱硫反应进入盲区，为FGD装置的长久经济运行提供了可靠的保障。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：
图1为本实用新型一种用于燃煤电厂的FGD装置预测控制***结构框图；
附图标号：
1.吸收塔，2.数据采集器，21.pH计,22.流量传感器,23.SO2传感器，3.MPC控制器，4.GPC控制器，5.流量控制器，6.浆液调节阀。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
如图1所示为本实用新型一种用于燃煤电厂的FGD装置预测控制***结构框图，作为本实用新型的一个具体实施例，一种用于燃煤电厂的FGD装置预测控制***，包括吸收塔1，还包括数据采集器2，以及依序连接的MPC控制器3、GPC控制器4、流量控制器5和浆液调节阀6；
数据采集器2用于采集脱硫装置的出口SO2浓度、***脱硫率、实时pH值和浆液流量信号；
MPC控制器3用于获取并计算出口SO2浓度和脱硫率得到pH优化设定值；
GPC控制器4用于根据pH优化设定值和实时pH值计算得到浆液流量优化设定值；
流量控制器5用于根据浆液流量优化设定值和浆液流量信号控制浆液调节阀6，使得吸收塔内的pH值等于pH优化设定值。
具体的，本实用新型中的数据采集器2采集***的运行数据，运行数据包括***的脱硫率和脱硫装置的出口SO2的浓度，MPC控制器3获取***的脱硫率和出口SO2浓度的测定值，对出口SO2浓度的测定值和预期SO2浓度进行比较，通过多变量模型预测控制技术，协同多目标优化算法，针对约束优化问题采用搜寻多峰函数所有峰值点的有效算法，以及评价多峰函数优化问题算法性能的度量方法，计算得到pH优化设定值，无需再通过人工手动设定脱硫率和pH值，实现脱硫率和出口SO2浓度闭环控制问题，提高脱硫自动控制品质。多优化包括满足环保要求如脱硫率指标、SO2排放指标达标、FGD运行成本最低和石膏质量最佳等。
本实用新型协调多目标优化算法，根据脱硫率，出口SO2浓度以及FGD设备运行成本多方面的因素，在达到环保要求的基础上实现FGD运行成本最优。
实时工况数据包括当工作状况变化时吸收塔1内的实时pH值和浆液调节阀6出口处的浆液流量信号。
具体的，本实用新型的数据采集器2包括pH计21，设置在吸收塔1内，采集吸收塔1内的实时pH值并提供给GPC控制器4，GPC控制器4采用GPC技术结合实时pH值和pH优化设定值计算得到浆液流量优化设定值。
本实用新型中，吸收塔1内的pH值随电力负荷、煤质硫份以及浆液浓度变化明显，在工作状况变化时，***中的GPC控制器4获取吸收塔1内的实时pH值，结合MPC控制器3输入的pH优化设定值进行模型预测控制，输出预测的浆液流量优化设定值。
具体的，本实用新型的数据采集器2还包括流量传感器22，设置在浆液调节阀6出口处，采集浆液的流量信号并提供给流量控制器5。
GPC控制器4输出预测的浆液流量优化设定值至流量控制器5，同时流量传感器22采集的浆液的流量信号输入至流量控制器5。流量控制器5采用PID控制技术，根据浆液流量优化设定值和流量信号控制浆液调节阀6，浆液调节阀6通过调节吸收塔1内的石灰石浆液的流量使得吸收塔1内的pH值达到pH优化设定值。
本实用新型的数据采集器2还包括SO2传感器，设置在脱硫装置的出口处，用于采集出口SO2浓度，提供给MPC控制器。
本实用新型用于燃煤电厂的FGD装置预测控制***的具体工作过程为：
1、数据采集器2从***的实时数据库中采集运行数据，包括脱硫率、SO2浓度等，并传送至MPC控制器3。
2、MPC采用多目标优化算法对脱硫率、SO2浓度以及FGD运行成本等数据进行计算，得到预测的pH优化设定值，并传送至GPC控制器4。
3、设置在吸收塔1内的pH计21采集吸收塔1出口处的实时pH值，并将实时pH值传送至GPC控制器4。
4、GPC控制器4采用GPC广义预测控制策略计算预测的pH优化设定值和实时pH值，得到浆液流量优化设定值，并传送至流量控制器5。
5、设置在浆液调节阀6出口处的流量传感器22采集实时的流量信号，并将流量信号传送至流量控制器5。
6、流量控制器5将GPC控制器4输入的流量优化设定值和流量传感器22采集的实时流量信号作为PID参数，采用PID控制技术控制浆液调节阀6，改变浆液流量的大小，使得吸收塔1内的pH值达到pH优化设定值。。
本实用新型提供的用于燃煤电厂的FGD装置预测控制***在投运后，实现了脱硫率和出口SO2浓度的闭环控制，运行人员不需要再通过手动设置PH值进行调节，大大释放了运行人员的劳动强度，而且可以避免因为人工调节造成吸收塔1盲区的发生。***投运后，脱硫装置出口SO2浓度可以控制在标准方差10.2mg/Nm3以内，而原先的出口SO2浓度标准方差在21.3mg/Nm3左右，出口SO2浓度标准方差提高了52.1％。
本***可以提高自动控制品质，带来直观效益，可以节省石灰石浆液用量，同时***有助于实现在满足环保要求的前提下，提高设备运行经济性。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形，而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形在内。

Claims (5)

1.一种用于燃煤电厂的FGD装置预测控制***，包括吸收塔，其特征在于，还包括数据采集器，以及依序连接的MPC控制器、GPC控制器、流量控制器和浆液调节阀；
所述数据采集器用于采集***的出口SO2浓度、脱硫率、实时pH值和浆液流量信号；
所述MPC控制器用于获取并计算所述出口SO2浓度和所述脱硫率得到pH优化设定值；
所述GPC控制器用于根据所述pH优化设定值和所述实时pH值计算得到浆液流量优化设定值；
所述流量控制器用于根据所述浆液流量优化设定值和所述浆液流量信号控制所述浆液调节阀，使得吸收塔内的pH值等于所述pH优化设定值。
2.根据权利要求1所述的用于燃煤电厂的FGD装置预测控制***，其特征在于，所述数据采集器包括流量传感器、pH计和SO2传感器。
3.根据权利要求2所述的用于燃煤电厂的FGD装置预测控制***，其特征在于，所述pH计设置在所述吸收塔内，用于采集当电力负荷、煤质硫份和浆液浓度发生变化时吸收塔内的实时pH值。
4.根据权利要求2所述的用于燃煤电厂的FGD装置预测控制***，其特征在于，所述流量传感器设置在所述浆液调节阀出口处，用于采集浆液流量信号。
5.根据权利要求2所述的用于燃煤电厂的FGD装置预测控制***，其特征在于，所述SO2传感器设置在所述吸收塔出口处，用于采集出口SO2浓度。
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