一种密相干塔脱硫控制方法技术

本发明专利技术公开了一种密相干塔脱硫控制方法，旨在解决现有技术中密相干塔对烟气脱硫处理控制过程存在较长时滞、惯性和扰动的问题。其包括：密相干塔腔内钙基脱硫剂颗粒浓度值计算、基于排出口SO2浓度预测模型的脱硫剂投入变化量算法和模糊PID控制方法。采用流体动力学机械能守恒计算密相干塔腔内钙基脱硫剂颗粒浓度，通过改进的CARIMA模型和基于实际控制过程数据的模型辨识，对密相干塔排出口的SO2浓度进行有效预测并对钙基脱硫剂的投入变化量进行优化计算，根据钙基脱硫剂颗粒浓度计算值及浓度设定值，设计脱硫剂投入调节的模糊PID控制器，实现密相干塔烟气脱硫过程脱硫剂的准确投入和实时调节，利于减少排出口SO2含量的波动，提高烟气脱硫效率，降低脱硫控制时滞和成本。滞和成本。滞和成本。

【技术实现步骤摘要】
一种密相干塔脱硫控制方法


[0001]本专利技术涉及密相干塔脱硫控制领域，具体地说是一种密相干塔脱硫控制方法。

技术介绍

[0002]SO2是钢铁冶炼、燃煤电力等领域烟气排放主要污染物，是产生酸雨的重要原因，对环境危害大，同时SO2被世界卫生组织国际癌症研究机构定义为三类致癌物，对人体健康有直接危害。烟气脱硫早已成为相关排放企业污染控制和节能减排工作的重点。
[0003]密相干塔半干法脱硫是当前应用较为广泛的烟气脱硫技术，烟气从塔顶部进入塔内，与塔顶加湿活化后的钙基脱硫剂接触，在塔内经链式搅拌器分散碰撞，钙基脱硫剂与SO2加速反应，带有颗粒的烟气从密相干塔底部排出，进入除尘器进行气固分离，净化后烟气经烟囱排出，底部的固体颗粒再次进入密相干塔参与反应，少量反应后的脱硫剂排入废料仓，完成整体脱硫循环，实现烟气脱硫作用。
[0004]密相干塔脱硫相较传统石灰石
‑
石膏、氨水、氧化镁等湿法脱硫方式，具有脱硫效率高、占地面积小、可靠性高、无腐蚀、无废水、副产物易处理等优点。
[0005]密相干塔脱硫过程是一个复杂的非线性、长时滞过程，现有技术无法准确地根据排出烟气的SO2浓度进行钙基脱硫剂用量的实时准确调节，故较难实现SO2的稳定控制，且为满足严格的排放指标，波动的脱硫效率对控制成本消耗较大。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种密相干塔脱硫控制方法，根据密相干塔半干法脱硫工艺，通过搭建排出口SO2浓度的预测模型求解钙基脱硫剂投入变化量，并结合密相干塔腔体内脱硫剂颗粒浓度计算值与模糊PID控制，实现脱硫过程脱硫剂浓度的稳定精准调节，以保证实际排除的SO2浓度符合环保要求。
[0007]本专利技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本专利技术的实践而习得。
[0008]为实现脱硫的实时精准控制，本专利技术公开了一种密相干塔脱硫控制方法，该方法通过计算塔腔内脱硫剂颗粒的浓度以及钙基脱硫剂的投入变化量，确定模糊PID控制器参数，实现脱硫剂颗粒浓度的自适应调节，具体包括如下步骤：
[0009]步骤A、钙基脱硫剂脱硫过程存在不确定量的返料，塔腔内脱硫剂颗粒浓度不能简单通过脱硫剂投入量和塔体空间体积计算获取，密相干塔腔内钙基脱硫剂颗粒的运动过程可看作流体运动，根据流体力学机械能守恒定理，通过脱硫剂颗粒重力势能、动能、摩擦热能和密相干塔出入口压强差，可实现塔腔内脱硫剂颗粒浓度的精准计算；
[0010]步骤B、结合CARIMA标准算法和现场脱硫工艺，搭建改进后的排出口SO2浓度预测模型，通过预测模型计算钙基脱硫剂的投入变化量；
[0011]步骤C、通过模糊自适应规则将脱硫剂颗粒浓度与浓度设定值的偏差值转化为脱硫剂投料量的增量，实现塔腔内颗粒浓度的自适应调节。
[0012]其中，所述步骤A中密相干塔塔腔内钙基脱硫剂颗粒浓度计算具体步骤如下：
[0013]步骤A1、设密相干塔塔腔脱硫剂颗粒浓度为ρ(kg/m3),塔顶处散出的脱硫剂颗粒在脱硫过程中降至塔底，设塔高为Δh(m)，则势能减量表示为：ΔE
p
＝ρ
·
g
·
Δh
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0014]步骤A2、设塔顶处脱硫剂颗粒流动速度为V0(m/s),塔底处流动速度为V1(m/s)，在脱硫过程中脱硫剂颗粒由塔顶至塔底运动过程动能增量表示为：
[0015]步骤A3、钙基脱硫剂颗粒在脱硫过程中与塔体内壁及周围颗粒产生碰撞摩擦，设密相干塔塔腔直径为D(m)，重力加速度为g(m/s2),则运动过程中脱硫剂颗粒摩擦产生热能表示为：
[0016]步骤A4、设密相干塔塔腔底部和顶部出入口压强差为ΔP，则可得到塔腔内脱硫剂颗粒浓度为：
[0017]再者，所述步骤B中预测模型基于钙基脱硫剂投入量、排出口SO2实际浓度值和工艺中的不确定因素，预测模型对脱硫剂投入变化量的算法实现具体步骤如下：
[0018]步骤B1、包含不确定因素的多变量CARIMA标准模型为：A(z
‑1)y(k)＝B(z
‑1)u(k
‑
1)+C(z
‑1)ω(k)/Δ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0019]其中，Δ＝1
‑
z
‑1为差分算子，将y(k)表示任意时刻k排出口SO2浓度预测值。
[0020]依工艺设定E
j
(z
‑1)＝e
j.0
+e
j.1
z
‑1+
…
+e
j.j
‑1z
‑
(j
‑
1)
，G
j
(z
‑1)＝g
j.0
+g
j.1
z
‑1+
…
+g
j.j
‑1z
‑
(j
‑
1)
，其中时刻变量j的范围为1至预测时域N1，n
a
和n
b
为模型结构参数。
[0021]步骤B2、标准模型(1)式可变为：y(k+j)＝G
j
Δu(k+j
‑
1)+F
j
y(k)+H
j
Δ(k
‑
1)+E
j
ω(k+j)
ꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0022]步骤B3、设定任意时刻k，密相干塔脱硫的最小性能指标J为：
[0023]其中，y(k+j)为k+j时刻排出口SO2预测值，y
r
(k+j)为k+j时刻SO2设定值，Δu(k+j
‑
1)为钙基脱硫剂在k+j
‑
1时刻的投入量，λ(j)为加权系数，N0为最小预测时域，N1为最大预测时域，Nu为控制时域，ξ为数学期望。
[0024]步骤B4、将(6)、(7)式分别表示为向量形式：
[0025]其中，为未来时刻数据{Δu(k),Δu(k+1),...,Δu(k+N1‑
1)}、上时刻钙基脱硫剂投入增量Δu(k
‑
1)和当前SO2排出口浓度y(k)的表达式。Y
r
为已知设定参数，将和U分别表示为：
[0026]步骤B5、根据最小二乘原理，当J最小时满足钙基脱硫剂的投入增量实现最优，故有：
[0027]其中，N
u
为控制时域，设设二维矩阵P：
[0028]经(8)式计算整理得到钙基脱硫剂投入量的最优化解集：U＝(P
T
P+λI)
‑1P
T
[Y
r
‑
Fy(k)
‑
HΔu(k
‑
1)]ꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0029]步骤B6、将当前时刻钙基脱硫剂投入量表示为u(k)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种密相干塔脱硫控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：计算塔腔内脱硫剂颗粒的浓度；S2：计算钙基脱硫剂的投入变化量：S3：确定模糊PID控制器参数，实现脱硫剂颗粒浓度的自适应调节。2.根据权利要求1所述的一种密相干塔脱硫控制方法，其特征在于，塔腔内脱硫剂颗粒的浓度计算方法为：根据流体力学机械能守恒定理，通过脱硫剂颗粒重力势能、动能、摩擦热能和密相干塔出入口压强差，可实现塔腔内脱硫剂颗粒浓度的精准计算，所述钙基脱硫剂的颗粒浓度的计算式为：其中，ρ为密相干塔腔内脱硫剂颗粒计算浓度，Δh为塔高，V0和V1分别为塔顶和塔底处脱硫剂颗粒流动速度，D为塔体内壁直径，g为重力加速度，ΔP为塔腔底部至顶部的压强差。3.根据权利要求1所述的一种密相干塔脱硫控制方法，其特征在于，钙基脱硫剂的投入变化量计算方法为：通过改进的CARIMA算法搭建排出口SO2浓度预测模型，通过排出口SO2浓度预测模型计算钙基脱硫剂的投入变化量；所述钙基脱硫剂的投入变化量计算式为：Δu(k)＝q
T
[Y
r
‑
Fy(k)
‑
HΔu(k
‑
1)]其中，Δu(k)为任意时刻k脱硫剂的投入变化量，Δu(k
‑
1)为k
‑
1时刻脱硫剂的投入变化量，y(k)为k时刻排出口SO2浓度预测值，q、Y
r
、F和H均为过程变量，直接或间接由排出口SO2实测值样本和钙基...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾英新，赵东哲，刘申，庞增拴，王勇，王凡，高林鹤，邓菲，杜卫达，王任，
申请(专利权)人：河北省机电一体化中试基地有限公司，
类型：发明
国别省市：