控制与优化系统技术方案

用于优化发电装置的系统包括：化学环路，其具有用于接收输入参数（２７０）的输入端和用于输出输出参数（２８０）的输出端；控制系统，其可操作地连接到化学环路并且具有包括无模型控制器的多控制器部件（２３０）。控制系统接收输出参数（２８０），基于所接收的输出参数（２８０）优化输入参数（２７０），并且输出优化的输入参数（２７０）至化学环路的输入端从而以优化方式控制化学环路的过程。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开大体涉及控制与优化系统，并且更具体地涉及用于化学循环(chemical looping)过程的控制与优化系统。
技术介绍
化学循环(CL)是可用于发电装置的目前开发的过程，该发电装置燃烧诸如煤、生 物量和其它机会燃料的燃料。CL过程可实施于现有的或新的发电装置中，并且在减小装置 大小、减少排放和增加装置操作效率以及其它益处方面提供有前景的改进。典型的CL系统利用高温过程，由此诸如钙基或金属基化合物的固体例如在称作 氧化器的第一反应器与称作还原器的第二反应器之间“循环”。在氧化器中，来自喷入氧化 器内的空气的氧在氧化反应中由固体捕集。然后所捕集的氧由氧化固体携带到还原器以例 如用于诸如煤的燃料的燃烧和/或气化。在还原器中的还原反应之后，不再具有捕集的氧 的固体返回到氧化器以再次氧化，并且重复该循环。CL过程例如比诸如常规循环流化床(CFB)装置的传统装置的过程更复杂。特别 地，在CL过程中对循环固体的控制需要多环路相互作用的流量和存量控制，这在传统装置 中不需要。因此，应用于CL过程的传统装置控制必然导致用于每个CL环路的单独的控制 环路。然而，使用用于每个CL环路的单独控制环路效率较低，并且不优化CL过程的性能， 这是因为精确控制取决于在个别环路之间的协调控制。因此，必须考虑用于CL过程的每个 环路的变量之间的相互作用以优化总体CL过程性能。此外，CL过程具有多相流动和化学反应，其特征为由于质量输送和化学反应速率 所致的过程非线性和时间延迟。因此，在过程设计的早期阶段不考虑控制优化系统的传统 发电装置设计还不足以用于过程性能与系统可操作性的集成优化。因此目前已开发的优化工具集中于优化常规燃烧发电装置。因此，这些优化工具 集中于解决很具体的局部优化问题而不是复杂装置操作的全局优化。此外，与常规燃烧发 电装置的优化相关的统计分析方法基于变量之间线性关系的假设。因此，这些统计分析方 法当用于分析CL过程中变量的复杂的、相互关联的非线性动态时是繁琐的并且不精确的。在基于CL系统的下一代发电装置中，蒸汽_水侧控制要求将保持与当前常规装置 基本上相同(例如，给水与蒸汽流量、蒸汽压力、蒸汽温度、汽包液位)。然而，预期的是，将 需要利用蒸汽_水侧变量和燃烧/气化CL变量的改进的控制以更好地处理CL过程中固有 过程变量相互作用。此外，常规发电装置模拟器限于蒸汽/水侧过程动态并且仅仅非常简 单的燃烧或炉过程动态被建模；诸如在CL过程中的复杂的气氛控制系统的动态模型在此 时是不可用的。神经网络(NN)建模已用于常规发电装置模拟器，但是将该办法实施于基于 CL的发电装置至今因此需要很大量的时间和努力以收集所需的统计意义上的大量测试数 据量来开发验证的NN模型用于与CL装置相关的更复杂的过程动态。因此，需要开发控制与优化系统，更具体地克服上述不足的用于化学循环过程的 集成控制与优化系统。
技术实现思路
根据本文所示的方面，提供用于优化发电装置的系统，其包括化学环路，其具有 用于接收输入参数的输入端和用于输出输出参数的输出端；控制系统，其可操作地连接到 化学环路并且具有包括无模型控制器的多控制器部件。控制系统接收输出参数，基于所接 收的输出参数优化输入参数，并且输出优化的输入参数至化学环路的输入端从而以优化方 式控制化学环路的过程。根据本文所示的其它方面，用于优化发电装置的系统包括第一化学环路，其具有 用于接收第一输入参数的第一输入端和用于输出第一输出参数的第一输出端。第一化学环 路包括第一反应器，其至少具有第一入口和第一出口 ；第一分离器，其可操作地连接到第 一反应器的第一出口 ；以及第一密封罐控制阀，其布置于第一分离器与第一反应器的第一 入口之间。该系统还包括控制系统，其可操作地连接到第一化学环路并且具有包括无模型 控制器的多控制器部件。控制系统接收第一输出参数，基 于所接收的第一输出参数优化第 一输入参数，并且输出优化的第一输入参数至第一化学环路的第一输入端从而以优化方式 控制第一化学环路的过程。根据本文所示的另外的其它方面，用于优化发电装置的系统包括化学环路，其具 有用于接收输入参数的输入端和用于输出输出参数的输出端。该化学环路包括反应器， 其至少具有入口和出口 ；分离器，其可操作地连接到反应器出口 ；以及密封罐控制阀，其布 置于分离器与反应器入口之间。该系统还包括控制系统，该控制系统具有多控制器部件，其 包括以下中的至少一个基于模型的控制器、比例-积分-微分控制器、模糊控制器和神经 网络自适应控制器；以及控制集合算法，其可操作地连接到多控制器部件。多控制器部件 还包括优化器，其可操作地连接到控制集合算法；安全看门狗模型，其连接到控制集合算 法；以及化学循环过程模拟器，其可操作地连接到化学环路。控制系统从化学环路的输出端 接收输出参数，基于所接收的输出参数优化输入参数，并且输出优化的输入参数至化学环 路的输入端从而以优化方式控制化学环路的过程。通过下面的附图和详细描述来举例说明上述特征和其它特征。附图说明现参看为示范性实施例的附图，其中相似的元件利用相似的附图标记表示图1是基于金属氧化物的两环路化学循环(CL)系统的方块图；图2是基于CL燃烧的蒸汽发电装置的方块图；图3是用于CL过程或基于CL的装置的控制与优化系统的方块图；图4是示出控制与优化系统实施于具有多环路的钙CL过程的单环路中的方块图； 以及图5是示出控制与优化系统实施于具有多环路的钙CL过程的双环路中的方块图。 具体实施例方式本文公开用于基于CL的发电装置的化学循环(CL)系统的控制与优化系统，类似 于在以引用的方式结合到本文中的美国专利No. 7，083，658中更详细地描述的系统。参看图1，CL系统5包括例如还原器10的第一环路10和例如氧化器20的第二环路20。空气30供应到氧化器20，并且钙(Ca) 40在其中氧化以产生氧化钙(CaO) 50。Ca050供应到还原 器10，并且作为载体将氧传送到供应至还原器10的燃料60 (例如诸如煤60)。因此，传送 到还原器10的氧在还原器10中与煤60相互作用。然后还原的金属氧化物，即金属40，返 回到氧化器20以再次氧化成CaO 50，并且重复上述循环。在氧化期间从空气30提取的氮气(N2) 70以及氧化所造成的热(未示出)离开氧 化器20。同样，在还原器10中在还原期间所产生的气体80离开还原器10。气体80例如 包括合成气体(合成气)、氢气(H2)和/或二氧化碳气体(CO2)。气体80的组成，例如其中 的合成气、H2和/或CO2的比例，基于煤60与空气30的比率而变化。示范性实施例不限于上文参看图1描述的两个环路，而是可包括单环路或多于两 个环路。例如，在可选的示范性实施例中，CL系统5例如包括第三环路(未示出)，诸如煅 烧炉(calciner)环路，其允许从重整的合成气80生成H2。又一可选的示范性实施例利用基于钙的CL系统5，其包括生成蒸汽以例如驱动涡 轮的热环路。具体而言，参看图2，热环路90包括使用蒸汽105驱动发电机100的蒸汽涡轮 95，该蒸汽105通过利用由氧化器20中氧化期间所产生的热来使给水110沸腾而生成。空气30供应到氧化器20，如上文参看图1所述，而诸如灰115和/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于优化发电装置的系统，所述系统包括：化学环路，其具有用于接收输入参数的输入端和用于输出输出参数的输出端；以及控制系统，其可操作地连接到所述化学环路并且包括多个可选择的控制器，其中，所述控制系统接收所述输出参数，基于所接收的输出参数优化所述输入参数，并且输出优化的输入参数至所述化学环路的输入端从而以优化方式控制所述化学环路的过程。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄新生，
申请(专利权)人：阿尔斯托姆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]