CN103771553B - 湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自适应模糊控制方法 - Google Patents

Abstract

湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自适应模糊控制方法，以脱硫废水流量作为控制目标进行自动控制，以烟气流量、废水流量偏差值和废水流量偏差变化率为模糊控制输入参数，以废水泵频率和调节阀开度为控制输出量，在控制系统中建立三输入二输出的模糊控制器；采用带加权因子的数学解释方法来描述控制规则表的建立；本发明的有益效果是：有利于脱硫废水蒸发工艺的自动控制，使得参数的可信度得到提高，减少了靠单一流量偏差调节带来的误动作的可能，增强了控制方法的可靠性。

Description

湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自适应模糊控制方法

技术领域

本发明属于烟气脱硫废水处理过程控制领域，具体涉及湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自适应模糊控制方法。

背景技术

目前，我国应用最普遍的一种烟气脱硫技术是湿法烟气脱硫技术，此项技术脱硫过程中会产生一定量的废水，该废水重金属含量超标，含悬浮物和呈弱酸性，直接排放会对环境造成很大的危害，必须经过处理达标后排放。目前在湿法烟气脱硫废水处理中一种工艺是将脱硫废水引入废水罐，并用废水计量泵将废水罐中的脱硫废水通过管道和喷嘴喷入锅炉尾部与除尘器之间的管道中，利用锅炉烟气的高温将喷入的脱硫废水蒸发为固体颗粒，并被后续的除尘器捕集。在此种工艺中，其传统的控制方法是将脱硫废水通过废水泵的连续运行通过PID调节器控制调节阀的开度控制喷入烟道中的废水量，采用此种方法通过调节阀控制废水量，往往导致废水量超过烟气的蒸发能力，导致烟气的蒸发能力与废水的处理量不匹配，使烟气含湿量增加，造成烟道酸性腐蚀，同时导致后续的除尘器堵塞。

发明内容

本发明所要解决的问题是：现有的湿法烟气脱硫技术中，对蒸发处理中废水量的控制与烟气的蒸发能力不适应，造成腐蚀，影响烟气脱硫效果，造成蒸发除尘设备堵塞。

本发明的采用技术方案为：湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自适应模糊控制方法，以脱硫废水流量作为控制目标进行自动控制，废水变频泵将废水罐中的脱硫废水通过废水管道输送到雾化喷嘴，锅炉烟气通过烟气通道输送至除尘器，雾化喷嘴向除尘器内喷入脱硫废水，利用锅炉烟气的高温对喷入的脱硫废水进行蒸发处理，对脱硫废水的蒸发控制包括以下步骤：

1)在烟气通道上设置烟气流量测量装置测量烟气流量，设置温度传感器测量废水蒸发前烟道的烟气温度，烟气温度设置三个并列均布的测点以保证温度测量准确性；

2)根据温度值和烟气流量计算烟气能够蒸发的最大废水量，同时保证蒸发后烟气温度仍处于酸露点之上，以此废水量作为给定值,采用变给定值方式得到废水量偏差信号；

3)以烟气流量、废水流量偏差值和废水流量偏差变化率为模糊控制输入参数，以废水泵频率和调节阀开度为控制输出量，在控制系统中建立三输入二输出的模糊控制器；分别定义烟气流量、废水流量偏差值、废水流量偏差变化率、废水泵频率、调节阀开度为五个模糊语言变量，分别定义五个模糊语言变量的模糊集，确定五个模糊语言变量的基本论域、量化等级范围和初始量化因子；模糊变量的隶属函数采用钟型隶属度函数，通过五个模糊语言变量赋值表，制定废水流量模糊控制规则表；

4)控制系统由建立的三输入二输出的模糊控制器和步骤1)测量的实时数据，控制废水计量泵的运行和停止，对脱硫废水进行蒸发控制。

采用带加权因子的数学解释方法来描述控制规则表的建立；模糊控制器的控制作用取决于废水流量偏差和偏差变化率；在不同的状态下，废水流量偏差和偏差变化率对过程的影响是不同的，为了适应不同工况的控制要求，采用带加权因子的控制规则：

U＝αBE+(1-α)CE

式中U为控制输出量集合，BE为废水流量偏差，CE为偏差变化率，α为加权因子，0≤α≤1通过调整α值的大小，可以改变废水流量偏差和偏差变化率的加权程度；

自适应加权因子的算法为：

α(t)＝α(t-1)(1+Δα)

其中，α(t)为t时刻的α值，α(t-1)为t-1时刻的α值，Δα为t-1时刻α(t-1)的增加率；加权因子模糊控制器的输入变量为废水流量偏差(BE)和偏差变化率(CE)，输出变量则为自适应因子α(t-1)的增量Δα，分别定义废水流量偏差BE、偏差变化率CE、Δα为三个模糊语言变量，定义Δα的基本论域、量化等级范围和模糊子集，隶属函数为三角形，通过三个模糊语言变量赋值表得到加权因子模糊控制规则表。

为了克服现有脱硫废水蒸发控制系统的固有缺陷，本发明提供了一种湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自适应模糊控制方法，它适用于脱硫废水蒸发工艺的自动控制过程，避免蒸发不完全等问题。

本发明控制方法中废水泵运行频率和调节阀开度均由模糊控制策略加以控制，同时废水流量给定值由烟气量对应的蒸发量确定，此蒸发量确保烟气温度降低后不低于酸露点。排除了酸液凝结，蒸发不完全的缺点。控制系统输入参数由单一的废水流量偏差，增加了烟气量参数，提高了输入参数的可信度，减少了一靠单一流量偏差调节带来的误动作的可能，增强了控制方法的可靠性，能够从根本上克服原有的PID控制策略的不足。有利于稳定烟气成分，提高除尘器运行效率，提高电厂脱硫的节能降耗水平，减少废水外排。保证了废水蒸发处理的安全进行。

附图说明

图1是废水蒸发处理装置的工艺流程示意图；

图2是本发明湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自适应模糊控制方法的控制结构简图。

图中标记：1-锅炉，2-烟道，3-喷嘴，4-除尘器，5-脱硫吸收塔，6-废水箱，7-废水缓冲箱，8-废水高压泵，9-废水调节阀，10-压缩空气调节阀，11-压缩空气罐，12-空气压缩机。

具体实施方式

如图1，废水蒸发处理工艺为锅炉1燃烧产生的烟气经由喷嘴3与除尘器4连接烟道2进入除尘器4，经除尘后，进入脱硫吸收塔5进行脱硫。脱硫产生的废水送入脱硫系统的废水箱6。废水箱6中的废水经泵送至废水缓冲箱7，废水缓冲箱7出口管道设置废水高压泵8，废水由废水高压泵8送至烟道2的废水喷枪。另一路由空气压缩机12产生的压缩空气送至压缩空气罐11稳压后亦送至废水喷枪用于雾化废水液滴。压缩空气和废水各自通过管线上的废水调节阀9和压缩空气调节阀10实现流量的匹配控制。所述废水高压泵8设有变频器,用于调节废水高压泵8流量。

下面说明一下本发明的湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自适应模糊控制方法。

废水蒸发处理自适应模糊控制器包括2个主要的控制部分，它们分别是：废水流量模糊控制器和自适应加权因子调整模块；本发明的实现过程为：

1)在烟气通道上设置烟气流量测量装置测量烟气流量，设置温度传感器测量废水蒸发前烟道的烟气温度，烟气温度设置三个并列均布的测点以保证温度测量准确性；

2)根据温度值和烟气流量计算烟气能够蒸发的最大废水量，同时保证蒸发后烟气温度仍处于酸露点之上，以此废水量作为给定值,采用变给定值方式得到废水量偏差信号；

3)以烟气流量、废水流量偏差值和废水流量偏差变化率为模糊控制输入参数，以废水泵频率和调节阀开度为控制输出量，在控制系统中建立三输入二输出的模糊控制器；

4)废水流量模糊控制器中，选择语言变量BE(废水流量偏差)，CE(偏差变化率),DE(烟气流量)，DW(变频器控制电压),EO(调节阀开度)的模糊集如下：

BE＝{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，简记为BE＝{NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}；

CE＝＝{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，简记为CE＝{NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}；

DE＝＝{小，零，大}，简记为DE＝{S，O，B}；

DW＝{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，简记为DW＝{NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}；

EO＝{负大，负小，正常，正小，正大}简记为EO＝{NB，NS，O，PS，PB}。

由于紊流的存在，流量是一个不稳定的的量，为了保证流量基本稳定，允许其有一个较小的偏差。所以设定偏差BE的隶属函数中间疏两端密。同时为保证在偏差大时响应迅速，偏差小时提高精度减少超调，控制输出DW的隶属函数中间密两头疏。

废水流量模糊控制器主要目的是使废水流量快速跟随烟气流量。因此，应避免废水量偏差过大，废水流量偏差的基本论域范围不宜过大。定义废水量偏差e(t)＝Q(t)-Q(t-1)。基本论域为[-3.6,3.6]，单位是t/h；量化等级范围为[-5,5]；初始量化因子为1.39。

废水量偏差变化率的基本论域为[-15,15]，单位是t/h/h；量化等级范围为[-5,5]；初始量化因子为0.33；烟气流量的基本论域为[-1.5,1.5]；量化等级范围为[-3,3]；初始量化因子为2；变频器频率的基本论域为[1,5]，单位是HZ；量化等级范围为[-5,5]；初始比例因子为0.4；调节阀开度的基本论域为[50,100]，单位是百分比；量化等级范围为[-5,5]；初始比例因子为5；隶属函数采用钟型隶属度函数作为模糊变量的隶属函数。

根据上述语言变量赋值表，制定如下废水流量模糊控制规则。

表1模糊控制规则表(DE＝B)

表2模糊控制规则表(DE＝O)

表3模糊控制规则表(DE＝S)

由于烟气流量具有不确定性，废水量也具有不确定性，为了满足废水流量的控制要求，同时为适应控制规则自适应算法调节的需要，采用带加权因子方法来描述控制规则表的建立。模糊控制器的控制作用取决于废水流量偏差和偏差变化率。在不同的状态下，废水流量偏差和偏差变化率对过程的影响是不同的，为了适应不同工况的控制要求，采用带加权因子的控制规则：

U＝αBE+(1-α)CE

式中U为控制输出量，BE为废水流量偏差，CE为偏差变率，α为加权因子，0≤α≤1。通过调整α值的大小，可以改变误差和误差变化率的加权程度。当偏差较大时，控制系统的主要任务是消除偏差，这时偏差在控制规则中的加权应大些；相反，当偏差较小时，此时系统已接近稳态，控制系统的主要任务是使系统尽快稳定，为此减小超调，偏差变化率的加权应大些。本文自适应加权因子的算法为：

α(t)＝α(t-1)(1+Δα)

其中，α(t)为t时刻的α值，α(t-1)为t-1时刻的α值，Δα为t-1时刻α(t-1)的增加率。加权因子模糊控制器的输入变量为废水流量偏差(BE)和偏差变化率(CE)，输出变量则为自适应因子α的增量Δα，其中Δα的基本论域选为[-0.5,0.5],量化等级为[-5,5],模糊子集为{负大，负小，零，正小，正大}，英文简记为{NB,NS,O,PS,PB}。隶属函数选择三角形。

根据上述语言变量赋值表，结合工艺，总结出49条控制规则，推理方式采用最大隶属度法，控制规则如表4。

表4加权因子模糊控制规则

扰动响应及时，且波动范围很小。提高了系统运行经济性。

Claims (2)

1.湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自适应模糊控制方法，其特征在于：以脱硫废水流量作为控制目标进行自动控制，废水变频泵将废水罐中的脱硫废水通过废水管道输送到雾化喷嘴，锅炉烟气通过烟气通道输送至除尘器，雾化喷嘴向除尘器内喷入脱硫废水，利用锅炉烟气的高温对喷入的脱硫废水进行蒸发处理，对脱硫废水的蒸发控制包括以下步骤：

1)在烟气通道上设置烟气流量测量装置测量烟气流量，设置温度传感器测量废水蒸发前烟道的烟气温度，烟气温度设置三个并列均布的测点以保证温度测量准确性；

2)根据温度值和烟气流量计算烟气能够蒸发的最大废水量，同时保证蒸发后烟气温度仍处于酸露点之上，以此废水量作为给定值,采用变给定值方式得到废水量偏差信号；

3)以烟气流量、废水流量偏差值和废水流量偏差变化率为模糊控制输入参数，以废水泵频率和调节阀开度为控制输出量，在控制系统中建立三输入二输出的模糊控制器；分别定义烟气流量、废水流量偏差值、废水流量偏差变化率、废水泵频率、调节阀开度为五个模糊语言变量，分别定义五个模糊语言变量的模糊集，确定五个模糊语言变量的基本论域、量化等级范围和初始量化因子；模糊变量的隶属函数采用钟型隶属度函数，通过五个模糊语言变量赋值表，制定废水流量模糊控制规则表；

4)控制系统由建立的三输入二输出的模糊控制器和步骤1)测量的实时数据，控制废水计量泵的运行和停止，对脱硫废水进行蒸发控制。

2.根据权利要求1所述的湿法烟气脱硫废水蒸发处理的自适应模糊控制方法，其特征在于：采用带加权因子的数学解释方法来描述控制规则表的建立；模糊控制器的控制作用取决于废水流量偏差和偏差变化率；在不同的状态下，废水流量偏差和偏差变化率对过程的影响是不同的，为了适应不同工况的控制要求，采用带加权因子的控制规则：

U＝αBE+(1-α)CE

式中U为控制输出量集合，BE为废水流量偏差，CE为偏差变化率，α为加权因子，0≤α≤1通过调整α值的大小，可以改变废水流量偏差和偏差变化率的加权程度；

自适应加权因子的算法为：

α(t)＝α(t-1)(1+Δα)

其中，α(t)为t时刻的α值，α(t-1)为t-1时刻的α值，Δα为t-1时刻α(t-1)的增加率；加权因子模糊控制器的输入变量为废水流量偏差(BE)和偏差变化率(CE)，输出变量则为自适应因子α的增量Δα，分别定义废水流量偏差BE、偏差变化率CE、Δα为三个模糊语言变量，定义Δα的基本论域、量化等级范围和模糊子集，隶属函数为三角形，通过三个模糊语言变量赋值表得到加权因子模糊控制规则表。