CN108268074A - 一种用于船舶尾气钠碱脱硫系统的嵌入型闭环控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于设计一种用于船舶尾气钠碱脱硫系统的嵌入型闭环控制方法，由控制计算机采用嵌入型闭环控制系统首先根据实时工况匹配相应的操作参数，然后根据CEMS所监测SO2、CO2等的实时浓度对脱硫液泵和钠碱蠕动泵进行闭环控制。该系统响应时间短、操作简单，相关设备运行稳定、波动小，各物料消耗直观易得，确保尾气达标排放。

Description

一种用于船舶尾气钠碱脱硫系统的嵌入型闭环控制方法
技术领域
本发明涉及船舶尾气钠碱脱硫技术领域，尤其是涉及一种钠碱脱硫系统的嵌入型闭环控制方法。
背景技术
根据MARPOL公约附则VI规定，航行在排放控制区(ECA)的船只，必须燃烧含硫量等于或小于0.10％(m/m)的低硫燃油，或船舶使用经批准的减排技术，使SO2排放等效于燃烧等于或小0.10％的低硫燃油。相比于燃烧高硫油，船舶燃烧低硫油将使船舶额外增加70％的燃油费用，因此船舶航行过程中主要燃烧高硫油。为满足较高的SO2脱除要求，常采用湿法脱硫技术，钠碱脱硫是现阶段比较成熟的高效船舶尾气脱硫方法。
目前脱硫控制系统主要对脱硫液pH值进行调节控制，通常采用PID或复杂PID控制算法。由于pH值滞后时间长、非线性、扰动因素多，很难用经典与现代控制理论建立精确的数学模型，采用常规的控制算法既无法保证系统动态响应效果，更无法保证系统稳态精确控制。当船舶发动机工况改变引起相应参数变化时，易引起系统运行的不稳定。
嵌入型闭环控制系统的主要思路是：首先根据运行工况，从主要工况数据库中匹配相应的工艺操作参数，通过PLC发出指令执行；然后根据CEMS监测数据，控制计算机进行计算得出排放尾气的硫碳比(S/C)，此计算值与排放标准设定值进行比较后，再由PLC发出相应指令，调整脱硫液流量和钠碱液流量。以此实现对尾气中SO2排放浓度的控制。
发明内容
本发明的目的是提供了一种用于船舶尾气钠碱脱硫系统的嵌入型闭环控制方法，响应时间短、操作简单，相关设备运行稳定、波动小，各物料消耗直观易得，确保尾气达标排放。
本发明的目的是这样实现的：一种用于船舶尾气钠碱脱硫系统的嵌入型闭环控制方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
A、根据柴油机的运行工况，从数据库中导入相匹配的工况数据参数；
B、判断是否变工况，如是，则返回步骤A，如否，则进入C；
C、采集CEMS数据，计算硫碳比S/C，并判断S/C是否超过排放限制值，若超过排放限制值，则通过PLC控制增加脱硫液或钠碱液的加入量，若低于排放限定值，则通过PLC控制减少脱硫液或钠碱液的加入量，并且在排放达标的前提下，使缓冲罐中脱硫液的pH维持在6.8～7.2之间；并且达到以上条件后，脱硫液流量和钠碱液流量维持稳定；
D、将该工况下新的稳定工艺参数，包括脱硫液流量，钠碱液流量，脱硫液pH，更新覆盖到数据库，实现嵌入型闭环控制。
进一步地，所述的数据库内包括不同工况下的工况数据参数，包括脱硫液、钠碱液的流量以及此流量下阀门开度。
进一步地，所述PLC用于采集和记录整个钠碱脱硫系统的运行参数，包括脱硫液流量，脱硫液温度，钠碱液流量，尾气进出口SO2、CO2等的浓度，缓冲罐中液体pH、液位。
进一步地，所述PLC用于制脱硫液温度，浮球阀控制液位以及补水。
进一步地，所述硫碳比的排放限制值为S/C≤4.3。
进一步地，所述的硫碳比(S/C)的计算公式为
进一步地，PLC还接入故障紧急停机指令及安全报警联动，包括系统参数报警、工艺运行参数报警、设备故障报警以及因不同报警而产生的保护联锁动作。
本发明的优势在于，根据钠碱脱硫系统工艺设备配置，结合船舶尾气参数以及主要工况数据库，采用嵌入型闭环控制系统，完成系统工艺参数的自动匹配与调整。同时，嵌入型闭环控制系统既能保证系统动态响应时间≤1min，满足系统连续稳定运行；又能改善系统稳态控制精度(±0.2pH，±0.1m3/h脱硫液流量，±1mL/min钠碱液流量)，实现脱硫后的船舶尾气达标排放。
附图说明
图1为本发明系统控制逻辑简图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做更详尽的描述，只为说明本发明的技术构思及特点，但不构成对本发明的任何限制。
如图1所示逻辑流程，根据柴油机的运行工况，从数据库中导入相匹配的工况数据参数，变工况时自动调整匹配参数。
在某一特定工况下连续运行时，采集CEMS(烟气在线监测系统)的实时监测数据，通过控制计算机计算出硫碳比(S/C)，计算出的S/C与排放值4.3进行比较。若超过排放限制，则通过PLC控制脱硫液电磁阀和钠碱蠕动泵转速增加脱硫液或钠碱液的加入量；若低于排放限定值，则通过PLC控制减少脱硫液或钠碱液的加入量，并且在排放达标的前提下，使缓冲罐中脱硫液的pH维持在6.8～7.2之间；并且达到以上条件后，脱硫液流量和钠碱液流量维持稳定。其中Q表示钠碱液流量，dQ/dt＝0表示钠碱液流量稳定。
最后，将该工况下新的稳定工艺参数(如脱硫液流量，钠碱液流量等)，更新覆盖到数据库，实现嵌入型闭环控制。
应用例
某柴油机尾气量1165m3/h，油品含硫量3.5％，SO2初始浓度为1600ppm，CO2含量为9.1％，CO初始浓度为1100ppm，THC初始浓度为6.6ppm，柴油机负荷75％，功率120kW，烟气温度580℃，根据计算要求排放SO2的浓度≤40ppm。
钠碱脱硫系统运行后，尾气出口SO2的浓度为20ppm≤40ppm，脱硫液pH值控制在6.8-7.2，脱硫液流量控制在4.9-5.1m3/h，钠碱液流量控制在52-54mL/min，脱硫液缓冲罐以16L/h的量外排进行废水处理，同时16L/h左右的量向脱硫液缓冲罐补充淡水(具体量用浮球阀控制)。
上述各实施例是实现本发明的具体实施方式，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种用于船舶尾气钠碱脱硫系统的嵌入型闭环控制方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
A、根据柴油机的运行工况，从数据库中导入相匹配的工况数据参数；
B、判断是否变工况，如是，则变化柴油机工况后返回步骤A，如否，则进入C；
C、采集CEMS数据，计算硫碳比S/C，并判断S/C是否超过排放限制值，若超过排放限制值，则通过PLC控制增加脱硫液或钠碱液的加入量，若低于排放限定值，则通过PLC控制减少脱硫液或钠碱液的加入量，并且在排放达标的前提下，使缓冲罐中脱硫液的pH维持在6.8～7.2之间；并且达到以上条件后，脱硫液流量和钠碱液流量维持稳定；
D、将该工况下新的稳定工艺参数，包括脱硫液流量，钠碱液流量，脱硫液pH，更新覆盖到数据库，实现嵌入型闭环控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于船舶尾气钠碱脱硫系统的嵌入型闭环控制方法，其特征是：所述的数据库内包括不同工况下的工况数据参数，包括脱硫液、钠碱液的流量以及此流量下阀门开度。
3.根据权利要求1所述的一种用于船舶尾气钠碱脱硫系统的嵌入型闭环控制方法，其特征是：所述PLC用于采集和记录整个钠碱脱硫系统的运行参数，包括脱硫液流量，脱硫液温度，钠碱液流量，尾气进出口SO2、CO2等的浓度，缓冲罐中液体pH、液位。
4.根据权利要求1所述的一种用于船舶尾气钠碱脱硫系统的嵌入型闭环控制方法，其特征是：PLC控制钠碱的加入量、脱硫液流量、脱硫液温度，浮球阀控制液位以及补水。
5.根据权利要求1和4所述的一种用于船舶尾气钠碱脱硫系统的嵌入型闭环控制方法，其特征是：所述硫碳比的排放限制值为S/C≤4.3。
6.根据权利要求1所述的一种用于船舶尾气钠碱脱硫系统的嵌入型闭环控制方法，其特征是：硫碳比的计算公式为
7.根据权利要求1所述的一种用于船舶尾气钠碱脱硫系统的嵌入型闭环控制方法，其特征是：PLC接入故障紧急停机指令及安全报警联动，包括系统参数报警、工艺运行参数报警、设备故障报警以及因不同报警而产生的保护联锁动作。
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