CN108361688A - 循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法、系统及终端设备 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于自动控制技术领域,公开了一种循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法、系统及终端设备,所述方法包括:获取循环流化床锅炉出口的二氧化硫设定值电信号和当前二氧化硫实际值电信号的偏差信号,将偏差信号作为当前偏差信号,并根据当前偏差信号以及历史偏差信号进行微分运算得到当前偏差信号的变化率;根据当前偏差信号和当前偏差信号的变化率得到第一控制信号;获取滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号,并基于滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号和第一控制信号得到第二控制信号,将第二控制信号发送给石灰石给料机。本发明可以有效提高循环流化床锅炉炉内脱硫的效率。
Description
技术领域
本发明属于自动控制技术领域,尤其涉及一种循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法、系统及终端设备。
背景技术
循环流化床锅炉是工业化程度最高的洁净煤燃烧技术。循环流化床锅炉最突出的优点是污染物排放量低。在循环流化床锅炉燃烧脱硫的过程中,石灰石在炉内要经过煅烧过程、硫盐化过程,脱硫反应过程中包含了非常复杂的传热和传质过程。循环流化床锅炉内的反应包括:二氧化硫气体向石灰石表面扩散、通过固体颗粒的内孔隙进行气态反应物的扩散、在固体颗粒内孔隙表面上进行气态反应物的物理吸附、二氧化硫与氧化钙之间的化学反应。整个脱硫反应的机理非常复杂,过程对象具有高阶非线性、慢时变、纯滞后等特点,在噪声、负荷扰动和其它一些环境条件变化的影响下,过程参数甚至模型结构会发生变化,控制难度很大。
现有的循环流化床锅炉炉内脱硫仅仅是向循环流化床锅炉内投入定量的石灰石。但是,循环流化床锅炉在燃烧脱硫的过程中,化学反应非常复杂,各个变量之间相互影响,仅仅向循环流化床锅炉内投入定量的石灰石的方法会导致循环流化床锅炉炉内脱硫效率较低。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法、系统及终端设备,以解决现有的循环流化床锅炉炉内脱硫效率低的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法,包括:
获取循环流化床锅炉出口的二氧化硫设定值电信号和当前二氧化硫实际值电信号的偏差信号,将偏差信号作为当前偏差信号,并根据当前偏差信号以及历史偏差信号进行微分运算得到当前偏差信号的变化率;
根据当前偏差信号和当前偏差信号的变化率得到第一控制信号;
获取滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号,并基于滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号和第一控制信号得到第二控制信号,将第二控制信号发送给石灰石给料机,第二控制信号用于指示石灰石给料机向循环流化床锅炉投入石灰石的流量。
本发明实施例的第二方面提供了一种终端设备,包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序,处理器执行计算机程序时实现如上所述循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法的步骤。
本发明实施例的第三方面提供了一种循环流化床锅炉炉内脱硫的控制系统,包括:如上所述的终端设备、石灰石给料机和循环流化床锅炉。
本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质存储有计算机程序,计算机程序被一个或多个处理器执行时实现如上所述循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法的步骤。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是:本发明实施例通过获取循环流化床锅炉出口的二氧化硫设定值电信号和当前二氧化硫实际值电信号的偏差信号,根据当前偏差信号和当前偏差信号的变化率得到第一控制信号,可以解决由于测量锅炉出口的二氧化硫含量的气体分析仪表引起的实时性差,且可能引起控制回路振荡的问题;获取滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号,并基于滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号和第一控制信号得到第二控制信号,将第二控制信号发送给石灰石给料机,第二控制信号用于指示石灰石给料机向循环流化床锅炉投入石灰石的流量,可以提高系统的响应速度,提高系统的脱硫效率,使石灰石的加入量与烟气中二氧化硫的总含量始终保持在最佳脱硫效率的平衡点附近。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,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发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的循环流化床锅炉炉内脱硫的控制系统的示意框图;
图2是本发明一实施例提供的循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法的实现流程示意图;
图3是本发明另一实施例提供的循环流化床锅炉炉内脱硫的控制系统的示意框图;
图4是本发明又一实施例提供的循环流化床锅炉炉内脱硫的控制系统的示意框图;
图5是本发明一实施例提供的终端设备的示意框图。
具体实施方式
以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本申请实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解,当在本说明书和所附权利要求书中使用时,术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在,但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解,在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样,除非上下文清楚地指明其它情况,否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解,在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合,并且包括这些组合。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样,术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地,短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
为了说明本发明所述的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。
图1是本发明一实施例提供的循环流化床锅炉炉内脱硫的控制系统的示意框图,为了便于说明,仅示出了与本发明实施例相关的部分。如图1所示,循环流化床锅炉炉内脱硫的控制系统1包括:
终端设备11、石灰石给料机12和循环流化床锅炉13。
其中,石灰石给料机为石灰石旋转密封给料机。
终端设备11获取循环流化床锅炉13出口的当前二氧化硫实际值,终端设备11获取石灰石给料机12向循环流化床锅炉13投入的当前石灰石流量,终端设备11根据当前二氧化硫实际值、二氧化硫设定值得到第一控制信号,并根据第一控制信号、当前石灰石流量电信号、辐射能电信号以及给煤量电信号得到第二控制信号。终端设备11将第二控制信号发送给石灰石给料机12,第二控制信号控制石灰石给料机12中的旋转密封给料阀的转速,从而可以控制石灰石给料机12向循环流化床锅炉13投入的石灰石流量,进而达到控制二氧化硫的目的。
其中,终端设备11的具体功能可参见图2对应实施例的相关描述。
在本发明实施例中,终端设备通过第二控制信号来控制石灰石给料机向循环流化床锅炉投入的石灰石流量,使石灰石的加入量与循环流化床锅炉出口烟气中的二氧化硫含量始终保持在最佳脱硫效率的平衡点附近,从而可以有效提高循环流化床锅炉炉内脱硫的效率。
图2是本发明一实施例提供的循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法的实现流程示意图,为了便于说明,仅示出了与本发明实施例相关的部分。如图2所示,该方法可以包括以下步骤:
步骤S201:获取循环流化床锅炉出口的二氧化硫设定值电信号和当前二氧化硫实际值电信号的偏差信号,将偏差信号作为当前偏差信号,并根据当前偏差信号以及历史偏差信号进行微分运算得到当前偏差信号的变化率。
在本发明实施例中,二氧化硫设定值电信号减去当前二氧化硫实际值电信号得到偏差信号,将该偏差信号作为当前偏差信号,对当前偏差信号以及历史偏差信号进行微分运算得到当前偏差信号的变化率。示例性地,假设当前偏差信号为e(t),上一采样周期的偏差信号为e(t-1),则当前偏差信号的变化率ec(t)为:T为采样周期。
作为本发明又一实施例,在获取循环流化床锅炉出口的二氧化硫设定值电信号和当前二氧化硫实际值电信号的偏差信号之前,还包括:
获取循环流化床锅炉出口的二氧化硫设定值,并将二氧化硫设定值转换为二氧化硫设定值电信号;
获取循环流化床锅炉出口的当前二氧化硫实际值,并将当前二氧化硫实际值转换为当前二氧化硫实际值电信号。
在本发明实施例中,可以通过烟气二氧化硫含量测量装置将二氧化硫设定值转换为二氧化硫设定值电信号以及将当前二氧化硫实际值转换为当前二氧化硫实际值电信号。
步骤S202:根据当前偏差信号和当前偏差信号的变化率得到第一控制信号。
作为本发明又一实施例,根据当前偏差信号和当前偏差信号的变化率得到第一控制信号,包括:
根据当前偏差信号和当前偏差信号的变化率得到当前比例调节系数和当前积分调节系数;
根据当前比例调节系数和当前积分调节系数对当前偏差信号进行比例积分运算得到第一控制信号。
在本发明实施例中,比例积分运算包括比例运算和积分运算,当前比例调节系数为比例运算的调节参数,当前积分调节系数为积分运算的调节参数。
作为本发明又一实施例,根据当前偏差信号和当前偏差信号的变化率得到当前比例调节系数和当前积分调节系数,包括:
将当前偏差信号模糊化得到当前的目标偏差信号;
将当前偏差信号的变化率模糊化得到当前的目标偏差信号的变化率;
根据预存的目标偏差信号、目标偏差信号的变化率和比例调节系数的修正量的对应关系,得到与当前的目标偏差信号和当前的目标偏差信号的变化率对应的当前的比例调节系数的修正量;
根据预存的目标偏差信号、目标偏差信号的变化率和积分调节系数的修正量的对应关系,得到与当前的目标偏差信号和当前的目标偏差信号的变化率对应的当前的积分调节系数的修正量;
获取比例调节系数的初始值,并根据比例调节系数的初始值和当前的比例调节系数的修正量得到当前比例调节系数;
获取积分调节系数的初始值,并根据积分调节系数的初始值和当前的积分调节系数的修正量得到当前积分调节系数。
在本发明实施例中,模糊化是指将输入量的确定值转换为相应的模糊语言变量值的过程。将当前偏差信号和当前偏差信号的变化率模糊化的具体过程如下:
若当前偏差信号在[-4,-2]的范围内,则当前的目标偏差信号取值NB,若当前偏差信号的变化率在[-2,-1]的范围内,则当前的目标偏差信号的变化率取值NB;
若当前偏差信号在(-2,-0.5]的范围内,则当前的目标偏差信号取值NS,若当前偏差信号的变化率在(-1,-0.5]的范围内,则当前的目标偏差信号的变化率取值NS;
若当前偏差信号在(-0.5,0.5)的范围内,则当前的目标偏差信号取值ZO,若当前偏差信号的变化率在(-0.5,0.5)的范围内,则当前的目标偏差信号的变化率取值ZO;
若当前偏差信号在[0.5,2)的范围内,则当前的目标偏差信号取值PS,若当前偏差信号的变化率在[0.5,1)的范围内,则当前的目标偏差信号的变化率取值PS;
若当前偏差信号在[2,4]的范围内,则当前的目标偏差信号取值PB,若当前偏差信号的变化率在[1,2]的范围内,则当前的目标偏差信号的变化率取值PB。
目标偏差信号E、目标偏差信号的变化率EC和比例调节系数的修正量Δkp的对应关系,即Δkp模糊控制规则表如表1所示,目标偏差信号E、目标偏差信号的变化率EC和积分调节系数的修正量Δki的对应关系,即Δki模糊规则控制表如表2所示。
根据表1可以得到与当前的目标偏差信号和当前的目标偏差信号的变化率对应的当前的比例调节系数的修正量,获取比例调节系数的初始值,比例调节系数的初始值与当前的比例调节系数的修正量的和为当前比例调节系数;根据表2可以得到与当前的目标偏差信号和当前的目标偏差信号的变化率对应的当前的积分调节系数的修正量,获取积分调节系数的初始值,积分调节系数的初始值与当前的积分调节系数的修正量的和为当前积分调节系数。
表1 Δkp模糊控制规则表
表2 Δki模糊控制规则表
在本发明实施例中,通过将简易模糊控制与比例积分控制相结合,可以减少运算量,提高运算速度,使参数的整定速度得到显著提高,并极大地提高了整个控制系统的鲁棒性。
步骤S203:获取滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号,并基于滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号和第一控制信号得到第二控制信号,将第二控制信号发送给石灰石给料机,第二控制信号用于指示石灰石给料机向循环流化床锅炉投入石灰石的流量。
在本发明实施例中,第二控制信号控制石灰石给料机中的旋转密封给料阀的转速,从而可以控制石灰石给料机向循环流化床锅炉投入的石灰石流量。
作为本发明又一实施例,获取滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号包括:
获取循环流化床锅炉炉膛辐射能电信号,并采用递推最小二乘算法对辐射能电信号进行自适应滤波得到滤波后的辐射能电信号;
获取循环流化床锅炉给煤量电信号,并对给煤量电信号进行一阶惯性环节滤波得到滤波后的给煤量电信号;
获取石灰石给料机向循环流化床锅炉投入的当前石灰石流量,并将当前石灰石流量转换为当前石灰石流量电信号。
在本发明实施例中,可以通过递推最小二乘算法自适应滤波器,对辐射能电信号进行自适应滤波得到滤波后的辐射能电信号;通过一阶惯性环节滤波器,对给煤量电信号进行一阶惯性环节滤波得到滤波后的给煤量电信号,其中,在一阶惯性环节滤波器中,时间常数为6.2秒;通过石灰石流量测量装置,将当前石灰石流量转换为当前石灰石流量电信号。
在本发明实施例中,通过引入滤波后的辐射能电信号和滤波后的给煤量电信号作为比例控制器的前馈信号,可以提高控制系统的响应速度,利用辐射能对锅炉燃料量的变化响应迅速这一特点,可以提高系统的控制品质,改善循环流化床锅炉石灰石跟踪性能,同时也能够提高机组运行的经济性。
作为本发明又一实施例,在采用递推最小二乘算法对辐射能电信号进行自适应滤波的过程中,以循环流化床锅炉热量信号为参考信号,循环流化床锅炉热量信号的计算公式为:
在该式中,Qr为循环流化床锅炉热量信号,hg为循环流化床锅炉过热蒸汽焓值,hs为循环流化床锅炉给水焓值,D为循环流化床锅炉主蒸汽流量,Wb为循环流化床锅炉蓄水量,Pb为循环流化床锅炉汽包压力;
在递推最小二乘算法中,自适应增益h(n)的计算公式为:
在该式中,x(n-1)为辐射能电信号,n∈[1,N-1],N为迭代次数;
在递推最小二乘算法中,协方差矩阵的计算公式为:
在本发明实施例中,以循环流化床锅炉热量信号为基础,利用递推最小二乘算法设计自适应滤波器,使辐射能电信号继承了原有的迅速响应燃料量变化的优点,又减小了辐射能电信号的脉动,防止比例控制器由于辐射能电信号的脉动而产生误动作,提高了控制品质。
作为本发明又一实施例,基于滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号和第一控制信号得到第二控制信号,包括:
根据滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号和第一控制信号得到待调节信号;
对待调节信号进行比例运算得到第二控制信号。
在本发明实施例中,滤波后的辐射能电信号加上滤波后的给煤量电信号,加上第一控制信号,再减去当前石灰石流量电信号得到待调节信号。
在本发明实施例中,通过对待调节信号进行比例运算得到第二控制信号,可以迅速抵消落在副环内的二次扰动,如给煤量,二氧化硫浓度以及烟气流量的扰动。
需要说明的是,上述实施例中的所有举例仅仅是为了解释本发明的技术方案,并不用于限定本发明。
应理解,上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
图3是本发明另一实施例提供的循环流化床锅炉炉内脱硫的控制系统的示意框图,为了便于说明,仅示出与本发明实施例相关的部分。
在本发明实施例中,循环流化床锅炉炉内脱硫的控制系统3包括:
偏差信号获取模块31,用于获取循环流化床锅炉出口的二氧化硫设定值电信号和当前二氧化硫实际值电信号的偏差信号,将偏差信号作为当前偏差信号,并根据当前偏差信号以及历史偏差信号进行微分运算得到当前偏差信号的变化率;
第一控制信号获取模块32,用于根据当前偏差信号和当前偏差信号的变化率得到第一控制信号;
第二控制信号获取模块33,用于获取滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号,并基于滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号和第一控制信号得到第二控制信号,将第二控制信号发送给石灰石给料机,第二控制信号用于指示石灰石给料机向循环流化床锅炉投入石灰石的流量。
可选地,循环流化床锅炉炉内脱硫的控制系统3还包括:
第一转换模块,用于获取循环流化床锅炉出口的二氧化硫设定值,并将二氧化硫设定值转换为二氧化硫设定值电信号;
第二转换模块,用于获取循环流化床锅炉出口的当前二氧化硫实际值,并将当前二氧化硫实际值转换为当前二氧化硫实际值电信号。
可选地,第一控制信号获取模块32包括:
调节系数获取单元,用于根据当前偏差信号和当前偏差信号的变化率得到当前比例调节系数和当前积分调节系数;
比例积分控制单元,用于根据当前比例调节系数和当前积分调节系数对当前偏差信号进行比例积分运算得到第一控制信号。
可选地,调节系数获取单元包括:
第一模糊化子单元,用于将当前偏差信号模糊化得到当前的目标偏差信号;
第二模糊化子单元,用于将当前偏差信号的变化率模糊化得到当前的目标偏差信号的变化率;
第一修正量获取子单元,用于根据预存的目标偏差信号、目标偏差信号的变化率和比例调节系数的修正量的对应关系,得到与当前的目标偏差信号和当前的目标偏差信号的变化率对应的当前的比例调节系数的修正量;
第二修正量获取子单元,用于根据预存的目标偏差信号、目标偏差信号的变化率和积分调节系数的修正量的对应关系,得到与当前的目标偏差信号和当前的目标偏差信号的变化率对应的当前的积分调节系数的修正量;
比例调节系数获取子单元,用于获取比例调节系数的初始值,并根据比例调节系数的初始值和当前的比例调节系数的修正量得到当前比例调节系数;
积分调节系数获取子单元,用于获取积分调节系数的初始值,并根据积分调节系数的初始值和当前的积分调节系数的修正量得到当前积分调节系数。
可选地,第二控制信号获取模块33还包括:
辐射能电信号获取单元,用于获取循环流化床锅炉炉膛辐射能电信号,并采用递推最小二乘算法对辐射能电信号进行自适应滤波得到滤波后的辐射能电信号;
给煤量电信号获取单元,用于获取循环流化床锅炉给煤量电信号,并对给煤量电信号进行一阶惯性环节滤波得到滤波后的给煤量电信号;
石灰石流量获取单元,用于获取石灰石给料机向循环流化床锅炉投入的当前石灰石流量,并将当前石灰石流量转换为当前石灰石流量电信号。
可选地,在采用递推最小二乘算法对辐射能电信号进行自适应滤波的过程中,以循环流化床锅炉热量信号为参考信号,循环流化床锅炉热量信号的计算公式为:
在该式中,Qr为循环流化床锅炉热量信号,hg为循环流化床锅炉过热蒸汽焓值,hs为循环流化床锅炉给水焓值,D为循环流化床锅炉主蒸汽流量,Wb为循环流化床锅炉蓄水量,Pb为循环流化床锅炉汽包压力;
在递推最小二乘算法中,自适应增益h(n)的计算公式为:
在该式中,x(n-1)为辐射能电信号,n∈[1,N-1],N为迭代次数;
在递推最小二乘算法中,协方差矩阵的计算公式为:
可选地,第二控制信号获取模块33还包括:
待调节信号获取单元,用于根据滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号和第一控制信号得到待调节信号;
比例控制单元,用于对待调节信号进行比例运算得到第二控制信号。
图4是本发明又一实施例提供的循环硫化床锅炉炉内脱硫的控制系统4的示意框图,为了便于说明,仅示出了与本发明实施例相关的部分。
如图4所示,r1为循环流化床锅炉出口的二氧化硫设定值电信号,r2为循环流化床锅炉炉膛辐射能电信号,r3为循环流化床锅炉给煤量电信号,r4为滤波后的辐射能电信号,r5为滤波后的给煤量电信号,r6为当前偏差信号,r7为当前偏差信号的变化率,r8为当前比例调节系数,r9为当前积分调节系数,PID1为比例积分控制器,同时是主调节器,PID2为比例控制器,同时是副调节器,G1(S)为石灰石给料机,G2(S)为循环流化床锅炉,G3(S)为石灰石流量测量装置,G4(S)为烟气二氧化硫含量测量装置,G5(S)为递推最小二乘算法自适应滤波器,G6(S)为一阶惯性环节滤波器,在该滤波器中,时间常数为6.2秒,G7(S)为微分运算环节,G8(S)为简易模糊控制器,y1为循环流化床锅炉出口的二氧化硫实际值,y2为石灰石给料机向循环流化床锅炉投入的当前石灰石流量,y3为循环流化床锅炉出口的二氧化硫实际值电信号,y4为石灰石给料机向循环流化床锅炉投入的当前石灰石流量电信号,u1为PID1输出的第一控制信号,u2为PID2输出的第二控制信号。
在本发明实施例中,石灰石流量测量装置G3(S)将非电量信号y2转换为相对应的电信号y4,烟气二氧化硫含量测量装置G4(S)将非电量信号y1转换为相对应的电信号y3。递推最小二乘算法自适应滤波器G5(S)对循环流化床锅炉炉膛辐射能电信号r2进行自适应滤波得到滤波后的辐射能电信号r4,一阶惯性环节滤波器G6(S)对循环流化床锅炉给煤量电信号r3进行滤波得到滤波后的给煤量电信号r5。
循环流化床锅炉出口的二氧化硫设定值电信号r1与循环流化床锅炉出口的二氧化硫实际值电信号y3做差得到当前偏差信号r6,当前偏差信号r6和历史偏差信号经过微分运算环节G7(S)得到当前偏差信号的变化率r7,当前偏差信号r6和当前偏差信号的变化率r7输入简易模糊控制器G8(S)得到当前比例调节系数r8和当前积分调节系数r9,当前偏差信号r6输入比例积分控制器PID1,比例积分控制器PID1根据当前比例调节系数r8和当前积分调节系数r9对当前偏差信号r6进行比例积分运算得到第一控制信号u1,第一控制信号u1、滤波后的辐射能电信号r4和滤波后的给煤量电信号r5求和,与石灰石给料机向循环流化床锅炉投入的的当前石灰石流量电信号y4做差得到待调节信号,该待调节信号为比例控制器PID2的输入信号,比例控制器PID2对待调节信号进行比例运算得到第二控制信号u2,第二控制信号u2经过限幅处理后控制石灰石给料机G1(S)中的旋转密封给料阀的转速,从而可以控制石灰石给料机G1(S)向循环流化床锅炉G2(S)投入的石灰石流量,进而达到控制二氧化硫的目的。以上各个环节的具体过程可参照图2对应实施例的相关描述,在此不再赘述。
在本发明实施例中,以循环流化床锅炉炉内脱硫流程的宏观反应过程为依据,使石灰石的加入量与烟气中二氧化硫的总含量始终保持在最佳脱硫效率的平衡点附近,在此基础上,通过石灰石的微调使循环流化床锅炉的工作状态趋向最佳状态。本发明实施例采用前馈控制和串级控制相结合的控制策略,通过比例控制系统,控制石灰石量与燃煤量的比例,此比例控制系统作为前馈控制粗调保证系统响应速度和锅炉内的Ca/S基本恒定。本发明实施例以串级控制细调使系统脱硫效率达到设计值。由于当燃煤中硫分一定时,需要添加的石灰石量与给煤量有一定的对应关系;同时由于石灰石进入炉膛燃烧至烟中二氧化硫能够反映需要时间较长,因而引入给煤量电信号作为副调节器的前馈信号,提高系统的响应速度。整个脱硫反应的机理非常复杂,过程对象具有高阶非线性、慢时变、纯滞后等特点,同时引入经过滤波后的辐射能电信号,极大地提高了脱硫系统的响应速度。
由于模糊控制器有鲁棒性好,动态特性佳的特点,但静态误差却难以去除;PID(Proportion Integration Differentiation)控制器中的积分环节能很好的消除静差,但动态响应效果差。因此将简易模糊控制和PID控制算法结合起来,两种算法取长补短,形成简易模糊PID控制器。由图4看出,模糊PID控制器由简易模糊控制器G8(S)和主调节器PID1两部分组成。简易模糊PID控制器运算量小,运算速度快,使参数的整定速度得到显著提高,并极大地提高了整个控制系统的鲁棒性。
在本发明实施例中,以炉膛辐射能电信号作为中间被调量构成的串级控制系统中,主调节器PID1采用抗积分饱和的比例积分控制器,对比例积分控制器输出的第一控制信号也进行高/低限幅。该控制方式,不仅保证烟气出口二氧化硫含量满足环保要求,同时又减小石灰石消耗量。副调节器PID2主要任务是迅速抵消落在副环内的二次扰动,如给煤量,二氧化硫浓度以及烟气流量的扰动,所以选择比例控制器。
在控制系统投入运行后,主环和副环的波动频率不同,副环频率较高,主环频率较低。在整定时,应尽量加大副调节器PID2增益以提高副环的增益,目的是使主副环的频率错开,最好使主副环的频率相差4倍以上。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成,即将所述循环流化床锅炉炉内脱硫的控制系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中,上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。另外,各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分,并不用于限制本申请的保护范围。上述装置中单元、模块的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
图5是本发明一实施例提供的终端设备的示意框图。如图5所示,该实施例的终端设备5包括:一个或多个处理器50、存储器51以及存储在所述存储器51中并可在所述处理器50上运行的计算机程序52。所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述各个循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法实施例中的步骤,例如图2所示的步骤S201至S203。或者,所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述循环流化床锅炉炉内脱硫的控制系统实施例中各模块/单元的功能,例如图3所示模块31至33的功能。
示例性地,所述计算机程序52可以被分割成一个或多个模块/单元,所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器51中,并由所述处理器50执行,以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段,该指令段用于描述所述计算机程序52在所述终端设备5中的执行过程。例如,所述计算机程序52可以被分割成偏差信号获取模块、第一控制信号获取模块、第二控制信号获取模块。
偏差信号获取模块,用于获取循环流化床锅炉出口的二氧化硫设定值电信号和当前二氧化硫实际值电信号的偏差信号,将偏差信号作为当前偏差信号,并根据当前偏差信号以及历史偏差信号进行微分运算得到当前偏差信号的变化率;
第一控制信号获取模块,用于根据当前偏差信号和当前偏差信号的变化率得到第一控制信号;
第二控制信号获取模块,用于获取滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号,并基于滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号和第一控制信号得到第二控制信号,将第二控制信号发送给石灰石给料机,第二控制信号用于指示石灰石给料机向循环流化床锅炉投入石灰石的流量。
其它模块或者单元可参照图3所示的实施例中的描述,在此不再赘述。
所述终端设备5包括但不仅限于处理器50、存储器51。本领域技术人员可以理解,图5仅仅是终端设备的一个示例,并不构成对终端设备5的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件,例如所述终端设备5还可以包括输入设备、输出设备、网络接入设备、总线等。
所述处理器50可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器51可以是所述终端设备的内部存储单元,例如终端设备的硬盘或内存。所述存储器51也可以是所述终端设备的外部存储设备,例如所述终端设备上配备的插接式硬盘,智能存储卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)等。进一步地,所述存储器51还可以既包括终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器51用于存储所述计算机程序52以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述或记载的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中,应该理解到,所揭露的终端设备和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的终端设备实施例仅仅是示意性的,例如,所述模块或单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通讯连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程,也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中,该计算机程序在被处理器执行时,可实现上述各个方法实施例的步骤。其中,所述计算机程序包括计算机程序代码,所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括:能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是,所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减,例如在某些司法管辖区,根据立法和专利实践,计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法,其特征在于,包括:
获取循环流化床锅炉出口的二氧化硫设定值电信号和当前二氧化硫实际值电信号的偏差信号,将所述偏差信号作为当前偏差信号,并根据所述当前偏差信号以及历史偏差信号进行微分运算得到当前偏差信号的变化率;
根据所述当前偏差信号和所述当前偏差信号的变化率得到第一控制信号;
获取滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号,并基于所述滤波后的辐射能电信号、所述滤波后的给煤量电信号、所述当前石灰石流量电信号和所述第一控制信号得到第二控制信号,将所述第二控制信号发送给石灰石给料机,所述第二控制信号用于指示石灰石给料机向所述循环流化床锅炉投入石灰石的流量。
2.如权利要求1所述的循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法,其特征在于,在获取循环流化床锅炉出口的二氧化硫设定值电信号和当前二氧化硫实际值电信号的偏差信号之前,还包括:
获取循环流化床锅炉出口的二氧化硫设定值,并将所述二氧化硫设定值转换为所述二氧化硫设定值电信号;
获取循环流化床锅炉出口的当前二氧化硫实际值,并将所述当前二氧化硫实际值转换为所述当前二氧化硫实际值电信号。
3.如权利要求1所述的循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法,其特征在于,所述根据所述当前偏差信号和所述当前偏差信号的变化率得到第一控制信号,包括:
根据所述当前偏差信号和所述当前偏差信号的变化率得到当前比例调节系数和当前积分调节系数;
根据所述当前比例调节系数和所述当前积分调节系数对所述当前偏差信号进行比例积分运算得到所述第一控制信号。
4.如权利要求3所述的循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法,其特征在于,所述根据所述当前偏差信号和所述当前偏差信号的变化率得到当前比例调节系数和当前积分调节系数,包括:
将所述当前偏差信号模糊化得到当前的目标偏差信号;
将所述当前偏差信号的变化率模糊化得到当前的目标偏差信号的变化率;
根据预存的目标偏差信号、目标偏差信号的变化率和比例调节系数的修正量的对应关系,得到与所述当前的目标偏差信号和所述当前的目标偏差信号的变化率对应的当前的比例调节系数的修正量;
根据预存的目标偏差信号、目标偏差信号的变化率和积分调节系数的修正量的对应关系,得到与所述当前的目标偏差信号和所述当前的目标偏差信号的变化率对应的当前的积分调节系数的修正量;
获取比例调节系数的初始值,并根据所述比例调节系数的初始值和所述当前的比例调节系数的修正量得到所述当前比例调节系数;
获取积分调节系数的初始值,并根据所述积分调节系数的初始值和所述当前的积分调节系数的修正量得到所述当前积分调节系数。
5.如权利要求1所述的循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法,其特征在于,所述获取滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号包括:
获取循环流化床锅炉炉膛辐射能电信号,并采用递推最小二乘算法对所述辐射能电信号进行自适应滤波得到所述滤波后的辐射能电信号;
获取循环流化床锅炉给煤量电信号,并对所述给煤量电信号进行一阶惯性环节滤波得到所述滤波后的给煤量电信号;
获取所述石灰石给料机向所述循环流化床锅炉投入的当前石灰石流量,并将所述当前石灰石流量转换为所述当前石灰石流量电信号。
6.如权利要求5所述的循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法,其特征在于,在采用递推最小二乘算法对所述辐射能电信号进行自适应滤波的过程中,以循环流化床锅炉热量信号为参考信号,所述循环流化床锅炉热量信号的计算公式为:
在该式中,Qr为循环流化床锅炉热量信号,hg为循环流化床锅炉过热蒸汽焓值,hs为循环流化床锅炉给水焓值,D为循环流化床锅炉主蒸汽流量,Wb为循环流化床锅炉蓄水量,Pb为循环流化床锅炉汽包压力;
在所述递推最小二乘算法中,自适应增益h(n)的计算公式为:
在该式中,x(n-1)为辐射能电信号,n∈[1,N-1],N为迭代次数;
在所述递推最小二乘算法中,协方差矩阵的计算公式为:
7.如权利要求1所述的循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法,其特征在于,所述基于滤波后的辐射能电信号、滤波后的给煤量电信号、当前石灰石流量电信号和所述第一控制信号得到第二控制信号,包括:
根据所述滤波后的辐射能电信号、所述滤波后的给煤量电信号、所述当前石灰石流量电信号和所述第一控制信号得到待调节信号;
对所述待调节信号进行比例运算得到所述第二控制信号。
8.一种终端设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法的步骤。
9.一种循环流化床锅炉炉内脱硫的控制系统,其特征在于,包括:如权利要求8所述的终端设备、石灰石给料机和循环流化床锅炉。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被一个或多个处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述循环流化床锅炉炉内脱硫的控制方法的步骤。
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