CN114779623A - 浆液循环泵永磁调速改造耦合ifgd系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法，包括如下步骤：获取吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度；根据所述吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度调整吸收塔内循环浆液的输出流量；根据所述循环浆液的输出流量，通过永磁调速装置调整循环泵的电机功率。本申请的控制方法根据吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度来调整吸收塔内循环浆液的输出流量，使得循环浆液的输出流量与系统所需的净化流量适配，继而有效调整净化效率；并且根据浆液的输出流量通过永磁调速装置来调整循环泵的电机功率，从而实现SO2浓度闭环控制以及节省电机电源能耗的目的。
Description
技术领域
本发明涉及脱硫处理技术领域，尤其涉及一种浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法。
背景技术
随着国家对环境保护要求的越来越高，社会对火电厂脱硫的可靠运行提出了更高的要求。作为火电厂脱硫系统的重要组成部分，脱硫浆液循环泵对于整个脱硫系统的正常运行起着至关重要的作用。当前阶段，我国烟气脱硫多数采用的是湿法脱硫。脱硫系统的核心设备就是脱硫浆液循环泵，主要工作任务是让吸收塔内的浆液循环起来，将吸收的石灰石浆液通过喷嘴形成雾化的形状，与烟气充分的结合，对烟气进行净化。
IFGD全称为超低排放指标优化控制系统。2021年中国火电发电装机容量为129678万千瓦时，发电设备有效利用小时为3817小时，发电机组大部分时间处于部分负荷状态。在实际运行过程中，锅炉负荷及烟气量、煤质中硫含量、烟气温度、烟尘浓度、吸收剂品质等是经常变化的，且浆液循环泵设备选型时有较大的余量，当电厂不能满负荷运行时，对于0.1-0.9台浆液循环泵的富裕流量没有办法节能下来。例如一台浆液循环泵的最大功率有1500kW，按照0.5台富裕量计算，有750KW的功率没办法使用，这样就长期的浪费了浆液循环泵的电耗以及浆液宝贵能源；并且为满足超低排放要求，操作人员往往以高脱硫率的方式来运行，即使烟气含硫量少的情况下，仍以高脱硫率的运转方式来工作，这将造成能耗浪费。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法，旨在解决现有的火电厂的脱硫系统在部分负荷运行的情况下，因电机功率过剩造成电能浪费的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度；
根据所述吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度调整吸收塔内循环浆液的输出流量；
根据所述循环浆液的输出流量，通过永磁调速装置调整循环泵的电机功率。
可选地，所述根据所述吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度调整吸收塔内循环浆液的输出流量的步骤包括：
根据所述吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度，通过计算模块计算得出流量优化值；
根据所述流量优化值，通过控制模块调整吸收塔内循环管道的调节阀的输出流量。
可选地，所述计算模块包括用于根据所述吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度计算得出pH优化值的IFGD控制器模块。
可选地，所述计算模块还包括用于根据所述pH优化值计算得出流量优化值的IpH值控制模块。
可选地，所述控制模块包括PID流量控制模块。
可选地，所述获取吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度的步骤包括：
通过设置于吸收塔内的pH传感器、以及设置于吸收塔排气管道的二氧化硫传感器分别获取吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度。
可选地，所述永磁调速装置包括执行机构、第一传动端、第二传动端，所述第一传动端设置于循环泵的负载轴上，所述第二传动端设置于电机的输出轴上，所述执行机构设置于所述第一传动端、所述第二传动端之间。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种控制装置，所述控制装置包括：
检测模块，用于获取吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度；
计算控制模块，用于根据所述吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度调整吸收塔内循环浆液的输出流量；
调整模块，用于根据所述循环浆液的输出流量，通过永磁调速装置调整循环泵的电机功率。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种控制设备，所述控制设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的控制程序，所述控制程序配置为实现如上述的浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有控制程序，所述控制程序被处理器执行时实现如上述的浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法的步骤。
本技术方案的浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法，包括如下步骤：获取吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度；根据所述吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度调整吸收塔内循环浆液的输出流量；根据所述循环浆液的输出流量，通过永磁调速装置调整循环泵的电机功率。本申请的控制方法根据吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度来调整吸收塔内循环浆液的输出流量，使得浆液的输出流量与系统所需的净化流量适配，继而有效调整净化效率，并且根据浆液的输出流量通过永磁调速装置来调整循环泵的电机功率，从而实现SO2浓度闭环控制以及节省电机电源能耗的目的。
附图说明
图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的控制设备的结构示意图；
图2为本发明浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法一实施例的流程示意图；
图3为本发明浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统一实施例的结构示意图；
图4为本发明浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统一实施例的离心式负载调速性能表；
图5为本发明浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统一实施例的离心式电机的性能及管网特性曲线。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，图1为本发明一实施例方案涉及的硬件运行环境的控制设备结构示意图。
如图1所示，该控制设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(WIreless-FIdelity，WI-FI)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)存储器，也可以是稳定的非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对控制设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、数据存储模块、网络通信模块、用户接口模块以及控制程序。
在图1所示的控制设备中，网络接口1004主要用于与其他设备进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明控制设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在控制设备中，所述控制设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的控制程序，并执行本发明实施例提供的浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法。
石灰石湿法脱硫吸收塔烟气反应是一个大滞后、慢动态的过程，这对于常规PID控制策略带来很大的挑战。当前控制回路pH值控制品质也不是很理想，运行人员常常会撤到手动，通过直接调节石灰石浆液流量调阀进行干预，很容易造成吸收塔效率盲区的发生。
为满足超低排放要求，需要对脱硫系统进行优化和改造，其中循环技术为可选方案之一。针对吸收塔设计的脱硫系统，其控制回路的设计更为复杂，目前的自动控制回路设计无法解决出口SO2浓度的闭环控制问题，所以运行人员为了环保排放达标，往往运行高脱硫率的方式，即使污染物含硫量少，系统仍以最高的脱硫效率来运行，导致能耗浪费。
本发明实施例提供了一种浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法，以解决现有技术存在的问题。请参照图2，图2为本发明一种浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法一实施例的流程示意图。
本实施例中，所述浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法包括：
步骤S10：获取吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度；
SO2浓度、排放物的酸碱度是排污净化系统的重要排放指标，其中二氧化硫最高排放限值：35mg/m3。在脱硫工作中，需要实时监测吸收塔内的PH值以及吸收塔内出口的烟气的SO2浓度。具体的，所述步骤S10：获取吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度包括：
步骤S11：通过设置于吸收塔内的pH传感器、以及设置于吸收塔排气管道的二氧化硫传感器分别获取吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度。
步骤S20：根据所述吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度调整吸收塔内循环浆液的输出流量；
在本实施例中，所述步骤S20：根据所述吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度调整吸收塔内循环浆液的输出流量包括：
S21：根据所述吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度，通过计算模块计算得出流量优化值；
S22：根据所述流量优化值，通过控制模块调整吸收塔内循环管道的调节阀的输出流量。
其中，所述计算模块包括用于根据所述吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度计算得出pH优化值的IFGD(超低排放指标优化控制系统)控制器模块；所述计算模块还包括用于根据所述pH优化值计算得出流量优化值的IpH值控制模块；所述控制模块包括PID流量控制模块。本浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统通过采用IFGD控制器模块、IpH值控制模块、PID流量控制模块以实现SO2浓度的闭环控制目的。
在工作时，IFGD控制器模块通过对各级吸收塔入口侧的扰动信号对与过程的影响进行建模，通过获取和计算吸收塔出口SO2浓度和吸收塔脱硫率得到pH优化值；IpH值控制模块通过根据pH优化值和吸收塔内实时pH值从而计算得出流量优化值。IpH值控制模块用于烟气脱硫预洗塔、吸收塔pH值控制的控制策略，并验证了控制策略的可行性。基于IPH技术的pH控制策略可达到pH值响应更为及时,减少pH值波动范围的效果；PID流量控制模块通过结合吸收塔的浆液循环泵的数量与流量优化值来控制循环管道的调节阀的开合度，从而实现控制实际输出流量，使得吸收塔内的pH值逐渐等于pH优化值。PID流量控制模块基于模型预测控制实现预洗塔出口SO2浓度粗调结合吸收塔细调串级控制模式，解决了出口SO2浓度无法实现闭环控制的问题，同时提高了控制品质。
综上所述，本申请的控制方法根据吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度来调整吸收塔内循环浆液的输出流量，使得浆液的输出流量与系统所需的净化流量适配，继而有效调整净化效率。
此外，本申请的控制方法采用IPH广义预测控制技术的算法，对二氧化硫闭环控制系统过程进行实时动态建模；通过建立IFGD多变量动态关联模型进行每时每刻的优化控制，保证脱硫控制品质。本项目对二氧化硫闭环控制系统过程进行实时动态建模，建立IFGD多变量动态关联模型，通过动态模型进行每时每刻的优化控制，进一步保证脱硫控制品质；此外，通过IFGD模型预测控制技术，可结合进口SO2浓度的变化，以及锅炉运行参数，通过IFGD多变量最优控制方法实时优化石灰石供浆流量、吸收塔浆液pH值、循泵电流等关联参数，提高二氧化硫闭环控制系统的控制品质。本控制方法通过IPH控制策略解决pH值控制过程大滞后、慢过程的问题，通过IFGD模型预测控制技术，实现了脱硫率和出口SO2浓度闭环控制问题，提高脱硫自动控制品质，避免脱硫反应进入效率盲区，为二氧化硫闭环控制系统的长久经济运行提供了可靠的保障。
本申请的控制方法还包括步骤S30：根据所述循环浆液的输出流量，通过永磁调速装置调整循环泵的电机功率。
请参阅图3，在本实施例中，永磁调速装置包括执行机构、第一传动端、第二传动端，所述第一传动端包括永磁盘，永磁盘与循环泵的负载轴相连；所述第二传动端包括导体盘，导体盘与电机的输出轴相连。所述执行机构设置于所述第一传动端、所述第二传动端之间，执行机构用于调节永磁盘与导体盘之间的气隙。
永磁调速器是近年来新开发的一项突破性新技术，采用磁力非接触传递扭矩，其技术先进、可靠，有大量成熟的案例可供借鉴。永磁调速是通过控制执行机构，来改变永磁盘与导体盘之间的间隙(即气隙)。当电机工作时，导体盘产生磁力线，而永磁盘则随电机旋转而切割磁力线，将会在永磁盘中产生涡流，而涡流又在永磁盘附近产生磁场，这个磁场是阻止永磁盘和导体盘相对运动的，根据这个原理，实现电机与负载实现传递扭矩及动力。
本申请的控制方法的步骤中所涉及到的永磁调速装置，该装置设置在电机与浆液循环泵之间，其作用是在电机保持转速不变的情况下，通过降低电机功率以实现降低能耗。
从现有技术的流体力学的原理得知，使用感应电机驱动的离心式负载，其轴功率P与输出流量Q，水压H(循环管道内的水压)的关系为：P∝Q*H，当电机的转速由n1变化到n2时，流量Q、水压H、轴功率P与转速的关系如下：
(1)Q2＝Q1*n2/n1
(2)H2＝H1*(n2/n1)2
(3)P2＝P1*(n2/n1)2
可见流量Q和电机的转速n是成正比关系的，而水压与转速的二次方成正比，所需的轴功率P与转速的立方成正比关系。所以当需要80％的额定流量时，通过调节电机的转速至额定转速的80％，此时系统的压力仅为原来的64％，此时所需功率将仅为原来的51.2％，如图4离心式负载调速性能表所示。
离心式电机的性能及管网特性曲线如图5所示。其中，n1、n2为不同转速下电机性能曲线，R1、R2为调节前后的管网特性曲线；Q为流量；H为压力。电机在运行时，其工作点是电机性能曲线与管网特性曲线的交点。
结合图4与图5，当所需流量需要从Q1降到Q2，采用阀门调节方式实现时，电机的正常工作点为A，当流量需要从Q1调到Q2，其工作点由A点调至B点，所需轴功率为OQ2BH2所围成的面积；采用调速控制方式调节时，电机转速由nl降至n2，其管网特性并不发生改变，但电机的特性曲线将下移，可按需要调整电机转速，改变设备的性能曲线，其工作点由A点调至c点，使其参数满足工艺要求，所需轴功率为OQ2CHE所围成的面积，由于功率随转速平方变化，故节能效果显著。
从图5可以看出，当输出流量和或压力减少时，按照离心负载的相似定律，电机功率急剧下降，减少了能源需求，有很大的节能空间。当输出流量需求相对满负荷降低20％时，输出压力降低到满负荷的36％，而能源需求降低了将近50％，如果不考虑调速装置的能耗，节能效果可达50％。在实际运行中，系统能够调节的空间通常是在考虑流量满足的同时还必须考虑系统的压力能不能满足要求。通过实践的数据统计，离心式电机类负载通过调速控制可节能20％～50％。
综上分析，当浆液的输出流量和循环管道内压力减少时，电机功率急剧下降，减少了能源需求，从而节约了能源。
由于本控制方法采用永磁调速装置应用于节能改造工程中，永磁调速器可实时精准调节负载的转速，满足工艺要求的同时，达到降速节能的目的，其节能效果显著，从大量过往的案例来看，其节能率可达25～40％。以800kw电机为例，一般每年节电量可达120万kwh以上，此外，采用永磁调速器还具有以下优点：
设备之间由原来的硬联接改为非接触性的软联接，解决安装对心问题，降低设备振动；其缓冲启动特性可减少冲击，提高电机与负载的可靠性，减少维护工作量；
永磁传动为纯机械调速，具有高可靠性，在潮湿、粉尘大等恶劣环境下应用时其使用价值愈明显，使用寿命长(整体寿命可达25年以上)，日常运行时免维护；
永磁调速器自身不耗电，不产生高次谐波，低速运行时不造成电机发热。
综上所述，本申请的控制方法根据浆液的输出流量通过永磁调速装置来调整循环泵的电机功率，不仅实现了SO2浓度闭环控制，同时还可实现节省电源能耗的目的。
此外，本发明实施例还提出一种控制装置，所述控制装置包括：
检测模块，用于获取吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度；
计算控制模块，用于根据所述吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度调整吸收塔内循环浆液的输出流量；
调整模块，用于根据所述循环浆液的输出流量，通过永磁调速装置调整循环泵的电机功率。
此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有控制程序，所述控制程序被处理器执行时实现如上文所述的控制方法的步骤。
存储介质的具体实施方式与上述控制方法的实施方式基本一致，此处不做赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度；
根据所述吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度调整吸收塔内循环浆液的输出流量；
根据所述循环浆液的输出流量，通过永磁调速装置调整循环泵的电机功率。
2.根据权利要求1所述的浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度调整吸收塔内循环浆液的输出流量的步骤包括：
根据所述吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度，通过计算模块计算得出流量优化值；
根据所述流量优化值，通过控制模块调整吸收塔内循环管道的调节阀的输出流量。
3.根据权利要求2所述的浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法，其特征在于，所述计算模块包括用于根据所述吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度计算得出pH优化值的IFGD控制器模块。
4.根据权利要求2所述的浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法，其特征在于，所述计算模块还包括用于根据所述pH优化值计算得出流量优化值的IpH值控制模块。
5.根据权利要求2所述的浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法，其特征在于，所述控制模块包括PID流量控制模块。
6.根据权利要求1所述的浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法，其特征在于，所述获取吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度的步骤包括：
通过设置于吸收塔内的pH传感器、以及设置于吸收塔排气管道的二氧化硫传感器分别获取吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度。
7.根据权利要求1所述的浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法，其特征在于，所述永磁调速装置包括执行机构、第一传动端、第二传动端，所述第一传动端设置于循环泵的负载轴上，所述第二传动端设置于电机的输出轴上，所述执行机构设置于所述第一传动端、所述第二传动端之间。
8.一种控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：
检测模块，用于获取吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度；
计算控制模块，用于根据所述吸收塔内的pH值以及吸收塔出口的SO2浓度调整吸收塔内循环浆液的输出流量；
调整模块，用于根据所述循环浆液的输出流量，通过永磁调速装置调整循环泵的电机功率。
9.一种控制设备，其特征在于，所述控制设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的控制程序，所述控制程序配置为实现如权利要求1至7中任一项所述的浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有控制程序，所述控制程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的浆液循环泵永磁调速改造耦合IFGD系统的控制方法的步骤。
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