NO332740B1 - Kontroller for å lede drift av et luftforurensningskontrollsystem - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en kontroller for å lede drift av et luftforurensningskontrollsystem, slik det framgår av den innledende del av patentkrav 1.

Nærmere bestemt vedrører den foreliggende oppfinnelsen teknikker for økt styring av prosesser, slik som de benyttet for styring av luftforurensning. Eksempler på slike prosesser omfatter, men er ikke begrenset til, våt og tørr avgass-svovelfjerning (WFGD/DFGD - wet and dry flue gas desulfurization), nitrogenoksid-fjerning via selektiv katalytisk reduksjon (SCR - selective catalytic reduction), og partikkelfjerning via elektrostatisk gassrensing (ESP - electro-static precipitation).

Bakgrunn

Våt avgass- svovelfjerning:

Som nevnt finnes det et flertall luftforurensnings-styringsprosesser. For å danne et diskusjonsgrunnlag vil WFGD-prosessen bli trukket frem. WFGD-prosessen er den vanligst benyttete prosessen for fjerning av S02fra avgass i kraftbransjen. Figur 1 er et blokkdiagram som viser en oversikt over et våt avgass svovelfjemings-delsystem (WFGD) for fjerning av S02fra den forurensete avgassen, så som den produsert av fossilt brennstoff, så som kull, brenn-kraftgenereringssystemer og produksjon av et biprodukt med handelskvalitet, så som et med egenskaper som vil gjøre at det kan fjernes med en minimal fjerningskostnad, eller et med egenskaper som gjør at det kan selges for kommersiell bruk.

Biproduktet fra WFGD som nå foretrekkes i USA er gips av kommersiell kvalitet med en relativ høy kvalitet (95+ % ren) egnet for bruk i veggplater, som igjen benyttes i hus- og kontorbygg. Kommersiell gips av høy kvalitet (~92 %) er også nå det foretrukne biproduktet av WFGD i EU og i Asia, men blir mer typisk produsert for bruk i sement og gjødsel. Dersom det skulle forekomme en nedgang i markedet for gips med høyere kvalitet, kan kvaliteten til kommersiell gips som produseres som et biprodukt fra WFGD bli redusert for å imøtekomme de mindre krevende kvalitetsspesifikasjonene som kreves for fjerning med en minimal kostnad. I dette henseendet kan kostnaden for fjerning bli minimert dersom, for eksempel, gipskvaliteten er egnet for enten grunnfylling for boliger eller for igjenfylling av områder fra hvilke kullet benyttet ved kraftgenerering har blitt hentet.

Som vist i figur 1 blir forurenset S02-mettet avgass 112 utført fra en kjele eller forvarmer (ikke vist) til et kullfyrt kraftgenererings-system 110, til luftforurensnings-styringssystemet (APC- air pollution control system) 120. Den forurensete avgassen 112 som entrer APC-et 120 er ikke bare mettet med S02, men inneholder også såkalte forurensninger, så som NOx og partikkelmateriale. Før den blir prosessert av WFGD-delsystemet, blir den forurensete avgassen 112 som entrer APC-et 120 først ført til andre APC-delsystemer 122 for å fjerne NOxog partikkelmateriale fra den forurensete avgassen 112. Den forurensete avgassen 112 kan for eksempel bli prosessert via et selektivt katalytisk reduksjons-delsystem (SCR - selective catalytic reduction) (ikke vist) for å fjerne NO»og via et elektrostatisk gassrensing-delsystem (EPS - electrostatic precipitator delsystem) (ikke vist) eller filter (ikke vist) for å fjerne partikkelmateriale.

Den S02-mettete avgassen 114 som utføres fra de andre APC-delsystemene 122 blir ført til WFGD-delsystemet 130. S02-mettet avgass 114 blir prosessert av absorpsjonstårnet 132. Som vil forstås av en fagmann, har S02-et i avgassen 114 en høy syrekonsentrasjon. Følgelig vil absorpsjonstårnet 132 bringe den S02-mettete avgassen 114 i kontakt med oppslemming 148 i væskeform med en høyere pH-verdi enn avgassen 114.

Det vil forstås at de mest konvensjonelle WFGD-delsystemene omfatter en WFGD-prosesseringsenhet av typen vist i figur 1. Dette er tilfelle av mange grunner. For eksempel, som er godt forstått i teknikken, WFGD-prosesseringsenheter med spray-absorbsjonstårn har visseønskelige prosesskarakteristikker for WFGD-prosessen. WFGD-prosesseringsenheter med andre absorbsjons-/oksidasjons-utstyrskonfigurasjoner kan, om ønskelig, bli benyttet i stedet for det vist i figur 1 og fortsatt tilveiebringe lignende avgass-svovelfjerningsfunksjonalitet og oppnå lignende fordeler fra de videregående prosesstyrings-forbedringene presentert i denne søknaden. For klarhets- og korthetsformål vil denne diskusjonen referere til det vanlige spraytårnet vist i figur 1, men det skal bemerkes at de presenterte konseptene kan anvendes med andre WFGD-konfigu rasjoner.

Under prosessering i motstrøms-absorpsjonstårnet 132 vil S02-et i avgassen 114 reagere med den kalsiumkarbonat-rike oppslemmingen (kalk og vann) 148 for å danne kalsiumsulfitt, som hovedsakelig er et salt, og således fjerne S02-et fra avgassen 114. Den S02-rensete avgassen 116 blir utført fra absorpsjonstårnet 132, enten til et avgassrør 117 eller til nedstrøms prosesseringsutstyr (ikke vist). Den resulterende omdannete oppslemmingen 144 blir ført til krystallisatoren 134, hvor saltet blir krystallisert. Krystallisatoren 134 og absorbatoren 132 er typisk i et enkelt tårn uten noe fysisk skille mellom seg - mens det foregår forskjellige funksjoner (absorbsjon i gassfasen og krystallisering i væskefasen), skjer de to funksjonene i den samme prosessbeholderen. Herfra blir gips-oppslemmingen 146, som omfatter det krystalliserte saltet, ført fra krystallisatoren 134 til avvanningsenheten 136.1 tillegg blir resirkulasjons-oppslemming 148, som enten kan ha eller ikke ha den samme konsentrasjonen av krystalliserte salter som gips- oppslemmingen 146, ført fra krystallisatoren 134, gjennom pumper 133 og tilbake til absorpsjonstårnet 132 for å fortsette absorbsjonssyklus.

Blåseren 150 setter omgivende luft 152 under trykk for å danne oksidasjonsluft 154 for krystallisatoren 134. Oksidasjonsluften 154 blir blandet med oppslemmingen i krystallisatoren 134 for å oksidere kalsiumsulfitten til kalsiumsulfat. Hvert molekyl av kalsiumsulfat binder to vannmolekyler for å danne en forbindelse som er kjent som gips 160. Som vist, blir gipsen 160 fjernet fra WFGD-prosesseringsenheten 130 og solgt til, for eksempel, tilvirkere av bygnings-veggplater.

Gjenvunnet vann 167 fra awanningsenheten 136 blir ført til blanderen/pumpen 140, hvor det blir kombinert med ny kalk 174 fra møllen 170 for å danne kalk-oppslemming. Ettersom noe prosessvann blir tapt til både gipsen 160 og avfallsstrømmen 169, blir ytterligere nytt vann 162, fra en vannkilde 164 med nytt vann, tilført for å bibeholde tettheten til kalkstein-oppslemmingen. I tillegg blir avfall, så som aske, fjernet fra WFGD-prosesseringsenheten 130 via avfallsstrømning 169. Avfallet kan for eksempel føres til en askedam eller fjernes på annen måte.

Oppsummert blir S02-et i den S02-mettete avgassen 114 absorbert av oppslemmingen 148 i oppslemmings-kontaktområdet til absorbatortårnet 132, og så krystallisert og oksidert i krystallisatoren 134 og avvannet i awanningsenheten 136 for å danne det ønsket biproduktet, som i dette eksemplet er kommersiell gips 160. Den S02-mettete avgassen 114 passerer gjennom absorpsjonstårnet 132 i løpet av sekunder. Den komplette krysta 11 ise ri ngen av saltet i den omdannete oppslemmingen 144 av krystallisatoren 134 kan kreve fra 8 til 20+ timer. Krystallisatoren 134 har følgelig et stort volum som tjener som en oppslemmingsreservoar-krystallisering. Resirkulasjons-oppslemmingen 148 blir pumpet tilbake til toppen av absorbatoren for å gjenvinne ytterligere S02.

Som vist blir oppslemmingen 148 matet til en øvre del av absorpsjonstårnet 132. Tårnet 132 omfatter typisk multiple nivåer med spraydyser for å mate oppslemmingen 148 inn i tårnet 132. Absorbatoren 132 drives i en motstrøms-konfigurasjon: oppslemmings-sprayen strømmer nedover i absorbatoren og kommer i kontakt med den oppover-strømmende S02-mettete avgassen 114, som har blitt matet til en nedre del av absorpsjonstårnet.

Ny kalk 172 fra en kalk-kilde 176 blir først malt i møllen 170 (typisk en kulemølle) og så blandet med gjenvunnet vann 167 og nytt/påfyllingsvann 162 i en blander 140 for å danne kalkoppslemming 141. Strømmen med malt kalk 174 og vann 162 via en ventil 163 til blanderen/tanken 140 blir styrt for å bibeholde tilstrekkelig innhold av ny kalkoppslemming 141 i blanderen/tanken 140. Strømmen med ny kalkoppslemming 141 til krystallisatoren 134 blir justert for å bibeholde en passende pH-verdi for oppslemmingen 148, som igjen styrer mengden av S02som blir fjernet fra avgassen 114. WFGD-prosessering oppnår typisk 92-97 % fjerning av S02fra avgassen, selv om en fagmann vil erkjenne at ved bruk av visse teknikker og ved tilføring av organiske syrer til oppslemmingen, kan fjerningen av S02øke til over 97 %.

Som beskrevet ovenfor resirkulerer konvensjonelle WFGD-delsystemer oppslemmingen. Selv om noe avfallsvann og annet avfall typisk vil bli generert i gipsproduksjonen, blir vann gjennvunnet i den grad det er mulig og benyttet til å lage ny kalkoppslemming, og således å minimere avfall og kostnader, som ville tilkommet for behandling av prosessvannet.

Det skal erkjennes at fordi kalk de fleste steder er enkelt tilgjengelig i store kvanta, er det vanlig brukt som reaktanten i kullgass-svovelfjerningsprosessering. Andre reaktanter, så som ulesket kalk eller en natriumforbindelse kan imidlertid også benyttes, i stedet for kalk. Disse andre reaktantene er typisk dyrere og er for tiden ikke kostnadsmessig konkurransedyktige i forhold til kalk-reaktanten. Med meget små modifikasjoner av blanderen 140 og oppstrøms-reaktantkilden, kan imidlertid en WFGD bli drevet med bruk av lesket kalk eller en natriumforbindelse. De fleste WFGD-systemer omfatter faktisk et kalkreserve-delsystem, slik at WFGD-en kan drives dersom det er problemer med kalk-leveranse og/eller utstrakt vedlikehold av møllen 170.

Figur 2 viser ytterligere detaljer ved visse aspekter ved WFGD-delsystemet vist i figur 1. Som vist kan awanningsenheten 136 omfatte både en primær awanningsenhet 136A og en sekundær awanningsenhet 136B. Den primære awanningsenheten 136A omfatter fortrinnsvis hydrosykloner for separering av gipsen og vannet. Den sekundære awanningsenheten 136B

omfatter fortrinnsvis en beltetørke for tørking av gipsen. Som nevnt ovenfor, avgassen 114 entrer absorbatoren 132, typisk fra siden, og strømmer oppover gjennom en kalkoppslemmings-tåke som blir sprayet inn i den øvre delen av absorpsjonstårnet. Før utløp fra absorbatoren blir avgassen ført gjennom en tåkeeliminator (ME - mist eliminator) (ikke vist) som er anordnet i toppen av

absorbatoren 132; tåkeeliminatoren fjerner innblandet væske og faststoff fra avgasstrømmen. For å holde tåkeeliminatoren fri for faststoff, er en ME-vannvasking 200 anordnet til tåkeeliminatoren. Som vil bli forstått, holder ME-vaskingen 200 ME-en ren i absorpsjonstårnet 132 med vann fra vannkilden 164 med nytt vann. ME-vaskingsvannet 200 er det reneste vannet som mates WFGD-delsystemet 130.

Som bemerket ovenfor absorberer kalkoppslemmings-tåken en stor prosentandel av S02-et (for eksempel 92-97 %) fra avgassen som strømmer gjennom absorpsjonstårnet 132. Etter absorbsjon av S02, faller oppslemmings-sprayen til krystallisatoren 134.1 en praktisk implementering blir absorpsjonstårnet 132 og krystallisatoren 134 ofte anordnet i én enkel samlet struktur, med absorpsjonstårnet anordnet rett over krystallisatoren i strukturen. I slike implementasjoner faller oppslemmingssprayen bare til bunnen av den samlete strukturen for å bli krystallisert.

Kalkoppslemmingen reagerer med S02 for å produsere gips (tørket kalsiumsulfat) i krystallisatoren 134. Som nevnt ovenfor blir trykksatt, komprimert oksidasjonsluft 154 benyttet for å bidra til oksidasjon, som skjer i samsvar med den følgende reaksjonen:

Oksidasjonsluften 154 blir presset inn i krystallisatoren 134 av blåseren 150. Oksidasjonsluft tilveiebringer ytterligere oksygen som behøves for omdannelsen av kalsiumsulfitt til kalsiumsulfat.

Absorpsjonstårnet 132 blir benyttet for å oppnå den tette kontakten mellom avgass/våt oppslemming som er nødvendig for å oppnå de høye fjerningsgradene som er krevet av miljømessige spesifikasjoner. Motstrøms åpen-spray absorbsjonstårn tilveiebringer spesieltønskelige karakteristikker for kalk-gips WFGD-prosessering; de er pålitelige i seg selv, har lavere pluggings-potensial (eng: plugging potential) enn andre tårnbaserte WFGD-prosesseringsenhetskomponenter, medfører lavt trykkfall og er kostnadseffektive både fra et kapitalkostnads-perspektiv og et driftskostnads-perspektiv.

Som vist i figur 2 omfatter vannkilden 164 typisk en vanntank 164A for lagring av en tilstrekkelig mengde nytt vann. Én eller flere pumper 164B er typisk også anordnet, for å trykksette ME-vaskingen 200 til absorpsjonstårnet 132, og én eller flere pumper 164C for å trykksette strømmen 162 av nytt vann til blanderen 140. Blanderen 140 omfatter en blandetank 140A og én eller flere oppslemmingspumper 140B for å flytte den nye kalkoppslemmingen 141 til krystallisatoren 134. Én eller flere ytterligere, meget store oppslemmingspumper 133 (se figur 1) er nødvendig for å løfte oppslemmingen 148 fra krystallisatoren 134 til de multiple spraynivåene i toppen av absorpsjonstårnet 132.

Som vil bli ytterligere beskrevet nedenfor, entrer kalkoppslemmingen 148 typisk absorpsjonstårnet 132 via spraydyser (ikke vist) som er anordnet ved forskjellige nivåer av absorpsjonstårnet 132. Ved full belastning opererer de fleste WFGD-delsystemer med i det minste én reserve-oppslemmingspumpe 133. Ved redusert belastning er det ofte mulig å oppnå den krevete S02-fjerningseffektiviteten med et redusert antall oppslemmingspumper 133. Det er et betydelig økonomisk insentiv for å redusere pumpebelastningen til oppslemmingspumpene 133. Disse pumpene er noen av de største pumpene i verden og de drives av elektrisitet som ellers kunne blitt solgt direkte til strømnettet (parasittisk effektbelastning).

Gipsen 160 blir separert fra væsker i gipsoppslemmingen 146 i den primære awanningsenheten 136A, typisk ved bruk av en hydrosyklon. Overløpet fra hydrosyklonen, og/eller én eller flere andre komponenter til den primære awanningsenheten 136A, inneholder en liten del faststoff. Som vist i figur 2, blir denne overløps-oppslemmingen 146A returnert til krystallisatoren 134. Det gjenvunnete vannet 167 blir sendt tilbake til blanderen 140 for å danne ny kalkoppslemming. Det andre avfallet 168 blir vanligvis ført fra den primære awanningsenheten 136A til en askedam 210. Underløps-oppslemmingen 202 blir rettet til den sekundære awanningsenheten 136B, som ofte er i form av et beltefilter, hvor den blir tørket for å produsere gips-biproduktet 160. Igjen blir gjenvunnet vann 167 fra den sekundære awanningsenheten 136B returnert til blanderen/pumpen 140. Som vist i figur 1 blir håndprøver eller andre gipsprøver 161 tatt og analysert, typisk med noen få timers mellomrom, for å fastsette renheten til gipsen 160. Ingen direkte online-målinger av gipsrenhet er konvensjonelt tilgjengelig.

Som vist i figur 1, blir en proporsjonal-integral-derivat-styring (PID-regulator) 180 benyttet på konvensjonell måte sammen med en foroverkoblet styring (FF) 190 (eng: feedforward controller) for å styre driften av WFDG-delsystemet. PID-styringer dirigerte historisk pneumatiske, analoge styringsfunksjoner. I dag styrer PID-styringer digitale styringsfunksjoner ved bruk av matematiske formuleringer. Målet til FF 190/PID-styringen 180 er å styre opplemmings-pH, basert på en etablert sammenheng. For eksempel kan det være en etablert sammenheng mellom justeringen av ventilen 199 vist i figur 1 og en målt pH-verdi til oppslemmingen 148 som strømmer fra krystallisatoren 134 til absorpsjonstårnet 132. I så fall blir ventilen 199 styrt slik at pH-verdien til oppslemmingen 148 korresponderer med en ønsket verdi 186, ofte referert til som settpunktet (SP

- setpoint).

FF-en 190/PID-styringen 180 vil justere strømmen med kalkoppslemming 141 gjennom ventilen 199, basert på pH-settpunktet, for å øke eller å senke pH-verdien til oppslemmingen 148 målt av pH-sensoren 182. Som vil forstås, blir dette oppnådd ved at FF/PID-styringen overfører respektive styringssignaler 181 og 191, som resulterer i en ventiljusterings-instruksjon, vist som strømningsstyring SP 196, til en strømningsstyring som fortrinnsvis er en del av ventilen 199. Som respons på strømningsstyrings-SP 196, retter strømningsstyringen så en justering av ventilen 199 for å modifisere strømmen med kalkoppslemming 141 fra blanderen/pumpen 140 til krystallisatoren 134.

Det foreliggende eksemplet viser pH-styring ved bruk av kombinasjonen av FF-styringen 190 og PID-styringen 180. Noen installasjoner omfatter ikke FF-styringen 190.

I det foreliggende eksemplet genererer PID-styringen 180 PID-styringssignalet 181 ved å prosessere den målte pH-verdien 183 i oppslemmingen, mottatt fra pH-sensoren 182, i samsvar med en kalkstrømnings-styringsalgoritme som representerer en etablert sammenheng mellom den målte pH-verdien 183 til oppslemmingen 148 som strømmer fra krystallisatoren 134 til absorpsjonstårnet 132. Algoritmen blir typisk lagret i PID-styringen 180, selv om dette ikke er nødvendig. Styringssignalet 181 kan representere, for eksempel, et ventil-settpunkt (VSP - valve setpoint) for ventilen 199 eller for et målt ventil-settpunkt (MVSP - measured valve setpoint) for strømmen med malt kalkoppslemming 141 som utløper fra ventilen 199.

Som er godt forstått innen teknikken, har algoritmen som benyttes av PID-styringen 180 et proporsjonalelement, et integralelement og et differensialelement. PID-styringen 180 beregner først forskjellen mellom detønskete SP-et og den målte verdien, for å bestemme en feilverdi. PID-styringen benytter så feilverdien på proporsjonalelementet til algoritmen, som er en justerbar konstant for PID-styringen, eller for hver av PID-styringene dersom flere PID-styringer blir benyttet i WFGD-delsystemet. PID-styringen multipliserer typisk en justeringsfaktor (eng: tuning factor) eller prosessforsterkning med feilverdien for å tilveiebringe en proporsjonalfunksjon for justering av ventilen 199.

Dersom PID-styringen 180 imidlertid ikke har den korrekte verdien for justeringsfaktoren eller prosessforsterkningen, eller dersom prosessforholdene forandrer seg, vil proporsjonalfunksjonen være upresis. På grunn av denne upresisheten, vil VSP-et eller MVSP-et, generert av PID-styringen 180, faktisk ha et avvik fra det som korresponderer med detønskete SP-et. PID-styringen 180 anvender følgelig den akkumulerte feilen overtid ved å bruke integralelementet. Integralelementet er en tidsfaktor. Her også multipliserer PID-styringen 180 en justeringsfaktor eller prosessforsterkning med den akkumulerte feilen for å eliminere avviket.

Vi tar så for oss derivatelementet. Derivatelementet er en akselerasjonsfaktor, tilknyttet kontinuerlig forandring. I praksis blir derivatelementet sjeldent benyttet i PID-styringer benyttet for styring av WFGD-prosesser. Dette er fordi anvendelsen av derivatelementet ikke er spesielt fordelaktig for denne typen styringsapplikasjon. Følgelig er de fleste styringer benyttet i WFGD-delsystemer egentlig Pl-styringer. En fagmann vil imidlertid erkjenne at, omønskelig, kan PID-styringen 180 enkelt konfigureres med den nødvendige logikken til å anvende et derivatelement på vanlig måte.

Oppsummert er det tre justeringskonstanter som kan anvendes av konvensjonelle PID-styringer for å styre en prosessverdi, så som pH-verdien til resirkulasjons-oppslemmingen 148 som entrer absorpsjonstårnet 132, til et settpunkt, så som strømmen med ny kalkoppslemming 141 til krystallisatoren 134. Uansett hvilket settpunkt som blir benyttet, blir det alltid dannet i form av prosessverdien, ikke i form av et ønsket resultat, så som en verdi av gjenværende S02 i avgassen 116 som føres ut fra absorpsjonstårnet 132. Sagt på en annen måte blir settpunktet identifisert i prosesstermer og det er alltid nødvendig at den styrte prosessverdien er direkte målbar for at PID-styringen skal være i stand til å styre den. Mens den eksakte formen på algoritmen kan være forskjellig fra én utstyrsselger til en annen, har den grunnleggende PID-algoritmen blitt brukt i prosessindustriene i godt over 75 år.

Det henvises igjen til figurene 1 og 2. Basert på den mottatte instruksjonen fra PID-styringen 180 og FF-styringen 190, genererer strømningsstyringen et signal som fører til at ventilen 199 åpner eller lukker, og såledesøker eller reduserer strømmen med malt kalkoppslemming 141. Strømningsstyringen fortsetter å styre ventiljusteringen til ventilen 199 har blitt åpnet eller lukket slik at den korresponderer med VSP-et eller til den målte verdien av mengden av kalkoppslemming 141 som strømmer fra ventilen 199 korresponderer med MVSP-et.

I den konvensjonelle eksempel-WFGD-styringen beskrevet ovenfor, blir pH-verdien til oppslemmingen 148 styrt basert på et ønsket pH-settpunkt 186. For å foreta styringen, mottar PID-en 180 en prosessverdi, det vil si en målt verdi av pH-en 183 til oppslemmingen 148, fra sensoren 182. PID-styringen 180 prosesserer prosessverdien for å generere instruksjoner 181 til ventilen 199 for å justere strømmen med ny kalkoppslemming 141, som har en høyrere pH enn krystallisator-oppslemmingen 144, fra blanderen/tanken 140, og således å justere pH-verdien til oppslemmingen 148. Dersom instruksjonene 181 resulterer i en ytterligere åpning av ventilen 199, vil mer kalkoppslemming 141 strømme fra blanderen 140 og inn i krystallisatoren 134, og resultere i enøkning av pH-verdien til oppslemmingen 148. På den annen side, dersom instruksjonene 181 resulterer i en lukking av ventilen 199, vil mindre kalkoppslemming 141 strømme fra blanderen 140 og derfor inn i krystallisatoren 134, og resultere i en senkning av pH-verdien til oppslemmingen 148.

I tillegg kan WFGD-delsystemet omfatte en foroverkoblings-sløyfe (eng: feed forward loop), som er implementert ved bruk av en foroverkoblingsenhet 190 for å sikre stabil drift. Som vist i figur 1 blir konsentrasjonsverdien av S02189 i avgassen 114 som entrer absorpsjonstårnet 132 målt av en sensor 188 og matet til foroverkoblingsenheten 190. Mange WFGD-systemer som omfatter FF-styringselementet kan kombinere den innkommende S02-konsentrasjonen 189 i avgassen med et mål for generatorbelastning fra kraftstasjonssystemet 110, for å fastsette mengden av innmatet S02i stedet for bare konsentrasjonen, og så bruke denne mengden av innmatet S02som innmating til FF-en 190. Foroverkoblingsenheten 190 tjener som et proporsjonalelement med en tidsforsinkelse.

I den beskrevne eksempel-implementeringen mottar foroverkoblingenheten 190 en sekvens av S02-målinger 189 fra sensoren 188. Foroverkoblingsenheten 190 sammenligner den aktuelle mottatte konsentrasjonsverdien med konsentrasjonsverdien mottatt rett før den mottatte aktuellverdien. Dersom foroverkoblingsenheten 190 fastsetter at en endring i målte konsentrasjoner av S02har forekommet, for eksempel fra 1000-1200 deler per million, er den konfigurert til med logikken å jevne ut sprangfunksjonen, og således å unngå en brå driftsendring.

Foroverkoblings-sløyfen forbedrer stabiliteten ved normale operasjoner dramatisk fordi sammenhengen mellom pH-verdien til oppslemmingen 148 og mengden kalkoppslemming 141 som strømmer til krystallisatoren 134 er meget ikke-lineær, og PID-styringen 180 er i effekt en lineær styring. Uten foroverkoblings-sløyfen er det således meget vanskelig for PID-en 180 å tilveiebringe egnet styring over et bredt pH-område med de samme justeringskonstantene.

Ved å styre pH-verdien til oppslemmingen 148, tilveiebringer PID-styringen 180 både fjerningen av S02-et fra den S02-mettete avgassen 114 og kvaliteten til gips-biproduktet 160 som produseres av WFGD-delsystemet. Økning av oppslemmings-pH-verdien vedøkning av strømmen med ny kalkoppslemming 141øker mengden av S02fjernet fra den S02-mettete avgassen 114. På den annen side,økning av strømmen med kalkoppslemming 141, og således pH-verdien til oppslemmingen 148, reduserer S02-oksidasjonshastigheten etter absorbsjon, og således omdanningen av kalsiumsulfitt til kalsiumsulfat, som igjen vil resultere i en lavere kvalitet på gipsen 160 som blir produsert.

Det er følgelig motstridende styringsformål ved fjerning av S02fra den S02-mettete avgassen 114, og bibeholdelse av den nødvendige kvaliteten på gips-biproduktet 160. Det vil si, det kan være en konflikt mellom å imøtekomme S02-utslippskravene og kravene for gipskvalitet.

Figur 3 beskriver ytterligere aspekter ved WFGD-delsystemet som er beskrevet med henvisning til figurene 1 og 2. Som vist entrer S02-mettet avgass 114 inn i en bunndel av absorpsjonstårnet 132 via en åpning 310, og S02-fri avgass 116 føres ut fra en øvre del av absorpsjonstårnet 132 via en åpning 312.1 dette eksempelet av en konvensjonell implementering er et motstrøms absorbsjonstårn vist, med flere oppslemmingsspray-nivåer. Som vist entrer ME-vaskingen 200 absorpsjonstårnet 132 og er spredt med sprayvaskere (ikke vist).

Det er også vist multiple absorbsjonstårn-oppslemmingsdyser 306A, 306B og 306C, som hver har en oppslemmingssprayer 308A, 308B og 308C, som sprayer oppslemming inn i avgassen for å absorbere S02-et. Oppslemmingen 148 blir pumpet fra krystallisatoren 134 vist i figur 1, med et flertall pumper 133A, 133B og 133C, som hver pumper oppslemmingen opp til et forskjellig nivå av oppslemmings-dyser 306A, 306B og 306C. Det skal forstås at selv om 3 forskjellige nivåer av oppslemmingsdyser og sprayere er vist, vil antallet dyser og sprayere variere avhengig av den bestemte implementeringen.

Et forhold mellom strømningsraten til den flytende oppslemmingen 148 som entrer absorbatoren 132 og strømningsraten til avgassen 116 som forlater absorbatoren 132 er kjent som L/G. L/G er én av nøkkel-konstruksjonsparameterne i WFGD-delsystemer.

Strømningsraten til avgass 116 (mettet med damp), betegnet som G, er en funksjon av innløps-avgassen 112 fra kraftstasjon-systemet 110 oppstrøms for WFGD-prosesseringsenheten 130. G kan følgelig ikke, og blir ikke, styrt, men må tas hensyn til i WFGD-prosesseringen. Så, for å påvirke L/G må "L"-en justeres. Justering av antall oppslemmings-pumper som er i drift og "oppstillingen" av disse oppslemmings-pumpene, styrer strømningsraten til den flytende oppslemmingen 148 til WFGD-absorpsjonstårnet 132, betegnet som L. For eksempel, dersom kun to pumper blir kjørt, vil kjøring av pumpene til de to øvre sprayer-nivåene, kontra pumpene til topp- og bunnsprayer-nivåene, danne forskjellige "L"-er.

Det er mulig å justere "L" ved å styre driften av oppslemmings-pumpene 133A, 133B og 133C. Individuelle pumper kan bli skrudd på eller av for å justere strømningsraten til den flytende oppslemmingen 148 til absorpsjonstårnet 132 og den effektive høyden hvor den flytende oppslemmingen 148 blir innført til absorpsjonstårnet. Jo høyere oppslemmingen blir innført i tårnet, jo mer kontakttid har den med avgassen, som resulterer i mer S02-fjeming, men denne ytterligere S02-fjemingen betyr økt energibruk for pumping av oppslemmingen til det høyere spraynivået. Det vil erkjennes at et større antall pumper gir en større nøyaktighet på slik styring.

Pumpene 133A-133C, som er ekstremt store deler av roterende utstyr, kan startes og stoppes automatisk eller manuelt. I USA blir som oftest disse pumpene styrt manuelt av delsystem-operatøren. Det er mer vanlig å automatisere start/stopp av roterende utstyr, så som pumpene 133A-133C i Europa.

Dersom strømningsraten til avgassen 114 som entrer WFGD-prosesseringsenheten 130 blir modifisert på grunn av en endring i driften av kraftstasjon-systemet 110, kan WFGD-delsystemoperatøren justere driften av én eller flere av pumpene 133A-133C. For eksempel, dersom avgass-strømningsraten skulle falle til 50 % av dimensjonert belastning, kan operatøren, eller spesiell logikk i styringssystemet, stenge én eller flere av pumpene som pumper oppslemming til spraynivå-dysene ved ett eller flere spraynivåer.

Selv om det ikke er vist i figur 3, vil det erkjennes at ekstra spraynivåer, med tilknyttete pumper og oppslemmingsdyser, ofte er tilveiebrakt for bruk under vedlikehold av en annen pumpe, eller andre oppslemmingsdyser og/eller oppslemmingssprayere tilknyttet de primære spraynivåene. Tillegget av dette ekstra spraynivået bidrar til kapitalkostnadene til absorpsjonstårnet og således delsystemet. Noen WFGD-eiere vil følgelig bestemme seg for å eliminere det ekstra spraynivået og å unngå disse ytterligere kapitalkostnadene, og i stedet tilføre organiske syrer til oppslemmingen or å øke dens evne til å absorbere og derfor fjerne S02fra avgass under slike vedlikeholdsperioder. Disse tilsetningene kan imidlertid være dyre, og bruk av disse vil derfor resultere iøkte driftskostnader, som overtid kan utligne innsparingene i kapitalkostnader.

Som indikert i ligning 1, for å absorbere S02må en kjemisk reaksjon skje mellom S02-et i avgassen og kalken i oppslemmingen. Resultatet av den kjemiske reaksjonen i absorbatoren er dannelsen av kalsiumsulfitt. I krystallisatoren 134 blir kalsiumsulfitt oksidert for å danne kalsiumsulfat (gips). Under denne kjemiske reaksjonen blir det konsumert oksygen. For å tilveiebringe tilstrekkelig oksygen og å øke hurtigheten til reaksjonen, blir ytterligere 02tilført ved å blåse komprimert luft 154 inn i den flytende oppslemmingen i krystallisatoren 134.

Mer spesielt, som vist i figur 1, blir omgivende luft 152 komprimert til komprimert luft 154 og presset inn i krystallisatoren 134 av en blåser, for eksempel en vifte, 150 for å oksidere kalsiumsulfitten i resirkulasjons-oppslemmingen 148 som blir returnert fra krystallisatoren 134 til absorbatoren 132 og gipsoppslemmingen 146 sendt til avvanningssystemet 136 for ytterligere prosessering. For å muliggjøre justering av strømmen med oksidasjonsluft 154, kan blåseren 150 ha en hastighets- eller belastnings-styringsmekanisme.

Oppslemmingen i krystallisatoren 134 har fortrinnsvis overskudds-oksygen. Det er imidlertid en øvre grense for mengden av oksygen som kan absorberes eller holdes av oppslemmingen. Dersom 02-nivået i oppslemmingen blir for lavt, vil den kjemiske oksidasjonen av CaS03til CaS04i oppslemmingen stanse. Når dette skjer, blir det ofte referert til som kalk-blinding (eng: limestone blinding). Når kalk-blinding inntreffer, stanser kalk å bli oppløst i oppslemmings-løsningen og S02-fjerning kan bli redusert dramatisk. Tilstedeværelsen av spormengder av noen mineraler kan også dramatisk moderere oksidasjonen av kalsiumsulfitt og/eller oppløsning av kalk og danne kalk-blinding.

Ettersom mengden av 02som blir oppløst i oppslemmingen ikke er en målbar parameter, kan oppslemmingen bli mager på 02i konvensjonelle WFGD-delsystemer dersom ikke hensiktsmessige forhåndsregler blir tatt. Dette er spesielt tilfelle i sommermånedene når høyere lufttemperatur i den omgivende lufta senker tettheten til den omgivende lufta 152 og reduserer mengden av oksidasjonsluft 154 som kan bli presset inn i krystallisatoren 134 av blåseren 150 ved maksimal hastighet eller belastning. I tillegg, dersom mengden av S02som fjernes fra avgass-strømmen øker betraktelig, er en korresponderende mengde av ytterligere 02nødvendig for å oksidere S02-et. Følgelig, oppslemmingen kan effektivt bli mager på 02på grunn av en økning i strømmen med S02til WFGD-prosesseringsenheten.

Det er nødvendig å injisere komprimert luft 154 som er tilstrekkelig, innenfor dimensjoneringsforhold, til å oksidere det absorberte S02-et. Dersom det er mulig å justere hastigheten eller belastningen til blåseren 150, og å justere ned blåseren ved lave S02-belastninger og/eller under perioder med kaldere omgivende lufttemperatur, vil dette være ønskelig fordi det sparer energi. Når blåseren 150 når maksimal belastning, eller alt 02-et til en ikke-justerbar blåser 150 blir benyttet, er det ikke mulig å oksidere en inkrementelløkning i S02. Ved toppbelastning, eller uten en hastighetsstyring for blåseren 150 som nøyaktig sporer S02-fjerning, er det mulig å skape en 02-mangel i krystallisatoren 134.

Ettersom det ikke er mulig å måle 02-et i oppslemmingen, blir 02-nivået i oppslemmingen imidlertid ikke brukt som en restriksjon ved konvensjonelle WFGD-delsystemoperasjoner. Det er følgelig ingen måte for nøyaktig å overvåke når oppslemmingen i krystallisatoren 134 blir mager på 02. Følgelig vil operatører i beste fall anta at oppslemmingen blir mager på 02dersom det er en merkbar senkning av kvaliteten på gips-biproduktet 160, og bruke deres beste skjønn til å styre hastigheten eller belastningen til blåseren 150 og/eller senke S02-absorbsjonseffektiviteten for å balansere 02-et som blir presset inn i oppslemmingen, med det absorberte S02-et som må bli oksidert. Følgelig, i konvensjonelle WFGD-delsystemer er balansering av 02som blir presset inn i oppslemmingen med S02-et som må bli absorbert fra avgassen, i beste tilfelle en operatør-bedømmelse.

Oppsummert, konvensjonell styring av store WFGD-delsystemer for benyttete anvendelser blir vanligvis utført i et distribuert styringssystem (DCS - distributed control system) og består generelt av av/på-styringslogikk samt FF/PID tilbakekoblings-styringssløyfer. De styrte parameterne er begrenset til oppslemmingens pH-nivå, L/G-forholdet og strømmen med komprimert oksidasjonsluft.

pH-verdien må holdes innenfor et visst område for å sikre høy oppløselighet av S02(dvs. S02-fjerningseffektivitet), høykvalitets (renhet) gips, og forhindring av kalk-belegg. Driftsområdet for pH-verdien er en funksjon av utstyr og driftsforhold. pH-verdien blir styrt ved justering av strømmen med ny kalkoppslemming 141 til krystallisatoren. Justeringen av kalkoppslemmingstrømmen er basert på den målte pH-verdien til oppslemmingen, som detekteres av en sensor. I en typisk implementering er en PID-styring og, eventuelt, en FF-styring i DCS-et, anordnet i kaskade, til en kalkopplemmingsstrømstyring. Standard-/normal-PID-algoritmen blir brukt for pH-styrings-applikasjon.

Væske-til-gass-forholdet (L/G) er forholdet mellom den flytende oppslemmingen 148 som strømmer til absorpsjonstårnet 132 og avgasstrømmen 114. For et gitt sett av delsystem-variabler, er et minimum L/G-forhold nødvendig for å oppnå denønskete S02-absorbsjonen, basert på løseligheten av S02i den flytende oppslemmingen 148. L/G-forholdet endrer seg enten når avgasstrømmen 114 endrer seg eller når strømmen med den flytende oppslemmingen 148 endrer seg, noe som typisk skjer når oppslemmingspumpene 133 blir slått på eller av.

Oksidasjonen av kalsiumsulfitt for å danne kalsiumsulfat, det vil si gips, blirøket ved tvunget oksidasjon, med ytterligere oksygen i reaksjonstanken til krystallisatoren 134. Ytterligere oksygen blir introdusert ved å blåse luft inn i oppslemmingsløsningen i krystallisatoren 134. Med utilstrekkelig oksidasjon, kan sulfitt - kalkblinding forekomme og resultere i dårlig gipskvalitet, og potensielt lavere S02-fjerningseffektivitet, og et større kjemisk oksygen-behov (COD - chemical oxygen demand) i avfallsvannet.

Det konvensjonelle WFGD-prosesstyrings-skjemaet er omfattet av standard styringsblokker med heller uavhengige enn samordnete formål. For nåværende må operatøren, i samarbeid med ingeniørstaben, forsøke å tilveiebringe samlet, optimal styring av prosessen. For å tilveiebringe slik styring, må operatøren ta hensyn til de forskjellige målene og begrensningene.

Minimerte WFGD-driftskostnader - Kraftstasjoner blir drevet for ingen annen grunn enn å generere profitt for sine eiere. Det er således fordelaktig å drive WFGD-delsystemet til den lavest, hensiktsmessige kostnad, samtidig som prosessen, lovmessige forhold og biproduktkvalitet-begrensninger blir tatt hensyn til.

Maksimere S02-fjerningseffektivitet - Forskrifter for ren luft angir krav for S02-fjerning. WFGD-delsystemer skal drives for å fjerne S02 så effektivt som mulig, i lys av prosessen, lovmessige forhold og biproduktkvalitet-begrensninger og forretningsmessig miljø.

Imøtekomme gipskvalitet-spesifikasjon - Salget av gips som et biprodukt reduserer WFGD-driftskostnadene og avhenger i stor grad av at biprodukt-renheten imøtekommer en ønsket spesifikasjon. WFGD-delsystemer bør drives for å produsere et gips-biprodukt av en hensiktsmessig kvalitet, i lys av prosessen, lovmessige forhold og biproduktkvalitet-begrensninger og forretningsmessig miljø.

Forhindre kalkblinding - Belastningssvingninger og -variasjoner i svovelinnholdet i brenselet kan føre til avvik i S02 i avgassen 114. Uten passende kompenserende justeringer kan dette føre til høye sulfitt-konsentrasjoner i oppslemmingen, som igjen resulterer i kalkblinding, lavere S02-fjerningseffektivitet i absorpsjonstårnet 132, dårlig gipskvalitet og et høyt kjemisk oksygenbehov (COD) i avfallsvannet. WFGD-delsystemer bør drives for å forhindre kalkblinding, i lys av prosessbegrensningene.

I en typisk driftssekvens fastsetter WFGD-delsystemoperatøren settpunkter for WFGD-prosessen for å balansere disse konkurrerende målene og begrensningene, basert på konvensjonelle driftsprosedyrer og kunnskap om WFGD-prosessen. Settpunktene omfatter vanligvis pH, driftsstatusen til oppslemmingspumpene 133 og oksidasjonsluft-blåseren 150.

Det er komplekse sammenhenger og dynamikk i WFGD-prosessen; som et resultat velger operatøren konservative driftsparametere slik at WFGD-delsystemet er i stand til å imøte-komme/overskride faste (eng: hard) begrensninger på S02-fjerning og gipsrenhet. Når disse konservative valgene foretas, ofrer operatøren ofte, hvis ikke alltid, minimumskostnad-drift.

For eksempel, figur 4 viser S02-fjerningseffektivitet og gipsrenhet som en funksjon av pH-verdi. Når pH-verdien øker, øker S02-fjemingseffektiviteten, mens gipsrenheten imidlertid reduseres. Ettersom operatøren er interessert i å forbedre både S02-fjerningseffektivitet og gipsrenhet, må operatøren fastsette et settpunkt for pH-verdien som er et kompromiss mellom disse konkurrerende målene.

I tillegg, i de fleste tilfeller må operatøren imøtekomme et garantert gipsrenhets-nivå, så som 95 % renhet. På grunn av kompleksiteten til sammenhengene vist i figur 4, mangelen på direkte-måling av gipsrenheten, langtids-dynamikken til gipskrystalliseringen og tilfeldige driftsvariasjoner, velger operatøren ofte å sette inn et settpunkt for pH-verdien som vil garantere at gipsrenhets-nivået er høyere enn det spesifiserte kravet under alle forhold. Ved å garantere for gipsrenheten, ofrer imidlertid operatøren S02-fjerningseffektiviteten. For eksempel, basert på grafen i figur 4, kan operatøren velge en pH-verdi på 5,4 for å garantere 1 % buffer over gipsrenhets-kravet på 95 %. Ved å velge dette settpunktet for pH-verdi, ofrer operatøren imidlertid 3 % av S02-fjerningseffektiviteten.

Operatøren står overfor lignende kompromisser når S02-belastning, dvs. strømmen med avgass 114, faller fra full til middels. Ved et punkt i løpet av denne overgangen kan det være fordelaktig å stenge én eller flere oppslemmingspumper 133 for å spare energi, ettersom fortsatt drift av pumpen kan gi bare litt bedre S02-fjerningseffektivitet. Fordi forholdet mellom energikostnader og S02-fjerningseffektiviteten ikke er godt forstått av de fleste operatører, vil operatører imidlertid typisk foreta en konservativ tilnærming. Ved bruk av en slik tilnærming, vil operatører kanskje unnlate å justere tilpassingen av oppslemmingspumper 133, selv om det ville vært mer fordelaktig å slå av én eller flere av oppslemmingspumpene 133.

Det er også godt kjent at mange lovregulerte utslippstillatelser gir både momentane utslippsgrenser og en form for løpende gjennomsnitt-utslippsgrenser (eng: rolling-average). Den løpende gjennomsnitt-utslippsgrensen er et gjennomsnitt av den momentane utslippsverdien over et bevegende, eller rullende, tidsvindu. Tidsvinduet kan være så kort som 1 time eller så lang som 1 år. Noen typiske tidsvinduer er 1 time, 3 timer, 8 timer, 24 timer, 1 måned og 1 år. For å tillate dynamiske prosessawik, er den momentane utslippsgrensen typisk høyere enn den løpende gjennomsnitt-grensen. Kontinuerlig drift ved den momentane utslippsgrensen vil imidlertid resultere i en overtredelse av den løpende gjennomsnitts-grensen.

Konvensjonelt styrer PID-en 180 utslipp i forhold til den momentane grensen, noe som er forholdsvis enkelt. For å gjøre dette blir prosessens driftsbegrensninger, dvs. den momentane verdien, satt godt innenfor den faktiske lovregulerte utslippsgrensen, slik at det finnes en sikkerhetsmargin.

På den annen side, styring av utslipp i forhold til den løpende gjennomsnittsgrensen er mer kompleks. Tidsvinduet for det løpende gjennomsnittet beveger seg kontinuerlig forover. Derfor, ved et hvilket som helst gitt tidspunkt, er flere tidsvinduer aktive, og spenner over ett tidsvindu fra den gitte tiden bakover over en tidsperiode, og et annet tidsvindu spenner fra den gitte tiden fremover over en tidsperiode.

Konvensjonelt forsøker operatøren å styre utslipp i forhold til den løpende gjennomsnitts-grensen, enten ved å bibeholde en tilstrekkelig margin mellom driftsbegrensningene satt i PID-en 180 for den momentane grensen og den faktiske lovpålagte utslippsgrensen, eller ved å bruke operatør-bedømmelse til å sette driftsbegrensningene i lys av den løpende gjennomsnitts-grensen. I begge tilfellene er det ingen eksplisitt styring av de løpende gjennomsnitts-utslippene, og derfor ingen måte å sikre overholdelse av den løpende gjennomsnitts-grensen eller å forhindre kostbar over-overholdelse.

Selektivt katalytisk reduksjonssystem:

Ser man kort på et annet eksempel på en luftforurensnings-styringsprosess, nemlig selektivt katalytisk reduksjonssystem (SCR - selective catalytic reduction) for NOx-fjerning, kan tilsvarende utfordringer identifiseres. Et overblikk over SCR-prosessen er vist i figur 20.

Den følgende prosessoversikten er fra "Control of Nitrogen Oxide Emissions: Selective Catalytic Reduction (SCR)", Topical Report Number 9, Clean Coal Technology, U.S. Dept. of Energy, 1997:

Prosess- overblikk

NOx, som primært består av NO med mindre mengder N02, blir konvertert til nitrogen ved reaksjon med NH3 over en katalysator i tilstedeværelse av oksygen. En liten fraksjon av S02-et, produsert i kjelen ved oksidasjon av svovel i kullet, blir oksidert til svoveltrioksid (S03) over SCR-katalysatoren. I tillegg kan sidereaksjoner produsere uønskete bi-produkter: ammoniumsulfat, (NH4)2S04, og ammoniumbisulfat, NH4HS04. Det er komplekse sammenhenger som styrer formasjonen av disse biproduktene, men de kan minimeres ved hensiktsmessig styring av prosessforhold.

Ammoniakkslipp

Ikke-reagert NH3 i avgassen, nedstrøms for SCR-reaktoren blir referert til som NH3-slipp (eng: NH3slip). Det er essensielt å holde NH3-slipp til under 5 ppm, fortrinnsvis 2-3 ppm, for å minimere dannelsen av (NH4)2S04 og NH4HS04, som kan føre til igjen-propping og korrosjon av nedstrøms-utstyr. Dette er et større problem med kull med høyt svovel-innhold, forårsaket av høye S03-nivåer som resulterer fra både høyere initiale S03-nivåer på grunn av svovelinnhold i brensel og oksidasjon av S02 i SCR-reaktoren.

Driftstemperatur

Katalysatorkostnader utgjør 15-20 % av kapitalkostnadene til en SCR-enhet; derfor er det essensielt å drive ved å høy temperatur som mulig for å maksimere romhastigheten og således å minimere katalysatorvolumet. Samtidig er det nødvendig å minimere oksidasjonsraten for S02 til S03, som er mertemperatursensitivenn SCR-reaksjonen. Den optimale driftstemperaturen for SCR-prosessen som bruker titan- og vanadiumoksid-katalysatorer er omtrent 343-399 °C (650-750 °F). De fleste installasjoner bruker etøkonomiserings-omløp (eng: econimizer bypass) for å tilveiebringe avgass til reaktorene ved denønskete temperaturen under perioder når avgasstemperaturene er lave, så som ved lav belastnings-drift.

Katalysatorer

SCR-katalysatorer er laget av et keramisk materiale som er en blanding av bærer (titanoksid) og aktive komponenter (oksider av vanadium og, i noen tilfeller, wolfram). De to ledende formene for SCR-katalysatorer som brukes i dag er bikake og plate. Bikakeformen er vanligvis et ekstrudert keram med katalysatoren enten opptatt i strukturen (homogen) eller belagt på substratet. I plategeometrien er støttematerialet generelt dekket med katalysator. Ved prosessering av avgass som inneholder støv er reaktorene typisk vertikale, med nedoverstrømmende avgass. Katalysatoren er typisk anordnet i en rekke på to eller fire deler (eng: beds), eller lag. For bedre katalysatorutnyttelse er det vanlig å bruke tre eller fire lag, med foranstaltninger for et ytterligere lag, som initialt ikke blir installert.

Når katalysatoraktiviteten avtar, blir ytterligere katalysator installert i de tilgjengelige plassene i reaktoren. Når deaktivering fortsetter, blir katalysatoren erstattet på rotasjonsvis, ett lag av gangen, ved start på toppen. Denne strategien resulterer i maksimal katalysatorutnyttelse. Katalysatoren blir utsatt for periodisk sotblåsing for å fjerne avsetninger, ved bruk av damp som rensemiddel.

Kjemi:

Kjemien til SCR-prosessen er gitt av det følgende:

Sidereaksjonene er gitt ved:

Prosessbeskrivelse

Som vist i figur 20, forlater forurenset avgass 112 kraftstasjon-systemet 110. Denne avgassen kan bli behandlet av andre delsystemer 122 for luftforurensnings-styring (APC - air pollution control) før den entrer det selektive katalytiske reduksjons-delsystemet 2170 (SCR). Avgassen kan også bli behandlet av andre APC-delsystemer (ikke vist) etter at den forlater SCR og før den forlater stakken 117 (eng: stack). NOx i innløps-avgassen blir målt med én eller flere analysatorer 2003. Avgassen med NOx2008 blir ført gjennom ammoniakk-injeksjonsgitteret (NH3) 2050. Ammoniakk 2061 blir blandet med fortynningsluft 2081 med en ammoniakk-/fortynningsluft-blander 2070. Blandingen 2071 blir dosert inn i avgassen av injeksjonsgitteret 2050. En fortynningsluft-blåser 2080 forsyner omgivende luft 152 til blanderen 2070, og et ammoniakklagrings- og - forsyningssystem 2060 tilfører ammoniakk til blanderen 2070. Den NOx-mettete avgassen, ammoniakk og fortynningsluft 2055 passerer inn i SCR-reaktoren 2002 og over SCR-katalysatoren. SCR-katalysatoren fremmer reduksjonen av NOxmed ammoniakk til nitrogen og vann. NOx-"fri" avgass 2008 forlater SCR-reaktoren 2002 og forlater anlegget via eventuelle andre APC-delsystemer (ikke vist) og stakken 117.

Det er ytterligere NOx-analysatorer 2004 på den NOx-"frie" avgass-strømmen 2008 som løper ut fra SCR-reaktoren 2002 eller i stakken 117. Den målte NOx-utløpsverdien 2111 blir kombinert med den målte NOx-innløpsverdien 2112 for beregning av en NOx-fjerningseffektivitet 2110. NOx-fjerningseffektivitet blir definert som prosenten av innløps-NOxsom er fjernet fra avgassen.

Den beregnete NOx-fjerningseffektiviteten 2022 blir matet inn til regulerings-styringssystemet som resetter settpunktet 2021A til ammoniakk-strømningsraten til ammoniakk-/fortynningsluft-blanderen 2070 og til sist, ammoniakk-injeksjonsgitteret 2050.

SCR- prosesstyringer

Et konvensjonelt SCR-styringssystem er avhengig av kaskade-styringssystemet vist i figur 20. Den

indre PID-styringssløyfen 2010 blir brukt for styring av ammoniakk-strømning 2014 inn i blanderen 2070. Den ytre PID-styringssløyfen 2020 blir brukt for å styre NOx-utslipp. Operatøren er ansvarlig for å innsette settpunktet 2031 for NOx-utslippsfjerningseffektiviteten i den ytre sløyfen 2020. Som vist i figur 21, kan en selektor 2030 benyttes til å plassere en øvre begrensning 2032 på settpunktet 2031 innsatt av operatøren. I tillegg blir et foroverkoblings-signal (eng: feedforward signal) 2221 for belastning (ikke vist i figur 21) ofte benyttet slik at styringen kan håndtere belastningsendringer hensiktsmessig. For slike implementasjoner produserer en belastningssensor 2009 en målt belastning 2809 for kraftgenereringssystemet 110. Denne målte belastningen 2809 blir sendt til en styring 2220 som produserer signalet 2221. Signalet blir kombinert med ammoniakkstrømnings-settpunktet 2021A for å danne et justert ammoniakkstrømnings-settpunkt 2021B, som blir sendt til PID-styringen 2010. PID-en 2010 kombinerer settpunktet 2021B med en målt ammoniakkstrømning 2012 for å danne en ammoniakkstrømnings-VP 2011 som styrer mengden av ammoniakk som blir tilført blanderen 2070.

Fordelene ved denne styringen er at:

1. Standard-styring: Det er en enkel standardstyrings-konstruksjon som blir benyttet for å sikre krav spesifisert av SCR-fabrikant og katalysator-selger. 2. DCS-basert styring: Strukturen er forholdsvis enkel, den kan implementeres i enhetens DCS og den er det minst dyre styringsalternativet som vil sikre utstyrs- og katalysatordrifts-krav.

SCR- driftsutford ringer:

Et antall driftsparametere påvirker SCR-driften:

- Innløpets NOx-belastning,

- Lokalt molart forhold av NOx:ammoniakk,

- Avgasstemperatur, og

- Katalysatorkvalitet, tilgjengelighet og aktivitet.

Driftsutf ord ringene som er tilknyttet styringsskjemaet i figur 20 omfatter følgende:

1. Ammoniakkslipp-måling: Bibeholdelse av ammoniakkslipp under en spesifisert begrensning er kritisk for driften av SCR-en. Ofte er det imidlertid ingen beregning eller online-måling av ammoniakkslipp. Selv om måling av ammoniakkslipp er tilgjengelig, er det ofte ikke inkludert direkte i styringssløyfen. Én av de mest kritiske variablene for drift av en SCR blir følgelig ikke målt.

Driftsformålet for SCR-en er å oppnå detønskete nivået av NOx-fjerning med minimal ammoniakk-"slipp". Ammoniakk-"slipp" er definert som mengden av ikke-reagert ammoniakk i den NOx-"frie" avgasstrømmen. Mens det er liten økonomisk kostnad tilknyttet den faktiske mengden av ammoniakk i ammoniakk-slippet, er det betydelige negative virkninger av ammoniakkslipp: - Ammoniakk kan reagere med S03i avgassen og danne et salt som legger seg på varmeoverførings-flater til luft-forvarmeren. Ikke bare reduserer dette varmeoverføringen over luftforvarmeren, det tiltrekker seg også aske som ytterligere reduserer varmeoverføringen. Ved et visst punkt har varmeoverføringen til luftforvarmeren blitt redusert til punktet hvor forvarmeren må fjernes fra bruk for rensing (vasking). Ved et minimum danner en forvarmer-vasking en reduksjons-hendelse (eng: de-rate event). - Ammoniakk blir også absorbert i katalysatoren (katalysatoren kan betraktes som en ammoniakk-svamp). Brå nedganger i avgass-/NOx-belastningen kan resultere i unormalt høyt momentant ammoniakkslipp. Dette er bare en overgangstilstand - utenfor omfanget av det typiske styringssystemet. Idet det er transient i karakter, kombinerer den sluppete ammoniakken seg fortsatt med S03og saltet som har lagt seg på luftforvarmeren - til tross for kortlivethet, kan den dynamiske transienten betydelig bygge opp saltlaget på luftforvarmeren (og promotere tiltrekning av flyvende aske). - Ammoniakk er også definert som en luftforurensning. Selv om ammoniakkslipp er meget lavt, er ammoniakk meget aromatisk, så selv forholdsvis små spormengder kan danne et luktproblem i lokalsamfunnet. - Ammoniakk blir absorbert på den flyvende asken. Dersom ammoniakk-konsentrasjonen til den flyvende asken blir for stor, kan det tilkomme en betydelig kostnad tilknyttet fjerning av den flyvende asken. 2. Settpunktet for NOx-fjerningseffektivitet: Uten en ammoniakkslipp-måling blir settpunktet 2031 for NOx-fjerningseffektivitet ofte konservativt satt av operatøren/ ingeniørstaben, for å bibeholde ammoniakkslippet godt under slipp-begrensningene. Ved å velge et settpunkt for NOx konservativt, reduserer operatøren/ingeniøren den samlete fjerningseffektiviteten til SCR-en. Det konservative settpunktet for NOx-fjerningseffektivitet kan garantere at en ammoniakkslipp-begrensning ikke blir overskredet, men det resulterer også i en effektivitet som er lavere enn det som ville vært mulig hvis systemet ble drevet nær ammoniakkslipp-begrensningen. 3. Temperatureffekter på SCR-en: Med standard-styringssystemet, er inget forsøk åpenbart for å styre SCR-innløpsgasstemperaturen. Vanligvis er det implementert en eller annen metode for å sikre at gasstemperåturen er innenfor akseptable grenser, som vanligvis forhindrer ammoniakkinjeksjon dersom temperaturen er under en minstegrense. Det blir i de fleste tilfeller ikke foretatt noe forsøk på å faktisk styre eller optimalisere temperaturen. Videre, ingen endringer i NOx-settpunktet blir foretatt basert på temperatur og heller ikke basert på temperaturprofil. 4. NOx- og hastighetsprofil: kjeleoperasjoner og kanaler bidrar til å danne ikke-uniform distribusjon av NOx overflaten til SCR-en. For minimal ammoniakkslipp må forholdet NOx:ammoniakk bli styrt og være uten uniform blanding, denne styringen må være lokal for å unngå punkter med høyt ammoniakkslipp. NOx-distribusjonsprofilen er dessverre en funksjon av ikke bare kanalene, men også kjeledriften. Så, endringer i kjeledrift påvirker NOx-distribusjonen. Standardstyringer tar ikke hensyn til det faktum at NOx-innløps- og -hastighetsprofiler for SCR-en sjelden er uniforme eller statiske. Dette resulterer i over-injeksjon av reagens i noen deler av kanaltverrsnittet for å sikre passende reagens i andre områder. Resultatet erøket ammoniakkslipp for en gitt NOx-fjerningseffektivitet. Igjen, operatøren/ingeniør-staben reagerer ofte på feilfordeling med å senke NOx-settpunktet.

Det skal forstås at NOx-innløps- og -utløpsanalysatorene 2003 og 2004 kan være en enkel analysator eller en form for analyserekke. I tillegg til den gjennomsnittlige NOx-konsentrasjonen, ville et flertall analyseverdier tilveiebringe informasjon om NOx-distribusjonen/-profilen. For å gjøre fordel av den ytterligere NOx-distribusjonsinformasjonen, ville det krevet et flertall ammoniakkstrømnings-styringer 2010 med noe intelligens for dynamisk å distribuere den totale ammoniakkstrømmen blant forskjellige områder av injeksjonsgitteret, slik at ammoniakkstrømmen mer nøyaktig samsvarer med den lokale NOx-konsentrasjonen.

5. Dynamisk styring: Standardstyringen tilveiebringer heller ikke effektiv dynamisk styring. Det vil si, når innløpsforholdene til SCR-en endres, slik at det kreves modulering av ammoniakkinjeksjons-raten, er det usannsynlig at tilbakemeldings-styringen av NOx-reduksjonseffektivitet vil være i stand til å forhindre betydelig avvik i denne prosessvariabelen. Hurtige belastningsendringer og prosesstid-forsinkelser er dynamiske hendelser, som kan forårsake betydelige prosessavvik. 6. Katalysator-forfall: Katalysatoren forfaller over tid og reduser fjerningseffektiviteten av SCR ogøker ammoniakkslippet. Styringssystemet må ta hensyn til denne degenereringen for å maksimere NOx-fjerningsraten. 7. Løpende gjennomsnitts-utslipp: Mange lovregulerte utslippstillatelser tilveiebringer grenser for både momentant utslipp og en form for løpende gjennomsnitt-utslipp. For å ta hensyn til dynamiske prosessavvik, er den momentane utslippsgrensen høyere enn den løpende gjennomsnittsgrensen; kontinuerlig drift ved den momentane utslippsgrensen ville resultert i overskridelse av den løpende gjennomsnittsgrensen. Den løpende gjennomsnitts-ustslippsgrensen er et gjennomsnitt av den momentane utslippsverdien over et bevegende, eller løpende, tidsvindu. Tidsvinduet kan være så kort som 1 time eller så langt som 1 år. Noen typiske tidsvinduer er 1 time, 3 timer, 24 timer, 1 måned og 1 år. Automatisk styring av de løpende gjennomsnittene er ikke tatt hensyn til i standardstyringen. De fleste NOx-utslippstillatelser er tilknyttet de regionale 8-timers løpende gjennomsnittlige NOx-konsentrasjonsgrensene for omgivende luft.

Operatører setter typisk et ønsket settpunkt 2031 for NOx-fjerningseffektivitet for SCR-en og foretar mindre justeringer basert på sjelden testinformasjon fra den flyvende asken. Det gjøres lite anstrengelser for å forbedre dynamisk styring av SCR-en under belastningsendringer eller for å optimalisere driften av SCR-en. Valg av optimal momentan, og om mulig, løpende-gjennomsnitt NOx-fjerningseffektivitet er også et sjeldent og skiftende problem på grunn av økonomi, lovmessigheter/kreditt, og prosesspørsmål som er lignende de tilknyttet optimal drift av WFGD-en.

Andre APC-prosesser fremviser problemer tilknyttet:

- Styring/optimalisering av dynamisk drift av prosessen,

- Styring av biprodukt-/sideprodukt-kvalitet,

- Styring av løpende gjennomsnittsutslipp, og

- Optimalisering av APC-verdien.

Disse problemene er i andre prossesser lignende til det som er beskrevet ovenfor for WFGD-en og SCR-en.

EP 2 965 500 A viser en metode for å fjerne hydrogenklorid fra en eksos fra et forbrenningsanlegg.

EP 866 395 Al viser en metode og enhet for å styre mengden av et behandlingsmedium som tilføres for å redusere nitrogenkonsentrasjonen i en eksos fra forbrenningsanlegg.

EP 1 382 905 Al viser en metode for å bestemme en materialblanding som tilføres en ovn verd å bestemme føringer for operasjoner av ovnen, samt bestemme en kostfunksjon som representerer de totale driftskostnader for ovnen og bestemme tilførselshastighetskurven for råmaterialet som optimaliserer kostfunksjoner samt tilfredsstiller føringer.

WO 03/065135 Al beskriver et styringssystem for en motor til bruk ved styring under transienter, for eksempel endring i kraftbehov, forhold mellom luft/drivstoff (AFR) og mengde eksosgassresirkulasjon.

US patentskrift 5,386,376 A beskriver et kontinuerlig overvåkningssystem for utslipp i et produksjonsanlegg som genererer utslipp, som inkluderer et styringssystem assosiert med et virtuelt sensornettverk som har evaluering av sensorene.

US patentskrift 6,168,709 A beskriver en metode for produksjon av en petroleumskoks av førsteklasses drivstoffkvalitet og en nyskapende omgivelsesreguleringsteknikk utviklet for optimal utnyttelse av de unike karakteristiske trekkene ved den oppgraderte petroleumskoksen.

Oppfinnelsen

Oppfinnelsen framgår av den karakteriserende del av patentkrav 1. Ytterligere fordelaktige trekk framgår av de respektive uselvstendige kravene.

I samsvar med oppfinnelsen styrer en kontroller driften av et luftforurensnings-styringssystem (APC - air pollution control) som utfører en prosess for styring av utslipp av en forurensning. Prosessen har multiple prosessparametre (MPP-er - multiple process parameters). Én eller flere av MPP-ene er en styrbar prosessparameter (CTPP - controllable process parameter) og én av MPP-ene er en mengde av forurensningen (AOP - amount of the pollutant) som slippes ut av systemet. En innmatingsanordning er konfigurert til å identifisere et optimaliseringsmål, så som å minimere den utsluppete AOP-en eller å minimere driftskostnaden for systemet. Innmatingsanordningen kan, for eksempel, være en bruker-innmatingsanordning, så som et tastatur eller mus, eller en annen type innmatingsanordning, så som en nettverks-server tilkoblet porten via et kommunikasjonsnettverk.

Styringen omfatter en kontrollerprosessor, som kan ha form som eller danne en del av en datamaskin (PC) eller en annen type beregningsenhet. Styringsprosessen kan noen ganger refereres til som eller være en del av en multivariabel prosesstyring. Kontrollerprosessoren er konfigurert med logikk, for eksempel programvare-programmering eller en annen type programmert logikk, for å fastsette et settpunkt for i det minste én av CTPP-ene, basert på de gjeldende verdiene til MPP-ene, det vil si basert på én eller flere av de gjeldende MPP-verdiene, og det identifiserte optimaliseringsmålet. Styringen anviser så styring av én CTPP, basert på det fastsatte settpunktet for den CTPP-en.

I samsvar med et aspekt av oppfinnelsen omfatter styringen enten en neuralnettverks-prosessmodell eller en ikke-neuralnettverks-prosessmodell, som representerer sammenhenger mellom hver av CTPP-ene og den utsluppete AOP-en, og kontrollerprosessoren fastsetter settpunktet også basert på den ene modellen. Den anvendte modellen kan omfatte en grunnprinsipp-modell, en hybridmodell eller en regresjonsmodell.

Prosessen vil typisk ha en definert AOP-verdi (AOPV) som representerer et mål eller en grense for en faktisk verdi til den utsluppete AOP-en. Det skal forstås at den faktiske verdien kan måles eller beregnes. AOPV-en kan, for eksempel, være en lovbestemt begrensning på den faktiske verdien av den utsluppete AOP-en, så som en grense på en momentan eller gjennomsnittlig verdi av den utsluppete AOP-en, eller en annen type mål eller grense. Med AOPV-en definert, kan det identifiserte optimaliseringsmålet være å bibeholde den utsluppete AOP-en ved et nivå under AOPV-en. Dersom optimaliseringsmålet er å bibeholde den utsluppete AOP-en en spesifisert mengde eller innenfor et spesifisert område under AOPV-en, vil kontrollerprosessoren fastsette settpunktet basert også på AOPV-en. Det vil si, de gjeldende verdiene til MPP-ene, det identifiserte optimaliseringsmålet og AOPV-en vil bli betraktet ved fastsettelse av hvert settpunkt.

Det skal også erkjennes av utførelsen av noen APC-prosesser resulterer i at et biprodukt blir produsert, for eksempel gips. I så tilfelle kan det identifiserte optimaliseringsmålet være å stabilisere, maksimere eller å minimere en mengde av det produserte biproduktet. Dersom et biprodukt blir produsert kan én av MPP-ene være en kvalitet til det produserte biproduktet (QPBP - quality of the produced by-product), og prosessen har en definert QPBP-verdi (QPBPV) som representerer en grense for den faktiske kvaliteten til QPBP-en, for eksempel en minste kvantitets-verdi, og det identifiserte optimaliseringsmålet kan være å bibeholde QPBP ved et nivå enten ved, over eller under QPBPV-en. Enten det identifiserte optimaliseringsmålet er å bibeholde QPBP ved et nivå i forhold til QPBPV-en eller ikke, vil imidlertid kontrollerprosessoren fordelaktig fastsette settpunktet basert også på QPBPV-en. Det vil si, de gjeldende verdiene til MPP-ene, omfattende QPBP-en, det identifiserte optimaliseringsmålet og QPBPV-en vil bli betraktet ved fastsettelse av hvert settpunkt.

For eksempel kan systemet være et svovelfjemings-system for våt avgass (WFGD - wet flue gas desulfurization) som mottar S02-mettet våt avgass, anvender kalkoppslemming til å fjerne S02fra den mottatte S02-mettete våte avgassen og således styre utslipp av S02, og slipper ut avsvovlet avgass. I så tilfelle vil AOP-en være en mengde av S02i den utsluppete avsvovlete avgassen, og MPP-ene vil typisk omfatte en første parameter som korresponderer med en pH til den anvendte kalkoppslemmingen og en andre parameter som korresponderer med en distribusjon av kalkoppslemmingen, hvorved én eller begge av hvilke også kan være CTPP-er. Som vil forstås av en fagmann kan pH-en til kalkoppslemmingen representeres av en målt eller beregnet pH-verdi og/eller en verdi som korresponderer med en mengde av den anvendte oppslemmingen. Distribusjonen blir ofte representert av det som vanligvis karakteriseres som pumpe-oppstillingen (eng: pump line-up), og angår vanligvis det nivået i en absorbator som oppslemmingen blir pumpet til.

Et settpunkt kan bli fastsatt for én av disse parameterne basert på (i) den gjeldende verdien til den parameteren, (ii) mengden avS02i den utsluppete, avsvovlete avgassen og (iii) det identifiserte optimaliseringsmålet, for eksempel å minimere mengden av S02i den utsluppete avgassen. Kontrollerprosessoren anviser så styring av én parameter basert på det fastsatte settpunktet for den parameteren, for å optimalisere WFGD-systemdriften for det identifiserte optimaliseringsmålet. Det skal forstås at det fastsatte settpunktet henvist til ovenfor kan være ett av mange fastsatte settpunkter, for eksempel kan settpunkter for både de første og andre parameterne fastsettes, hvorved styring av én eller flere parametere blir anvist basert på de fastsatte settpunktene for å optimalisere WFGD-systemdriften for det identifiserte optimaliseringsmålet.

WFGD-systemet anvender typisk også oksidasjonsluft for å krystallisere S02-et som er fjernet fra den mottatte S02-mettete våte avgassen og således å produsere gips som et biprodukt av fjerningen av S02fra den mottatte S02-mettete våte avgassen. Følgelig, MPP-ene vil vanligvis også omfatte en tredje parameter som korresponderer med en mengde av anvendt oksidasjonsluft, som også kan være en annen CTPP. I så tilfelle kan et settpunkt også eller alternativt bli fastsatt for disse parameterne basert på (i) dets gjeldende verdi, (ii) mengden av S02 i den utsluppete avsvovlete avgassen og (iii) det identifiserte optimaliseringsmålet, for eksempel for å øke kvaliteten til gips-biproduktet til et bestemt nivå eller innenfor et bestemt område. Kontrollerprosessoren kan så anvise styring av denne tredje parameteren basert på dens fastsatte settpunkt for å optimalisere WFGD-systemdriften for det identifiserte optimaliseringsmålet.

På den annen side kan systemet være et selektivt, katalytisk reduksjonssystem (SCR - selective catalytic reduction) som mottar NOx-mettet avgass, anvender ammoniakk og fortynningsluft for å fjerne NOx fra den mottatte NOx-mettete avgassen og således styre utslipp av NOx, og slipper ut avgass med redusert NOx. I dette tilfellet er AOP-en en mengde av NOxi den utsluppete avgassen, og MPP-ene vil omfatte en parameter som korresponderer med en mengde av den anvendte ammoniakken. Denne parameteren vil typisk være en CTPP.

Kontrollerprosessoren kan derfor fastsette settpunktet for denne parameteren basert på (i) dens gjeldende verdi, (ii) mengden av NOx i den utsluppete avgassen og (iii) det identifiserte optimaliseringsmålet, og anvise styring av parameteren basert på det fastsatte settpunktet for å optimere SCR-systemdriften for det identifiserte optimaliseringsmålet. Det skal erkjennes at MPP-ene til en SCR-prosess også typisk omfatter mengden av ammoniakk i den utsluppete avgassen, og derfor kan kontrollerprosessoren, omønskelig, fastsette settpunktet for parameteren som korresponderer med en mengde av den anvendte ammoniakken, basert også på en gjeldende verdi av mengden av ammoniakk i den utsluppete avgassen.

Kort beskrivelse avtegningene

Figur 1 er et blokkdiagram som viser en oversikt over et konvensjonelt våt avgass svovelfjernings-delsystem (WFGD).

Figur 2 viser ytterligere detaljer ved visse aspekter til WFGD-delsystemet vist i figur 1.

Figur 3 viser ytterligere i detalj andre aspekter ved WFGD-delsystemet vist i figur 1.

Figur 4 er en graf av S02-fjerningseffektivitet mot gipsrenhet, som en funksjon av pH.

Figur 5A viser en WFGD-begrensningsboks med WFGD-prosessytelse innenfor en komfort-sone. Figur 5B viser WFGD-begrensningsboksen i figur 5A med WFGD-prosessytelsen optimalisert, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Figur 6 viser et funksjonelt blokkdiagram av et eksempel for en MPC-styringsarkitektur, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Figur 7 viser komponenter til et eksempel av en MPC-styring og -estimator egnet for bruk i arkitekturen vist i figur 6. Figur 8 viser ytterligere detaljer ved prosesseringsenheten og lagringsdisken til MPC-styringen vist figur 7, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Figur 9 viser et funksjons-blokkdiagram for estimatoren i MPC-styringen, som detaljert vist i figur 8.

Figur 10 viser en flerlags MPCC-arkitektur, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen.

Figur 11A viser en grensesnitt-skjerm, presentert av flerlags MPC-styringen til brukeren, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Figur 11B viser en annen grensesnitt-skjerm presentert av en flerlags MPC-styring for betrakning, modifisering og/eller tillegging av planlagte avbrudd, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Figur 12 viser et ekspandert riss av flerlags MPCC-arkitekturen i figur 10, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Figur 13 viser et funksjons-blokkdiagram for grensesnitt mot en MPCC, omfattende en estimator, med DCS-en for WFGD-prosessen, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Figur 14A viser en DCS-skjerm for overvåkning av MPCC-styringen, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Figur 14B viser en annen DCS-skjerm for innføring av lab-verdier og/eller andre verdier, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Figur 15A viser et WFGD-delsystem hvor delsystemets samlete operasjoner styres av en MPCC, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Figur 15B viser MPCC-en som styrer WFGD-delsystemet vist i figur 15A, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Figur 16 viser ytterligere detaljer av visse aspekter av WFGD-delsystemet vist i figur 15A i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, som korresponderer med de vist i figur 2. Figur 17 viser videre detaljer av WFGD-delsystemet vist i figur 15A i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, som korresponderer med de vist i figur 3. Figur 18 viser videre andre detaljer av WFGD-delsystemet vist i figur 15A, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Figur 19 viser videre detaljer av aspekter av MPCC-en vist i figur 15B, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Figur 20 er et blokkdiagram som viser et overblikk av en typisk selektiv katalytisk reduksjonsenhet

(SCR).

Figur 21 viser det konvensjonelle prosesstyringsskjemaet for SCR-delsystemet.

Figur 22 viser, i detalj, prosesseringsenheten og lagringsdisken til MPC-styringen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Figur 23A viser et SCR-delsystem hvor de samlete operasjoner til delsystemet blir styrt av en MPCC, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Figur 23B viser videre, i detalj, aspekter ved MPCC-en vist i figur 23A, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av foretrukket(e) utførelsesform(er) av oppfinnelsen

Som demonstrert er effektiv og effektfull drift av WFGD- og lignende delsystemer nå mer kompleks enn noen gang før. Videre, det er sannsynlig at denne kompleksiteten vil fortsette å øke i kommende år med ytterligere konkurransepress og ytterligere forurensnings-regulering. Konvensjonelle prosesstyrings-strategier og teknikker er ute av stand til å håndtere disse komplekse forholdene og er således ikke egnet for optimal styring av slik drift.

I et forretnings-miljø, som dynamisk endrer seg i løpet av et delsystems utnyttbare driftsliv, er detønskelig å maksimere den kommersielle verdien til delsystemets drift ved et hvilket som helst gitt tidspunkt. Denne verdioptimaliseringen kan være basert på faktorer som ikke ennå er tatt i betraktning i konvensjonell prosesstyrings-strategi. For eksempel, i et forretningsmiljø, hvor et marked eksisterer for handel med lovregulerte kreditter, kan effektiv delsystemdrift tilsi at ytterligere lovregulerte kreditter kan dannes og selges for å maksimere verdien av delsystemet, til tross for de ekstra driftskostnadene som kan tilkomme for å generere slike kreditter.

Følgelig, i stedet for en enkel strategi for å maksimere S02-absorbsjon, minimere driftskostnader og å imøtekomme biprodukt-kvalitetsspesifikasjon, kan en mer kompleks strategi bli benyttet for å optimalisere delsystem-drift uten hensyn til om S02-absorbsjon blir maksimert eller ikke, driftskostnader blir minimert eller om biprodukt-kvalitetsspesifikasjonen blir imøtekommet. Videre, ikke bare kan verktøy tilveiebringes for hovedsakelig å forbedre delsystem-styring, så som forbedret delsystemstyring kan bli helt automatisert. Følgelig kan drift bli automatisert og optimalisert, ikke bare driftsparametere og driftsbegrensninger, men også i forhold til det forretningsmessige. Delsystemet kan bli automatisk styrt til å drive meget nær eller til og med presis på det lovregulerte tillatelsesnivået, når markedsverdien til genererte lovbestemte kreditter er mindre enn de ytterligere driftskostnadene for delsystemet for produksjon av slike kreditter. Delsystemet kan imidlertid også bli automatisk styrt til å justere slik drift til å drive under det lovbestemte tillatelsesnivået, og således å generere lovbestemte kreditter, når markedsverdien til genererte lovbestemte kreditter er større enn de ytterligere driftskostnadene for delsystemet ved produksjons av slike kreditter. Den automatiske styringen kan faktisk drive delsystemet til å drive for å fjerne så mye S02som mulig, opp til den marginale dollarverdien, det vil si hvor verdien av utlippskreditter tilsvarer prosesseringskostnader for å danne kreditten.

Oppsummert krever optimalisert drift av WFGD- og lignende delsystemer betraktning av ikke bare komplekse prosesser og lovregulerte faktorer, men også komplekse forretningsmessige faktorer, og dynamiske endringer i disse forskjellige typer faktorer. Optimalisering kan kreve betraktning av forretningsmessige faktorer som er lokale, for eksempel frakobling av én av de multiple WFGD-prosesseringsenhetene, og/eller regionale, for eksempel frakobling av en annen enhets WFGD-prosesseringsenhet som driver innenfor regionen, eller til og med globale. Markedspriser for, for eksempel, lang-tids og kort-tids S02-lovregulerte kreditter, som varierer mye og dynamisk, kan også måtte bli tatt i betraktning ved optimalisering av drift.

Følgelig bør slik styring fortrinnsvis være i stand til å justere drift til enten å minimere S02-fjerning, som er underlagt lovregulert tillatelse, eller å maksimere S02-fjerning. Evnen til å foreta slike justeringer vil tillate delsystem-eieren å ta fordel av en dynamisk endring i den lovregulerte kredittverdien, og å generere kreditter med ett delsystem for å utligne drift av et annet av sine delsystemer som drives utenfor tillatelsesgrensen, eller å ta fordel av en eier av et annet delsystem sitt behov for å kjøpe lovregulerte kreditter for å utligne drift av det delsystemet utenfor tillatelsesgrensen. Videre, styringene bør også fortrinnsvis være i stand til å justere drift igjen så snart genereringen av ytterligere lovregulerte kreditter ikke lenger er fordelaktige. Sagt på en annen måte, styringssystemet bør kontinuerlig optimalisere drift av APC-verdien i forhold til utstyrs-, prosess-, lovreguleringsmessige og forretningsmessige begrensninger.

Ettersom det ikke er noe motiv for å overskride den nødvendige renheten på gips-biproduktet, bør styringene fortrinnsvis forenkle driftsoptimaliseringen til å korrespondere med kvaliteten til gips-biproduktet med gipskvalitet-spesifikasjonen eller andre salgsvilkår. Optimalisert styring bør forenkle unngåelsen av kalkblinding ved å forutse og å foreta handlinger for å justere 02-nivået i lys av detønskete S02-absorbsjonsnivået, og gipsproduksjons-kravene.

Som omtalt ovenfor, styring av utslipp mot et løpende gjennomsnitt er et komplekst problem. Dette er fordi, i det minste delvis, tidsvinduet for det løpende gjennomsnittet alltid beveger seg forover, og ved et hvilket som helst tidspunkt er multiple tidsvinduer aktive. Aktive vinduer strekker seg fra den gitte tiden til tidligere tider og andre aktive vinduer strekker seg fra den gitte tiden til tider i fremtiden.

Håndtering av løpende gjennomsnitts-utslippene krever integrering av alle utslippene i løpet av tidsvinduet til det løpende gjennomsnittet. Følgelig, for å optimalisere utslipp mot et løpende gjennomsnitts-mål kreves det at et momentant utslippsmål blir valgt, som tar hensyn til de faktiske tidligere utslippene og predikerte fremtidige utslippene eller driftsplaner, for alle de "aktive" tidsvinduene.

For eksempel, optimalisering av et firetimers løpende gjennomsnitt krever betraktning av multiple tidsvinduer, av hvilke det første starter 3 timer og 59 minutter tilbake i tid og ender ved den aktuelle tiden, og det siste av hvilke starter ved den aktuelle tiden og ender 4 timer inn i fremtiden. Det skal erkjennes at med ett-minutts "oppløsning" i hvert tidsvindu, vil optimalisering av dette relativt korte firetimers løpende gjennomsnittet involvere å velge et momentant mål som tilfredsstiller begrensninger til 479 tidsvinduer.

Fastsettelse av løpende gjennomsnitts-målet for et enkelt integrert tidsvindu omfatter først beregning av de totale tidligere utslippene i det integrerte tidsvinduet, og så, for eksempel, predikering av en rate for fremtidige utslipp for resten av det enkelte integrerte tidsvinduet som vil resultere i gjennomsnitts-utslipp under det enkelte integrerte tidsvinduet som er ved eller under den løpende gjennomsnitts-grensen. Fremtidige utslipp starter ved det nåværende tidspunktet. For å være nøyaktig må fremtidige utslipp imidlertid også omfatte en prediksjon av utslipp fra drift under det gjenværende av det enkelte integrerte tidsvinduet.

Det skal forstås at jo lengre tidsvinduet er, jo vanskeligere er det å predikere fremtidige utslipp. For eksempel, utslipp fra drift gjennom de neste få timer kan predikeres temmelig nøyaktig, men utslipp fra drift gjennom de neste 11 måneder er vanskeligere å predikere fordi faktorer, så som sesongvariasjon og planlagte avbrudd, må tas i betraktning. I tillegg kan det være nødvendig å tillegge en sikkerhetsmargin for ikke-planlagte avbrudd eller kapasitetsbegrensninger i delsystemet.

Følgelig, for å optimalisere WFGD-prosessen, for eksempel for å minimere driftskostnadene og/eller å maksimere S02-fjeming, mens prosessen bibeholdes innenfor driftsbegrensningene, må optimale settpunkter for WFGD-prosessen fastsettes automatisk.

I utførelsesformene av oppfinnelsen, som er beskrevet i detalj nedenfor, er en modellbasert multivariabel prediktiv styrings-tilnærming (MPC - multivariable predictive control) benyttet for å tilveiebringe optimal styring av WFGD-prosessen. Generelt tilveiebringer MPC-teknologi multippel innmating, multippel utmating dynamisk styring av prosesser. Som vil erkjennes av en fagmann, ble MPC-teknologi først utviklet i den siste halvdelen av 1970-årene. Teknisk innovasjon på området fortsetter i dag. MPC omfatter et antall modell-baserte styringsteknikker eller -metoder. Disse metodene tillater styringsingeniøren å håndtere komplekse, samvirkende, dynamiske prosesser mer effektivt enn det som er mulig med konvensjonell PID-type tilbakekoblete styringssystemer. MPC-teknikker er i stand til å styre både lineære og ikke-lineære prosesser.

Alle MPC-systemer bruker eksplisitt dynamiske modeller til å predikere fremtidig prosess-adferd. En spesifikk styringshandling blir så beregnet for å minimere en objektiv funksjon (eng: objective function). Til slutt blir en vikende horisont (eng: receding horizon) implementert, hvorved horisonten ved hvert tidsinkrement blir vist ett inkrement mot fremtiden. Også, ved hvert inkrement blir bruken av det første styringssignalet, som korresponderer med styringshandlingen til sekvensen beregnet ved det trinnet, foretatt. Det finnes et antall kommersielle programmer tilgjengelige for styringsingeniører, så som Generalized Predictive Control (GPC), Dynamic Matrix Control (DMC) og Pegasus' Power Perfecter™. Comancho og Bordons tilveiebringer et ypperlig overblikk over MPC-temaet i Model Predictive Control, Springer-Verlag London, Ltd. 1999, mens Lennart Ljunds System Identification, Theoryfor the User, Prentice-Hall, Inc. 2. utg. 1999, er det klassiske arbeidet om den dynamiske modelleringen av en prosess som er nødvendig for faktisk å implementere MPC.

MPC-teknologi blir som oftest benyttet i en oppsyns-modus for å foreta operasjoner som vanligvis gjøres av operatøren i stedet for å erstatte grunnleggende underliggende reguleringsstyring implementert av DCS-et. MPC-teknologi er i stand til automatisk å balansere konkurrerende mål og prosessbegrensninger ved bruk av matematiske teknikker for å tilveiebringe optimale settpunkter for prosessen.

MPC-en vil typisk omfatte egenskaper som:

Dynamiske modeller: En dynamisk modell for prediksjon, for eksempel en ikke-lineær dynamisk modell. Denne modellen er enkel å lage ved bruk av parametrisk og trinnvis testing av anlegget. Høy kvalitet på den dynamiske modellen er nøkkelen til ypperlig optimalisering og styringsytelse. Dynamisk identifikasjon: Prosessdynamikk, eller hvordan prosessen endres overtid, blir identifisert ved bruk av annleggstrinn-tester. Basert på disse trinntestene blir en optimaliserings-basert algoritme brukt til å identifisere anleggets dynamikk.

Stabil tilstand-optimalisering: Stabil tilstands-optimalisatoren blir brukt for å finne det optimale driftspunktet for prosessen.

Dynamisk styring: Den dynamiske styringen blir brukt for å beregne de optimale styringsbevegelser rundt en stabil tilstands-løsning. Styringsbevegelser blir beregnet ved bruk av en optimalisator. Optimalisatoren blir brukt for å minimere en brukerspesifisert kostnadsfunksjon som er underlagt et sett med begrensninger. Kostnadsfunksjonen blir beregnet ved bruk av den dynamiske modellen for prosessen. Basert på modellen, kostnadsfunksjonen og begrensninger, kan optimale styringsbevegelser beregnes for prosessen.

Dynamisk tilbakekobling: MPC-styringen bruker dynamisk tilbakekobling for å oppdatere modellene. Ved å bruke tilbakekobling kan effektene av forstyrrelser, modellfeil og sensorstøy reduseres mye.

Avanserte justeringsegenskaper: MPC-styringen tilveiebringer et komplett sett av justeringsegenskaper. For manipulerte variabler kan brukeren sette denønskete verdien og koeffisienten; bevegelsesstraff-faktor; en nedre og øvre grense; endringsrate-begrensninger; og øvre og nedre faste (eng: hard) begrensninger. Brukeren kan også bruke utmatingen til stabil tilstands-optimalisatoren for å sette denønskete verdien til en manipulert verdi. For styrte variabler kan brukeren sette denønskete verdien og koeffisienten; feil feilvektinger; grenser; prioriterte faste og buetrakt-begrensninger (eng: trajectory funnel constraints).

Simuleringsmiljø: Et ikke-tilkoblet simuleringsmiljøer tilveiebrakt for initial testing og justering av styringen. Simuleringsmiljøet tillater undersøkelse av modellfeil og muligheter for å avvise forstyrrelser.

Tilkoblet system: MPC-styringsalgoritmen er fortrinnsvis implementert i en standardisert programvare-server som kan drives på et standard, kommersielt operativsystem. Serveren kommuniserer med et DCS gjennom et standardisert grensesnitt. Ingeniører og operatører kan fordelaktig betrakte utmatings-prediksjonene til MPC-algoritmen ved bruk av et grafisk brukergrensesnitt (GUI - graphical user interface).

Robust feilhåndtering: Brukeren spesifiserer hvordan MPC-algoritmen bør respondere på feil i innmatingene og utmatingene. Styringen kan bli slått av dersom feil forekommer i kritiske variabler eller den sist kjente gode verdien kan bli benyttet for ikke-kritiske variabler. Ved hensiktsmessig håndtering av feil, kan driftstiden for styringen maksimeres.

Virtuelle tilkoblete analysatorer: I tilfeller hvor direkte målinger av en prosessvariabel ikke er tilgjengelig, tilveiebringer miljøet infrastrukturen for implementering av programvare-basert virtuell tilkoblet analysator (VOA - virtual on-line analyzer). Ved bruk av dette MPC-verktøyet, kan en modell av denønskete prosessparameteren utvikles ved bruk av historiske data fra anlegget, omfattende lab-data om dette er hensiktsmessig. Modellen kan så mates til sanntids-prosessvariabler og predikere, i sanntid, en ikke-målt prosessvariabel. Denne prediksjonen kan så bli benyttet i den modell-prediktive styringen.

Optimalisering av WFGD-prosessen

Som vil bli beskrevet i nærmere detalj nedenfor, kan S02-fjerningseffektiviteten forbedres, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Det vil si, S02-fjerningsraten fra enheten kan maksimeres og/eller optimaliseres, med samtidig imøtekommelse av de nødvendige ellerønskete begrensningene, så som en gipsrenhets-begrensning, momentan utslippsgrense og løpende utslippsgrense. Videre, driftskostnader kan også eller alternativt minimeres eller optimaliseres. For eksempel, oppslemmingspumper kan bil automatisk slått av når avgassbelastningen til WFGD-en blir redusert. I tillegg, oksidasjonsluft-strømning og S02-fjerning kan også eller alternativt bli dynamisk justert for å hindre kalkblindings-forhold. Ved bruk av MPC-styringen beskrevet heri, kan WFGD-prosessen håndteres nærmere begrensningene, og oppnåøket ytelse, sammenlignet med WFGD-prosesser som styres på konvensjonell måte.

Figurene 5A og 5B viser WFGD-"begrensnings"-bokser 500 og 550. Som vist, ved å identifisere prosess- og utstyrs-begrensninger 505-520, og ved å bruke prosess-baserte stabil tilstand-sammenhenger mellom multiple uavhengige variabler (MV-er) og de identifiserte begrensningene, det vil si de avhengige/styrte variablene, er det mulig å avbilde begrensningene i et felles "rom" i form av MV-er. Dette rommet er et n-dimensjonalt rom hvor n er lik antallet frihetsgrader eller antallet på manipulerte MV-er i problemet. Imidlertid, dersom vi for illustrasjonsformål antar at vi har to frihetsgrader, det vil si to MV-er, er det mulig å representere systembegrensningene og sammenhengene ved bruk av et to-dimensjonalt (X-Y) plottdiagram.

Prosess- og utstyrsbegrensningene avgrenser et ikke-null løsningsrom, som er vist som områdene med mulig drift 525. En løsning i dette rommet vil tilfredsstille begrensningene til WFGD-delsystemet.

Alle WFGD-delsystemer fremviser noen grad av variabilitet. Det henvises til figur 5A. Den typiske konvensjonelle driftsstrategien er å komfortabelt plassere den normale WFGD-delsystemvariabiliteten innenfor en komfort-sone 530 til det mulige løsningsrommet 525 - dette vil generelt sikre sikker drift. Holding av drift innenfor komfortsonen 530 holder driften vekk fra områder med umulig/uønsket drift, det vil si borte fra områder utenfor det mulige området 525. Distribuert styringssystem(DCS)-alarmer blir typisk satt ved eller nære grensene for målbare begrensninger for å varsle operatører om et forestående problem.

Mens det er sant at et hvilket som helst punkt i det mulige rommet 525 tilfredsstiller systembegrensningene 505-520, har forskjellige punkter i det mulige rommet 525 ikke den samme driftskostnaden, S02-absorbsjonseffektiviteten eller produksjonskapasitet for gips-biprodukt. For å maksimere fortjeneste, S02-absorbsjonseffektivitet eller produksjon/kvalitet av gips-biprodukt, eller å minimere kostnadene, kreves det identifisering av det økonomisk optimale punktet for drift innenfor det mulige rommet 525.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelsen kan prosessvariablene og kostnaden og fordelen ved bibeholdelse eller endring av verdiene til disse variablene, for eksempel, bli brukt til å danne en objektiv funksjon som representerer profitt, som i noen tilfeller kan betraktes som en negativ kostnad. Som vist i figur 5B, ved bruk av enten lineære, kvadratiske eller ikke-lineære programmerings-løsningsteknikker, som vil bli beskrevet ytterligere nedenfor, er det mulig å identifisere et optimalt mulig løsningspunkt 555, så som det laveste kostnad- eller maksimal profitt-løsningspunktet i området med mulig drift 525. Ettersom begrensninger og/eller kostnader kan forandre seg når som helst, er det fordelaktig å re-identifisere det optimale mulige løsningspunktet 555 i sanntid, for eksempel hver gang MPC-styringen effektueres.

Den foreliggende oppfinnelsen muliggjør således automatisk re-fastsettelse av prosessdrift fra det konvensjonelle driftspunktet i komfort-sonen 530 til det optimale driftspunktet 555, og fra det optimale driftspunktet 555 til et annet optimalt driftspunkt når en endring skjer i kostnadsbegrensningene. Når det optimale punktet er fastsatt, blir endringene som er nødvendige for verdiene til MV-ene for å forskyve prosessen til det optimale driftspunktet beregnet. Disse nye MV-verdiene blir målverdier. Målverdiene er stabile tilstands-verdier og står ikke for prosessdynamikk. For å bevege prosessen sikkert, må imidlertid prosessdynamikk styres og håndteres også - noe som tar oss til det neste punktet.

For å bevege prosessen fra det gamle driftspunktet til det nye optimale driftspunktet, blir det anvendt prediktive prosessmodeller, tilbakekobling og høyfrekvent utførelse. Ved bruk av MPC-teknikker, blir den dynamiske veien eller kurven til styrte variabler (CV-er) predikert. Ved å bruke denne prediksjonen og å håndtere manipulerte MV-justeringer ikke bare ved den aktuelle tiden, men også i fremtiden, for eksempel nær fremtid, er det mulig å håndtere den dynamiske veien for CV-ene. De nye målverdiene for CV-ene kan beregnes. Da kan også dynamisk feil over denønskete tidshorisonten også beregnes som forskjellen mellom den predikerte veien for CV-en og de nye CV-målverdiene. Igjen, ved bruk av optimaliseringsteori, kan en optimal vei, som minimerer feil, beregnes. Det skal forstås at i praksis får ingeniøren fortrinnsvis lov til å veie feilene slik at noen CV-er blir styrt tettere enn andre. De prediktive prosessmodellene tillater også styring av veien eller kurven fra ett driftspunkt til det neste - så, dynamiske problemer kan unngås under bevegelse til det neste optimale driftspunktet.

Oppsummert tillater den foreliggende oppfinnelsen å bli utført ved så å si et hvilket som helst punkt innenfor området for mulig drift 525, som kan være nødvendig for å optimalisere prosessen for å oppnå så å si et hvilket som helst ønsket resultat. Det vil si, prosessen kan optimaliseres enten målet er å oppnå lavest mulige utslipp, den høyeste kvaliteten eller kvantitet på biproduktet, de laveste driftskostnadene eller et annet resultat.

For tett å tilnærme seg det optimale driftspunktet 555, reduserer MPC-en fortrinnsvis prosess-variabilitet slik at små avvik ikke danner overskridelser av begrensninger. For eksempel, gjennom bruk av prediktive prosessmodeller, tilbakekobling og høyfrekvent utførelse, kan MPC-en dramatisk redusere prosessvariabiliteten til den styrte prosessen.

Stabil tilstand og dynamiske modeller

Som beskrevet i de foregående avsnitt, blir en stabil tilstandsmodell og dynamiske modeller benyttet for MPC-styringen. I denne delen blir disse modellene beskrevet ytterligere.

Stabil tilstands-modeller: Den stabile tilstanden til en prosess for et visst sett av innmatinger er den tilstanden, som er beskrevet av settet med tilknyttete prosessverdier, som prosessen ville oppnådd dersom alle innmatingene ble holdt konstante en lang tidsperiode, slik at tidligere verdier av innmatinger ikke lenger påvirker tilstanden. For en WFGD, på grunn av den store kapasiteten til og forholdsvis langsomme reaksjonen i krystallisatoren i prosesseringsenheten, er tiden for stabil tilstand typisk i en størrelsesorden på 48 timer. En stabil tilstands-modell blir brukt for å predikere prosessverdiene tilknyttet den stabile tilstanden for et sett av prosess-innmatinger.

Grunnprinsipper for stabil tilstands-modell: Én tilnærming for å utvikle en stabil tilstand-modell er å bruke et sett av ligninger som er avledet basert på teknisk kunnskap om prosessen. Disse ligningene kan representere kjente fundamentale sammenhenger mellom prosessinnmatingene og

-utmatingene. Kjente fysiske, kjemiske, elektriske og tekniske ligninger kan brukes til å avlede dette settet av ligninger. Fordi disse modellene er basert på kjente prinsipper, refereres de til som grunnprinsipp-modeller. De fleste prosesser er i utgangspunktet konstruert ved bruk av grunnprinsipp-teknikker og -modeller. Disse modellene er generelt nøyaktige nok til å tilveiebringe sikker drift i en komfort-sone, som beskrevet ovenfor med henvisning til figur 5A. Å tilveiebringe meget nøyaktige modeller basert på grunnprinsipper er imidlertid ofte mer tidkrevende og dyrt. I tillegg, ukjente påvirkninger har ofte betydelige effekter på nøyaktigheten til grunnprinsipp-modeller. Alternative tilnærminger blir derfor ofte brukt for å lage høy-nøyaktige stabile tilstand-modeller.

Empiriske modeller: Empiriske modeller er basert på faktiske data hentet fra prosessen. Den empiriske modellen er bygget ved bruk av en dataregresjons-teknikk for å fastsette forholdet mellom modell-innmatinger og -utmatinger. Data blir mange ganger innhentet i en rekke anleggstester hvor individuelle innmatinger blir beveget for å registrere deres påvirkning på utmatingene. Disse anleggstestene kan vare fra dager til uker for å innhente tilstrekkelig data for de empiriske modellene.

Lineær-empiriske modeller: Lineær-empiriske modeller blir dannet ved å tilpasse en linje, eller et plan i høyere dimensjoner, til et sett med innmatings- og utmatingsdata. Algoritmer for tilpassing av slike modeller er vanlig tilgjengelig, for eksempel tilveiebringer Excel en regresjonsalgoritme for tilpassing av en linje til et sett av empiriske data.

Neuralnettverk-modeller: Neuralnettverk-modeller er en annen form for empiriske modeller. Neuralnettverk tillater at mer komplekse kurver enn en linje blir tilpasset et sett med empiriske data. Arkitekturen og treningsalgoritmen for en neuralnettverk-modell er biologisk inspirert. Et neuralnettverk er dannet av noder som modellerer den grunnleggende funksjonen til en nervecelle. Nodene er tilkoblet med vekter som modellerer de grunnleggende samhandlingene mellom nerveceller i hjernen. Vektene blir satt ved bruk av en treningsalgoritme som etterligner læring i hjernen. Ved bruk av neuralnettverk-baserte modeller kan en mye rikere og mer kompleks modell utvikles enn hva som kan oppnås ved bruk av lineær-empiriske modeller. Prosessammenhenger mellom innmatinger (X-er) og utmatinger (Y-er) kan representeres ved bruk av neuralnettverk-modeller. Fremtidige referanser til neuralnettverk eler neuralnettverk-modeller i dette dokumentet skal forstås som neuralnettverk-baserte prosess-modeller.

Hybrid-modeller: Hybrid-modeller omfatter en kombinasjon av elementer fra grunnprinsipper eller kjente sammenhenger og empiriske sammenhenger. For eksempel, formen på sammenhengen mellom X-ene og Y kan være kjent (grunnprinsipp-element). Sammenhengen eller ligningene omfatter et antall konstanter. Noen av disse konstantene kan fastsettes ved bruk av grunnprinsipp-kunnskap. Andre konstanter vil være meget vanskelige og/eller dyre å fastsette fra grunnprinsipper. Det er imidlertid relativt enkelt og billig å bruke faktiske prosessdata for X-ene og Y og grunnprinsipp-kunnskapen for å konstruere et regresjonsproblem for å fastsette verdiene til de ukjente konstantene. Disse ukjente konstantene representerer det empiriske/regresserte elementet i hybridmodellen. Regresjonen er mye mindre enn en empirisk modell og den empiriske naturen til en hybridmodell er mye mindre fordi modellformen og noen av konstantene er fastsatt basert på grunnprinsipper som bestemmer de fysiske sammenhengene.

Dynamiske modeller: Dynamiske modeller representerer effektene endringer i innmatingene har på utmatingene over tid. Mens stabil tilstand-modeller blir brukt kun for å predikere den endelige hviletilstanden til prosessen, blir dynamiske modeller brukt til å predikere veien som vil bli tatt fra én stabil tilstand til en annen. Dynamiske modeller kan bli utviklet ved bruk av grunnprinsipp-kunnskap, empirisk data eller en kombinasjon av de to. I de fleste tilfeller blir modeller utviklet ved bruk av empirisk data hentet fra en rekke trinn-tester av de viktige variablene som påvirker tilstanden til prosessen.

Pegasus Power Perfecter-modell: De fleste MPC-styringene tillater kun bruk av lineære empiriske modeller, det vil si at modellen er laget av en lineær empirisk stabil tilstand-modell og en lineær empirisk dynamisk modell. Pegasus Power Perfecter™-en tillater at lineære, ikke-lineære, empiriske og grunnprinsipp-modeller blir kombinert for å danne den endelige modellen som blir brukt i styringen, og blir følgelig benyttet for å implementere MPC-en. Én algoritme for å kombinere forskjellige typer av modeller for å danne en endelig modell for Pegasus Power Perfecter-en er beskrevet i U.S. Patentpublikasjon 5,933,345.

WFGD- delsvstem- arkitektur

Figur 6 viser et funksjons-blokkdiagram av arkitekturen til et WFGD-delsystem med modell-prediktiv styring. Styringen 610 omfatter logikk som er nødvendig for å beregne sanntids-settpunkter for de manipulerte MV-ene 615, så som pH og oksidasjonsluft, til WFGD-prosessen 620. Styringen 610 baserer disse beregningene på observerte prosessvariabler (OPV-er) 625, så som tilstanden til MV-er, forstyrrelses-variabler (DV-er - disturbance variables) og styrte variabler (CV-er - controlled variables). I tillegg vil et sett med referanseverdier (RV-er) 640, som typisk har én eller flere tilknyttete parametere, også bli brukt ved beregning av settpunktene til de manipulerte MV-ene 615.

En estimator 630, som fortrinnsvis er en virtuell tilkoblet analysator (VOA - virtual on-line analyzer), omfatter logikk som er nødvendig for å generere estimerte prosessvariabler (EPV-er -

estimated process variables) 635. EPV-er er typiske prosessvariabler som ikke kan måles nøyaktig. Estimatoren 630 implementerer logikken for å generere et sanntids-estimat av drifts-tilstanden til EPV-ene til WFGD-prosessen, basert på aktuelle og tidligere verdier av OPV-ene. Det skal forstås at OPV-ene kan omfatte både DCS-prosessmålinger og/eller lab-målinger. For eksempel, som omtalt ovenfor, renheten til gips kan fastsettes basert på lab-målinger. Estimatoren 630 kan fordelaktig tilveiebringe alarmer for forskjellige typer av WFGD-prosessproblemer.

Styrings- 610 og estimatorlogikken 630 kan implementeres i programvare eller på annen måte. Det skal forstås at, omønskelig, styringen og estimatoren enkelt kan implementeres i en enkel datamaskin-prosess, som vil forstås av en fagmann.

Modellprediktiv-styringsstyring (MPCC - model predictive control controller)

Styringen 610 til figur 6 er fortrinnsvis implementert ved bruk av en modell-prediktiv styring (MPCC). MPCC-en tilveiebringer dynamisk styring av WFGD-prosessen med sanntids multippel-innmating og sanntids multippel-utmating. MPCC-en beregner settpunktene for settet av MV-er basert på verdier til de observerte og estimerte PV-ene 625 og 635. En WFGD MPCC kan bruke en hvilken som helst av, eller en kombinasjon av hvilken som helst av, eller alle av slike verdier, som målt av:

- pH-prober

- oppslemmingstetthets-sensorer

- temperatursensorer

- oksidasjons-reduksjons-potensial(ORP)sensorer

- absorbatornivå-sensorer

- S02-innløps og -utløps/stabel-sensorer

- innløpsavgass-hastighetssensorer

- lab-analyse av absorbator-kjemi (Cl, Mg, Fl)

- lab-analyse av gipsrenhet

- laboratorieanalyse av kalkoppmaling og renhet

WFGD MPCC-en kan også bruke hvilken som helst, eller en kombinasjon av hvilken som helst eller alle av de beregnete settpunktene for styring av følgende:

- kalkmater

- kalkpulverisator

- kalkoppslemmings-strømning

- kjemisk tilsetning/reaktant-matere/ventiler

- oksidasjonsluft-styringsventiler eller spjeld eller blåsere

- pH-ventil eller settpunkt

- resirkulasjons-pumper

- ventiler/pumper for påfyllingsvann-tilsetning og -fjerning

- absorbatorkjemi (Cl, Mg, Fl)

WFGD MPCC-en kan således styre en hvilken som helst, eller en kombinasjon av hvilken som helst eller alle av de følgende CV-ene:

- S02-fjerningseffektivitet

- gipsrenhet

-pH

- oppslemmingstetthet

- absorbernivå

- kalkoppmaling og -renhet

- driftskostnader

MPC-tilnærmingen tilveiebringer fleksibiliteten til optimalt å beregne alle aspekter ved WFGD-prosessen i én samlet styring. En primær utfordring ved drift av en WFGD er å maksimere driftsoverskudd og å minimere driftstap ved å balansere de følgende konkurrerende mål: - Bibeholdelse av S02-fjerningsraten ved en hensiktsmessig rate i forhold til denønskete begrensningsgrensen, for eksempel tillatelsesgrensene eller grenser som maksimerer S02-fjerningskreditter når dette er hensiktsmessig. - Bibeholdelse av gipsrenhet ved en hensiktsmessig verdi med tanke på en ønsket begrensningsgrense, for eksempel gipsrenhets-spesifikasjonsgrensen. - bibeholdelse av driftskostnader ved et hensiktsmessig nivå med tanke på en ønsket grense, for eksempel de minimale elektriske forbrukskostnadene.

Figur 7 viser et eksempel på en MPCC 700, som omfatter både en styring og en estimator, lignende de beskrevet med henvisning til figur 6. Som vil bli beskrevet ytterligere nedenfor, er MPCC-en 700 i stand til å balansere de konkurrerende målene beskrevet ovenfor. I den foretrukkete implementeringen omfatter MPCC-en 700 Pegasus Power Perfecter™-MPC-logikk og neuralbaserte nettverksmodeller. Andre logiske og ikke-neural-baserte modeller kan imidlertid bli brukt i stedet omønskelig, som beskrevet ovenfor og som vil bli forstått av en fagmann.

Som vist i figur 7 omfatter MPCC-en 700 en prosesseringsenhet 705, med multiple l/O-porter 715 og en disklagrings-enhet 710. Disklagrings-enheten 710 kan være én eller flere anordninger av egnet type eller typer, og kan benytte elektronisk, magnetisk, optisk eller en annen form eller former for lagringsmedia. Det skal også forstås at selv om et forholdsvis lite antall l/O-porter er vist, kan prosesseringsenheten omfatte så mange eller så få l/O-porter som er hensiktsmessig for den spesielle implementasjonen. Det skal også forstås at prosessdata fra DCS-et og settpunkter sendt tilbake til DCS-et kan pakkes sammen og overføres som en enkel melding ved bruk av standardprotokoller for kommunikasjon mellom datamaskiner - mens den underliggende datakommunikasjons-funksjonaliteten er essensiell for driften av MPCC-en, er implementasjonsdetaljene godt kjent for en fagmann og ikke relevant for styringsproblemet som er tema heri. Prosesseringsenheten 705 kommuniserer med disklagrings-enheten 710 for å lagre og å hente ut data via en kommunikasjonslink 712.

MPCC-en 700 omfatter også én eller flere innmatings-anordninger for mottak av bruker-innmatinger, for eksempel operatør-innmatinger. Som vist i figur 7 muliggjør et tastatur 720 og en mus 725 manuell innmating av kommandoer eller data til prosesseringsenheten 705, via kommunikasjonslinker 722 og 727 og l/O-porter 715. MPCC-en 700 omfatter også et display 730 for presentasjon av informasjon til brukeren. Prosesseringsenheten 705 kommuniserer informasjonen som skal presenteres for brukeren på displayet 730 via kommunikasjonslinken 733. I tillegg til å muliggjøre kommunikasjonen av brukerinnmating, muliggjør l/O-portene 715 også kommunikasjonen av brukerfri innmating til prosesseringsenheten 705 via kommunikasjonslinker 732 og 734, og kommunikasjonen av erklæringer, for eksempel genererte styringserklæringer, fra prosesseringsenheten 715 via kommunikasjonslinkene 734 og 736.

Prosesseringsenhet, logikk og dynamiske modeller

Som vist i figur 8 omfatter prosesseringsenheten 705 en prosessor 810, minne 820 og et grensesnitt 830 for muliggjøring av mottak og sending av l/O-signaler 805 via kommunikasjonslinkene 732-736 i figur 7. Minnet 820 er typisk av typen RAM (random access memory). Grensesnittet 830 muliggjør interaksjon mellom prosessoren 810 og brukeren via tastaturet 720 og/eller musen 725, samt mellom prosessoren 810 og andre enheter som vil bli beskrevet ytterligere nedenfor.

Som også vist i figur 8, lagrer disklagringsenheten 710 estimeringslogikk 840, predikasjonslogikk 850, styringsgeneratorlogikk 860, en dynamisk styringsmodell 870 og en dynamisk estimeringsmodell 880. Den lagrete logikken blir utført i samsvar med de lagrete modellene for styring av WFGD-delsystemet for å optimalisere drift, som vil bli forklart i ytterligere detalj nedenfor. Disklagrings-enheten 710 omfatter også en datalagring 885 for lagring av mottatt eller beregnet data, og en database 890 for bibeholdelse av en historie for S02-utslipp.

En styringsmatrise med innmatingene og utmatingene som blir brukt av MPCC-en 700 for å balansere de tre målene oppført ovenfor er vist i tabell 1 nedenfor.

I eksempel-implementasjonen vist heri blir MPCC-en 700 brukt for å styre CV-er bestående av S02-fjerningsrate, gipsrenhet og driftskostnader. Settpunkter for MV-er bestående av pH-nivå, belastningen på oksidasjonsluft-blåseren og belastningen på resirkulasjonspumpene blir manipulert for å styre CV-ene. MPCC-en 700 tar også hensyn til et antall DV-er.

MPCC-en 700 må balansere de tre konkurrerende målene tilknyttet CV-ene, med samtidig observasjon av et sett begrensninger. De konkurrerende målene blir formulert i en objektiv funksjon som blir minimert ved bruk av ikke-lineær programmeringsoptimaliserings-teknikk kodet i MPCC-logikken. Ved å mate inn vektfaktorer for hvert av disse målene, for eksempel ved bruk av tastaturet 720 eller musen 725, kan WFGD-delsystemoperatøren eller annen bruker spesifisere den relative viktigheten for hvert av målene, avhengig av de særskilte forholdene.

For eksempel, under visse forhold, kan S02-fjerningsraten bli vektet tyngre enn gipsrenhet og driftskostnader, og driftskostnadene kan bli vektet tyngre enn gipsrenheten. Under andre forhold kan driftskostnadene bli vektet tyngre enn gipsrenhet og S02-fjerningsraten, og gipsrenhet kan bli vektet tyngre enn S02-fjerningsraten. Under ytterligere andre forhold kan gipsrenheten bli vektet tyngre enn S02-fjerningsraten og driftskostnadene. Et hvilket som helst antall vektings-kombinasjoner kan spesifiseres.

MPCC-en vil styre driften av WFGD-delsystemet basert på de spesifiserte vektene, slik at delsystemet drives ved et optimalt punkt, for eksempel det optimale punktet 555 vist i figur 5B, med fortsatt observasjon av det gjeldende settet av begrensninger, for eksempel begrensningene 505-520 vist i figur 5B.

For dette spesielle eksempelet er begrensningene vist i tabell 2 nedenfor. Disse begrensningene er typiske av typen tilknyttet CV-ene og MV-ene beskrevet ovenfor.

Dynamisk styringsmodell

Som bemerket ovenfor krever MPCC-en 700 en dynamisk styringsmodell 870, med innmatings-utmatings-strukturen vist i styringsmatrisen i tabell 1. For å utvikle en slik dynamisk modell, blir først en grunnprinsipp-modell og/eller en empirisk modell basert på anleggstester av WFGD-prosessen utviklet. Grunnprinsipp-modellen og/eller empiriske modeller kan utvikles ved bruk av teknikkene beskrevet ovenfor.

I tilfellet til eksempelet med det omtalte WFGD-delsystemet, blir fortrinnsvis en stabil tilstand-modell (grunnprinsipp eller empirisk) av WFGD-prosessen for S02-fjerningsrate og gipsrenhet utviklet. Ved bruk av grunnprinsipp-tilnærmingen blir en stabil tilstand-modell utviklet basert på de kjente fundamentale sammenhengene mellom WFGD-prosessens innmatinger og utmatinger. Ved bruk av en neuralnettverk-tilnærming, blir en stabil-tilstand S02-fjerningsrate- og gipsrenhetsmodell utviklet ved å innhente empiriske data fra den faktiske prosessen ved forskjellige driftstilstander. En neuralnettverksbasert modell, som kan fange opp prosess-ulinearitet, blir innrettet ved bruk av disse empiriske dataene. Det bemerkes igjen at en neuralnettverksbasert modell kan være foretrukket i visse implementeringer, men bruken av en slik modell er ikke obligatorisk. Modeller basert på ikke-neurale nettverk kan i stedet benyttes omønskelig, og kan til og med være foretrukket i visse implementeringer.

I tillegg, stabil tilstand-modellen for driftskostnader blir utviklet fra grunnprinsipper. Kostnadsfaktor blir enkelt brukt til å utvikle en totalkostnads-modell. I denne diskuterte eksempelimplementeringen blir kostnaden for forskjellige råmaterialer, så som kalk, og kostnaden for elektrisk kraft, multiplisert med deres respektive bruksmengder for å utvikle totalkostnads-modellen. En inntektsmodell blir fastsatt av S02-fjernings-kredittprisen multiplisert med S02-fjerningstonnasjen og gipsprisen multiplisert med gipstonnasjen. Driftsprofitten (eller tapet) kan fastsettes ved subtraksjon av kostnaden fra inntekten, Avhengig av pumpedriveren (fast kontra variabel hastighet), kan optimalisering av pumpe-oppstillingen involvere binære AV-PÅ-avgjørelser; dette kan kreve et sekundært optimaliseringstrinn for fullstendig å evaluere de forskjellige pumpeoppstillings-mulighetene.

Selv om nøyaktige stabil tilstand-modeller kan utvikles, og kan være egnete for en stabil tilstand-optimaliseringsbasert løsning, omfatter slike modeller ikke prosessdynamikk, og er følgelig ikke spesielt egnete for bruk i MPCC 700. Trinntestene blir derfor foretatt på WFGD-delsystemet for å innhente dynamiske prosessdata. Trinntest-responsdata blir så brukt til å bygge en empirisk dynamisk styringsmodell 870 for WFGD-delsystemet, som blir lagret av prosessoren 810 på disklagrings-enheten 710, som vist i figur 8.

Dynamisk estimeringsmodell og virtuell tilkoblet analysator

Figur 6 illustrerer hvordan en estimator, så som den omfattet av MPCC-en 700, blir brukt i den samlete avanserte styringen av WFGD-prosessen. I MPCC-en 700 er estimatoren fortrinnsvis i form av en virtuell tilkoblet analysator (VOA - virtual on-line analyzer). Figur 9 viser videre i detalj estimatoren omfattet av MPCC-en 700.

Som vist i figur 9, blir observerte MV-er og DV-er innmatet i den empiriske dynamiske estimeringsmodellen 880 for WFGD-delsystemet som blir brukt ved utførelse av estimeringslogikken 840 på prosessoren 810.1 dette henseendet utfører prosessoren 810 estimeringslogikken 840 i samsvar med den dynamiske estimeringsmodellen 880.1 dette tilfellet beregner estimeringslogikken 840 gjeldende verdier or CV-ene, for eksempel S02-fjerningseffektivitet, gipsrenhet og driftskostnader.

Tabell 3 viser strukturen for den dynamiske estimeringsmodellen 880. Det skal bemerkes at styringsmatrisen og den dynamiske estimeringsmodellen 880 brukt i MPCC-en 700 har den samme strukturen.

Utmatingen fra utførelsen av estimeringslogikken 840 er åpen sløyfe-verdier for S02-fjerning og gipsrenhet. Den dynamiske estimeringsmodellen 880 for VOA-en blir utviklet ved bruk av den samme tilnærmingen som beskrevet ovenfor for å utvikle den dynamiske styringsmodellen 870. Det skal bemerkes at selv om den dynamiske estimeringsmodellen 880 og dynamiske styringsmodellen 870 er hovedsakelig den samme, blir modellene brukt for meget forskjellige formål. Den dynamiske estimeringsmodellen 880 blir anvendt av prosessoren 810 ved utførelse av estimeringslogikk 840 for å generere en nøyaktig prediksjon av de rådende verdiene til prosessvariablene (PV-er), for eksempel de estimerte CV-ene 940. Den dynamiske styringsmodellen 870 blir brukt av prosessoren 810 ved utførelse av predikasjonslogikken 850 for optimalt å beregne de manipulerte MV-settpunktene 615, vist i figur 6.

Som vist i figur 9 er en tilbakekoblings-sløyfe 930 tilveiebrakt fra estimeringsblokken 920, som representerer de estimerte CV-ene generert av prosessoren 810 som et resultat av utførelse av estimeringslogikken 840. Det beste estimatet av CV-er blir således matet tilbake til den dynamiske estimeringsmodellen 880 via tilbakekoblings-sløyfen 930. Det beste estimatet av CV-er fra den forrige iterasjonen til estimatoren blir brukt som startpunkter for forspenning (eng: biasing) av den dynamiske estimeringsmodellen 880 for den gjeldende iterasjonen.

Valideringsblokken 910 representerer en validering av verdiene til observerte CV-er 950, fra for eksempel sensormålinger og lab-analyser, av prosessoren 810 ved bruk av resultater fra utførelsen av estimeringslogikken 840, i samsvar med den dynamiske estimeringsmodellen 880, og observerte MV-er og DV-er 960. Valideringen representert av blokken 910 blir også brukt til å identifisere potensielle kalkblindings-forhold. For eksempel, hvis de observerte MV-ene er en pH-verdi målt av en pH-sensor, kan valideringen 910 av den målte pH-verdien, basert på en pH-verdi estimert i samsvar med den dynamiske estimeringsmodellen 880, indikere at pH-sensoren svikter. Dersom den observerte S02-fjerningen, gipsrenheten eller pH-verdien blir identifisert til å være feil, vil prosessoren 810 ikke bruke verdien ved estimeringen 920. En erstatningsverdi, fortrinnsvis utmatingen som resulterer fra estimeringen basert på den dynamiske estimeringsmodellen, vil i stedet bli brukt. I tillegg kan en alarm sendes til DCS-et.

For å beregne estimeringen 920, kombinerer prosessoren 810 resultatene fra utførelsen av estimeringslogikken 840, basert på den dynamiske estimeringsmodellen 880, med de observerte og validerte CV-ene. En Kalmanfilter-tilnærming blir fortrinnsvis benyttet for kombinasjon av estimeringsresultatet med de observerte, validerte data. I dette tilfellet blir den validerte S02-fjerningsraten, beregnet fra innløps- og utløps- S02-sensorer, kombinert med den genererte fjerningsrate-verdien for å produsere en estimert verdi av den sanne S02-fjerningen. På grunn av nøyaktigheten til S02-sensorene, plasserer estimeringslogikken 840 fortrinnsvis en tung forspenning mot en filtrert versjon av de observerte data over den genererte verdien.

Gipsrenhet blir på det meste kun målt med et fåtalls timers mellomrom. Prosessoren 810 vil også kombinere nye observasjoner av gipsrenhet med den genererte gipsrenhets-verdien. I perioder mellom gipsprøve-målinger, vil prosessoren 810, i samsvar med den dynamiske estimeringsmodellen 880, kjøre åpen-sløyfe-oppdaterte estimater av gipsrenheten, basert på endringer i de observerte MV-ene og DV-ene 960. Prosessoren 810 implementerer følgelig også en sanntids-estimering for gips-renheten.

Til slutt, prosessoren 810 utfører estimeringslogikken 840, i samsvar med den dynamiske estimeringsmodellen 880, for å beregne driftskostnaden til WFGD-en. Ettersom det ikke er noen direkte tilkoblet måling av kostnad, implementerer nødvendigvis prosessoren 810 sanntids-estimering av driftskostnadene.

Utslippshåndtering

Som diskutert ovenfor, driftstillatelsene utstedt i USA setter generelt grenser for både momentane utslipp og løpende gjennomsnitt-utslipp. Det er to klasser av løpende gjennomsnittutslipps-problemer som fordelaktig blir håndtert av MPCC-en 700 i styringen av WFGD-delsystemet. Den første klassen av problemer oppstår når tidsvinduet til det løpende gjennomsnittet blir mindre enn eller likt tidshorisonten til predikasjonslogikken 850 utført av prosessoren 810 til MPCC-en 700. Den andre klassen av problem oppstår når tidsvinduet til det løpende gjennomsnittet er større enn tidshorisonten til predikasjonslogikken 850.

Den første klassen av problem, korttidsvindu-problemet, blir løst ved å innrette de normale konstruksjonene til MPCC-en 700 til å integrere det løpende utslipps-gjennomsnittet som en ytterligere CV i styringen implementert av MPCC-en 700. Mer spesielt, predikasjonslogikken 850 og styringsgenerator-logikken 860 vil behandle stabil tilstand-forholdene som en prosessbegrensning som må bibeholdes ved eller under den tillatte grensen, i stedet for som en økonomisk begrensning, og vil også tilveiebringe en dynamisk styringsvei som bibeholder gjeldende og fremtidige verdier av det løpende gjennomsnittet i det anvendbare tidsvinduet ved eller under tillatelsesgrensen. På denne måten blir MPCC-en 700 forsynt med en justeringskonfigurasjon for det løpende utslipps-gjennomsnittet.

Behandling av forstyrrelsesvariabler

Videre, DV-er for faktorer så som planlagte driftshendelser, for eksempel belastningsendringer,

som vil påvirke utslipp innen en anvendbar horisont blir tatt hensyn til i predikasjonslogikken 850, og følgelig i MPCC-styringen 700 av WFGD-prosessen. I praksis vil de faktiske DV-ene, som er lagret som del av dataene 885 i lagringsdisk-enheten 710, variere basert på typen av WFGD-delsystem og den spesielle driftsfilosofien som er innrettet for delsystemet, for eksempel grunnbelastning kontra svingning. DV-en kan justeres til enhver tid av operatøren via innmatinger innført ved bruk av tastaturet 720 og musen 725, eller av styringsgenerator-logikken 860 selv, eller av et eksternt planleggingssystem (ikke vist) via grensesnittet 830. DV-ene er imidlertid typisk ikke på en form som enkelt kan justeres av operatører eller andre brukere. Et driftsplangrensesnitts-verktøy er derfor fortrinnsvis tilveiebrakt som del av predikasjonslogikken 850 for å hjelpe operatøren eller en annen bruker ved setting og bibeholdelse av DV-er.

Figurene 11A og 11B viser grensesnittet presentert på displayet 730 for innmating av en planlagt driftsstans. Som vist i figur 11A er en skjerm 1100 presentert, som viser den prosjekterte kraftgenereringssystem-driftsfaktoren (eng: run factor) og den prosjekterte WFGD-delsystem-driftsfaktoren til operatøren eller en annen bruker. Det er også vist knapper som gjør brukeren i stand til å mate inn én eller flere nyplanlagte driftsstanser, og å vise tidligere innmatete driftsstanser for inspeksjon eller modifikasjon.

Dersom knappen som lar brukeren mate inn et planlagt driftsavbrudd blir valgt ved bruk av musen 725, blir brukeren presentert en skjerm 1110, vist i figur 11B. Brukeren kan så mate inn, ved bruk av tastaturet 720, forskjellige detaljer vedrørende den nye planlagte driftsstansen, som vist. Ved å klikke på den tilveiebrakte legg til driftsstans-knappen, blir den nye planlagte driftsstansen tilført som en DV og tatt hensyn til av predikasjonslogikken 850. Logikken som implementerer dette grensesnittet setter de hensiktsmessige DV-ene slik at den fremtidige driftsplanen blir kommunisert til MPCC-prosesseringsenheten 705.

Hva enn de faktiske DV-ene er, vil funksjonen til DV-ene være den samme, som er å legge virkningen til de planlagte driftshendelsene inn i predikasjonslogikken 850, som da kan utføres med MPCC-prosessoren 810 til å predikere fremtidige dynamiske og stabile tilstands-verdier til den løpende gjennomsnittsutslipps-CV-en. Følgelig utfører MPCC-en 700 predikasjonslogikken 850 for å beregne det predikerte løpende utslipp-gjennomsnittet. Det predikerte løpende utslipp-gjennomsnittet blir så brukt som en innmating til styringsgenerator-logikken 860, som blir utført av MPCC-prosessoren 810 for å ta hensyn til planlagte driftshendelser i styringsplanen. På denne måten blir MPCC-en 700 forsynt med en justeringskonfigurasjon for det løpende gjennomsnitt-utslippet, i lys av planlagte driftshendelser, og derfor med muligheten til å styre driften av WFGD-en innenfor den løpende gjennomsnittsutslipps-tillatelsen, til tross for planlagte driftshendelser.

To-lags MPCC-arkitektur

Den andre klassen av problem, langtidsvindu-problemet, blir fordelaktig løst ved bruk av en to-lags MPCC-tilnærming. I denne tilnærmingen omfatter MPCC-en 700 multiple, fortrinnsvis to, kontrollerprosessorer anordnet i kaskade.

Det henvises nå til figur 10. En lag 1 styrings-prosesseringsenhet (CPU) 705A drives for å løse korttids-, eller korttidsvindu-problemet, på måten beskrevet ovenfor med henvisning til ettlagsarkitekturen. Som vist i figur 10 omfatter CPU-en 705A en prosessor 810A. Prosessoren 810A utfører predikasjonslogikk 850A lagret i disklagrings-enheten 710A, for å tilveiebringe dynamisk løpende gjennomsnittutslipp-håndtering innenfor et tidsvindu lik den korte tiden til den anvendbare tidshorisonten. En CV som representerer korttids- eller anvendbare styringshorisont løpende gjennomsnittutslipp-målet blir lagret som del av dataene 885A i lagringsanordnings-enheten 710A til CPU-en 705A.

CPU-en 705A omfatter også minne 820A og grensesnitt 830A som ligner på minnet 820 og grensesnittet 830 beskrevet ovenfor under henvisning til figur 8. Grensesnittet 830A mottar et delsett av MPCC-l/O-signalene, det vil si l/O-signalene 805A. Lagringsdisken 710A lagrer også estimeringslogikken 840A og den dynamiske estimeringsmodellen 880A, styringsgenerator-logikken 860A og den dynamiske styringsmodellen 870A, og S02-utslippshistorie-databasen 890A, av hvilke alle er beskrevet ovenfor under henvisning til figur 8. CPU-en 705A omfatter også en timer 1010, typisk en prosessorklokke. Funksjonen til timeren 1010 vil bli beskrevet i nærmere detalj nedenfor.

Lag 2-CPU-en 705B drives for å løse langtids-, eller langtidsvindu-problemet. Som vist i figur 10, omfatter CPU-en 705B en prosessor 810B. Prosessoren 810B utfører predikasjonslogikk 850B for

også å tilveiebringe dynamisk løpende gjennomsnittutslipp-håndtering. Predikasjonslogikken 850B blir imidlertid utført for å håndtere det dynamiske løpende gjennomsnitt-utslippet i lys av hele det fremtidige tidsvinduet til den løpende gjennomsnittutslipps-begrensningen, og for å fastsette det optimale korttids eller anvendbare tidshorisont, løpende gjennomsnittutslipp-målet, det vil si den maksimale grensen, for lag 1 CPU-en 705A. Følgelig tjener CPU-en 705B som en langtids løpende gjennomsnittutslipps-optimalisator og predikerer det løpende gjennomsnittsutslippet over den anvendbare tidshorisonten for styring av det løpende gjennomsnittutslippet over hele det fremtidige tidsvinduet. CV-en som representerer langtidshorisont løpende gjennomsnittutslipps-begrensningen er lagret som en del av dataene 885B i disklagringsenheten 710B. CPU-en 705B omfatter også minne 820B og grensesnitt 830B, lignende minnet 820 og grensesnittet 830 beskrevet ovenfor. Grensesnittet 830B mottar et delsett av MPCC-l/O-signalene, det vil si l/O-signaler 805B.

Selv om to-lags arkitekturen i figur 10 omfatter multiple CPU-er, vil det erkjennes at flerlags-predikasjonslogikken kan, omønskelig, implementeres på andre måter. For eksempel, i figur 10 blir lag 1 til MPCC-en 700 representert av CPU-en 705A, og lag 2 til MPCC-en 700 blir representert av CPU-en 705B. En enkel CPU, så som CPU-en 705 i figur 8 kan imidlertid bli brukt til å utføre både predikasjonslogikken 850A og predikasjonslogikken 850B, og således fastsette det optimale korttids- eller anvendbare tidshorisont løpende gjennomsnittutslipps-målet, i lys av det predikerte optimale langtids løpende gjennomsnitt-utslippet for å løse langtids-, eller langt tidsvindu-problemet, og å optimere korttids- eller anvendbare tid løpende gjennomsnitt-utslippet i lys av det fastsatte målet.

Som bemerket ovenfor ser CPU-en 705B mot en langtids-horisont, noen ganger referert til som styringshorisonten, som korresponderer med tidsvinduet til det løpende gjennomsnittet. CPU-en 705B håndterer fordelaktig det dynamiske løpende gjennomsnittsutslippet i lys av hele det fremtidige tidsvinduet til løpende gjennomsnittsutslipp, og fastsetter den optimale grensen for korttids løpende gjennomsnitt-utslippet. CPU-en 705B utfører ved en frekvens som er rask nok til å la den fange inn endringer i driftsplanen over relativt korte perioder.

CPU-en 705B benytter korttids eller anvendbar tid løpende gjennomsnitt-utslippsmålet, som blir betraktet som en CV av CPU-en 705A, som en MV, og betrakter langtids løpende gjennomsnitt-utslippet som en CV. Langtids løpende gjennomsnitt-utslippet blir derfor lagret som del av dataene 885B i disklagringsenheten 710B. Predikasjonslogikken 850B vil behandle stabil tilstand-forholdene som en prosessbegrensning som må bibeholdes ved eller under tillatelsesgrensen, i stedet for som en økonomisk begrensning, og vil også sikre en dynamisk styringsvei som bibeholder aktuelle og fremtidige verdier til det løpende gjennomsnittet i det anvendbare anvendbaretidsvinduet, ved eller under tillatelsesgrensen. På denne måten er MPCC-en 700 forsynt med en justeringskonfigurasjon for det løpende gjennomsnitt-utslippet.

Videre, DV-er for faktorer så som planlagte driftshendelser, for eksempel belastningsendringer, som vil påvirke utslipp innen en anvendbar horisont blir tatt hensyn til i predikasjonslogikken

850B, og følgelig i MPCC-styringen 700 av WFGD-prosessen. Som bemerket ovenfor, i praksis vil de faktiske DV-ene, som er lagret som del av dataene 885B i lagringsdisken 710B, variere avhengig av type WFGD-delsystem og den spesielle driftsfilosofien innrettet for delsystemet, og kan justeres av operatøren, eller av CPU-en 705B som utfører styrings-generatorlogikken 860B, eller av et eksternt planleggingssystem (ikke vist) via grensesnittet 830B. Som omtalt ovenfor er DV-ene imidlertid typisk ikke på en form som enkelt kan justeres av operatøren eller andre brukere, og derfor blir et

driftsplan-grensesnittverktøy, så som det vist i figurene HA og HB, fortrinnsvis tilveiebrakt som del av predikasjonslogikken 850A og/eller 850B, for å hjelpe operatøren eller en annen bruker i å sette og å bibeholde DV-ene.

Hva enn de faktiske DV-ene er, vil imidlertid her igjen funksjonen til DV-ene være den samme, som er å innlemme virkningen av de planlagte driftshendelsene inn i predikasjonslogikken 850B, som så kan bli utført av MPCC-prosessoren 810B for å forutse fremtidige dynamiske og stabil tilstand-forhold til langtids løpende gjennomsnitt-utslipp CV-en.

Følgelig, CPU-en 705B utfører predikasjonslogikken 850B for å fastsette den optimale korttids eller anvendbar tid løpende gjennomsnitt-utslippsgrensen i lys av de planlagte driftshendelsene i styringsplanen. Den optimale korttids eller anvendbare tid løpende gjennomsnitt-utslippsgrensen blir overført til CPU-en 750A via kommunikasjonslink 1000. På denne måten blir MPCC-en 700 forsynt med en justeringskonfigurasjon for optimalisering av løpende gjennomsnitt-utslippet i lys av planlagte driftshendelser, og derfor med muligheten til å optimalisere styring av driften av WFGD-en innenfor den løpende gjennomsnitt-utslippsgrensen uansett planlagte driftshendelser.

Figur 12 viser et utvidet bilde av flerlags MPCC-arkitekturen. Som vist bruker en operatør eller annen bruker en fjern styringsterminal 1220 for å kommunisere med både en prosesshistorie-database 1210 og MPCC-en 700 via kommunikasjonslinker 1225 og 1215. MPCC-en 700 omfatter CPU-en 705A og CPU-en 705B i figur 10, som er koblet sammen via kommunikasjonslinken 1000. Data tilknyttet WFGD-prosessen blir overført, via kommunikasjonslinken 1230, til prosesshistorie-databasen 1210, som lagrer disse dataene som historiske prosessdata. Som ytterligere beskrevet nedenfor, blir nødvendig lagret data hentet fra databasen 1210 via kommunikasjonslink 1215 og prosessert av CPU-en 705B. Nødvendig data tilknyttet WFGD-prosessen blir også overført, via kommunikasjonslink 1235 til, og prosessert av CPU-en 705A.

Som beskrevet tidligere mottar CPU-en 705A CV-driftsmål som korresponderer med det aktuelle ønskete langtids løpende gjennomsnitt-målet fra CPU-en 705B, via kommunikasjonslinken 1000. Det kommuniserte løpende gjennomsnitt-målet er det optimaliserte målet for langtids løpende gjennomsnitt generert av CPU-en 705B som utfører predikasjonslogikken 850B. Kommunikasjon mellom CPU-en 705A og CPU-en 705B blir håndtert på samme måte som kommunikasjon mellom en MPC-styring og en sanntids-optimalisator.

CPU-en 705A og CPU-en 705B har fordelaktig en protokoll for kommunikasjonssjekk (eng: handshaking protocol) som sikrer at dersom CPU-en 705B stopper å sende optimaliserte mål for det langtids løpende gjennomsnittet til CPU-en 705A, vil CPU-en 705A falle tilbake på, eller skifte til, en intelligent og konservativ driftsstrategi for langtids løpende gjennomsnitts-begrensningen. Predikasjonslogikken 850A kan omfatte et verktøy for å etablere en slik protokoll, og således sikre det nødvendige håndtrykket eller skiftingen (eng: shedding). Imidlertid, dersom predikasjonslogikken 850A ikke omfatter et slikt verktøy, kan de typiske trekkene og funksjonaliteten til DCS-et tilpasses på en måte kjent for en fagmann, for å implementere den nødvendige håndtrykkingen og skiftingen.

Det kritiske er å sikre at CPU-en 705A konsekvent bruker et tidsriktig, det vil si nytt - ikke gammelt, langtids løpende gjennomsnitts-mål. Hver gang CPU-en 705B utfører predikasjonslogikken 850B, vil den beregne et ferskt, nytt langtids løpende gjennomsnitts-mål. CPU-en 705A mottar det nye målet fra CPU-en 705B via kommunikasjonslinken 100. Basert på mottak av det nye målet, utfører CPU-en 705A predikasjonslogikken 850A for å resette timeren 1010. Dersom CPU-en 705A ikke i riktig tid mottar et nytt mål fra CPU-en 705B via kommunikasjonslinken 1000, går timeren 1010 ut, eller utløper. Basert på utløpet av timeren 1010, anser CPU-en 750A, i samsvar med predikasjonslogikken, det aktuelle langtids løpende gjennomsnitts-målet til å være gammelt, og skifter tilbake til en sikker driftsstrategi til den mottar et ferskt nytt langtids løpende gjennomsnitts-mål fra CPU-en 705B.

Den minimale timer-settingen er fortrinnsvis litt lengre enn utførelsesfrekvensen til CPU-en 705B, for å romme datamaskin-belastning-/-fordelingsforhold. På grunn av den ikke-planlagte driften av mange sanntids-optimalisatorer, er det kjent konvensjonell praksis å sette kommunikasjonstimerene ved en halv til to ganger tiden til en stabil-tilstand til en styring. Imidlertid, ettersom utførelsen av predikasjonslogikken av CPU-en 705B er planlagt, er den anbefalte retningslinjen for setting av timeren 1010 ikke den til en stabiltilstand-optimaliseringslink, men bør, for eksempel, ikke være mer enn to ganger utførelsesfrekvensen til styringen som kjører på CPU-en 705B pluss omtrent 3 til 5 minutter.

Dersom CPU-en 705A fastsetter at det aktuelle langtids løpende gjennomsnitts-målet er gammelt og skifter, må langtids løpende gjennomsnitt-begrensningen resettes. Hvis ikke CPU-en 705B gir et ferskt, nytt langtids løpende gjennomsnitts-mål, har CPU-en 705A ingen langtids-veiledning eller mål. Følgelig, i et slikt tilfelleøker CPU-en 705A sikkerhetsmarginen til prosessoperasjonene.

For eksempel, dersom den løpende gjennomsnitts-perioden er forholdsvis kort, for eksempel 4 til 8 timer, og delsystemet driver under grunnbelastnings-forhold, kan CPU-en 705A øke det gamle løpende gjennomsnitts-fjerningsmålet med 3 til 5 vekt-prosent, i samsvar med predikasjonslogikken 850A. En slikøkning bør, under slike forhold, danne en tilstrekkelig sikkerhetsmargin for fortsatt drift. Med hensyn til operatør-innmating som er nødvendig for å implementereøkningen, er alt som er nødvendig innmating av en enkel verdi, for eksempel 3 vekt-prosent, til predikasjonslogikken.

På den annen side, dersom den løpende gjennomsnitt-perioden er forholdsvis lang, for eksempel 24 eller flere timer, og/eller delsystemet drives under en ikke-konstant belastning, kan CPU-en 705A skifte tilbake til et konservativt mål, i samsvar med predikasjonslogikken 850A. En måte dette kan gjøres på er for CPU-en 705A å bruke en antatt konstant drift ved eller over den planlagte delsystem-belastningen over hele perioden til det løpende gjennomsnitt-tidsvinduet. CPU-en 705A kan da beregne, basert på slik konstant drift, et konstant utslippsmål og tillegge en liten sikkerhetsmargin eller komfort-faktor som kan fastsettes med styring på stedet. For å implementere denne løsningen i CPU-en 705A, må predikasjonslogikken 850A omfatte den omtalte funksjonaliteten. Det bør imidlertid erkjennes at, omønskelig kan funksjonaliteten for å sette dette konservative målet være implementert i DCS-et i stedet for CPU-en 705A. Det vil også være mulig å implementere det konservative målet som en sekundær CV i lag 1-styringen 705A og kun muliggjøre denne CV-en når korttids løpende gjennomsnitt-målet 1000 er gammelt.

Følgelig, enten den løpende gjennomsnitt-perioden er forholdsvis kort eller lang og/eller delsystemet drives under en konstant eller ikke-konstant belastning, omfatter predikasjonslogikken 850A fortrinnsvis skifte-grensene (eng: shed-limits), slik at operatør-handling ikke er nødvendig. Andre teknikker kan imidlertid også benyttes for å etablere en skifte-grense - så lenge teknikken etablerer sikker/konservativ drift med hensyn til den løpende gjennomsnitt-begrensningen under perioder når CPU-en 705B ikke tilveiebringer ferske, nye langtids løpende gjennomsnitt-mål.

Det skal bemerkes at de faktiske S02-utslippene blir sporet av MPCC-en 700 i prosesshistorie-databasen 1210, enten CPU-en 705B opererer riktig eller tilveiebringer nye langtids løpende gjennomsnitt-mål til CPU-en 705A, eller ikke. De lagrete utslippene kan derfor benyttes av CPU-en 705B for å spore og å ta hensyn til S02-utslipp som skjer selv om CPU-en 705B ikke fungerer eller kommuniserer riktig med CPU-en 705A. Imidlertid, etter at CPU-en 705B igjen virker og er i stand til å kommunisere korrekt, vil den, i samsvar med predikasjonslogikken 850B, re-optimalisere de løpende gjennomsnitt-utslippene og øke eller redusere det gjeldende løpende gjennomsnitt-utslippsmålet som blir brukt av CPU-en 705A for å justere for de faktiske utslippene som skjedde under avbrekket, og tilveiebringe det ferske, nye langtids løpende gjennomsnitt-målet til CPU-en 705A via kommunikasjonslinken 1000.

Online-implementering

Figur 13 viser et funksjons-blokkdiagram av grensesnittet mellom en MPCC 1300 og et DCS 1320 for WFGD-prosessen 620. MPCC-en 1300 omfatter både en styring 1305, som kan være lignende styringen 610 i figur 6, og en estimator 1310, som kan være lignende estimatoren 630 i figur 6. MPCC-en 1300 kan, omønskelig, være MPCC-en vist i figurene 7 og 8. MPCC-en 1300 kan også være konfigurert ved bruk av en flerlagsarkitektur, så som den vist i figurene 10 og 12.

Som vist er styringen 1305 og estimatoren 1310 tilkoblet til DCS-et 1320 via et datagrensesnitt 1315, som kan være del av grensesnittet 830 i figur 8.1 denne foretrukkete implementeringen er datagrensesnittet 1315 implementert ved brukaven Pegasus™Data Interface (PDI) programvaremodul. Dette er imidlertid ikke obligatorisk og datagrensesnittet 1315 kan implementeres ved bruk av en annen grensesnittlogikk. Datagrensesnittet 1315 sender settpunkter for manipulerte MV-er og leser PV-er. Settpunktene kan sendes som l/O-signaler 805 i figur 8.

I denne foretrukkete implementasjonen blir styringen 1305 implementert ved bruk av Pegasus™ Power Perfecter (PPP), som er satt sammen av tre programvare-komponenter: dataserver-komponenten, styringskomponenten og den grafiske brukergrensesnitt-komponenten (GUI - graphical user interface). Dataserver-komponenten blir brukt til å kommunisere med PDI-en og å innhente lokal data relatert til styringsapplikasjonen. Styringskomponenten utfører predikasjonslogikken 850 for å foreta modell-prediktive styringsalgoritmiske beregninger i lys av den dynamiske styringsmodellen 870. GUI-komponenten viser, for eksempel på displayet 730, resultatene av disse beregningene og tilveiebringer et grensesnitt for justering av styringen. Her igjen, bruken av Pegasus™ Power Perfecter er ikke obligatorisk og styringen 1305 kan implementeres ved bruk av en annen styringslogikk.

I denne foretrukkete implementasjonen, blir estimatoren 1310 implementert ved bruk av Pegasus™ kjøretidssystem (RAE - runtime application engine) programvare-modul. RAE-en kommuniserer direkte med PDI-en og PPP-en. RAE-en anses å tilveiebringe et antall trekk som gjør den til et meget kostnads-effektivt miljø som vert for VOA-en. Funksjonalitet for feilsjekkings- logikk, hjerteslagsovervåkning, mulighet for vakthund-kommunikasjon og datamaskin-prosess, og alarm-innretninger er alle fordelaktig implementert i RAE-en. Igjen, bruken av Pegasus™ kjøringsapplikasjons-motor er imidlertid ikke obligatorisk, og estimatoren 1315 kan implementeres ved bruk av en annen estimatorlogikk. Det er også mulig, som vil erkjennes av en fagmann, å implementere en funksjonalitet tilsvarende VOA-en i DCS-et for WFGD-en 620, omønskelig.

Styringen 1305, estimatoren 1310 og PDI-en 1315 utfører fortrinnsvis på én prosessor, for eksempel prosessoren 810 i figur 8 eller 810A i figur 10, som er tilkoblet et styringsnettverk omfattende DCS-et 1320 for WFGD-prosessen 620, ved bruk av en Ethernet-tilkobling. For tiden er prosessor-operativsystemet typisk Microsoft Windows™-basert, selv om dette ikke er obligatorisk. Prosessoren kan også være del av en høy-effekts datamaskin-sammenstilling eller annen type datamaskin, som for eksempel vist i figur 7. Uansett, prosessoren og dens tilknyttete minne må ha tilstrekkelig regnekraft og lagring for å utføre den nødvendige logikken for å utføre den avanserte WFGD-styringen som er beskrevet heri.

DCS-modifikasjoner

Som beskrevet ovenfor med henvisning til figur 13, har kontrollerprosessoren som utfører predikasjonslogikken 850 grensesnitt mot DCS-et 1320 for WFGD-prosessen 620 via grensesnittet 1315. For å muliggjøre egnet grensesnitt mellom styringen 1305 og DCS-et 1320, vil et konvensjonelt DCS typisk kreve modifisering. DCS-et 1320 er følgelig fordelaktig et konvensjonelt DCS som har blitt modifisert, på en måte som er godt forstått innen teknikken, slik at den omfatter trekkene beskrevet nedenfor.

DCS-et 1320 er fordelaktig innrettet, det vil si programmert med den nødvendige logikken, typisk ved bruk av programvare, til å gjøre operatøren eller annen bruker i stand til å foreta de følgende funksjonene fra DCS-grensesnittskjermen:

- Endring av STYRINGSMODUSEN til PPP-en mellom auto og manuell.

- Se STYRINGSSTATUSEN.

- Se statusen til VAKTHUND-TIMEREN ("HJERTESLAG")

- Se MV-attributter for STATUS, MIN, MAKS, GJELDENDE VERDI.

- MULIGGJØRE hver MV eller slå hver MV til av.

- Se CV-attributter for MIN, MAX og GJELDENDE verdi.

- Innføre lab-verdier for gipsrenhet, absorbatorkjemi og kalk-egenskaper.

Som en hjelp for brukertilgang til denne funksjonaliteten, er DCS-et 1320 innrettet til å vise to nye skjermer, som vist i figurene 14A og 14B. Skjermen 1400 i figur 14A blir brukt av operatøren eller annen bruker for å overvåke MPCC-styringen, og skjermen 1450 i figur 14B blir brukt av operatøren eller brukeren for å innføre laboratorieverdier og/eller andre verdier, som kan være hensiktsmessige.

For bekvemmelighet, og for å unngå kompleksitet som er unødvendig for å forstå oppfinnelsen, er elementer så som driftskostnader fjernet fra styringsmatrisen for formål, i den følgende beskrivelsen. Det vil imidlertid bli forstått at driftskostnadene enkelt, og i mange tilfeller fortrinnsvis, er inkludert i styringsmatrisen. I tillegg, for bekvemmelighet og for å forenkle diskusjonen, blir resirkuleringspumper behandlet som DV-er i stedet for MV-er. Her igjen, en fagmann vil erkjenne at, i mange tilfeller, kan det være fordelaktig å behandle resirkuleringspumpene som MV-er. Til slutt skal det bemerkes at i den følgende diskusjonen er det antatt at WFGD-delsystemet har to absorbatortårn og to tilknyttete MPCC-er (en MPCC for hver absorbator i WFGD-delsystemet).

Avansert styring DCS-skjermer

Det henvises nå til figur 14A. Som vist omfatter skjermen 1400 en STYRINGSMODUS som er en operator-/bruker-valgt etikett (eng: tag) som kan være i auto eller manuell. I AUTO beregner styringen 1305 som utfører predikasjonslogikken 850, for eksempel Pegasus™ Power Perfecter, MV-bevegelser og utfører styringsgenerator-logikken 860 for å rette styringssignaler som implementerer disse bevegelsene til DCS-en 1320. Styringen 1305 som utfører predikasjonslogikken 850 vil ikke beregne MV-bevegelser med mindre variabelen er muliggjort, det vil si er designert AUTO.

Styringen 1305 som utfører predikasjonslogikken 850, så som Pegasus™ Power Perfecter, omfatter en vakthund-timer eller "hjerteslag"-funksjon som overvåker integriteten til kommunikasjonsgrensesnittet 1315 med DCS-et 1320. En alarmindikator (ikke vist) vil fremkomme på skjermen dersom kommunikasjonsgrensesnittet 1315 svikter. Styringen 1305 som utfører predikasjonslogikken 850 vil gjenkjenne alarmstatusen, og vil initiere skifting (eng: shedding) av alle muliggjorte, det vil si aktive, valg til en lavere-nivå DCS-konfigurasjon, basert på alarmen.

Skjermen 1400 omfatter også en PERFECTER-STATUS, som indikerer om predikasjonslogikken 850 har blitt utført suksessfullt av styringen 1305 eller ikke. En GOD-status (som vist) er nødvendig for at styringen 1305 skal forbli i drift. Styringen 1305 som utfører predikasjonslogikken 850 vil gjenkjenne en DÅRLIG-status og vil, som respons på gjenkjennelsen av en DÅRLIG-status, bryte alle aktive tilkoblinger, og skifte, det vil si returnere styring til DCS-et 1320.

Som vist blir MV-ene fremvist med de følgende informasjons-overskriftene:

MULIGGJORT - (eng: enabled) Dette feltet kan bli satt av en operatør eller annen brukerinnmating til styringen 1305 som utfører predikasjonslogikken 850, for å koble inn eller koble ut hver MV. Utkobling av MV-en korresponderer med å slå MV-en til en av-status.

SP - Indikerer settpunktet til predikasjonslogikken 850.

MODUS - Indikerer om predikasjonslogikken 850 gjenkjenner den anvendbare MV-en som på, på vent, eller fullstendig av.

MIN GRN - Viser den minste grensen som blir brukt av predikasjonslogikken 850 for MV-en. Det skal bemerkes at disse verdiene fortrinnsvis ikke kan endres på av operatøren eller annen bruker. MAX GRN - Viser den maksimale grensen som brukes av predikasjonslogikken 850 for MV-en. Her igjen, disse verdiene kan fortrinnsvis ikke endres.

PV - Viser den siste eller gjeldende verdien til hver MV, som gjenkjent av predikasjonslogikken 850.

Skjermen 1400 omfatter videre detaljer vedrørende MV-statusfelt-indikatorene som følger: Styringen 1305 som utfører predikasjonslogikken 850 vil kun justere en spesiell MV dersom dens MODUS er PÅ. Fire betingelser må imøtekommes for at dette skal skje. Først må muliggjort-boksen (eng: enabled box) bli valgt av operatøren eller annen bruker. DCS-et 1320 må være i auto-modus. Skifte-betingelsene må være falske, som beregnet av styringen 1305 som utfører predikasjonslogikken 850. Til sist, holde-betingelsene må være falske, som beregnet av styringen 1305 som utfører predikasjonslogikken.

Styringen 1305 som utfører predikasjonslogikken 850 vil endre og fremvise en MV-modusstatus for HOLD dersom betingelsene som ikke vil tillate styringen 1305 å justere den bestemte MV-en eksisterer. I HOLD-status vil styringen 1305, i samsvar med predikasjonslogikken 850, bibeholde den gjeldende verdien til MV-en til den er i stand til å fjerne holde-betingelsene. For at MV-statusen skal forbli i HOLD, må fire betingelser være oppfylte. First, muliggjort-boksen må velges av operatøren eller annen bruker. DCS-en 1320 må være i auto-modus. Skifte-betingelsene må være falske, som beregnet av styringen 1305 som utfører predikasjonslogikken 850. Til slutt, holde-betingelsene må være sanne, som beregnet av styringen 1305 som utfører predikasjonslogikken 850.

Styringen 1305 som utfører predikasjonslogikken 850 vil endre MV-modusen til av, og fremvise på-av-modusstatus, dersom betingelsene som ikke vil tillate styringen 1305 å justere den bestemte MV-en basert på en av de følgende betingelsene finnes. Først, muliggjort-boksen for styringsmodusen blir fravalgt av operatøren eller annen bruker. DCS-modusen er ikke i auto, det vil si at den er i manuell. En hvilken som helst skifte-betingelse er sann, som beregnet av styringen 1305 som utfører predikasjonslogikken 850.

Styringen 1305 som utfører predikasjonslogikken 850 vil gjenkjenne forskjellige skifte-betingelser, omfattende svikt av estimatoren 1310 ved utførelse og svikt ved å innføre lab-verdier under en forhåndsdefinert foregående periode, det vil si de siste 12 timene. Dersom styringen 1305 som utfører predikasjonslogikken 850 fastsetter at en av de ovennevnte skifte-betingelsene er sanne, vil den returnere styring av MV-en til DCS-et 1320.

Som også vist i figur 14A, blir CV-er vist med de følgende informasjonsoverskriftene:

PV - Indikerer den sist sansete verdien av CV-en mottatt av styringen 1305.

LAB - Indikerer den seneste lab-testverdien sammen med tidspunktet for prøven mottatt av styringen 1305.

ESTIMAT - Indikerer det gjeldende eller nyeste CV-estimatet generert av estimatoren 1310 som utfører estimeringslogikken 850 basert på den dynamiske estimeringsmodellen.

MIN - Viser den minste grensen for CV-en.

MAX - Viser den største grensen for CV-en.

I tillegg viser skjermen 1400 trenddiagram over en forutbestemt tidligere driftsperiode, for eksempel over de siste 24 driftstimene, for de estimerte verdiene av CV-ene.

Innmatingsskjema for lab-prøver

Det henvises til figur 14B. En prototype av en laboratorieprøve-innmatingsskjema DCS-skjerm 1450 blir vist operatøren eller annen bruker. Denne skjermen kan bli brukt av operatøren eller annen bruker for å innføre laboratorieprøvetest-verdier som vil bli prosessert av estimatoren 1310 i figur 13, i samsvar med estimeringslogikken 840 og dynamisk estimeringsmodell 880, som tidligere beskrevet med henvisning til figur 8.

Som vist i figur 14B blir de følgende verdiene innført sammen med et tilknyttet tidsstempel generert av estimatoren 1310:

Enhet 1 laboratorieprøve-verdier:

- Gipsrenhet

- Klorid

- Magnesium

- Fluorid

Enhet 2 laboratorieprøve-verdier:

- Gipsrenhet

- Klorid

- Magnesium

- Fluorid

Enhet 1 og Enhet 2 kombinerte laboratorieprøve-verdier:

- Gipsrenhet

- Kalkrenhet

- Kalkoppmaling

Operatøren eller annen bruker innfører laboratorietest-verdiene sammen med den tilknyttete

test-tiden, for eksempel ved bruk av tastaturet 720 vist i figur 7. Etter innføring av disse verdiene vil operatøren aktivere oppdateringsknappen, for eksempel ved bruk av musen 725, vist i figur 7. Aktivering av oppdateringsknappen vil føre til at estimatoren 1310 oppdaterer verdiene for disse parameterne under den neste utførelsen av estimeringslogikken 840. Det skal bemerkes at, omønskelig, kan disse laboratorietestene alternativt bli automatisk innmatet til MPCC-en 1300, fra den anvendbare laben i digitalisert form via grensesnittet til MPCC-prosesseringsenheten, så som grensesnittet 830 vist i figur 8. Videre, MPCC-logikken kan enkelt tilpasses, for eksempel programmeres, til automatisk å aktivere oppdateringsfunksjonen representert av oppdateringsknappen som respons på mottaket av testverdiene i digitalisert form fra den anvendbare laben eller labene.

For å sikre egnet styring av WFGD-prosessen, bør laboratorietest-verdier for gipsrenhet bli oppdatert hver 8 til 12 timer. Følgelig, dersom renheten ikke blir oppdatert i den perioden, er MPCC-en 1300 fortrinnsvis konfigurert, for eksempel programmert, med den nødvendige logikken for å skifte styring og å tilveiebringe en alarm.

I tillegg, absorbatorkjemi-verdier og kalkkarakteristikk-verdier bør oppdateres i det minste én gang per uke. Her igjen, dersom disse verdiene ikke blir oppdatert i tide, er MPCC-en 1300 fortrinnsvis konfigurert til å tilveiebringe en alarm.

Valideringslogikk er omfattet av estimeringslogikken 840 utført av estimatoren 1310 for å validere operatørinnmatings-verdiene. Dersom verdiene blir innmatet feil, vil estimatoren 1310, i samsvar med estimeringslogikken 840, vende tilbake til de forrige verdiene, og de forrige verdiene vil fortsette å bli vist i figur 14B og den dynamiske estimeringsmodellen vil ikke bli oppdatert.

Samlet WFGD- driftsstyring

Styringen av den samlete driften av et WFGD-delsystem av en MPCC, av en hvilken som helst av typene omtalt ovenfor, vil nå bli beskrevet med henvisninger til figurene 15A, 15B, 16,17,18 og 19.

Figur 15A viser et kraftgenererings-system (PGS - power generation system) 110 og et luftforurensnings-styringssystem (APC) 120 lignende det som er beskrevet med henvisning til figur 1, hvorved like referansenumre identifiserer like elementer av systemet, av hvilke noen kan være ytterligere beskrevet nedenfor for å unngå unødvendig gjentakelse.

Som vist omfatter WFGD-delsystemet 130' en multivariabel styring som i denne eksempel-implementeringen blir foretatt av MPCC 1500, som kan være lik MPCC 700 eller 1300 beskrevet ovenfor og som, omønskelig, kan omfatte en flerlags arkitektur av typen beskrevet med henvisning til figurene 10-12.

Avgassen 114 med S02blir ledet fra andre APC-delsystemer 122 til absorpsjonstårnet 132. Omgivende luft 152 blir komprimert av en blåser 150 og ledet som komprimert oksidasjonsluft 154' til krystallisatoren 134. En sensor 1518 detekterer et mål på de omgivende forholdene 1520. De målte omgivende forholdene 1520 kan, for eksempel, omfatte temperatur, fuktighet og barometrisk trykk. Blåseren 150 omfatter en blåserbelastnings-styring 1501 som er i stand til å tilveiebringe en gjeldende blåserbelastnings-verdi 1502 og å modifisere den rådende blåserbelastningen, basert på et mottatt blåserbelastnings-SP 1503.

Som også vist, blir kalkoppslemming 148' pumpet av oppslemmingspumpene 133 fra krystallisatoren 134 til absorpsjonstårnet 132. Hver av oppslemmingspumpene 133 omfatter en pumpetilstands-styring 1511 og pumpebelastnings-styring 1514. Pumpetilstands-styringen 1511 er i stand til å tilveiebringe en gjeldende pumpestatus-verdi 1512, som for eksempel indikerer pumpens på-/av-status, og å endre den gjeldende statusen til pumpen basert på et mottatt pumpestatus-SP 1513. Pumpebelastnings-styringen 1514 er i stand til å tilveiebringe en gjeldende pumpebelastnings-verdi 1515 og å endre den gjeldende pumpebelastningen, basert på et pumpebelastnings-SP 1516. Strømmen med fersk kalkoppslemming 141' fra blanderen og tanken 140 til krystallisatoren 134 blir styrt av en strømningsstyrings-ventil 199, basert på et oppslemmingsstrømnings-SP 196'. Oppslemmingsstrømnings-SP-et 196' er basert på et PID-styringssignal 181' som er fastsatt basert på et pH-SP 186', som vil bli ytterligere beskrevet nedenfor. Den ferske oppslemmingen 141' som strømmer til krystallisatoren 134 tjener til å justere pH-en til oppslemmingen brukt i WFGD-prosessen, og derfor å styre fjerningen av S02fra den S02-mettete avgassen 114 som entrer absorpsjonstårnet 132.

Som tidligere omtalt ovenfor, entrer den S02-mettete avgassen 114 basen til absorpsjonstårnet 132. S02blir fjernet fra avgassen 114 i absorpsjonstårnet 132. Den rene avgassen 116', som fortrinnsvis er uten S02, blir ledet fra absorpsjonstårnet 132 til stakken 117, for eksempel. En S02-analysator 1504, som er vist å være ved utløpet til absorpsjonstårnet 132, men som kan være anordnet ved stakken 117 eller ved en annen lokalisering nedstrøms for absorpsjonstårnet 132, detekterer et mål på utløps-S02-et 1505.

På styringssiden av delsystemet 130' mottar den multivariable prosesstyringen for WFGD-prosessen, det vil si MPCC 1500 vist i figur 15B, forskjellige innmatinger. Innmatingene til MPCC-en 1500 omfatter den målte oppslemmings-pH-en 183, målt innløps-S02189, blåserbelastnings-verdien 1502, det målte utløps-S02-et 1505, den lab-testete gipsrenhets-verdien 1506, den målte PGS-belastningen 1509, oppslemmingspumpestatus-verdiene 1512, oppslemmingspumpe-belastningsverdiene 1515 og de målte verdiene 1520 for de omgivende forholdene. Som vil bli beskrevet ytterligere nedenfor, blir disse prosessparameter-innmatingene, sammen med andre innmatinger omfattende ikke-prosess-innmatinger 1550 og begrensnings-innmatinger 1555, og beregnete estimerte parameterinnmatinger 1560, benyttet av MPCC-en 1500 for å generere styrte parameter-settpunkter (SP-er) 1530.

I drift detekterer S02-analysatoren 188, anordnet ved eller oppstrøms for WFGD-absorpsjonstårnet 189, et mål på innløps-S02-et i avgassen 114. Den målte verdien 189 til innløps-S02-et blir matet til foroverkoblet-enheten 190 (eng: feed forward unit) og MPCC-en 1500. Belastningen av kraftgenererings-systemet (PGS) 110 blir også detektert av en PGS-belastningssensor 1508 og matet, som målt PGS-belastning 1509, til MPCC-en 1500. I tillegg, S02- analysatoren 1504 detekterer et mål på utløps-S02-et i avgassen som forlater absorpsjonstårnet 132. Den målte verdien 1505 av utløps-S02-et blir også matet til MPCC-en 1500.

Estimering av gipskvalitet

Det henvises nå også til figur 19. Parameterinnmatingen til MPCC-en 1500 omfatter parametere som reflekterer de gjeldende forholdene i absorpsjonstårnet 132. Slike parametere kan bli brukt av MPCC-en 1500 for å generere og å oppdatere en dynamisk estimeringsmodell for gipsen. Den dynamiske estimeringsmodellen for gipsen kan, for eksempel, danne en del av den dynamiske estimeringsmodellen 880.

Idet det ikke finnes noen praktisk måte for direkte å måle gipsrenheten online, kan den dynamiske gipsestimeringsmodellen benyttes, sammen med estimeringslogikk utført av estimatoren 1500B til MPCC-en 1500, så som estimeringslogikken 840, for å beregne en estimering av gipskvaliteten, vist som beregnet gipsrenhet 1932. Estimatoren 1500B er fortrinnsvis en virtuell online-analysator (VOA - virtual on-line analyzer). Selv om styringen 1500A og estimatoren 1500B er vist å være huset i en enkel enhet, vil det erkjennes at, omønskelig, kan styringen 1500A og estimatoren 1500B være huset separat og dannet av separate komponenter, så lenge styringsenheten 1500A og estimatorenheten 1500B er hensiktsmessig linket for å muliggjøre den nødvendige kommunikasjonen. Den beregnete estimeringen av gipskvalitet 1932 kan også reflektere justering av estimeringslogikken basert på laboratoriemålinger av gipskvaliteten, vist som gipsrenhets-verdi 1506, innmatet til MPCC-en 1500.

Den estimerte gipskvaliteten 1932 blir så ført fra estimatoren 1500B til styringen 1500A til MPCC-en 1500. Styringen 1500A bruker den estimerte gipskvaliteten 1932 til å oppdatere en dynamisk styringsmodell, så som den dynamiske styringsmodellen 870. Predikasjonslogikk, så som predikasjonslogikk 850, blir utført av styringen 1500A, i samsvar med den dynamiske styringsmodellen 870, for å sammenligne den justerte, estimerte gipskvaliteten 1932 med en gipskvalitets-begrensning som representerer en ønsket gipskvalitet. Denønskete gipskvaliteten blir typisk tilveiebrakt av en spesifikasjon til en gipssalgs-kontrakt. Som vist blir gipskvalitets-begrensningen innmatet til MPCC-en 1500 som gipsrenhets-krav 1924, og lagret som data 885.

Styringen 1500A, som utfører predikasjonslogikken, fastsetter om, basert på sammenlignings-resultatene, justeringer av driften av WFGD-delsystemet 130' er nødvendig. I så tilfelle blir den fastsatte forskjellen mellom den estimerte gipskvaliteten 1932 og gipskvalitets-begrensningen 1924 brukt av predikasjonslogikken som utføres av styringen 1500A, for å fastsette de nødvendige justeringene som må gjøres av WFGD-delsystemdriften for å bringe kvaliteten til gipsen 160' innenfor gipskvalitets-begrensningen 1924.

Bibeholdelse av overholdelse av gipskvalitets-krav

For å bringe kvaliteten av gipsen 160' på linje med gipskvalitets-kravet 1924, blir de nødvendige justeringene av WFGD-driften, som fastsatt av predikasjonslogikken, matet til styringsgenerator-logikk, så som styringsgenerator-logikken 860, som også blir utført av styringen 1500A. Styringen 1500A utfører styringsgenerator-logikken for å generere styringssignaler som korresponderer med nødvendigøkning eller senkning av kvaliteten til gipsen 160'.

Disse styringssignalene kan, for eksempel, føre til en justering av driften av én eller flere av ventilen 199, oppslemmingspumpene 133 og blåseren 150, vist i figur 15A, slik at en WFGD-delsystem-prosessparameter, for eksempel den målte pH-verdien til oppslemmingen 148' som strømmer fra krystallisatoren 134 til absorpsjonstårnet 132, som er representert av målt oppslemmings-pH-verdi 183 detektert av pH-sensoren 182 i figur 15A, korresponderer med et ønsket settpunkt (SP), for eksempel en ønsket pH-verdi. Denne justeringen av pH-verdi 183 til oppslemmingen 148' vil videre resultere i en endring av kvaliteten til gips-biproduktet 160' som faktisk blir produsert av WFGD-delsystemet 130', og i den estimerte gipskvaliteten 1932 beregnet av estimatoren 1500B, til bedre å korrespondere med denønskete gipskvaliteten 1924.

Det henvises nå også til figur 16, som i ytterligere detalj viser strukturen og driften av kilden 164 av ferskt vann, blanderen/tanken 140 og awanningsenheten 136. Som vist omfatter kilden 164 av ferskt vann en vanntank 164A, fra hvilken en ME-vasking 200 blir pumpet av pumpen 164B til absorpsjonstårnet 132, og en kilde 162 av ferskt vann blir pumpet av pumpen 164C til blandetanken 140 A.

Drift og styring av awanningsenheten 136 er uforandret ved tilføring av MPCC-en 1500.

Drift og styring av kalkoppslemmings-tilberedningsområdet, omfattende møllen 170 og blanderen/tanken 140, er uforandret ved tilføring av MPCC-en 1500.

Det henvises nå til figurene 15A, 15B og 16. Styringen 1500A kan, for eksempel, utføre styringsgenerator-logikk for å styre en endring i strømmen med kalkoppslemming 141' til krystallisatoren 134. Volumet av oppslemmingen 141' som strømmer til krystallisatoren 134, blir styrt ved åpning og lukking av ventilen 199. Åpningen og lukkingen av ventilen 199 blir styrt av PID- en 180. Driften av PID-en 180 for styring av driften av ventilen 199 er basert på et innmatet oppslemmings-pH-settpunkt.

Følgelig, for å styre strømmen med oppslemming 141' til krystallisatoren 134 hensiktsmessig, fastsetter styringen 1500A oppslemmings-pH-settpunktet som vil bringe kvaliteten til gipsen 160' på linje med gipskvalitet-begrensningen 1924. Som vist i figurene 15A og 16, blir det fastsatte oppslemmings-pH-settpunktet, vist som pH-SP 186', overført til PID-en 180. PID-en 180 styrer så driften av ventilen 199 for å modifisere oppslemmings-strømmen 141' til å korrespondere med det mottatte pH-SP-et 186'.

For å styre driften av ventilen 199, genererer PID-en 180 et PID-styringssignal 181', basert på det mottatte oppslemmings-pH-SP-et 186' og den mottatte pH-verdien 183 til oppslemmingen 141', målt av pH-sensoren 182. PID-styringssignalet 181' blir kombinert med det foroverkobledestyringssignalet 191 (FF - feed forward), som er generert av FF-enheten 190. Som er godt forstått innen teknikken, blir FF-styringssignalet 191 generert basert på det målte innløps-S02-et 189 til avgassen 114, mottatt fra en S02-analysator 188 anordnet opptsrøms for absorpsjonstårnet 132. PID-styringssignalet 181' og (FF) styringssignalet 191 blir kombinert ved summeringsblokken 192, som typisk er omfattet som en innbygget funksjon i DCS-utmatingsblokken som kommuniserer med ventilen 199. De kombinerte styringssignalene som forlater summeringsblokken 192 er representert av oppslemmingsstrømnings-settpunktet 196'.

Oppslemmingsstrømnings-settpunktet 196' blir overført til ventilen 199. Ventilen 199 omfatter konvensjonelt en annen PID (ikke vist) som styrer den faktiske åpningen eller lukkingen av ventilen 199, basert på det mottatte oppslemmingsstrømnings-settpunktet 196', for å modifisere strømmen med oppslemming 141' gjennom ventilen. Uansett, basert på det mottatte oppslemmingsstrømnings-settpunktet 196', blir ventilen 199 åpnet eller lukket for å øke eller redusere volumet av oppslemming 141', og derfor volumet av oppslemming 240' som strømmer til krystallisatoren 134, som igjen modifiserer pH-en til oppslemmingen i krystallisatoren 134 og kvaliteten av gipsen 160' produsert av WFGD-delsystemet 130'.

Faktorer som skal betraktes ved fastsettelse av når og om MPCC-en 1500 skal resette/ oppdatere pH-settpunktet ved PID-en 180 og/eller PID-en 180 skal resette/oppdatere settpunktet for kalkoppslemmings-strømmen ved ventilen 199 kan bli programmert, ved bruk av godt kjente teknikker, i MPCC-en 1500 og/eller PID-en 180, som egnet. Som også er forstått innen teknikken, blir faktorer, så som ytelsen til PID-en 180 og nøyaktigheten til pH-sensoren 182 generelt betraktet ved slike fastsettelser.

Styringen 1500A genererer pH-SP-et 186' ved å prosessere den målte pH-verdien til oppslemmingen 148' som strømmer fra krystallisatoren 134 til absorpsjonstårnet 132 motattfra pH-sensoren, representert av oppslemmings-pH 183, i samsvar med en gipskvalitetskontroll-algoritme eller oppslagstabell, i den dynamiske styringsmodellen 870. Algoritmen eller styringstabellen representerer en etablert forbindelse mellom kvaliteten til gipsen 160' og den målte pH-verdien 183.

PID-en 180 genererer PID-styringssignalet 181' ved prosessering av forskjellen mellom pH-SP-et 186' mottatt fra styringen 1500A og den målte pH-verdien til oppslemmingen 148', mottatt fra pH-sensoren 182, representert av en oppslemmings-pH 183, i samsvar med en kalkstrømnings-styringsalgoritme eller oppslagstabell. Denne algoritmen eller oppslagstabellen representerer en etablert forbindelse mellom mengden av endring i volumet til oppslemmingen 141' som strømmer fra blanderen/tanken 140 og mengden av endring i den målte pH-verdien 183 til oppslemmingen 148' som strømmer fra krystallisatoren 134 til absorpsjonstårnet 132. Det er kanskje verd å bemerke at selv om, i eksempelutførelsen vist i figur 16, mengden av malt kalk 174 som strømmer fra møllen 170 til blandetanken 140A blir håndtert av en separat styring (ikke vist), kan også denne styres av MPCC-en 1500 dersom dette er fordelaktig. I tillegg, selv om det ikke er vist, kan MPCC-en 1500 omønskelig også styre tilsettingen av tilsetninger til oppslemmingen i blandetanken 140A. Følgelig, basert på det mottatte pH-SP-et 186' fra styringen 1500A til MPCC-en 1500, genererer PID-en 180 et signal som fører til at ventilen 199 åpner eller lukker, og såledesøker eller reduserer strømmen med fersk kalkoppslemming inn i krystallisatoren 134. PID-en fortsetter å styre ventiljusteringen til volumet av kalkoppslemming 141' som strømmer gjennom ventilen 199 motsvarer MVSP-et representert av kalkoppslemmings-settpunktet 196'. Det skal forstås tilpasningen fortrinnsvis blir foretatt av en PID (ikke vist) omfattet som en del av ventilen 199. Alternativt kan imidlertid tilpasningen gjøres av PID-en 180, basert på strømningsvolum-data som er målt og overført tilbake fra ventilen.

Bibeholdelse av overholdelse av S02-fjerningskrav

Ved styring av pH-verdien til oppslemmingen 148', kan MPCC-en 1500 styre fjerningen av S02fra den S02-mettete avgassen 114 sammen med kvaliteten på gips-biproduktet 160' produsert av WFGD-delsystemet. Økning av pH-en til oppslemmingen 148' ved å øke strømmen med fersk kalkoppslemming 141' gjennom ventilen 199, vil resultere i at mengden av S02fjernet fra absorpsjonstårnet 132 fra den S02-mettete gassen 114 økes. På den annen side, redusering av strømmen med kalkoppslemming 141' gjennom ventilen 199 reduserer pH-en til oppslemmingen 148'. Reduksjon av mengden av absorbert S02(nå i form av kalsiumsulfitt) som strømmer til krystallisatoren 134 vil også resultere i at en høyere prosentdel av kalsiumsulfitten blir oksidert i krystallisatoren 134 til kalsiumsulfat, og gir derfor en høyere gipskvalitet.

Det er følgelig en spenning mellom to primære styringsmål, hvorved det første er å fjerne S02-et fra den S02-mettete avgassen 114, og det andre er å produsere et gips-biprodukt 160' som har den nødvendige kvaliteten. Det vil si, det kan være en styringskonflikt mellom å imøtekomme S02-utslippskravene og gips-spesifikasjonen.

Det henvises nå også til figur 17, som videre i detalj viser strukturen og driften til oppslemmingspumpene 133 og absorpsjonstårnet 132. Som vist omfatter oppslemmingspumpene 133 multiple separate pumper, vist som oppslemmingspumper 133A, 133B og 133C i denne eksempel-utførelsesformen, som pumper oppslemmingen 148' fra krystallisatoren 134 til absorpsjonstårnet 132. Som tidligere beskrevet med henvisning til figur 3, retter hver av pumpene 133A-133C oppslemming til et forskjellig nivå av de multiple nivåene til absorbsjonstårn-oppslemmingsnivådysene 306A, 306B og 306C. Hver av oppslemmings-nivåene 306A-306C, retter oppslemming til et forskjellig nivå av de multiple nivåene av oppslemmings-sprayere 308A, 308B og 308C. Oppslemmings-sprayene 308A-308C sprayer oppslemmingen, i dette tilfellet oppslemmingen 148', inn i den S02-mettete avgassen 114, som entrer absorpsjonstårnet 132 ved gassinnløpsåpningen 310, for å absorbere S02-et. Den rene avgassen 116' blir så utført fra absorpsjonstårnet 132 ved absorbator-utløpsåpningen 312. Som også beskrevet tidligere blir en ME-sprayvasking 200 rettet inn i absorpsjonstårnet 132. Det vil erkjennes at selv om det er vist 3 forskjellige nivåer av oppslemmings-dyser og -sprayere, og tre forskjellige pumper, kan og antagelig vil antallet nivåer av dyser og sprayere og antallet pumper variere avhengig av den bestemte applikasjonen.

Som vist i figur 15A blir pumpestatus-verdiene 1512 matet tilbake fra pumpestatus-styringer 1511, så som på-/av-brytere, og pumpebelastnings-verdier 1515 blir matet tilbake fra pumpebelastnings-styringene 1514, så som en motor, til MPCC-en 1500 for innmating til den dynamiske styringsmodellen. Som også vist, pumpestatus-settpunktene 1513, så som på-/av-instruksjonerfor en bryter, blir matet til pumpestatusstyringene 1511, og pumpebelastnings-settpunktene 1516 blir matet til pumpebelastnings-styringene 1514 av MPCC-en 1500 for å styre tilstanden, for eksempel på eller av, og belastningen til hver av pumpene 133A-133C, og således å styre hvilke nivåer av dyser oppslemmingen 148' blir pumpet til og mengden av oppslemming 148' som blir pumpet til hvert nivå av dyser. Det skal erkjennes at i de fleste rådende WFGD-applikasjoner, omfatter oppslemmingspumpene 133 ikke variable belastningsmuligheter (bare på/av), slik at pumpebelastnings-settpunktene 1516 og belastningsstyringene 1514 ikke kan være tilgjengelig for bruk eller justering av MPCC-en 1500.

Som detaljert beskrevet i eksempel-implementeringen vist i figur 17, omfatter pumpestatus-styringene 1511 en individuell pumpestatus-styring for hver pumpe, identifisert ved bruk av henvisningsnumrene 1511A, 1511B og 1511C. Likeledes omfatter pumpebelastnings-styringene 1514 en individuell pumpebelastnings-styring for hver pumpe, identifisert ved bruk av henvisningsnumrene 1514A, 1514B og 1514C. Individuelle pumpestatusverdier 1512A, 1512B og 1512C blir matet til MPCC-en 1500 fra pumpestatus-styringene 1511A, 1511B og 1511C, henholdsvis, for å indikere den gjeldende tilstanden til den oppslemmingspumpen. Lignende, individuelle pumpebelastnings-verdier 1515A, 1515B og 1515C blir matet til MPCC-en 1500 fra pumpebelastnings-styringene 1514A, 1514B og 1514C, henholdsvis, for å indikere den gjeldende tilstanden til den oppslemmingspumpen. Basert på pumpestatus-verdiene 1512A, 1512B og 1512C, utfører MPCC-en 1500 predikasjonslogikken 850 for å fastsette den gjeldende tilstanden til hver av pumpene 133A, 133B og 133C, og følgelig det som vanlig refereres til som pumpe-oppstillingen (eng: pump line-up), ved et hvilket som helst tidspunkt.

Som tidligere omtalt ovenfor blir et forhold mellom strømningsraten til oppslemmingen 148' i væskeform som entrer absorpsjonstårnet 132 og strømningsraten til avgassen 114 som entrer absorpsjonstårnet 132, vanligkarakterisertsom L/G. L/G er én av nøkkel-konstruksjonsparameterne i WFGD-delsystemer. Ettersom strømningsraten til avgassen 114, betegnet G, blir satt oppstrøms av WFGD-prosesseringsenheten 130', typisk ved drift av kraftgenererings-systemet 110, blir den ikke, og kan ikke bli styrt. Strømningsraten til oppslemmingen 148' i væskeform, betegnet L, kan imidlertid bli styrt av MPCC-en 1500, basert på verdien til G.

Én måte dette gjøres på er ved å styre driften av oppslemmingspumpene 133A, 133B og 133C. Individuelle pumper blir styrt av MPCC-en 1500, ved å utstede pumpestatus-settpunkter 1513A, 1513B og 1513C til pumpestatus-styringene 1511A til pumpe 133A, 1511B til pumpe 133B og 1511C til pumpe 133C, henholdsvis, for å oppnå denønskete pumpe-oppstillingen og følgelig nivåene hvor oppslemmingen 148' vil entre absorpsjonstårnet 132. Om tilgjengelig i WFGD-delsystemet, kan MPCC-en 1500 også utstede pumpebelastnings-styringssettpunkter 1516A,

1516B og 1516C til pumpebelastnings-styringene 1514A til pumpen 133A, 1514B til pumpe 133B og 1514C til pumpe 133C, henholdsvis, for å oppnå et ønsket volum av strømning av oppslemmingen 148' inn i absorpsjonstårnet 132 ved hvert aktivt dysenivå. Følgelig, MPCC-en 1500 styrer strømningsraten Ltil oppslemmingen 148' i væskeform til absorpsjonstårnet 132 ved å styre hvilke nivåer av dyser 306A-306C oppslemmingen 148' blir pumpet til og mengden av oppslemming 148' som blir pumpet til hvert nivå av dyser. Det skal erkjennes at jo større antall pumper og dysenivåer, jo større er oppdelingsfinheten på slik styring.

Pumping av oppslemming 148' til høyerenivå-dyser, så som dysene 306A, vil føre til at oppslemmingen, som blir sprayet fra oppslemmings-sprayere 308A, har en forholdsvis lang kontaktperiode med den S02-mettete avgassen 114. Dette vil igjen resultere i absorbsjonen av en forholdsvis større mengde av S02fra avgassen 114 av oppslemmingen enn oppslemming som entrer absorpsjonstårnet ved lavere spraynivåer. På den annen side, pumping av oppslemming til lavere-nivå dyser, så som dysene 306C, vil føre til at oppslemmingen 148', som blir sprayet fra oppslemmingssprayerne 308C, har en forholdsvis kortere kontaktperiode med den S02-mettete avgassen 114. Dette vil resultere i absorbsjon av forholdsvis små mengder S02fra avgassen 114 av oppslemmingen. Følgelig, en større eller mindre mengde av S02vil bli fjernet fra avgassen 114 med den samme mengden og sammensetningen av oppslemming 148', avhengig av nivået til dyser som oppslemmingen blir pumpet til.

Å pumpe oppslemmingen 148' i væskeform til høyerenivå-dyser, så som dysene 306A, krever imidlertid mer energi, og følgelig større driftskostnad, enn hva som kreves for å pumpe oppslemmingen 148' i væskeform til laverenivå-dyser, så som dysene 306C. Følgelig, ved å pumpe mer oppslemming i væskeform til høyerenivå-dyser for å øke absorbsjonen og følgelig fjerning av svovel fra avgassen 114, blir driftskostnaden til WFGD-delsystemetøket.

Pumpene 133A-133C har ekstremt store deler av roterende utstyr. Disse pumpene kan startes og stoppes automatisk av MPCC-en 1500 ved å utstede pumpestatus-SP-er, eller manuelt av delsystemoperatøren eller annen bruker. Dersom strømningsraten til avgassen 114 som entrer absorpsjonstårnet 132 blir modifisert på grunn av en endring i driften av kraftgenererings-systemet 110, vil MPCC-en 1500, som utfører predikasjonslogikken 850 i samsvar med den dynamiske styringsmodellen 870, og styringsgeneratorlogikken 860, justere driften av én eller flere av oppslemmingspumpene 133A-133C. For eksempel, dersom avgass-strømningsraten skulle falle til 50 % av dimensjons-belastningen, kan MPCC-en utstede én eller flere pumpestatus-SP-er for avstengning, det vil sli avslåing, av én eller flere av pumpene som iøyeblikket pumper oppslemming 148' til absorbsjonstårn-dysene ved ett eller flere spray-nivåer, og/eller ett eller flere pumpebelastningsstyrings-SP-er for å redusere pumpebelastningen til én eller flere av pumpene som iøyeblikket pumper oppslemming til absorbsjonstårn-dysene ved ett eller flere spraynivåer.

I tillegg, dersom en dispenser (ikke vist) for organisk syre eller lignende er inkludert som del av blanderen/pumpen 140 eller som et separat delsystem som mater den organiske syren direkte til prosessen, kan MPCC-en 1500 også eller alternativt utstede styrings-SP-signaler (ikke vist) for å redusere mengden av organisk syre eller annen lignende tilsetning som blir tilført oppslemmingen for å redusere evnen til oppslemmingen til å absorbere og derfor fjerne S02fra avgassen. Det skal erkjennes at disse tilsetningene gjerne er temmelig dyre, og deres bruk har derfor blitt relativt begrenset, i det minste i USA. Igjen, det er en konflikt mellom S02-fjerning og driftskostnader: tilsetningene er dyre, men tilsetningene kan betraktelig øke S02-fjerning med liten til ingen påvirkning på gipsrenheten. Dersom WFGD-delsystemet omfatter et tilsetningsinjiserings-delsystem, vil det derfor være hensiktsmessig å tillate MPCC-en 1500 å styre tilsetnings-injiseringen, samordnet med de andre WFGD-prosessvariablene, slik at MPCC-en 1500 driver WFGD-prosessen ved den lavest mulige driftskostnaden og samtidig innenfor utstyrs-, prosess- og lovregulerte begrensninger. Ved å innmate kostnaden for slike tilsetninger til MPCC-en 1500, kan denne kostnadsfaktoren bli inkludert i den dynamiske styringsmodellen og bli tatt i betraktning av den utførende predikasjonslogikken ved anvising av styringen av WFGD-prosessen.

Hindring av kalkblinding

Som tidligere omtalt, for å oksidere det absorberte S02-et for å danne gips, må en kjemisk reaksjon skje mellom S02-et og kalket i oppslemmingen i absorpsjonstårnet 132. Under denne kjemiske reaksjonen blir oksygen forbrukt for å danne kalsiumsulfatet. Avgassen 114 som entrer absorpsjonstårnet 132 er 02-fattig, så ytterligere 02blir typisk tilført inn i oppslemmingen i væskeform som strømmer til absorpsjonstårnet 132.

Det henvises nå til figur 18. En blåser 150, som er vanligkarakterisertsom en vifte, komprimerer omgivende luft 152. Den resulterende oksidasjonsluften 154' blir ført til krystallisatoren 134 og tilført oppslemmingen i krystallisatoren 134, som vil bli pumpet til absorbatoren 132, som har blitt omtalt tidligere med henvisning til figur 17. Tilføringen av den komprimerte oksidasjonsluften 154' til oppslemmingen i krystallisatoren 134 resulterer i den resirkulerte oppslemmingen 148', som strømmer fra krystallisatoren 134 til absorbatoren 132 med etøket oksygeninnhold som vil forenkle oksidasjonen og følgelig dannelsen av kalsiumsulfat.

Fortrinnsvis er det et overskudd av oksygen i oppslemmingen 148', selv om det vil erkjennes at det er en øvre grense for mengden av oksygen som kan bli absorbert eller holdes av oppslemmingen. For å forenkle oksidasjonen er detønskelig å drive WFGD-en med en betydelig mengde overskudds-02i oppslemmingen.

Det skal også erkjennes at dersom 02-konsentrasjonen i oppslemmingen blir for lav, vil den kjemiske reaksjonen mellom S02-et i avgassen 114 og kalken i oppslemmingen 148' bli langsom og med tiden stanse opp. Når dette skjer, blir det ofte referert til som kalkblinding.

Mengden av 02som blir oppløst i resirkulasjons-oppslemmingen i krystallisatoren 134 er ikke en målbar parameter. Følgelig, den dynamiske estimeringsmodellen 880 omfatter fortrinnsvis en modell av det oppløste oppslemmings-02-et. Estimeringslogikken, for eksempel estimeringslogikken 840 utført av estimatoren 1500B til MPCC-en 1500, i samsvar med den dynamiske estimeringsmodellen 880, beregner et estimat av det oppløste 02-et i resirkulasjons-oppslemmingen i krystallisatoren 134. Det beregnete estimatet blir ført til styringen 1500A til MPCC-en 1500, som anvender det beregnete estimatet for å oppdatere den dynamiske styringsmodellen, for eksempel den dynamiske styringsmodellen 870. Styringen 1500A utfører så predikasjonslogikken, for eksempel predikasjonslogikken 850, som sammenligner den estimerte verdien av oppløst oppslemmings-02med en oppløst oppslemmings-02-verdibegrensning, som har blitt matet til MPCC-en 1500. Oppløst oppslemmings-02-verdibegrensningen er én av begrensningene 1555 vist i figur 15B, og er vist mer spesielt i figur 19, som oppløst oppslemmings-02-kravet 1926.

Basert på resultatet av sammenligningen, fastsetter styringen 1500A, som fortsatt utfører predikasjonslogikken, om noen justeringer av driften av WFGD-delsystemet 130' er nødvendig for å sikre at oppslemmingen 148' som blir pumpet til absorpsjonstårnet 132 ikke blir mager på 02. Det vil erkjennes at sikring av at oppslemmingen 148' har en tilstrekkelig mengde oppløst 02også bidrar til å sikre at S02-utslippene og kvaliteten til gips-biproduktet fortsetter å imøtekomme de nødvendige utslipps- og kvalitets-begrensningene.

Som vist i figurene 15A og 18, omfatter blåseren 150 en belastningsstyrings-mekanisme 1501, som noen ganger refereres til som en blåserhastighets-styringsmekanisme, som kan justere strømmen med oksidasjonsluft til krystallisatoren 134. Belastningsstyrings-mekanismen 1501 kan bli brukt til å justere belastningen av blåseren 150, og således mengden av komprimert oksidasjonsluft 154' som entrer krystallisatoren 134, og således muliggjøre en nødvendig justering av drift av WFGD- delsystemet 130' i lys av sammenlignings-resultatet. Driften av belastningsstyrings-mekanismen 1501 blir fortrinnsvis styrt direkte av styringen 1500A. Omønskelig kan belastningsstyrings-mekanismen 1501 imidlertid bli manuelt styrt av en delsystem-operatør basert på en utmating av styringen 1500A som anviser operatøren til å foreta den hensiktsmessige manuelle styringen av belastningsstyrings-mekanismen. Uansett tilfelle, basert på resultatet til sammenligningen, utfører styringen 1500A predikasjonslogikken 850, i samsvar med den dynamiske styringsmodellen 870, for å fastsette om en justering av mengden komprimert luft 154' som entrer krystallisatoren 134 er nødvendig for å sikre at oppslemmingen 148' som blir pumpet til absorpsjonstårnet 132 ikke blir utmagret på 02og, i så tilfelle, mengden til justeringen. Styringen 1500A utfører så styringsgenerator-logikk, så som styringsgenerator-logikken 860, i lys av blåserbelastnings-verdien 1502 mottatt av MPCC-en 1500 fra belastningsstyrings-mekanismen 1501, for å generere styringssignaler for å anvise belastningsstyrings-mekanismen 1501 til å modifisere belastningen av blåseren 150 for å justere mengden av komprimert oksidasjonsluft 154' som entrer krystallisatoren 134 til en ønsket mengde som vil sikre at oppslemmingen 148' som blir pumpet til absorpsjonstårnet 132 ikke blir mager på 02.

Som bemerket tidligere, 02-utmagring er spesielt en grunn til bekymring under sommermånedene når varme reduserer mengden av komprimert oksidasjonsluft 154' som kan bli presset inn i krystallisatoren 134 av blåseren 150. Predikasjonslogikken 850 utført av styringen 1500A kan, for eksempel, fastsette at hastigheten eller belastningen av blåseren 150, som blir matet inn til MPCC-en 1500 som blåser-belastningsverdi 1502, bør justeres for å øke volumet av komprimert oksidasjonsluft 154' som entrer krystallisatoren 134 med en fastsatt mengde. Styringsgeneratoren utført av styringen 1500A fastsetter så blåserbelastnings-SP-et 1503 som vil resultere i denønsketeøkningen av volum av komprimert oksidasjonsluft 154'. Blåserbelastnings-SP-et 1503 blir fortrinnsvis overført fra MPCC-en 1500 til belastningsstyrings-mekanismen 1501, som anviser enøkning av belastningen på blåseren 150 som korresponderer med blåserbelastnings-SP-et 1503, og således forhindrer kalkblinding og sikrer at S02-utslippet og kvaliteten av gips-biproduktet er innenfor de anvendbare begrensningene.

Økning av hastigheten eller belastningen av blåseren 150 vil selvfølgelig også øke blåserens energiforbruk, og derfor driftskostnadene til WFGD-delsystemet 130'. Denne kostnadsøkningen blir fortrinnsvis overvåket av MPCC-en 1500 under styring av driften av WFGD-delsystemet 130', og tilveiebringer således et økonomisk insentiv for styring av blåseren 150 for å anvise kun den nødvendige mengden av komprimert oksidasjonsluft 154' inn i krystallisatoren 134.

Som vist i figur 19 blir den gjeldende energikostnaden/energienheten, vist som enhetsenergi-kostnad 1906, fortrinnsvis innmatet til MPCC-en 1500 som én av ikke-prosess-innmatingene 1550 vist i figur 15B, og inkludert i den dynamiske styringsmodellen 870. Ved bruk av denne informasjonen kan styringen 1500A til MPCC-en 1500 også beregne og vise til delsystem-operatøren eller andre, endringen i driftskostnaden, basert på justeringen av strømmen med komprimert oksidasjonsluft 154'til krystallisatoren 134.

Følgelig, gitt at det finnes overskytende blåserkapasitet 150, vil styringen 1500A typisk styre strømmen med komprimert oksidasjonsluft 154' til krystallisatoren 134 for å sikre at det er tilstrekkelig for å unngå blinding. Imidlertid, dersom blåseren 150 opererer ved full belastning og mengden av komprimert oksidasjonsluft 154' som strømmer til krystallisatoren 134 fortsatt er utilstrekkelig for å unngå blinding, det vil si tilleggsluft (oksygen) behøves for oksidasjon av alt S02-et som absorberes i absorpsjonstårnet 132, vil styringen 1500A behøve å implementere en alternativ styringsstrategi. I dette henseendet, når S02-et er absorbert i oppslemmingen må det oksideres til gips - imidlertid, dersom det ikke finnes noe ytterligere oksygen for oksidasjon av det marginale S02-et, er det best å ikke absorbere S02-et fordi dersom det absorberte S02-et ikke kan bli oksidert, vil kalkblinding til slutt forekomme.

Under slike forhold har styringen 1500A intet annet valg som kan utføres for styring av driften av WFGD-delsystemet 130', for å sikre at blinding ikke forekommer. Mer spesielt, styringen 1500A som utfører predikasjonslogikken 850 i samsvar med den dynamiske styringsmodellen 870 og styringsgenerator-logikken 860, kan styre PID-en 180 til å justere pH-nivåettil oppslemmingen 141' som strømmer til krystallisatoren 134, og således styre pH-nivåettil oppslemmingen 148' som pumpes til absorpsjonstårnet 132. Ved å anvise en senkning i pH-nivået til oppslemmingen 148' som pumpes til absorpsjonstårnet 132, vil den ytterlige marginale S02-absorbsjonen bli redusert og blinding kan unngås.

Enda en alternativ strategi som kan implementeres av styringen 1500A, er å drive utenfor begrensningene 1555 vist i figur 15B. Spesielt kan styringen 1500A implementere en styringsstrategi, under hvilken ikke så mye av S02-et i oppslemmingen 148' i krystallisatoren 134 blir oksidert. Følgelig vil mengden av 02som kreves i krystallisatoren 134 bli redusert. Denne handlingen vil imidlertid igjen degradere renheten til gips-biproduktet 160' produsert av WFGD-delsystemet 130'. Ved bruk av denne strategien overgår styringen 1500A én eller flere av begrensningene 1555 ved styring av driften av WFGD-delsystemet 130'. Styringen beholder fortrinnsvis den faste utslippsbegrensningen for S02i den rene avgassen 116', som er vist som utløps-S02-tillatelseskrav 1922 i figur 19, og overskrider, og effektivt senker den spesifiserte renheten til gips-biproduktet 160', som er vist som gipsrenhets-krav 1924 i figur 19.

Følgelig, når den maksimale blåserkapasitets-grensen er nådd, kan styringen 1500A styre driften av WFGD-delsystemet 130' til å senke pH-verdien til oppslemmingen 148' som entrer absorpsjonstårnet 132 og således redusere S02-absorbsjon ned til utslippsgrensen, det vil si utslipps-S02-tillatelseskravet 1922. Imidlertid, dersom en ytterligere reduksjon av S02-absorbsjon vil føre til en overskridelse av utløps-S02-tillatelseskravet 1922 og det er utilstrekkelig blåserkapasitet til å tilveiebringe den nødvendige mengden luft (oksygen) for å oksidere alt av det absorberte S02-et som må fjernes, er det fysiske utstyret, for eksempel blåseren 150 og/eller krystallisatoren 134, underdimensjonert og det er ikke mulig å imøtekomme både S02-fjerningskravet og gipsrenheten. Ettersom MPCC-en 1500 ikke kan "danne" det nødvendige ytterligere oksygenet, må den vurdere en alternativ strategi. Under denne alternative strategien styrer styringen 1500A driften av WFGD-delsystemet 130' for å bibeholde et gjeldende nivå av S02-fjerning, det vil si å imøtekomme utløps-S02-tillatelseskravet 1922, og å produsere gips som imøtekommer en løsere gipsrenhets-begrensning, det vil si imøtekomme et gipsrenhets-krav som er mindre enn det innmatete gipsrenhetskravet 1924. Styringen 1500A minimerer fordelaktig avviket mellom det reduserte gipsrenhets-kravet og det ønsket gipsrenhets-kravet 1924. Det skal forstås at et enda ytterligere alternativ er at styringen 1500A styrer driften av WFGD-delsystemet 130' i samsvar med en hybrid-strategi som implementerer aspekter av begge av de ovennevnte. Disse alternative styringsstrategiene kan implementeres ved setting av standard justerings-parametere i MPCC-en 1500.

MPCC-drift

Som beskrevet ovenfor, MPCC-en 1500 er i stand til å styre store WFGD-delsystemer for bruksapplikasjoner i et distribuert styringssystem (DCS). Parameterne som kan styres av MPCC-en 1500 er praktisk talt ubegrensete, men omfatter fortrinnsvis i det minste én eller flere av: (1) pH-en til oppslemmingen 148' som entrer absorpsjonstårnet 132, (2) oppslemmingspumpe-oppstillingen som leverer oppslemming 148' i væskeform til de forskjellige nivåene til absorpsjonstårnet 132, og (3) mengden av komprimert oksidasjonsluft 154' som entrer krystallisatoren 134. Som vil erkjennes, det er den dynamiske styringsmodellen 870 som inneholder de grunnleggende prosess-sammenhengene som vil bli brukt av MPCC-en 1500 for å anvise styring av WFGD-prosessen. Følgelig, sammenhengene som er opprettet i den dynamiske styringsmodellen 870 er av primær viktighet for MPCC-en 1500.1 dette henseendet relaterer den dynamiske styringsmodellen 870 forskjellige parametere, så som pH-en og oksidasjonsluftnivåer, til forskjellige begrensninger, så som gipsrenhet og S02-fjerningsnivåer, og det er disse sammenhengene som muliggjør den dynamiske og fleksible styringen av WFGD-delsystemet 130', som vil bli ytterligere forklart nedenfor.

Figur 19 viser, i større detalj, de foretrukkete parameterne og begrensningene som blir innmatet og brukt av styringen 1500A til MPCC-en 1500. Som vil bli beskrevet ytterligere nedenfor, utfører styringen 1500A predikasjonslogikk, så som predikasjonslogikken 850, i samsvar med den dynamiske styringsmodellen 870 og basert på innmatingsparameterne og begrensningene, for å predikere fremtidige tilstander av WFGD-prosessen og å anvise styring av WFGD-delsystemet 130' for å optimere WFGD-prosessen. Styringen 1500A utfører så styringsgenerator-logikk, så som styringsgenerator-logikken 860, i samsvar med styrings-direktivene fra predikasjonslogikken, for å generere og utstede styringssignaler for å styre spesifikke elementer av WFGD-delsystemet 130'.

Som tidligere beskrevet med henvisning til figur 15B, omfatter innmatingsparameterne målte prosessparametere 1525, ikke-prosessparametere 1550, WFGD-prosessbegrensninger 1555 og estimerte parametere 1560 beregnet av MPCC-estimatoren 1500B som utfører estimeringslogikk, så som estimeringslogikken 840, i samsvar med den dynamiske estimeringsmodellen 880.

I den foretrukkete implementasjonen vist i figur 19 omfatter de målte prosessparameterne 1525 de omgivende forhold 1520, den målte energigenereringssystem(PGS)-belastningen 1509, det målte innløps-S02-et 189, blåserbelastnings-verdien 1502, den målte oppslemmings-pH-verdien 183, det målte utløps-S02-et 1505, den lab-målte gipsrenheten 1506, oppslemmingspumpe-statusverdiene 1512 og belastningsverdiene for oppslemmingspumpe 1515. WFGD-prosessbegrensningene 1555 omfatter utløps-S02-tillatelseskravet 1922, gipsrenhet-kravet 1924, oppløst oppslemmings-02-kravet 1926 og oppslemmings-pH-kravet 1928. Ikke-prosess-innmatingene 1550 omfatter justeringsfaktorer 1902, den gjeldende S02-kredittprisen 1904, den gjeldende enhetsenergi-kostnaden 1906, den gjeldende kostnaden 1908 for organisk syre, den gjeldende gips-salgsprisen 1910 og de fremtidige driftsplanene 1950. De estimerte parameterne 1560 beregnet av estimatoren 1500B omfatter den beregnete gipsrenheten 1932, det beregnete oppløst-slam-02-et 1934 og den beregnete slam-pH-en 1936. På grunn av inkluderingen av ikke-prosessparameter-innmatingen, for eksempel den gjeldende enhetsenergi-kostnaden 1906, kan MPCC-en 1500 anvise styring av WFGD-delsystemet 130', ikke bare basert på den gjeldende tilstanden til prosessen, men også basert på tilstanden til forhold utenfor prosessen.

Fastsettelse av tilgjengelighet av ytterligere S02-absorbsjonskapasitet

Som tidligere diskutert med henvisning til figur 17, kan MPCC-en styre tilstanden og belastningen av pumpene 133A-133C og således styre strømmen med oppslemming 148' til de forskjellige nivåene til absorpsjonstårnet 132. MPCC-en 1500 kan også beregne det gjeldende energiforbruket til pumpene 133A-133C, basert på den gjeldende pumpe-oppstillingen og de gjeldende pumpebelastnings-verdiene 1515A-1515C, og ytterligere den gjeldende driftskostnaden for pumpene basert på det beregnete energiforbruket og den gjeldende enhetsenergi-kostnaden 1906.

MPCC-en blir fortrinnsvis konfigurert til å utføre predikasjonslogikken 850, i samsvar med den dynamiske styringsmodellen 870 og basert på de gjeldende pumpestatus-verdiene 1512A-1512C og de gjeldende pumpebelastnings-verdiene 1515A-1515C, for å fastsette den tilgjengelige ytterligere kapasiteten til pumpene 133A-133C. MPCC-en 1500 fastsetter så, basert på den fastsatte mengden av tilgjengelig ytterligere pumpekapasitet, den ytterligere mengden av S02som kan fjernes ved å justere driften til pumpene, for eksempel slå på en pumpe for å endre pumpe-oppstillingen eller å øke energien til en pumpe.

Fastsettelse av den ytterligere mengden av S02tilgjengelig for fjerning

Som bemerket ovenfor, i tillegg til den målte innløps-S02-sammensetningen 189 detektert av sensoren 188, blir belastningen 1509 av energigenererings-systemet (PGS) 110 fortrinnsvis detektert av belastningssensor 1508 og også innmatet som en målt parameter til MPCC-en 1500. PGS-belastningen 1509 kan, for eksempel, representere et mål på BTU-er av kull som blir konsumert i eller mengden av energi som blir generert av energigenerering-systemet 110. Imidlertid, PGS-belastningen 1509 kan også representere en annen parameter til energigenererings-systemet 110 eller den tilknyttete energigenererings-prosessen, så lenge en slik annen parametermåling noenlunde korresponderer med innløps-avgassbelastningen, for eksempel en parameter til det kullbrennende energigenererings-systemet eller -prosessen som noenlunder korresponderer med kvantiteten av innløps-avgass som går til WFGD-delsystemet 130'.

MPCC-en 1500 er fortrinnsvis konfigurert ti å utføre predikasjonslogikken 850 i samsvar med den dynamiske styringsmodellen 870, for å fastsette innløps-avgassbelastningen, det vil si volumet eller massen av innløpsavgass 114, ved absorpsjonstårnet 132, som korresponderer med PGS-belastningen 1509. MPCC-en 1500 kan, for eksempel, beregne innløps-avgassbelastningen ved absorpsjonstårnet 132 basert på PGS-belastningen 1509. Alternativt kan en PGS-belastning 1509 selv tjene som innløps-avgassbelastningen, hvorved ingen beregning er nødvendig. I alle tilfelle vil MPCC-en 1500 så fastsette den ytterligere mengden av S02 som er tilgjengelig for fjerning fra avgassen 114 basert på den målte innløps-S02-sammensetningen 189, innløps-avgassbelastningen og det målte utløps-S02-et 1505.

Det skal erkjennes at innløps-avgassbelastningen kan være direkte målt og innmatet til MPCC-en 1500 om dette erønskelig. Det vil si, en faktisk måling av volumet eller massen til innløps-avgassen 114 som føres til absorpsjonstårnet 132 kan, valgfritt, bli målt av en sensor (ikke vist) anordnet oppstrøms for absorpsjonstårnet 132 og nedstrøms for de andre APC-delsystemene 122, og matet til MPCC-en 1500.1 et slikt tilfelle, er det kanskje inget behov for at MPCC-en 1500 skal fastsette innløps-avgassbelastningen som korresponderer med PGS-belastningen 1509.

Momentan og løpende gjennomsnitt S02-fjerningsbegrensninger

Som beskrevet med henvisning til figur 12, en prosesshistorie-database 1210 omfatter en S02-utslippshistorie-database 890 som, for eksempel, beskrevet med henvisning til figur 8. Prosesshistorie-databasen 1210 har forbindelse til MPCC-en 1500. Det skal forstås at MPCC-en 1500 for eksempel kan være av typen vist i figur 8, eller kan være en flerlags type styring, så som en to-lags styring som vist i figur 10.

S02-utslippshistorie-databasen 890 lagrer data som representerer S02-utslipp, ikke bare i form av sammensetningen av S02, men også mengdene av utsluppet S02, over den siste løpende gjennomsnitt-perioden. Følgelig, i tillegg til å ha tilgang til informasjon som representerer de gjeldende S02-utslippene via det innmatete målte utløps-S02-et 1505 fra S02-analysatoren 1504, ved forbindelse til prosesshistorie-databasen 1210, har MPCC-en 1500 også tilgang til historisk informasjon som representerer S02-utslipp, det vil si det målte utløps-S02-et, over det siste løpende gjennomsnitt-tidsvinduet via S02-utslippshistorie-databasen 890. Det skal erkjennes at, mens de gjeldende S02-utslippene korresponderer med en enkel verdi, korresponderer S02-utslippene over det siste løpende gjennomsnitt-tidsvinduet med en dynamisk bevegelse av S02-utslippene over den anvendbare tidsperioden.

Fastsettelse av tilgjengeligheten av ytterligere S02-oksidasjonskapasitet

Som vist i figur 19 og beskrevet ovenfor, er innmating til MPCC-en 1500 målte verdier av (1)

utløps-S02-et 1505, (2) den målte blåserbelastningen 1502, som korresponderer med mengden av oksidasjonsluft som entrer krystallisatoren 134, (3) oppslemmingspumpe-statusverdiene 1512, det vil si pumpeoppstillingen og oppslemmingspumpe-belastningsverdiene 1515, som korresponderer med mengden av kalkoppslemming som strømmer til absorpsjonstårnet 132. Ytterligere innmating

til MPCC-en 1500 er begrensningskrav på (1) renheten 1924 til gipsbiproduktet 160', (2) det oppløste 02-et 1926 i oppslemmingen i krystallisatoren 134, som korresponderer med mengden av oppløst 02i oppslemmingen som er nødvendig for å sikre tilstrekkelig oksidasjon og å unngå blinding av kalken, og (3) utløps-S02-et 1922 i avgassen 116' som utløper fra WFGD-delsystemet 130'. I dag vil utløps-S02-tillatelseskravet 1922 typisk omfatte begrensninger for både momentane S02-utslipp og de løpende gjennomsnitt-S02-utslipp. Innmatet til MPCC-en 1500 er også ikke-prosessinnmatinger, omfattende (1) enhetsenergi-kostnaden 1906, for eksempel kostnaden til en enhet elektrisitet, og (2) den gjeldende og/eller forventete verdien til en S02-kredittpris 1904, som representerer prisen en slik lovregulert kreditt kan selges til. Videre, MPCC-en 1500 beregner et estimat for (1) den gjeldende renheten 1932 til gips-biproduktet 160', (2) det oppløste 02-et 1934 i oppslemmingen i krystallisatoren 134, og (3) pH-en 1936 til oppslemmingen som strømmer til absorpsjonstårnet 132.

MPCC-en 1500 som utfører predikasjonslogikken i samsvar med den dynamiske styringslogikken, prosesserer disse parameterne for å fastsette mengden av S02som blir reagert med av oppslemmingen i absorpsjonstårnet 132. Basert på denne fastsettelsen kan MPCC-en 1500 så fastsette mengden av ikke-oppløst 02som forblir tilgjengelig i slammet i krystallisatoren 134 for oksidasjon av kalsiumsulfitten for å danne kalsiumsulfat.

Fastsettelse av om det skal anvendes ytterligere tilgjengelig kapasitet

Dersom MPCC-en 1500 har fastsatt at ytterligere kapasitet er tilgjengelig for å absorbere og oksidere ytterligere S02og det finnes ytterligere S02tilgjengelig for fjerning, er MPCC-en 1500 også fortrinnsvis konfigurert til å utføre predikasjonslogikken 850, i samsvar med den dynamiske styringsmodellen 870, for å fastsette om den skal eller ikke skal styre WFGD-delsystemet 130' til å justere drift til å fjerne ytterligere tilgjengelig S02fra avgassen 114. For å gjøre denne fastsettelsen, kan MPCC-en 1500 for eksempel fastsette om genereringen og salg av slike S02-kreditter vil øke lønnsomheten til WFGD-delsystemets 130 drift, fordi det er mer lønnsomt å modifisere driften til å fjerne ytterligere S02, ut over det som er krevet av driftstillatelsen gitt av den anvendte statlige lovregulerings-enheten, det vil si ut over det som er krevet av S02-utslippskravet 1922, og å selge de resulterende lovregulerte kredittene som vil erverves.

Spesielt, MPCC-en 1500, som utfører predikasjonslogikken 850 i samsvar med den dynamiske styringsmodellen, vil fastsette de nødvendige endringene i driften av WFGD-delsystemet 130' for å øke fjerningen av S02. Basert på denne fastsettelsen vil MPCC-en 1500 også fastsette antallet resulterende ytterligere lovregulerte kreditter som vil opptjenes. Basert på de fastsatte driftsendringene og den gjeldende eller forventete elektrisitetskostnaden, for eksempel enhetsenergi-kostnaden 1906, vil MPCC-en 1500 ytterligere fastsette de resulterende ytterligere elektrisitetskostnadene som kreves av endringene i WFGD-delsystemets 130' drift, som er fastsatt til å være nødvendige. Basert på disse siste fastsettelsene og den gjeldende eller forventete prisen på slike kreditter, for eksempel S02-kredittprisen 1904, vil MPCC-en 1500 videre fastsette om kostnaden for generering av de ytterligere lovregulerte kredittene er større enn prisen en slik kreditt kan selges for.

Dersom, for eksempel, kredittprisen er lav, er kanskje ikke genereringen og salg av ytterligere kreditter fordelaktig. Fjerning av S02ved det minste nødvendige nivået for å imøtekomme driftstillatelses-grensen gitt av den anvendte statlige lovregulerings-enheten vil i stedet minimere kostnaden og således maksimere lønnsomheten for WFGD-delsystemets 130' drift, fordi det er mer lønnsomt å fjerne kun den mengden av S02som er krevet for på minste vis å imøtekomme utslippstillatelses-kravet 1922 for S02til driftstillatelsen gitt av den anvendte statlige lovregulerings-enheten. Dersom kreditter allerede blir generert under den rådende driften av WFGD-delsystemet 130', kan MPCC-en 1500 til og med anvise endringer av driften av WFGD-delsystemet 130' for å redusere fjerningen av S02og således stanse en ytterligere generering av S02-kreditter, og således redusere elektrisitetskostnader, og følgelig lønnsomheten til driften.

Etablering av driftsprioriteringer

Som også vist i figur 19, er MPCC-en 1500 også fortrinnsvis konfigurert til å motta justeringsfaktorer 1902 som en annen av ikke-prosessinnmatingen 1550. MPCC-en 1500 som utfører predikasjonslogikken 850 i samsvar med den dynamiske styringsmodellen 870 og justeringsfaktorene 1902, kan sette prioriteter på styringsvariablene ved å bruke, for eksempel, respektive vektinger for hver av styringsvariablene.

I dette henseendet vil fortrinnsvis begrensningene 1555, som hensiktsmessig, etablere et nødvendig område for hver begrenset parameterbegrensning. Utløps-S02-tillatelseskravet 1922, gipsrenhets-kravet 1924, oppløst 02-kravet 1926 og oppslemmings-pH-kravet 1928 vil således, for eksempel, alle ha høye og lave grenser, og MPCC-en 1500 vil bibeholde drift av WFGD-delsystemet 130' innenfor området basert på justeringsfaktorene 1902.

Fastsettelse av den fremtidige WFGD- prosessen

MPCC-en 1500 som utfører predikasjonslogikken i samsvar med den dynamiske styringsmodellen 870, fastsetter fortrinnsvis først den gjeldende tilstanden til prosessdriften, som omtalt ovenfor. Fastsettelsen behøver imidlertid ikke å stanse der. MPCC-en 1500 blir også fortrinnsvis konfigurert til å utføre predikasjonslogikken 850, i samsvar med den dynamiske prosessmodellen 870, for å fastsette hvor prosessdriften vil bevege seg dersom ingen endringer i WFGD-delsystemet 130' blir foretatt.

Mer spesielt, MPCC-en 1500 fastsetter den fremtidige statusen til prosessdriften basert på sammenhengene i den dynamiske styringsmodellen 870 og de historiske prosessdataene lagret i prosesshistorie-databasen 1210. De historiske prosessdataene omfatter dataene i S02-historiedatabasen samt annen data som representerer det som tidligere har skjedd i WFGD-prosessen over en forhåndsdefinert tidsperiode. Som del av denne fastsettelsen, fastsetter MPCC-en 1500 den gjeldende veien på hvilken WFGD-delsystemet 130' driver, og således den fremtidige verdien til de forskjellige prosessparameterne tilknyttet WFGD-prosessen dersom ingen endringer av driften blir gjort.

Som vil forstås av en fagmann, fastsetter MPCC-en 1550 fortrinnsvis, på en måte lik den omtalt ovenfor, tilgjengeligheten av ytterligere S02-fjerningskapasitet, den ytterligere mengden av S02som er tilgjengelig for fjerning, tilgjengeligheten av ytterligere S02-oksidasjonskapasitet og om det skal anvendes ytterligere tilgjengelig kapasitet, basert på de fastsatte fremtidige pa ra meterverd iene.

Implementering av en driftsstrategi for WFGD- delsystemdrift

MPCC-en 1500 kan benyttes som en plattform for å implementere multiple driftsstrategier uten å påvirke den underliggende prosessmodellen og prosessstyrings-sammenhengene i prosessmodellen. MPCC-en 1500 bruker en objektiv funksjon for å fastsette driftsmålene. Den objektive funksjonen omfatter informasjon om prosessen i form av sammenhengene i prosessmodellen. Den omfatter imidlertid også justeringsfaktorer, eller vektinger. Prosess-sammenhengene representert i den objektive funksjonen via prosessmodellen er faste. Justeringsfaktorene kan justeres før hver utførelse av styringen. Underlagt prosessgrenser eller - begrensninger, kan styringsalgoritmen maksimere eller minimere verdien av den objektive funksjonen for å fastsette den optimale verdien til den objektive funksjonen. Optimale driftsmål for prosessverdiene er tilgjengelig for styringen fra den optimale løsningen til den objektive funksjonen. Justering av justeringsfaktorene, eller vektingene, i den objektive funksjonen endrer verdien av den objektive funksjonen, og følgelig den optimale løsningen. Det er mulig å implementere forskjellige driftsstrategier ved bruk av MPCC-en 1500 ved å anvende de hensiktsmessige kriteriene eller strategien for å sette justeringskonstantene for den objektive funksjonen. Noen av de mer vanlige driftsstrategiene kan omfatte:

- Verdioptimalisering (maksimere profitt/minimere kostnad),

- Maksimere forurensnings-fjerning,

- Minimere bevegelse av de manipulerte variablene i styringsproblemet.

Optimalisering av WFGD-delsystemdrift

Basert på de ønskete driftskriteriene og hensiktsmessig justert objektiv funksjon og justeringsfaktorene 1902, vil MPCC-en 1500 utføre predikasjonslogikken, i samsvar med den dynamiske prosessmodellen 870 og basert på de hensiktsmessige innmatings- eller beregnete parameterne, for først å etablere langtids-driftsmål for WFGD-delsystemet 130'. MPCC-en 1500 vil så kartlegge en optimal kurs, så som optimale kurver eller veier, fra den gjeldende tilstanden til prosessvariablene, for både manipulerte og styrte variabler, til de respektive etablerte langtids-driftsmålene for disse prosessvariablene. MPCC-en 1500 genererer så styringsdirektiver for å modifisere WFGD-delsystemets 130' drift i samsvar med de etablerte langtids-driftsmålene og den optimale kurs-kartleggingen. Til slutt genererer og kommuniserer MPCC-en 1500, som utfører styringsgenerator-logikken 860, styringssignaler til WFGD-delsystemet 130', basert på styringsdirektivene.

MPCC-en 1500 foretar følgelig, i samsvar med den dynamiske styringsmodellen 870 og gjeldende målt og beregnet parameterdata, en første optimalisering av WFGD-delsystemets 130' drift basert på en valgt objektiv funksjon, så som én valgt på grunnlag av de gjeldende elektrisitetskostnadene eller prisen på lovregulerte kreditter, for å fastsette en ønsket stabil mål-tilstand. MPCC-en 1500 foretar så, i samsvar med den dynamiske styringsmodellen 870 og prosesshistoriske data, en andre optimalisering av WFGD-delsystemets 130' drift, for å fastsette en dynamisk vei langs hvilken prosessvariablene skal beveges fra den gjeldende tilstanden til denønskete stabile mål-tilstanden. Predikasjonslogikken som blir utført av MPCC-en 1500 fastsetter fordelaktig en vei som vil forenkle styringen av WFGD-delsystemets 130' drift av MPCC-en 1500 for å bevege prosessvariablene så raskt som er praktisk til denønskete mål-tilstanden for hver prosessvariabel, med samtidig minimering av feil eller avvik mellom denønskete mål-tilstanden til hver prosessvariabel og den faktiske gjeldende tilstanden til hver prosessvariabel ved hvert punkt langs den dynamiske veien.

Følgelig, MPCC-en 1500 løser styringsproblemet ikke bare for det gjeldende tidsøyeblikket (T0), med ved alle andre tidsøyeblikk under perioden hvor prosessvariablene beveger seg fra den gjeldende tilstanden ved T0til den stabile mål-tilstanden ved Tss. Dette muliggjør at bevegelse av prosessvariablene kan bli optimalisert gjennom forflytningen langs hele veien fra den gjeldende tilstanden til den stabile mål-tilstanden. Dette tilveiebringer videre ytterligere stabilitet sammenlignet med bevegelser av prosessparametere ved bruk av konvensjonelle WFGD-styringer, så som PID-en beskrevet tidligere under Bakgrunn.

Optimalisert styring av WFGD-delsystemet er mulig fordi prosess-sammenhengene er omfattet i den dynamiske styringsmodellen 870, og fordi endring av den objektive funksjonen eller ikke-prosessinnmatingene, så som de økonomiske innmatingene eller justering av variablene, ikke påvirker disse sammenhengene. Derfor er det mulig å manipulere eller endre måten MPCC-en 1500 styrer WFGD-delsystemet 130' på, og følgelig WFGD-prosessen, under forskjellige forhold, omfattende forskjellige ikke-prosessforhold, uten ytterligere betraktning av prosessnivået, når den dynamiske styringsmodellen er blitt validert.

Det henvises igjen til figurene 15A og 19. Eksempler på styring av WFGD-delsystemet 130' vil bli beskrevet for den objektive funksjonen for maksimering av S02-kreditter og den objektive funksjonen for maksimering av lønnsomhet eller minimering av tap for WFGD-delsystemdrift. Det vil forstås av en fagmann at ved å danne justeringsfaktorer for andre driftsscenarioer er det mulig å optimere, maksimere eller minimere andre styrbare parametere i WFGD-delsystemet.

Maksimering av SO?- kreditter

For å maksimere S02-kreditter utfører MPCC-en 1500 predikasjonslogikken 850 i samsvar med den dynamiske styringsmodellen 870, hvorved den objektive funksjonen med justeringskonstantene er konfigurert til å maksimere S02-kreditter. Det skal erkjennes at fra et WFGD-prosessynspunkt, krever maksimering av S02-kreditter at gjenvinningen av S02blir maksimert.

Justeringskonstantene som blir innført i den objektive funksjonen vil tillate den objektive funksjonen å balansere effektene av endringer i de manipulerte variablene i forhold til hverandre med hensyn til S02-utslipp.

Nettoresultatet av optimaliseringen vil være at MPCC-en vil øke:

- S02-fjerning ved øking av oppslemmings-pH-settpunktet 186', og

- Øking av blåser-oksidasjonsluften 154' for å kompensere for det ytterligere S02-et som blir tatt ut

- Underlagt begrensninger på:

- Den nedre grensen for gipsrenhetsbegrensning 1924. Det vil erkjennes at dette typisk vil være en verdi som tilveiebringer en liten sikkerhetsmargin over den lavest tillatelige grensen for gipsrenhet innen gipsrenhets-kravet 1924.

- Den nedre grensen for nødvendig oksidasjonsluft 154', og

- Den maksimale kapasiteten til oksidasjonsluft-blåseren 150.

I tillegg, dersom MPCC-en 1500 tillates å justere oppstillingen av pumpene 133, vil MPCC-en 1500 maksimere oppslemmings-sirkulasjonen og den effektive oppslemmingshøyden underlagt begrensninger på oppstilling og belastning av pumpene 133.

Under dette driftsscenarioet er MPCC-en 1500 totalt fokusert på å øke S02-fjerningen for å generere S02-kreditter. MPCC-en 1500 vil overholde prosessbegrensninger så som gipsrenhet 1924 og oksidasjonsluft-krav. Men, dette scenarioet tilveiebringer ikke en balanse mellom kostnad/verdien av elektrisk kraft, kontra verdien av S02-kreditter. Dette scenarioet ville vært hensiktsmessig når verdien av S02-kreditter i stor grad overgår kostnaden/verdien av elektrisk kraft.

Maksimering av lønnsomhet eller minimering av tap

Den objektive funksjonen i MPCC-en 1500 kan konfigureres slik at den vil maksimere lønnsomhet eller minimere tap. Dette driftsscenarioet kan kalles "verdioptimaliserings"-scenarioet. Dette scenarioet krever også nøyaktig og oppdatert kostnad-/verdi-informasjon for elektrisk kraft, S02-kreditter, kalk, gips og andre tilsetninger, så som organisk syre.

Kost-/verdi-faktorer tilknyttet hver av variablene i styringsmodellen blir innført i den objektive funksjonen. Den objektive funksjonen i MPCC-en 1500 blir så anvist til å minimere kostnad/maksimere profitt. Dersom profitt blir definert som en negativ kostnad, blir kostnad/profitt en kontinuerlig funksjon for minimering av den objektive funksjonen.

Under dette scenarioet vil den objektive funksjonen identifisere minimumskostnads-drift ved punktet hvor den marginale verdien for generering av en ytterligere S02-kreditt er lik den marginale kostnaden for å danne den kreditten. Det skal bemerkes at den objektive funksjonen er en tvunget optimalisering, slik at minimer-kostnad-løsningen vil være underlagt begrensninger på:

- Minimum S02-fjerning (for overholdelse av tillatelser/mål),

- Minimum gipsrenhet,

- Minimum oksidasjonsluft-krav,

- Maksimal blåserbelastning,

- Pumpe-oppstilling og belastningsgrenser,

- Tilsetningsgrenser.

Dette driftsscenarioet vil være følsomt for endringer i både verdien/kostnaden for elektrisitet og verdien/kostnaden for S02-kreditter. For maksimal fordel bør disse faktorene bli oppdatert i sanntid.

For eksempel, hvis det antas at kostnadsfaktorene blir oppdatert før hver utførelse av styringen 1500A, idet elektrisitetsetterspørseløker i løpet av dagen,øker også spot-verdien av den elektriske strømmen som blir generert. Antas det at det er mulig å selge ytterligere energi ved denne spot-verdien og verdien av S02-kreditter er hovedsakelig faste ved det gjeldende tidspunktet, hvis det da finnes en måte å skifte energi fra pumpene 133 og blåseren 150 til lysnettet mens det samtidig bibeholdes minimal S02-fjerning, er det et betydelig økonomisk insentiv for å legge den ytterligere energien til lysnettet. Kostnad-/verdi-faktoren tilknyttet elektrisk kraft i MPCC-objektive funksjonen vil endre idet spot-verdien av elektrisitet endres og den objektive funksjonen vil nå en ny løsning som imøtekommer driftsbegrensninger, men som bruker mindre elektrisk strøm.

Omvendt, dersom spot-verdien til en S02-kredittøker, det er et marked for ytterligere S02-kreditter, og kostnaden/verdien for elektrisk kraft er forholdsvis konstant, vil den objektive funksjonen i MPCC-en 1500 respondere til denne endringen ved å øke S02-fjerningen underlagt driftsbegrensningene.

I begge eksempel-scenarioene vil MPCC-en 1500 observere alle driftsbegrensningene, og den objektive funksjonen i MPCC-en 1500 vil så søke det optimale driftspunktet hvor den maksimale verdien til en S02-kreditt er lik den marginale kostnaden som kreves for å generere kreditten.

Umulig drift

Det er mulig at WFGD-delsystemet 130' av og til vil bli presentert et sett av begrensninger 1555 og driftsforhold, målte 1525 og estimerte 1560, for hvilke det ikke finnes noen gjennomførbar løsning; området for mulig løsning 525 som vist i figurene 5A og 5B er null. Når dette skjer vil ingen løsning tilfredsstille alle begrensningene 1555 for systemet. Denne situasjonen kan defineres som "umulig løsning" fordi det er umulig å tilfredsstille begrensningene på systemet.

Umulig drift kan være resultatet av drift utenfor evnene til WFGD-en, en prosessforstyrrelse enten i WFGD-en eller oppstrøms for WFGD-en. Det kan også være resultatet av altfor restriktiv, uegnete og/eller ukorrekte begrensninger 1555 på WFGD- og MPCC-systemet 1500.

Under en periode med umulig drift, fokuserer den objektive funksjonen i MPCC-en 1500 på målet om å minimere vektet feil. Hver prosessbegrensning 1555 viker i den objektive funksjonen. En vektings-term blir anvendt på hver feil eller overtredelse av begrensningsgrensen av den styrte/utpekte prosessverdien. Under igangkjøring av styringen 1500A, velger implementerings-ingeniøren(e) egnete verdier for feilvektings-termene slik at under perioder med umulig drift, vil den objektive funksjonen "gi opp" for begrensninger med den letteste vekten for å imøtekomme de viktigere begrensningene.

For eksempel, i WFGD-delsystemet 130' er det lovregulerte tillatelsesgrenser tilknyttet utløps-S02-et og en salgsspesifikasjon tilknyttet gipsrenhet 1506. Overskridelse av S02-utslippstillatelse medfører bøteleggelser og andre betydelige konsekvenser. Krenkelse avgipsrenhets-salgsspesifikasjonene krever nedgradering eller re-blanding av gipsproduktet. Nedgradering av produktet er ikke etønskelig alternativ, men har mindre virkning på drifts-levedyktigheten til genereringsstasjonen enn overskridelse av utslippstillatelsen. Følgelig, justeringsfaktorene vil bli satt slik at begrensningen på S02-utslippstillatelsen vil ha større viktighet, en større vekting, enn begrensningen på gipsrenhet. Så med disse justeringsfaktorene, under perioder med umulig drift, vil den objektive funksjonen i MPCC-en 1500 fortrinnsvis bibeholde S02-utslipp ved eller under S02-utslippsgrensen og overskride gipsrenhets-begrensningen; MPCC-en 1500 vil minimere overskridelsen av gipsrenhets-begrensningen, men den vil skifte umuligheten til denne variabelen for å bibeholde den viktigere utslippsgrensen.

Underretting av operatører om styringsavgjørelser

MPCC-en 1500 blir også fortrinnsvis konfigurert til å tilveiebringe underrettelser til operatører vedrørerende visse avgjørelser tatt av MPCC-en 1500. Her også kan predikasjonslogikken 850, den dynamiske styringsmodellen 870 eller annen programmering benyttes til å konfigurere MPCC-en 1500 til å tilveiebringe slike underrettelser. For eksempel, MPCC-en kan anvise avgivelse av lydalarm eller presentasjon av tekst eller bildefremvisning, slik at operatører eller andre brukere er klar over visse avgjørelser fra MPCC-en 1500, så som en fastsettelse av at bibeholdelse av gipskvalitet er lavt prioritert ved en bestemt tid fordi S02-kredittene er så verdifulle.

WFGD- oppsummering

Oppsummert, som beskrevet ovenfor, har den optimaliserings-baserte styringen for en WFGD-prosess blitt beskrevet. Denne styringen forenkler manipulasjon av settpunktene for WFGD-prosessen i sanntid basert på optimaliseringen aven multippel innmating-, multippel utmating-modell som blir oppdatert ved bruk av prosess-tilbakekobling. Optimaliseringen kan ta hensyn til multiple mål og begrensninger. Uten slik styring må operatøren fastsette settpunktene for WFGD-en. På grunn av prosessens kompleksitet velger operatøren ofte sub-optimale settpunkter for balansering av multiple begrensninger og mål. Sub-optimale settpunkter/drift resulterer i tapt fjerningseffektivitet, høyere driftskostnader og potensielle overskridelser av kvalitetsgrenser.

Det er også beskrevet en virtuell online-analyse for gipsrenhet. Analysen beregner et online-estimat av renheten til gips-biproduktet som blir produsert av WFGD-prosessen ved bruk av målte prosessvariabler, lab-analyse og en dynamisk estimeringsmodell for gipsrenhet. Ettersom tilkoblete sensorer for gipsrenhet produsert av WFGD-prosesseringen ikke er konvensjonelt tilgjengelig, blir ikke-tilkoblet lab-analyse konvensjonelt brukt for å fastsette gipsrenhet. Ettersom gipsrenhet kun blir testet av og til, og renheten må bli bibeholdt over en begrensning, typisk satt i gipsspesifikasjonen, bruker prosessoperatører imidlertid ofte settpunkter for WFGD-prosessen som resulterer i at gipsrenheten er godt over den nødvendige begrensningen. Dette resulterer videre i at S02-fjerningseffektiviteten blir ofret og/eller unødvendig kraftforbruk av WFGD-delsystemet. Ved estimering av gipsrenhet online, kan settpunkter for WFGD-prosessen styres for å sikre gipsrenheten nærmere renhetsgrensen, og således forenkleøket S02-fjerningseffektivitet.

Som også beskrevet i detalj ovenfor, blir den virtuelle online-analysen av gipsrenhet foretatt i en styringssløyfe, slik at det tillates at estimater blir inkludert i tilbakekoblings-styringen, enten den modellprediktive styringen (MPC) eller PID-styringen blir brukt. Ved å tilveiebringe tilbakekobling til en styringssløyfe, kan S02-fjerningseffektivitetenøkes under drift for å produsere gips med renhet nærmere den anvendbare renhetsbegrensningen.

Også beskrevet ovenfor er en virtuell online-analyse for driftskostnader. Analysen, som beskrevet, bruker WFGD-prosessdata samt gjeldende markedspris-data for å beregne driftskostnadene til en WFGD-prosess online. Operatører tar konvensjonelt ikke hensyn til den gjeldende kostnaden ved drift av en WFGD-prosess. Ved å beregne slik kostnad online, er operatører imidlertid nå gitt muligheten til å spore effektene til prosessendringer, for eksempel endringer i settpunkter, på driftskostnad.

Ytterligere beskrevet ovenfor er ytelsen til den virtuelle online-analysen av driftskostnad i styringssløyfen, som således tillater estimater å bli inkludert i tilbakekoblings-styringen, uten hensyn til om det blir brukt MPC eller PID. Denne tilbakekoblings-styringen kan således utføres for å minimere driftskostnadene.

Også beskrevet ovenfor er en teknikk for å bruke MPC-styring for å optimere drift av WFGD-prosessen for maksimal S02-fjerningseffektivitet, minimale driftskostnader og/eller denønskete gipsrenheten over en begrensning. Slik styring tar fordel av en virtuell analyse av gipsrenhet og/eller driftskostnad i tilbakekoblings-sløyfen, som omtalt ovenfor, og kan bruke automatisk optimalisering, for eksempel av S02-fjerningseffektivitet og/eller driftskostnadene for en WFGD-prosess.

Nødvendige og valgfrie parametere er beskrevet. Med de beskrevete parameterne kan en fagmann anvende godt kjente teknikker på en rutinemessig måte for å utvikle en egnet modell for en anvendbar WFGD-prosess, som igjen kan brukes, for eksempel av en MPCC-styring 1550 i WFGD-prosessen, for å optimere drift av WFGD-prosessen. Modeller kan være utviklet for gipsrenhet, S02-fjerningseffektivitet og/eller driftskostnader, samt forskjellige andre faktorer. Konvensjonell MPC eller annen logikk kan utføres basert på WFGD-prosessmodellene utviklet i samsvar med prinsippene, systemene og prosessene beskrevet heri, for å optimere WFGD-prosessen. Følgelig, begrensningene ved konvensjonell styring av WFGD-prosesser, for eksempel ved bruk av PID-er, som er begrenset til enkle innmatings-/utmatings-strukturer og som er sterkt avhengig av tilbakekobling, i stedet for prosessmodeller, blir overvunnet. Ved å inkludere modeller i tilbakekoblings-sløyfen, kan WFGD-prosesstyringen bli ytterligereøket for, for eksempel, å bibeholde drift nærmere begrensninger med lavere variabilitet enn det som noen gang har vært mulig.

Bruken av neuralnettverks-baserte modeller for en WFGD-prosess er også beskrevet i både prosesstyrings-sammenheng og i sammenheng med virtuell online-analyse av en WFGD-prosess. Som beskrevet i detalj ovenfor, sammenhengen mellom innmating og utmating til en WFGD-prosess fremviser en ikke-lineær sammenheng, noe som gjør det fordelaktig å bruke en ikke-lineær modell, ettersom en slik modell best vil representere prosessens ulineæritet. Videre, utviklingen av andre modeller som er avledet ved bruk av empiriske data fra WFGD-prosessen er også beskrevet.

Bruken av en kombinasjonsmodell, som betrakter både grunnleggende prinsipper og empirisk prosessdata, for styring og virtuell analyse av en WFGD-prosess er også beskrevet i detalj ovenfor. Idet noen elementer av WFGD-prosessen er godt forstått og også kan modelleres ved bruk av grunnleggende prinsipp-modeller, er andre elementer ikke så godt forstått og blir derfor mest hensiktsmessig modellert ved bruk av historiske, empiriske prosessdata. Ved bruk av en kombinasjon av grunnleggende prinsipper og empiriske prosessdata, kan en nøyaktig modell raskt utvikles uten behov for trinntesting av alle elementene til prosessen.

En teknikk for validering av sensormålinger brukt i en WFGD-prosess er også beskrevet i detalj ovenfor. Som beskrevet, ikke-validerte målinger kan erstattes, hvorved det unngås feilaktig styring som resulterer fra unøyaktige sensormålinger av WFGD-prosessen. Ved validering og erstatning av dårlige målinger, kan WFGD-prosessen nå drives kontinuerlig basert på de korrekte prosessverdiene.

Styringen av løpende utslipp er også beskrevet i detalj. Følgelig, i lys av den foreliggende redegjørelsen, kan WFGD-prosessen bli styrt slik at ett eller flere multiple løpende utslippsgjennomsnittfor prosessen kan bli hensiktsmessig bibeholdt. MPC-en kan bli implementert ved bruk av en enkel styring eller multiple styringer i kaskade for styring av prosessen. Ved bruk av den beskrevne teknikken, kan WFGD-prosessen styres, for eksempel slik at multiple løpende gjennomsnitt samtidig blir betraktet og bibeholdt samtidig som driftskostnadene blir minimerte.

SCR delsystem-arkitektur

Høydepunkter fra bruken av MPCC for SCR-en vil bli beskrevet for å demonstrere anvendeligheten til den foreliggende oppfinnelsen for andre miljøer og implementasjoner. Hoved-styringsmålene er SCR-en involverer:

- NOx-fjerning - målsatt enten for overholdelse av lovregulering eller verdioptimering,

- styring av ammoniakk-slipp, og

- Minimumskostnads-drift - håndtering av SCR-katalysator og ammoniakkbruk.

Igjen, en målings- og styrings-metodologi lignende det som ble omtalt med WFGD-en kan bli benyttet: Måling: Som omtalt, ammoniakkslipp er en viktig styringsparameter som ofte ikke blir målt. Dersom det ikke er en direkte måling av ammoniakkslipp, er det mulig å beregne ammoniakkslipp fra innløps- og utløps-NOx-målingene 2112 og 2111 og ammoniakkstrømmen til SCR-en 2012. Nøyaktigheten til denne beregningen er mistenkelig fordi den krever nøyaktige og repeterbare målinger og involverer evaluering av små forskjeller mellom store tall. Uten en direkte måling av ammoniakkslipp, blir virtuelle online-analysatorteknikker brukt i tillegg til en direkte beregning av ammoniakkslipp for å danne et høyere-kvalitets ammoniakkslipp-estimat.

Det første trinnet i VOA-en estimerer katalysatorpotensialet (reaksjonskoeffisient) og romhastighets-korrelasjonsvariansen (SVCV - space velocity correlation variance) over SCR-katalysatoren. Disse blir beregnet ved bruk av innløpsavgass-strømning, temperatur, katalysatorens totale driftstid og kvantiteter av innløps-NOxog utløps-NOx. Både beregningen av katalysator-potensial og SVCV blir tidsmidlet over et antall prøver. Katalysatorpotensialet endres sakte, følgelig blir mange datapunkter brukt til å beregne potensialet mens SVCV-en endres oftere slik at forholdsvis få datapunkter blir brukt til å beregne SVCV-en. Gitt katalysatorpotensialet (reaksjonskoeffisient), romhastighets-korrelasjonsvariansen (SVCV) og innløps-NOx-en, kan et estimat av ammoniakkslipp beregnes ved bruk av teknikken vist i figur 9.

Dersom en ammoniakkslipp-hardwaresensor er tilgjengelig, vil en tilbakekoblings-sløyfe fra en slik sensor til prosessmodellen bli benyttet for automatisk å forspenne VOA-en. VOA-en vil bli brukt til betydelig å redusere det typisk støyende utmatingssignalet til hardware-sensoren.

Til slutt skal det bemerkes at virtuell online-analysator for driftskostnad for SCR-en kan benyttes. Som understreket i forrige avsnitt blir modellen for driftskostnader utviklet fra grunnprinsipper. Driftskostnadene kan beregnes online ved bruk av en virtuell online-analysator - igjen, teknikken som er vist i figur 9 blir brukt for VOA-en.

Styring: MPCC blir brukt på SCR-styringsproblemet for å oppnå styringsmålene. Figur 22, lignende figur 8, viser MPCC-strukturen for SCR MPCC-en 2500. På grunn av likhetene med figur 8 er en detaljert omtale av figur 22 ikke nødvendig, idet MPCC 2500 vil bli forstått fra omtalen av figur 8 ovenfor. Figur 23A viser anvendelsen av MPCC 2500 på SCR-delsystemet 2170'. Den største endringen på SCR-delsystem-reguleringsskjemaet er at funksjonalitet til NOx-fjernings PID-styring 2020 og belastnings-foroverkoblingsstyringen 2220, begge vist i figur 20, er erstattet med MPCC 2500. MPCC 2500 beregner direkte ammoniakkstrømmen SP 2021A' for bruk av ammoniakkstrømnings-styringen(e) (PID 2010).

MPCC 2500 kan justere én eller et flertall ammoniakkstrømninger for å styre NOx-fjerningseffektivitet og ammoniakkslipp. Såfremt det er tilstrekkelige måleverdier med innløps- og utløps-NOx-analysatorene 2003 og 2004 og ammoniakkslipp-målingen 2611 fra ammoniakkanalysatoren 2610 til å etablere NOx-fjerningseffektivitet og ammoniakkprofil-informasjon, vil MPCC 2500 styre den samlete eller gjennomsnittlige NOx-fjerningseffektiviteten og ammoniakkslippet og også profilverdiene. Koordinert styring av et flertall verdier i NOx-fjerningseffektiviteten og ammoniakkslipp-profilen tillater en signifikant reduksjon i variabilitet rundt de gjennomsnittlige prosessverdiene. Lavere variabilitet omsettes til færre "varme" stanser i systemet. Denne profilstyringen krever i det minste noen form for profilmåling og -styring - mer enn ett NOx-innløp, NOx-utløp og ammoniakkslipp-måling og mer enn én dynamisk, justerbar ammoniakkstrømning. Det må erkjennes at uten de nødvendige innmatingene (målinger) og styringsgrep (ammoniakkstrømninger), vil MPCC-en 2500 ikke være i stand til å implementere profilstyring og å innhente de resulterende fordelene.

Fra perspektivet til MPCC 2500,øker de ytterligere parameterne tilknyttet profilstyring størrelsen til styringen, men den samlete styringsmetodologien, planen og formålene er uforandret. Følgelig, fremtidig diskusjon vil betrakte styring av SCR-delsystemet uten profilstyring.

Figur 23B viser et overblikk over MPCC 2500.

Optimering av SCR-delsystemdrift

Basert på deønskete driftskriteriene og hensiktsmessig justerte objektive funksjon og justeringsfaktorene 2902, vil MPCC-en 2500 utføre predikasjonslogikken 2850 i samsvar med den dynamiske styringsmodellen 2870, og basert på den hensiktsmessige innmatingen eller de beregnete parameterne, for først å etablere langtids-driftsmål for SCR-delsystemet 2170'. MPCC-en 2500 vil så kartlegge en optimal kurs, så som optimale kurver og veier, fra den gjeldende tilstanden til prosessvariablene, for både manipulerte og styrte variabler, til de respektive etablerte langtids-driftsmålene for disse prosessvariablene. MPCC-en 2500 genererer så styringsdirektiver for modifikasjon av SCR-delsystemdrift 2170' i samsvar med de etablerte langtids-driftsmålene og den optimale kurskartleggingen. Til slutt vil MPCC-en 2500, som utfører styringsgenerator-logikken 2860, generere og kommunisere styringssignaler til SCR-delsystemet 2170', basert på styringsdirektivene.

Følgelig, MPCC-en 2500 foretar, i samsvar med den dynamiske styringsmodellen og gjeldende målte og beregnete data, en første optimalisering av SCR-delsystemdriften 2170' basert på en valgt objektiv funksjon, så som én valgt på grunnlag av de gjeldende elektrisitetskostnadene eller den lovregulerte kredittprisen, for å fastsette en ønsket stabil målstatus. MPCC-en 2500 foretar så, i samsvar med den dynamiske styringsmodellen og prosesshistoriske data, en andre optimalisering av SCR-delsystemdriften 2170', for å fastsette en dynamisk vei, langs hvilken prosessvariablene fra den gjeldende tilstanden skal beveges til denønskete stabile måltilstanden. Predikasjonslogikken som utføres av MPCC-en 2500 fastsetter fordelaktig en vei som vil forenkle styring av SCR-delsystemdriften 2170' med MPCC-en 2500 for å bevege prosessvariablene så raskt som er praktisk til denønskete måltilstanden til hver prosessvariabel, med samtidig minimering av feilen eller avviket mellom den ønskete måltilstanden til hver prosessvariabel og den faktiske gjeldende tilstanden til hver prosessvariabel ved hvert punkt langs den dynamiske veien.

Følgelig, MPCC-en 2500 løser styringsproblemet, ikke bare for det gjeldende tidspunktet (T0), men ved alle andre tidspunkter under perioden i hvilken prosessvariablene beveger seg fra den gjeldende tilstanden ved T0til den stabile mål-tilstanden ved Tss. Dette muliggjør at bevegelse av prosessvariablene kan bli optimalisert gjennom forflytningen langs hele veien fra den gjeldende tilstanden til den stabile mål-tilstanden. Dette igjen tilveiebringer ytterligere stabilitet sammenlignet med bevegelser av prosessparametere ved bruk av konvensjonelle SCR-styringer, så som PID-en beskrevet tidligere.

Den optimaliserte styringen av SCR-delsystemet er mulig fordi prosess-sammenhengene er omfattet av den dynamiske styringsmodellen 2870 og fordi endring av den objektive funksjonen eller ikke-prosessinnmatingene, så som økonomiske innmatinger eller justering av variablene, ikke påvirker disse sammenhengene. Derfor er det mulig å manipulere eller endre måten MPCC-en 2500 styrer SCR-delsystemet 2170' på, og således SCR-prosessen, under forskjellige forhold, omfattende forskjellige ikke-prosessforhold, uten ytterligere betraktning av prosessnivået, når den dynamiske styringsmodellen har blitt validert.

Det henvises igjen til figurene 23A og 23B. Eksempler på styring av SCR-delsystemet 2170' vil bli beskrevet for den objektive funksjonen for maksimering av NOx-kreditter og for den objektive funksjonen for maksimering av lønnsomhet eller minimering av tap ved SCR-delsystemdrift. Det skal forstås av en fagmann at ved å danne justeringsfaktorer for andre driftsscenarioer, er det mulig å optimere, maksimere eller minimere andre styrbare parametre i SCR-delsystemet.

Maksimering av NO„- kreditter

For å maksimere NOx-kreditter, utfører MPCC-en 2500 predikasjonslogikken 2850 i samsvar med den dynamiske styringsmodellen 2870, hvorved den objektive funksjonen med justeringskonstantene er konfigurert til å maksimere NOx-kreditter. Det vil erkjennes at fra et synspunkt for en SCR-prosess, krever maksimering av NOx-kreditter at gjenvinningen av NOxblir maksimert.

Justeringskonstantene som blir innført inn i den objektive funksjonen vil tillate at den objektive funksjonen balanserer effekten av endringene i de manipulerte variablene med hensyn til NOx-utslipp.

Nettoresultatene av optimaliseringen vil være at MPCC-en 2500 vil øke:

- NOx-fjerning ved økning avammoniakkstrømnings-settpunkt(ene) underlagt begrensninger på:

- Maksimalt ammoniakkslipp.

Under dette driftsscenarioet er MPCC-en 2500 totalt fokusert på å øke NOx-fjerning for å generere NOx-kreditter. MPCC-en 2500 vil ta hensyn til prosessbegrensning en for ammoniakkslipp. Men, dette scenarioet tilveiebringer ikke en balanse mellom kostnaden/ verdien av ammoniakk eller ammoniakkslipp kontra verdien av NOx-kredittene. Dette scenarioet ville vært hensiktsmessig når verdien av NOx-kreditter i stor grad overskrider kostnaden/verdien av ammoniakk og ammoniakkslipp.

Maksimering av lønnsomhet og minimering av tap

Den objektive funksjonen i MPCC 2500 kan være konfigurert slik at den vil maksimere lønnsomhet eller minimere tap. Dette driftsscenarioet kan kalles "verdioptimaliserings"-scenarioet. Dette scenarioet krever også nøyaktig og oppdatert kostnad-/verdi-informasjon for elektrisk strøm, NOx-kreditter, ammoniakk og virkningen av ammoniakkslipp på utstyr nedstrøms.

Kostnads-/verdi-faktorer tilknyttet hver av variablene i styringsmodellen blir innmatet inn i den objektive funksjonen. Den objektive funksjonen i MPCC 2500 blir så anvist til å minimere kostnad/maksimere profitt. Dersom profitt blir definert som en negativ kostnad, blir kostnad/profitt en kontinuerlig funksjon som den objektive funksjonen skal minimere.

Under dette scenarioet vil den objektive funksjonen identifisere minimumskostnads-drift ved det punktet hvor den marginale verdien av generering av en ytterligere NOx-kreditt er lik den marginale kostnaden for å generere den kreditten. Det skal bemerkes at den objektive funksjonen er en begrenset optimering, slik at minimeringskostnads-løsningen vil være underlagt begrensninger på:

- Minimum NOx-fjerning (for imøtekommelse av utslippstillatelser/mål),

- Minimum ammoniakkslipp,

- Minimere ammoniakkbruk.

Dette driftsscenarioet vil være sensitivt for endringer i både verdien/kostnaden for elektrisitet og verdien/kostnaden for NOx-kreditter. For maksimal fordel bør disse kostnadene oppdateres i sanntid.

For eksempel, gitt at kostnadsfaktorene blir oppdatert før hver styringsutførelse, idet elektrisitetsbehovøker i løpet av dagen,øker også spotverdien til den elektriske energi som blir generert. Gitt at det er mulig for anvendelsen å selge ytterligere energi til denne spotverdien og verdien av NOx-kreditter er hovedsakelig fast ved det gjeldende tidspunktet, er det et betydelig insentiv for å minimere ammoniakkslipp fordi dette vil holde luftforvarmeren renere og tillate mer effektiv generering av energi. Det er et betydelig økonomisk insentiv til å legge ytterligere energi til lysnettet. Kostnad-/verdi-faktoren tilknyttet elektrisk strøm i MPCC 2500 objektive funksjonen vil endre seg idet spotverdien for elektrisitet endrer seg og den objektive funksjonen vil nå en ny løsning som imøtekommer driftsbegrensningene, men som bruker mindre elektrisk energi.

Omvendt, dersom spotverdien til en NOx-kredittøker, det er et marked for ytterligere NOx-kreditter, og kostnaden/verdien av elektrisk energi er forholdsvis konstant, vil den objektive funksjonen i MPCC-en 2500 respondere til denne endringen ved å øke NOx-fjerning, underlagt driftsbegrensningene.

I begge eksempel-scenarioene vil MPC 2500 observere alle driftsbegrensningene, og så vil den objektive funksjonen i MPCC 2500 søke det optimale driftspunktet hvor den marginale verdien av en NOx-kreditt er lik den marginale kostnaden som kreves for å generere kreditten.

Oppsummering:

Det vil også erkjennes av en fagmann at, idet oppfinnelsen er blitt beskrevet ovenfor i form av én eller flere foretrukkete utførelsesformer, er den ikke begrenset til dette. Forskjellige trekk og aspekter av den ovenfor nevnte oppfinnelsen kan brukes individuelt eller sammen. Videre, selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i detalj i sammenheng med sin implementering i et spesielt miljø og for spesielle formål, for eksempel våt avgass-svovelfjerning (WFGD) med et kort overblikk over selektiv katalytisk reduksjon (SCR), vil en fagmann erkjenne at dens anvendelighet ikke er begrenset til dette og at den foreliggende oppfinnelsen fordelaktig kan bli benyttet i et antall miljøer og anvendelser.

Claims (12)

1. Kontroller (180) for å lede drift av et luftforurensningskontrollsystem (APC) for å utføre en prosess for behandling av en avgass som inneholder forurensninger for å regulere utslipp av en forurensning, med flere prosessparametere (MPPs), hvorav en eller flere av nevnte MPPs er regulerbare prosessparametere (CTPPs) og en av MPPs er en mengde av forurensningen (AOP) avgitt fra systemet,karakterisert vedat kontrolleren omfatter: en innmatingsanordning (720) konfigurert til å identifisere et optimaliseringsmål; en kontrollerprosessor (705) konfigurert med logikk for å bestemme et settpunkt for i det minste en eller flere CTPPs basert på nåverdier for MPPs og det identifiserte optimaliseringsmål, og regulere en eller flere av nevnte CTPP basert på det bestemte settpunktet for den aktuelle CTPP; at prosessen har en definert AOP-verdi (AOPV) som representerer et mål eller grense for en aktuell verdi (AV) for den avgitte AOPP; at kontrollerprosessoren er konfigurert med ytterligere logikk for å bestemme settpunktet for i det minste en CTPP også basert på nevnte AOPV; og at det identifiserte optimaliseringsmålet er å opprettholde den avgitte AOP ved et nivå under nevnte AOPV.

2. Kontroller (180) ifølge krav 1,karakterisert vedat det identifiserte optimaliseringsmålet er å minimere den avgitte AOP.

3. Kontroller (180) ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat eksekveringen av prosessen med APC-systemet fører til at det produseres et biprodukt og at et annet identifisert optimaliseringsmål er å maksimere kvaliteten av det produserte biproduktet eller å minimere kvaliteten av det produserte biproduktet.

4. Kontroller (180) ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat eksekveringen av prosessen med APC-systemet resulterer i at det produseres et biprodukt; at en av nevnte MPPs er en kvalitet på det produserte biproduktet (QPBP); at prosessen har en definert QPBP-verdi (QPBPV) som representerer et mål eller en grense på en faktisk kvalitet på QPBP; og at et annet identifisert optimaliseringsmål er å opprettholde QPBP ved et nivå enten ved, over eller under QPBPV.

5. Kontroller (180) ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat eksekveringen av prosessen med APC-systemet resulterer i at det produseres et biprodukt; at en av nevnte MPPs er en kvalitet på det produserte biproduktet (QPBP); at prosessen også har en definert QPBP-verdi (QPBPV) som representerer et mål eller en grense på en faktisk kvalitet på nevnte QPBP; og at kontrollerprosessoren er konfigurert med ytterligere logikk for å bestemme settpunktet for hver av nevnte i det minste en CTPP også basert på nevnte QPBPV.

6. Kontroller (180) ifølge et av kravene 1 til 5,karakterisert vedat et annet identifisert optimaliseringsmål er å minimere en kostnad for driften av systemet.

7. Kontroller (180) ifølge et av kravene 1 til 6,karakterisert vedat kontrolleren i tillegg omfatter: en nervesystemprosessmodell eller en ikke-nervesystemprosessmodell som representerer forhold mellom hver av nevnte CTPPs og den avgitte AOP; og at kontrollerprosessoren er konfigurert med ytterligere logikk for å bestemme settpunktet for hver av nevnte i det minste en CTPP også basert på den ene modellen.

8. Kontroller (180) ifølge krav 7,karakterisert vedat modellen inkluderer en første prinsippmodell, en hybridmodell eller en regresjonsmodell.

9. Kontroller (180) ifølge et av kravene 1 til 8,karakterisert vedat: systemet er et avsvovlingssystem for våt avgass (WFGD) (130') som mottar S02-holdig våt avgass (114), anvender kalkslurry (148') for å fjerne S02fra den mottatte S02-holdige våte avgassen (114) og derved regulere utslipp av S02og avgi avsvovlet avgass; at nevnte i det minste en CTPP inkluderer i en første parameter som tilsvarer en pH for ka I ksi ur ry en (148') som anvendes og/eller en andre parameter som tilsvarer en fordeling av kalkslurryen (148') som anvendes; at AOP er en mengde S02i den avgitte avsvovlede avgassen; og at kontrollerprosessoren (705) bestemmer settpunktet for den første eller andre parameteren basert på (i) nåverdien for denne parameteren, (ii) mengden S02i den avgitte avsvovlede avgassen og (iii) det identifiserte optimaliseringsmål, og utføre regulering av parameteren basert på det bestemte settpunktet for den parameteren for å optimalisere WFGD-systemets (130') operasjoner for det identifiserte optimaliseringsmål.

10. Kontroller (180) ifølge krav 9,karakterisert vedat: WFGD-systemet også anvender oksidasjonsluft (154') for å krystallisere S02fjernet fra den motatte S02-holdige våte avgassen (114) og derved produsere gips som et biprodukt fra fjerningen av S02fra den mottatte S02-holdige våte avgassen (114); og at nevnte i det minste en CTPP inkluderer den første parameteren, den andre parameteren og/eller en tredje parameter som tilsvarer en mengde av oksidasjonsluften (154') som anvendes; og at kontrollerprosessoren (705) også bestemmer settpunktet for den første, den andre eller den tredje parameteren basert på (i) nåverdien for den aktuelle parameteren, (ii) mengden S02i den avgitte avsvovlede avgassen, og (iii) det identifiserte optimaliseringsmålet, og utfører også regulering av parameteren basert på det bestemte settpunktet for den aktuelle parameteren for å optimalisere WFGD-systemets operasjoner for det identifiserte optimaliseringsmålet.

11. Kontroller (180) ifølge et av kravene 1 til 8,karakterisert vedat: systemet er et selektivt katalytisk reduksjons- (SCR) system (2170) som mottar MOx-holdig avgass (2008), anvender ammoniakk og fortynningsluft (2055) for å fjerne NOx fra den mottatte NOx-holdige avgassen (2008) og derved regulere utslipp av NOx og avgi avgass med redusert innhold av NOx; at i det minste en CTPP inkluderer en parameter som tilsvarer en mengdeverdi for den anvendte ammoniakk; at AOP er en mengde av NOx i den avgitte avgassen; og at kontrollerprosessoren (7 05) bestemmer settpunktet for parameteren basert på (i) nåverdien for parameteren, (ii) mengden av NOx i den avgitte avgassen og (iii) det identifiserte optimaliseringsmålet og utføre regulering av parameteren basert på det bestemte settpunktet for å optimalisere SCR-systemets (2170) operasjoner for det identifiserte optimaliseringsmålet.

12. Kontroller (180) ifølge krav 11,karakterisert vedat MPPs inkluderer en mengde for ammoniakk i den avgitte avgassen og at kontrollerprosessoren (705) bestemmer settpunktet for parameteren også basert på en nåverdi for mengden av ammoniakk i de avgitte avgassverdiene.