目前,我国绝大多数火电厂采用的燃料是煤,产生大量SO2气体对外排放。二氧化硫是导致酸雨产生的主要原因之一,每年因酸雨造成的直接经济损失已超过1000 亿元。据统计,我国火电厂的二氧化硫排放大约占总量的1/3左右。因而对火电厂烟气脱硫(Flue Gas Desulfurization, FGD)控制系统的研究与设计对于解决我国当前的环境问题十分重要。
目前,烟气脱硫技术一般分为湿法、干法、半干法。湿法烟气脱硫工艺是技术上最成熟、实际应用最多、运行状况最稳定的脱硫工艺www.cechina.cn,占脱硫装机容量的85%以上。石灰石-石膏湿法脱硫是主要的湿法烟气脱硫技术之一,由于石灰石价廉易得,脱硫成本较低,脱硫效率可达到95%-98%,因此在我国大、中型火电机组上广泛采用。
石灰石-石膏湿法脱硫工艺过程
石灰石-石膏湿法脱硫工艺流程如图1所示。其工艺过程如下:烟气经增压风机加压、烟气再热器吸热侧降温后进入吸收塔CONTROL ENGINEERING China版权所有,经浆液喷淋洗涤、除雾器除雾、烟气再热器加热后排入烟道。石灰石粉与工艺水按一定比例配成一定浓度(一般为30%重量浓度)的石灰石浆液,经石灰石浆液输送泵、调节阀送入吸收塔;吸收塔的底部有一个一
图1: 石灰石- 石膏湿法脱硫工艺流程
图2 单神经元自适应PID 控制器结构
吸收塔浆液pH值过高www.cechina.cn,二氧化硫的吸收速度快,但是浆液容易结垢,堵塞泵和管道,影响副产品的质量;pH值过低,则阻碍了二氧化硫的吸收,降低了脱硫效率。吸收塔浆液pH值是连续的变化过程CONTROL ENGINEERING China版权所有,吸收塔中浆液量很大,给料量引起的pH值变化是复杂的化学反应过程,pH值变化是一个非常缓慢的过程,即控制系统是时滞性大、惯性大、参数时变的非线性系统。
PID控制是最早发展起来的控制策略之一,由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高,被广泛应用于过程控制中,尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统,控制规律如下:
传递函数的形式为:
针对传统的PID算法已不能满足生产实际的要求,在经典控制理论的基础上利用人工神经网络原理,突破传统控制模式。采用由具有自学习和自适应的单神经元构成的单神经元自适应PID控制器,结构简单且易于计算,通过对加权系数的调整来实现自适应、自组织功能,具有现场调整参数少、易于整定的特点,控制系统具有较强的抗干扰性和强鲁棒性。其结构框图如图2所示。
图2中转换器的输入为设定pH值yr(k)和输出pH值y(k),转换器的输出为神经元学习控制所需要的状态量x1(k),x2(k),x3(k)。其中
单神经元自适应PID算法
基本算法
考虑到加权系数wi(k)、与神经元的输入、输出、输出偏差三者的相关函数有关,因此采用有监督Hebb学习规则实现。学习算法为: