專利名稱：工藝參數(shù)均值相對于期望值的級聯(lián)控制的制作方法
相關申請本申請與下列申請有關美國申請序號×××[代理人案號3156-046]，與本申請同時提交，題為MODEL PREDICTIVE CONTROL OF AIRPOLLUTION CONTROL PROCESSES(空氣污染控制工藝的模型預測控制)；美國申請序號×××[代理人案號3156-046A]，與本申請同時提交，題為OPTIMIZED AIR POLLUTION CONTROL(最優(yōu)化空氣污染控制)；美國申請序號×××[代理人案號3156-046E]，與本申請同時提交，題為COST BASED CONTROL OF AIR POLLUTION CONTROL(空氣污染控制的成本控制)；美國申請序號×××[代理人案號3156-046H]，與本申請同時提交，題為CONTROL OF ROLLING OR MOVINGAVERAGE VALUES OF AIR POLLUTION CONTROL EMISSIONSTO A DESIRED VALUE(空氣污染控制排放相對于期望值的滾動或移動均值的控制)；美國申請序號×××[代理人案號3156-046J]，與本申請同時提交，題為MAXIMIZING PROFIT AND MINIMIZING LOSSESIN CONTROLLING AIR POLLUTION(控制空氣污染的利潤最大化和損失最小化)；美國申請序號×××[代理人案號3156-046K]，與本申請同時提交，題為MAXIMIZING REGULATORY CREDITS INCONTROLLING AIR POLLUTION(在控制空氣污染中最優(yōu)化規(guī)章信用)。
發(fā)明
背景技術：
領域本發(fā)明通常涉及工藝控制。更具體地說，本發(fā)明涉及用于工藝強化控制的技術，如用于空氣污染控制的那些。所述工藝的實例包括但不局限于濕法和干法煙道氣脫硫(WFGD/DFGD)、經選擇性催化還原(SCR)的氮氧化物脫除和經靜電沉淀(ESP)的微粒脫除。
背景濕法煙道氣脫硫如所述，存在若干空氣污染控制工藝，以構成討論的基礎；將突出強調WFGD工藝。WFGD工藝是在電力工業(yè)中從煙道氣中脫除SO2所最通常使用的工藝。圖1是一幅框圖，其概括描述了用于從臟煙道氣中脫除SO2的濕法煙道氣脫硫(WFGD)子系統(tǒng)，所述煙道氣例如由化石燃料(如煤)產生(火力發(fā)電子系統(tǒng))，并且所述濕法煙道氣脫硫(WFGD)子系統(tǒng)產生了工業(yè)級副產物，如具有下述性質的副產物，所述性質將使其能夠在最小化處理成本下進行處理或者所述性質使其對于工業(yè)利用而言是可銷售的。
在美國，目前WFGD優(yōu)選的副產物是工業(yè)級石膏，其具有較高品質(純度為95+％)，適用于墻板，所述墻板繼而用于住宅和辦公建筑。在歐盟和亞洲，高品質(約92％)的工業(yè)級石膏也是WFGD的目前優(yōu)選的副產物，但其更通常用于水泥和化肥的生產。然而，如果市場對于較高品質的石膏需求下降的話，作為WFGD副產物產生的工業(yè)級石膏的品質可能被降低以滿足最小成本處理所需的更少品質規(guī)定。在這方面，處理成本可被最小化，如果例如，石膏品質適用于居住地填埋或適用于回填區(qū)域，其中發(fā)電中所使用的煤開采于此。
如圖1所示，臟的、擔載SO2的煙道氣112從燃煤發(fā)電系統(tǒng)110的鍋爐或省煤器(未示)排放到空氣污染控制系統(tǒng)(APC)120。通常，進入APC120的臟煙道氣112不僅僅含有SO2，而且包含其它所謂的污染物如NOx和顆粒物質。在通過WFGD子系統(tǒng)處理前，進入APC120的臟煙道氣112首先被送往其它APC子系統(tǒng)122以便從臟煙道氣112中脫除NOx和顆粒物質。例如，臟煙道氣可以經由選擇性催化還原(SCR)子系統(tǒng)(未示)處理以脫除NOx并且經由靜電沉降器子系統(tǒng)(EPS)(未示)或過濾器(未示)以脫除顆粒物質。
從其它APC子系統(tǒng)122排放的擔載SO2的煙道氣114被送往WFGD子系統(tǒng)130。通過吸收塔132處理擔載SO2的煙道氣114。如本領域技術人員應該理解的，煙道氣114中的SO2具有高酸濃度。因此，吸收塔132運行以使擔載SO2的煙道氣114與液體漿料148接觸，所述液體漿料148的pH水平比煙道氣114的pH水平高。
應該認識到大多數(shù)常規(guī)WFGD子系統(tǒng)包括圖1中所述類型的WFGD處理單元。由于多種原因，這的確如此。例如，如本領域目前所掌握的，具有噴淋吸收塔的WFGD處理單元具有某些WFGD工藝所希望的工藝特征。然而，可以使用具有其它吸收/氧化設備配置的WFGD處理單元(如果期望的話)來代替圖1中所述的那個，并且這種WFGD處理單元仍然提供了相似的煙道氣脫硫功能并且從這種應用中存在的高級工藝控制改進中獲得相似的益處。為了清楚簡明，這種討論將參考圖1所述的普通噴淋塔，但是應該注意到所述概念可應用于其它WFGD配置。
在逆流吸收塔132中進行處理時，煙道氣114中的SO2將與富含碳酸鈣的漿料(石灰石和水)148反應以形成亞硫酸鈣，其基本上是一種鹽，由此從煙道氣114中脫除SO2。脫除SO2的煙道氣116從吸收塔132排放到排氣煙囪117或下游的蒸汽處理設備(未示)。所得的經轉化的漿料144被送往結晶器134，其中使鹽結晶。結晶器134和吸收塔132通常存在于單個塔中，而在它們之間沒有物理上的分離，雖然存在著不同的功能(氣相吸收和液相結晶)，但是兩種功能在同一工藝容器中存在。從這里，含結晶鹽的石膏漿料146被從結晶器134送到脫水單元136。另外，循環(huán)漿料148(其可能或未必包含與石膏漿料146濃度相同的結晶鹽)被從結晶器134通過泵133被送回到吸收塔132以繼續(xù)吸收循環(huán)。
壓氣機150使環(huán)境空氣152加壓以產生用于結晶器134的氧化空氣154。氧化空氣154與漿料在結晶器134中混合以將亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣。每個硫酸鈣分子與兩個水分子結合而形成通常被稱為石膏160的化合物。如所述，石膏160從WFGD處理單元130中排出并且被賣給例如建筑級墻板的廠商。
來自脫水單元136的回收的水167被送往混合器/泵140，其中它與來自研磨機170的新鮮的被磨碎的石灰石174混合以產生石灰石漿料。因為一些工藝水損失到石膏160和廢液169中，所以添加來自新鮮水源164的額外的新鮮水162以維持石灰石漿料密度。另外，廢物如灰從WFGD處理單元130中經由廢液169排出。廢物，例如，可被送往灰池或者以另一種方式處理。
總之，擔載SO2的煙道氣114中的SO2在吸收塔132的漿料接觸區(qū)域中被漿料148吸收，然后在結晶器134中結晶和氧化并且在脫水單元136中脫水而形成期望的工藝副產物，其在本實施例中，是商品級石膏160。擔載SO2的煙道氣114在數(shù)秒內通過吸收塔132。通過結晶器134使被轉化的漿料144中的鹽全部結晶可能需要8小時至20+小時。因此，結晶器134具有大容積，其用作結晶漿料的儲藏。循環(huán)漿料148被泵送回到吸收塔的頂部以回收額外的SO2。
如圖所示，漿料148被進料到吸收塔132的上部。塔132典型地引入了多個液位(level)的噴淋噴嘴以將漿料148進料到塔132中。吸收器132，通常以逆流配置運行在吸收塔中漿料噴淋向下流動并且與向上流動的擔載SO2的煙道氣114接觸，所述向上流動的擔載SO2的煙道氣114已被進料到吸收塔的下部。
新鮮的石灰石172，其來自石灰石料源176，首先在研磨機170(典型地球磨機)中被磨碎，然后與回收的水167和新鮮/補給水162在混合器140中混合以形成石灰石漿料141。控制被磨碎的石灰石174和水162經由閥163至混合器/罐140的流量以在混合器/罐140中維持足夠的新鮮的石灰石漿料141的庫存。調整新鮮的石灰石漿料141至結晶器134的流量以維持適當?shù)臐{料148的pH值，這反過來控制了從煙道氣114中脫除的SO2的量。WFGD工藝典型地實現(xiàn)了92-97％的來自煙道氣的SO2的脫除，雖然本領域技術人員會認識到，但是使用某些技術并且將有機酸添加到漿料中，SO2的脫除可提高到大于97％。
如上所述，常規(guī)WFGD子系統(tǒng)使?jié){料再循環(huán)。雖然一些廢水和其它廢物將通常在石膏制備中產生，但是水在可能的程度上被回收并且用于補充新鮮的石灰石漿料，由此使廢物和成本最小化，這將使得對工藝水進行處理。
應當認識到，因為石灰石在大多數(shù)地點可容易地大量得到，所以其通常在煤氣脫硫工藝中用在反應物。然而，其它反應物，如生石灰或鈉化合物，可替代石灰石來使用。這些其它反應物通常更昂貴并且目前不能與石灰石反應物進行成本競爭。然而，極小改變混合器140和上游反應物料源，現(xiàn)有的石灰石WFGD可使用生石灰或鈉化合物進行運行。事實上，大多數(shù)WFGD系統(tǒng)包括石灰備用子系統(tǒng)，使得如果石灰石輸送存在問題和/或研磨機170存在擴展維護問題的話，WFGD仍可以運行。
圖2更進一步詳述圖1中所述的WFGD子系統(tǒng)的某些方面。如圖所示，脫水單元136可以包括初級脫水單元136A和二級脫水單元136B。初級脫水單元136A優(yōu)選地包括用于分離石膏和水的旋液分離器。二級脫水單元136B優(yōu)選地包括用于干燥石膏的帶式干燥機。如前所述，煙道氣114進入吸收塔132，典型地從一側，并且向上流動通過石灰石漿料霧(其被噴淋進入吸收塔的上部)。在離開吸收塔前，煙道氣通過除霧器(ME)(未示)，所述除霧器位于吸收塔132的頂部；除霧器將煙道氣物流中的夾帶液體和固體脫除。為使除霧器保持清潔而沒有固體，將ME水洗滌200施加到除霧器。如應被理解，使用來自新鮮水源164的水，ME洗滌200使ME在吸收塔132中保持清潔。ME洗滌水200是進料到WFGD子系統(tǒng)130的最純的水。
如上所述，石灰石漿料霧從流過吸收塔132的煙道氣中吸收了大百分數(shù)的SO2(例如92-97％)。在吸收SO2后，漿料噴淋下降到結晶器134。在一種實際實施中，吸收塔132和結晶器134常常位于單個整體結構中，在該結構中，吸收塔直接位于結晶器的上方。在這種實施中，漿料簡單地噴淋下降到整體結構的底部從而被結晶。
石灰石漿料與SO2在結晶器134中反應而生成石膏(脫水硫酸鈣)。如前所述，強制壓縮氧化空氣154被用來在氧化中進行協(xié)助，該氧化以如下反應進行SO2+CaCO3+1/2O2+2H2O→CaSO4-2H2O+CO2(1)通過壓氣機150，氧化空氣154被強制通入結晶器134中。氧化空氣提供了將亞硫酸鈣轉化為硫酸鈣所需的額外的氧氣。
吸收塔132用來完成獲得環(huán)境規(guī)定所要求的高脫除效率所需要的煙道氣/液體漿料的密切接觸。逆流敞開的噴淋吸收塔提供了石灰石-石膏WFGD工藝所特別希望的特征它們是固有可靠的，具有比其它塔型WFGD處理單元組分更低的堵塞潛能，導致了低壓降，并且從投資成本和運行成本來看是成本高效的。
如圖2所示，水源164典型地包括用于儲藏足夠量新鮮水的水罐164A。此外，典型地包括一個或多個用于將ME洗滌200加壓至吸收塔132的泵164B和一個或多個用于將新鮮水流162加壓至混合器140的泵164C?；旌掀?40包括混合槽140A和再一個漿料泵140B以將新鮮的石灰石漿料141運送到結晶器134。需要一個或多個額外的非常大的漿料泵133(參見圖1)以將來自結晶器134的漿料148提升到吸收塔132頂部中的多個噴淋液位(level)。
如以下所進一步描述的，典型地，石灰石漿料148經由被置于吸收塔132的各液位處的噴淋噴嘴(未示)進入吸收塔132。當滿負載時，大多數(shù)WFGD子系統(tǒng)使用至少一個備用的漿料泵133運行。在低負載時，常?？赡苁褂幂^少數(shù)量的漿料泵133而獲得所需的SO2脫除效率。存在著顯著的經濟剌激以減少漿料泵133的泵負載。這些泵是一些世界上最大的泵，它們由電力驅動，而所述電力可以否則直接賣到電網(寄生電力負載，parasitic power load)。
在初級脫水器單元136A中，典型地使用旋液分離器，使石膏160與石膏漿料146中的液體分離。旋液分離器的溢流和/或初級脫水器單元136A的一個或多個其它組分包含少量固體。如圖2所示，這種溢流漿料146A返回到結晶器134?；厥盏乃?67被送回到混合器140以制備新鮮的石灰石漿料。其它廢物168通常從初級脫水器單元136A送往灰池210。底流漿料202被送往次級脫水器單元136B(其通常是帶式過濾器的形式)，在此它被干燥而生成石膏副產物160。此外，來自次級脫水器單元136B的回收的水167返回到混合器/泵140。如圖1所示，采取手工或其它石膏樣品161并分析，一般地每幾小時進行一次，以確定石膏160的純度。石膏純度的非直接在線測量通常是可行的。
如圖1所示，比例積分微分(PID)控制器180通常與前饋控制器(FF)190結合使用以控制WFDG子系統(tǒng)的運行。過去，PID控制器指導氣動模擬控制函數(shù)。如今，使用數(shù)學公式化，PID控制器指導數(shù)字控制函數(shù)。FF190/PID控制器180的目標是控制漿料pH值，基于確定的聯(lián)系。例如，在調節(jié)如圖1所示的閥199和從結晶器134流到吸收塔132的漿料148的測量的pH值之間可能存在著確定的聯(lián)系。如果是這樣的話，控制閥199使得漿料148的pH值相應于期望值186，該期待值通常被稱為設定點(SP)。
FF190/PID控制器180將調整石灰石漿料141通過閥199的流量，基于pH值設定點，以增加或減少由pH值傳感器182所測量的漿料148的pH值。如應理解的是，這是通過以下方式實現(xiàn)的FF/PID控制器將相應的控制信號181和191(其產生閥調整指令，如流量控制SP196)傳送至流量控制器(其優(yōu)選是閥199的一部分)。響應流量控制SP196，流量控制器又指導調節(jié)閥199以改變從混合器/泵140到結晶器134的石灰石漿料141的流量。
本實例顯示了使用FF控制器190和PID控制器180結合的pH值控制。一些裝置將不包括FF控制器190。
在本實例中，根據石灰石流量控制算法(其表示從結晶器134流到吸收塔132的漿料148的測量的pH值183之間的確定的聯(lián)系)，通過處理來源于pH值傳感器182的測量的漿料pH值183，PID控制器180產生PID控制信號181。該算法一般地存儲在PID控制器180，雖然這并不絕對?？刂菩盘?81可以表示，例如，對于閥199的閥設定點(VSP)或對于離開閥199的被磨碎的石灰石漿料141的流量的實測值設定點(MVSP)。
如本領域目前所掌握的，PID控制器180所用的算法具有比例元件、積分元件和微分元件。PID控制器180首先計算期望的SP和實測值之間的差異以確定誤差。PID控制器接下來將該誤差應用到該算法的比例元件中，其對于PID控制器或者對于PID控制器中的每一個(如果在WFGD子系統(tǒng)中使用多個PID控制器的話)來說是可調整的定值。PID控制器一般地將誤差乘以調諧因子(tuning factor)或工藝增益(process gain)以獲得調整閥199的比例函數(shù)。
然而，如果PID控制器180不具有調諧因子或工藝增益的校正值的話，或者如果工藝狀況變化時，比例函數(shù)將是不精確的。由于這種不精確性，PID控制器180所產生的VSP或MVSP實際上將具有與期望SP相應的VSP或MVSP的偏差(offset)。因此，使用積分元件隨時間，PID控制器180使用累積誤差。積分元件是一種時間因子。此外，PID控制器180將調諧因子或工藝增益乘以累積誤差以消除偏差。
現(xiàn)在轉向微分元件。微分元件是與連續(xù)變化有關的加速因子。在實踐中，微分元件很少在用于控制WFGD工藝的PID控制器中使用。這是因為應用微分元件對于這類控制應用來說不特別有益。因此，用于WFGD子系統(tǒng)中的大多數(shù)控制器實際上是PI控制器。然而，本領域技術人員將認識到，如果期望的話，PID控制器180可以容易地配置以必要的邏輯以便以常規(guī)方式使用微分元件。
總之，存在著三種調諧定值，其可以由常規(guī)PID控制器使用以將某一工藝值(如進入吸收塔132的循環(huán)漿料148的pH值)控制至某一設定點(如新鮮的石灰石漿料141至結晶器134的流量)。無論使用何種設定點，其總是根據工藝值確定而不是根據期望的結果，如從吸收塔132排出的煙道氣116中剩余的SO2的值。換言之，設定點是在工藝期限(term)內識別的，必要的是受控工藝值可直接測量以便PID控制器能夠控制它。雖然算法的確切形式可能隨不同的設備銷售商變化，但是在超過75年的過程工業(yè)中一直使用著基本PID控制算法。
再參考圖1和2，基于從PID控制器180和FF控制器190接收的指令，流量控制器產生信號，其引起閥199打開或關閉，由此增加或降低被磨碎的石灰石漿料141的流量。流量控制器連續(xù)控制閥調整直到閥199已打開或關閉以匹配VSP或著流自閥1992的石灰石漿料141的量的實測值匹配MVSP。
在如上所述的示范性常規(guī)WFGD控制中，基于期望的pH值設定點186，控制漿料148的pH值。為進行該控制，PID180從傳感器182接收工藝值，即漿料148的pH值183的實測值。PID控制器180處理該工藝值以向閥199產生指令181從而調整來自混合器/罐140的新鮮的石灰石漿料141的流量，所述新鮮的石灰石漿料141具有比結晶器漿料144更高的pH值，由此調整漿料148的pH值。如果指令181導致進一步打開閥199，更多的石灰石漿料141將從混合器140流來并流入結晶器134，導致漿料148的pH值增加。另一方面，如果指令181導致關閉閥199，較少的石灰石漿料141將從混合器140流來并因此流入結晶器134，導致漿料148的pH值減小。
另外，WFGD子系統(tǒng)可以加入前饋回路，其使用前饋單元190來實施以便確保穩(wěn)定運行。如圖1所示，進入吸收塔132的煙道氣114中的SO2189的濃度值將通過傳感器188測量并輸入到前饋單元190。包括FF控制元件的的許多WFGD系統(tǒng)可以將進入的煙道氣SO2濃度189與來自發(fā)電系統(tǒng)110的發(fā)電機負載的測量值結合以確定進口SO2的量而不僅僅是濃度，然后使用進口SO2的這一量作為FF190的輸入。前饋單元190用作具有時間延遲的比例元件。
在所述示范性的實施中，前饋單元190接收一序列的來自傳感器188的SO2測量189。前饋單元190比較目前所接收的濃度值與在目前所接收的值之前剛接收的濃度值。如果前饋單元190確定SO2實測濃度已發(fā)生變化，例如1000-1200ppm，其將配置以邏輯使階躍函數(shù)平穩(wěn)化，由此避免運行中的突變。
前饋回路顯著改善了正常運行的穩(wěn)定性，因為漿料148的pH值和流到結晶器134的石灰石漿料141的量之間的關系是高度非線性的，而PID控制器180實際上是線性控制器。因此，在沒有前饋回路的情況下，PID180難以使用相同的調諧定值來對各種pH值提供足夠的控制。
通過控制漿料148的pH值，PID控制器180影響了從擔載SO2的煙道氣114中的SO2的脫除和由WFGD子系統(tǒng)產生的石膏副產物160的品質。通過增加新鮮的石灰石漿料141的流量來增加漿料pH值使得從擔載SO2的煙道氣114中脫除的SO2的量增加。另一方面，增加石灰石漿料141的流量，以及因此漿料148的pH值，使吸收后SO2的氧化變慢，因此亞硫酸鈣轉化為硫酸鈣，這又將導致所生產的石膏160的品質降低。
因此，存在著從擔載SO2的煙道氣114中脫除SO2和保持石膏副產物160所需品質的矛盾的控制目標。即，可能在滿足SO2排放要求而石膏品質要求之間存在著矛盾。
圖3詳述了參考圖1和2所述的WFGD子系統(tǒng)的其它方面。如圖所示，擔載SO2的煙道氣114經由孔310進入吸收塔132的底部，不含SO2的煙道氣116經由孔312從吸收塔132的上部離開。在這一示范性的常規(guī)實施中，顯示了具有多個漿料噴淋液位(level)的逆流吸收塔。如圖所示，ME洗滌200進入吸收塔132而通過洗滌噴淋器(未示)分散。
還顯示了多個吸收塔漿料噴嘴306A、306B和306C，其每個具有漿料噴淋器308A、308B或308C，它們將漿料噴淋到煙道氣中以吸收SO2。漿料148從圖1所示的結晶器134中泵送，通過多個泵133A、133B和133C，其每一個將漿料向上泵送至漿料噴嘴306A、306B或306C的液位(level)中的一個不同處。應當理解的是雖然顯示了3個不同液位(level)的漿料噴嘴和噴淋器，但是噴嘴和噴淋器的數(shù)目會變化，取決于特定的實施。
進入吸收塔132的液體漿料148的流速與離開吸收塔132的煙道氣116的流速的比值通常表示為L/GL/G是WFGD子系統(tǒng)的關鍵設計參數(shù)之一。
煙道氣116(充滿著蒸氣)的流速，稱為G，是來自WFGD處理單元130上游的發(fā)電系統(tǒng)110的進口煙道氣112的函數(shù)。因此，G未被且不能被控制，但必須在WFGD工藝中解決。所以，為了改變L/G，必須調整“L”。調整運行中的漿料泵的數(shù)目和這些漿料泵的連接情況(line-up)來控制液體漿料148至WFGD吸收塔132的流速，稱為L。例如，只要兩個泵將要運行，那么使泵運行至上部的兩個噴淋器液位(level)和使泵運行至頂部和底部的噴淋器液位(level)將產生不同的“L”。
可能通過控制漿料泵133A、133B和133C的運行來調整“L”。單獨的泵可被打開或關閉以調整液體漿料148至吸收塔132的流速和將液體漿料148引入吸收塔的處的有效高度。如果漿料在更高處被引入塔中，漿料與煙道氣具有更長的接觸時間，使得脫除更多的SO2，但這種額外SO2的脫除是在增加功率消耗以泵送漿料至更高的噴淋液位(level)的代價下實現(xiàn)的。應該認識到泵的數(shù)目越大，這種控制的難度(granularity)越大。
泵133A-133C，其是旋轉設備極大的零部件，可以自動或手動啟動或制動。在美國，最常見的是，這些泵由子系統(tǒng)操作員手動控制。在歐洲，更常見的是自動啟動/制動旋轉設備如泵133A-133C。
如果由于發(fā)電系統(tǒng)110運行方面的變化而使進入WFGD處理單元130的煙道氣114的流速變化，那么WFGD子系統(tǒng)操作員可以調整一個或多個泵133A-133C的運行。例如，如果煙道氣流速將降至設計負載的50％時，操作員或著控制系統(tǒng)中的特定邏輯可以關閉一個或多個泵(其把漿料泵送至一個或多個噴淋液位(level)處的噴淋液位(level)噴嘴)。
雖然未顯示在圖3中，應該認識到與泵和漿料噴嘴有關的額外的噴淋液位(level)常常在另一個泵或其它與初級噴淋液位(level)有關的漿料噴嘴和/或漿料噴淋器的維護期間被提供使用。這種額外的噴淋液位(level)的添加提高了吸收塔以及由此的子系統(tǒng)的投資成本。因此，一些WFGD物主將決定除去這種額外的噴淋液位(level)并避免這種增加的投資成本，而是將有機酸添加到漿料中以強化其在上述維護周期期間從煙道氣中吸收并由此脫除SO2的能力。然而，這些添加劑往往是昂貴的并因此其的使用將導致更高的運行成本，其可以隨時間抵消(offset)投資成本的節(jié)省。
如上述反應式1所述，為吸收SO2，在煙道氣中的SO2和漿料中的石灰石之間必須發(fā)生化學反應。在吸收塔中，該化學反應的結果是形成了亞硫酸鈣。在結晶器134中，亞硫酸鈣被氧化而形成硫酸鈣(石膏)。在該化學反應期間，消費了氧氣。為提供足夠氧氣和強化反應速度，通過將壓縮空氣154吹入結晶器134中的液體漿料而添加額外的O2。
更具體地說，如圖1所示，環(huán)境空氣152被壓縮而形成壓縮空氣154，并通過壓氣機(例如風扇)150而被強制進入結晶器134，以便氧化從結晶器134返回到吸收塔132的循環(huán)漿料148中的亞硫酸鈣，石膏漿料146被送到脫水系統(tǒng)136用于進一步的處理。為了方便調整氧化空氣154的流量，壓氣機150可具有速度或負載控制機構。
優(yōu)選地，結晶器134中的漿料具有過量的氧氣。然而，存在著可被漿料吸收或容納的氧氣總量的上限。如果漿料內O2水平太低，在漿料中將停止CaSO3至CaSO4的化學氧化。當這發(fā)生時，通常稱為石灰石阻塞(limestone blinding)。一旦發(fā)生石灰石阻塞時，石灰石停止溶解到漿料溶液中并且SO2脫除可能顯著下降。某些礦物痕量存在也可能顯著使亞硫酸鈣的氧化和/或石灰石溶解變慢而造成石灰石阻塞。
因為溶于漿料中的O2的量是不可測的參數(shù)，如果不采取適當預防措施的話，在常規(guī)WFGD子系統(tǒng)中，漿料可能變得對O2急需。在夏季月份中，這更是如此，那時較高的環(huán)境氣溫使環(huán)境空氣152的密度變低并且減少了由壓氣機150在最大速度或負載下能夠使氧化空氣154強制進入結晶器134的量。另外，如果從煙道氣流中脫除的SO2的量顯著增加，要求相應量的額外的O2以氧化SO2。因此，漿料可能實際上變得急需O2，因為至WFGD處理單元的SO2的流量增加。
必需的是在設計比值內注入足量的壓縮空氣154以氧化被吸收的SO2。如果可能的話，調整壓氣機150速度或負載，在較低SO2負載和/或在較冷的環(huán)境氣溫周期期間調低壓氣機150是所期望的，因為節(jié)能的原因。當壓氣機150達到最大負載時，或者非可調壓氣機150的全部O2正被利用時，不可能氧化遞增增加的SO2。在峰值負載下，或者在沒有正確跟蹤SO2脫除的壓氣機150速度控制的情況下，可能在結晶器134中造成O2短缺。
然而，因為不能夠測量漿料中的O2，對于常規(guī)WFGD子系統(tǒng)運行來說，漿料中O2的水平未被用作約束條件。因此，當結晶器134內的漿料變得急需O2時，沒有辦法正確地監(jiān)控。因此，如果出現(xiàn)石膏副產物160的品質顯著下降，操作員最多假定漿料變得急需O2并且使用他們最佳判斷來控制壓氣機150的速度或負載和/或減少SO2吸收效率以便使被強制進入漿料的O2與必須被氧化的被吸收的SO2平衡。因此，在常規(guī)WFGD子系統(tǒng)中，使被強制進入漿料的O2與從煙道氣中吸收所要求的SO2平衡最多是基于操作員的判斷。
總之，對于公用工程應用的大WFGD子系統(tǒng)的常規(guī)控制通常在分布式控制系統(tǒng)(DCS)中進行并且一般地包括開關控制邏輯以及FF/PID反饋控制回路。所控制的參數(shù)限于漿料pH水平、L/G比和強制氧化空氣的流量。
pH值必須被保持在某一范圍內以確保SO2的高溶解度(即SO2除效率)、高品質(純度)石膏和防止結垢。運行pH值范圍是設備和運行狀況的函數(shù)。通過調整新鮮的石灰石漿料141至結晶器134的流量來控制pH值?；谟蓚鞲衅魉鶛z測的漿料的實測pH值來調整石灰石漿料流量。在一般的實施中，包括在DCS中的PID控制器和任選FF控制器級聯(lián)至石灰石漿料流量控制器。對于pH值控制應用來說，使用標準/默認PID算法。
液氣比(L/G)是流到吸收塔132的液體漿料148與煙道氣流量114的比值。對于給定組的子系統(tǒng)變量，要求最小L/G比值以獲得期望的SO2吸收，基于液體漿料148中的SO2的溶解度。當煙道氣114流量變化或當液體漿料148流量變化時，L/G比值變化，前者一般發(fā)生在漿料泵133被打開或關閉時。
亞硫酸鈣氧化形成硫酸鈣(即石膏)是通過使用結晶器134的反應罐中的額外的氧來強制氧化而得到強化的。通過將空氣吹入結晶器134中的漿料溶液而引入額外的氧。由于氧化不完全，亞硫酸鹽-石灰石阻塞可能發(fā)生，導致差的石膏品質，以及隨后可能的較低的SO2脫除效率和廢水中的高化學需氧量(COD)。
常規(guī)WFGD工藝控制方案包括標準控制塊，其具有獨立而不是整合的目標?，F(xiàn)在，操作員，與工程技術人員商議，必須設法提供工藝的總的最佳控制。為提供這種控制，操作員必須考慮各種目標和約束條件。
最小化WFGD運行成本-發(fā)電廠的運行只是因為要為他們的物主產生利潤。因此，有益的是以最低的適宜成本，同時考慮工藝、規(guī)章和副產物品質約束條件以及商業(yè)環(huán)境來運行WFGD子系統(tǒng)。
最大化SO2脫除效率-清潔空氣規(guī)則確定了SO2脫除要求。由于工藝、規(guī)章和副產物品質約束條件以及商業(yè)環(huán)境，應當運行WFGD子系統(tǒng)以適度高效地脫除SO2。
滿足石膏品質規(guī)定-銷售作為副產物的石膏減輕了WFGD運行成本并且很大程度上依賴于副產物純度，滿足期望的規(guī)定。由于工藝、規(guī)章和副產物品質約束條件以及商業(yè)環(huán)境，應當運行WFGD子系統(tǒng)以產生適當品質的石膏副產物。
防止石灰石阻塞-負載波動和燃料硫含量變化可能引起煙道氣114中的SO2的偏移。在沒有適當補償調整的情況下，這可能導致漿料中高亞硫酸鹽濃度，其又導致石灰石阻塞，較低的吸收塔132SO2脫除效率，差的石膏品質和廢水中的高化學需氧量(COD)。應當運行WFGD子系統(tǒng)以防止石灰石阻塞(binding)，由于工藝約束條件的原因。
在一般的運行序列中，WFGD子系統(tǒng)操作員確定WFGD工藝的設定點以使這些競爭性目標和約束條件平衡，基于常規(guī)運行程序和對WFGD工藝的認識。設定點通常包括pH值和漿料泵133和氧化空氣壓氣機150的運行狀態(tài)。
在WFGD工藝中存在著復雜的相互作用和動力學；結果，操作員選擇保守的運行參數(shù)，以便WFGD子系統(tǒng)能夠滿足/超越有關SO2脫除和石膏純度的硬性約束條件。在進行這些保守的選擇時，操作員常常(若非一直的話)犧牲最低成本的運行。
例如，圖4顯示了作為pH值函數(shù)的SO2脫除效率和石膏純度。pH值升高時，SO2脫除效率升高，然而石膏純度降低。因為操作員關心于改善SO2脫除效率和石膏純度，操作員必須確定某一pH值的設定點，即這些競爭性目標間的折衷。
另外，在大多數(shù)情況下，操作員被要求滿足所確保的石膏純度水平，例如95％純度。因為圖4所示關系的復雜性、缺乏石膏純度的直接在線測量、石膏結晶的長時間動力學和運行中的隨機變化，操作員常常選擇輸入某一pH值設定點，該設定點將確保在任何情況下石膏純度水平高于所規(guī)定的約束條件。然而，由于確保石膏純度，操作員常常犧牲了SO2脫除效率。例如，基于圖4中的圖表，操作員可以選擇pH值為5.4，以確保在石膏純度95％的約束條件以上有1％的緩沖。然而，由于選擇這一pH值設定點，操作員犧牲了3％的SO2脫除效率。
當SO2負載，即煙道氣114流量從最大值降至中值時，操作員面對相似的折衷問題。在這種轉變期間的某一點，切斷一個或多個漿料泵133來節(jié)能可能是有益的，因為泵的連續(xù)運行可僅提供稍好的SO2脫除效率。然而，因為大多數(shù)操作員并不十分清楚動力成本和SO2脫除效率間的關系，操作員一般地將采取保守方法。使用這種方法，即使關掉一個或多個漿料泵133將更有益的話，操作員也未必調整漿料泵133的連接情況。
還眾所周知的是許多規(guī)章排放允許提供瞬時排放限制和某種形式的滾動平均排放限制。滾動平均排放限制是在一定移動或滾動的時間窗內的瞬時排放值的均值。時間窗可以短至1小時或長至1年。一些典型的時間窗是1小時、3小時、8小時、24小時、1個月和1年。考慮動態(tài)的工藝偏移，瞬時排放限制一般地高于滾動平均限制。然而，在瞬時排放限值下連續(xù)運行將導致破壞滾動平均限制。
通常，PID180控制排放至瞬時限制，其相對簡單。為此，工藝的運行約束條件，即瞬時值，被良好地設定在實際的規(guī)章排放限制以內，因此提供了安全邊際。
另一方面，控制排放至滾動平均限制是較復雜的。滾動均值的時間窗不斷地向前移動。因此，在任何給定時間，若干時間窗是活動的，在一定時間周期內從給定時間向后跨越一個時間窗，而另一個時間窗在一定時間周期內從給定時間向前跨越。
通常，通過簡單地維持瞬時限制所用的PID180中的運行約束集和實際的規(guī)章排放限制之間的足夠邊際或者通過考慮滾動平均限制利用操作員判斷來設定運行約束條件，操作員試圖將排放控制到滾動平均限制。在任何一種情況中，都沒有清楚地控制滾動平均限制，因此不能確保與滾動平均限制的依從性或者預防成本高的過度依從性。
選擇性催化還原系統(tǒng)簡要地，轉向另一個示范性的空氣污染控制工藝，用于NOx脫除的選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)，可以看出類似的運行難題。SCR工藝的概述示于圖20中。
以下工藝概述出自“Control of Nitrogen Oxide EmissionsSelectiveCatalytic Reduction(SCR)”，Topical Report Number 9，Clean CoalTechnology，U.S Dept.of Energy，1997工藝概述主要由NO以及較小量的NO2組成的NOx通過與NH3在催化劑上在氧氣存在下反應而轉化為氮氣。少量SO2(在鍋爐中通過煤中的硫的氧化而生成)在SCR催化劑上被氧化為三氧化硫(SO3)。此外，副反應可以產生不期望的副產物硫酸銨(NH4)2SO4和硫酸氫銨NH4HSO4。存在著控制這些副產物形成的復雜關系，但是通過適當控制工藝狀況可以使它們最小化。
氨泄漏SCR反應器下游的煙道氣中的未反應的NH3稱為NH3泄漏。必要的是保持NH3泄漏低于5ppm、優(yōu)選地2-3ppm以使(NH4)2SO4和NH4HSO4的形成最小化，后者可能引起下游設備的堵塞和銹蝕。使用高硫煤的話，這是更大的問題，該問題由較高SO3水平引起的，所述較高SO3水平起因于燃料硫含量和SO2在SCR反應器中的反應造成的較高初始SO3水平。
運行溫度催化劑成本占SCR單元的投資成本的15-20％；因此，有必要在盡可能高的溫度下運行以便使空速最大化而因此使催化劑體積最小化。同時，有必要使SO2至SO3的氧化速率最小化，該氧化反應比SCR反應對溫度更敏感。使用鈦和釩氧化物催化劑的SCR工藝的最佳運行溫度約為650-750大多數(shù)裝置使用省煤器旁路以將煙道氣在當煙道氣溫度低時(如低負載運行)的周期內在期望的溫度提供給反應器。
催化劑SCR催化劑用陶瓷材料制成的，所述陶瓷材料是載體(二氧化鈦)和活性組分(釩和有時鎢的氧化物)的混合物。如今使用的SCR催化劑的兩種主要形狀是蜂窩狀和板狀的。蜂窩狀形式通常是具有催化劑的擠出陶瓷，所述催化劑或者遍及整個結構加入(均勻)或者涂覆在底物上。在板狀幾何形狀中，支持材料一般地涂覆有催化劑。當處理含粉塵的煙道氣時，反應器一般地是垂直的，煙道氣向下流動。催化劑一般地設置在一系列2-4個床或層中。為較好利用催化劑，通常使用3或4個層，考慮到附加層，其不是最初安裝的。
當催化劑活性下降時，額外的催化劑被安置在反應器中的可得的空間內。當鈍化延續(xù)時，在旋轉底座上替代催化劑，每次一層，從頂部開始。這種策略導致催化劑利用最大化。對催化劑進行周期性煙灰吹除以除去沉積物，使用蒸汽作為清潔劑。
化學過程以下給出SCR工藝的化學過程4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O副反應是SO2+1/2O2→SO32NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4NH3+SO3+H2O→NH4HSO4工藝說明如圖20所示，臟煙道氣112離開發(fā)電系統(tǒng)110。該煙道氣可由其它空氣污染控制(APC)子系統(tǒng)122處理，然后進入選擇性催化還原(SCR)子系統(tǒng)2170。在離開SCR后并且在離開煙囪117前，煙道氣也可由其它APC子系統(tǒng)(未示)處理。進口煙道氣中的NOx使用一個或多個分析器2003。擔載NOx的煙道氣2008通過氨(NH3)注入柵2050。通過氨/稀釋空氣混合器2070使氨2061與稀釋空氣2081混合。通過注入柵2050使混合物2071計量進入煙道氣中。稀釋空氣壓氣機2080將環(huán)境空氣152供給到混合器2070中，氨存儲和供應子系統(tǒng)將氨供給到混合器2070。擔載NOx的煙道氣、氨和稀釋空氣2055進入SCR反應器2002并且通過SCR催化劑。SCR催化劑促進了用氨將NOx還原為氮氣和水。不含NOx的煙道氣2008離開SCR反應器2002并且經由可能地其它APC子系統(tǒng)(未示)和煙囪117離開該裝置。
在離開SCR反應器2002的不含NOx的煙道氣物流2008上或者在煙囪117中，可能存在額外的NOx分析器2004。實測NOx出口值2111與實測NOx進口值2112結合以計算NOx脫除效率2110。NOx脫除效率定義為從煙道氣脫除的進口NOx的百分比。
將計算的NOx脫除效率2022輸入到規(guī)章控制系統(tǒng)中，其重置氨流速設定點2021A為氨/稀釋空氣混合器2070并且最終為氨注入柵2050。
SCR工藝控制常規(guī)SCR控制系統(tǒng)依靠如圖20所示的級聯(lián)控制系統(tǒng)。內部PID控制器回路2010用于控制進入混合器2070的氨流量2014。外部PID控制器回路2020用于控制NOx排放。操作員負責使NOx排放脫除效率設定點2031輸入外部回路2020。如圖21所示，可使用選擇器2030將上限約束條件2032置于由操作員輸入的設定點2031。此外，常常使用用于負載的前饋信號2221(未示于圖21中)，以便控制器可以適當?shù)靥幚碡撦d變化。對于這種實施，負載傳感器2009產生了發(fā)電系統(tǒng)110的實測負載2809。這種實測負載2809被送到控制器2220，其產生信號2221。信號2221與氨流量設定點2021A結合而形成調整的氨流量設定點2021B，其被送到PID控制器2010。PID2010將設定點2021和實測氨流量2012結合以形成氨流量VP2011，其控制提供給混合器2070的氨的數(shù)量。
這種控制器的優(yōu)點是1、標準控制器使用簡單標準控制器設計來強制SCR廠商和催化劑賣主所規(guī)定的要求。
2、DCS型控制器結構較簡單，其可以在單元DCS中實施并且其是將強制設備和催化劑運行要求的成本最低的控制選擇方案。
SCR運行的挑戰(zhàn)許多運行參數(shù)影響SCR運行·進口NOx負載，·NOx氨的局部摩爾比，·煙道氣溫度，和·催化劑品質、可得性和活性。
與圖20的控制方案有關的運行挑戰(zhàn)包括以下1、氨泄漏測量將氨泄漏維持低于規(guī)定的約束條件對于SCR運行來說是至關重要的。然而，常常未計算或在線測量氨泄漏。即使氨泄漏測量是可行的，其通常未直接包括在控制回路中。因此，SCR運行的最關鍵變量之一未被測量。SCR的運行目標是獲得期望的NOx脫除水平并且氨“泄漏”最小。氨“泄漏”定義為在不含NOx的煙道氣物流中未反應的氨的數(shù)量。雖然，與氨泄漏中的氨的實際量有關的經濟成本很小，但是存在著顯著的氨泄漏的負面影響。
·氨可與煙道氣中的SO3反應形式鹽，其在空氣預熱器的傳熱表面上沉積。不僅這減小了通過空氣預熱器的傳熱，而且它還吸引灰，其進一步減小了傳熱。在某些點處，空氣預熱器的傳熱已下降至這種程度，其中預熱器必須歇工以進行清理(洗滌)。至少，空氣預熱器洗滌產生了單元減額(unit de-rate)事件。
·氨還被吸收在催化劑中(催化劑可被看作一種氨海綿體)。煙道氣/NOx負載中的突減導致異常高的短期氨泄漏。這正是一種瞬變狀況，為一般的控制系統(tǒng)力所不及。雖然本質上是瞬變的，這種泄漏的氨仍與SO3結合并且鹽在空氣預熱器上沉積(即使短時間)，動態(tài)瞬變能夠顯著地將鹽層堆積在空氣預熱器上(并且促進飛灰的吸引)。
·氨也被定義為一種空氣污染物。雖然氨泄漏是極低的，但是氨是非常芳香的，所以即使較痕量也可能產生局部區(qū)域的氣味問題。
·氨被吸收到飛灰上。如果飛灰的氨濃度變得太高，可能存在著與處理飛灰有關的顯著高的成本。
2、NOx脫除效率設定點在沒有氨泄漏測量的情況下，操作員/工程技術人員常常保存地設定NOx脫除效率設定點2031以良好地將氨泄漏維持在低于泄漏約束條件以下。通過保守地選擇NOx設定點，操作員/工程師減小了SCR的總的脫除效率。保守的NOx脫除效率的設定點可能確保氨泄漏約束條件不被破壞，但其還導致低于若系統(tǒng)在接近氨泄漏約束條件下運行時可能達到的效率。
3、溫度對SCR的影響使用標準控制系統(tǒng)，控制SCR進口氣體溫度的意圖是不明顯的。通常實施一些確保氣體溫度在可接受限制范圍之內的方法，通常防止氨注入，如果溫度低于最小限制時。在大多數(shù)情況中沒有試圖實際上控制或最優(yōu)化溫度。此外，沒有基于溫度也沒有基于溫度曲線來改變NOx設定點。
4、NOx和流速曲線鍋爐運行和管道作業(yè)有助于產生跨越SCR面的不均勻的NOx分布。為最低的氨泄漏，NOx氨比值必須被控制，在沒有均勻混合的情況下，這種控制必須是局部的以避免高氨泄漏點。令人遺憾地，NOx分布曲線不僅是管道作業(yè)的函數(shù)，還是鍋爐運行的函數(shù)。所以，鍋爐運行的變化影響了NOx的分布。標準控制器沒有解釋SCR的NOx進口和速度曲線很少是均勻或靜態(tài)的這一事實。這導致了在管道橫截面的某些部分過多注入了化學試劑以確保在其它區(qū)域中足夠的化學試劑。結果對于給定的NOx脫除效率，增加了氨泄漏。此外，操作員/工程技術人員常常通過降低NOx設定點來響應分布不均。
應當理解的是NOx進口和出口分析器2003和2004可以是單個分析器或者某種形式的分析列陣。除平均NOx濃度外，多個分析值將提供有關NOx分布/曲線的信息。為利用額外的NOx分布信息，將需要多個具有某種智能的氨流量控制器2010以在注入柵不同區(qū)域之間動態(tài)分布總氨流量，使得氨流量更接近匹配局部NOx濃度。
5、動態(tài)控制標準控制器還不能提供有效的動態(tài)控制。也就是說，當SCR的進口狀況變化，因此需要調節(jié)氨注入速率時，未必，NOx還原效率的反饋控制將能夠防止該工藝變量顯著的偏移?？焖俚呢撦d瞬變和工藝時間延遲是動態(tài)事件，其可能引起顯著的工藝偏移。
6、催化劑退化隨著時間催化劑退化，使得SCR的脫除效率下降而增加了氨泄漏?？刂葡到y(tǒng)需要考慮這種退化以便最大化NOx脫除率。
7、滾動平均排放許多規(guī)章排放允許提供瞬時排放限值和某種形式的滾動平均排放限值?？紤]動態(tài)工藝偏移，瞬時排放限制高于滾動平均限值；在瞬時排放限制下連續(xù)運行將導致破壞滾動平均限制。滾動平均排放限制是在一定移動或滾動的時間窗內的瞬時排放值的均值。時間窗可以短至1小時或者長至1年。一些典型的時間窗是1小時、3小時、24小時、1個月和1年。在標準控制器中沒有考慮過滾動平均的自動控制。大多數(shù)NOx排放許可約束返回到區(qū)域性8小時滾動平均環(huán)境空氣NOx濃度限制。
操作員一般地設定SCR的期望的NOx脫除效率設定點2031并且基于來自飛灰的很少的樣品信息進行較小調整。使用很小的努力來在負載瞬變期間改善SCR的動態(tài)控制或者最優(yōu)化SCR的運行。由于與WFGD最佳運行有關的那些類似的商業(yè)、規(guī)章/信用和工藝問題的原因，選擇最佳的瞬時以及(如果可能的話)滾動平均NOx脫除效率也是難以捉摸和變化的問題。
其它APC工藝顯示出與下列因素有關的問題·控制/最優(yōu)化工藝的動態(tài)運行，·控制副產物/副產品的品質，·控制滾動平均排放，和·最佳化APC資產。
其它工藝中的這些問題類似于WFGD和SCR的上述討論中所詳述的問題。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明，多層控制器指導系統(tǒng)(如空氣污染控制(APC)或其它類型系統(tǒng))的運行以進行某種工藝。該工藝具有多工藝參數(shù)(MPPs)，MPPs中的至少一個是可控工藝參數(shù)(CTPP)并且MPPs中的一個是目標工藝參數(shù)(TPP)。例如，MPPs可以包括進料到吸收塔的石灰石漿料的pH值、進料到結晶器的氧化空氣的量、從濕煙道氣脫硫(WFGD)系統(tǒng)中排出的煙道氣中的SO2的量。
該工藝還具有限定的目標值(DTV)，其表示對在長度TPLAAV2的限定時間周期內的TPP的實際均值(AAV)的第一限制，該第一限制可以是明確的限制或目標。例如，DTV可以是規(guī)章限制，TPP的AAVs，如在某種限定時間周期內，例如12小時、1天、30天、3個月或1年，從WFGD系統(tǒng)排出的煙道氣中的SO2的數(shù)量。在限定周期內，基于TPP的實際值(AVs)計算AAV。通常，AV將是以限定頻率測量的實際值。然而，在一些實施中，優(yōu)選例如從其它實測工藝數(shù)據來計算TPP的AV。通常，在限定時間周期期間，TPP的AAVs將從在多層控制器外部的AV計算。
第一邏輯控制器，其有時稱為上層或第2層控制器并且可以采取個人電腦(PC)或其它類型計算設備的形式，具有邏輯(例如軟件程序或另一種類型的程序邏輯)以預測在第一未來時間周期(FFTP)內的TPP的未來均值(FAVs)，所述第一未來時間周期的長度為至少TPLAAV2并且從當前時間T0延伸至未來時間TAAV2。在TAAV2或在其之前，工藝將移動到穩(wěn)態(tài)。在TPLAAV2內，基于(i)在第一在先時間周期(FPTP)內的各個時間的TPP的AAVs，例如從WFGD系統(tǒng)排出的煙道氣中的SO2的實際均值，所述第一在先時間周期的長度至少為TPLAAV2并且從在先時間T-AAV2延伸至當前時間T0，(ii)MPPs的當前值，例如進料到WFGD吸收器的石灰石漿料的當前pH水平，進料到WFGD吸收器的石灰石漿料的當前分配，例如當前漿料泵的連接情況，進料到WFGD結晶器的氧化空氣的當前量和/或由WFGD系統(tǒng)排出的煙道氣中的SO2的當前量，和(iii)DTV，例如對排出的SO2的數(shù)量的AAV的規(guī)章限制，來預測FAVs。
因此，第一邏輯控制器回顧在FPTP內的TPP的在先AAV并且使用這些AAV和MPPs的當前值以最初預測在FFTP內的TPP的FAVs。典型地，預測的FAVs表示了在FFTP內的TPP的預測途徑。有利地，在FPTP內的表示TPP的AAVs的歷史數(shù)據存儲在存儲介質上，例如電信息存儲體、光信息存儲體或其它類型的存儲介質，使得其可由第一邏輯控制器取回。如果是這樣的話，在FPTP內的TPP的AAVs可由控制器外部的AV計算。
第一邏輯控制器處理最初預測的FAVs作為可控工藝參數(shù)并且調整最初預測的FAVs，基于DTV。調整值可以表征為最終的預測的FAVs。優(yōu)選地，在FFTP內的預測的FAVs被調整使得根據預測，在FFTP內的全部FAVs將依從DTV。通常，調整全部或大部分預測的FAVs。然而，在某些情況下可以僅調整有限數(shù)目的預測的FAVs。還應當認識到第一邏輯控制器可以調整預測的FAVs，使得全部調整的或僅僅一些預測的FAVs依從DTV，或者使得僅僅在FFTP的末端調整預測的FAVs依從DTV。
第二邏輯控制器，其有時稱為下層或第1層控制器并且也可采取PC或其它類型的計算設備的形式，具有邏輯以確定第二未來時間周期(SFTP)的進一步的目標值(FTV)，其表示對TPP的AAVs(從WFGD系統(tǒng)排出的煙道氣中的SO2的實際均值)的第二限制。SFTP的長度為TPLAAV1，其小于長度TPLAAV2，并且從當前時間T0延伸至未來時間TAAV1。也就是說SFTP短于FFTP。應當理解的是該工藝可以在SFTP的末端或在該末端之前，即在SFTP之內達到穩(wěn)態(tài)，雖然這不是強制性的。
基于一個或多個在FFTP內的調整預測的TPP的FAVs來建立FTV。優(yōu)選地，基于調整預測的FAVs，該FAVs相應于起始于當前時間T0并且終止于時間TAAV1的時間，來建立FTV。也就是說，第二邏輯控制器優(yōu)選地在SFTP內基于由第一邏輯控制器預測的TPP的調整的FAVs來建立FTV。然而，如果期望的話，在未來時間TAAV1(即在縮短時間周期TPLAAV1的末端)或在一些其它離散時間的TPP的調整預測的FAVs可用于確定FTV。
第二邏輯控制器還具有邏輯以基于(i)在第二在先時間周期(SPTP)內的各個時間的TPP的AAVs，例如從WFGD系統(tǒng)排出的煙道氣中的SO2的AAV，所述第二在先時間周期的長度為TPLAAV1并且從在先時間T-AAV1延伸至當前時間T0，(ii)MPPs的當前值，例如進料到WFGD吸收器的石灰石漿料的當前pH水平，進料到WFGD吸收器的石灰石漿料的當前分配，進料到WFGD結晶器的氧化空氣的當前量和/或由WFGD系統(tǒng)排出的煙道氣中的SO2的當前量，和(iii)FTV，來確定每一個CTPP的目標設定點，例如進料到WFGD吸收器的石灰石漿料的pH水平的目標設定點，進料到WFGD吸收器的石灰石漿料的分布的目標設定點和/或進料到WFGD結晶器的氧化空氣的數(shù)量的目標設定點。第二邏輯控制器另外具有邏輯以根據CTPP的確定的目標設定點來指導控制每一個CTPP。
有利地，第二邏輯控制器具有進一步的邏輯以基于(i)在SPTP內的各個時間的TPP的AAVs，(ii)MPPs的當前值和(iii)FTV來預測在SFTP內的TPP的FAVs。如果是這樣的話，每一個CTPP的目標設定點還可根據在SFTP內的TPP的預測的FAVs(例如根據確定的目標設定點將對預測的FAVs的影響)來確定。
還可能期望的是第二邏輯控制器具有額外的邏輯以基于(i)在SPTP內的各個時間的TPP的AAVs，例如從WFGD系統(tǒng)排出的煙道氣中的SO2的AAV，(ii)MPPs的當前值，例如進料到WFGD吸收器的石灰石漿料的當前pH水平，進料到WFGD吸收器的石灰石漿料的當前分配，進料到WFGD結晶器的氧化空氣的當前量和/或由WFGD系統(tǒng)排出的煙道氣中的SO2的當前量，和(iii)每一個CTPP的確定的目標設定點，來預測在SFTP內的各個時間的TPP的FAVs，例如從WFGD系統(tǒng)排出的煙道氣中的SO2的FAVs。也就是說，第二邏輯控制器也可根據每一個CTPP的確定的目標設定點來預測TPP的未來均值(例如排出的煙道氣中的SO2)的途徑。
本發(fā)明特別可用于其中多個移動(例如滾動)時間周期(MTPs)必須依從DTV的實施，其中移動(例如滾動)時間周期中的每一個具有相同長度但不同開始時間和不同終止時間，并且MTPs中的每一個的終止時間在當前時間或在當前時間后。在這種情況下，第一邏輯控制器將有利地調整在FFTP內的預測的FAVs并且第二邏輯控制器將確定每一個CTPP的目標設定點，使得在MTPs中的每一個內的TPP的AAVs將依從DTV。
優(yōu)選地，輸入設備例如鼠標、鍵盤或通信端口可用于在當前時間T0或之前輸入在當前時間T0或之后將發(fā)生的事件?？梢杂媱澾@種事件使得在FFTP和/或SFTP之內或之外的某一時間開始。該事件可以例如表示MPPs中的至少一個(例如系統(tǒng)負載)的變化，如進料到WFGD系統(tǒng)的擔載SO2的濕煙道氣的量的變化，或者與為進行該工藝而運行系統(tǒng)有關的至少一個非工藝參數(shù)(NPP)，例如電力成本、規(guī)章信用價值和/或工藝副產物(例如由WFGD工藝生產的石膏)的量。如果是這樣的話，第一邏輯控制器將還有利地具有進一步的邏輯以在FFTP內也基于輸入事件來預測TPP的FAVs，例如將由WFGD系統(tǒng)排出的煙道氣中的SO2的FAVs。第二邏輯控制器還將有利地具有進一步的邏輯以，如果合適的話，基于輸入事件來確定每一個CTPP的目標設定點，例如進料到WFGD吸收器的石灰石漿料的pH水平的目標設定點、進料到WFGD吸收器的石灰石漿料的分布的目標設定點和/或進料到WFGD結晶器的氧化空氣的數(shù)量。
優(yōu)選地，控制器還包括神經網絡或者非神經網絡工藝模型。如果是這樣的話，第一邏輯控制器，和如果合適的話，第二邏輯控制器，將預測TPP的FAVs，并且第二邏輯控制器將確定每一個CTPP的目標設定點，以工藝模型為根據。無論使用何種模型，它都將表示TPP(從WFGD系統(tǒng)排出的脫硫煙道氣中的SO2的量)和至少一個CTPP(一個或多個相應于所用石灰石漿料的pH值的參數(shù)、相應于所用石灰石漿料的分布的參數(shù)和相應于WFGD系統(tǒng)中使用的氧化空氣的量的參數(shù))之間的關系。還應當理解的是所用模型可包括基本原理模型、混合模型或回歸模型。
更實際地，本發(fā)明包括兩個級聯(lián)在一起的多變量工藝控制器(MPCs)。下層(lower level)MPC或下層(lower tier)MPC(LTMPC)控制該工藝并且包括額外的MPPs，其是TPP的短期AAV。該下層控制器中的AAV的滾動時間窗或周期小于或等于由下層控制器控制的工藝的Tss。
上層(upper level)MPC或上層(upper tier)MPC(UTMPC)的Tss大于或等于與TPP的滾動平均時窗有關的時間周期。例如，如果DTV是30天滾動平均值，上層MPC的Tss將大于或等于與TPP有關的這一30天時窗。UTMPC包括TPP的DTV，其是在TPP的時間窗(T目標)內計算的。在幾乎全部的情況中，UTMPC的Tss將等于或基于TPP的滾動平均時窗，因為UTMPC的主要目的是控制長期滾動平均，其中長期定義為比所討論的工藝的響應時間長。因此，我們所擁有的是兩層MPC方法和使用上層以提供明確的與調諧規(guī)定結合的滾動平均的長期控制。
此外，UTMPC包括一組適當?shù)腗PPs，其中之一將用作由下層MPC提供的TPP的AVV的目標，即FTV。工藝模型和UTMPC中的邏輯使得TPP的AVV/Tss與TPP的AVV/T目標關聯(lián)。通過調整TPP的AVV/Tss目標，然后將這些調整送到下層MPC作為該控制器中的限制(例如約束條件)，UTMPC控制TPP的AVV/T目標。
兩個控制器在至少一個完整的滾動平均時間窗內進行回顧以在控制器的穩(wěn)態(tài)時間、LTMPC中的短期和ULMPC中的長期內預測TPP的未來均值。預測是一種矢量或多個未來值。
通過調諧MPC獲得AAV的明確的控制以控制全部多個TPP的未來值，例如FAVs，使得該值等于、小于或大于期望的目標值，DTV。
在最簡單的形式中，UTMPC調整當前對LTMPC中的TPP/AAV的限制/約束條件。這種配置將提供了足夠的滾動平均控制。一些MPC系統(tǒng)針對限制(例如約束條件)考慮了矢量或多個未來值的負載。在此情況下，不僅當前的UTMPC的移動(move)，而且整個部分從T0(當前時間)至T工藝(LTMPC的Tss)(包括當前值和未來值)的移動計劃都是從UTMPC下載到LTMPC中的適當未來限制矢量中。當在MPC工具中提供這種功能并且使用時，控制性能將被強化，因為LTMPC將更好地能夠計劃當前和未來的控制動作。


圖1是一幅框圖，其描述了常規(guī)濕法煙道氣脫硫(WFGD)子系統(tǒng)的概述。
圖2更詳細描述了圖1中所述的WFGD子系統(tǒng)的某些方面。
圖3更詳細描述了圖1中所述WFGD子系統(tǒng)的其它方面。
圖4是SO2脫除效率與石膏純度對比的圖表，作為pH值的函數(shù)。
圖5A描述了WFGD約束條件盒，其中WFGD工藝性能在舒適范圍內。
圖5B描述了具有根據本發(fā)明優(yōu)化的WFGD工藝性能的圖5A的WFGD約束條件盒。
圖6描述了根據本發(fā)明的示范性的MPC控制結構的功能框圖。
圖7描述了適用于圖6結構中的示范性的MPC控制器和估計器的元件。
圖8更詳細地描述了根據本發(fā)明的圖7所示的MPC控制器的處理單元和存儲磁盤。
圖9描述了引入到如圖8所述的MPC控制器的估計器的功能框圖。
圖10描述了根據本發(fā)明的多層MPCC結構。
圖11A描述了根據本發(fā)明的由多層MPC控制器呈現(xiàn)給用戶的界面屏幕。
圖11B描述了根據本發(fā)明由多層MPC控制器呈現(xiàn)的另一界面屏幕，用于回顧，修正和/或添加計劃停機。
圖12描述了根據本發(fā)明的圖10的多層MPCC結構的擴展圖。
圖13描述了根據本發(fā)明的具有WFGD工藝DCS的、引入估計器的、MPCC接口的功能框圖。
圖14A描述了根據本發(fā)明監(jiān)控MPCC控制的DCS屏幕。
圖14B描述了根據本發(fā)明的另一用于輸入實驗室和/或其它值的DCS屏幕。
圖15A描述了根據本發(fā)明的WFGD子系統(tǒng)，其中該子系統(tǒng)的總運行由MPCC控制。
圖15B描述了根據本發(fā)明的MPCC，其控制圖15A中所示的WFGD子系統(tǒng)。
圖16更詳細描述了根據本發(fā)明的圖15A中所示的WFGD子系統(tǒng)的某些方面，其相應于圖2中所示的那些。
圖17更詳細描述了根據本發(fā)明的圖15A中所示的WFGD子系統(tǒng)的其它方面，其相應于圖3中所示的那些。
圖18仍更詳細地描述了根據本發(fā)明的圖15A中所示的WFGD子系統(tǒng)的其它方面。
圖19更詳細地描述了根據本發(fā)明的圖15B中所示的MPCC的某些方面。
圖20是一幅框圖，其描述了一般的選擇性催化還原(SCR)單元的概述。
圖21描述了SCR子系統(tǒng)的常規(guī)工藝控制方案。
圖22詳細描述了根據本發(fā)明的MPC控制器的處理單元和存儲磁盤。
圖23A描述了根據本發(fā)明的SCR子系統(tǒng)，其中該子系統(tǒng)的總運行由MPCC控制。
圖23B更詳細地描述了根據本發(fā)明的圖23A中所示的MPCC的某些方面。
具體實施例方式
如所述，高效運行的WFGD和類似子系統(tǒng)現(xiàn)在比以前復雜很多。此外，因為另外的競爭壓力和污染物規(guī)章，這種復雜性可能將在今后繼續(xù)增加。常規(guī)工藝控制策略和技術不能應付這些復雜性，由此不能最佳控制這種運行。
在子系統(tǒng)有用的使用壽命內動態(tài)變化的商業(yè)環(huán)境中，期望在任何給定時間使子系統(tǒng)運行的商業(yè)價值最大化。這種資產優(yōu)化可能是基于甚至在常規(guī)工藝控制策略中未被考慮的因素。例如，在其中市場存在著交易規(guī)章信用的商業(yè)環(huán)境中，高效的子系統(tǒng)運行可能要求可以產生另外的規(guī)章信用并將其賣出以使子系統(tǒng)價值最大化，盡管為產生這種信用可能導致另外的運行成本。
操作成本，與簡單的使SO2吸收最大化、使運行成本最小化并且滿足副產物品質規(guī)定的策略不同，可使用一種更復雜的策略來優(yōu)化子系統(tǒng)運行，而不管是否SO2吸收最大化、運行成本最小化或副產物品質規(guī)定被滿足。此外，不僅可以提供工具以基本上改善子系統(tǒng)控制，如改善的子系統(tǒng)控制可以完全自動化。因此，運行可被自動化而且不僅運行參數(shù)和約束條件可被優(yōu)化，而且商業(yè)環(huán)境也可被優(yōu)化。當產生的規(guī)章信用的市場價值小于為產生這種信用的子系統(tǒng)另外的運行成本時，子系統(tǒng)可被自動控制以在非常接近于規(guī)章許可水平或精確地在規(guī)章許可水平進行運行。然而，當產生的規(guī)章信用的市場價值大于為產生這種信用的子系統(tǒng)另外的運行成本時，子系統(tǒng)也可被自動控制以調整這種運行使得在低于規(guī)章許可水平進行運行并由此產生規(guī)章信用。實際上，自動控制能夠指導子系統(tǒng)運行以脫除盡可能多的SO2直至邊際美元價值，即其中排放信用價值等于產生該信用的運行成本。
總之，優(yōu)化WFGD和類似的子系統(tǒng)的運行需要考慮不僅復雜的工藝和規(guī)章因素，而且還要考慮復雜的商業(yè)因素以及這些不同類型的因素間的動態(tài)變化。優(yōu)化可能需要考慮局部的商業(yè)因素(例如多個WFGD處理單元中的一個離線)和/或區(qū)域的商業(yè)因素(例如區(qū)域內運行的另一實體的WFGD處理單元離線)乃至全局的商業(yè)因素。在優(yōu)化運行中，例如長期和短期SO2規(guī)章信用的廣泛和動態(tài)變化的市場價格也可能需要被考慮進來。
因此，控制應當優(yōu)選地能夠調整運行以使SO2脫除在規(guī)章許可下最小化，或者使SO2脫除最大化。能夠進行這種調整將使子系統(tǒng)物主能夠利用規(guī)章信用價值的動態(tài)變化并且將一個子系統(tǒng)所產生的信用用來抵消由另一個其的子系統(tǒng)造成的超出許可的運行或者利用另一子系統(tǒng)物主購買規(guī)章信用的需要來抵消該子系統(tǒng)的超出許可的運行。此外，控制還應當優(yōu)選地再次能夠調整運行，一旦產生進一步的規(guī)章信用不再有益的時候。換言之，在受到設備、工藝、規(guī)章和商業(yè)約束條件的情況下，控制系統(tǒng)應當連續(xù)地優(yōu)化APC資產的運行。
因為，沒有超出石膏副產物所需純度的動機，所以控制應當優(yōu)選地促進運行優(yōu)化以使石膏副產物的品質與石膏品質規(guī)定或其它銷售約束條件匹配。優(yōu)化控制應當通過根據期望的SO2吸收水平和石膏產量需求來預期和指導調整O2水平的動作，從而便于避免石灰石阻塞。
如上所述，將排放控制到滾動平均是復雜的問題。這是因為，至少部分地，滾動平均的時間窗永遠向前移動，并且在任何給定的時間，多個時間窗是活動的。一般地，活動窗口從給定時間延伸至過去的時間并且其它活動窗口從給定時間延伸至未來的時間。
滾動平均排放的管理需要將在滾動平均時間窗期間的全部排放集成。因此，相對滾動平均目標進行優(yōu)化排放需要對于全部“活動的”時間窗，選擇瞬時排放目標，其考慮了實際過去的排放和預測未來的排放或操作計劃。
例如，優(yōu)化4小時滾動平均需要檢查多個時間窗，其中第一個在過去3小時59分鐘開始并且在當前時間停止，其最后一個開始于當前時間而在未來4小時結束。應該公認的是使用每時間窗1分鐘的“分辨率”，優(yōu)化這種較短的4小時滾動平均將包括選擇滿足479個時間窗的約束條件的瞬時目標。
確定單個集成時間窗的滾動平均排放目標包括首先在集成時間窗中計算過去排放的總量，然后例如為單個集成時間窗的提示(reminder)預測未來排放速率(其將得到在該單個集成時間窗處于或者低于滾動平均限制期間的平均排放)。未來排放及時從當前點開始。然而，為了精確，未來排放還必須包括在單個集成時間窗提示(reminder)期間預測來自運行的排放。
應當理解的是，時間窗越長，預測未來排放將更難。例如，在接下來數(shù)小時內，來自運行的排放能夠被相當準確的預測，但是在接下來11個月內來自運行的排放更難以預測，因為必須考慮例如季節(jié)變化和計劃停機等因素。另外，對于非計劃停機或子系統(tǒng)上設置的能力限制，可能必須添加安全邊際。
因此，為優(yōu)化WFGD工藝，例如最小化運行成本和/或最大化SO2脫除，同時將該工藝保持在運行約束條件內，必須自動確定WFGD工藝的最佳設定點。
在以下詳述的本發(fā)明實施方案中，基于模型的多變量預測控制(MPC)方法被用于提供WFGD工藝的最佳控制。通常，MPC技術提供了多輸入多輸出的工藝動態(tài)控制。本領域技術人員將認識到，MPC技術最初在19世紀70年代后期被開發(fā)。該領域的技術創(chuàng)新持續(xù)至今。MPC包括許多基于模型的控制技術或方法。與常規(guī)PID類型的反饋控制系統(tǒng)可能的相比，這些方法使得控制工程師能夠更有效地處理復雜相互作用動態(tài)的工藝。MPC技術能夠控制線性和非線性工藝。
全部MPC體系明確地使用動態(tài)模型來預測工藝的未來行為。然后為使目標函數(shù)最小化而計算特定的控制動作。最后，實施滾動時域(receding horizon)，由此在每一時間增量，所述滾動時域朝未來移動一個增量。此外，在每個增量，施加第一控制信號，其相應于在該步驟計算的序列的控制動作。對于控制工程師來說，存在著許多可得的商業(yè)程序如Generalized Predictive Control(GPC)，Dynamic MatrixControl(DMC)和Pegasus′Power PerfecterTM。Comancho和Bordons在Model Predictive Control.Springer-Verlag London，Ltd.1999中提供了極好的關于MPC主題的概述。
而Lennart Ljund的System Identification.Theory for the User，Prentice-Hall，Inc.2ndEdition，1999是關于工藝動態(tài)建模的經典著作，其是實際上實施MPC所需的。
在管理模式中，MPC技術是最常使用以進行通常由操作員操作的運行，而不是代替由DCS實施的基本底層規(guī)章控制。MPC技術能夠自動地使用數(shù)學方法來平衡競爭性目標和工藝約束條件來為工藝提供最佳設定點。
MPC將一般地包括如下部件動態(tài)模型用于預測的動態(tài)模型，例如非線性動態(tài)模型。使用裝置的參量和階式試驗，容易地開發(fā)了這種模型。動態(tài)模型的高品質是極好優(yōu)化和控制性能的關鍵。
動態(tài)識別使用裝置階式試驗來識別工藝動力學，或者工藝隨時間如何變化?；谶@些階式試驗，基于優(yōu)化的算法用來識別裝置的動力學。
穩(wěn)態(tài)優(yōu)化穩(wěn)態(tài)優(yōu)化器用來尋找工藝的最佳運行點。
動態(tài)控制動態(tài)控制器用來計算在穩(wěn)態(tài)解附近最佳控制的移動。使用優(yōu)化器來計算控制移動。優(yōu)化器用來使用戶規(guī)定的成本函數(shù)最小化，該成本函數(shù)受到一組約束條件的約束。使用工藝的動態(tài)模型來計算成本函數(shù)?；谀Ｐ停梢詫に囘M行成本函數(shù)和約束條件、最佳控制移動的計算。
動態(tài)反饋MPC控制器使用動態(tài)反饋來更新模型。通過使用反饋，干擾、模型失調和傳感器噪音的影響可被大大減小。
先進的調諧部件MPC控制器提供了一組完整的調諧能力。對于受操控的變量，用戶可以設置期望值和系數(shù)；移動罰因子；下限和上限；變化約束條件的速率；和上下硬約束條件。用戶還可以使用穩(wěn)態(tài)優(yōu)化器的輸出來設置受操控的變量的期望值。對于受控變量來說，用戶可以設置期望值和系數(shù)；誤差權重；限制；優(yōu)先考慮的硬約束條件和軌跡漏斗(trajectory funnel)約束條件。
模擬環(huán)境為初期試驗和控制器的調諧提供了離線模擬環(huán)境。模擬環(huán)境使得能夠調查模型失配和干擾排除能力。
在線系統(tǒng)MPC控制算法優(yōu)選在標準化軟件服務器中實施，該服務器可以在標準商用操作系統(tǒng)中運行。該服務器通過標準化接口與DCS通信。工程師和操作員可以有利地使用圖形用戶界面(GUI)來觀察MPC算法的輸出預測。
健全的誤差處理用戶規(guī)定了MPC算法應如何響應輸入和輸出中的誤差。如果誤差發(fā)生在關鍵(critical)變量中或者上次先前已知的優(yōu)良值可用于非關鍵(non-critical)變量的話，可以關掉該控制器。通過適當?shù)靥幚碚`差，可以最大化控制器可用時間的運行。
虛擬在線分析器如果工藝變量的直接測量是不可行的話，該環(huán)境提供了實施基于軟件的虛擬在線分析器(VOA)的底層結構。使用這種MPC工具，使用來自裝置(包括，如果合適的話，試驗室數(shù)據)的歷史數(shù)據，可以開發(fā)期望的工藝變量的模型。該模型然后可以輸入實時工藝變量并且實時預測不可測的工藝變量。然后在模型預測控制器中，可以使用這種預測。
優(yōu)化WFGD工藝如下文中所詳述的，根據本發(fā)明，可以改善SO2脫除效率。也就是說，當滿足所需或期望的約束條件，例如石膏純度約束條件、瞬時排放極限和滾動排放極限時，來自單元的SO2脫除率可以被最大化和/或優(yōu)化。此外，還可以使運行成本最小化或優(yōu)化。例如，當WFGD的煙道氣負載減少時，可以自動關掉漿料泵。另外，還可以動態(tài)調整氧化空氣流量和SO2脫除以預防石灰石阻塞的狀況。如與常規(guī)受控WFGD工藝相比時，使用本文所述的MPC控制器，可以更接近約束條件來管理WFGD工藝，并且獲得增強性能。
圖5A和5B描述了WFGD“約束條件”盒500和550。如圖所示，通過識別工藝和設備約束條件505-520，使用多個獨立變量(MVs)和被識別的約束條件(即獨立/受控變量)之間的基于工藝的穩(wěn)態(tài)關系，有可能根據MV將約束條件映射到普通的“空間”上。該空間實際上是n維空間，其中n等于自由度的數(shù)目或者問題中受操控的MV的數(shù)目。然而，如果為了舉例說明，我們假定我們具有兩個自由度，即兩個MVs，然后使用二維(X-Y)圖能夠表示系統(tǒng)約束條件和關系。
有利地，工藝和設備約束條件限定非零解空間，其被顯示為可行運行區(qū)域525。該空間中的任何解將滿足對WFGD子系統(tǒng)的約束條件。
全部WFGD子系統(tǒng)顯示了一定的可變度。參考圖5A，一般常規(guī)運行策略將適宜地把可行解空間525的舒適范圍530置于普通WFGD子系統(tǒng)可變性內，這將通常確保安全運行。將運行保持在舒適范圍530內使得運行遠離不可行/不期望運行的區(qū)域，即，遠離可行區(qū)域525外部的區(qū)域。一般地，將分布式控制系統(tǒng)(DCS)警報設置在可測量約束條件的限制處或其附近以向操作員發(fā)出懸而未決的問題的警報。
雖然的確在可行空間525中的任一點都滿足系統(tǒng)約束505-520，但在可行空間525中的不同點并不具有相同操作成本、SO2吸收效率或石膏副產物生產能力。為最大化利潤、SO2吸收效率或石膏副產物的生產/品質，或者為最小化成本，需要識別可行空間525內運行的經濟最佳點。
根據本發(fā)明，工藝變量和維持或改變這些變量值的成本或益處例如能夠用于產生表示利潤的目標函數(shù)，其有時能夠被考慮成負成本。如圖5B所示，使用線性、二次或非線性規(guī)劃求解技術，如下文所詳述，有可能識別最佳可行解點555，例如可行運行區(qū)域525內的最小成本或最大利潤解點。因為約束條件和/或成本可以在任何時間變化，有利地實時(例如每次MPC控制器執(zhí)行時)再識別最佳可行解點555。
因此，本發(fā)明有利于使工藝運行從在舒適范圍530內的常規(guī)運行點自動再定向到最佳運行點555，或者當成本約束條件變化時，從最佳運行點555到另一最佳運行點。一旦確定了最佳點，計算為使工藝移位到最佳運行點的MVs值所需的變化這些新的MV值變成目標值。這些目標值是穩(wěn)態(tài)值并且沒有解釋工藝動力學。然而，為了安全地移動工藝，工藝動力學也需要被控制和管理，這將把我們帶到下一點。
為使工藝從原運行點移動到新最佳運行點，使用預期性工藝模型、反饋和高頻率的執(zhí)行。使用MPC技術，預測了動態(tài)途徑或受控變量(CVs)的軌跡。通過使用這種預測和管理受操控的MV調整，不僅在當前時間，而且在未來，例如在不久的將來，有可能管理CVs的動態(tài)途徑。可以計算CVs的新目標值。然后，由于CV預測軌跡和新CV目標值間的差異，還可以計算在期望的時域內的動態(tài)誤差。同樣，使用最優(yōu)化理論，可以計算最小化誤差的最佳途徑。應當理解的是，在實踐中優(yōu)選允許工程師權重誤差，以便使一些CVs比其它的受到更嚴格控制。預測工藝模型還允許控制從一個運行點到下一個運行點的途徑或軌跡，所以，當移動到新最佳運行點時，可以避免動態(tài)問題。
總之，當可能需要優(yōu)化工藝以獲得幾乎任何期望的結果時，本發(fā)明允許在幾乎可行運行區(qū)域525內的任一點進行運行。也就是說，可以優(yōu)化工藝是否目標獲得了最低的可能排放、最高的品質或副產物數(shù)量、最低的操作成本或一些其它結果。
為緊密地到達最佳運行點555，MPC優(yōu)選地降低工藝可變性，以便小的偏差不破壞約束條件。例如，通過使用預測工藝模型、反饋和高頻率的執(zhí)行，MPC可以顯著降低受控工藝的工藝可變性。
穩(wěn)態(tài)和動態(tài)模型如前一段落所述，穩(wěn)態(tài)和動態(tài)模型用于MPC控制器。在本節(jié)中，將進一步描述這些模型。
穩(wěn)態(tài)模型對于某一組輸入來說，工藝的穩(wěn)態(tài)是由該組相關的工藝值描述的狀態(tài)，如果全部輸入保持定值達長周期，該工藝將獲得，使得輸入的先前值不再影響該狀態(tài)。對于WFGD來說，因為處理單元中的結晶器的大處理能力和其中較慢反應，到達穩(wěn)態(tài)的時間一般地為48小時左右。穩(wěn)態(tài)模型用來預測與一組工藝輸入的穩(wěn)態(tài)有關的工藝值。
基本原理穩(wěn)態(tài)模型開發(fā)穩(wěn)態(tài)模型的一種方法是使用一組方程式，這些方程式基于對工藝的工程認識而得出的。這些方程式可以表示工藝輸入和輸出之間的已知的主要關系。已知的物理、化學、電學和工程方程式可被用來導出這組方程式。因為這些模型基于已知的原理，所以他們被稱為基本原理模型。
大多數(shù)工藝最初使用基本原理技術和模型進行設計。這些模型通常是足夠精確以在舒適范圍(如上所述參考圖5A)內提供安全運行。然而，提供高精度基于基本原理的模型常常是既費時又費錢的。此外，未知的影響常常對基本原理模型的精度具有明顯的影響。因此，常常使用備選方法來構筑高精度穩(wěn)態(tài)模型。
經驗模型經驗模型基于從工藝中收集的實際數(shù)據。使用數(shù)據回歸技術來構筑經驗模型以確定模型輸入和輸出之間的關系。常常，在一系列裝置試驗中收集數(shù)據，其中移動單獨的輸入以記錄它們對輸出的影響。這些裝置試驗可持續(xù)數(shù)天至數(shù)周以便收集足夠多的經驗模型數(shù)據。
線性經驗模型線性經驗模型是通過對一組輸入和輸出數(shù)據進行擬合得到高維度中的直線或平面而產生的。通常可得的擬合這種模型的算法，例如Excel提供了一種回歸算法，其根據一組經驗數(shù)據來擬合直線。神經網絡模型神經網絡模型是另一類型的經驗模型。神經網絡能夠將一組經驗數(shù)據擬合為比直線更復雜的曲線。神經網絡模型的結構和訓練算法是受到生物學啟發(fā)的。神經網絡由若干結點組成，這些結點模擬神經元的基本功能。結點按權重連接，這些權重模擬了大腦中神經元之間的基本相互作用。使用訓練算法來設置權重，這些訓練算法模擬大腦中的學習過程。使用基于神經網絡的模型，與使用線性經驗模型所能夠獲得的相比，更加豐富和復雜的模型可被開發(fā)。使用神經網絡模型，能夠表示輸入(Xs)與輸出(Ys)間的關系。在本文中，將來提及的神經網絡或神經網絡模型應被理解為基于神經網絡的工藝模型。
混合模型混合模型包括從基本原理或已知的關系和經驗關系中獲得的元素的結合。例如，X和Y之間的關系的形式可以是已知的(基本原理元素)。關系或方程式包括許多定值。這些定值中的一些可以使用基本原理知識來確定。從基本原理確定其它定值將是非常困難的和/或費錢的。然而，使用X和Y的實際工藝數(shù)據和基本原理知識來構筑回歸問題以確定未知定值的值是相對容易和廉價的。這些未知的定值表示了混合模型中的經驗/回歸的元素?；貧w是比經驗模型小很多的，并且混合模型的經驗本質是更小的，因為模型形式和一些定值是基于支配物理關系的基本原理所確定的。
動態(tài)模型動態(tài)模型表示了隨時間輸入變化對輸出的影響。盡管僅使用了穩(wěn)態(tài)模型來預測最終工藝的靜止狀態(tài)，但是使用動態(tài)模型來預測從一個穩(wěn)態(tài)到另一個穩(wěn)態(tài)的途徑。使用基本原理知識、經驗數(shù)據或兩者結合可以開發(fā)出動態(tài)模型。然而，在大多數(shù)情況下，使用從一系列重要變量的階式試驗收集的經驗數(shù)據來開發(fā)模型，這些重要變量影響了工藝狀態(tài)。
Pegasus Power Perfecter模型大多數(shù)MPC控制器僅允許使用線性經驗模型，即由線性經驗穩(wěn)態(tài)模型和線性經驗動態(tài)模型組成的模型。Pegasus Power PerfecterTM允許將線性、非線性、經驗和基本原理模型結合而產生最終的用于控制器中的模型，因此其優(yōu)選用于實施MPC。將不同類型的模型結合以產生Pegasus Power Perfecter所用的最終模型的一種算法描述于美國專利5,933,345中。
WFGD子系統(tǒng)結構圖6描述了具有模型預測控制的WFGD子系統(tǒng)結構的功能框圖?？刂破?10引入了為計算WFGD工藝620的受操控的MVs615(例如pH值和氧化空氣)的實時設定點所需的邏輯?？刂破?10使這些計算基于所觀察的工藝變量(OPVs)625，如MVs的狀態(tài)，干擾變量(DVs)和受控變量(CVs)。此外，一組參考值(RVs)640，其一般地具有一個或多個相關的調諧參數(shù)，將還用于計算受操控的MVs615的設定點。
估計器630，其優(yōu)選是虛擬在線分析器(VOA)，引入為產生估計工藝變量(EPVs)635所需的邏輯。EPVs一般地是不能被正確測量的工藝變量。估計器630實施該邏輯以基于OPVs的當前和過去值來產生WFGD工藝的EPVs的操作狀態(tài)的實時估計。應當理解的是，OPVs可以包括DCS工藝測量和/或實驗室測量。例如，如上所述石膏的純度可以基于實驗室測量來確定。估計器630可以有利地為各種WFGD工藝問題提供警報。
可以在軟件中或者以其它方式實施控制器610和估計器630邏輯。應當理解的是，如果期望的話，在單個計算機處理中可以容易地實施控制器和估計器，如本領域技術人員所熟知的。
模型預測控制控制器(MPCC)使用模型預測控制器(MPCC)，優(yōu)選實施圖6的控制器610。MPCC提供了WFGD工藝的實時的多輸入多輸出的動態(tài)控制?；谒^察的和估計的PVs625和635，MPCC計算了一組MVs的設定點。WFGDMPCC可以使用由以下測量的這些值中的任一個、任何組合或者全部·pH值探針·漿料密度傳感器·溫度傳感器·氧化還原電位(ORP)傳感器·吸收器液位(absorber level)傳感器·SO2進口和出口/煙囪傳感器·進口煙道氣速度感傳器·吸收器化學物質(Cl、Mg、Fl)的實驗室分析·石膏純度的實驗室分析·石灰石碎度(Grind)和純度的實驗室分析WFGD MPCC也可使用用于控制以下的計算設定點中的任一個、或任何組合或全部·石灰石進料器·石灰石粉碎機·石灰石漿料流量·化學添加劑/反應物進料器/閥·氧化空氣流量控制閥或節(jié)氣閘或壓氣機
·pH值閥或設定點·循環(huán)泵·補充水添加和脫除閥/泵·吸收器化學物質(Cl、Mg、Fl)WFGD MPCC因此可以控制以下Cvs中的任一個、或任何組合或全部·SO2脫除效率·石膏純度·pH·漿料密度·吸收器液位(level)·石灰石碎度和純度·運行成本MPC方法提供了柔性以在一個統(tǒng)一的控制器中最佳計算WFGD工藝的全部方面。在運行WFGD中的主要挑戰(zhàn)是通過平衡以下競爭目標來最大化運行利潤和最小化運行損失·相對于期望的約束條件限制(例如當合適的時候，最大化SO2脫除信用的一種或多種的許可限制)，將SO2脫除率維持在適當?shù)拿摮省?br> ·相對于期望的約束條件限制(例如石膏純度規(guī)定限制)，將石膏純度維持在適當?shù)闹怠?br> ·相對于期望的限制(例如最小化電力消耗成本)，將運行成本維持在適當?shù)乃健?br> 圖7描述了示范性的MPCC700，其包括控制器和估計器，類似于參考圖6所描述的那些。如下文所詳述，MPCC 700能夠平衡如上所述的競爭目標。在優(yōu)選的實施中，MPCC 700引入了Pegasus PowerPerfecterTMMPC邏輯和基于神經網絡的模型，然而其它邏輯和基于非神經網絡的模型可以替代使用，如果這樣是期望的話，如上所述和如本領域技術人員所要理解的。
如圖7所示，MPCC 700包括處理單元705，以及多個I/O端口715和磁盤存儲單元710。磁盤存儲710單元可以是任何合適類型中的一種或多種裝置，并且可利用電、磁、光或其它形式的存儲介質。還應理解的是，雖然描述了較少數(shù)目的I/O端口，但是對于特定的實施，根據情況，處理單元可包括盡可能多或少的I/O端口。還應當理解的是，來自DCS和被返回到DCS的設定點的工藝數(shù)據可以被封裝在一起，并且使用標準計算機內部通信協(xié)議來作為單個消息傳送，雖然底層的數(shù)據通信功能對運行MPCC來說是必不可少的，但是該實施的詳細情況對于本領域技術人員是公知的并且與本文中所解決的控制問題無關。處理單元705與磁盤存儲單元710通信，以便經由通信連接712存儲和取回數(shù)據。
MPCC 700還包括一個或多個用于接收用戶輸入(例如操作員輸入)的輸入裝置。如圖7所示，鍵盤720和鼠標725便于將命令或數(shù)據手工輸入到處理單元705(經由通信連接722和727和I/O端口715)。MPCC700還包括顯示器730，其將信息顯示給用戶。處理單元705將待呈現(xiàn)給用戶的信息通信在顯示器730上(經由通信連接733)。除便于用戶輸入通信外，I/O端口715還便于非用戶輸入通信到處理單元705(經由通信連接732和734)，以及從處理單元715經由通信連接734和736的指令通信(例如，所產生的控制指令)。
處理單元、邏輯和動態(tài)模型如圖8所示，處理單元705包括處理器810、存儲器820和接口830(其便于經由圖7的通信連接732-736接收和傳送I/O信號805)。存儲器820一般地是隨機存取存儲器(RAM)。接口830便于經由鍵盤720和/或鼠標725實現(xiàn)處理器810和用戶之間的相互作用，以及實現(xiàn)如下文所述在處理器810和其他裝置之間的相互作用。
還如圖8中所示，磁盤存儲單元710存儲估計邏輯840、預測邏輯850、控制發(fā)生器邏輯860、動態(tài)控制模型870和動態(tài)估計模型880。根據存儲模型執(zhí)行存儲邏輯以控制WFGD子系統(tǒng)使得優(yōu)化運行，如下文所詳述的。磁盤存儲單元710還包括用于存儲接收或計算的數(shù)據的數(shù)據存儲885和用于保存SO2排放歷史的數(shù)據庫890。
以下表1中示出了控制矩陣，該控制矩陣列出了由MPCC 700使用以便平衡上述三個目標的輸入和輸出。

表1控制矩陣在本文所述的示范性的實施中，MPCC 700用來控制包括SO2脫除率、石膏純度和運行成本的CVs。操控MVs(其包括pH水平、氧化空氣壓氣機的負載和循環(huán)泵的負載)的設定點以控制CVs。MPCC 700還考慮了許多DVs。
當滿足一組約束條件時，MPCC 700必須平衡與CVs有關的三個競爭目標。競爭目標被制定成目標函數(shù)，其使用編碼在MPCC邏輯中的非線性規(guī)劃最優(yōu)化技術來最小化。通過對這些目標中的每一個輸入權重因子，例如使用鍵盤720或鼠標725，WFGD子系統(tǒng)操作員或其他用戶能夠規(guī)定目標中的每一個的相對重要性，取決于特定的情況。
例如，在某種情況下，SO2脫除率可以比石膏純度和運行成本的權重大，運行成本可以比石膏純度的權重大。在其它情況下，運行成本可以比石膏純度和SO2脫除率的權重大，石膏純度可以比SO2脫除率的權重大。在另外以下情況下，石膏純度可以比SO2脫除率和運行成本的權重大?？梢砸?guī)定許多權重的結合。
基于規(guī)定的權重，MPCC 700將控制WFGD子系統(tǒng)的運行，使得子系統(tǒng)在最佳點運行，例如圖5B中所示的最優(yōu)點555，同時仍滿足適當一組的約束條件，例如圖5B中所示的約束條件505-520。
對于這種特定的實例，約束條件是以下表2中所識別的那些。這些約束條件代表了與如上所述的CVs和MVs有關的類型。

表2受控變量和操控變量的約束條件動態(tài)控制模型如上所述，MPCC 700需要動態(tài)控制模型870，具有表1的控制矩陣中所示的輸入-輸出結構。為了開發(fā)這種動態(tài)模型，最初開發(fā)了基本原理模型和/或基于WFGD工藝裝置試驗的經驗模型。使用上述技術能夠開發(fā)基本原理模型和/或經驗模型。
對于所述示范性的WFGD子系統(tǒng)，對于SO2脫除率和石膏純度的WFGD工藝的穩(wěn)態(tài)模型(基本原理模型或經驗模型)被優(yōu)選開發(fā)。使用基本原理方法，基于WFGD工藝輸入和輸出之間的已知的基本關系，開發(fā)了穩(wěn)態(tài)模型。使用神經網絡方法，通過從各種運行狀態(tài)的實際工藝中收集經驗數(shù)據，開發(fā)了穩(wěn)態(tài)SO2脫除率和石膏純度模型。使用這種經驗數(shù)據訓練一種基于神經網絡的模型，其可以捕捉工藝的非線性。還注意到，雖然基于神經網絡的模型在某些實施中可能是優(yōu)選的，但是使用這種模型不是強制性的。相反，如果期望的話，可以使用基于非神經網絡的模型，并且甚至在某些實施中可能是優(yōu)選的。
此外，根據基本原理開發(fā)了運行成本的穩(wěn)態(tài)模型。簡單地，成本因素用來開發(fā)總的成本模型。在所述示范性的實施中，各種原材料(例如石灰石)的成本和電力成本乘以它們各自用量合計開發(fā)了總成本模型。通過SO2脫除信用價格乘以SO2脫除噸數(shù)以及石膏價格乘以石膏噸數(shù)來確定收入模型。運行利潤(或損失)可以通過收入減去成本而確定。取決于泵的驅動器(定速對變速)，優(yōu)化泵的連接情況可以包括二元關-開決定；這可能需要二次優(yōu)化步驟以完全評價不同泵的連接情況選擇。
即使精確的穩(wěn)態(tài)模型可被開發(fā)出來并且其可適于基于穩(wěn)態(tài)優(yōu)化的解決方案，但是這種模型不包含工藝動力學，因此不特別適用于MPCC700。因此，在WFGD子系統(tǒng)上進行階式試驗以收集實際的動態(tài)工藝數(shù)據。階式試驗響應數(shù)據用于構筑用于WFGD子系統(tǒng)的經驗動態(tài)控制模型870，其被處理器810存儲在磁盤存儲單元710，如圖8所示。
動態(tài)估計模型和虛擬在線分析器圖6舉例說明了估計器(如引入MPCC 700中的那個)如何在WFGD工藝的總的先進控制中使用。在MPCC 700中，估計器優(yōu)選形式是虛擬在線分析器(VOA)。圖9更詳細描述了引入MPCC 700中的估計器。
如圖9所示，所觀察的MVs和DVs被輸入到WFGD子系統(tǒng)的經驗動態(tài)估計模型880中，其用于在處理器810中執(zhí)行估計邏輯840。在這點上，處理器810根據動態(tài)估計模型880來執(zhí)行估計邏輯840。在這種情況下，估計邏輯840計算CVs的當前值，例如SO2脫除效率、石膏純度和運行成本。
表3顯示了動態(tài)估計模型880的結構。應該注意到用于MPCC 700中的控制矩陣和動態(tài)估計模型880具有相同的結構。

表3估計器的工藝模型對于SO2脫除和石膏純度來說，估計邏輯840執(zhí)行的輸出是開環(huán)值。使用上述開發(fā)動態(tài)控制模型870的相同方法來開發(fā)用于VOA的動態(tài)估計模型880。應該注意到盡管動態(tài)估計模型880和動態(tài)控制模型870基本上相同，但是這些模型用于極不同的目的。在執(zhí)行估計邏輯840中處理器810使用動態(tài)估計模型880來產生工藝變量(PVs)的當前值的準確預測，例如估計的CVs940。在執(zhí)行預測邏輯850中由處理器810使用動態(tài)控制模型870以最佳計算圖6中所示的受操控的MV設定點615。
如圖9所示，從估計塊920提供了反饋回路930，其表示了處理器810產生的估計CVs，作為估計邏輯840執(zhí)行的結果。因此，CVs的最佳估計經由反饋回路930反饋到動態(tài)估計模型880。來自估計器在前迭代的CVs的最佳估計被用作起點，用于使當前迭代的動態(tài)估計模型880產生偏差。
確認塊910表示所觀察的CVs950(例如來自傳感器測量和實驗室分析)，通過使用估計邏輯840執(zhí)行的結果的處理器810，根據動態(tài)估計模型880，和所觀察的MVs和DVs960的值的確認。由塊910表示的確認還用于識別潛在的石灰石阻塞的狀況。例如，如果所觀察的MVs是由一個pH值傳感器測量的pH值，基于根據動態(tài)估計模型880估計的pH值，實測pH值的確認910可以指出pH值傳感器失效。如果所觀察的SO2脫除、石膏純度或pH值被識別為有誤差，那么處理器810在判斷920中將不使用該值。相反，將反而使用代替值，優(yōu)選地基于動態(tài)估計模型的判斷獲得的輸出。此外，警報可被送到DCS。
為計算估計920，處理器810將基于動態(tài)估計模型880的估計邏輯840的執(zhí)行結果和所觀察的和所確認的CVs結合。Kalman過濾方法優(yōu)選用來將估計結果與所觀察、確認的數(shù)據結合。在這種情況下，所確認的SO2脫除率，其由進口和出口SO2傳感器所計算，與所產生的脫除率值結合而獲得真實的SO2脫除的估計值。因為SO2傳感器的精度，在所產生的值內，估計邏輯840優(yōu)選將更偏向于所觀察的數(shù)據的過濾版本。
石膏純度僅僅最多每數(shù)小時測量一次。處理器810還將新觀察的石膏純度與所產生的所估計的石膏純度值結合。在石膏樣品測量之間的周期內，處理器810，根據動態(tài)估計模型880，將進行石膏純度的開環(huán)更新估計，基于所觀察的MVs和DVs960的變化。因此，處理器810還對石膏純度實施了實時估計。
最后，處理器810執(zhí)行估計邏輯840，根據動態(tài)估計模型880，以計算WFGD的運行成本。因為，沒有成本的直接在線測量，處理器810有必要實施運行成本的實時估計。
排放管理如上所述，在美國頒發(fā)的運行許可通常對瞬時排放和滾動平均排放都設置了限制。存在著兩類滾動平均排放問題，其有利地在WFGD子系統(tǒng)控制中通過MPCC 700解決。當滾動平均時間窗小于或等于由MPCC 700的處理器810執(zhí)行的預測邏輯850的時域時，出現(xiàn)了第一類問題。當滾動平均時間窗大于預測邏輯850的時域時，出現(xiàn)了第二類問題。
單層MPCC結構第一類問題，短時間窗問題，是這樣解決的，改造MPCC 700的普通結構以集成排放滾動平均作為在由MPCC 700實施的控制中的另外的CV。更具體地說，預測邏輯850和控制發(fā)生器邏輯860將穩(wěn)態(tài)狀況處理為工藝約束條件，其必須被維持在許可限制或其以下，而不是作為經濟約束條件，并且還將強制動態(tài)控制途徑，其將合適時間窗中的滾動平均的當前和未來值維持在許可限制或其以下。這樣，MPCC700具有了排放滾動平均的調諧配置。
干擾變量的考慮此外，對于如計劃的運行事件(例如負載變化)等因素的DVs，其將在適當時域內影響排放，在預測邏輯850中并因而在WFGD工藝的MPCC 700控制中進行了解釋。在實踐中，實際的DVs，存儲在存儲磁盤單元710中作為數(shù)據885的一部分，將基于WFGD子系統(tǒng)的類型和子系統(tǒng)所采用的特定運行原則(例如基本負載Vs變動)來變化。DVs能夠經由使用鍵盤720和鼠標725由操作員所輸入的輸入或者由控制發(fā)生器邏輯860自身或者經由接口830由外部計劃系統(tǒng)(未示)來時時調整。
然而，DVs一般地不是處于一種容易地由操作員或其它用戶調整的形式中。因此，運行計劃接口工具優(yōu)選作為預測邏輯850的一部分提供以輔助操作員或其它用戶設置和維持DVs。
圖11A和11B描述了用于輸入計劃停機的顯示器730上所呈現(xiàn)的接口。如圖11A所示，呈現(xiàn)了屏幕1100，其向操作員或其它用戶顯示了設計發(fā)電系統(tǒng)運行因子和設計WFGD子系統(tǒng)運行因子。還顯示了各種按鈕，其允許用戶輸入一個或多個新的計劃停機，并顯示早先輸入的計劃停機供回顧或修正。
如果使用鼠標725選擇允許用戶輸入計劃停機的按鈕，那么圖11B中所示的屏幕1110將呈現(xiàn)給用戶。然后使用鍵盤720，用戶可以輸入各種的有關新的計劃停機的細節(jié)，如圖所示。通過點擊所提供的添加停機按鈕，添加了新的計劃停機作為DV并且由預測邏輯850所解釋。實施這種接口的邏輯設置了適當?shù)腄Vs以便未來運行計劃通信到MPCC處理單元705。
無論哪一種實際的DVs，DVs的功能將是相同的，其將計劃的運行事件的影響嵌入到預測邏輯850，其然后可被MPCC處理器810執(zhí)行來預測滾動平均排放CV的未來動態(tài)和穩(wěn)態(tài)狀況。因此，MPCC 700執(zhí)行預測邏輯850以計算預測的排放滾動平均。預測的排放滾動平均又用作控制發(fā)生器邏輯860的輸入，其被MPCC處理器810執(zhí)行以解釋在控制計劃中的計劃的運行事件。這樣，MPCC 700具有考慮到計劃的運行事件的排放滾動平均的調諧配置，因此盡管由于計劃的運行事件，其還是具有在滾動平均排放許可限制內控制WFGD運行的能力。
雙層MPCC結構第二類問題，長時間窗問題，有利地使用兩層MPCC方法而得到解決。在這種方法中，MPCC 700包括多個、優(yōu)選兩個級聯(lián)控制器處理器。
現(xiàn)在參考圖10，參考單層結構，以如上所述的方式第一層控制器處理單元(CPU)705A運行來解決短期或者短時間窗問題。如圖10所示，CPU 705A包括處理器810A。處理器810A執(zhí)行存儲在磁盤存儲單元710A上的預測邏輯850A以在等于短期適當時域的時間窗內提供動態(tài)滾動平均排放管理。表示短期的或適當?shù)目刂茣r域滾動平均排放目標的CV被存儲在CPU 705A的存儲裝置單元710A中作為數(shù)據885A的一部分。
CPU 705A還包括存儲器820A和接口830A，其類似于如上所述的存儲器820和接口830，參考圖8。接口830A接收MPCC 700I/O信號子集，即I/O信號805A。存儲磁盤單元710A還存儲估計邏輯840A和動態(tài)估計模型880A、控制發(fā)生器邏輯860A和動態(tài)控制模型870A、和SO2排放歷史數(shù)據庫890A，參考圖8，全部這些在上文進行了描述。CPU 705A還包括計時器1010，一般地為處理器時鐘。計時器1010的功能將在下文進行詳述。
第二層CPU 705B運行以解決長期或長時間窗問題。如圖10所示，CPU 705B包括處理器810B。處理器810B執(zhí)行預測邏輯850B以另外提供動態(tài)滾動平均排放管理。然而，執(zhí)行預測邏輯850B，考慮滾動平均排放約束條件的全部未來時間窗來管理動態(tài)滾動平均排放，并且對于第一層CPU 705A，確定最佳短期或適當?shù)臅r域，滾動平均排放目標，即最大限值。因此，CPU 705B用作長期滾動平均排放優(yōu)化器，并且在全部未來時間窗內，在排放滾動平均的控制的適當?shù)臅r域內，預測了排放滾動平均。
表示長期時域滾動平均排放的CV被存儲在磁盤存儲單元710B中作為數(shù)據885B的一部分。CPU 705B還包括存儲器820B和接口830B，其類似于如上所述的存儲器820和接口830。接口830B接收MPCC 700I/O信號子集，即I/O信號805B。
盡管圖10中的雙層結構包括多個CPUs，應該認識到如果期望的話，多層預測邏輯能夠在其他方面實施。例如，在圖10中，第一層MPCC 700由CPU 705A表示，第二層MPCC 700由CPU 705B表示。然而，單個CPU，例如圖8的CPU 705，可用于執(zhí)行預測邏輯850A和預測邏輯850B，因此考慮所預測的最佳長期滾動平均排放，確定最佳短期或適當?shù)臅r域滾動平均排放目標，來解決長期或長時間窗問題，并且考慮所確定的目標，優(yōu)化短期或適當期限的滾動平均排放。
如上所述，CPU 705B關注了長期時域，有時稱為控制時域，相應于滾動平均的時間窗。有利地，考慮滾動平均排放的全部未來時間窗，CPU 705B管理動態(tài)滾動平均排放，并且確定最佳短期滾動平均排放限制。CPU 705B以足夠快的頻率執(zhí)行，使其能夠在較短周期內捕捉運行計劃的變化。
CPU 705B將短期或適當期限的滾動平均排放目標用作為MV，該目標被CPU 705A看作CV，并且將長期排放滾動平均看作CV。長期排放滾動平均因此在磁盤存儲單元710B中作為數(shù)據885B的一部分存儲。預測邏輯850B將穩(wěn)態(tài)狀況處理為工藝約束條件，其必須被維持在許可限制或其以下，而不是作為經濟約束條件，并且還將強制動態(tài)控制途徑，其將合適時間窗中的滾動平均的當前和未來值維持在許可限制或其以下。這樣，MPCC 700具有了排放滾動平均的調諧配置。
此外，對于如計劃的運行事件(例如負載變化)等因素的DVs，其將在適當?shù)臅r域內影響排放，在預測邏輯850B中并因而在WFGD工藝的MPCC 700控制中進行了解釋。在實踐中，在實踐中，實際的DVs，存儲在存儲磁盤單元710B中作為數(shù)據885B的一部分，將基于WFGD子系統(tǒng)的類型和子系統(tǒng)所采用的特定運行原則來變化，并且能夠由操作員或者由執(zhí)行控制發(fā)生器邏輯860B的CPU 705B或者經由接口830B由外部計劃系統(tǒng)(未示)來調整。然而，如上所述，DVs一般地不是處于一種容易地由操作員或其它用戶調整的形式中，因此，運行計劃接口工具，如圖11A和11B中所示的，優(yōu)選作為預測邏輯850A和/或850B的一部分提供以輔助操作員或其它用戶設置和維持DVs。
然而，這里也是的，無論哪一種實際的DVs，DVs的功能將是相同的，其將計劃的運行事件的影響嵌入到預測邏輯850B，其然后可被MPCC處理器810B執(zhí)行來預測長期滾動平均排放CV的未來動態(tài)和穩(wěn)態(tài)狀況。
因此，考慮到控制計劃中的計劃的運行事件，CPU 705B執(zhí)行預測邏輯850B以確定最佳短期或適當期限的滾動平均排放限制。經由通信連接1000，最佳短期或適當期限的滾動平均排放限制被送到CPU705A。這樣，MPCC 700具有考慮到計劃的運行事件的優(yōu)化排放滾動平均的調諧配置，因此盡管由于計劃的運行事件，其還是具有在滾動平均排放許可限制內優(yōu)化控制WFGD運行的能力。
圖12描述了多層MPCC結構的擴展圖。如圖所示，操作員或其它用戶利用遠程控制終端1220以經由通信連接1225和1215和工藝歷史數(shù)據庫1210和MPCC 700通信。MPCC 700包括圖10的CPU 705A和CPU 705B，其經由通信連接1000互相連接。與WFGD工藝有關的數(shù)據經由通信連接1230傳送到工藝歷史數(shù)據庫1210，其存儲這種數(shù)據作為歷史工藝數(shù)據。如下文所進一步描述的，必要的存儲數(shù)據從那1210經由通信連接1215取回并且由CPU 705B處理。與WFGD工藝有關的必要的數(shù)據還被傳送到CPU 705A，經由通信連接1235，并且被CPU705A處理。
如前所述，CPU 705A從CPU 705B經由通信連接1000接收CV運行目標，其相應于當前期望的長期滾動平均目標。對于由執(zhí)行預測邏輯850B的CPU 705B產生的長期滾動平均來說，該通信的滾動平均目標是優(yōu)化的目標。CPU 705A和CPU 705B間的通信以和MPC控制器和實時優(yōu)化器間的通信同樣的方式處理。
CPU 705A和CPU 705B有利地具有一種信號交換協(xié)議，其保證了如果CPU 705B停止將長期滾動平均的優(yōu)化的目標送到CPU 705A，那么CPU 705A將退后(fall-back)或者脫鉤(shed)，一種針對長期滾動平均約束條件的明智和保守的運行策略。預測邏輯850A可以包括用于建立這種協(xié)議的工具，由此保證必要的信號交換和脫鉤。然而，如果預測邏輯850A不包括這種工具，那么能夠以本領域技術人員熟知的方式改造DCS的典型特征和功能以實施所需的信號交換和脫鉤。
關鍵的問題是確保CPU 705A一貫地使用及時的，即新鮮的-不陳舊的長期滾動平均目標。每一次，CPU 705B執(zhí)行預測邏輯850B時，它將計算新鮮的、新的長期滾動平均目標。CPU 705A從CPU 705B經由通信連接1000接收新的目標?；谛碌哪繕说慕邮?，CPU 705A執(zhí)行預測邏輯850A以重置計時器1010。如果CPU 705A未能及時從CPU705B經由通信連接1000接收新的目標，那么計時器1010暫?；蚪K止?；谟嫊r器1010的終止，CPU 750A，根據預測邏輯，將當前長期滾動平均目標看作是陳舊的并且脫鉤回到安全運行策略，直到它從CPU705B接收新鮮的新的長期滾動平均目標。
優(yōu)選地，最小計時器設置略長于CPU 705B的執(zhí)行頻率以便適應計算機負載/調度問題。由于許多實時優(yōu)化器的非調度運行，通常常規(guī)實踐是將通信計時器設置為至控制器穩(wěn)態(tài)時間的1/2至兩倍。然而，由于調度了由CPU 705B進行的預測邏輯的執(zhí)行，設置計時器1010的推薦準則不是穩(wěn)態(tài)優(yōu)化連接的那種，但是應當例如，不大于在CPU705B上運行的控制器的執(zhí)行頻率的兩倍加大約3至5分鐘。
如果CPU 705A確定了當前的長期滾動平均目標是陳舊的并且脫鉤，那么長期滾動平均約束條件必須被重置。在CPU 705B沒有供給新鮮的新的長期滾動平均目標的情況下，CPU 705A沒有長期指導或目標。因此，在這種情況下，CPU 705A增加了工藝運行的安全邊際。
例如，如果滾動平均周期較短，例如4-8小時，并且子系統(tǒng)在基本負載狀況下運行，那么根據預測邏輯850A，CPU 705A可以增加陳舊的滾動平均脫除目標達3-5wt％。在這種情況下，這種增加應當為連續(xù)運行建立足夠的安全邊際。對于實施該增加所需的操作員輸入來說，所需的全部是將單個值，例如3wt％，輸入到預測邏輯中。
另一方面，如果滾動平均周期較長，例如24或更多小時，和/或子系統(tǒng)在非定值負載下運行，那么根據預測邏輯850A，CPU 705A可以脫鉤回到保守的目標。對于CPU 705A，能夠這樣做的一種方法是在滾動平均時間窗的整個周期內，在計劃的子系統(tǒng)負載或其以上，使用假定的定值運行。基于這種定值運行，CPU 705A然后可以計算定值排放目標，并且增加小的安全邊際或舒適因子，其可由現(xiàn)場管理確定。為在CPU 705A中實施這種解決方案，預測邏輯850A必須包括所述功能。然而，應該認識到，如果期望的話，設置這種保守目標的功能可在DCS中而非CPU 705A中實施。還將能夠在第一層控制器705A中將保守目標作為二次CV來實施，并且僅僅當短期滾動平均目標1000是陳舊的時候，才啟動這種CV。
因此，如果滾動平均周期較短或較長，和/或子系統(tǒng)在定值或非定值負載下運行，優(yōu)選地預測邏輯850A包括脫鉤-限制，以便不需要操作員動作。然而，還可以使用其它技術以建立脫鉤限制，只要在當CPU705B沒有提供新鮮的、新的長期滾動平均目標時的周期內，該技術相對于滾動平均約束條件建立了安全/保守性的運行。
應當注意到，無論CPU 705B是否恰當?shù)剡\行或向CPU 705A供給新鮮的、新的長期滾動平均目標，在工藝歷史數(shù)據庫1210中，由MPCC700跟蹤實際的SO2排放。因此，即使當CPU 705B未運行或者恰當?shù)嘏cCPU 705A通信的時候，所存儲的排放也可被CPU 705B使用以跟蹤并且解釋所存在的SO2排放。然而，在CPU 705B再次運行并且能夠恰當?shù)赝ㄐ艜r，根據預測邏輯850B，其將再優(yōu)化滾動平均排放并且增減被CPU 705A利用的當前的滾動平均排放目標以便為在停機期間存在的實際的排放進行調整，并且經由通信連接1000向CPU 705A提供新鮮的、新的長期滾動平均目標。
在線實施圖13描述了具有用于WFGD工藝620的DCS 1320的MPCC 1300的接口的功能框圖。MPCC1300引入了控制器1305(其可能類似于圖6的控制器610)和估計器1310(其可能類似于圖6的估計器630)。如果期望的話，MPCC 1300可以是圖7和8中所示的MPCC。還可以使用多層結構配置MPCC 1300，如圖10和12中所示的。
如圖所示，經由數(shù)據接口1315，控制器1305和估計器1310連接到DCS 1320，該數(shù)據接口1315可以是圖8的接口830的一部分。在這種優(yōu)選的實施中，使用Pegasus(TM)數(shù)據接口(PDI)軟件模塊來實施數(shù)據接口1315。然而，這不是強制性的并且可以使用一些其它接口邏輯來實施數(shù)據接口1315。數(shù)據接口1315為被操控的MVs和讀取的PVs發(fā)送設定點。設定點可作為圖8的I/O信號805被發(fā)送。
在這種優(yōu)選的實施中，使用Pegasus(TM)Power Perfecter(PPP)來實施控制器1305，前者由三個軟件組件構成數(shù)據服務器組件、控制器組件和圖形用戶界面(GUI)組件。數(shù)據服務器組件用來與PDI通信并且收集與控制應用有關的局部數(shù)據?？紤]動態(tài)控制模型870，控制器組件執(zhí)行預測邏輯850以進行模型預測控制算法計算。例如在顯示器730上，GUI組件顯示了這些計算的結果，并且提供了用于調諧控制器的接口。此外，Pegasus(TM)Power Perfecter的使用不是強制性的并且可以使用一些其它控制器邏輯來實施控制器1305。
在這種優(yōu)選的實施中，Pegasus(TM)運行時間應用引擎(RAE)軟件模塊實施估計器1310。RAE直接與PDI和PPP通信。RAE被認為提供許多使其成為一種非常有成本效益的進行VOA的環(huán)境的特征。誤差檢查邏輯功能、心搏監(jiān)控、通信和計算機處理監(jiān)控能力和報警裝置全部有利地在RAE中實施。然而同樣地，Pegasus(TM)運行時間應用引擎的使用不是強制性的并且可以使用一些其它估計器邏輯來實施估計器1315。還有可能的是，如本領域技術人員會認識到的，如果期望的話，在WFGD 620的DCS中實施功能等效的VOA。
優(yōu)選地在一個處理器(例如圖8的處理器810或圖10的810A)上執(zhí)行控制器1305、估計器1310和PDI 1315，所述處理器，使用以太網連接，被連接到包括WFGD工藝620的DCS 1320的控制網絡上。目前，一般地，該處理器操作系統(tǒng)是微軟WindowsTM的，雖然這不是強制性的。處理器也可是大容量工作站計算機組件或其它類型計算機的一部分，如圖7中所示的。無論如何，處理器和其相關的存儲器必須具備足夠的計算能力和存儲能力以執(zhí)行進行先進的如本文所述的WFGD控制所需的邏輯。
DCS修正如上所述參考圖13，執(zhí)行預測邏輯850的控制器處理器經由接口1315接口到用于WFGD工藝620的DCS 1320。為便于適當接口控制器1305和DCS 1320，常規(guī)DCS將一般地需要修正。因此，DCS 1320有利地是以本領域中十分清楚的方式被修正的常規(guī)DCS，使得其將包括如下所述的特征。
DCS 1320有利地被改造，即一般使用軟件用必要的邏輯程序化，使操作員或其它用戶能夠從DCS接口屏幕進行以下功能·在自動和手動之間改變PPP的CONTROL MODE(控制模式)。
·觀察CONTROLLER STATUS(控制器狀態(tài))。
·觀察WATCHDOG TIMER(監(jiān)控計時器)(“HEARTBEAT(心搏)”)的狀態(tài)。
·觀察MV性質STATUS(狀態(tài))、MIN(最小值)、MAX(最大值)、CURRENT VALUE(當前值)。
·ENABLE(啟動)每一個MV或者將MV關掉。
·觀察CV性質MIN(最小值)、MAX(最大值)和CURRENTVALUE(當前值)。
·輸入石膏純度、吸收器化學物質和石灰石特征的實驗室值。
作為用戶獲取這種功能的輔助，DCS 1320被改造以顯示兩個新的屏幕，如圖14A和14B所示。圖14A中的屏幕1400由操作員或其它用戶使用以監(jiān)控MPCC控制，圖14B中的屏幕1450由操作員或其它用戶使用以輸入實驗室和其它值，如可能是適當?shù)脑挕?br> 為了方便起見，避免不必要的理解本發(fā)明的復雜性，對以下描述來說，從控制矩陣中排除了例如運行成本等的項目。然而，應當理解的是運行成本是容易的，并且可能在很多情況下優(yōu)選被包括在控制矩陣中。此外為了方便起見并且簡化討論，循環(huán)泵被處理為DVs，而不是MVs。此外，本領域技術人員將認識到，在很多情況下，可能優(yōu)選將循環(huán)泵處理為MVs。最后，應當注意到在以下討論中假設WFGD子系統(tǒng)具有兩個吸收塔和兩個相關的MPCCs(WFGD子系統(tǒng)中每個吸收器的MPCC的一個實例)。
先進控制DCS屏幕現(xiàn)在參考圖14A，如圖所示，屏幕1400包括CONTROLLERMODE(控制器模式)，其是操作員/用戶選擇的標簽，能夠是自動或手動的。在AUTO(自動)中，執(zhí)行預測邏輯850的控制器1305，例如Pegasus(TM)Power Perfecter，計算MV移動并且執(zhí)行控制發(fā)生器邏輯860以將指導實施這些移動的控制信號至DCS 1320。
執(zhí)行預測邏輯850的控制器1305不會計算MV移動，除非啟動了該變量，即所稱的AUTO(自動)。執(zhí)行預測邏輯850的控制器1305，例如Pegasus(TM)Power Perfecter，包括監(jiān)控計時器或“心搏”功能，其監(jiān)控通信接口1315和DCS 1320的完整性。警報指示(未示)將呈現(xiàn)在屏幕上，如果通信接口1315失效的話。執(zhí)行預測邏輯850的控制器1305將認識警報狀態(tài)，基于警報狀態(tài)，將啟動脫鉤全部已啟動的(即有效的選擇)至下層DCS配置。
屏幕1400還包括PERFECTER STATUS(PERFECTER狀態(tài))，其表明預測邏輯850是否已經由控制器1305成功地執(zhí)行。GOOD(優(yōu)良)狀態(tài)(如圖所示)是控制器1305繼續(xù)運行所需要的。執(zhí)行預測邏輯850的控制器1305將認識BAD(壞)狀態(tài)并且對認識BAD(壞)狀態(tài)進行響應，將斷開全部有效的連接并且脫鉤，即將控制返回到DCS 1320。
如圖所示，MVs用以下信息標題顯示ENABLED(啟動的)-這個字段可由操作員或其它用戶的輸入設置到執(zhí)行預測邏輯850的控制器1305來啟動或不啟動每一個MV。不啟動MV相應于將MV調至關狀態(tài)。
SP(設定點)-表明預測邏輯850的設定點。
模式(MODE)-表明預測邏輯850是否將適當?shù)腗V認識為開啟、掛起、或完全關閉。
MIN LMT-顯示了MV的預測邏輯850所使用的最小限制。應當注意到，優(yōu)選地這些值不能被操作員或其它用戶改變。
MAX LMT-顯示了MV的預測邏輯850所使用的最大限制。同樣，優(yōu)選地這些值不能被改變。
PV-顯示了如預測邏輯850所認出的每一個MV的最新值或當前值。
屏幕1400進一步包括MV狀態(tài)字段指示的細節(jié)，如下執(zhí)行預測邏輯850的控制器1305將僅僅調整特定的MV，如果其MODE(模式)是ON(開啟)時。為此存在必須滿足四個狀況。第一，啟動盒必須由操作員或其它用戶選擇。DCS 1320必須是自動模式。脫鉤狀況必須是假的，如由執(zhí)行預測邏輯850的控制器1305計算的。最后，掛起狀況必須是假的，如由執(zhí)行預測邏輯850的控制器1305計算的。
執(zhí)行預測邏輯850的控制器1305將變化并且顯示HOLD(掛起)的MV模式狀態(tài)，如果存在不會允許控制器1305調整該特定MV的狀況的話。當處于掛起(HOLD)狀態(tài)時，控制器1305，根據預測邏輯850，將維持MV的當前值，直到其能清除該掛起狀態(tài)。對于保持掛起的MV狀態(tài)，必須滿足四個狀況。第一，啟動盒必須由操作員或其它用戶選擇。DCS 1320必須是自動模式。脫鉤狀況必須是假的，如由執(zhí)行預測邏輯850的控制器1305計算的。最后，掛起狀態(tài)必須是真的，如由執(zhí)行預測邏輯850的控制器1305計算的。
如果基于任何以下狀況，將不允許控制器調整特定的MV的狀況存在的話，執(zhí)行預測邏輯850的控制器1305將MV模式狀態(tài)變?yōu)殛P閉(off)，并且在關閉(off)模式狀態(tài)上顯示。第一，控制方式的啟動盒由操作員或其它用戶取消選定。DCS模式不是自動，例如處于手動。任何脫鉤狀況是真的，如由執(zhí)行預測邏輯850的控制器1305計算的。
執(zhí)行預測邏輯850的控制器1305將認識到在預定的優(yōu)先周期內(例如在最后12小時)的各種脫鉤狀況，包括估計器1310執(zhí)行的失效和輸入實驗室值的失效。如果執(zhí)行預測邏輯850的控制器1305確定了任何上述脫鉤狀況是真的，它將MV的控制返回到DCS 1320。
還如圖14A中所示，CVs用以下信息標題顯示PV-表明控制器1305接收的CV的最新傳感值。
LAB(實驗室)-表明最新的實驗室檢測值以及控制器1305接收的樣品的時間。
ESTIMATE(估計)-表明基于動態(tài)估計模型執(zhí)行估計邏輯840的估計器1310所產生的當前或最近的CV估計。
MIN-顯示CV的最小限制。
MAX-顯示CV的最大限制。
此外，屏幕1400還對CVs的估計值顯示了在運行的某一預定過去周期內，例如在運行的過去24小時內的趨勢圖。
實驗室樣品輸入窗體現(xiàn)在參考圖14B，將標準實驗室樣品輸入窗體DCS屏幕1450顯示給操作員或其它用戶。這個屏幕能夠由操作員或其它用戶使用，輸入實驗室樣品檢測值，其將由圖13的估計器1310，根據估計邏輯840和動態(tài)估計模型880處理，參考圖8如前所述。
如圖14B所示，以下值隨估計器1310產生的相關時間標志一起輸入。
單元1實驗室樣品值·石膏純度·氯化物·鎂·氟化物單元2實驗室樣品值·石膏純度·氯化物·鎂·氟化物單元1和單元2結合的實驗室樣品值·石膏純度·石灰石純度·石灰石碎度操作員或其它用戶輸入實驗室檢測值以及相關的樣品時間，例如使用圖7中所示的鍵盤720。在輸入這些值后，操作員將起動更新按鈕，例如使用圖7中所示的鼠標725。起動更新按鈕將使得估計器1310在估計邏輯840下一次執(zhí)行期間更新這些參數(shù)的值。應當注意到，如果期望的話，這些實驗室檢測值可以另外以數(shù)字化形式經由MPCC處理單元的接口(例如圖8中所示的接口830)從適當?shù)膶嶒炇易詣虞斎氲組PCC 1300。此外，MPCC邏輯可以容易地改造，例如程序化，以自動起動由更新按鈕表示的更新功能，所述更新按鈕響應從適當?shù)囊粋€或多個實驗室以數(shù)字化形式的檢測值的接收。
為確保適當?shù)目刂芖FGD工藝，石膏純度的實驗室檢測值應該每8-12小時更新一次。因此，如果純度未在該時間周期內更新，MPCC1300優(yōu)選被配置，例如用必要的邏輯程序化，來脫鉤控制并且發(fā)布警報。
此外，吸收器化學物質值和石灰石特征值應該至少一周更新一次。還有，如果這些值未及時更新，MPCC1300優(yōu)選被配置以發(fā)布警報。
確認邏輯將包含在由估計器1310執(zhí)行的估計邏輯840中以確認操作員的輸入值。如果這些值未正確輸入，估計器1310，根據估計邏輯840，將恢復到早先值，并且早先值將繼續(xù)在圖14B中顯示，并且動態(tài)估計模型不會更新。
總WFGD運行控制現(xiàn)在將參考圖15A、15B、16、17、18和19來描述由上述任何類型的MPCC控制WFGD子系統(tǒng)的總運行。
圖15A描述了發(fā)電系統(tǒng)(PGS)110和空氣污染控制(APC)系統(tǒng)120，其類似于圖1所描述的，相同的附圖標記識別指相同的系統(tǒng)元素，其中一些未必在下文中進一步描述以避免不必要的重復。
如圖所示，WFGD子系統(tǒng)130′包括多變量控制，其在這個示范性的實施中是由MPCC1500實施的，這可能是類似于以上所述的MPCC700或1300，并且如果期望的話，其可以引入圖10-12所述的類型的多層結構。
擔載SO2的煙道氣114被從其它APC子系統(tǒng)122送到吸收塔132。環(huán)境空氣152被壓氣機150壓縮并且作為壓縮氧化空氣154′送到結晶器134。傳感器1518檢測環(huán)境狀況1520的實測(值)。實測環(huán)境狀況1520可以例如包括溫度、濕度和大氣壓。壓氣機150包括壓氣機負載控制1501，其能夠提供當前壓氣機負載值1502并且能夠修正當前壓氣機負載，基于所接收的壓氣機負載SP1503。
還如圖所示，石灰石漿料148′，由漿料泵133從結晶器134泵送到吸收塔132。漿料泵133中的每一個包括泵狀態(tài)控制1511和泵負載控制1514。泵狀態(tài)控制1511能夠提供當前泵狀態(tài)值1512，例如表明泵的開/關狀態(tài)，并且基于所接收的泵狀態(tài)SP1513來改變泵的當前狀態(tài)。泵負載控制1514能夠提供當前泵負載值1515并且基于泵負載SP 1516改變當前泵負載。從混合器和罐140至結晶器134的新鮮的石灰石漿料141′的流量由流量控制閥199控制，基于漿料流量SP196′。如以下所詳述，漿料流量SP 196′的基礎是基于pH值SP186′確定的PID控制信號181′。流到結晶器134的新鮮的漿料141′用來調整WFGD工藝中所用的漿料的pH值，因此控制從進入吸收塔132的擔載SO2的煙道氣114中脫除SO2。
如以前所述，擔載SO2的煙道氣114進入吸收塔132的底部。SO2在吸收塔132中從煙道氣114中脫除。清潔的煙道氣116′，其優(yōu)選不含SO2，從吸收塔132例如送到煙囪117。SO2分析器1504，如圖所示在吸收塔132的出口，但是可以位于煙囪117或吸收塔132下游的另一位置，檢測出口SO21505的實測(值)。
在子系統(tǒng)130′的控制側上，WFGD工藝的多變量工藝控制器，即圖15B中所示的MPCC 1500，接收各種輸入。MPCC 1500的輸入包括實測漿料pH值183、實測進口SO2189、壓氣機負載值1502、實測出口SO21505、實驗室檢測的石膏純度值1506、實測PGS負載1509、漿料泵狀態(tài)值1512、漿料泵負載值1515和實測環(huán)境狀況值1520。如下所詳述，這些工藝參數(shù)輸入，以及其它輸入(包括非工藝輸入1550和約束條件輸入1555)，和計算估計的參數(shù)輸入1560被MPCC 1500使用以產生受控參數(shù)設定點(SPs)1530。
運行中，SO2分析器188，位于WFGD吸收塔132或其上游，檢測煙道氣中的進口SO2114的實測(值)。進口SO2的實測值189被輸送到前饋單元190和MPCC 1500。發(fā)電系統(tǒng)(PGS)110的負載還被PGS負載傳感器1508檢測，并且作為實測PGS負載1509輸送到MPCC1500。另外，SO2分析器1504檢測離開吸收塔132的煙道氣中的出口SO2的實測(值)。出口SO2的實測值1505還被輸送到MPCC 1500。
估計石膏品質現(xiàn)在再參考圖19，MPCC 1500的參數(shù)輸入包括反映吸收塔132內的早先狀況的參數(shù)。這些參數(shù)可以由MPCC 1500使用而產生和更新用于石膏的動態(tài)估計模型。用于石膏的動態(tài)估計模型可以例如形成動態(tài)估計模型880的一部分。
由于沒有實用方法以直接在線測量石膏純度，所以，與MPCC 1500的估計器1500B執(zhí)行的估計邏輯(例如估計邏輯840)結合，能夠使用動態(tài)石膏估計模型來計算石膏品質的估計(值)，示為計算石膏純度1932。估計器1500B優(yōu)選是虛擬在線分析器(VOA)。雖然控制器1500A和估計器1500B顯示為被安放在一個單元中，應該認識到，如果期望的話，控制器1500A和估計器1500B可以分別安放并且由單獨組件形成，只要控制器1500A和估計器1500B單元適當?shù)剡B接以啟動所需的通信。石膏品質1932的計算估計(值)也可反映基于石膏品質實驗室測量的由估計邏輯做出的調整，顯示為石膏純度值1506，MPCC 1500的輸入。
然后，由估計器1500B將所估計的石膏品質1932傳遞到MPCC1500的控制器1500A?？刂破?500A使用所估計的石膏品質1932以更新動態(tài)控制模型，例如動態(tài)控制模型870。根據動態(tài)控制模型870，由控制器1500A執(zhí)行預測邏輯例如預測邏輯850，以比較所調整估計的石膏品質1932和表示期望石膏品質的石膏品質約束條件。期望石膏品質一般地由石膏銷貨合同規(guī)定來確定。如圖所示，石膏品質約束條件是作為石膏純度要求1924的MPCC 1500的輸入作為數(shù)據885存儲。
執(zhí)行預測邏輯的控制器1500A確定是否需要調整WFGD子系統(tǒng)130’的運行，基于比較結果。如果是這樣的話，所估計的石膏品質1932和石膏品質約束條件1924之間所確定的差異被由控制器1500A執(zhí)行的預測邏輯所使用，確定對WFGD子系統(tǒng)運行所要做出的所需調整，以便獲得在石膏品質約束條件1924內的石膏160′的品質。
維持與石膏品質要求的依從性為使石膏160′品質與石膏品質約束條件1924保持一致，對WFGD運行的所需調整，如由預測邏輯確定的，被輸送到控制發(fā)生器邏輯，例如控制發(fā)生器邏輯860，其還被控制器1500A執(zhí)行?？刂破?500A執(zhí)行控制發(fā)生器邏輯以產生控制信號，其相應于石膏160′品質所需要的提高或降低。
這些控制信號可以例如引起對一個或多個圖15A中所示的閥199、漿料泵133和壓氣機150的運行的調整，以便WFGD子系統(tǒng)工藝參數(shù)，例如從結晶器134流到吸收塔132的漿料148′的實測pH值，其由圖15A中pH值傳感器182所檢測的實測漿料pH值183表示，相應于期望的設定點(SP)，例如期望的pH值。漿料148′的pH值183的這種調整將又導致石膏副產物160′(其實際上由WFGD子系統(tǒng)130′產生)品質和由估計器1500B計算的所估計的石膏品質1932的變化，以更好地相應于期望石膏品質1924。
現(xiàn)在再參考圖16，其更詳細描述了新鮮水源164、混合器/罐140和脫水單元136的結構和運行。如圖所示，新鮮水源164包括水罐164A，其中ME洗滌200由泵164B泵送到吸收塔132并且新鮮水源162由泵164C泵送到混合罐140A。
通過添加MPCC 1500，沒有改變脫水單元136的運行和控制。
通過添加MPCC 1500，沒有改變石灰石漿料制備區(qū)域(包括研磨機170和混合器/罐140)的運行和控制。
現(xiàn)在參考圖15A、15B和16，控制器1500A可以例如執(zhí)行控制發(fā)生器邏輯以指導石灰石漿料141′至結晶器134的流量的變化。流到結晶器134的漿料141的量通過打開和關閉閥199而控制。打開和關閉閥199由PID180控制?？刂崎y199運行的PID180的運行是基于輸入漿料pH值設定點的。
因此，為恰當?shù)乜刂茲{料141′至結晶器134的流量，控制器1500A確定漿料pH值設定點，其將使石膏160的品質與石膏品質約束條件1924保持一致。如圖15A和16所示，所確定的漿料pH值設定點，顯示為pH值SP186，被送到PID180。PID180然后控制閥199的運行以修正漿料流量141′使得與所接收的pH值SP186′一致。
為控制閥199的運行，基于所接收的漿料pH值SP186和pH值傳感器182所測量的漿料141的所接收的pH值183，PID180產生PID控制信號181′。PID控制信號181′與前饋(FF)控制信號191結合，后者由FF單元190產生。如本領域目前所掌握的，基于煙道氣114的實測進口SO2189(其接收自位于吸收塔132上游的SO2分析器188)產生FF控制信號191。PID控制信號181′和(FF)控制信號191在求和塊192結合，其一般地被包括在通信至閥199的DCS輸出塊中作為嵌入部件。離開求和塊192的結合的控制信號由漿料流量設定點196′表示。
漿料流量設定點196′被送到閥199。通常，閥199包括另一PID(未示)，基于所接收的漿料流量設定點196′，其指導閥199的實際的打開或關閉以修正通過閥的漿料141’的流量。無論如何，基于所接收的漿料流量設定點196′，閥199被打開或關閉以增大或減小漿料141′的量，并因此增大或減小流到結晶器134的漿料240的量，其又修正結晶器134中漿料的pH值和由WFGD子系統(tǒng)130生產的石膏160的品質。
如果適當?shù)脑?，可以使用熟知的技術，將在確定何時以及是否MPCC 1500將在PID180重置/更新pH值設定點和/或PID180將在閥199重置/更新石灰石漿料流量設定點中所要考慮的因素程序化到MPCC 1500和/或PID180中。如本領域技術人員所理解的，例如PID180性能和pH值傳感器182精度等因素通常在所述確定中被考慮。
在動態(tài)控制模型870中，根據石膏品質控制算法或對照表，通過處理從結晶器134流到吸收塔132的漿料148′的實測pH值(其接收自pH值傳感器182，由漿料pH值183表示)，控制器1500A產生pH值SP186′。算法或對照表表示了石膏160′的品質和實測pH值183之間確定的聯(lián)系。
根據石灰石流量控制算法或對照表，通過處理接收自控制器1500A的pH值SP186和接收自pH值傳感器182的漿料148的實測pH值(由漿料pH值183表示)之間的差別(deference)，PID180產生PID控制信號181′。這種算法或對照表表示了來自混合器/罐140的漿料141′的量的變化量和從結晶器134流到吸收塔132的漿料148’的實測pH值183的變化量之間確定的聯(lián)系。也許值得注意的是，盡管在圖16中所示的示范性實施方案中，從研磨機170流至混合罐140A的被磨碎的石灰石174的數(shù)量通過單獨的控制器(未示)來管理，如果有益的話，這還可以由MPCC 1500控制。另外，雖然沒有被顯示，如果期望的話，MPCC1500還可以控制在混合罐140A中的添加劑至漿料的分配。因此，基于從MPCC 1500的控制器1500A所接收的pH值SP186′，PID180產生一種信號，其使得閥199打開或關閉，由此增大或降低新鮮的石灰石漿料至結晶器134的流量。PID連續(xù)控制閥調整，直到流過閥199的石灰石漿料141′的量匹配由石灰石漿料流量設定點196’表示的MVSP。應當理解的是，優(yōu)選地由作為閥199的一部分而包含的PID(未示)進行這種匹配。然而，另外，這種匹配可以由PID180完成，基于所測量的和從閥傳送回的流量體積數(shù)據。
維持與SO2脫除要求的依從性通過控制漿料148′的pH值，MPCC 1500可以控制從含SO2的煙道氣114中脫除SO2以及由WFGD子系統(tǒng)產生的石膏副產物160′的品質。通過增加通過閥199的新鮮的石灰石漿料141′的流量增加漿料148′的pH值將導致增加從擔載SO2的煙道氣114中由吸收塔132脫除的SO2的數(shù)量。另一方面，降低通過閥199的石灰石漿料141′的流量降低了漿料148′的pH值。降低流到結晶器134的被吸收的SO2(現(xiàn)在的形式是亞硫酸鈣)的數(shù)量還將導致在結晶器134較高百分數(shù)的亞硫酸鈣被氧化為硫酸鈣，因此獲得了較高的石膏品質。
因此，在兩個主要控制目標中存在著一種緊張關系，第一個目標是從擔載SO2的煙道氣114中脫除SO2，第二個目標是生產具有所需品質的石膏副產物160′。也就是說，可能在滿足SO2排放要求和石膏規(guī)定之間存在著沖突。
現(xiàn)在再參考圖17，其更詳細描述了漿料泵133和吸收塔132之間的結構和操作。如圖所示，漿料泵133包括多個單獨的泵，在這個示范性實施方案中顯示為漿料泵133A、133B和133C，其將漿料148′從結晶器134泵送到吸收塔132。如前所述，參考圖3，泵133A-133C中的每一個將漿料送到吸收塔漿料液位(level)噴嘴306A、306B和306C的多個液位(level)中的不同一個。漿料液位(level)306A-306C中的每一個將漿料送到漿料噴淋器308A、308B和308C的多個液位(level)中的不同一個。漿料噴霧器308A-308C噴淋漿料，在這種情況下，將漿料148′噴淋到擔載SO2的煙道氣114(其在氣體進口孔310進入吸收塔132)中，以吸收SO2。然后，在吸收器出口孔312，清潔的煙道氣116′從吸收塔132排出。如前所述，ME噴淋洗滌200被送入吸收塔132。應該認識到雖然顯示了3個不同液位(level)的漿料噴嘴和噴淋器以及3個不同的泵，但是各液位(level)的噴嘴和噴淋器的數(shù)目和泵的數(shù)目能夠并且很可能變化，取決于特定的實施。
如圖15A所示，對于動態(tài)控制模型的輸入來說，泵狀態(tài)值1512從泵狀態(tài)控制1511反饋到MPCC 1500，如開/關切換，泵負載值1515從泵負載控制1514反饋到MPCC 1500，例如馬達。再如圖所示，通過MPCC 1500，泵狀態(tài)設定點1513(例如切換開或關指令)被輸送到泵狀態(tài)控制1511并且泵負載設定點1516被輸送到泵負載控制1514以控制泵133A-133C中的每一個的狀態(tài)(例如開或關)和負載，由此控制漿料148被泵送至哪一個液位(level)的噴嘴和泵送到每一個液位(level)的噴嘴的漿料148的數(shù)量。應當認識到，在大多數(shù)當前的WFGD應用中，漿料泵133不包括可變負載能力(僅僅是開/關)，所以泵負載設定點1516和負載控制1514對于MPCC 1500的使用或調整來說將是不可行的。
如圖17中所述的示范性的實施中所詳述的，泵狀態(tài)控制1511包括單獨的對于每個泵的泵狀態(tài)控制，使用附圖標記1511A、1511B和1511C表示。同樣地，泵負載控制1514包括單獨的對于每個泵的泵狀態(tài)控制，使用附圖標記1514A、1514B和1514C表示。單獨的泵狀態(tài)值1512A、1512B和1512C被分別從泵狀態(tài)控制1511A、1511B和1511C輸送到MPCC 1500以指出漿料泵的當前狀態(tài)。同樣，單獨的泵狀態(tài)值1515A、1515B和1515C被分別從泵負載控制1514A、1514B和1514C輸送到MPCC 1500以指出漿料泵的當前狀態(tài)?；诒脿顟B(tài)值1512A、1512B和1512C，MPCC 1500執(zhí)行預測邏輯850，確定泵133A、133B和133C中的每一個的當前狀態(tài)，由此確定通常所說的泵連接情況，在任何給定時間。
如上所述，進入吸收塔132的液體漿料148′的流速與進入吸收塔132的煙道氣114的流速的比值通常表示為L/G。L/G是WFGD子系統(tǒng)的關鍵設計參數(shù)之一。因為煙道氣114的流速，稱為G，一般地由發(fā)電系統(tǒng)110的運行設置在WFGD處理單元130′的上游，其沒有并且不能被控制。然而，液體漿料148′的流速，稱為L，可以由MPCC 1500，基于G值，來控制。
其中這樣做的一種做法是通過控制漿料泵133A、133B和133C的運行。單獨的泵由MPCC 1500控制，通過將泵狀態(tài)設定點1513A、1513B和1513C分別發(fā)布到泵133A的泵狀態(tài)控制1511A、泵133B的1511B和泵133C的1511C以獲得期望的泵連接情況，由此獲得其中漿料148將輸入吸收塔132的液位(level)。如果在WFGD子系統(tǒng)中可行的話，MPCC 1500還可以將泵負載控制設定點1516A、1516B和1516C分別發(fā)布到泵133A的1514A泵133B的1514B和泵133C的1514C，以在每一個有效的噴嘴液位(level)處獲得進入吸收塔132的漿料148的期望的流量。因此，通過控制漿料148′被泵送到哪個液位(level)的噴嘴306A-306C和泵送到每一個液位(level)的噴嘴的漿料148的數(shù)量，MPCC 1500控制液體漿料148′到吸收塔132的流速L。應該認識到泵的數(shù)目越大和噴嘴液位(level)越高，上述控制的難度(granularity)越大。
將漿料148′泵送到更高液位(level)的噴嘴，例如噴嘴306A，將使?jié){料(其從漿料噴淋器308A噴淋)具有與擔載SO2的煙道氣114較長的接觸時間。與在較低噴淋液位(level)處進入吸收器的漿料相比，這又將導致該漿料從煙道氣114中吸收較多量的SO2。另一方面，將漿料泵送到更低液位(level)的噴嘴，例如噴嘴306C，將使?jié){料148′(其從漿料噴淋器308C噴淋)具有與擔載SO2的煙道氣114較短的接觸時間。這又將導致該漿料從煙道氣114中吸收較少量的SO2。因此，使用相同量和組成的漿料148′，將從煙道氣114中脫除較多或較少量的SO2，這取決于漿料被泵送到的噴嘴的液位(level)。
然而，與將液體漿料148′泵送到較低液位(level)的噴嘴的泵所需的相比，將液體漿料148′泵送到較高液位(level)的噴嘴，例如噴嘴306A，需要較多功率，由此較高運行成本。因此，通過泵送更多液體漿料至較高液位(level)的噴嘴來增加吸收，并因此從煙道氣114中脫硫，增加了WFGD子系統(tǒng)的運行成本。
泵133A-133C是極大的旋轉設備。這些泵可以通過由發(fā)布泵狀態(tài)SPs的MPCC 1500自動地或者通過子系統(tǒng)操作員或其它用戶手動地啟動或停機。如果由于發(fā)電系統(tǒng)110運行方面的變化而使進入吸收塔132的煙道氣114的流速變化，那么MPCC 1500(其根據動態(tài)控制模型870執(zhí)行預測邏輯850)和控制發(fā)生器邏輯860將調整一個或多個漿料泵133A-133C的運行。例如，如果煙道氣流速降至設計負載的50％的話，MPCC可以發(fā)布一個或多個泵狀態(tài)SPs以關閉，即關掉，當前正將漿料148′泵送到一個或多個噴淋液位(level)處的吸收塔噴嘴的一個或多個泵，和/或發(fā)布一個或多個泵負載控制SPs以減小當前正將漿料泵送到一個或多個噴淋液位(level)處的吸收塔噴嘴的一個或多個泵的泵負載。
另外，如果包括作為混合器/泵140的一部分或者作為單獨子系統(tǒng)(直接地將有機酸進料到工藝中)的有機酸等的分配器(未示)，那么MPCC 1500也可另外發(fā)布控制SP信號(未示)以減少被分配到漿料中的有機酸或其他相似添加劑的數(shù)量，從而降低漿料吸收并因此從煙道氣中脫除SO2的能力。應該認識到這些添加劑往往是相當昂貴的，因此它們的使用相對受到限制，至少在美國。同樣，SO2脫除和運行成本之間存在著沖突添加劑是昂貴的，但是添加劑可以顯著地強化SO2脫除而對石膏純度影響很小或沒有影響。如果WFGD子系統(tǒng)包括添加劑注入子系統(tǒng)，因此適當允許MPCC 1500控制和其它WFGD工藝變量協(xié)調的添加劑注入，以便MPCC 1500使WFGD工藝最低可能的運行成本下運行同時仍在設備、工藝和規(guī)章約束條件內。通過輸入所述添加劑成本至MPCC 1500中，這種成本因素可被歸入動態(tài)控制模型并且在指導WFGD工藝的控制中由執(zhí)行預測邏輯來考慮。
避免石灰石阻塞如前所述，為了將被吸收的SO2氧化而形成石膏，在吸收塔132中在漿料中在SO2和石灰石之間必須發(fā)生化學反應。在這個化學反應期間，氧氣被消耗形成硫酸鈣。進入吸收塔132的煙道氣114是乏O2的，所以另外的O2是被添加到流到吸收塔132的液體漿料中。
現(xiàn)在再參考圖18，壓氣機150，通常表示為風扇，壓縮環(huán)境空氣152。所得壓縮氧化空氣154′被送到結晶器134并且在結晶器134中施加漿料，所述結晶器134將被泵接到吸收器132，如前所述并參考圖17。在結晶器134中將壓縮氧化空氣154′添加到漿料產生循環(huán)漿料148′，其從結晶器134流到吸收器132，所述吸收器132具有增加的氧含量，這將有利于氧化并因此形成硫酸鈣。
優(yōu)選地，在漿料148′中存在過量的氧氣，不過應該認識到，可被漿料吸收或容納的氧氣的總量存在著上限。為便于氧化，期望的是在漿料中使用大量過量的O2來運行WFGD。
還將認識到如果漿料中的O2濃度變得太低，煙道氣114中的SO2和漿料148′中的石灰石的化學反應將變慢并且最終停止發(fā)生。當這發(fā)生時，通常稱為石灰石阻塞。
在結晶器134中溶于可循環(huán)漿料中的O2的數(shù)量不是可測量的參數(shù)。因此，動態(tài)估計模型880優(yōu)選地包括溶解漿料O2的模型。根據動態(tài)估計模型880，由MPCC 1500的估計器1500B執(zhí)行的估計邏輯(例如估計邏輯840)計算在結晶器134中在可循環(huán)漿料中的溶解O2的估計(值)。所計算的估計(值)被傳遞到MPCC 1500的控制器1500A，其使用所計算的估計(值)來更新動態(tài)控制模型，例如動態(tài)控制模型870。控制器1500A然后執(zhí)行預測邏輯，例如預測邏輯850，其比較所估計的溶解漿料O2值和溶解漿料O2值的約束條件，后者已被輸入到MPCC 1500中。溶解漿料O2值的約束條件是圖15B中所示的約束條件1555之一，并且在圖19中更具體地描述為溶解漿料O2要求1926。
基于比較的結果，仍執(zhí)行預測邏輯的控制器1500A，確定是否需要任何WFGD子系統(tǒng)130′運行的調整以便確保泵送到吸收塔132的漿料148不變得急需O2。應該認識到確保漿料148′具有足夠的量的溶解O2，還有助于確保SO2排放和石膏副產物的品質繼續(xù)滿足所需的排放和品質約束條件。
如圖15A和18所示，壓氣機150包括負載控制機構1501，其有時稱為壓氣機變速機構，其可以調整氧化空氣至結晶器134的流量。負載控制機構1501可用于調整壓氣機150的負載和因此進入結晶器134的壓縮氧化空氣154的數(shù)量，由此便于任何所需的考慮比較結果的對WFGD子系統(tǒng)130運行的調整。優(yōu)選地，負載控制機構1501的運行直接地由控制器1500A控制。然而，如果期望的話，負載控制機構1501可以由子系統(tǒng)操作員手動控制，這是基于來自指導操作員進行適當?shù)呢撦d控制機構的手動控制的控制器1500A的輸出。無論哪種情況，基于比較結果，根據動態(tài)控制模型870，控制器1500A執(zhí)行預測邏輯850以確定是否需要對進入結晶器134的壓縮氧化空氣154的總量進行調整，以確保被泵送到吸收塔132的漿料148′不變得急需O2，并且如果是這樣的話，調整該數(shù)量。控制器1500A然后，考慮到由MPCC 1500從負載控制機構1501收到的壓氣機負載值，執(zhí)行控制發(fā)生器邏輯，例如控制發(fā)生器邏輯860，以產生控制信號，該控制信號用于指導負載控制機構1501來修正壓氣機150的負載從而將進入結晶器134的壓縮氧化空氣154′的數(shù)量調整至期望的量，這將確保被泵送到吸收塔132的漿料148’不變得急需O2。
如前所述，O2的急需在夏季期間是特別關注的，這時熱量降低了可被壓氣機150強制進入結晶器134的壓縮氧化空氣154′的數(shù)量。由控制器1500A執(zhí)行的預測邏輯850可以例如確定，壓氣機150的速度或負載，其被輸入至MPCC 1500作為壓氣機負載值1502，應該被調整以按照所確定的量增加進入結晶器134的壓縮氧化空氣154′的量。由控制器1500A執(zhí)行的控制發(fā)生器邏輯然后確定壓氣機負載SP1503，其將導致壓縮氧化空氣154′的期望增加的量。優(yōu)選地，壓氣機負載SP1503從MPCC 1500傳送到負載控制機構1501，其指導壓氣機150負載的增加(相應于壓氣機負載SP1503)，由此避免石灰石阻塞和確保SO2排放和石膏副產物的品質在適當?shù)募s束條件內。
增加壓氣機150的速度或負載將當然還增加壓氣機的功率消耗，因此增加WFGD子系統(tǒng)130′的運行成本。當控制WFGD子系統(tǒng)130′運行時，成本的這種增加還優(yōu)選地被MPCC 1500監(jiān)控，由此提供對控制壓氣機150以僅將必要量的壓縮氧化空氣154’送入結晶器134的經濟剌激。
如圖19所示，當前功率的成本/單位，描述為單位功率成本1906，優(yōu)選被輸入MPCC 1500作為圖15B中所示的非工藝輸入1550之一，并且還被包括在動態(tài)控制模型870中。使用這個信息，基于壓縮氧化空氣154′至結晶器134的流量的調整，MPCC 1500的控制器1500A還可以計算運行成本的變化并且將其顯示給子系統(tǒng)操作員或其它人員。
因此，假如存在過剩的壓氣機150能力，控制器1500A將一般地控制壓縮氧化空氣154′至結晶器134的流量以確保其足以避免阻塞(binding)。然而，如果壓氣機150在全負載下運行，并且流到結晶器134的壓縮氧化空氣154′的數(shù)量仍不足以避免阻塞(binding)，即需要添加空氣(氧氣)以氧化全部吸收在吸收塔132中的SO2，那么控制器1500A將需要實施另一控制策略。在這方面，一旦SO2被吸收到漿料中，它必須被氧化為石膏，然而，如果沒有額外的氧氣來氧化邊際的SO2，那么最好不吸收SO2，因為如果被吸收的SO2不能被氧化的話，最后石灰石阻塞將出現(xiàn)。
在這種情況下，控制器1500A具有另一選項，其能夠在控制WFGD子系統(tǒng)130′運行中實行，以確保不發(fā)生阻塞(binding)。更具體地說，根據動態(tài)控制模型870和控制發(fā)生器邏輯860執(zhí)行預測邏輯850的控制器1500A能夠控制PID180，以便調整流到結晶器134的漿料141′的pH水平，由此控制被泵送到吸收塔132的漿料148′的pH水平。通過指導被泵送到吸收塔132的漿料148′的pH水平的下降，將減少另外的邊際的SO2吸收并且能夠避免阻塞(binding)。
能夠由控制器1500A實施的另一個備選策略是在圖15B中所示的約束條件1555之外運行。具體來說，控制器1500A可以實施這樣的控制策略，在這種控制策略下，沒有在結晶器134中氧化同樣多的漿料148′中的SO2。因此，將降低結晶器134中所需的O2的數(shù)量。然而，此舉又將降低由WFGD子系統(tǒng)130′生產的石膏副產物160′的純度。使用這種策略，控制器1500A在控制WFGD子系統(tǒng)130′運行中無視一個或多個約束條件1555。優(yōu)選地，控制器將對清潔的煙道氣116′中的SO2維持硬性排放約束條件，其被描述為圖19中的出口SO2許可要求1922，而無視并且降低了石膏副產物160的規(guī)定純度，其在圖19中被描述為石膏純度要求1924。
因此，一旦已經達到最大壓氣機能力限制，控制器1500A可以控制WFGD子系統(tǒng)130′運行以降低進入吸收塔132的漿料148′的pH值并且由此使SO2吸收下降低至排放限制，即出口SO2許可要求1922。然而，如果更進一步降低SO2的吸收將引起破壞出口SO2許可要求1922并且壓氣機能力不足以提供氧化全部必須被脫除的所吸收的SO2的所需量的空氣(氧氣)，那么物理設備，例如壓氣機150和/或結晶器134，是尺寸過小的并且不可能滿足SO2脫除要求和石膏純度。因為MPCC1500不能“創(chuàng)造”所需的額外的氧，它必須考慮備選策略。在這種備選策略下，控制器1500A控制WFGD子系統(tǒng)130′運行以維持SO2脫除的當前水平，即滿足出口SO2許可要求1922，并且生產滿足放寬石膏純度約束條件的石膏，即滿足小于輸入石膏純度要求1924的石膏純度要求。有利地，控制器1500A將使降低的石膏純度要求和期望的石膏純度要求1924之間的偏差最小化。應當理解的是，對于控制器1500A來說，更進一步的備選方案是根據混合策略(其將實施以上所述的兩個方面)控制WFGD子系統(tǒng)130′運行。這些備選控制策略可以通過在MPCC 1500中設置標準調諧參數(shù)來實施。
MPCC運行如上所述，MPCC 1500能夠在分布式控制系統(tǒng)(DCS)中控制用于公用工程應用的大WFGD子系統(tǒng)。能夠被MPCC 1500控制的參數(shù)幾乎是無限制的，但優(yōu)選地包括以下中的至少一個或多個(1)進入吸收塔132的漿料148′的pH值，(2)將液體漿料148′輸送至吸收塔132的不同液位(level)的漿料泵連接情況和(3)進入結晶器134的壓縮氧化空氣154′的數(shù)量。如將被認可的，包含基本工藝關系的動態(tài)控制模型870將被MPCC 1500利用以指導WFGD工藝的控制。因此，在動態(tài)控制模型870中建立的關系對于MPCC 1500來說是最重要的。在這方面，動態(tài)控制模型870涉及各種參數(shù)(例如pH值和氧化空氣水平)、各種約束條件(例如石膏純度和SO2脫除水平)，正是這些關系允許WFGD子系統(tǒng)130′的動態(tài)和柔性控制，如將在下文進一步詳述。
圖19更詳細地描述了MPCC 1500的控制器1500A所輸入和使用的優(yōu)選的參數(shù)和約束條件。如下所詳述，控制器1500A執(zhí)行預測邏輯，例如預測邏輯850，根據動態(tài)控制模型870并且基于輸入參數(shù)和約束條件，來預測WFGD工藝的未來狀態(tài)并且指導WFGD子系統(tǒng)130’的控制使得優(yōu)化WFGD工藝。控制器1500A然后執(zhí)行控制發(fā)生器邏輯，例如控制發(fā)生器邏輯860，根據來自預測邏輯的控制指令，以產生并且發(fā)布控制信號從而控制WFGD子系統(tǒng)130′的特定元素。
如前所述參考圖15B，輸入參數(shù)包括實測工藝參數(shù)1525、非工藝參數(shù)1550、WFGD工藝約束條件1555、和由根據動態(tài)估計模型880執(zhí)行估計邏輯(例如估計邏輯840)的MPCC估計器1500B計算的估計的參數(shù)1560。
在優(yōu)選的圖19中所示的實施中，實測工藝參數(shù)1525包括環(huán)境狀況1520、實測發(fā)電系統(tǒng)(PGS)負載1509、實測進口SO2189、壓氣機負載值1502、實測漿料pH值183、實測出口SO21505、實驗室實測石膏純度1506、漿料泵狀態(tài)值1512和漿料泵負載值1515。WFGD工藝約束條件1555包括出口SO2許可要求1922、石膏純度要求1924、溶解漿料O2要求1926和漿料pH值要求1928。非工藝輸入1550包括調諧因子1902、當前SO2信用價格1904、當前單位功率成本1906、當前有機酸成本1908、當前石膏售價1910和未來運行計劃1950。由估計器1500B計算的所估計的參數(shù)1560包括計算石膏純度1932、計算溶解漿料O21934、和計算漿料pH值1936。因為包括非工藝參數(shù)輸入，例如當前單位功率成本1906，MPCC 1500可以不僅基于工藝的當前狀態(tài)，而且基于工藝之外的事物狀態(tài)來指導WFGD子系統(tǒng)130′的控制。
確定附加SO2吸收能力的可得性參考圖17如前所述，MPCC 1500可以控制泵133A-133C的狀態(tài)和負載并由此控制漿料148至吸收塔132的不同液位(level)的流量。MPCC 1500還可以基于當前泵連接情況和當前泵負載值1515A-1515C計算泵133A-133C的當前功率消耗，另外基于計算功率消耗和當前單位功率成本1906計算當前泵的運行成本。
MPCC 1500優(yōu)選被配置以執(zhí)行預測邏輯850，根據動態(tài)控制模型870并且基于當前泵狀態(tài)值1512A-1512C和當前泵負載值1515A-1515C，以確定泵133A-133C可得的附加能力。然后基于可得的附加泵能力，MPCC 1500確定可通過調整泵的運行(例如打開泵以改變泵連接情況或增加泵的功率)來脫除的SO2的附加量。
確定對于脫除可得的SO2的附加量如上所述，除了由傳感器188檢測的實測進口SO2組成189以外，發(fā)電系統(tǒng)(PGS)110的負載1509優(yōu)選由負載傳感器1508檢測并且作為實測參數(shù)輸入到MPCC 1500。PGS負載1509可以例如表示在發(fā)電系統(tǒng)110中消耗的煤的BTUs的測量(值)或者由發(fā)電系統(tǒng)110產生的功率的數(shù)量。然而，PGS負載1509還可以表示發(fā)電系統(tǒng)110或相關發(fā)電工藝的一些其它參數(shù)，只要所述其它參數(shù)測量適當?shù)叵鄳谶M口煙道氣負載的話，例如燃煤發(fā)電系統(tǒng)或工藝的一些參數(shù)(其適當?shù)叵鄳谇巴鵚FGD子系統(tǒng)130′的進口煙道氣的數(shù)量)。
MPCC 1500優(yōu)選被配置以根據動態(tài)控制模型870執(zhí)行預測邏輯850，從而確定進口煙道氣負載，即，吸收塔132進口處的煙道氣114的體積或質量，其相應于PGS負載1509。MPCC 1500可以例如，基于PGS負載1509，計算吸收塔132處的進口煙道氣負載?；蛘?，PGS負載1509本身可以用作進口煙道氣負載，無論在哪種情況下，沒有計算的必要性。無論如何，然后MPCC 1500將確定從煙道氣114中有效脫除的SO2的附加量，基于實測進口SO2組成189、進口煙道氣負載和實測出口SO21505。
應當認識到進口煙道氣負載可以被直接測量并且輸入到MPCC1500中，如果這樣是期望的話。也就是說，被送往吸收塔132的進口煙道氣114的體積或質量的實測值能夠任選地被位于吸收塔132上游的并且另一個APC子系統(tǒng)122下游的傳感器(未示)來檢測并且輸送到MPCC 1500。在這種情況下，可能不需要MPCC 1500來確定相應于PGS負載1509的進口煙道氣負載。
瞬時和滾動平均SO2脫除約束條件如參考圖12所述，工藝歷史數(shù)據庫1210例如包括SO2排放歷史數(shù)據庫890，如參考圖8所述。工藝歷史數(shù)據庫1210與MPCC1500互相連接。應當理解的是MPCC 1500可以是例如圖8所示類型的，或者可以是多層類型控制器，例如如圖10所示的雙層控制器。
SO2排放歷史數(shù)據庫890儲存表示SO2排放的數(shù)據，不僅僅根據在上一個滾動平均周期內的SO2的組成而且還根據在上一個滾動平均周期內所排放的SO2的磅數(shù)。因此，除經由從SO2分析器1504輸入的實測出口SO21505獲取表示當前SO2排放的信息外，通過互連到工藝歷史數(shù)據庫1210，MPCC 1500還獲取了表示SO2排放的歷史信息，即經由SO2排放歷史數(shù)據庫890在上一個滾動平均時間窗內的實測出口SO2。應該認識到，雖然當前SO2排放相應于單一值，但是在上一個滾動平均時間窗內的SO2排放相應于在合適時間周期內的SO2排放的動態(tài)移動。
確定附加的SO2氧化能力的可得性如圖19所示和如上所述，MPCC 1500的輸入是以下(1)-(4)的實測值(1)出口SO21505，(2)實測壓氣機負載1502，其相應于進入結晶器134的氧化空氣的數(shù)量，(3)漿料泵狀態(tài)值1512，即泵連接情況，和漿料泵負載值1515，其相應于流到吸收塔132的石灰石漿料的數(shù)量，(4)流到吸收塔132的漿料的實測pH值183。另外，MPCC 1500的輸入是對以下(1)-(3)的限制要求(1)石膏副產物160′的純度1924，(2)在結晶器134中的漿料中的溶解O21926，其相應于為確保足夠的氧化和避免石灰石阻塞所需的漿料中的溶解O2的數(shù)量，和(3)離開WFGD子系統(tǒng)130′的煙道氣116中的出口SO21922。當今，出口SO2許可要求1922將一般地包括瞬時SO2排放和滾動平均SO2排放兩個約束條件。此外，MPCC 1500的輸入是非工藝輸入，其包括(1)單位功率成本1906，例如單位電力成本，和(2)SO2信用價格1904的當前和/或預期的值，其表示所述規(guī)章信用可被出售的價格。此外，MPCC 1500計算以下(1)-(3)的估計(值)(1)石膏副產物160′的當前純度1932，(2)在結晶器134內漿料中的溶解O21934，和(3)流到吸收塔132的漿料的pH值1936。
根據動態(tài)控制邏輯執(zhí)行預測邏輯的MPCC 1500處理這些參數(shù)以確定吸收塔132中與漿料反應的SO2的數(shù)量?；谶@種確定，MPCC1500可以接下來確定用于氧化亞硫酸鈣形成硫酸鈣的在結晶器134中仍在漿料中可得的非溶解O2的數(shù)量。
確定是否施加附加的可得的能力如果MPCC 1500已經確定吸收和氧化附加SO2的附加能力是可得的并且存在對于脫除可得的附加SO2，MPCC 1500還優(yōu)選被配置以根據動態(tài)控制模型870執(zhí)行預測邏輯850，從而確定是否控制WFGD子系統(tǒng)130′以調整運行來從煙道氣114中脫除附加可得到的SO2。為作出這種確定，MPCC 1500可以例如確定是否這種SO2信用的產生和銷售會增加WFGD子系統(tǒng)130′運行的收益性，因為改變運行以脫除附加的SO2(除了適用的政府規(guī)章實體所批準的運行許可所要求的以外，即除了出口SO2許可要求1922所要求的以外)以及出售所會獲得的所得規(guī)章信用是更有收益的。
特別地，根據動態(tài)控制模型870執(zhí)行預測邏輯850的MPCC 1500將確定WFGD子系統(tǒng)130′運行的必要變化以增加SO2的脫除?；谶@種確定，MPCC 1500還將確定所會獲得的所得附加規(guī)章信用的數(shù)目?；谒_定的運行變化和電力的當前或預期成本，例如單位功率成本1906，MPCC 1500另外將確定所產生的在WFGD子系統(tǒng)130′運行中被確定是必要變化所需的附加電力成本?；谶@些隨后的確定和所述信用的當前或預期價格，例如SO2信用價格1904，MPCC 1500將進一步確定是否產生附加規(guī)章信用的成本大于所述信用可被出售的價格。
如果例如，信用價格低，產生和銷售附加信用未必有利。相反地，以滿足適用的政府規(guī)章實體所批準的運行許可所需的最低水平脫除SO2將使成本最小化并由此最大化WFGD子系統(tǒng)130′運行的收益性，因為脫除僅僅最低限度地滿足合適的政府規(guī)章機構所批準的運行許可的出口SO2許可要求1922所需要的SO2的量是更有收益的。如果在WFGD子系統(tǒng)130′的當前運行下已經產生了信用，MPCC 1500可以甚至指導WFGD子系統(tǒng)130′的運行變化以降低SO2的脫除并且因此停止更進一步SO2信用的產生，由此降低電力成本，由此帶來運行的收益性。
確定運行的優(yōu)先權還如圖19中所示，MPCC 1500還優(yōu)選被配置以接收調諧因子1902作為另一個非工藝輸入1550。根據動態(tài)控制模型870和調諧因子1902執(zhí)行預測邏輯850的MPCC 1500可以對受控變量設置優(yōu)先權，例如對每一個受控變量使用相應的權重。
在這方面，優(yōu)選地，約束條件1555將酌情確定每一個受約束的參數(shù)限制的所需范圍。因此例如，出口SO2許可要求1922、石膏純度要求1924、溶解O2要求1926和漿料pH值要求1928將都具有上限和下限，MPCC 1500將在基于調諧因子1902的范圍內維持WFGD子系統(tǒng)130′的運行。
評定未來WFGD工藝根據動態(tài)工藝模型870執(zhí)行預測邏輯850的MPCC 1500優(yōu)選地首先估定工藝運行的當前狀態(tài)，如上所述。然而，該評估無須在那里停止。MPCC 1500還優(yōu)選地被配置以根據動態(tài)工藝模型870執(zhí)行預測邏輯850，從而評估在WFGD子系統(tǒng)130′運行沒有變化的條件下工藝運行將移動到的位置。
更具體地說，基于動態(tài)控制模型870和工藝歷史數(shù)據庫1210中存儲的歷史工藝數(shù)據之間的關系，MPCC 1500評估工藝運行的未來狀態(tài)。歷史工藝數(shù)據包括SO2歷史數(shù)據庫中的數(shù)據以及其它表示在一定預定時間周期內WFGD工藝中早先出現(xiàn)的事情的數(shù)據。作為這種評估的一部分，MPCC 1500確定WFGD子系統(tǒng)130′運行的當前途徑，以及因此在未對運行進行變化的條件下與WFGD工藝有關的各種參數(shù)的未來值。
如本領域技術人員所理解的，MPCC 1500優(yōu)選地確定，以類似于上述的方式，附加的SO2吸收能力的可得性、對于脫除可得的SO2的附加量、附加SO2氧化能力的可得性和基于所確定的未來參數(shù)值是否施加附加的可得的能力。
實施用于WFGD子系統(tǒng)運行的運行策略MPCC 1500可被用作實施多個運行策略的平臺，對底層工藝模型和工藝模型中的工藝控制關系沒有影響。MPCC 1500使用目標函數(shù)以確定運行目標。目標函數(shù)包括根據工藝模型中的關系的工藝信息，然而它還包括調諧因子或權重。確定由工藝模型在目標函數(shù)中表示的工藝關系。調諧因子可在每一次執(zhí)行控制器前進行調整。約束于工藝限制或約束條件，控制器算法可以最大化或最小化目標函數(shù)的值以確定目標函數(shù)的最佳值。工藝值的最佳運行目標對于從最佳解到目標函數(shù)的控制器來說是可得的。調整目標函數(shù)中的調諧因子或權重改變了目標函數(shù)值，并因而改變了最佳解。通過施加適當?shù)臉藴驶虿呗砸栽O置目標函數(shù)調諧定值，使用MPCC 1500有可能實施不同的運行策略。一些更常見的運行策略可以包括·資產優(yōu)化(利潤最大化/成本最小化)，·污染物脫除最大化，·在控制問題中操控變量的移動最小化優(yōu)化WFGD子系統(tǒng)運行基于期望的運行標準和適當調諧的目標函數(shù)和調諧因子1902，MPCC 1500將執(zhí)行預測邏輯850，根據動態(tài)工藝模型870并且基于適當?shù)妮斎牖蛴嬎銋?shù)，以首先確定WFGD子系統(tǒng)130′的長期運行目標。MPCC 1500然后將映射最佳過程，例如最佳軌跡和途徑，從工藝變量(操控和受控變量)的當前狀態(tài)至這些工藝變量相應確定的長期運行目標的。MPCC 1500接下來根據確定的長期運行目標和最佳過程映射以產生控制指令來修正WFGD子系統(tǒng)130′運行。最后，基于控制指令，執(zhí)行控制發(fā)生器邏輯860的MPCC 1500產生控制信號并通信至WFGD子系統(tǒng)130′。
因此，根據動態(tài)控制模型870和當前實測和計算的參數(shù)數(shù)據，基于所選目標函數(shù)，例如根據當前電力成本或者規(guī)章信用價格，MPCC1500進行WFGD子系統(tǒng)130′運行的第一次優(yōu)化以確定期望的目標穩(wěn)態(tài)。根據動態(tài)控制模型870和工藝歷史數(shù)據，MPCC 1500然后進行WFGD子系統(tǒng)130′運行的第二次優(yōu)化以確定動態(tài)途徑，沿該動態(tài)途徑使工藝變量從當前狀態(tài)移動到期望的目標穩(wěn)態(tài)。有利地，由MPCC 1500執(zhí)行的預測邏輯確定一種途徑，該途徑將有利于通過MPCC 1500控制WFGD子系統(tǒng)130′運行使得盡可能快地將工藝變量移動到每一個工藝變量的期望目標狀態(tài)，同時在沿動態(tài)途徑的每一個點處使每一個工藝變量的期望目標狀態(tài)和每一個工藝變量的實際當前狀態(tài)之間的誤差或偏差最小化。
因此，MPCC 1500不僅解決了當前瞬間時間(T0)的控制問題，而且解決了在其中工藝變量從當前狀態(tài)(T0處)到目標穩(wěn)態(tài)(Tss處)移動的周期期間所有其它瞬間時間處的控制問題。這允許通過遍歷從當前狀態(tài)至目標穩(wěn)態(tài)的整個途徑來優(yōu)化工藝變量的移動。當相比于使用常規(guī)WFGD控制器(早先背景中所述的PID)來移動工藝參數(shù)時，這又提供了附加的穩(wěn)定性。
優(yōu)化控制WFGD子系統(tǒng)是可能的，因為工藝關系在動態(tài)控制模型870中體現(xiàn)并且因為改變目標函數(shù)或非工藝輸入(例如經濟輸入或變量調諧)不影響這些關系。因此，一旦確認了動態(tài)控制模型，有可能操控或改變MPCC 1500控制WFGD子系統(tǒng)130′的方式，由此在不同狀況(包括不同的非工藝狀況)下操控或改變WFGD工藝，而無需進一步考慮工藝水平。
再參考圖15A和19，將對最大化SO2信用的目標函數(shù)和對于最大化收益性或最小化WFGD子系統(tǒng)運行損失的目標函數(shù)來描述WFGD子系統(tǒng)130′的控制的實例。本領域技術人員應該理解的是，通過產生其它運行方案的調諧因子，有可能優(yōu)化、最大化或最小化WFGD子系統(tǒng)中的其它可控參數(shù)。
最大化SO2信用為最大化SO2信用，根據動態(tài)控制模型870(具有目標函數(shù)，其中調諧定值被配置以最大化SO2信用)MPCC 1500執(zhí)行預測邏輯850。應該認識到，從WFGD工藝的觀點來看，最大化SO2信用要求SO2的回收最大化。
在目標函數(shù)中輸入的調諧定值將允許目標函數(shù)平衡操控變量相對于SO2排放相互之間的變化的影響。
優(yōu)化的凈結果將是MPCC 1500將提升·通過增加漿料pH值設定點186′增加SO2脫除，和·增加壓氣機氧化空氣154′，以補償被回收的附加的SO2·受以下約束條件的約束·石膏純度約束條件1924的下限。應該認識到這一般地將是這樣的值，其提供在石膏純度要求1924內的石膏純度的最低容許限制以上的微小的安全邊際。
·所需氧化空氣154′的下限，和·氧化空氣壓氣機150的最高能力。
此外，如果允許MPCC 1500調整泵133連接情況，MPCC 1500將最大化漿料循環(huán)和有效的漿料高度，受泵133連接情況和負載約束條件的約束。
在這種運行方案下，MPCC 1500完全聚焦于增加SO2脫除以產生SO2信用。MPCC 1500將承兌(honor)工藝約束條件例如石膏純度1924和氧化空氣要求。但是，這種方案不提供電功率成本/價值和SO2信用價值之間的平衡。當SO2信用價值遠超過電功率成本/價值時，這種方案將是適當?shù)摹?br> 最大化收益性或最小化損失MPCC 1500中的目標函數(shù)可被配置，以便它將最大化收益性或最小化損失。這種運行方案可稱作“資產優(yōu)化”方案。這種方案還需要精確的和最新的電功率、SO2信用、石灰石、石膏和任何添加劑(如有機酸)的成本/價值信息。
在控制器模型中與每一個變量有關的成本/價值因素被輸入到目標函數(shù)中。然后，指導MPCC 1500中的目標函數(shù)以最小化成本/最大化利潤。如果利潤被定義為負成本，那么成本/利潤變成了最小化目標函數(shù)的連續(xù)函數(shù)。
在這種方案下，目標函數(shù)將在其中產生附加SO2信用的邊際價值等于產生該信用的邊際成本的點處識別最小成本運行。應當注意到目標函數(shù)是約束最優(yōu)化，所以最小化成本解將受以下約束條件的約束·最小SO2脫除(為與排放許可/目標相依從)，·最小石膏純度，·最小氧化空氣要求，·最大壓氣機負載，·泵連接情況和負載限制，·添加劑限制。
這種運行方案將對電力的價值/成本和SO2信用價值/成本的變化敏感。
為了最大受益，這些成本因素應該實時更新。
例如，假定在每一個控制器1500A執(zhí)行前更新成本因素，因為電力需求在白天增加，所以所產生的電功率的現(xiàn)場價值(spot value)也增加。假定對于公用工程來說，有可能在這一現(xiàn)場價值出售附加功率并且在當時SO2信用價值基本上固定，如果存在一種將泵133和壓氣機150的功率轉移到電網并同時仍維持最小SO2脫除的方法的話，那么存在著顯著的經濟剌激以將附加功率放到電網上。與MPCC 1500中的電功率目標函數(shù)有關的成本/價值因素將隨著電力現(xiàn)場價值變化而變化，并且目標函數(shù)將到達新的滿足運行約束條件但使用更少電功率的解。
相反地，如果SO2信用的現(xiàn)場價值增加，存在著附加的SO2信用的市場，并且電功率的成本/價值相對固定，那么通過受運行約束條件的約束來增加SO2脫除，MPCC 1500中的目標函數(shù)將響應這種變化。
在兩個范例方案中，MPCC 1500將遵守全部運行約束條件，然后MPCC 1500中的目標函數(shù)將尋找其中SO2信用的邊際價值等于產生該信用所需的邊際成本的最佳運行點。
不可行運行有可能有時WFGD子系統(tǒng)130′將給出一組約束條件1555和實測1525和估計1560的運行狀況，對此沒有可行解；如圖5A和5B所示的可行運行區(qū)域525是零空間。當這出現(xiàn)時，沒有解將滿足系統(tǒng)的全部約束條件1555。這種情形可以定義為“不可行運行”，因為滿足系統(tǒng)的約束條件是不可行的。
不可行運行可能是超出WFGD能力運行的結果，一種WFGD中或WFGD上游中的工藝紊亂。它也可能是WFGD和MPCC 1500系統(tǒng)的過度限制性的、不適當?shù)暮?或不正確的約束條件1555的結果。
在不可行運行周期期間，MPCC 1500中的目標函數(shù)集中于最小化加權誤差的目標。每一個工藝約束條件1555在目標函數(shù)中出現(xiàn)。將權重期限(weighting term)施加到由受控/目標工藝值造成的約束條件限制的每一個誤差或破壞。在控制器1500A試運行(Commissioning)期間，實施工程師選擇適當?shù)恼`差權重期限值，以便在不可行運行周期期間內，目標函數(shù)將用最小的權重“放棄”約束條件，使得承兌更重要的約束條件。
例如，在WFGD子系統(tǒng)130′中，存在與出口SO21505有關的規(guī)章許可限制和與石膏純度1506有關的銷售規(guī)定。破壞SO2排放許可帶來了罰款和其它明顯的后果。破壞石膏純度銷售規(guī)定要求使石膏產物品質下降或再混合。產物品質下降不是所期望的選擇，但是它對電站運行耐久性的影響比破壞排放許可對電站運行生活力的影響要小。因此，將設置調諧因子使得對SO2排放限制的約束條件具有更大的重要性、更大的權重，與對石膏純度的約束條件相比。所以使用這些調諧因子，在不可行運行周期期間內，MPCC 1500中的目標函數(shù)將優(yōu)先地維持SO2排放在SO2排放限制或其以下而破壞石膏純度約束條件；MPCC1500將使對石膏純度約束條件的破壞最小化，但它將這種變量的不可行性轉移以維持更重要的排放限制。
報告操作員控制決策MPCC 1500還優(yōu)選地被配置以提醒操作員某些MPCC 1500的決定。此外，預測邏輯850、動態(tài)控制模型870或其它規(guī)劃可被用來配置MPCC 1500以進行這種提醒。例如，MPCC可以發(fā)揮功能以指導警報發(fā)聲或呈現(xiàn)正文或圖像顯示，使得操作員或其它用戶知道MPCC 1500的某些決定，例如因為SO2信用是如此有價值的，所以在特定時間維持石膏品質低優(yōu)先級的決定。
WFGD總結總之，如上詳述，已經描述用于WFGD工藝的基于優(yōu)化的控制。這種控制有助于基于多輸入、多輸出模型(其使用工藝反饋進行更新)實時操控WFGD工藝的設定點。該優(yōu)化能夠考慮工藝的多個目標和約束條件。沒有這種控制的話，操作員必須確定WFGD的設定點。由于工藝的復雜性，操作員常常選擇次優(yōu)設定點以平衡多個約束條件和目標。次優(yōu)的設定點/運行導致?lián)p失的脫除效率、較高的運行成本和潛在的破壞品質約束條件。還描述了一種用于石膏純度的虛擬在線分析。使用石膏純度的實測工藝變量、實驗室分析和動態(tài)估計模型，該虛擬在線分析計算了由WFGD工藝生產的石膏副產物純度的在線估計(值)。因為用于WFGD工藝所產生的石膏的純度的在線傳感器通常是不可得的，所以通常使用離線實驗室分析來確定石膏純度。然而，因為石膏純度僅間或檢測并且純度必須維持在約束條件(一般地在石膏規(guī)定中設定)以上，所以工藝操作員常常使用WFGD工藝的設定點，這導致石膏純度遠高于所需的約束條件。這又導致了SO2脫除效率的犧牲和/或WFGD子系統(tǒng)不必要的功率消耗。通過在線估計石膏純度，WFGD工藝的設定點能夠被控制以確保石膏純度更接近于純度約束條件，因此有利于增加SO2脫除效率。
還如上所述，在控制回路中預先形成石膏純度的虛擬在線分析，因此允許估計(值)被包括在反饋控制中，而不管使用模型預測控制(MPC)還是PID控制。通過向控制回路提供反饋，當運行時能夠增加SO2脫除效率，使得生產出純度更接近于適當純度約束條件的石膏。
另外，以上還描述了用于運行成本的虛擬在線分析。如所公開的，該分析使用了WFGD工藝數(shù)據以及當前市場價格數(shù)據來在線計算WFGD工藝的運行成本。通常，操作員不考慮運行WFGD工藝的當前成本。然而，通過在線計算這種成本，操作員現(xiàn)在已被賦予跟蹤工藝變化影響(例如設定點變化對運行成本的影響)的能力。
以上還詳細描述了控制回路中運行成本的虛擬在線分析的性能，因此允許估計(值)被包括在反饋控制中，不管使用MPC或是PID。這種反饋控制能夠因此被鍛煉以使運行成本最小化。
以上還描述了一種技術，用來施用MPC控制以優(yōu)化WFGD工藝的運行，以便使SO2脫除效率最大化，運行成本最小化和/或實現(xiàn)期望的石膏純度高于約束條件。這種控制可以利用反饋回路中的石膏純度和/或運行成本的虛擬分析，如上所述，并能夠例如自動優(yōu)化SO2脫除效率和/或WFGD工藝的運行成本。
描述了必要的以及可選參數(shù)。使用所公開的參數(shù)，本領域技術人員能夠以常規(guī)方式施用熟知的技術以開發(fā)適當WFGD工藝的適當模型，這又能夠被例如控制WFGD工藝的MPCC1550使用以優(yōu)化WFGD工藝的運行?？梢蚤_發(fā)用于石膏純度、SO2脫除效率和/或運行成本以及各種其它因素的模型?；诟鶕疚乃龅脑?系統(tǒng)和工藝所開發(fā)的模型，能夠執(zhí)行常規(guī)MPC或其它邏輯以優(yōu)化WFGD工藝。因此，克服了WFGD工藝常規(guī)控制的限制，例如使用PIDs(其限于單輸入/單輸出結構并嚴格依靠工藝反饋，而不是工藝模型)的。通過將模型包括在反饋回路中，與先前可能的相比，WFGD工藝控制能夠甚至被進一步強化以例如使運行維持在更接近于約束條件，具有更低的變化。
還在工藝控制和WFGD工藝的虛擬在線分析內容中描述了使用WFGD工藝的基于神經網絡的模型。如上詳述的，WFGD工藝的輸入-輸出關系顯示了一種非線性關系，因此有利的是使用非線性模型，因為這種模型將最好地表示工藝的非線性。此外，還描述了使用來自WFGD工藝的經驗數(shù)據所導出的其它模型的開發(fā)。
以上還詳細描述了用于WFGD工藝控制和虛擬分析的組合模型(其考慮了基本原理和經驗工藝數(shù)據)的應用。雖然WFGD工藝的某些元素是熟知的，并且可以使用基本原理模型進行建模，但是其它元素并非十分清楚，因此最適宜地使用歷史經驗工藝數(shù)據進行建模。通過使用基本原理和經驗工藝數(shù)據的結合，可以快速地開發(fā)精確模型，而無需對工藝的全部元素進行階式試驗。
上文還詳細描述了確認WFGD工藝中所用的傳感器測量(值)的技術。如所述的，能夠代替非確認的測量(值)，由此避免由于WFGD工藝的不準確的傳感器測量(值)造成的不適當?shù)目刂?。通過確認和代替壞的測量(值)，基于正確的工藝值，現(xiàn)在WFGD工藝能夠連續(xù)運行。
還詳細描述了滾動排放的控制。因此，考慮到本發(fā)明公開內容，能夠控制WFGD工藝使得能夠恰當?shù)鼐S持一個或多個工藝的滾動排放平均值。使用單個控制器或者多個級聯(lián)控制器能夠實施MPC以控制工藝。使用所述技術，WFGD工藝能夠被控制，例如，使得同時考慮和維持多個滾動平均值，同時使運行成本最小化。
SCR子系統(tǒng)結構重點描述MPCC對SCR的應用證明本發(fā)明可用于其它環(huán)境和實施。SCR的主要控制目標包括·NOx脫除-為依從規(guī)章或資產優(yōu)化而制定該目標，·控制氨泄漏，和·最小成本運行-管理SCR催化劑和氨的使用。
同樣，可以使用與WFGD一起討論的類似的測量和控制方法論測量如所討論的，氨泄漏是一個重要的控制參數(shù)，其未被經常測量。如果沒有直接測量氨泄漏，有可能從進口和出口NOx測量(值)2112和2111以及流到SCR 2012的氨來計算氨泄漏。這種計算的精度值得懷疑，因為它需要精確和可重復的測量并且包括評價大數(shù)目之間的小差異。在沒有直接測量氨泄漏的情況下，另外使用虛擬在線分析器技術以指導氨泄漏的計算，從而產生較高保真度的氨泄漏估計(值)。
在VOA中的第一步驟估計了催化劑潛能(反應系數(shù))和通過SCR催化劑的空間速度相關方差(SVCV，space velocity correlation variance)。使用進口煙道氣流量、溫度、催化劑全部運行時間和進口NOx和出口NOx的數(shù)量來計算這些。催化劑潛能和SVCV的計算是對許多樣品的時間平均。催化劑潛能緩慢變化，因此使用許多數(shù)據點來計算該潛能，而SVCV更常變化，所以使用相對少的數(shù)據點來計算SVCV。給定催化劑潛能(反應系數(shù))、空間速度相關方差(SVCV)和進口NOx，使用圖9中所示的技術能夠計算氨泄漏的估計(值)。
如果氨泄漏硬件傳感器是可得的，從這種傳感器至工藝模型的反饋回路將用于自動使VOA產生偏差。將使用VOA以顯著降低硬件傳感器的一般有噪音的輸出信號。
最后，應當注意到能夠使用SCR運行成本的虛擬在線分析器。如以前段落所述，由基本原理開發(fā)運行成本模型。同樣，使用虛擬在線分析器能夠在線計算運行成本，圖9中所示的技術被用于VOA。
控制MPCC被用于SCR控制問題以完成控制目標。類似于8的圖22顯示了SCR MPCC 2500的MPCC結構。由于與圖8相類似，沒有必要詳細討論圖22，MPCC 2500將從上文圖8的討論中得到理解。圖23A顯示了將MPCC 2500應用于SCR子系統(tǒng)2170′。SCR子系統(tǒng)2170′規(guī)章控制方案的最大變化是用MPCC 2500代替了圖20中所示的NOx脫除PID控制器2020和負載前饋控制器2220的功能。MPCC 2500直接地計算氨流量SP 2021A′，供氨流量控制器(PID 2010)使用。
MPCC 2500可以調整一個或多個氨流量以控制NOx脫除效率和氨泄漏。假如具有足夠多的進口和出口NOx分析器2003和2004的測定值以及來自氨分析器2610的氨泄漏測量(值)2611以確定NOx脫除效率和氨曲線信息，MPCC 2500將控制總的或平均的NOx脫除效率和氨泄漏及曲線值。NOx脫除效率和氨泄漏曲線中的多個值的協(xié)調控制使得明顯減小了平均工藝值的變化。較少的變化轉化為系統(tǒng)內較少的“熱”停機。這種曲線控制需要至少某種形式的曲線測量和控制，即，一個以上NOx進口、NOx出口和氨泄漏測量(值)和一個以上可動態(tài)調整的氨流量。需要承認的是，在沒有必需的輸入(測量值)和控制措施(氨流量)的情況下，MPCC 2500將不能實施曲線控制和捕獲所產生的益處。
從MPCC 2500的觀點來看，與曲線控制有關的附加參數(shù)增加了控制器的尺寸，但是沒有改變總的控制方法、方案和目標。因此，接下來的討論將考慮SCR子系統(tǒng)的控制，而沒有曲線調整。
圖23B顯示MPCC 2500的概況。
優(yōu)化SCR子系統(tǒng)運行基于期望的運行標準和適當調諧的目標函數(shù)和調諧因子2902，MPCC 2500將執(zhí)行預測邏輯2850，根據動態(tài)控制模型2870并且基于適當?shù)妮斎牖蛴嬎銋?shù)，以首先確定SCR子系統(tǒng)2170′的長期運行目標。MPCC 2500然后將映射最佳過程，例如最佳軌跡和途徑，從工藝變量(操控和受控變量)的當前狀態(tài)至這些工藝變量相應確定的長期運行目標的。MPCC 2500接下來根據確定的長期運行目標和最佳過程映射以產生控制指令來修正SCR子系統(tǒng)2170′運行。最后，基于控制指令，執(zhí)行控制發(fā)生器邏輯2860的MPCC 2500產生控制信號并通信至SCR子系統(tǒng)2170′。
因此，根據動態(tài)控制模型和當前實測和計算的參數(shù)數(shù)據，基于所選目標函數(shù)，例如根據當前電力成本或者規(guī)章信用價格，MPCC 2500進行SCR子系統(tǒng)2170′運行的第一次優(yōu)化以確定期望的目標穩(wěn)態(tài)。根據動態(tài)控制模型和工藝歷史數(shù)據，MPCC 2500然后進行SCR子系統(tǒng)2170′運行的第二次優(yōu)化以確定動態(tài)途徑，沿該動態(tài)途徑使工藝變量從當前狀態(tài)移動到期望的目標穩(wěn)態(tài)。有利地，由MPCC 2500執(zhí)行的預測邏輯確定一種途徑，該途徑將有利于通過MPCC 2500控制SCR子系統(tǒng)2170′運行使得盡可能快地將工藝變量移動到每一個工藝變量的期望目標狀態(tài)，同時在沿動態(tài)途徑的每一個點處使每一個工藝變量的期望目標狀態(tài)和每一個工藝變量的實際當前狀態(tài)之間的誤差或偏差最小化。
因此，MPCC 2500不僅解決了當前瞬間時間(T0)的控制問題，而且解決了在其中工藝變量從當前狀態(tài)(T0處)到目標穩(wěn)態(tài)(Tss處)移動的周期期間所有其它瞬間時間處的控制問題。這允許通過遍歷從當前狀態(tài)至目標穩(wěn)態(tài)的整個途徑來優(yōu)化工藝變量的移動。當相比于使用常規(guī)SCR控制器(早先所述的PID)來移動工藝參數(shù)時，這又提供了附加的穩(wěn)定性。
優(yōu)化控制SCR子系統(tǒng)是可能的，因為工藝關系在動態(tài)控制模型2870中體現(xiàn)并且因為改變目標函數(shù)或非工藝輸入(例如經濟輸入或變量調諧)不影響這些關系。因此，一旦確認了動態(tài)控制模型，有可能操控或改變MPCC 2500控制SCR子系統(tǒng)2170′的方式，由此在不同狀況(包括不同的非工藝狀況)下操控或改變WFGD工藝，而無需進一步考慮工藝水平。
再參考圖23A和23B，將對最大化NOx信用的目標函數(shù)和對于最大化收益性或最小化SCR子系統(tǒng)運行損失的目標函數(shù)來描述SCR子系統(tǒng)2170′的控制的實例。本領域技術人員應該理解的是，通過產生其它運行方案的調諧因子，有可能優(yōu)化、最大化或最小化SCR子系統(tǒng)中的其它可控參數(shù)。
最大化NOx信用為最大化NOx信用，根據動態(tài)控制模型2870(具有目標函數(shù)，其中調諧定值被配置以最大化NOx信用)MPCC 2500執(zhí)行預測邏輯2850。應該認識到，從SCR工藝的觀點來看，最大化NOx信用要求NOx的回收最大化。
在目標函數(shù)中輸入的調諧定值將允許目標函數(shù)平衡操控變量相對于NOx排放變化的影響。
優(yōu)化的凈結果將是MPCC 2500將·通過增加氨流量設定點而增加NOx脫除，其受以下約束條件的約束·最大氨泄漏。
在這種運行方案下，MPCC 2500完全聚焦于增加NOx脫除以產生NOx信用。MPCC 2500將承兌氨泄漏的工藝約束條件。但是，這種方案不提供氨或氨泄漏成本/價值和NOx信用價值之間的平衡。當NOx信用價值遠超過氨和氨泄漏成本/價值時，這種方案將是適當?shù)摹?br> 最大化收益性或最小化損失MPCC 2500中的目標函數(shù)可被配置，以便它將最大化收益性或最小化損失。這種運行方案可稱作“資產優(yōu)化”方案。這種方案還需要精確的和最新的電功率、NOx信用、氨和任何氨泄漏對下游設備的影響的成本/價值信息。
在控制器模型中與每一個變量有關的成本/價值因素被輸入到目標函數(shù)中。然后，指導MPCC 2500中的目標函數(shù)以最小化成本/最大化利潤。如果利潤被定義為負成本，那么成本/利潤變成了最小化目標函數(shù)的連續(xù)函數(shù)。
在這種方案下，目標函數(shù)將在其中產生附加NOx信用的邊際價值等于產生該信用的邊際成本的點處識別最小成本運行。應當注意到目標函數(shù)是約束最優(yōu)化，所以最小化成本解將受以下約束條件的約束·最小NOx脫除(為與排放許可/目標依從)，·最小氨泄漏，·最小化氨使用這種運行方案將對電力的價值/成本和NOx信用的價值/成本的變化敏感。為了最大受益，這些成本因素應該實時更新。
例如，假定在每一個控制器執(zhí)行前更新成本因素，因為電力需求在白天增加，所以所產生的電功率的現(xiàn)場價值也增加。假定對于公用工程來說，有可能在這一現(xiàn)場價值出售附加功率并且在當時NOx信用價值基本上固定，那么將存在明顯最小化氨泄漏的動機，因為這將使空氣預熱器保持更潔凈并使得更高效的發(fā)電。存在著顯著的經濟剌激以將附加功率放到電力網上。與MPCC 2500中的電功率目標函數(shù)有關的成本/價值因素將隨著電力現(xiàn)場價值變化而變化，并且目標函數(shù)將到達新的滿足運行約束條件但使用更少電功率的解。
相反地，如果NOx信用的現(xiàn)場價值增加，存在著附加的NOx信用的市場，并且電功率的成本/價值相對固定，那么通過受運行約束條件的約束來增加NOx脫除，MPCC 2500中的目標函數(shù)將響應這種變化。
在兩個范例方案中，MPCC 2500將遵守全部運行約束條件，然后MPCC 2500中的目標函數(shù)將尋找其中一種NOx信用的邊際價值等于產生該信用所需的邊際成本的最佳運行點。
總結本領域技術人員還將認識到，雖然根據一個或多個優(yōu)選的實施方案在上文中描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不受其限制。上述發(fā)明的各種特征和方面可單獨或共同使用。進一步地，盡管在特定環(huán)境中和對于特定目的，例如濕法煙道氣脫硫(WFGD)和簡述選擇性催化還原(SCR)，已經詳述了本發(fā)明的實施，但是本領域技術人員將認識到其可用性不受此限制，并且本發(fā)明能夠有利地在許多環(huán)境和實施中使用。因此，以下所述的權利要求應該在考慮本文中所公開的本發(fā)明的全部實質和精神的情況下進行理解。
權利要求
1.一種多層控制器，其用于指導進行某種工藝的系統(tǒng)的運行，所述工藝具有多工藝參數(shù)(MPPs)，所述MPPs中的至少一個是可控工藝參數(shù)(CTPP)并且MPPs中的一個是目標工藝參數(shù)(TPP)，所述工藝還具有限定的目標值(DTV)，其表示對在長度TPLAAV2的限定時間周期內的TPP的實際均值(AAV)的第一限制，其中在限定周期內基于TPP的實際值(AVs)計算AAV，所述多層控制器包含第一邏輯控制器，其具有邏輯以預測在第一未來時間周期(FFTP)內的TPP的未來均值(FAVs)，所述第一未來時間周期的長度為至少TPLAAV2并且從當前時間T0延伸至未來時間TAAV2，在所述時間或在其之前，TPP將移動到穩(wěn)態(tài)，其中，基于(i)在第一在先時間周期(FPTP)內的各個時間的TPP的AAVs，所述第一在先時間周期的長度至少為TPLAAV2并且從在先時間T-AAV2延伸至當前時間T0，(ii)MPPs的當前值，和(iii)DTV，來預測FA0Vs；和第二邏輯控制器，其具有邏輯(a)以確定第二未來時間周期(SFTP)的進一步的目標值(FTV)，其表示對TPP的AAV的第二限制，SFTP的長度為TPLAAV1，其小于長度TPLAAV2，并且從當前時間T0延伸至未來時間TAAV1，其中基于一個或多個在FFTP內的預測的TPP的FAVs來確定FTV，(b)以基于(i)在第二在先時間周期(SFTP)內的各個時間的TPP的AAVs，所述第二在先時間周期的長度為TPLAAV1并且從在先時間T-AAV1延伸至當前時間T0，(ii)MPPs的當前值，和(iii)FTV，來確定每一個CTPP的目標設定點，和(c)以根據CTPP的確定的目標設定點來指導控制每一個CTPP。
2.根據權利要求1的多層控制器，其中通過(a)基于(i)在SPTP內的各個時間的TPP的AAVs和(ii)MPPs的當前值預測在SFTP內的TPP的FAVs，和(b)還基于(i)MPPs的當前值和(ii)每一個CTPP的目標設定點在SFTP內的各個時間預測TPP的FAVs來確定每一個CTPP的目標設定點。
3.根據權利要求1的多層控制器，還包括存儲介質，其被配置以存儲表示在FPTP內的TPP的AAVs的歷史數(shù)據。
4.根據權利要求1的多層控制器，其中確定整個SFTP的FTV。
5.根據權利要求1的多層控制器，其中第二邏輯控制器被進一步配置以確定每一個CTPP的的目標設定點，使得在多個移動時間周期(MTPs)中的每一個內的TPP的AAV將依從DTV，所述每一個移動時間周期具有不同的開始時間和所述每一個移動時間周期具有當前時間T0之后的終止時間。
6.根據權利要求1的多層控制器，還包括輸入設備，其被配置以在當前時間T0或之前輸入將在當前時間T0或之后出現(xiàn)的事件；其中第一邏輯控制器具有進一步的邏輯以也基于輸入事件來預測在FFTP內的TPP的FAVs；其中第二邏輯控制器具有進一步的邏輯以也基于輸入事件來確定每一個CTPP的的目標設定點。
7.根據權利要求6的多層控制器，其中所述輸入事件表征出MPPs中的至少一個的變化或者與為進行該工藝而運行系統(tǒng)有關的至少一個非工藝參數(shù)(NPP)的變化。
8.根據權利要求7的多層控制器，其中所述MPPs中的至少一個包括在系統(tǒng)上的負載；和所述至少一個NPP包括電功率成本、規(guī)章信用價值和工藝副產物價值中的一個或多個。
9.根據權利要求1的多層控制器，其中該系統(tǒng)是濕法煙道氣脫硫(WFGD)系統(tǒng)，其接收擔載SO2的濕煙道氣，施加石灰石漿料以從所接收的擔載SO2的濕煙道氣中脫除SO2，并且排出脫硫煙道氣；所述至少一個CTPP包括相應于所施加的石灰石漿料的pH水平的參數(shù)和相應于所施加的石灰石漿料的分布的參數(shù)中的一個或多個；和所述TPP是相應于排出的脫硫煙道氣中SO2的量的參數(shù)。
10.根據權利要求1的多層控制器，其中該系統(tǒng)是選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)，其接收擔載NOx的煙道氣，施加氨以從所接收的擔載NOx的煙道氣中脫除NOx，由此控制NOx的排放，并且排出被還原的NOx煙道氣；所述至少一個CTPP包括相應于所施加的氨的量的參數(shù)；和所述TPP是排出的煙道氣中NOx的量。
11.根據權利要求1的多層控制器，還包括神經網絡工藝模型和非神經網絡工藝模型中的一個模型；其中該一個模型表示TPP和至少一個CTPP之間的關系；其中第一邏輯控制器根據該一個模型來預測FAVs；其中第二邏輯控制器根據該一個模型來確定每一個CTPP的目標設定點。
12.根據權利要求11的多層控制器，其中該一個模型包括基本原理模型、混合模型和回歸模型中的一個。
13.一種控制器，其用于指導進行某種工藝的系統(tǒng)的運行，所述工藝具有多工藝參數(shù)(MPPs)，其包括至少一個可控工藝參數(shù)(CTPP)和至少一個目標工藝參數(shù)(TPP)，所述工藝具有限定的目標值(DTV)，其表示對在時間周期(TP)內的TPP的實際均值(AAV)的第一限制，所述控制器包含神經網絡工藝模型和非神經網絡工藝模型中的一個模型，該一個模型表示TPP和至少一個CTPP之間的關系；第一邏輯，其基于(i)在第一在先時間周期內的各個時間的TPP的AAVs，所述第一在先時間周期的長度至少為TP并且從在先時間T-F1延伸至當前時間T0，(ii)當前MPPs，(iii)DTV，和(iv)該一個模型來預測在第一時間周期(FTP)內的TPP的未來均值(FAVs)所相應的途徑，所述第一時間周期從當前時間T0延伸至未來時間TF1，在其之前，TPP將移動到穩(wěn)態(tài)，并且所述第一時間周期長度為至少TP；和第二邏輯，其基于所預測的途徑來建立第二時間周期(STP)的進一步的目標值(FTV)，所述目標值表示對TPP的AAV的第二限制，所述第二時間周期從當前時間T0延伸至未來時間TF2并且長度小于FTP，從而基于FTV和該一個模型來確定每一個CTPP的目標設定點并基于每一個CTPP的目標設定點指導系統(tǒng)運行的控制。
14.一種用于指導工藝行為的方法，該工藝具有多工藝參數(shù)(MPPs)，MPPs中的至少一個是可控工藝參數(shù)(CTPP)并且MPPs中的一個是目標工藝參數(shù)(TPP)，并且具有限定的目標值(DTV)，其表示對在長度TPLAAV2的限定時間周期內的TPP的實際均值(AAV)的第一限制，其中在限定周期內基于TPP的實際值(AVs)計算AAV，所述方法包含預測在第一未來時間周期(FFTP)內的TPP的未來均值(FAVs)，所述第一未來時間周期的長度為至少TPLAAV2并且從當前時間T0延伸至未來時間TAAV2，在該時間或在其之前，TPP將移動到穩(wěn)態(tài)，其中，基于(i)在第一在先時間周期(FPTP)內的各個時間的TPP的AAVs，所述第一在先時間周期的長度至少為TPLAAV2并且從在先時間T-AAV2延伸至當前時間T0，(ii)MPPs的當前值，和(iii)DTV，來預測FAVs；建立第二未來時間周期(SFTP)末端的進一步的目標值(FTV)，其表示對TPP的AAV的第二限制，SFTP的長度等于TPLAAV1，其中TPLAAV1小于長度TPLAAV2，并且從當前時間T0延伸至未來時間TAAV1，其中基于一個或多個在FFTP內的預測的TPP的FAVs來建立FTV；基于(i)在第二在先時間周期(SPTP)內的各個時間的TPP的AAVs，所述第二在先時間周期的長度為TPLAAV1并且從在先時間T-AAV1延伸至當前時間T0，(ii)MPPs的當前值，和(iii)FTV，來確定每一個CTPP的目標設定點；根據CTPP的確定的目標設定點來指導控制每一個CTPP。
15.根據權利要求14的方法，其中通過(a)基于(i)在SPTP內的各個時間的TPP的AAV和(ii)MPPs的當前值預測在SFTP內的TPP的FAV，和(b)還基于(i)MPPs的當前值和(ii)每一個CTPP的目標設定點在SFTP內的各個時間預測TPP的FAVs來確定每一個CTPP的目標設定點。
16.根據權利要求14的方法，還包括存儲表示在FPTP內的TPP的AAVs的歷史數(shù)據。
17.根據權利要求14的方法，其中確定每一個CTPP的目標設定點，使得在多個移動時間周期(MTPs)中的每一個內的TPP的AAV將依從DTV，所述每一個移動時間周期具有不同的開始時間和所述每一個移動時間周期具有當前時間T0之后的終止時間。
18.根據權利要求15的方法，還包括在當前時間T0或之前接收相應于將在當前時間T0或之后出現(xiàn)的事件的輸入；其中也基于輸入事件來預測在FFTP內的TPP的FAVs；其中基于輸入事件確定每一個CTPP的目標設定點。
19.根據權利要求18的方法，其中所述輸入表示MPPs中的至少一個的變化或者與工藝行為有關的至少一個非工藝參數(shù)(NPP)的變化。
20.根據權利要求14的方法，其中該工藝是濕法煙道氣脫硫(WFGD)工藝，其接收擔載SO2的濕煙道氣，施加石灰石漿料以從所接收的擔載SO2的濕煙道氣中脫除SO2，并且排出脫硫煙道氣；至少一個CTPP包括相應于所施加的石灰石漿料的pH水平的參數(shù)和相應于所施加的石灰石漿料的量的參數(shù)中的一個或多個；和TPP是相應于排出的脫硫煙道氣中SO2的量的參數(shù)。
21.根據權利要求14的方法，其中該工藝是選擇性催化還原(SCR)工藝，其施加氨以從擔載NOx的煙道氣中脫除NOx，由此控制NOx的排放，并且排出被還原的NOx煙道氣；至少一個CTPP包括相應于所施加的氨的量的參數(shù)；和TPP是排出的煙道氣中NOx的量。
22.根據權利要求14的方法，其中根據神經網絡工藝模型和非神經網絡工藝模型中的一個預測FAVs并確定每一個CTPP的目標設定點；和該一個模型表示TPP和至少一個CTPP之間的關系。
23.根據權利要求22的方法，其中所述一個模型包括基本原理模型、混合模型和回歸模型中的一個。
24.一種用于指導控制工藝行為的方法，所述工藝具有多工藝參數(shù)(MPPs)，其包括至少一個可控工藝參數(shù)(CTPP)和至少一個目標工藝參數(shù)(TPP)，所述工藝具有限定的目標值(DTV)，其表示對在時間周期(TP)內的TPP的實際均值(AAV)的第一限制，所述方法包含基于(i)在第一在先時間周期內的各個時間的TPP的AAVs，所述第一在先時間周期的長度至少為TP并且從在先時間T-F1延伸至當前時間T0，(ii)當前MPPs，(iii)DTV，和(iv)神經網絡模型和非神經網絡模型中的一個，該一個模型表示TPP和至少一個CTPP之間的關系，來預測在第一時間周期(FTP)內的TPP的未來均值(FAVs)所相應的途徑，所述第一時間周期從當前時間T0延伸至未來時間TF1，在該時間或在其之前，TPP將移動到穩(wěn)態(tài)，并且所述第一在先時間周期的長度至少為TP；基于所預測的途徑來建立第二時間周期(STP)的進一步的目標值(FTV)，其表示對TPP的AAV的第二限制，所述第二時間周期從當前時間T0延伸至未來時間TF2并且其長度小于FTP；基于所建立的FTV和該一個模型來確定每一個CTPP的目標設定點；和基于每一個CTPP的目標設定點，指導控制工藝的行為。
全文摘要
一種多層控制器(610)，其用于指導進行某種工藝的系統(tǒng)(620)的運行。所述工藝具有多工藝參數(shù)(MPPs)(625)，MPPs(625)中的至少一個是可控工藝參數(shù)(CTPP)(615)并且MPPs(625)中的一個是目標工藝參數(shù)(TPP)(625)。所述工藝還具有限定的目標值(DTV)，其表示對在長度TPL
文檔編號B01D53/00GK101048710SQ200580037075
公開日2007年10月3日 申請日期2005年8月3日 優(yōu)先權日2004年8月27日
發(fā)明者S·A·博伊登, S·皮徹 申請人:阿爾斯托姆科技有限公司