一种用于石膏脱水的最优控制系统及控制方法与流程

1.本发明属于石膏脱水技术领域，特别涉及一种用于石膏脱水的最优控制系统及控制方法。


背景技术：

2.石灰石/石膏湿法脱硫是目前世界上广泛采用的烟气脱硫技术。在现代的石灰石湿法烟气脱硫工艺中，烟气由含亚硫酸钙和硫酸钙的石灰石浆液洗涤，so2与浆液中的碱性物质发生化学反应生成亚硫酸盐和硫酸盐。浆液中的固体连续地从浆液中分离出来并排出，新鲜石灰石加入后同原有浆液一起循环回到吸收塔，使反应不断向正方向进行，达到持续去除so2的作用。在此过程中，吸收塔的石膏浆液通过石膏排出泵送入石膏水力旋流站浓缩，浓缩后的石膏浆液进入真空皮带脱水机进行脱水处理，可供综合利用。石膏脱水的工艺流程为，石膏浆液从吸收塔通过石膏排出泵排出到石膏旋流器，通过旋流器进行分离后，浓度大的浆液通过旋流器的底流排出到真空脱水皮带机进行脱水，每台石膏排出泵对应一台石膏旋流器。由于每台吸收塔的石膏含固量是动态变化的，因此需要旋流器上的旋流子投入个数也随之动态变化，使得旋流器的出力发生动态变化，其下游的真空脱水皮带机也需要随之进行变频调节，以便对脱水石膏的厚度进行控制。当前对于旋流子投入或切除，需要操作安装在就地的手动阀来实现，对于真空皮带机变频控制，需要远方手动调节。采用传统的控制方式非常消耗人力，稍有不慎可能造成石膏脱水系统不稳定，导致石膏品质变差，旋流器过负荷工作等问题。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明提供一种用于石膏脱水的最优控制系统及控制方法，以解决现有石膏脱水手动控制方式消耗人力，容易造成石膏脱水系统不稳定，导致石膏品质变差，旋流器过负荷工作的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种用于石膏脱水的最优控制系统，包括：脱硫塔系统，数据采集装置和dcs控制器，脱硫塔系统与数据采集装置相连接，数据采集装置通过数据传输设备与dcs控制器相连，其中脱硫塔系统包括依次连接的脱硫吸收塔，石膏排出泵，旋流器和真空脱水皮带机，数据采集装置包括设置在旋流器的入口位置的石膏浆液密度测量装置和远传压力变送器，石膏浆液密度测量装置和远传压力变送器的输入端分别与旋流器的入口相连接，石膏浆液密度测量装置和远传压力变送器的输出端分别与dcs控制器相连，旋流器上设置有多个旋流子，多个旋流子分别通过远控电动阀与dcs控制器相连接， dcs控制器利用远控电动阀控制多个旋流子的投入和切除，并根据旋流子的投入和切除个数对真空脱水皮带机的转速进行自适应调节。
5.根据本发明的一个具体实施例，远传压力变送器用于测量旋流器的实时工作压力，并将测量的旋流器实测压力数据传输至dcs控制器中。
6.根据本发明的一个具体实施例，石膏浆液密度测量装置用于测量脱硫吸收塔排出
的石膏浆液密度，并将测量的石膏浆液密度实测数据传输至dcs控制器中。
7.根据本发明的一个具体实施例，dcs控制器包括依次连接的数据建模模块和数据分析模块，数据分析模块的输出端分别连接有旋流子投切控制模块和真空皮带机变频控制模块。
8.根据本发明的一个具体实施例，数据建模模块用于根据石膏浆液密度，旋流器压力和经验系数建立旋流子最优控制数学模型，并基于最优控制数学模型和测量得到的石膏浆液密度实测数据和旋流器实测压力数据计算旋流子的最优投入个数。
9.根据本发明的一个具体实施例，数据建模模块还用于根据石膏浆液密度和旋流子的最优投入个数建立石膏最优厚度控制模型，并基于石膏最优厚度控制模型计算真空脱水石膏的最优厚度值。
10.根据本发明的一个具体实施例，数据分析模块用于根据旋流子的最优投入个数和真空脱水石膏的最优厚度值分析计算真空皮带机的最优转速。
11.根据本发明的一个具体实施例，旋流子投切控制模块用于接收数据分析模块发送的旋流子控制指令，并根据旋流子控制指令控制旋流器的多个旋流子的投入和切除。
12.根据本发明的一个具体实施例，真空皮带机变频控制模块用于接收数据分析模块发送的变频控制指令，并根据变频控制指令调节真空皮带机的工作频率及转速。
13.本发明还提供了一种用于石膏脱水的最优控制方法，包括：采集待测量数据，并将待测量数据传输至dcs控制器，其中待测量数据包括石膏浆液密度实测数据和旋流器工作压力实测数据；根据石膏浆液密度，旋流器压力和经验系数建立旋流子最优控制数学模型，并基于最优控制数学模型和采集的石膏浆液密度实测数据和旋流器工作压力实测数据计算旋流子的最优投入个数；根据石膏浆液密度和旋流子的最优投入个数建立石膏最优厚度控制模型，并基于石膏最优厚度控制模型计算石膏最优厚度值；根据旋流子的最优投入个数和石膏最优厚度值计算真空皮带机的最优转速和最优工作频率；根据旋流子的最优投入个数向旋流器发送旋流子控制指令，控制旋流器的多个旋流子的投入和切除；根据真空皮带机的最优转速和最优工作频率向真空脱水皮带机发送变频控制指令，调节真空皮带机的转速和工作频率。
14.与现有技术相比，本发明提供的一种用于石膏脱水的最优控制系统及控制方法，该系统通过设置的石膏浆液密度测量装置采集吸收塔石膏浆液密度，通过设置的远传压力变送器采集旋流器的工作压力，将采集的吸收塔浆液密度和旋流器压力数据传输至dcs控制器中建立数学模型，再根据以上参数的变化控制旋流子投入的个数，从而控制旋流器的压力，进而实现旋流器底流量和浓度优化控制，根据旋流子投入个数，结合数据模型，实现真空皮带机的自动控制调节的目的。此外该系统将旋流子就地手动阀改为远控电动阀，无需专业人员到工艺系统就地操作、观察，仅通过在脱硫集控室dcs的操作和监测，并结合智能算法分析自动控制石膏旋流器旋流子的投入和切换，自动控制真空脱水皮带机变频实现最优石膏厚度控制，由此大大降低了运行人员的操作量，实现脱硫脱水系统的dcs无需人为
干预的智能自动优化控制，整个脱水系统运行更稳定，旋流器工作更加稳定可靠，石膏脱水效果更好，品质更高，提高了经济效益。
附图说明
15.图1是根据本发明一实施例提供的用于石膏脱水的最优控制系统结构框图。
16.图2是根据本发明一实施例提供的dcs控制器结构框图。
17.图3是根据本发明一实施例提供的用于石膏脱水的最优控制方法流程图。
18.附图标记：1-脱硫吸收塔；2-石膏排出泵；3-旋流器；4-真空脱水皮带机；5-远控电动阀；6-远传压力阀；7-dcs控制器；3.1-旋流子；7.1-数据建模模块；7.2-数据分析模块；7.3-旋流子投切控制模块；7.4-真空皮带机变频控制模块。
具体实施方式
19.为了使本领域技术人员更加清楚地理解本发明的概念和思想，以下结合具体实施例详细描述本发明。应理解，本文给出的实施例都只是本发明可能具有的所有实施例的一部分。本领域技术人员在阅读本技术的说明书以后，有能力对下述实施例的部分或整体作出改进、改造、或替换，这些改进、改造、或替换也都包含在本发明要求保护的范围内。
20.在本文中，术语“第一”、“第二”和其它类似词语并不意在暗示任何顺序、数量和重要性，而是仅仅用于对不同的元件进行区分。在本文中，术语“一”、“一个”和其它类似词语并不意在表示只存在一个事物，而是表示有关描述仅仅针对事物中的一个，事物可能具有一个或多个。在本文中，术语“包含”、“包括”和其它类似词语意在表示逻辑上的相互关系，而不能视作表示空间结构上的关系。例如，“a包括b”意在表示在逻辑上b属于a，而不表示在空间上b位于a的内部。另外，术语“包含”、“包括”和其它类似词语的含义应视为开放性的，而非封闭性的。例如，“a包括b”意在表示b属于a，但是b不一定构成a的全部，a还可能包括c、d、e等其它元素。
21.在本文中，术语“实施例”、“本实施例”、“一实施例”、“一个实施例”并不表示有关描述仅仅适用于一个特定的实施例，而是表示这些描述还可能适用于另外一个或多个实施例中。本领域技术人员应理解，在本文中，任何针对某一个实施例所做的描述都可以与另外一个或多个实施例中的有关描述进行替代、组合、或者以其它方式结合，替代、组合、或者以其它方式结合所产生的新实施例是本领域技术人员能够容易想到的，属于本发明的保护范围。
22.实施例1本发明的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施方式的实践了解到。结合图1和图2，本发明实施例提供第一种用于石膏脱水的最优控制系统， 包括：脱硫塔系统，数据采集装置和dcs控制器7，脱硫塔系统与数据采集装置相连接，数据采集装置通过数据传输设备与dcs控制器7相连，其中脱硫塔系统包括依次连接的脱硫吸
收塔1，石膏排出泵2，旋流器3和真空脱水皮带机4，数据采集装置包括设置在旋流器3的入口位置的石膏浆液密度测量装置5和远传压力变送器6，石膏浆液密度测量装置5和远传压力变送器6的输入端分别与旋流器3的入口相连接，石膏浆液密度测量装置5和远传压力变送器6的输出端分别与dcs控制器7相连，旋流器3上设置有多个旋流子3.1，多个旋流子3.1分别通过远控电动阀8与dcs控制器7相连接， dcs控制器7利用远控电动阀8控制多个旋流子3.1的投入和切除，并根据旋流子3.1的投入和切除个数对真空脱水皮带机4的转速进行自适应调节。利用远控电动阀8对旋流器3上的旋流子3.1的投入和切除进行远程自动控制，大大降低了运行人员的工作量，实现了石膏脱水系统的自动优化控制，使整个脱水系统运行更加稳定，旋流器的工作更加稳定可靠，进而使石膏脱水效果更好。
23.具体的，石膏浆液密度测量装置5用于测量脱硫吸收塔排出的石膏浆液密度，并将测量的石膏浆液密度实测数据传输至dcs控制器7中。远传压力变送器6用于测量旋流器3的实时工作压力，并将测量的旋流器实测压力数据传输至dcs控制器7中。脱硫吸收塔1投入使用后，随着石膏浆液密度发生变化，石膏浆液底流的石膏含固量也发生变化，石膏含固量与石膏厚度呈正相关，石膏含固量越高，石膏厚度越大，如果真空脱水皮带机4的转速较低石膏厚度较大时，石膏上层水就抽不干净，脱水效果差，反之如果真空脱水皮带机4的转速较快，石膏还来不及脱水就进入石膏仓了。由于石膏厚度是一个动态目标值，需要通过采集石膏浆液密度和旋流器压力数据，并结合运行经验数据确定旋流器3上的旋流子3.1的一个最佳运行个数，确保石膏浆液底流的石膏含固量达到最优值，同时真空皮脱水带机4也存在一个动态的最佳运行速度，使在当前石膏浆液密度和旋流子投入的数量下石膏脱水效果最佳。
24.具体的，dcs控制器7包括依次连接的数据建模模块7.1和数据分析模块7.2，数据分析模块7.1的输出端分别连接有旋流子投切控制模块7.3和真空皮带机变频控制模块7.4。
25.其中数据建模模块7.1用于根据石膏浆液密度，旋流器压力和经验系数建立旋流子最优控制数学模型，并基于最优控制数学模型和测量得到的石膏浆液密度实测数据和旋流器实测压力数据计算旋流子的最优投入个数。数据建模模块7.1还用于根据石膏浆液密度和旋流子的最优投入个数建立石膏最优厚度控制模型，并基于石膏最优厚度控制模型计算真空脱水石膏的最优厚度值。通过石膏浆液密度、旋流器压力和经验系数建立旋流子最优控制数学模型，并在该数学模型中输入变化的石膏浆液密度和旋流器压力数据确定旋流子的投入个数，从而控制旋流器的工作压力，进而实现旋流器的石膏浆液底流量和浓度优化控制。再根据旋流子投入个数建立石膏最优厚度控制模型，计算得到石膏最优厚度值，进而实现真空脱水皮带机的转速和工作频率自动控制调节的目的。
26.数据分析模块7.2用于根据旋流子的最优投入个数和真空脱水石膏的最优厚度值分析计算真空皮带机的最优转速。通过分析旋流子的最优投入个数和真空脱水石膏的最优厚度值，再结合石膏浆液密度、旋流器压力、投入旋流器的个数和运行经验数据计算出真空脱水皮带机的最优转速和工作频率，进而实现真空脱水皮带机的最优控制。
27.旋流子投切控制模块7.3用于接收数据分析模块发送的旋流子控制指令，并根据旋流子控制指令控制旋流器的多个旋流子的投入和切除。真空皮带机变频控制模块7.4用于接收数据分析模块发送的变频控制指令，并根据变频控制指令调节真空皮带机的工作频
率及转速。
28.实施例2结合图3，本发明实施例提供了一种用于石膏脱水的最优控制方法，本发明实施例的最优控制方法适用于实施例1提供的一种用于石膏脱水的最优控制系统，具体包括以下步骤：s1：采集待测量数据，并将待测量数据传输至dcs控制器7，其中待测量数据包括石膏浆液密度实测数据和旋流器工作压力实测数据。
29.s2：根据石膏浆液密度，旋流器压力和经验系数建立旋流子最优控制数学模型，并基于最优控制数学模型和采集的石膏浆液密度实测数据和旋流器工作压力实测数据计算旋流子的最优投入个数，通常旋流器上的旋流子总个数一般为5-15个，其中有1至2个处于备用状态，旋流子总个数由实际工艺负荷容量决定，本发明实施例提供的旋流子最优控制数学模型的计算公式如下：
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（1）式中，n为旋流子实际投入个数，n0为旋流子投入个数额定值，ρ为石膏浆液密度测量值，根据经验数据，石膏浆液密度的范围在1070-1150kg/m3之间，超过这个范围则造成脱水困难，p为旋流器实际工作压力，p0为旋流器额定工作压力，k1为第一经验系数，通过热态试验及数据建模拟合获得，k2为第二经验系数，通过热态试验及数据建模拟合获得，c为补偿系数，通过热态试验及数据建模拟合获得。
30.s3：根据石膏浆液密度和旋流子的最优投入个数建立石膏最优厚度控制模型，并基于石膏最优厚度控制模型计算石膏最优厚度值，其中石膏最优厚度控制模型的计算公式如下：f(ρ) =0.1199898*ρ-115.9921
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（2）
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（3）式中，f(ρ)为石膏浆液密度对应的石膏含固量，ρ为石膏浆液密度，t为真空脱水石膏动态厚度，n为旋流子实际投入个数，n0为旋流子投入个数额定值，k1为经验系数，通过热态试验及数据建模拟合获得，c为补偿系数，通过热态试验及数据建模拟合获得。
31.s4：根据旋流子的最优投入个数和石膏最优厚度值计算真空皮带机的最优转速和最优工作频率。
32.s5：根据旋流子的最优投入个数向旋流器发送旋流子控制指令，控制旋流器的多个旋流子的投入和切除。
33.s6：根据真空皮带机的最优转速和最优工作频率向真空脱水皮带机发送变频控制指令，调节真空皮带机的转速和工作频率。
34.实施例3本发明实施例中的石膏脱水系统采用一运一备方式设置，一台真空脱水皮带机可以承载两台脱硫吸收塔同时进行石膏脱水。石膏脱水的工艺流程为，石膏浆液从脱硫吸收
塔1经过石膏排出泵2排出到旋流器3，通过旋流器3进行分离后，浓度大的石膏浆液通过旋流器3的底流排出到真空脱水皮带机4进行脱水，每台石膏排出泵2对应一台旋流器3。由于每台脱硫吸收塔1的石膏含固量是动态变化的，因此旋流器3上的多个旋流子3.1的投入个数也是动态变化的，这样旋流器3的出力也发生动态变化，其下游的真空脱水皮带机4需要随之进行变频调节，实现脱水石膏的厚度控制。脱水系统投入使用后，随着石膏浆液密度发生变化，在不考虑每个旋流子的磨损程度的情况下，旋流器的旋流子存在一个最佳运行个数，确保底流石膏含固量达到最优值，真空皮带机也存在一个动态的最佳运行速度，在当前石膏浆液密度和旋流子投入的数量下使得石膏脱水效果最佳，石膏厚度的实时控制目标由dcs控制器的数学模型实时计算出，石膏厚度调节仍然采用pid控制。本发明实施例将传统的控制旋流器的手动阀门改为远控电动阀，并在旋流器的输入端加设石膏浆液密度测量装置和远传压力变送器测点，根据实时工况，通过分析石膏浆液密度、旋流器工作状况、脱水系统真空度并结合运行经验建立模型计算旋流子运行个数和石膏脱水厚度的动态控制值，并送到dcs控制器，配合远控电动阀实现旋流子的投入和切换，进而实现全工况的脱水系统自动调节运行。本发明实施例的控制原则是在实现最佳脱水效果的前提下满足经济性运行，即在达到运行人员所需的脱水效果的前提下，使真空脱水皮带机转速最小的经济性运行。
35.在另一实施例中如果脱水系统的来料浆液包括废水泥浆，则需要考虑将污泥输送泵的状态引入到模型中，并且对相关手动门进行远传电动调节门改造，还需要把泥浆泵出口压力或电流远传到dcs。
36.综上所述，本发明提供的一种用于石膏脱水的最优控制系统及控制方法，该系统通过设置的石膏浆液密度测量装置采集吸收塔石膏浆液密度，通过设置的远传压力变送器采集旋流器的工作压力，将采集的吸收塔浆液密度和旋流器压力数据传输至dcs控制器中建立数学模型，再根据以上参数的变化控制旋流子投入的个数，从而控制旋流器的压力，进而实现旋流器底流量和浓度优化控制，根据旋流子投入个数，结合数据模型，实现真空皮带机的自动控制调节的目的。此外该系统将旋流子就地手动阀改为远控电动阀，无需专业人员到工艺系统就地操作、观察，仅通过在脱硫集控室dcs的操作和监测，并结合智能算法分析自动控制石膏旋流器旋流子的投入和切换，自动控制真空脱水皮带机变频实现最优石膏厚度控制，由此大大降低了运行人员的操作量，实现脱硫脱水系统的dcs无需人为干预的智能自动优化控制，整个脱水系统运行更稳定，旋流器工作更加稳定可靠，石膏脱水效果更好，品质更高，提高了经济效益。
37.以上结合具体实施方式（包括实施例和实例）详细描述了本发明的概念、原理和思想。本领域技术人员应理解，本发明的实施方式不止上文给出的这几种形式，本领域技术人员在阅读本技术文件以后，可以对上述实施方式中的步骤、方法、系统、部件做出任何可能的改进、替换和等同形式，这些改进、替换和等同形式应视为落入在本发明的范围内，本发明的保护范围仅以权利要求书为准。