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TWI671608B - 用於控制設備之至少一操作參數之裝置及方法 - Google Patents

用於控制設備之至少一操作參數之裝置及方法 Download PDF

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TWI671608B
TWI671608B TW104127196A TW104127196A TWI671608B TW I671608 B TWI671608 B TW I671608B TW 104127196 A TW104127196 A TW 104127196A TW 104127196 A TW104127196 A TW 104127196A TW I671608 B TWI671608 B TW I671608B
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steam
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TW104127196A
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婁新生
王全
卡爾Ｈ 尼夏爾菲爾
亞曼Ａ 萊瓦瑟爾
Original Assignee
瑞士商通用電器技術有限公司
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Abstract

本發明揭示一種用於控制具有一燃燒單元(3)之一設備(1)之至少一操作參數之方法，其可包含估計該設備之至少一操作變量之一狀態，以識別該操作變量之一估計值。對於各操作變量，該操作變量之該估計值可與該操作變量之一量測值比較，以基於該操作變量之該量測值與該估計值之間之一值差來判定一不確定度值。可基於一參考信號、該量測值及用於發送至該設備(1)之至少一元件之偏差值來產生一控制信號，用於控制該設備(1)之一程序。

Description

用於控制設備之至少一操作參數之裝置及方法
本發明係關於一種用於控制一設備之至少一元件之控制系統及其操作方法。
燃燒煤或其他類型之燃料以產生電力之能量產生系統可包含至少一鍋爐或其他類型之燃燒器及一渦輪機。於以下申請案中揭示電力產生中可利用之電力產生系統及此等系統之組件之實例：美國專利公開申請案第2014/0106284號、第2014/0065560號、第2014/0065046號、第2014/0026613號、第2014/0004028號、第2013/0315810號、第2013/0298599號、第2013/0291719號、第2013/0255272號、第2013/0205827號、第2013/0167583號、第2012/0052450號、第2012/0145052號、第2010/0236500號及第2009/0133611號及美國專利第7,954,458號及第6,505,567號、歐洲專利公開申請案第EP 2 497 560號及國際公開案第WO 2013/144853號、第WO 2013/057661號、第WO 2013/027115號、第WO 2013/024339號及第WO 2013/024337號。例如，美國專利申請公開案第2012/0145052號揭示氧燃燒系統可包含一空氣分離單元、一鍋爐、一空氣污染控制系統及用於使二氧化碳與煙道氣分離之一氣體處理單元。可藉由蒸汽捕獲來自該鍋爐之該煙道氣之熱量，該蒸汽接著用於驅動一蒸汽渦輪發電機以產生電力。可接著 處理煙道氣以移除特定污染物(例如，NOx、SOx等)且經處理之煙道氣之一部分可接著回收至鍋爐以實現燃燒。
根據本文中所闡釋之態樣，提供一種控制具有一燃燒單元之一設備之至少一操作參數之方法。該方法可包含以下步驟：(a)估計該設備之至少一操作變量之一狀態以識別該操作變量之一估計值；(b)對於各操作變量，比較該操作變量之該估計值與該操作變量之一量測值以基於該操作變量之該量測值與該估計值之間的一值差來判定一不確定度值；及(c)基於一參考信號、該量測值及用於發送至該設備之至少一元件之偏差值產生一控制信號以用於控制該設備之一程序。
根據本文中所闡釋之其他態樣，一種裝置可包含經組態以連接至一設備之一燃燒單元之至少一控制器。該控制器可包含具有至少一處理器、通信連接至該處理器之非暫時性記憶體及通信連接至該處理器之至少一收發器單元之硬體。該控制器可經組態以在連接至該燃燒單元時與該燃燒單元之至少一元件通信以控制該燃燒單元之至少一操作參數。該控制器可經組態以執行一控制程序，該控制程序包含：(a)估計該設備之至少一操作變量之一狀態以識別該操作變量之一估計值；(b)對於各操作變量，比較該操作變量之該估計值與該操作變量之一量測值以基於該操作變量之該量測值與該估計值之間的一值差來判定一不確定度值；及(c)基於一參考信號、該量測值及用於發送至該設備之至少一元件之偏差值產生一控制信號以用於控制該設備之一程序。
藉由以下圖式及詳細描述來例示上述特徵及其他特徵。
1‧‧‧設備
2‧‧‧空氣分離單元(ASU)
3‧‧‧燃燒單元
4‧‧‧空氣饋送器件
5‧‧‧滌氣器
6‧‧‧燃料源
7‧‧‧預熱器
8‧‧‧電力產生單元
9‧‧‧微粒收集器器件
11‧‧‧脫硫單元
13‧‧‧氣體處理單元(GPU)
15‧‧‧煙囪
17‧‧‧儲存器件
21‧‧‧第一控制器/控制器
23‧‧‧電腦器件/分佈式控制系統
30‧‧‧適應性第二控制器
30a‧‧‧非暫時性記憶體
30b‧‧‧收發器單元
30c‧‧‧處理器
31‧‧‧控制律組件
33‧‧‧元件
35‧‧‧狀態預測器組件
37‧‧‧適應律組件
39‧‧‧過濾器
41‧‧‧過熱面板
43‧‧‧第一控制閥
45‧‧‧第一減熱器器件
47‧‧‧過熱蒸汽壓板器件
48‧‧‧第二控制閥
49‧‧‧第二減熱器器件
51‧‧‧熱交換器
61‧‧‧第一低溫再熱器器件/再熱器器件
63‧‧‧第一再熱蒸汽減熱器器件
65‧‧‧第三控制閥
67‧‧‧第二再熱器器件
69‧‧‧電器件
71‧‧‧風扇
81‧‧‧第一蒸汽溫度控制器
82‧‧‧第二蒸汽溫度控制器
83‧‧‧第三蒸汽溫度控制器
84‧‧‧第四蒸汽溫度控制器
91‧‧‧第一再熱蒸汽控制器
92‧‧‧第二再熱蒸汽控制器
93‧‧‧第三再熱蒸汽控制器
94‧‧‧第四再熱蒸汽控制器
95‧‧‧第五再熱蒸汽控制器
‧‧‧不確定度/不確定度輸出
r(t)‧‧‧參考信號
u(t)‧‧‧控制信號值/控制信號
x(t)‧‧‧量測狀態
‧‧‧估計狀態
△‧‧‧差分偵測器器件
一裝置、一設備及相關聯例示性方法之例示性實施例係展示於隨附圖式中。應理解，圖式中所使用之相似元件符號可標示相似組 件，其中：
圖1係一設備之一第一例示性實施例之一方塊圖。
圖2係繪示用於設備之第一例示性實施例之例示適應性第二控制器之一第一例示性架構之一示意圖。
圖3係設備之第一例示性實施例之一第二控制器之一例示性實施例之一方塊圖。
圖4係設備之第一例示性實施例之一第一例示性控制迴路之一方塊圖。
圖5係設備之第一例示性實施例之一第二例示性控制迴路之一方塊圖。
將自例示性實施例及相關聯例示性方法之以下描述明白本文中所揭示之創新之實施例之其他細節、目標及優點。
參考圖1至圖3，一設備1可經組態為一工業設備，發電設備或電力產生設備。該設備1可經組態以包含一燃燒單元3。該燃燒單元可包含一燃燒器(諸如一熔爐或鍋爐)，該燃燒器經組態以在一所要預指定溫度範圍內之一溫度下燃燒一化石燃料(例如，煤、天然氣等)或其他類型之燃料以形成燃燒產物(例如，蒸汽、二氧化碳、一氧化碳等)。由該燃燒單元排放之蒸汽可用於產生電力或以其他方式提供用於轉換成一所要系統輸出之熱能。自燃燒程序排放之煙道氣可被投送通過經組態以在該煙道氣自設備排放之前處理該煙道氣之一系列其他器件。煙道氣之該處理可經組態以有助於確保所排放之煙道氣遵守適用排放法規或以其他方式滿足一組所要設計準則。
在一些實施例中，設備1可經組態為一燃氧設備，該燃氧設備經組態以自一化石燃料之燃燒產生電力。例如，該設備之一些實施例可經組態為一燃氧煤粉設備。舉另一實例，設備1之其他實施例可經組 態為一燃氧天然氣設備。
設備1之一實施例可經組態以包含一空氣分離單元(ASU)2，該ASU 2經組態以使氧與其他空氣組份(例如，氮氣、二氧化碳等)分離且經由連接於該ASU 2與燃燒單元3之間的一第一氧化劑饋送管道將自空氣分離之一實質上氧氣流作為一第一氧化劑氣體流饋送至燃燒單元3。該第一氧化劑氣體流可為實質上由氧組成(例如，超過80莫耳百分比氧、90至99莫耳百分比氧、95至98莫耳百分比氧、超過80重量百分比氧或90至99重量百分比氧、90至95重量百分比氧)之一流體。
一燃料源6可連接至燃燒單元3以用於將燃料饋送至該燃燒單元。該燃料源6可為(例如)粉碎煤以用於將煤提供至燃燒單元3之一磨煤機或可為另一類型之燃料源。燃燒單元3可經組態為一鍋爐(諸如燃氧鍋爐)或可經組態為一熔爐或其他類型之燃燒器。
可將一第二氧化劑流饋送至燃燒單元3。該第二氧化劑流可包含燃料、被回收回至燃燒單元3之煙道氣及來自ASU 2之氧之一混合物。來自ASU之與煙道氣及燃料混合之氧流可為實質上係氧之一流體流(例如，超過80莫耳百分比氧、90至99莫耳百分比氧、95至98莫耳百分比氧、超過80重量百分比氧或90至99重量百分比氧、90至95重量百分比氧之一流體流)。先前由燃燒單元3排放之煙道氣的部分可被回收回至燃料源6以與燃料混合。來自ASU之氧可在被饋送至燃料源6之前被饋送至煙道氣之此部分。可經由經連接於燃料源6與燃燒單元3之間之一燃料饋送管道將來自ASU 2之實質上純氧流體、煙道氣之經回收部分及來自燃料源6之燃料的混合物饋送至燃燒單元。與燃料混合且隨後饋送至燃燒單元之流體的氧含量可經組態為不超過23.5莫耳百分比氧。在一些實施例中，可將燃料與流體之混合物的氧濃度控制於16至24莫耳百分比氧或18至22莫耳百分比氧之間。
亦可將一第三氧化劑流體流饋送至燃燒單元3，用於燃燒饋送至 燃燒單元3之燃料。例如，先前由燃燒單元輸出之煙道氣的一部分可被回收回至燃燒單元，用於燃料之燃燒中。在此流體混合物經饋送至燃燒單元3之前，經回收煙道氣的一部分亦可與來自ASU 2之一實質上純氧流(例如，超過80莫耳百分比氧、90至99莫耳百分比氧、95至98莫耳百分比氧、超過80重量百分比氧或90至99重量百分比氧、90至95重量百分比氧之一流體流)混合。經回收煙道氣與來自ASU之含有大量氧之流體流之此混合物可經混合，使得氧之23.5%或更少氧含量係在第三氧化劑流內。在一些實施例中，隨後作為第三氧化劑流饋送至燃燒單元之經回收煙道氣與氧之混合物的氧含量可經組態為在16至24莫耳百分比氧或18至22莫耳百分比氧之間。
燃燒單元3可經組態以在存在經饋送至該燃燒單元3之氧化劑流的情況下燃燒來自燃料源6的燃料，以產生蒸汽及煙道氣。可經由經連接於燃燒單元3與一電力產生單元8(諸如一發電機之至少一渦輪機)之間之一蒸汽輸送管道，將該蒸汽饋送至該電力產生單元8。經形成於燃燒單元3中之煙道氣可與蒸汽分離，且隨後被發送朝向用於在將煙道氣回收於設備1內及/或排放煙道氣之一部分至設備1外部之大氣之前處理煙道氣的許多煙道氣處理器件。
在一些實施例中，燃燒單元3亦可經組態以經由空氣燃燒來自燃料源之燃料，該空氣係經由如圖1中以虛線展示之一空氣饋送器件4饋送至燃燒單元。該空氣饋送器件4可包含至少一泵或風扇，該至少一泵或風扇經組態以將來自大氣之空氣驅動至燃燒單元3中，用於燃燒來自燃料源6之燃料。一空氣饋送管道可經連接於空氣饋送器件4與燃燒單元3之間，用於將空氣饋送至燃燒單元。當燃燒單元3經由使用來自空氣饋送器件4之空氣燃燒燃料時，可致動隔離阻尼器或其他阻尼元件以切斷自設備內之煙道氣處理器件的煙道氣再循環及自ASU 2的氧化劑流饋送，使得燃燒單元3僅利用空氣來燃燒燃料。在一些實施 例中，設備1可經組態使得燃燒單元3可自一空氣燃燒模式切換至一氧化劑流燃燒模式，在該空氣燃燒模式中，移動阻尼元件以封鎖氧化劑流及煙道氣回收，且在該氧化劑流燃燒模式中，不再將來自空氣饋送器件4之空氣饋送至燃燒單元，且移動阻尼元件以開啟氧化劑流及煙道氣回收流，用於饋送至燃燒單元3。
可將來自燃燒單元3之煙道氣傳輸至一滌氣器5，滌氣器5可使煙道氣曝露於用於移除硫氧化物(例如，SO3)或來自煙道氣之其他元素之一吸附劑。可經由經連接於燃燒單元3與該滌氣器5之間之一滌氣器饋送管道，將煙道氣饋送至該滌氣器5。煙道氣可自滌氣器5排放且被饋送至一預熱器7，預熱器7用於饋送煙道氣之回收回至燃燒單元3的一部分及/或來自ASU 2之可在經回收之煙道氣通過預熱器7之前與該煙道氣混合的任何含氧流體。在經排放煙道氣已通過滌氣器5之後，來自該經排放煙道氣之熱量可用於在回收煙道氣被饋送至燃燒單元3之前將來自該煙道氣之熱量傳遞至煙道氣之經回收部分。
在煙道氣已通過預熱器7之後，可經由連接於該預熱器7與一微粒收集器器件9之間的一微粒收集器饋送管道將煙道氣發送至該微粒收集器器件9。該微粒收集器器件9可經組態為一除塵器、一靜電集塵器、一微粒過濾器或其他類型之微粒移除器件。微粒收集器器件9可經組態以使飛灰及其他微粒與自燃燒單元9接收之煙道氣分離。
在藉由微粒收集器器件9處理煙道氣之後，可將經處理之煙道氣發送至一脫硫單元11，脫硫單元11經組態以自煙道氣移除硫氧化物。舉例而言，該脫硫單元11可經組態為一乾煙道氣脫硫系統或一濕煙道氣脫硫系統。脫硫單元11可經由連接於該脫硫單元11與微粒收集器器件9之間的一脫硫單元饋送管道自微粒收集器器件9接收煙道氣。
在藉由脫硫單元11處理煙道氣之後，可經由連接於脫硫單元11與一氣體處理單元(GPU)13之間的一GPU饋送管道將該經處理煙道氣饋 送至該GPU 13。在被饋送至GPU 13之前，煙道氣可分成一第一部分、一第二部分及一第三部分。煙道氣之該第一部分可經由連接於燃燒單元3與脫硫單元11之間的一第一回收管道回收至燃燒單元3以與來自ASU 2之含氧流體混合以形成用於饋送至燃燒單元3之第三氧化劑流。煙道氣之該第二部分可經由GPU饋送管道輸送至GPU 17。煙道氣之該第三部分可經由連接於脫硫單元11與一煙囪15之間的一煙囪饋送管道饋送至該煙囪15以排放至大氣。在一些實施例中，該煙囪15可經組態為一熱回收蒸汽產生器(「HRSG」)，其經組態以利用來自煙道氣之第三部分之熱量以加熱水或其他流體以用於其他設備程序中。
GPU 13可經組態以自煙道氣移除大部分二氧化碳以捕獲該二氧化碳及輸出實質上由二氧化碳組成之一流體以用於儲存、進一步純化或其他分配。GPU 13可經組態以將藉由GPU 13處理以具有實質上較少部分之二氧化碳之煙道氣之一第一部分饋送至一儲存器件17，該儲存器件17用於在GPU 13已處理該煙道氣之後進一步處理或用於儲存流體流。例如，該儲存器件17可為用於經由連接於儲存器件17與GPU 13之間的一出口管道接收經處理煙道氣之一第一部分之一封存儲存器件。可將藉由GPU 17處理之煙道氣之一第二部分分配至燃料源6以用於在將燃料饋送至燃燒單元3之前處理燃料之操作中。一燃料源管道可連接於GPU 13與燃料源6之間以用於在藉由GPU 13處理該氣體以自煙道氣移除二氧化碳之後回收煙道氣之該部分。煙道氣之自GPU 13饋送至燃料源6之一部分可經由包含於連接於GPU 13與燃料源6之間的燃料源管道內之一預熱管道通過預熱器7。來自ASU 2之含氧流體可與回收至該燃料源之煙道氣之該部分混合，該混合係在該部分由GPU 13處理之後且在混合物饋送至燃料源6之前或在兩種流體被饋送至燃料源6之後進行。
實質上由二氧化碳(其藉由由GPU 13執行之煙道氣之處理產生)組 成之流體可經由連接於GPU 13與儲存器件17之間的一個二氧化碳流體輸出管道輸出至儲存器件17或其他類型之處理器件。針對設備之一些實施例，含實質上純二氧化碳之流體可由80至100莫耳百分比二氧化碳或大於70莫耳百分比二氧化碳組成。例如，設備之一些實施例可經組態使得藉由GPU 13輸出之含實質上純二氧化碳之流體可在92至98莫耳百分比二氧化碳之間。
在一些實施例中，亦可隨後進一步處理儲存於儲存器件17中之含實質上純二氧化碳之流體以用於形成待分配至需要此一化合物之一商家之一產品。在其他實施例中，可儲存該流體達相對較長時間段以封存二氧化碳。
至少一第一控制器21可通信連接至ASU 2、燃料源6、燃燒單元3、電力產生單元8、滌氣器5、預熱器7、微粒收集器器件9、脫硫單元11、GPU 13、煙囪15及儲存器件17，如藉由圖1中之虛線箭頭所指示。該第一控制器21亦可如藉由圖1中之虛線箭頭所指示般通信連接至連接於此等器件、閥、比例-積分-微分控制器與連接至管道之部分或GPU 13、儲存器件17、煙囪15、燃燒單元3、ASU 2、燃料源6、滌氣器5、電力產生單元8、微粒收集器器件9及脫硫單元11之部分之量測感測器(諸如流量感測器、溫度感測器及壓力感測器)之間的管道元件，使得該第一控制器21可接收與設備1之操作及/或燃燒單元3、ASU 2、GPU 13及/或其他設備元件之操作之一或多個參數有關之資訊。此外，第一控制器21可通信連接至一或多個適應性第二控制器30，該一或多個適應性第二控制器30可連接至燃燒單元3、電力產生單元8、脫硫單元11及/或設備之其他元件。
第一控制器21可為一電子器件，諸如一電腦、工作站、電腦器件或包含硬體之其他類型的電子器件控制器。例如，第一控制器21可包含硬體，該硬體包括至少一非暫時性記憶體、可包含經組態以與第 一控制器21通信連接之其他器件通信之至少一接收器及至少一發射器的至少一收發器單元，及經連接至該記憶體及該收發器單元的至少一處理器。該收發器單元亦可經組態以允許控制器21經由一網路連接(諸如網際網路或一內部網路)與遠端器件通信。處理器可為一中央處理單元、一微處理器或其他類型之硬體處理器元件，其經組態以運行儲存於記憶體上的一或多個應用程式，使得控制器21能夠執行由經儲存於記憶體中之該一或多個應用程式之程式碼或其他指令定義之一方法。例如，控制器21可具有可由處理器運行以控制燃燒單元3及/或設備1之操作之經儲存於控制器21之記憶體中之一模型預測控制程式。在一些實施例中，第一控制器可經組態為用於設備之一分佈式控制系統或用於設備之此一分佈式控制系統的組件。在其他實施例中，第一控制器21可與經組態為分佈式控制系統之另一電腦器件23通信，如以圖1中之虛線所展示。
第二控制器30可經連接至燃燒單元3以及設備之其他元件，用於控制燃燒單元3、電力產生單元8、脫硫單元11或其他設備元件的不同操作參數。如可自圖3瞭解到，各第二控制器30可經組態為包含諸如非暫時性記憶體30a、至少一收發器單元30b及至少一處理器30c之硬體之一電子器件。例如，各第二控制器30可經組態為一適應性控制器。該非暫時性記憶體30a可為能夠儲存可由處理器30c存取及可由處理器30c執行之電腦可讀媒體(例如，應用程式或程式)之一硬碟機、快閃記憶體或其他類型之非暫時性儲存器件。處理器30c可為一微處理器、互連微處理器、一中央處理單元、一特定類型之硬體電路(其經組態以基於該電路之結構來處理傳訊)或其他類型之硬體處理器元件。在一些實施例中，處理器30c經組態以與記憶體通信，以執行儲存於記憶體中之程式碼。收發器單元30b可包含用於實現第二控制器30與該第二控制器30所連接之一或多個感測器或偵測器、至少一另一 第二控制器30及/或第一控制器21之間之通信的至少一無線收發器及/或至少一有線收發器。收發器單元30b可包含用於促進第二控制器30與其經由有線及/或無線通信路徑所通信連接之元件之間之通信的多個接收器及多個不同發射器。
各第二控制器30可具有包含一控制律組件31、一狀態預測器組件35及一適應律組件37之一架構。該架構亦可包含至少一過濾器39。該控制律組件31可經組態以基於一參考信號r(t)、自其所連接之設備1之一或多個元件33(例如，溫度感測器、壓力感測器、流率感測器等)接收之量測狀態x(t)及來自適應律組件37之輸出來產生一控制信號。狀態預測器組件35可經組態以基於由控制律組件產生之該控制信號來執行待由第二控制器30控制之一程序中之各可量測狀態之一估計。適應律組件37經組態以基於量測狀態x(t)與估計狀態之間的偏差來估計量測狀態與估計狀態之間的不確定度。過濾器39可經組態以基於一組預選定準則來過濾適應律組件之不確定度輸出。
控制律組件31、一狀態預測器組件35及一適應律組件37可經組態以被同時處理，使得各組件將在相同時間由控制器求解，用於產生控制信號。例如，狀態預測器組件35可經組態以基於計算來估計設備1之至少一操作變量的狀態，以識別該操作變量的估計值，其中：t係一取樣時間(T)內之時間，u(t)係一控制信號值，係操作變量在時間(t)之一估計值；Am係一狀態預測器之一第一模型參數，Bm係該狀態預測器之一第二模型參數，且等於,t(iT,i+1)T)，其中i係一預指定整數範圍內之一整數，且其中： 等於-Φ-1(T)μ(iT)， Φ(T)等於，μ(iT)等於，及係操作變量之估計值與操作參數之量測值之間之一差。
適應律組件37可經組態以基於計算比較至少一操作變量之估計值與該操作變量之一量測值以基於該操作變量之該量測值與該估計值之間的一值差判定一不確定度值，其中x(t)係操作參數在時間(t)之量測值。
控制律組件31可經組態以基於計算產生控制信號，其中：u(s)係u(t)之一拉普拉斯(Laplace)變換，kg係一內部模型之一DC增益，r(s)係一參考信號r(t)之一拉普拉斯變換，及C(s)係一過濾器之一拉普拉斯變換。
第二控制器30可經組態使得、及將同時計算。過濾器39可經組態以基於一組預選定準則過濾適應律組件37之輸出以細化藉由適應律組件進行之不確定度估計如何供控制律組件利用以產生控制信號u(t)。可將藉由第二控制器30產生之控制信號u(t)發送至適應性第二控制器30所連接之一或多個元件以控制該等元件之操作使得設備1或該設備1之一組件之操作經調整以使至少一操作參數(例如，燃燒單元3之蒸汽溫度、燃燒單元3之壓力、自燃燒單元3排放之煙道氣之煙道氣流率等)保持於該操作參數之一所要值之一公差範圍內。可將參數Am及Bm以及過濾器39之一頻寬調諧至一所要程度使得適應性控制器30可達成一所要控制效能。
第二控制器30之實施例可用於不同設備元件(例如，燃燒單元3 等)之控制迴路中。例如，第二控制器30之實施例可用於經組態以實施在燃燒單元3中發生之燃燒之燃燒控制之一控制迴路中。該燃燒控制迴路可經組態以協調燃料及氧化劑流、維持在燃燒單元中發生之燃燒之穩定性及監視在燃燒單元自燃燒空氣的燃燒模式切換至一燃燒氧的燃燒模式時可發生之燃燒模式轉變。第二控制器亦可包含於經組態以提供化學計量控制之一控制迴路中，該化學計量控制可經組態以維持燃燒穩定性及效率，同時亦經由對燃燒單元中之燃料之燃燒分級來最小化在煙道氣內之氧化亞氮元素之產生。第二控制器之實施例亦可用於可經組態以協調饋送水流至燃燒單元3之一鍋爐、控制過熱蒸汽及再熱蒸汽溫度、及將過熱蒸汽噴射閥維持於不同操作範圍中之水/蒸汽控制迴路中。
例如，圖4繪示設備1之一例示性控制迴路，設備1可包含用於控制設備1之操作以維持燃燒單元3之待發送至電力產生單元8之一高壓渦輪機之主蒸汽之一溫度之多個第二控制器30。一蒸汽流可在通過一第一減熱器器件45之前通過過熱面板41，該第一減熱器器件45經由一水饋送管道接收用於噴射在通過該第一減熱器器件45之此蒸汽流上之水，該水饋送管道包含一第一控制閥43，該第一控制閥43可調整以控制饋送至該第一減熱器器件45之水之一流率。在蒸汽通過第一減熱器器件45之後，流體可在通過一第二減熱器器件49之前先通過一過熱蒸汽壓板器件47，該第二減熱器器件49自經由一第二水饋送管道連接至一水源之一第二控制閥48接收用於第二減熱器器件49之噴射器之水。該水源可為經由第一控制閥43連接至第一減熱器器件45之相同水源或一不同水源。流體可自第二減熱器器件49輸出至可經組態為一末級過熱器之一熱交換器51。在通過該熱交換器51之後，蒸汽可隨後饋送至電力產生單元8之一高壓渦輪機。複數個第二控制器30可連接至主蒸汽迴路(steam circuit)之不同部分以幫助控制待輸出至該高壓渦輪機之 蒸汽之溫度。例如，一第一蒸汽溫度控制器81可通信連接至第一控制閥43以控制待饋送至第一減熱器器件之噴射器之水之一流率。該第一蒸汽溫度控制器81可自連接至第一減熱器器件45及/或該器件之一輸出管道之量測器件接收資料以及自一第二蒸汽溫度控制器82接收額外資料。自該第二蒸汽溫度控制器82接收之該資料可為該第二蒸汽溫度控制器82基於自量測器件接收之資料產生之發送至第一蒸汽溫度控制器81之一信號，該等量測器件識別第二減熱器器件49之入口及出口處之蒸汽之溫度以識別饋送至第二減熱器器件49之蒸汽之一溫度與自第二減熱器器件輸出之蒸汽之溫度之間的一差。第二蒸汽溫度控制器82發送至第一蒸汽溫度控制器81之資料亦可基於第二蒸汽溫度控制器82可自分佈式控制系統23及/或第一控制器21接收之一設定點值。替代地，可在第二蒸汽溫度控制器82之記憶體中以其他方式定義此設定點值。在一些實施例中，接收用於輸入至第二減熱器器件49及自第二減熱器器件49輸出之蒸汽之溫度資料之一差分偵測器器件△可發送一信號至第二溫度控制器82以識別饋送至第二減熱器器件49之蒸汽之一溫度與自第二減熱器器件49輸出之蒸汽之溫度之間的一差。
一第三蒸汽溫度控制器83可連接至第二控制閥48以控制饋送至第二減熱器器件49之噴射器之水之一流率。藉由該第三蒸汽溫度控制器83產生之控制信號可基於自一量測器件接收之自第二減熱器器件49輸出之蒸汽之一溫度以及自一第四蒸汽溫度控制器84接收之資料。該第四蒸汽溫度控制器84可基於一設定點值及自熱交換器51輸出以用於輸出至一高壓渦輪機之蒸汽之一溫度產生發送至第三蒸汽溫度控制器83之資料。藉由第四蒸汽溫度控制器84接收之溫度資料可來自連接至輸出蒸汽流動通過之一管道之一量測器件，且可自第一控制器21或分佈式控制系統23接收設定點值。替代地，可在第四蒸汽溫度控制器84之記憶體中定義此設定點值。
圖5繪示用於可發送至電力產生單元8之中壓渦輪機及/或低壓渦輪機之再熱蒸汽之另一例示性控制迴路，其中第二適應性控制器30之實施例可用於設備之實施例中。該再熱蒸汽控制迴路可包含一第一低溫再熱器器件61，該第一低溫再熱器器件61可經組態以再熱流體以用於產生隨後供應至一中壓渦輪機及/或一低壓渦輪機之再熱蒸汽。在於該再熱器器件61中再熱之後，經加熱蒸汽可經由連接至一第一再熱蒸汽減熱器器件63之一第一再熱蒸汽饋送管道而通過該第一再熱蒸汽減熱器器件63。可經由一再熱蒸汽減熱器輸出管道將自該第一再熱蒸汽減熱器器件63輸出之蒸汽饋送至一第二再熱器器件67。該第二再熱器器件67可將蒸汽加熱至一預選定溫度範圍內之一溫度以發送至中壓渦輪機及/或低壓渦輪機。可經由一第三控制閥65自一水源接收待經由第一再熱蒸汽減熱器器件63之噴射器噴射至蒸汽中之水，該第三控制閥65可調整以調整饋送至該等噴射器之水之一流率。一第一再熱蒸汽控制器91可通信連接至第三控制閥65以發送一信號至第三控制閥以用於控制該閥及待饋送至第一再熱蒸汽減熱器器件63之噴射器之水之流率。該第一再熱蒸汽控制器91可自將資料發送至該第一再熱蒸汽控制器91之一量測器件接收基於由第一再熱蒸汽減熱器器件63輸出之蒸汽之溫度之資料。第一再熱蒸汽控制器91亦可自一第二再熱蒸汽控制器92接收資料。可藉由第一再熱蒸汽控制器91基於其自一量測感測器或偵測器器件接收之與由第一再熱蒸汽減熱器器件63輸出之蒸汽之溫度有關之資料及自第二再熱蒸汽控制器92接收之資料產生經由第一再熱蒸汽控制器91發送至第三控制閥63之控制信號。
第二再熱蒸汽控制器92可將基於與自第二再熱器器件67輸出之再熱蒸汽之一溫度有關之一設定點值及資料之資料發送至第一再熱蒸汽控制器91，該溫度可為待輸出至電力產生單元8之低壓渦輪機及/或中壓渦輪機之再熱蒸汽之溫度。與自第二再熱器器件67輸出之再熱蒸 汽之溫度有關之資料可為來自一量測器件之資料，該量測器件識別再熱蒸汽之溫度或將基於此一經偵測溫度之一信號提供至第二再熱蒸汽控制器92。由第二再熱蒸汽控制器92利用之再熱蒸汽溫度之設定點值可基於該第二再熱蒸汽控制器92自第一控制器21或分佈式控制系統23接收之資料或可為在第二再熱蒸汽控制器92之記憶體中以其他方式定義之一值。
藉由量測饋送至第一再熱蒸汽減熱器器件63中及自該第一再熱蒸汽減熱器器件63輸出之蒸汽之溫度之量測器件產生之資料亦可發送至另一器件及/或一第三再熱蒸汽控制器93以用於產生用於其他設備元件之控制信號。例如，藉由量測饋送至第一再熱蒸汽減熱器器件63中及饋送出該第一再熱蒸汽減熱器器件63之蒸汽之溫度之量測器件產生之資料可饋送至一差分偵測器器件△，該差分偵測器器件△可基於第一再熱蒸汽減熱器器件63之輸入蒸汽溫度與輸出蒸汽溫度之一差產生一信號或以其他方式發送基於該溫度差之資料。在將該資料發送至第三再熱蒸汽控制器93之前可將該資料發送至一電路或其他類型之電器件69以用於後續處理。第三再熱蒸汽控制器93可基於此資料以及該第三再熱蒸汽控制器93可自一量測器件接收之與待輸出至中壓渦輪機及/或低壓渦輪機之再熱蒸汽溫度有關之資料來產生用於調整燃燒單元之燃燒爐之一傾斜之一控制信號，該量測器件監測待輸出至低壓渦輪機及/或中壓渦輪機之再熱蒸汽之溫度。
一第四再熱蒸汽控制器94亦可用於影響與蒸汽溫度有關之程序參數。例如，該第四再熱蒸汽控制器94亦可接收與待輸出至中壓渦輪機及/或低壓渦輪機之再熱蒸汽溫度有關之資料以用於產生一控制信號，該控制信號發送至一第五再熱蒸汽控制器95以產生用於發送至一風扇71之一控制信號，該風扇71可經組態以驅動待回收至燃燒單元3之煙道氣之一流率。該第五再熱蒸汽控制器95可經組態以基於其自第 四再熱蒸汽控制器94接收之資料及自脫硫單元11再循環至燃燒單元3之煙道氣之一流率產生用於該風扇71之控制信號。第五再熱蒸汽控制器95可自一量測器件接收資料，該量測器件監測自脫硫單元11再循環至燃燒單元3之煙道氣之該流率以用於產生用於風扇71之控制信號。在一些實施例中，該流率資料可為基於一經量測流率之資料或與該經量測流率相關或以其他方式基於該經量測流率產生之一信號。
基於模擬及其他測試，已判定適應性第二控制器30之實施例可提供優於習知PID控制器之暫態效能且亦可減少藉由改變一電力產生單元8之電力輸出及/或一燃燒單元3或設備1之熱負載之干擾所引起之程序暫態。已判定可利用第二控制器30之實施例使得設備1之實施例可具有回應於可在設備1之操作期間出現之特定條件之一相對較快暫態適應。例如，適應性第二控制器之架構之狀態預測器組件35可提供設備之動力學之一模型估計，而適應律組件37藉由設備之實際效能解決模型可具有之失配或不準確度以校正可存在於由適應性第二控制器30所利用之模型中之誤差。此外，適應性第二控制器30之實施例並不需要設備之一模型使得適應性第二控制器30之設計可相較於可用於工業設備中之習知控制器(諸如比例-積分-微分(PID)控制器)簡化。此外，雖然若一設備之動力學改變則習知控制器可失效，但適應性第二控制器30之實施例可經組態以在此等條件中提供良好控制效能。例如，已判定第二控制器30之利用可經組態以提供待輸出至一高壓渦輪機之蒸汽溫度之控制以藉由具有蒸汽溫度偏差之一25%降低而更統一且亦判定提供再熱蒸汽溫度偏差之一47%降低。亦判定使用適應性第二控制器30降低所要設定點值與一最大溫度之間的偏差，同時亦降低一所要設定點值與一最小溫度值之間的偏差。
應理解，在本文中明確論述之任何特定實施例中之一設備(諸如一工業設備或電力產生設備)之上文提及特徵之任一者可與其他實施 例之其他特徵或元件組合，惟在如至少一般技術者可理解此一組合將互相排斥或以其他方式彼此不相容時除外。亦應理解，藉由至少一量測器件發送至一第二控制器30之量測資料可包含藉由該器件基於一量測溫度、壓力、流率或藉由該量測器件感測或偵測之其他參數產生之一信號或其他類型之資料。亦應理解，可進行對上述實施例之不同變動以滿足一組特定設計準則。例如，一燃燒單元可經組態以包含經組態以在多個燃燒區中燃燒燃料之至少一燃燒器(諸如一鍋爐單元之一熔爐)。此一鍋爐單元之該熔爐可僅包含一燃燒爐或可包含複數個分開的燃燒爐。舉又另一實例，熱交換器、泵、風扇、閥、量測感測器、量測偵測器及其他類型之量測器件、管道元件(例如，管、管子、管、導管等)及其他元件亦可添加至系統之實施例以促進流體移動或幫助控制系統之操作變化。舉又另一實例，ASU可具有用於保留氧氣或儲存此氣體直至需要將該氣體饋送至燃燒單元之多個儲存槽(諸如多個氧保留導管)。
雖然已參考各項例示性實施例描述本發明，但熟習此項技術者將理解可在不脫離本發明之範疇之情況下作出各種改變且用等效物替代該等實施例之元件。此外，可在不脫離本發明之基本範疇的情況下作出許多修改以使一特定情境或材料適於本發明之教示。因此，希望本發明並不限於以預期用於執行本發明之最佳模式揭示之特定實施例，而是本發明將包含落在隨附申請專利範圍之範疇內之全部實施例。

Claims (13)

  1. 一種控制具有一燃燒(combustion)單元之一設備(plant)之至少一操作參數之方法，其包括：(a)估計該設備之至少一操作變量(variable)之一狀態，以識別該操作變量之一估計值；(b)對於各操作變量，比較該操作變量之該估計值與該操作變量之一量測值，以基於該操作變量之該量測值與該估計值之間之一差(difference)來判定一不確定度值(uncertainty value)；及(c)基於一參考信號、該量測值及用於發送至該設備之至少一元件之偏差值來產生一控制信號，用於控制該設備之一程序；其中估計該設備之該至少該操作變量之該狀態以識別該操作變量之該估計值係基於計算來執行，其中t係一取樣時間(T)內之時間，其中u(t)係一控制信號值，其中係該操作變量在時間(t)之一估計值；Am係一狀態預測器之一第一模型參數，Bm係該狀態預測器之一第二模型參數，及等於,t (iT,i+1)T)，其中i係一預指定整數範圍內之一整數，且其中：等於-Φ-1(T)μ(iT)，Φ(T)等於，μ(iT)等於，及係該操作變量之該估計值與該操作參數之該量測值之間之一差。
  2. 如請求項1之方法，其中該燃燒單元係一鍋爐。
  3. 如請求項2之方法，其中該設備之該操作參數係該鍋爐中之蒸汽溫度。
  4. 如請求項1之方法，其中該比較該操作變量之該估計值與該操作變量之一量測值以基於該操作變量之該量測值與該估計值之間之一差來判定一不確定度值係基於計算：，其中：x(t)係該操作參數在時間(t)之該量測值。
  5. 如請求項4之方法，其中該產生該控制信號係基於計算：，其中：u(s)係u(t)之一拉普拉斯變換，kg係一內部模型之一DC增益，r(s)係一參考信號之一拉普拉斯變換，及C(s)係一過濾器之一拉普拉斯變換。
  6. 如請求項5之方法，其中用於產生該控制信號之一控制器同時計算、及，該控制器包括硬體，該控制器之該硬體包括一處理器、經通信地連接至該處理器之非暫時性記憶體，及經通信地連接至該處理器之至少一收發器單元。
  7. 如請求項5之方法，其包括：調諧該過濾器之一頻寬、該狀態預測器之該第一模型參數及該狀態預測器之該第二模型參數。
  8. 如請求項7之方法，其中該調諧該過濾器之該頻寬、該狀態預測器之參數及該狀態預測器之該第二模型參數在步驟(a)至(c)之前發生。
  9. 一種控制裝置，其包括：經組態以被連接至一設備之一燃燒單元之至少一控制器，該控制器包含具有至少一處理器、經通信地連接至該處理器之非暫時性記憶體，及經通信地連接至該處理器之至少一收發器單元之硬體；該控制器經組態以在被連接至該燃燒單元時與該燃燒單元之至少一元件通信，以控制該燃燒單元之至少一操作參數，該控制器經組態以執行一控制程序，該控制程序包含：(a)估計該設備之至少一操作變量之一狀態以識別該操作變量之一估計值；(b)對於各操作變量，比較該操作變量之該估計值與該操作變量之一量測值，以基於該操作變量之該量測值與該估計值之間之一差來判定一不確定度值；及(c)基於一參考信號、該量測值及用於發送至該設備之至少一元件之偏差值來產生一控制信號，用於控制該設備之一程序；其中估計該設備之該至少該操作變量之該狀態以識別該操作變量之該估計值將係基於計算而執行，其中t係一取樣時間(T)內之時間，其中u(t)係一控制信號值，其中係該操作變量在時間(t)之一估計值；Am係一狀態預測器之一第一模型參數，Bm係該狀態預測器之一第二模型參數，及等於,t (iT,i+1)T)，其中i係一預指定整數範圍內之一整數，且其中：等於-Φ-1(T)μ(iT)，Φ(T)等於，μ(iT)等於，及係該操作變量之該估計值與該操作參數之該量測值之間之一差。
  10. 如請求項9之裝置，其中該比較該操作變量之該估計值與該操作變量之一量測值以基於該操作變量之該量測值與該估計值之間之一差來判定一不確定度值將係基於計算：，其中：x(t)係該操作參數在時間(t)之該量測值。
  11. 如請求項10之裝置，其中該產生該控制信號將係基於計算：，其中：u(s)係u(t)之一拉普拉斯變換，kg係一內部模型之一DC增益，r(s)係一參考信號之一拉普拉斯變換，及C(s)係一過濾器之一拉普拉斯變換。
  12. 如請求項11之裝置，其中、及將被同時計算。
  13. 如請求項12之裝置，其中該設備之該燃燒單元係一鍋爐，且該操作參數係待自該鍋爐輸出至至少一渦輪機之蒸汽之一蒸汽溫度。
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