[发明专利]一种用于化学吸附燃烧后二氧化碳捕集系统的抗烟气扰动模糊控制方法

说明书

本发明公开了一种用于化学吸附燃烧后CO₂捕集系统的抗烟气扰动模糊控制方法，通过实验数据进行模型辨识，构建以贫液流量、抽汽流量为输入，捕集率与再沸器温度为输出的多变量系统，在此基础上开展前馈补偿解耦，实现贫液流量对碳捕集率、抽汽流量对再沸器温度的两个单回路的控制。本发明在传统PI控制的基础上引入模糊控制器，在线调整PI参数，使得被控对象快速跟踪CO₂捕集率；针对烟气流量的可测扰动，根据不同捕集率工况下的烟气流量与贫液、抽汽流量的相对变化设计变增益比例控制器，在系统大范围变工况的情况下提高系统的抗烟气扰动能力。

技术领域

本发明涉及热工自动控制技术领域，尤其是一种用于化学吸附燃烧后CO₂捕集系统的抗烟气扰动模糊控制方法。

背景技术

随着温室效应对环境的影响日益突出，降低以CO₂为主的温室气体尤为重要。我国是煤炭消费大国，尽管国家大力发展新能源，但短时间不能改变以煤为能源的发电格局。电厂烟气中包含大量CO₂，因此，研究如何减少燃煤机组的碳排放量具有重要的现实意义。基于乙醇胺溶液(MEA)化学吸附的燃烧后CO₂捕集技术(PCC)由能对现有电厂进行改造，且成本相对较低，是目前最具有大规模应用前景的技术。

对于PCC系统，实现碳捕集率的快速跟踪并维持再沸器温度是主要控制目标，但碳捕集率会同时受到贫液流量、抽汽流量以及烟气流量的影响。目前90％的热工控制策略都是基于PID控制，但PID控制器并不能解决多变量、耦合、非线性系统，且传统的 PID参数是固定不变的，无法克服对象相应的平稳性与快速性之间的矛盾，对扰动的抑制也有限，所以设计一种自适应调整PID参数并能快速抑制烟气流量扰动的控制方法是十分有必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于化学吸附燃烧后CO₂捕集系统的抗烟气扰动模糊控制方法，能够适应被控对象的非线性及时变性，使系统在保持再沸器温度的情况下快速跟踪捕集率设定值，并有效地抑制烟气扰动对PCC系统的影响。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于化学吸附燃烧后CO₂捕集系统的抗烟气扰动模糊控制方法，选取贫液流量和抽汽流量为输入，碳捕集率和再沸器温度为输出，根据实验数据，辨识对象的传递函数，利用前馈补偿进行解耦后通过模糊规则自整定 PI参数，并根据不同工况下烟气流量与贫液流量、烟气流量与抽汽流量的比值，设计变增益比值控制器抑制烟气流量扰动。具体包括如下步骤：

(1)选取贫液流量和抽汽流量为输入，碳捕集率和再沸器温度为输出，根据实验数据，辨识对象的传递函数模型G(s)；

(2)选取贫液流量u₁控制CO₂捕集率y₁，抽汽流量u₂控制再沸器温度y₂，并进行前馈补偿解耦；

(3)整定PID参数，在满足输入约束的条件下，对贫液-捕集率回路设计模糊PI 控制器，自适应调整控制器增益K_p、积分时间T_i，由于控制目标是保持再沸器温度不变，且烟气扰动对再沸器温度的影响很小，故抽汽-再沸器温度回路采取普通PI控制；

(4)根据不同稳态工况下烟气流量d与贫液流量u₁以及抽汽流量u₂的关系，设计变增益比值控制器。

优选的，前馈补偿解耦器的传递函数模型为：

其中，D_ij(s)为输入j对输出i的解耦传递函数，G_ij(s)为输入j对输出i的系统传递函数，解耦后的等效传递函数为对角阵。

优选的，步骤(3)中，输入的约束条件为：