模糊逻辑控制与优化系统的制作方法

专利名称：模糊逻辑控制与优化系统的制作方法
技术领域：
本公开内容大体涉及控制与优化系统，并且更具体地涉及用于循环流化床系统或 化学循环(chemical looping)系统中固体输送的分层模糊逻辑控制与优化系统。
背景技术：
流化床燃烧(FBC)是在发电装置中使用的燃烧技术，主要用于燃烧固体燃料。FBC 发电装置比常规装置更灵活，因为它们可燃烧煤、煤矸石或生物量以及其它燃料。一般而 言，FBC发电装置从寻找在不存在外部排放控制器(诸如洗涤器)的情况下能够控制污染 物排放的燃烧过程的努力进化而来。尽管FBC发电装置具有比常规燃烧装置更低的污染物 排放，但是正在进行的努力持续地争取将污染物排放降低至更低水平。化学循环(CL)是也可用于发电装置的另一燃烧技术，该发电装置燃烧燃料，诸如 煤、煤矸石、生物量或其它机会燃料。CL过程可实施于现有的或新的发电装置中，并且在减 小装置大小、减少排放和增加装置操作效率以及其它益处方面提供有前景的改进。典型的CL系统利用高温过程，由此诸如钙基或金属基化合物的固体例如在称作 氧化器的第一反应器与称作还原器的第二反应器之间“循环”。在氧化器中，来自喷入氧化 器内的空气的氧在氧化反应中由固体捕集。然后所捕集的氧由氧化固体携带到还原器以例 如用于诸如煤的燃料的燃烧和/或气化。在还原器中的还原反应之后，不再具有捕集的氧 的固体返回到氧化器以再次氧化，并且重复该循环。CL过程例如比诸如常规循环流化床(CFB)装置的其它装置的过程更复杂。特别 地，在CL过程中对循环固体的控制需要多环路相互作用的流量和存量控制，这在传统装置 中不需要。因此，应用于CL过程的传统装置控制必然导致用于每个CL环路的单独的控制 环路。然而，使用用于每个CL环路的单独控制环路效率较低，并且不优化CL过程的性能， 这是因为精确控制需要在个别环路之间参数的协调控制。必须考虑用于CL过程的每个环 路的变量之间的相互作用以优化总体CL过程性能。例如在环路之间的固体流量由于与固 体流量相关的大量的非线性的相关变量而特别难以调节。更具体地，在多环路基于CL的装 置的环路之间的振荡耦合例如破坏流动并且使其固体存量调节较为困难。而且，交叉流与 相对环路的主要流，例如再循环流，相互作用，从而使具有每个相应环路的固体输送的总调 节较为复杂。因此目前已开发的控制与优化工具集中于控制和优化常规燃烧发电装置。因此， 这些工具集中于解决很具体的局部问题而不是复杂装置操作的全局控制和优化。开发使用基于模糊集合论(模糊逻辑)的常规过程控制的控制系统来帮助克服上 述的某些问题。模糊集合论根据基于规则的决策，其仿效“经验法则”推理过程，类似于人思 考和决策的过程。然而，常规的模糊集合论控制系统限于可记忆的规则数量，这是因为过多 的规则数量使模糊逻辑决策过程的负担过多，从而有效地消除了使用模糊逻辑的优点。因 此，随着发电装置设计进化并且其过程变得更为复杂，诸如对于上述的基于CL的发电装置 并且具体地对于多环路基于CL的发电装置，所涉及的变量数量显著增加。因此，所需规则的数量变得不可接受，并且因此常规模糊集合论控制系统不能最佳地或者高效地控制基于 CL的发电装置的某个过程，诸如固体输送。因此，需要发展克服上述不足的用于例如CFB系统或CL系统中固体输送的控制与 优化系统。

发明内容
根据本文所示的方面，提供一种用于优化发电装置的控制系统。该控制系统包括 化学环路，其具有用于接收输入信号的输入端和用于输出输出信号的输出端，以及可操作 地连接到化学环路的分层模糊控制系统。分层模糊控制系统包括多个模糊控制器。分层模 糊控制系统接收输出信号，基于所接收的输出信号优化输入信号，并且输出优化的输入信 号至化学环路的输入端从而以优化方式控制化学环路的过程。根据本文所示的其它方面，用于优化发电装置的控制系统包括第一化学环路，其 具有用于接收第一输入信号的第一输入端和用于输出第一输出信号的第一输出端，并且可 操作地连接到第一化学环路并且具有多个模糊控制器的分层模糊控制系统。第一化学环路 包括第一反应器，其至少具有第一入口和第一出口 ；第一分离器，其可操作地连接到第一 反应器的第一出口 ；以及第一密封罐(seal pot)控制阀，其布置于第一分离器与第一反应 器的第一入口之间。分层模糊控制系统接收输出信号，基于所接收的输出信号优化输入信 号，并且输出优化的输入信号至化学环路的输入端从而以优化方式控制化学环路的过程。根据本文所示的其它方面，用于优化发电装置的控制系统包括第一化学环路，其 具有用于接收第一输入信号的第一输入端和用于输出第一输出信号的第一输出端。第一化 学环路包括第一反应器，其至少具有第一入口和第二出口 ；第一分离器，其可操作地连接 到第一反应器的第一出口 ；以及第一密封罐控制阀，其布置于第一分离器与第一反应器的 第一入口之间。控制系统还包括第二化学环路，其具有用于接收第二输入信号的第二输入端和用 于输出第二输出信号的第二输出端。第二化学环路包括第二反应器，其至少具有第二入 口和第二出口 ；第二分离器，其可操作地连接到第二反应器的第二出口 ；以及第二密封罐 控制阀，其布置于第二分离器与第二反应器入口之间。控制系统还包括第一交叉支腿，其 与第一化学环路的第一密封罐控制阀和第二化学环路的第二反应器入口流体连通；第二交 叉支腿，其与第二化学环路的第二密封罐控制阀和第一化学环路的第一反应器入口流体连 通；以及分层模糊控制系统。分层模糊控制系统包括全局模糊控制器，可操作地连接到全局模糊控制器的第一 模糊控制器，可操作地连接到全局模糊控制器的第二模糊控制器，可操作地连接到全局模 糊控制器的第三模糊控制器，以及可操作地连接到全局模糊控制器的第四模糊控制器。全 局模糊控制器控制第一模糊控制器、第二模糊控制器、第三模糊控制器和第四模糊控制器 的操作。第一模糊控制器、第二模糊控制器、第三模糊控制器与第四模糊控制器中的至少一 个接收第一输出信号和第二输出信号中的一个，基于所接收的第一输出信号和第二输出信 号中的一个优化第一输入信号和第二输入信号中的一个；并且输出优化的第一输入信号和 第二输入信号中的一个至第一化学环路和第二化学环路中的一个。分层模糊控制系统优化以下中的至少一个第一化学环路中的再循环固体流量；从第一化学环路通过第一交叉支腿到第二化学环路的交叉固体流量；第二化学环路中的再 循环固体流量；以及从第二化学环路通过第二交叉支腿到第一化学环路的交叉固体流量。通过下面的附图和详细描述来举例说明上述特征和其它特征。


现参看为示范性实施例的附图，其中相似的元件利用相似的附图标记表示图1是基于CL燃烧的蒸汽发电装置的方块图；图2是CL系统的两个互连环路的方块图；图3是单个模糊逻辑控制器的方块图；以及图4是分层模糊逻辑控制系统的方块图；以及图5是示出用于CL系统的分层模糊逻辑控制系统的方块图。
具体实施例方式本文公开了分层模糊逻辑控制与优化系统。更具体地，在示范性实施例中的分层 模糊逻辑控制与优化系统用于基于CL的发电装置的双环路化学循环(CL)系统以最佳地控 制其中的固体输送。然而，可选的示范性实施例不限于此。例如，分层模糊逻辑控制与优化 系统可用于循环流化床(CFB)系统，或者可选地可用于单环路或多(例如两个或更多个) 环路CL系统。参看图1，所示的CL系统5类似于在以引用的方式结合到本文中的美国专利 No. 7，083，658中描述的系统。CL系统5包括例如还原器10的第一反应器10和例如氧化 器20的第二反应器20。空气30供应到氧化器20，并且诸如石灰石的钙(Ca) 40在其中氧 化以产生氧化钙(CaO) 50。CaO 50经由分离器52和密封罐控制阀(SPCV) 55供应到还原器 10，并且作为载体将氧传送到供应至还原器10的燃料60 (例如诸如煤60)。因此，传送到还 原器10的氧在还原器10中与煤60相互作用，并且然后还原的氧化钙返回到氧化器20以 再次氧化成CaO 50，并且重复上述循环。在氧化期间从空气30提取的诸如氮气(N2) 70的氧化气体70以及在氧化期间所 产生的热(未示出)离开氧化器20。同样，在还原器10中在还原期间所产生的气体80离 开还原器10。气体80例如包括合成气体(合成气)80、氢气(H2)SO和/或二氧化碳气体 (CO2) 80。气体80的组成，例如其中的合成气80、H280和/或C0280的比例，基于煤60与空 气30的比率而变化。示范性实施例不限于上文参看图1描述的两个环路，而是替代地可包括单环路或 多于两个环路。例如，在可选的示范性实施例中，CL系统5例如包括第三环路(未示出)， 诸如煅烧炉(calciner)环路，其允许从重整的合成气80生成H2。根据示范性实施例的CL系统5还包括热环路90。热环路90包括使用蒸汽105驱 动发电机100的蒸汽涡轮95，该蒸汽105通过利用由氧化器20中氧化期间所产生的热来使 给水110沸腾而生成。诸如灰115的废料115从氧化器20移除用于在外部设施(未示出)中处置。煤 60以及包含碳酸钙(CaCO3)的石灰石120和再循环蒸汽125供应到还原器10用于其中的 还原反应。
虽然描述了基于氧化钙的CL系统，但是本发明也能适用于基于金属氧化物的CL 系统，其类似于在以引用的方式结合到本文中的美国专利申请No. 10/542，749中描述的系 统。在操作中，还原反应发生在煤60中的碳和硫、石灰石120中的CaCO3与CaO 50之 间。还原反应产生Ca 40，其由分离器52分离并且之后通过SPCV 55供应到氧化器20。在 示范性实施例中，Ca 40是硫化钙(CaS)40并且分离器52是旋风分离器52，但是可选的示 范性实施例不限于此。CaS 40然后在氧化器20中在氧化反应中氧化，从而产生CaO 50，其 通过分离器52与氧气70(例如，N270)分离并且经由SPCV 55供应回到还原器10。氧化反 应产生热，其使给水110沸腾为供应至蒸汽涡轮95的蒸汽105。之后，还原器10，连接到还原器10的分离器52，连接到分离器52的SPCV 55，以 及将前述项目连接在一起的相关管路，例如与之形成流体连接的“环路”，将称作第一环路 200a(图2)。同样，氧化器20、连接到氧化器20的分离器52、连接到分离器52的SPCV 55 和连接前述项目的相关管路将称作第二环路200b (图2)。如将参看图2更详细地描述，通 过分离器52离开还原器10的Ca 40的一部分例如基于还原器10与氧化器20之间的压差 而通过SPCV 55再循环回到还原器10，例如不发送到氧化器20。相似地，离开氧化器20的 CaO 50的一部分再循环回到氧化器20，而不发送到还原器10。为了本文讨论的目的，诸如 Ca 40和CaO 50的固体在例如再循环的给定环路内的输送将称作“再循环固体输送”，而诸 如Ca 40和CaO 50的固体在例如在第一环路200a与第二环路200b (图2)之间的不同环 路之间的输送将称作“交叉固体输送”。再循环固体输送和交叉输送共同称作“固体输送”。现参看图2，第一环路200a包括第一反应器10、分离器52a和SPCV 55a。上部管 路205a将第一反应器10连接到分离器52a，而料腿(dip leg) 207a连接于分离器52a与 SPCV 55a的输入端之间。下部管路210a将空气源215a连接到第一反应器10和返回支腿 220a。此外，返回支腿220a连接于下部管路210a与SPCV 55a的第一输出端之间，如图2 所示。相似地，第二环路200b包括第二反应器20、分离器52b和SPCV55b。上部管路205b 将第二反应器20连接到分离器52b，而料腿207b连接于分离器52b与SPCV 55b的输入端 之间。下部管路210b将空气源215b连接到第二反应器10和返回支腿220b。另外，返回支 腿220b连接于下部管路210b与SPCV 55b的第一输出端之间。第一环路200a还包括交叉支腿225a，其将SPCV 55a的第二输出端连接到第二环 路200b的下部管路210b，而第二环路200b还包括交叉支腿225b，其将SPCV 55b的第二输 出端连接到第一环路200a的下部管路210a。在可选的示范性实施例中，空气源215a和215b例如可组合成单个空气源(未示 出)，其向第一环路200a和第二环路200b供应空气。在例如具有第一环路200a和第二环路200b的基于CL的发电装置的操作期间，在 第一环路200a中的固体向上流过第一反应器10，进入上部管道205a，然后进入分离器52a。 在分离器52a中，固体与气体80分离(图1)并且之后经由SPCV 55a的入口向下流到SPCV 55a内。再循环固体，例如从SPCV55a (通过其第一出口)流出到返回支腿220a以与来自空 气源215a的空气30(图1)相混合的SPCV55a中的固体的一部分，使再循环固体再循环回 到第一反应器10 (再循环固体输送)。
另一方面，不被再循环的SPCV 55a中的固体，例如交叉固体，从SPCV 55a (通过其 第二出口 )流出并且因此供应到第二环路200b的下部管路210b。由此交叉固体传送到第 二反应器20(交叉固体输送)。以类似方式，第二环路200b中的固体流动包括第二环路200a内的再循环固体输 送和到第一环路200a的交叉固体输送。在示范性实施例中，在第一环路200a和第二环路200b的再循环固体输送和交叉 固体输送中的每个中的固体的相对比例，例如再循环或供应到另一环路的固体部分的大 小，是基于供应到相关的SPCV 55a或SPCV 55b的空气量来控制。更具体地，再循环空气控 制阀230a和230b分别控制第一环路200a和第二环路200b中的再循环固体输送，而交叉空 气控制阀235a和235b分别控制第一环路200a和第二环路200b中的交叉固体输送。控制 系统300提供控制信号至再循环空气控制阀230a和230b和交叉空气控制阀235a和235b。具体地，根据示范性实施例的控制系统300提供第一控制信号305至再循环空气 控制阀230a，提供第二控制信号310至交叉空气控制阀235a，提供第三控制信号315至再 循环空气控制阀230b和提供第四控制信号320至交叉空气控制阀235b，但是可选的示范性 实施例不限于此。例如，控制系统300可提供控制信号(未示出)，其控制来自空气源215a 和/或空气源215b的空气流量，以及燃料60 (图1)、石灰石120 (图1)和/或再循环蒸汽 125 (图1)的流量。此外，根据可选的示范性实施例的控制系统300的控制信号将在下文中 参看图3至图5更详细地描述。仍参看图2，现将更详细地描述根据示范性实施例的控制信号。第一控制信号305 基于在料腿207a上的压差(D/P)与在第一反应器10上的D/P之间的差。更具体地，第一 控制信号305基于在料腿207a上的D/P与在第一反应器10上的D/P之间的差和模糊逻辑 规则(在下文中更详细地描述)来调整从空气源215a通过再循环空气控制阀230a的空气 流，以调节第一环路200a中的再循环固体输送。根据示范性实施例的第二控制信号310基于在交叉支腿225a上的D/P与在下部 管路210a与下部管路210b之间的D/P之间的差。更具体地，第二控制信号310基于在交 叉支腿225a上的D/P与在下部管路210a与下部管路210b之间的D/P之间的差以及模糊 逻辑控制规则来调整从空气源215a通过交叉空气控制阀235a的空气流量，以调节从第一 环路200a到第二环路200b的交叉固体输送。第三控制信号315基于在料腿207b上的D/P与在第二反应器20上的D/P之间的 差。更具体地，第三控制信号315基于在料腿207b上的D/P与在第二反应器20上的D/P 之间的差和模糊逻辑规则来调整从空气源215b通过再循环空气控制阀230b的空气流量， 以调节第二环路200b中的再循环固体输送。根据示范性实施例的第四控制信号320基于在交叉支腿225b上的D/P与在下部 管路210b与下部管路210a之间的D/P之间的差。更具体地，第四控制信号320基于在交 叉支腿225b上的D/P与在下部管路210b与下部管路210a之间的D/P之间的差以及模糊 逻辑规则来调整从空气源215b通过交叉空气控制阀235b的空气流量，以调节从第二环路 200b到第一环路200a的交叉固体输送。应注意的是，控制信号不限于本文所述的信号。例如，根据可选的示范性实施例的 控制信号可涵盖其它可控参数，诸如温度、压力、流率、排放和/或耗热率，但是不限于此。
10而且，控制系统300可与具有多于两个环路的基于CL的装置一起使用。因此，基于待控制 的环路的数量将需要额外的控制信号。现将参看图3更详细地描述根据示范性实施例的控制系统300的模糊控制器330。 如上文更详细地描述，模糊控制基于模糊集合论并且是基于规则的决策过程。另外，模糊控 制是常规比例-积分-微分(PID)控制的自然延伸，其使用模糊规则中所捕集的关于装置 操作的人类启发式知识。此外，模糊规则用于表示在输入与输出之间的非线性映射并且因 此模糊控制提供基于非线性模型的控制器的可选方案。模糊控制器的另一优点，特别在实 施为神经模糊引擎时，在于测试数据可用于微调，例如训练，模糊控制器中的规则。此外，可 添加进一步支持控制优化和/或过程诊断的规则。参看图3，模糊控制器330包括模糊化部件335、连接到模糊化部件335的模糊逻 辑决策引擎340和连接到模糊逻辑决策引擎340的去模糊化部件345。模糊逻辑决策引擎 340包括规则库350和连接到规则库350的推理引擎355，如图3所示。模糊控制器330接 收预处理信号360并且输出处理信号365。在示范性实施例中，预处理信号360是来自第一 环路200a或第二环路200b的输出端的输出信号367 (图5)。此外，根据示范性实施例的处理信号365是控制信号，例如供应到第一环路200a 或第二环路200b的输入端的输入信号369 (图5)，例如诸如第一控制信号305、第二控制信 号310、第三控制信号315或第四控制信号320 (图2)，但是可选的示范性实施例不限于此。模糊控制器330接收预处理信号360，并且模糊化部件335将该预处理信号360 模糊化，例如以将预处理信号360转变成适当格式用于由模糊逻辑决策引擎340进行处理。 在示范性实施例中，模糊逻辑决策引擎340包括神经模糊引擎340。然后，模糊逻辑决策引 擎340使用推理引擎355来基于规则库350的规则(未示出)确定用于模糊化预处理信号 360的适当参数，例如方案。然后，去模糊化部件345将预处理信号360去模糊化以输出处 理信号365。参看图4，根据示范性实施例的分层模糊控制系统400包括多个模糊控制器，诸如 模糊控制器330。此外，多个模糊控制器的个别模糊控制器以分层方式进行排列。具体地， 全局模糊控制器403以监督方式操作，从而协调分层模糊控制系统的总体控制，并且更具 体地诸如第一模糊控制器405、第二模糊控制器410、第三模糊控制器415和第四模糊控制 器420的局部模糊控制器上的控制，如图4所示。然而，可选的示范性实施例不局限于或限 制于局部模糊控制器。例如，全局模糊控制器403可监督例如局部模糊控制器、局部PID控 制器、局部神经自适应控制器和/或基于局部模型的控制器中的任一类型或所有类型。此 外，分层模糊控制系统400或其一部分可在可选的示范性实施例中例如集成到装置系统优 化系统内。在示范性实施例中，在例如具有第一环路200a和第二环路200b (图2)的基于CL 的发电装置中，分层模糊控制系统400实施为控制系统300，如在上文中参看图2更详细地 描述。因此，根据示范性实施例的全局模糊控制器403协调并监督局部模糊控制器。另外， 局部模糊控制器个别地处理信号。更具体地，第一模糊控制器405提供第一控制信号305， 第二模糊控制器410提供第二控制信号310，第三模糊控制器415提供第三控制信号315， 第四模糊控制器420提供第四控制信号320，如图4所示。由于使用图4所示的分层结构，给定模糊控制器300的规则库350 (图3)，例如全局模糊控制器403、第一模糊控制器405、第二模糊控制器410、第三模糊控制器415和 第四模糊控制器420中的每个的规则库350的大小显著地减小和/或有效地最小化，从而 提供超过与基于CL的发电装置相关的复杂的、多变量的、非线性的和相互关联的过程的优 化控制的优点。应注意的是，本文所述的示范性实施例可实施于任何和所有的基于CL的 发电装置中，包括但不限于单环路、双环路或多(例如两个或更多个)环路CL系统，无 论是基于钙还是基于金属氧化物；进行CO2捕集(capture)以利用(utilization)或封存 (sequestration)的基于CL的装置；以及基于CL的CO2预留(ready)发电装置，但不限于 此。现参看图5，将更详细地描述分层模糊控制系统400在CL系统5中的实施。来自 CL系统5的第一环路200a的输出端或第二环路200b (图2)的输出端的输出信号367供 应到环路控制部件500，其具有连接到其中的数据采集系统(DAS)505的分层模糊控制系统 400。在示范性实施例中，DAS 505是自动DAS 505，其监视装置参数，例如诸如温度、压力、 压差、耗热率、空气流量、燃料流量，但不限于此。此外，在示范性实施例中，环路控制部件包 括软件平台(例如诸如MATLAB .或LABVIEWgy)，其监视并有助于分层模糊控制系 统400与DAS 500之间的通信。在操作中，环路控制部件500从CL系统5接收输出信号367。在示范性实施例中， 输出信号367例如包括来自第一环路200a和/或第二环路200b的压差(或者多个压差)， 如在上文中参看图2更详细地描述。环路控制部件500基于装置条件(根据DAS 505)和 模糊逻辑分析(根据分层模糊控制系统400)来输出环路控制信号。在示范性实施例中，环 路控制信号包括但不限于第一控制信号305、第二控制信号310、第三控制信号315和/或 第四控制信号320(应当注意的是，为了说明的目的，在图5中仅示出第一控制信号305)。 然后，环路控制信号，例如图5所示的第一控制信号305，供应到质量流量控制器510。然后 质量流量控制器510供应输入信号369至CL系统5，以例如通过调整阀位置，诸如再循环空 气控制阀230a(图2)的位置来控制通过它的空气流量，从而最佳地控制CL系统5，如上文 更详细地描述。环路控制部件500也可提供控制信号305用于促动或大体上控制泵、阀、促 动器和/或开关的操作，用于控制系统5的操作。根据示范性实施例的质量流量控制器510包括阀促动器510。此外，输入信号369 包括但不限于阀位置、燃料流率、空气流率、水流率、吸附剂流率、石灰石流率、蒸汽流率，以 及燃料流、空气流率、石灰石流率和蒸汽流率中的至少两个的比率。而且，输出信号367包 括表示CL系统5的操作参数的信号，诸如发电率、负荷需求、固体存量、固体输送速率、再循 环固体输送速率、交叉固体输送速率、反应器温度、环路温度、床温度、耗热率、压力、压差、 反应器压力、反应器压差、上升器压差、密封压差、料腿压差、交叉支腿压差、CCV流量、CO2利 用、CO2捕集、CO2存储(storage)、C02封存、H2流率、N2流率以及合成气体流率，但可选的示 范性实施例不限于此。在可选的示范性实施例中，控制系统300可与具有单环路，例如仅图2所示的第一 环路200a的CFB装置或CL装置子系统一起使用。在此情况下，不存在交叉固体输送。然 而，仍需使第一反应器10中的固体流率最大，同时使料腿207a、SPCV 55a和返回支腿220a 上的累积压降，例如压差，最小。因此，控制系统300当与具有单环路的CFB装置或CL装置 子系统一起使用时有效地维持在单环路200a的上升器侧(例如第一反应器10)与单环路200a的密封侧(例如料腿207a、SPCV 55a和返回支腿200a)之间的压力平衡。因此，在仅 具有单环路200a的示范性实施例中，基于单环路200a的上升器侧与密封侧之间的压差的 单个控制信号可控制单个控制阀，从而例如调节到SPCV 55a的空气流量。总之，根据示范性实施例的模糊逻辑控制与优化系统包括分层结构。因此，包括于 模糊逻辑控制与优化系统中的个别模糊控制器的规则库的大小显著地减小和/或有效地 最小化，从而提供超过与例如多环路基于CL的发电装置相关的复杂的、多变量的、非线性 的和相互关联的过程的优化控制的优点。因此，装置排放显著地减小和/或有效地最小化， 同时显著地改进总体经济装置效率，从而导致较低的总体操作成本。另外，分层模糊控制系 统(或其部分)可集成到基于CL的装置优化系统内，从而进一步降低操作成本。应注意的是，模糊逻辑控制与优化系统的示范性实施例不限于本文所述的CL装 置构造，或者甚至通常的基于CL的发电装置。例如，在可选的示范性实施例中，模糊逻辑控 制与优化系统可与任何和所有的基于CL的系统一起使用，包括但不限于单环路、双环路 和多(例如两个或更多个)环路CL系统，无论是基于钙还是基于金属氧化物；进行CO2捕集 以利用或封存的基于CL的装置；以及基于CL的CO2预留发电装置，但不限于此。可选地， 模糊逻辑控制与优化系统可实施于任何和所有的流化床燃烧(FBC)发电装置，包括循环流 化床(CFB)锅炉、鼓泡流化床(BFB)锅炉及其变型。而且，诸如神经网络(NN)的经验建模方法例如可结合本文所述的模糊逻辑控制 与优化系统来实施(或者实施于本文所述的模糊逻辑控制与优化系统内)。虽然参考各种示范性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应了解的是，可 做出各种变化并且等效物可替代本发明的元件，而不偏离本发明的范围。此外，可做出许多 修改以使特定情况或材料适应本发明的教导，而不偏离本发明的本质范围。因此，预期本发 明不限于作为设想用于执行本发明的最佳方式的特定实施例，相反本发明将包括属于权利 要求的范围内的所有实施例。
权利要求
一种用于优化发电装置的控制系统，所述控制系统包括化学环路，其具有用于接收输入信号的输入端和用于输出输出信号的输出端；分层模糊控制系统，其可操作地连接到所述化学环路并且包括多个模糊控制器，其中，所述分层模糊控制系统接收所述输出信号，基于接收的输出信号优化所述输入信号，并且输出优化的输入信号至所述化学环路的输入端从而以优化方式控制所述化学环路的过程。
2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述化学环路包括基于钙的化学环路 和基于金属氧化物的化学环路中的一个。
3.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述发电装置包括以下中的一个单环 路化学循环装置、多环路化学循环装置、进行CO2捕集以利用或封存的基于化学循环的装置 以及基于化学循环的CO2预留装置。
4.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述输入信号包括以下中的至少一个阀位置、燃料流量、空气流量、水流量、吸附剂流 量、石灰石流量、蒸汽流量，以及燃料流量、空气流量、石灰石流量和蒸汽流量中的至少两个 的比率，以及所述输出信号包括以下中的至少一个发电率、负荷需求、固体存量、固体输送、再循环 固体输送、交叉固体输送、反应器温度、环路温度、床温度、耗热率、压力、压差、反应器压力、 反应器压差、上升器压差、密封压差、料腿压差、交叉支腿压差、CO2流量、CO2利用、CO2捕集、 CO2存储、CO2封存、H2流量、N2流量和合成气体流量。
5.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述分层模糊控制系统还包括全局模 糊控制器，其可操作地连接到所述多个模糊控制器中的每个模糊控制器。
6.如权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述多个模糊控制器包括 第一模糊控制器，其可操作地连接到所述全局模糊控制器；第二模糊控制器，其可操作地连接到所述全局模糊控制器； 第三模糊控制器，其可操作地连接到所述全局模糊控制器；以及 第四模糊控制器，其可操作地连接到所述全局模糊控制器；其中 所述全局模糊控制器控制所述第一模糊控制器、所述第二模糊控制器、所述第三模糊 控制器和所述第四模糊控制器的操作，以及所述第一模糊控制器、所述第二模糊控制器、所述第三模糊控制器和所述第四模糊控 制器中的至少一个接收所述输出信号，基于所接收的输出信号优化所述输入信号，并且输 出优化的输入信号至所述化学环路的输入端。
7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于， 所述输出信号包括压差，所述输入信号包括阀位置，所述第一模糊控制器、所述第二模糊控制器、所述第三模糊控制器和所述第四模糊控 制器中的至少一个接收所述压差，基于所接收的压差优化所述阀位置，并且输出优化的阀 位置至所述化学环路的输入端。
8.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述分层模糊控制系统优化所述化学 环路的固体流量。
9.一种用于优化发电装置的控制系统，所述控制系统包括第一化学环路，其具有用于接收第一输入信号的第一输入端和用于输出第一输出信号 的第一输出端，所述第一化学环路包括第一反应器，其至少具有第一入口和第一出口 ；第一分离器，其可操作地连接到所述第一反应器的第一出口 ；以及第一密封罐控制阀，其布置于所述第一分离器与所述第一反应器的第一入口之间；以及分层模糊控制系统，其可操作地连接到所述第一化学环路并且包括多个模糊控制器， 其中，所述分层模糊控制系统接收所述输出信号，基于所接收的输出信号优化所述输 入信号，并且输出优化的输入信号至所述化学环路的输入端从而以优化方式控制所述化学 环路的过程。
10.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述第一化学环路包括基于钙的化学 环路和基于金属氧化物的化学环路中的一个。
11.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述发电装置包括以下中的一个单 环路化学循环装置、多环路化学循环装置、进行CO2捕集以利用或封存的基于化学循环的装 置以及基于化学循环的CO2预留装置。
12.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述第一输入信号包括以下中的至少一个阀位置、燃料流量、空气流量、水流量、吸附 剂流量、石灰石流量、蒸汽流量，以及燃料流量、空气流量、石灰石流量和蒸汽流量中的至少 两个的比率，以及所述第一输出信号包括以下中的至少一个发电率、负荷需求、固体存量、固体输送、再 循环固体输送、交叉固体输送、反应器温度、环路温度、床温度、耗热率、压力、压差、反应器 压力、反应器压差、上升器压差、密封压差、料腿压差、交叉支腿压差、CCV流量、CO2利用、CO2 捕集、CO2存储、CO2封存、H2流量、N2流量和合成气体流量。
13.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述分层模糊控制系统还包括全局模 糊控制器，其可操作地连接到所述多个模糊控制器中的每个模糊控制器。
14.如权利要求13所述的控制系统，其特征在于，所述多个模糊控制器包括 第一模糊控制器，其可操作地连接到所述全局模糊控制器；第二模糊控制器，其可操作地连接到所述全局模糊控制器； 第三模糊控制器，其可操作地连接到所述全局模糊控制器；以及 第四模糊控制器，其可操作地连接到所述全局模糊控制器；其中 所述全局模糊控制器控制所述第一模糊控制器、所述第二模糊控制器、所述第三模糊 控制器和所述第四模糊控制器的操作，以及所述第一模糊控制器、所述第二模糊控制器、所述第三模糊控制器和所述第四模糊控 制器中的至少一个接收所述输出信号，基于所接收的输出信号优化所述输入信号，并且输 出优化的输入信号至所述化学环路的输入端。
15.如权利要求14所述的控制系统，其特征在于， 所述输出信号包括压差，所述输入信号包括阀位置，所述第一模糊控制器、所述第二模糊控制器、所述第三模糊控制器和所述第四模糊控 制器中的至少一个接收所述压差，基于所接收的压差优化所述阀位置，并且输出优化的阀 位置至所述化学环路的输入端。
16.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，还包括第二化学环路，其具有用于接收第二输入信号的第二输入端和用于输出第二输出信号 的第二输出端，所述第二化学环路包括第二反应器，其至少具有第二入口和第二出口 ； 第二分离器，其可操作地连接到所述第二反应器的第二出口 ；以及 第二密封罐控制阀，其布置于所述第二分离器与所述第二反应器的第二入口之间； 第一交叉支腿，其与所述第一化学环路的第一密封罐控制阀和所述第二化学环路的第 二反应器入口流体连通；第二交叉支腿，其与所述第二化学环路的第二密封罐控制阀和所述第一化学环路的第 一反应器入口流体连通，其中所述分层模糊控制系统还接收所述第二输出信号，基于所接收的第二输出信号优化所 述第二输入信号，并且输出优化的第二输入信号至所述第二化学环路的输入端从而以优化 方式控制所述第二化学环路的过程，以及所述分层模糊控制系统优化以下中的至少一个所述第一化学环路中的再循环固体流 量，从所述第一化学环路通过所述第一交叉支腿到所述第二化学环路的交叉固体流量，所 述第二化学环路中的再循环固体流量，以及从所述第二化学环路通过所述第二交叉支腿到 所述第一化学环路的交叉固体流量。
17.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于， 所述第一输出信号包括压差，以及所述第一输入信号包括阀位置。
18.一种用于优化发电装置的控制系统，所述控制系统包括第一化学环路，其具有用于接收第一输入信号的第一输入端和用于输出第一输出信号 的第一输出端，所述第一化学环路包括第一反应器，其至少具有第一入口和第二出口 ； 第一分离器，其可操作地连接到所述第一反应器的第一出口 ；以及 第一密封罐控制阀，其布置于所述第一分离器与所述第一反应器的第一入口之间； 第二化学环路，其具有用于接收第二输入信号的第二输入端和用于输出第二输出信号 的第二输出端，所述第二化学环路包括第二反应器，其至少具有第二入口和第二出口 ； 第二分离器，其可操作地连接到所述第二反应器的第二出口 ；以及 第二密封罐控制阀，其布置于所述第二分离器与所述第二反应器入口之间； 第一交叉支腿，其与所述第一化学环路的第一密封罐控制阀和所述第二化学环路的第 二反应器入口流体连通；第二交叉支腿，其与所述第二化学环路的第二密封罐控制阀和所述第一化学环路的第 一反应器入口流体连通；以及 分层模糊控制系统，其包括全局模糊控制器；第一模糊控制器，其可操作地连接到所述全局模糊控制器； 第二模糊控制器，其可操作地连接到所述全局模糊控制器； 第三模糊控制器，其可操作地连接到所述全局模糊控制器；以及 第四模糊控制器，其可操作地连接到所述全局模糊控制器，其中 所述全局模糊控制器控制所述第一模糊控制器、所述第二模糊控制器、所述第三模糊 控制器和所述第四模糊控制器的操作，所述第一模糊控制器、所述第二模糊控制器、所述第三模糊控制器和所述第四模糊控 制器中的至少一个接收所述第一输出信号和第二输出信号中的一个，基于所接收的所述第 一输出信号和第二输出信号中的一个优化所述第一输入信号和第二输入信号中的一个，并 且输出优化的所述第一输入信号和第二输入信号中的一个至所述第一化学环路和所述第 二化学环路中的一个，以及所述分层模糊控制系统优化以下中的至少一个所述第一化学环路中的再循环固体流 量，从所述第一化学环路通过所述第一交叉支腿到所述第二化学环路的交叉固体流量，所 述第二化学环路中的再循环固体流量，以及从所述第二化学环路通过所述第二交叉支腿到 所述第一化学环路的交叉固体流量。
19.如权利要求18所述的控制系统，其特征在于，所述发电装置包括以下中的一个基于钙的单环路化学循环装置、基于钙的多环路化 学循环装置、进行CO2捕集以利用或封存的基于钙的基于化学循环的装置、基于钙的基于化 学循环的CO2预留装置、基于金属氧化物的单环路化学循环装置、基于金属氧化物的多环路 化学循环装置、进行CO2捕集以利用或封存的基于金属氧化物的基于化学循环的装置和基 于金属氧化物的基于化学循环的CO2预留装置，所述输入信号包括以下中的至少一个阀位置、燃料流量、空气流量、水流量、吸附剂流 量、石灰石流量、蒸汽流量以及燃料流量、空气流量、石灰石流量和蒸汽流量中的至少两个 的比率，以及所述输出信号包括以下中的至少一个发电率、负荷需求、固体存量、固体输送、再循环 固体输送、交叉固体输送、反应器温度、环路温度、床温度、耗热率、压力、压差、反应器压力、 反应器压差、上升器压差、密封压差、料腿压差、交叉支腿压差、CO2流量、CO2利用、CO2捕集、 CO2存储、CO2封存、H2流量、N2流量和合成气体流量。
全文摘要
用于优化发电装置的控制系统(300)包括化学环路，其具有用于接收输入信号(369)的输入端和用于输出输出信号(367)的输出端，和可操作地连接到化学环路的分层模糊控制系统(400)。分层模糊控制系统(400)包括多个模糊控制器(330)。分层模糊控制系统(400)接收输出信号(367)，基于所接收的输出信号(367)优化输入信号(369)，并且输出优化的输入信号(369)至化学环路的输入端从而以优化方式控制化学环路的过程。
文档编号G05B13/02GK101960397SQ200980108358
公开日2011年1月26日 申请日期2009年3月2日 优先权日2008年3月3日
发明者娄新生 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司