[发明专利]一种CO2

说明书

本发明公开一种CO₂捕集的DMC‑PID串级系统及其控制方法。本发明提出的DMC‑PID串级控制策略，选取设定值CO₂含量为DMC控制器的输入值，DMC控制器的输出值为PID控制器的输入值，且由PID控制器消除扰动变量烟气流量，单回路的PID控制器构成了内环模块；DMC控制器从整体上对系统进行控制。本发明系统既保持了两个控制器优秀的性能，又有串级系统的结构特点，完成了对于被控对象大延迟强干扰的控制，从而进一步提高CO₂捕集系统对火电站变负荷运行的适应性和灵活性。

技术领域

本发明涉及煤化工过程的控制技术领域，尤其是一种基于MEA的燃烧后CO₂捕集过程的DMC-PID串级预测控制方法，具体地说是一种CO₂捕集的DMC-PID串级系统及其控制方法。

背景技术

以二氧化碳(CO₂)为主的温室气体排放导致的极端气候变化和海平面上升，成为本世纪人类面临的最严重问题。作为电力主要供给来源的化石燃料，尤其是煤的燃烧成为CO₂最大的固定排放源，且这一趋势在近些年不会改变。而碳捕集与封存(CCS)技术是国内外众多权威机构公认的实现大规模CO₂减排的最直接有效手段，将捕获的二氧化碳运输并以超临界状态长时间储存在深海地质井或海洋井中。

在目前的各种二氧化碳捕集方法中，基于乙醇胺溶剂(MEA)化学吸收的燃烧后二氧化碳捕集(PCC)被认为是最成熟可行和具有前景的方法，因为它成本较低，可以很容易地改造到现有的发电厂。

如图4所示，在烟气冷却器中脱硫后的炉气经风机增压进入吸收塔，并与塔顶流入的贫液MEA溶液发生化学反应，脱除炉气中的CO₂，吸收CO₂的富液从吸收塔底部流出，经贫富液热交换器换热，再由富液泵增压后升温进入汽提塔，富液与再沸器中的蒸汽接触产生CO₂解吸效应，解吸出的CO₂经提纯后得到高压 CO₂气体。为了保证系统稳定运行，在混合器中补充水以保证系统平衡。该模型中所涉及的化学平衡反应如式(1)-(7)所示：

所涉及的动力学可逆反应可以表示为：

对于整个PCC过程，最重要的是CO₂捕集率的提高和实现快速跟踪，但它受到贫液流量和来自于煤电厂烟气流量的影响，目前火电厂所采用的控制策略90％都是基于PI、PID控制的传统控制方案，但该控制算法无法解决多变量耦合的控制对象，再针对整个过程中的再沸器、冷凝器和贫富液换热过程，使得对象具有大惯性、大滞后，强干扰现象。因此，亟待一种控制方法来消除滞后抵抗干扰是很有必要的。

发明内容

本发明的目的一个目的在于提出一种CO₂捕集的DMC-PID串级系统；本发明的另一个目的在于提出一种CO₂捕集的DMC-PID串级系统控制方法。本发明方法解决燃烧后CO₂捕集过程中因为再沸器、冷凝器和贫富液换热过程导致的大惯性大滞后和抑制烟气流量带来的突发随机干扰，使得CO₂的捕集率大大提高；且本发明方法既保持了两个控制器优秀的性能，又有串级系统的结构特点，完成了对于被控对象大延迟强干扰的控制，从而进一步提高CO₂捕集系统对火电站变负荷运行的适应性和灵活性。