The aim of this thesis is to investigate the possibility to improve the separation of HCl and SO2 in the dry ue-gas treatment for boiler #3 at Fortum's thermal power plant in Hogdalen; by using a model predictive control instead of a PID controller to govern the slaked lime injection. To achieve this an ARMAX model was derived using MATLAB's System Identi cation Toolbox and measurements of the incoming and outgoing levels of HCl, SO2 and the speed of the injection motor. The ARMAX model was then converted to a state space model which will be used as the internal model for the MPC predictions. The cost function was a quadratic problem which included the error between the output and the set points, the change rate of the input and the inputs deviation from a default value. The MPC uses both a feedforward and a feedback loop to estimate the error over the prediction horizon. The controller also utilizes the ability to set constraints and tuning of the cost function weights. In conclusion, the thesis shows that a MPC controlled lime injection is possible and would o er some unique possibilities such as: natural constraints handling, more intuitive live tuning for the operator and prioritized input control. However the dry scrubber still struggles to suppress high amounts of incoming SO2 and since the project lacked a measuring unit for incoming HCl concentration the results showing an improvements in pollution separation was not conclusive. / Under 2011 utförde Fortum en ombyggnation av Panna 3 för att oka energiproduktionen vid Högdalens värmeverk. Detta ledde till ett okat rökgasflöde genom pannans rökgasrening och Fortum har sedan ombyggnationen noterat en försämrad separation av väteklorid (HCl) och svaveldioxid (SO2) i den torra rökgasreningen. I den torra rökgasreningen (torr skrubber) tillsatts släckt kalk till rökgaskanalen som sedan reagerar med HCl och SO2. Reaktionen mellan kalk och HCl/SO2 skapar ett fast ämne som kan filtreras med ett filter. Detta projekt har undersökt möjligheten att förbättra separationen av HCl och SO2 i den torr skrubbern genom att använda en prediktive regulator för att styra kalkinmatningen istället för en PID regulator. Projektet inleddes med att skapa en matematisk modell som beskriver sambandet mellan inkommande HCl, SO2 och kalk och utgående HCl och SO2. För att åstadkomma detta så mättes indata och utdata för att sedan användas i MATLAB's System Identification Toolbox som sedan skapade en ARMAX (Autoregressive Moving Average Extra signal) modell. Denna modell konverterades sedan till en tillståndsmodell för att bättre passa ändamålet som en intern modell i MPC regulatorn. Nästa steg var att sätta ihop själva regulatorn som styr hastigheten av de motorer som matar in kalk i rökgaskanalen i MATLAB Simulink. Denna regulator har till uppgift att hitta den optimala förändringen av motorhastigheten som gör så att utsignalen håller sig på en önskad referensnivå. Detta utförs genom att ställa upp en så kallad kostnadsfunktion som associerar en fiktiv kostnad till att avvika från referensnivån, att föreslå en stor ändring av motorhastigheten eller att avvika från en önskad motorhastighet. Kostnadsfunktionen ar formulerad som kvadratisk problem som MPC regulatorn försöker lösa för att hitta den optimala insignalen till systemet. Med andra ord så försöker regulatorn att hitta den minsta andringen av motorhastigheten som bidrar till den minsta avvikelsen från önskad motorhastighet och minsta avvikelsen mellan utsignal och referensnivå _a. Den framtagna regulatorn använder sig av både framkoppling och återkoppling för att estimera summan av de nuvarande och förväntade avvikelsen mellan utsignal och referensnivå. Regulatorn använder sig också av restriktioner som begränsar hastigheten på motorn och hur snabbt regulatorn kan andra den tidigare motorhastigheten. Detta betyder att regulatorn kommer endast att föreslå en förändring av hastigheten som ligger inom systemets restriktioner. Denna rapport kommer i jämförelsesyfte också att presentera en simulation av den existerande PID regulatorn. Resultaten från denna rapport kommer att innehålla den framtagna tillståndsmodellen, en skiss over den implementerade MPC regulatorn, den kod som utför själva optimeringen samt diagram från simuleringar av MPC och PID regulatorerna. I dessa resultat visade det sig att MPC regulatorn lyckas _åstadkomma marginellt bättre kontroll over utgående SO2 samt en mer exakt kontroll av utgående HCl. Det skall dock noteras att dessa resultat ar baserade på simuleringar och kan komma att andras i en verklig implementation. Aven med små förbättringar av utsläppsvärdena så erbjuder MPC regulatorn några intressanta möjligheter. En MPC regulator kan hantera restriktioner i processen mycket mer naturligt an PID regulatorn. Den kan också justeras under drift av operatören samt prioriterat val av kontrollsignal. Med prioriterat val av kontrollsignal menas att det ar möjligt att förknippa olika kostnader till era olika kontrollsignaler i kostnadsfunktionen. Detta skulle medföra att regulatorn prioriterar en andringar av den kontrollsignal som medför den minsta kostnaden under rådande omständigheter.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-168248 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Sundberg, Joacim |
| Publisher | KTH, Reglerteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | EES Examensarbete / Master Thesis ; XR-EE-RT 2014:024 |
Page generated in 0.0018 seconds