制浆过程中石灰石砂浆密度敏感性因素分析

制浆过程中石灰石砂浆密度敏感性因素分析

中国是一个主要的发电大国，其发电产生的二氧化硫是环境影响的主要来源。湿式石灰石-石膏法烟气脱硫技术因工艺成熟、可靠性高、操作简单等优势而被广泛使用。在该技术中石灰石浆液的性能是影响脱硫效率的主要因素之一。因此,制备性能合适的石灰石浆液对于提高脱硫效率、降低火力发电厂脱硫成本、实现节能降耗有着重要意义。湿式石灰石-石膏法烟气脱硫工艺中,石灰石浆液的密度是影响其性能的主要参数。现场运行中,运行参数的变动,会使得浆液密度值波动,从而影响浆液性能。本文以某600MW火力发电厂湿式脱硫制浆系统作为研究对象,通过现场实验,研究了给料量、补水量、球磨机电流、漩流器压力与浆液密度的变化关系,并利用最小二乘支持向量机(LSSVM)对石灰石浆液密度进行单目标建模,同时以机组运行某负荷工况为基准,分析了各相关因素变化对石灰石浆液密度敏感性的影响,其结果可用于指导实践操作。1砂浆实验1.1顶流浆液制备试验火力发电厂湿式石灰石-石膏法烟气脱硫工艺中,石灰石浆液是经石灰石粉碎成一定粒径后,按照一定比例与水混合而制得的具有一定浓度的混合浆液。本文以某600MW火力发电厂的脱硫制浆工艺为例分析其工艺特点。石灰石经运料车卸载,通过振动给料机进入破碎机,被破碎成20～30mm的小块后被储存在石灰石储仓中,后经称重皮带称重,输送至球磨机与水混合进行制浆。制出后的浆液储存于循环浆液箱中,通过浆液循环泵打至旋流器进行进一步分离,顶流为成品浆液存于供浆罐中作为备用,底流为不合格浆液,重新返回磨机研磨。工艺要求顶流浆液浓度在20%～30%的范围内,粒度要求通过325目标准筛达90%以上。通过现场调整试验可知,影响密度的主要因素有给料量、给水量、球磨机电流、旋流器入口压力等。为了研究其关系,在制浆系统中,对各个重要的影响因素均布置相应的测点进行实验测试。图1为湿法制浆工艺流程及其测点分布图。1.2检测结果的保存和测量密度测试采用的是HB43卤素水份测定仪(精确度为0.3%)。其具有操作简便,快速,准确度较高,浆液烘干后可直接读取浓度值等优点。HB43卤素水分测定仪利用卤素加热单元,加热迅速,缩短了干燥时间,可以在较短的时间里得出检测结果,测定重复性好,对样品需求量少。配有计算机接口可以进行数据的传递和保存。粒度测试采用的是马尔文2000激光粒度仪,该仪器采用微处理器控制,利用激光测定颗粒的体积比(假设粒子为球型),通过计算机程序算出其测定范围内各种颗粒的比率以及比表面积和平均粒径。可以连续测定多次取平均数值,结果可以保存并且以曲线方式给出粒度分布。其他参数测量采用就地测量仪表进行测量。实验前并对相应仪表进行精度校验。1.3实验方法1.3.1实验研究与分析以某600MW火力发电厂湿式石灰石-石膏法烟气脱硫制浆系统以机组运行某负荷工况为基准,通过改变漩流器入口压力来改变密度与颗粒度的大小,并且通过现场取样和实验室分析取得相应实验参数。1.3.2取样点取样(1)启动球磨机制浆,让其按正常负荷运行一段时间,至各参数稳定。(2)改变工况,运行稳定半个小时后对顶流及底流浆液进行取样并记录取样序号与时间。(3)改变工况点,重复步骤2。直至记录完所有工况点的取样。其实验数据如表1所示。1.3.3脱硫效率的测试(1)实验过程中实时监测循环浆液箱的液位,不能超过其临界液位,以免发生浆液溢出。(2)实验过程中实时监测循环浆液箱浆液与顶流的密度值,把漩流器压力控制在一个合适的范围,以保证脱硫效率。(3)实验过程中漩流器压力不能调得太低,否则容易使得密度计堵塞。(4)浆液pH值必须实时检测,控制在合适的范围。2复杂过程的耦合过程通过现场调整实验可知,脱硫制浆过程中影响浆液密度的主要因素有石灰石给料量、补水量、球磨机电流、漩流器入口压力等。由于这些参数之间具有强耦合、非线性等特征。对于这些复杂的过程,难以用简单的机理模型来描述。基于支持向量机的模型属于黑箱模型,其输入输出参数之间的非线性函数关系由支持向量机实现,因此适合用其来建立敏感性分析模型。2.1球磨机电流、球磨机电流的敏感性分析选取给料量、补水量、漩流器入口压力、球磨机电流作为输入参数,选取石灰石浆液的密度作为敏感性分析模型的目标值,其敏感性分析模型如图2所示。2.2支持向量机训练结果在表1的33组实验样本数据中,随机选取28组作为训练样本,5组作为验证样本,以验证模型的正确性。敏感性分析模型的输入和输出层分别有4个输入节点和1个输出节点。对数据进行归一处理到,正规化参数和径向基核参数分别为λ=55,σ=18。支持向量机训练结果如图3所示。由图可知,训练样本和验证样本均匀分布在基准线附近,模型的估计值很好地逼近了非线性系统输出的实际值,由此说明所建立的模型可用于石灰石浆液密度敏感性分析。3石质密度敏感性分析为了分析石灰石浆液密度变化的敏感性,在此以机组运行某负荷工况为基准(表1第4组数据),应用上述建立的石灰石浆液密度敏感性分析支持向量机模型,来分析主要参数对石灰石浆液密度的影响和敏感性。3.1石灰浆液密度在敏感性分析模型中,分别调整给料量、补水量、球磨机电流、旋流器入口压力使其在基准值附近波动,同时保持其它参数不变,得出石灰石浆液密度与各个参数值的变化关系,如图4～图7所示。3.2石浆密度的影响为了定量研究上述因素对石灰石浆液密度的敏感性,本文采用敏感度进行分析。在此定义石灰石浆液密度的敏感度(ΔS)为各相关因素每变化一个百分点时所引起密度的变化率。其计算公式为:ΔS=ΔRp1−ΔRp2ΔRv1−ΔRv2ΔS=ΔRp1-ΔRp2ΔRv1-ΔRv2(1)其中:ΔRv表示敏感因素的变化率,ΔRv1取5%,ΔRv2取-5%;ΔRp表示密度在敏感性因素变化时的变化率,即:ΔRp=(Pv−Po)/PoΔRp=(Ρv-Ρo)/Ρo(2)其中:Pv为敏感因素变化率为±5%时的密度;Po为基准方案密度;ΔRp1、ΔRp2分别是当敏感因素变化率为+5%和-5%时由公式(2)所得到的值。由公式(1)求得石灰石浆液密度对球磨机电流和漩流器入口压力的敏感度分别为0.305和0.061;而对给料量和补水量的敏感度为0.030和0.037。故可得知,浆液密度对球磨机电流最为敏感,其次是漩流器入口压力。其原因是球磨机电流反映的是球磨机钢球量、石灰石量及水量。在给水量一定下,其电流增大,表明钢球量、石灰石量也大,球磨机相应制得合格密度的浆液就多,石灰石浆液密度相应增大;当漩流器入口压力增大时,由于离心力的作用使主旋流内部产生的向上的次旋流强度增大,从而使大部分液体带随细小颗粒从顶部溢出,由此改变浆液密度与性能。4最小二乘支持向量机石榴浆液密度敏感性分析(1)通过实验,得到了湿法烟气脱硫制浆系统中浆液密度与给料量、补水量、球磨机电流、漩流器入口压力的变化规律。(2)应用实验数据建立了最小二乘支持向量机石灰石浆液密度敏感性分析模型。通过模型分