濕式球磨機鋼球自動添加策略

魏建鵬，陳偉利，閆歡歡，張海峰，黃婉婉，劉 震

（1.大唐環境產業集團股份有限公司 許昌項目部，河南 許昌 461690；2.大唐環境產業集團股份有限公司特許經營分公司，南京 210000；3.華北電力大學 計算機與控制工程學院，河北 保定 071003）

0 引言

現階段火電廠進行煙氣脫硫主要就是使用石灰石/石膏脫硫工藝。經常會使用到濕式球磨機，它的作用就是將石灰石研磨成石灰石漿液，在研磨過程中鋼球會因磨損而使數量減少，這樣鋼球配比就會發生變化，而鋼球的配比情況直接影響產生的石灰石漿液的品質。鋼球量過少會使得研磨不充分，顆粒細度達不到要求會影響吸收塔內的石灰石漿液消耗量，而未達標漿液在吸收塔底部造成漿液沉積，當堆積至一定高度后堵塞漿液循環泵進口，導致系統液氣比下降，提高系統的運行成本，長此以往會導致未完全反應的亞硫酸鈣附著在碳酸鈣表面，造成亞硫酸鹽致盲情況[1,2]。鋼球量過多會增加負載，能耗增高，造成資源的浪費。所以保證研磨機內的鋼球與投料的一定配比具有重要的意義。本文就是說明一種基于專家控制系統的自動添加方式，通過檢測一些相關變量來自動添加鋼球使得其配比保持在一個合理的區間。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram

1 濕式球磨機簡介

石灰石球磨機就是對石灰石進行粉碎的關鍵設備，它是一種低速球磨機。本機由給料部、出料部、回轉部、傳動部（減速機，小傳動齒輪，電機，電控）等主要部分組成。它利用低速旋轉的滾筒帶動筒內鋼球運動，通過鋼球對石灰石塊的撞擊、擠壓、研磨，實現石灰石塊的破碎并且磨制成細小粉末。它的磨碎部分是一個圓筒，球磨機筒體內裝載了一定數量的鋼球和被磨物料及適量的水，并按工藝要求對物料、水和研磨體進行適當的匹配。電動機經過變速箱帶動圓筒產生旋轉運動，鋼球在離心力和摩擦力的作用下，被提升到一定的高度，呈拋落狀態落下，欲磨制的物料和水由給料管連續地進入磨機筒體內，被運動著的磨礦介質粉碎和研磨，成為漿液[3]。

2 濕式球磨機現行工作情況

在火電廠中濕式球磨機主要用于濕式球磨制漿系統。經過研磨的石灰石塊變為石灰石顆粒，經稱重皮帶給料器送入濕式球磨機入口處，與一定量由補給水泵輸送來的工藝水（或來自脫水系統的回收水）混合進入濕式球磨機，被球磨機筒內的鋼球撞擊、擠壓和碾磨成漿液[4]。該漿液經旋流分離器通過水力旋流作用對磨制的石灰石漿液進行粗細顆粒分離，漿液中的大顆粒被分離到旋流分離器的底部形成底流濃漿，回到球磨機中再次碾磨；而漿液中的小顆粒則從頂部溢出，形成稀漿進入石灰石給料儲箱備用[5]。工藝流程圖如圖1所示。

圖2 控制系統結構圖Fig.2 Control system structure diagram

由上述工藝過程可以看出，在研磨過程中研磨石灰石顆粒為合適細度尤為重要，而鋼球的數量則會直接影響到石灰石的顆粒細度。當鋼球與投料比例低時則會使得研磨不充分，研磨而成的石灰石顆粒細度無法滿足要求，使得石灰石漿液消耗量增加，同時漿液回流量增加造成能耗的浪費[6]。鋼球與投料的比例變大會使得負載增加造成能耗浪費。在現在大多數火電廠中，鋼球的投放大概有兩種方式，第一種是根據負載電流判斷，當電流值低于額定值時進行人工添加補充；第二種是根據實際經驗每隔一段時間進行一次鋼球投放。以上兩種方法都存在一定的弊端，現在并沒有相應的解決辦法。

3 鋼球自動添加方法

本文則介紹一種基于專家系統的鋼球自動添加策略，其基本工作原理就是通過檢測球磨機的供電電流以及進料量來判斷是否添加鋼球。在工作過程中將檢測到電流和進料量數據傳輸到專家系統中進行研究分析，根據分析結果，確定添加鋼球的數量以及型號來進行自動添加。該控制策略也可以切換到手動模式，在某些特殊的情況下可以使用手動模式，當自動加球裝置中的鋼球數量少于一定值的時候會進行提示，這時就要求工作人員進行鋼球的添加工作，具體控制系統結構如圖2所示。其中IE為電流檢測元件，FE為進料量檢測元件，1為報警信號。

3.1 基于專家系統的自動添加策略

在本文研究的工業背景下，專家系統能更好地解決上述問題。

圖3 控制流程圖Fig.3 Control flowchart

專家系統的實質是基于受控對象和控制規律的各種專家知識，使得被控對象盡可能的優化和實用化[7]。在鋼球添加過程中由于現場情況復雜往往難以進行準確的描述與分析，而專家系統則可以對這些問題進行較好地解決。在上述工業過程中經驗占據著尤為重要的地位[8]，根據專家知識和經驗總結，找出能夠反映球磨機中鋼球數量配比的特征參數，根據參數的不同能夠反映其配比的情況，據此來調節不同的控制量，然后將添加情況分為幾類作為專家知識存入專家系統知識庫中；在實際的工業控制中根據檢測到的不同的參數值，再結合知識庫中的知識給出添加鋼球的數量以及型號。選取某電廠的濕式球磨機的負載電流，進料量以及濕式球磨機的工作參數作為專家系統的規則參數，根據電廠的實際操作經驗以及領域的專家知識來產生規則，將每種規則下的鋼球添加數量以及型號存入專家庫中。

3.2 現場控制流程

在現場實際控制過程中檢測的負載電流以及進料量傳輸到專家系統中，系統根據參數值進行處理，結合知識庫中的知識經驗進行推理研判，得到添加鋼球的型號以及數量來進行自動添加。

3.3 控制效果

根據構建好的專家知識庫進行了實際效果的驗證，根據專家知識庫當進料量為18kg/s時，在電流低于85A時添加大鋼球2個，中鋼球2個；在實際電廠運行中該情況下直接加入3個大鋼球，由此可以看出專家系統的實際控制效果較為良好。

4 問題與展望

上述方式在實際運行中可能還存在一定的問題。首先在實際現場工作中情況復雜，會遇到各種各樣的問題，例如：檢測裝置在現場環境中，由于環境惡劣造成參數檢測出現錯誤以此造成誤判，釀成嚴重后果；其次，在該基于專家系統的添加策略中依賴于專家知識以及現場經驗，所以如果取得的專家庫有所錯誤或者數量不足就很難得到預期效果。

針對上述的一些問題時，在未來的研究中應該著重注意以下幾點；1）針對現場環境對檢測裝置進行改造，使其能夠盡量在現場環境中仍然能夠保持良好的運行狀態；2）進行大量的現場試驗，不斷優化改進專家庫，充分考慮各種現場突發情況，盡可能將專家庫進行完善。