濕式球磨機(jī)鋼球自動(dòng)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(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司 許昌項(xiàng)目部，河南 許昌 461690；2.大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司特許經(jīng)營分公司，南京 210000；3.華北電力大學(xué) 計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院，河北 保定 071003）

0 引言

現(xiàn)階段火電廠進(jìn)行煙氣脫硫主要就是使用石灰石/石膏脫硫工藝。經(jīng)常會(huì)使用到濕式球磨機(jī)，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(huì)因磨損而使數(shù)量減少，這樣鋼球配比就會(huì)發(fā)生變化，而鋼球的配比情況直接影響產(chǎn)生的石灰石漿液的品質(zhì)。鋼球量過少會(huì)使得研磨不充分，顆粒細(xì)度達(dá)不到要求會(huì)影響吸收塔內(nèi)的石灰石漿液消耗量，而未達(dá)標(biāo)漿液在吸收塔底部造成漿液沉積，當(dāng)堆積至一定高度后堵塞漿液循環(huán)泵進(jìn)口，導(dǎo)致系統(tǒng)液氣比下降，提高系統(tǒng)的運(yùn)行成本，長此以往會(huì)導(dǎo)致未完全反應(yīng)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(huì)增加負(fù)載，能耗增高，造成資源的浪費(fèi)。所以保證研磨機(jī)內(nèi)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(tǒng)的自動(dòng)添加方式，通過檢測一些相關(guān)變量來自動(dòng)添加鋼球使得其配比保持在一個(gè)合理的區(qū)間。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram

1 濕式球磨機(jī)簡介

石灰石球磨機(jī)就是對石灰石進(jìn)行粉碎的關(guān)鍵設(shè)備，它是一種低速球磨機(jī)。本機(jī)由給料部、出料部、回轉(zhuǎn)部、傳動(dòng)部（減速機(jī)，小傳動(dòng)齒輪，電機(jī)，電控）等主要部分組成。它利用低速旋轉(zhuǎn)的滾筒帶動(dòng)筒內(nèi)鋼球運(yùn)動(dòng)，通過鋼球?qū)κ沂瘔K的撞擊、擠壓、研磨，實(shí)現(xiàn)石灰石塊的破碎并且磨制成細(xì)小粉末。它的磨碎部分是一個(gè)圓筒，球磨機(jī)筒體內(nèi)裝載了一定數(shù)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(jìn)行適當(dāng)?shù)钠ヅ?。電?dòng)機(jī)經(jīng)過變速箱帶動(dòng)圓筒產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(tài)落下，欲磨制的物料和水由給料管連續(xù)地進(jìn)入磨機(jī)筒體內(nèi)，被運(yùn)動(dòng)著的磨礦介質(zhì)粉碎和研磨，成為漿液[3]。

2 濕式球磨機(jī)現(xiàn)行工作情況

在火電廠中濕式球磨機(jī)主要用于濕式球磨制漿系統(tǒng)。經(jīng)過研磨的石灰石塊變?yōu)槭沂w粒，經(jīng)稱重皮帶給料器送入濕式球磨機(jī)入口處，與一定量由補(bǔ)給水泵輸送來的工藝水（或來自脫水系統(tǒng)的回收水）混合進(jìn)入濕式球磨機(jī)，被球磨機(jī)筒內(nèi)的鋼球撞擊、擠壓和碾磨成漿液[4]。該漿液經(jīng)旋流分離器通過水力旋流作用對磨制的石灰石漿液進(jìn)行粗細(xì)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(jī)中再次碾磨；而漿液中的小顆粒則從頂部溢出，形成稀漿進(jìn)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(tǒng)結(jié)構(gòu)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(xì)度尤為重要，而鋼球的數(shù)量則會(huì)直接影響到石灰石的顆粒細(xì)度。當(dāng)鋼球與投料比例低時(shí)則會(huì)使得研磨不充分，研磨而成的石灰石顆粒細(xì)度無法滿足要求，使得石灰石漿液消耗量增加，同時(shí)漿液回流量增加造成能耗的浪費(fèi)[6]。鋼球與投料的比例變大會(huì)使得負(fù)載增加造成能耗浪費(fèi)。在現(xiàn)在大多數(shù)火電廠中，鋼球的投放大概有兩種方式，第一種是根據(jù)負(fù)載電流判斷，當(dāng)電流值低于額定值時(shí)進(jìn)行人工添加補(bǔ)充；第二種是根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次鋼球投放。以上兩種方法都存在一定的弊端，現(xiàn)在并沒有相應(yīng)的解決辦法。

3 鋼球自動(dòng)添加方法

本文則介紹一種基于專家系統(tǒng)的鋼球自動(dòng)添加策略，其基本工作原理就是通過檢測球磨機(jī)的供電電流以及進(jìn)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(jìn)料量數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄＜蚁到y(tǒng)中進(jìn)行研究分析，根據(jù)分析結(jié)果，確定添加鋼球的數(shù)量以及型號來進(jìn)行自動(dòng)添加。該控制策略也可以切換到手動(dòng)模式，在某些特殊的情況下可以使用手動(dòng)模式，當(dāng)自動(dòng)加球裝置中的鋼球數(shù)量少于一定值的時(shí)候會(huì)進(jìn)行提示，這時(shí)就要求工作人員進(jìn)行鋼球的添加工作，具體控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中IE為電流檢測元件，F(xiàn)E為進(jìn)料量檢測元件，1為報(bào)警信號。

3.1 基于專家系統(tǒng)的自動(dòng)添加策略

在本文研究的工業(yè)背景下，專家系統(tǒng)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(tǒng)的實(shí)質(zhì)是基于受控對象和控制規(guī)律的各種專家知識，使得被控對象盡可能的優(yōu)化和實(shí)用化[7]。在鋼球添加過程中由于現(xiàn)場情況復(fù)雜往往難以進(jìn)行準(zhǔn)確的描述與分析，而專家系統(tǒng)則可以對這些問題進(jìn)行較好地解決。在上述工業(yè)過程中經(jīng)驗(yàn)占據(jù)著尤為重要的地位[8]，根據(jù)專家知識和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，找出能夠反映球磨機(jī)中鋼球數(shù)量配比的特征參數(shù)，根據(jù)參數(shù)的不同能夠反映其配比的情況，據(jù)此來調(diào)節(jié)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(tǒng)知識庫中；在實(shí)際的工業(yè)控制中根據(jù)檢測到的不同的參數(shù)值，再結(jié)合知識庫中的知識給出添加鋼球的數(shù)量以及型號。選取某電廠的濕式球磨機(jī)的負(fù)載電流，進(jìn)料量以及濕式球磨機(jī)的工作參數(shù)作為專家系統(tǒng)的規(guī)則參數(shù)，根據(jù)電廠的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)以及領(lǐng)域的專家知識來產(chǎn)生規(guī)則，將每種規(guī)則下的鋼球添加數(shù)量以及型號存入專家?guī)熘小?/p>

3.2 現(xiàn)場控制流程

在現(xiàn)場實(shí)際控制過程中檢測的負(fù)載電流以及進(jìn)料量傳輸?shù)綄＜蚁到y(tǒng)中，系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)值進(jìn)行處理，結(jié)合知識庫中的知識經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理研判，得到添加鋼球的型號以及數(shù)量來進(jìn)行自動(dòng)添加。

3.3 控制效果

根據(jù)構(gòu)建好的專家知識庫進(jìn)行了實(shí)際效果的驗(yàn)證，根據(jù)專家知識庫當(dāng)進(jìn)料量為18kg/s時(shí)，在電流低于85A時(shí)添加大鋼球2個(gè)，中鋼球2個(gè)；在實(shí)際電廠運(yùn)行中該情況下直接加入3個(gè)大鋼球，由此可以看出專家系統(tǒng)的實(shí)際控制效果較為良好。

4 問題與展望

上述方式在實(shí)際運(yùn)行中可能還存在一定的問題。首先在實(shí)際現(xiàn)場工作中情況復(fù)雜，會(huì)遇到各種各樣的問題，例如：檢測裝置在現(xiàn)場環(huán)境中，由于環(huán)境惡劣造成參數(shù)檢測出現(xiàn)錯(cuò)誤以此造成誤判，釀成嚴(yán)重后果；其次，在該基于專家系統(tǒng)的添加策略中依賴于專家知識以及現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，所以如果取得的專家?guī)煊兴e(cuò)誤或者數(shù)量不足就很難得到預(yù)期效果。

針對上述的一些問題時(shí)，在未來的研究中應(yīng)該著重注意以下幾點(diǎn)；1）針對現(xiàn)場環(huán)境對檢測裝置進(jìn)行改造，使其能夠盡量在現(xiàn)場環(huán)境中仍然能夠保持良好的運(yùn)行狀態(tài)；2）進(jìn)行大量的現(xiàn)場試驗(yàn)，不斷優(yōu)化改進(jìn)專家?guī)?，充分考慮各種現(xiàn)場突發(fā)情況，盡可能將專家?guī)爝M(jìn)行完善。