濕法脫硫石灰石漿液密度的敏感性分析

1、第5卷第10期環(huán)境工程學報Vol5,No102011年10月Chinese Journal of Environmental EngineeringOct2011濕法脫硫石灰石漿液密度的敏感性分析劉定平1李小偉1黃泳華1胡劍琛2(1華南理工大學電力學院,廣州510640;2廣東拓奇電力技術(shù)發(fā)展有限公司,廣州510730摘要石灰石漿液的性能是影響濕法煙氣脫硫效率的主要因素,而石灰石漿液的密度又是影響其性能的主要參數(shù)?，F(xiàn)場制漿過程中,運行參數(shù)的變動會使得漿液密度值發(fā)生變化,從而影響漿液性能。因此,通過調(diào)整制漿系統(tǒng)運行參數(shù),尋找石灰石漿液密度敏感因素,對優(yōu)化漿液性能具有重要意義。以某600MW 火力

2、發(fā)電廠濕式脫硫制漿系統(tǒng)作為研究對象,通過現(xiàn)場實驗,研究了給料量、補水量、球磨機電流、漩流器壓力與漿液密度的關(guān)系,并利用最小二乘支持向量機(LSSVM 對石灰石漿液密度進行單目標建模,以機組某負荷運行工況為基準,分析了各相關(guān)因素變化對石灰石漿液密度敏感性的影響,其結(jié)果對于運行人員調(diào)整參數(shù)以提高石灰石漿液性能具有一定的參考意義。關(guān)鍵詞濕法煙氣脫硫石灰石漿液密度LSSVM 敏感性分析中圖分類號X701文獻標識碼A文章編號1673-9108(201110-2321-05Sensitivity analysis on limestone density of WFGDLiu Dingping 1Li X

3、iaowei 1Huang Yonghua 1Hu Jianchen 2(1School of Electric Power ,South China University of Technology ,Guangzhou 510640,China ;2Topkey Power Technical Development CoLtd,Guangzhou 510730,China Abstract The performance of limestone slurry has the important influence on efficiency of wet flue gas des-ul

4、furization (WFGD And limestone slurry density is one of the significant parametersIn the field ,the slurry density could be changed by adjusting the operating parametersTherefore ,it is so crucial to the performance op-timization of limestone slurryWith wet desulfurization systems of a 600MW power p

5、lant ,the relationships of slurry density and feeding quantity ,filling water ,mill electrical current ,swirling flow pressure were studiedThe single objective model of limestone slurry density was built by the least square support vector machine (LSS-VM And then the relevant factors on limestone sl

6、urry density were analyzed through utilizing an operating con-dition as the fiducial valuesFinally ,the sensitivity of limestone slurry density and related factors were obtainedThe results are useful to supervise operator for improving the performance of limestone slurryKey words WFGD ;limestone slu

7、rry ;density ;LSSVM ;sensitivity analysis 基金項目:國家自然科學基金資助項目(50776034;2011年廣州黃埔科技計劃1137號項目資助收稿日期:20100427;修訂日期:20100611作者簡介:劉定平(1965 ,男,副教授,主要從事火力發(fā)電廠環(huán)境保護與控制研究。E-mail :liudingping126com 我國是以火力發(fā)電為主的燃煤大國,燃煤產(chǎn)生的二氧化硫是大氣污染的主要來源。濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)因工藝成熟、可靠性高、操作簡單等優(yōu)勢而被廣泛使用。在該技術(shù)中石灰石漿液的性能是影響脫硫效率的主要因素之一。因此,制備性能合適的石灰

8、石漿液對于提高脫硫效率、降低火力發(fā)電廠脫硫成本、實現(xiàn)節(jié)能降耗有著重要意義1。濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝中,石灰石漿液的密度是影響其性能的主要參數(shù)2?，F(xiàn)場運行中,運行參數(shù)的變動,會使得漿液密度值波動,從而影響漿液性能。本文以某600MW 火力發(fā)電廠濕式脫硫制漿系統(tǒng)作為研究對象,通過現(xiàn)場實驗,研究了給料量、補水量、球磨機電流、漩流器壓力與漿液密度的變化關(guān)系,并利用最小二乘支持向量機(LSSVM 對石灰石漿液密度進行單目標建模,同時以機組運行某負荷工況為基準,分析了各相關(guān)因素變化對石灰石漿液密度敏感性的影響,其結(jié)果可用于指導實踐操作。1制漿實驗11制漿工藝分析及測點布置火力發(fā)電廠濕式石灰石-石膏

9、法煙氣脫硫工藝中,石灰石漿液是經(jīng)石灰石粉碎成一定粒徑后,按照環(huán)境工程學報第5卷一定比例與水混合而制得的具有一定濃度的混合漿液。本文以某600MW 火力發(fā)電廠的脫硫制漿工藝為例分析其工藝特點。石灰石經(jīng)運料車卸載,通過振動給料機進入破碎機,被破碎成20 30mm 的小塊后被儲存在石灰石儲倉中,后經(jīng)稱重皮帶稱重,輸送至球磨機與水混合進行制漿。制出后的漿液儲存于循環(huán)漿液箱中,通過漿液循環(huán)泵打至旋流器進行進一步分離,頂流為成品漿液存于供漿罐中作為備用,底流為不合格漿液,重新返回磨機研磨。工藝要求頂流漿液濃度在20% 30%的范圍內(nèi),粒度要求通過325目標準篩達90%以上。通過現(xiàn)場調(diào)整試驗可知,影響密度的

10、主要因素有給料量、給水量、球磨機電流、旋流器入口壓力等。為了研究其關(guān)系,在制漿系統(tǒng)中,對各個重要的影響因素均布置相應(yīng)的測點進行實驗測試。圖1為濕法制漿工藝流程及其測點分布圖。 圖1濕法制漿工藝流程及測點分布圖Fig1Processes flow of wet method manufacture slurry and distribution of test points12實驗儀器設(shè)備密度測試采用的是HB43鹵素水份測定儀(精確度為03%。其具有操作簡便,快速,準確度較高,漿液烘干后可直接讀取濃度值等優(yōu)點。HB43鹵素水分測定儀利用鹵素加熱單元,加熱迅速,縮短了干燥時間,可以在較短的時間里得

11、出檢測結(jié)果,測定重復性好,對樣品需求量少。配有計算機接口可以進行數(shù)據(jù)的傳遞和保存。粒度測試采用的是馬爾文2000激光粒度儀,該儀器采用微處理器控制,利用激光測定顆粒的體積比(假設(shè)粒子為球型,通過計算機程序算出其測定范圍內(nèi)各種顆粒的比率以及比表面積和平均粒徑?？梢赃B續(xù)測定多次取平均數(shù)值,結(jié)果可以保存并且以曲線方式給出粒度分布。其他參數(shù)測量采用就地測量儀表進行測量。實驗前并對相應(yīng)儀表進行精度校驗。13實驗方法131實驗工況確定以某600MW 火力發(fā)電廠濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫制漿系統(tǒng)以機組運行某負荷工況為基準,通過改變漩流器入口壓力來改變密度與顆粒度的大小3,并且通過現(xiàn)場取樣和實驗室分析取得相應(yīng)

12、實驗參數(shù)。132實驗步驟(1啟動球磨機制漿,讓其按正常負荷運行一段時間,至各參數(shù)穩(wěn)定。(2改變工況,運行穩(wěn)定半個小時后對頂流及底流漿液進行取樣并記錄取樣序號與時間。(3改變工況點,重復步驟2。直至記錄完所有工況點的取樣。其實驗數(shù)據(jù)如表1所示。133實驗注意事項(1實驗過程中實時監(jiān)測循環(huán)漿液箱的液位,不能超過其臨界液位,以免發(fā)生漿液溢出。(2實驗過程中實時監(jiān)測循環(huán)漿液箱漿液與頂流的密度值,把漩流器壓力控制在一個合適的范圍,以保證脫硫效率。(3實驗過程中漩流器壓力不能調(diào)得太低,否則容易使得密度計堵塞。(4漿液pH 值必須實時檢測,控制在合適的范圍。2模型建立通過現(xiàn)場調(diào)整實驗可知,脫硫制漿過程中影響

13、漿液密度的主要因素有石灰石給料量、補水量、球磨機電流、漩流器入口壓力等。由于這些參數(shù)之間具有強耦合、非線性等特征。對于這些復雜的過程,難以用簡單的機理模型來描述。基于支持向量機的模型屬于黑箱模型,其輸入輸出參數(shù)之間的非線性函數(shù)關(guān)系由支持向量機實現(xiàn),因此適合用其來建立敏感性分析模型。2232第10期劉定平等:濕法脫硫石灰石漿液密度的敏感性分析表1實驗運行工況參數(shù)Table 1Experimental operating condition parameters 樣本數(shù)給料量(t /h 補水量(t /h 球磨機電流(A 漩流器入口壓力(kPa 漿液密度(kg /m 3175182952184119

14、769275182100217112010437516295216512018147217210021701220005701829521671195856701829521671160357701829521531163608701821002176115503970182100219711813610651721002178119362116517295214211916312651721002178119362136515295216511956514651521002166119610156014210021331168731655142952115117912175514210021

15、221182941855122100214911807919501351102170119000205013510021701260002150135902170137000227218231102170121000237118231002170122000247218239021701220002550128110217012300026501281002170123000275012898217012280028491427100217011900029491425100217011920030491377115217011900031561521902170120000325615201

16、00217012100033561438982170120900敏感性分析模型的建立選取給料量、補水量、漩流器入口壓力、球磨機電流作為輸入?yún)?shù),選取石灰石漿液的密度作為敏感性分析模型的目標值,其敏感性分析模型如圖2所示。 圖2敏感性分析模型最小二乘支持向量機模型Fig2Sensitive analysis LSSVM model22最小二乘支持向量機訓練結(jié)果及分析在表1的33組實驗樣本數(shù)據(jù)中,隨機選取28組作為訓練樣本,5組作為驗證樣本,以驗證模型的正確性。敏感性分析模型的輸入和輸出層分別有4個輸入節(jié)點和1個輸出節(jié)點。對數(shù)據(jù)進行歸一處理到0,1,正規(guī)化參數(shù)和徑向基核參數(shù)分別為=55,=18。支

17、持向量機訓練結(jié)果如圖3所示。由圖可知,訓練樣本和驗證樣本均勻分布在基準線附近,模型的估計值很好地逼近了非線性系統(tǒng)輸出的實際值,由此說明所建立的模型可用于石灰石漿液密度敏感性分析4-7。圖3最小二乘支持向量機模型計算值與實際值的比較Fig3Comparison between calculated value and experimental value of LSSVM model3石灰石漿液密度的敏感性分析為了分析石灰石漿液密度變化的敏感性,在此以機組運行某負荷工況為基準(表1第4組數(shù)據(jù),應(yīng)用上述建立的石灰石漿液密度敏感性分析支持向量機模型,來分析主要參數(shù)對石灰石漿液密度的影響和敏感性。在敏

18、感性分析模型中,分別調(diào)整給料量、補水量、球磨機電流、旋流器入口壓力使其在基準值附近波動,同時保持其它參數(shù)不變,得出石灰石漿液密度與各個參數(shù)值的變化關(guān)系,如圖4 圖7所示。32石灰石漿液密度的敏感度分析為了定量研究上述因素對石灰石漿液密度的敏感性,本文采用敏感度進行分析8。在此定義石灰石漿液密度的敏感度(S 為各相關(guān)因素每變化一個百分點時所引起密度的變化率。其計算公式8為:S =R p1R p2R v1R v2(13232環(huán)境工程學報第5 卷圖7漿液密度隨漩流器入口壓力的變化Fig7Variation of slurry densitywith cyclone inlet pressure其中:

19、Rv表示敏感因素的變化率,Rv1取5%,Rv2取5%;Rp表示密度在敏感性因素變化時的變化率,即:R p=P vP(o/Po(2其中:Pv為敏感因素變化率為5%時的密度;Po為基準方案密度;Rp1、Rp2分別是當敏感因素變化率為+5%和5%時由公式(2所得到的值。由公式(1求得石灰石漿液密度對球磨機電流0.037。故可得知,漿液密度對球磨機電流最為敏感,其次是漩流器入口壓力。其原因是球磨機電流反映的是球磨機鋼球量、石灰石量及水量。在給水量一定下,其電流增大,表明鋼球量、石灰石量也大,球磨機相應(yīng)制得合格密度的漿液就多,石灰石漿液密度相應(yīng)增大;當漩流器入口壓力增大時,由于離心力的作用使主旋流內(nèi)部產(chǎn)

20、生的向上的次旋流強度增大,從而使大部分液體帶隨細小顆粒從頂部溢出,由此改變漿液密度與性能。4結(jié)論(1通過實驗,得到了濕法煙氣脫硫制漿系統(tǒng)中漿液密度與給料量、補水量、球磨機電流、漩流器入口壓力的變化規(guī)律。(2應(yīng)用實驗數(shù)據(jù)建立了最小二乘支持向量機石灰石漿液密度敏感性分析模型。通過模型分析得到球磨機電流和漩流器入口壓力變化對石灰石漿液密度敏感度大,其他因素的變化對其敏感度較小。4232第10期劉定平等:濕法脫硫石灰石漿液密度的敏感性分析(3制漿過程中,在保持其他條件不變情況下,通過控制球磨機電流(通過補充鋼球量改變和漩流器入口壓力,可有效地控制石灰石漿液性能。其結(jié)論與現(xiàn)場驗證相符,對于運行人員調(diào)整參

21、數(shù)以提高石灰石漿液性能具有一定的參考意義。參考文獻1郭聲波,肖戈,鄭亦農(nóng)煙氣脫硫及硫資源化新工藝環(huán)境工程學報,2007,1(3:97-102Guo SB,Xiao G,Zheng YNA new technology of fluegas desulfuration and recycling sulfurChinese Journal of En-vironmental Engineering,2007,1(3:97-102(in Chinese 2Dou BL,Pan,WG,Jin Q,et alPrediction of SO2 removal efficiency for wet fl

22、ue gas desulfurizationEnergyConversion and Management,2009,50(10:2547-2553 3楊強,汪華林,白志山石膏漿液旋流器的分離性能實驗研究環(huán)境工程學報,2010,4(2:465-470Yang Q,Wang HL,Bai ZSExperimental study onseparation of gypsum slurry hydrocycloneChinese Journal ofEnvironmental Engineering,2010,4(2:465-470(in Chinese 4張儒,葉向榮,王可,等基于最小二乘支持向量機和粒子群法的水煤漿性能優(yōu)化潔凈煤技術(shù),2008,14(2:33-36Zhang R,Ye XY,Wang K,et alPerformance optimi-zation of coal water slurry on LSSVM and PSOClean Coal Technology,2008,14(2:33-36(in Chinese5Li JA,Chen