湿式球磨机钢球自动添加策略

魏建鹏，陈伟利，闫欢欢，张海峰，黄婉婉，刘 震

（1.大唐环境产业集团股份有限公司 许昌项目部，河南 许昌 461690；2.大唐环境产业集团股份有限公司特许经营分公司，南京 210000；3.华北电力大学 计算机与控制工程学院，河北 保定 071003）

0 引言

现阶段火电厂进行烟气脱硫主要就是使用石灰石/石膏脱硫工艺。经常会使用到湿式球磨机，它的作用就是将石灰石研磨成石灰石浆液，在研磨过程中钢球会因磨损而使数量减少，这样钢球配比就会发生变化，而钢球的配比情况直接影响产生的石灰石浆液的品质。钢球量过少会使得研磨不充分，颗粒细度达不到要求会影响吸收塔内的石灰石浆液消耗量，而未达标浆液在吸收塔底部造成浆液沉积，当堆积至一定高度后堵塞浆液循环泵进口，导致系统液气比下降，提高系统的运行成本，长此以往会导致未完全反应的亚硫酸钙附着在碳酸钙表面，造成亚硫酸盐致盲情况[1,2]。钢球量过多会增加负载，能耗增高，造成资源的浪费。所以保证研磨机内的钢球与投料的一定配比具有重要的意义。本文就是说明一种基于专家控制系统的自动添加方式，通过检测一些相关变量来自动添加钢球使得其配比保持在一个合理的区间。

图1 工艺流程图Fig.1 Process flow diagram

1 湿式球磨机简介

石灰石球磨机就是对石灰石进行粉碎的关键设备，它是一种低速球磨机。本机由给料部、出料部、回转部、传动部（减速机，小传动齿轮，电机，电控）等主要部分组成。它利用低速旋转的滚筒带动筒内钢球运动，通过钢球对石灰石块的撞击、挤压、研磨，实现石灰石块的破碎并且磨制成细小粉末。它的磨碎部分是一个圆筒，球磨机筒体内装载了一定数量的钢球和被磨物料及适量的水，并按工艺要求对物料、水和研磨体进行适当的匹配。电动机经过变速箱带动圆筒产生旋转运动，钢球在离心力和摩擦力的作用下，被提升到一定的高度，呈抛落状态落下，欲磨制的物料和水由给料管连续地进入磨机筒体内，被运动着的磨矿介质粉碎和研磨，成为浆液[3]。

2 湿式球磨机现行工作情况

在火电厂中湿式球磨机主要用于湿式球磨制浆系统。经过研磨的石灰石块变为石灰石颗粒，经称重皮带给料器送入湿式球磨机入口处，与一定量由补给水泵输送来的工艺水（或来自脱水系统的回收水）混合进入湿式球磨机，被球磨机筒内的钢球撞击、挤压和碾磨成浆液[4]。该浆液经旋流分离器通过水力旋流作用对磨制的石灰石浆液进行粗细颗粒分离，浆液中的大颗粒被分离到旋流分离器的底部形成底流浓浆，回到球磨机中再次碾磨；而浆液中的小颗粒则从顶部溢出，形成稀浆进入石灰石给料储箱备用[5]。工艺流程图如图1所示。

图2 控制系统结构图Fig.2 Control system structure diagram

由上述工艺过程可以看出，在研磨过程中研磨石灰石颗粒为合适细度尤为重要，而钢球的数量则会直接影响到石灰石的颗粒细度。当钢球与投料比例低时则会使得研磨不充分，研磨而成的石灰石颗粒细度无法满足要求，使得石灰石浆液消耗量增加，同时浆液回流量增加造成能耗的浪费[6]。钢球与投料的比例变大会使得负载增加造成能耗浪费。在现在大多数火电厂中，钢球的投放大概有两种方式，第一种是根据负载电流判断，当电流值低于额定值时进行人工添加补充；第二种是根据实际经验每隔一段时间进行一次钢球投放。以上两种方法都存在一定的弊端，现在并没有相应的解决办法。

3 钢球自动添加方法

本文则介绍一种基于专家系统的钢球自动添加策略，其基本工作原理就是通过检测球磨机的供电电流以及进料量来判断是否添加钢球。在工作过程中将检测到电流和进料量数据传输到专家系统中进行研究分析，根据分析结果，确定添加钢球的数量以及型号来进行自动添加。该控制策略也可以切换到手动模式，在某些特殊的情况下可以使用手动模式，当自动加球装置中的钢球数量少于一定值的时候会进行提示，这时就要求工作人员进行钢球的添加工作，具体控制系统结构如图2所示。其中IE为电流检测元件，FE为进料量检测元件，1为报警信号。

3.1 基于专家系统的自动添加策略

在本文研究的工业背景下，专家系统能更好地解决上述问题。

图3 控制流程图Fig.3 Control flowchart

专家系统的实质是基于受控对象和控制规律的各种专家知识，使得被控对象尽可能的优化和实用化[7]。在钢球添加过程中由于现场情况复杂往往难以进行准确的描述与分析，而专家系统则可以对这些问题进行较好地解决。在上述工业过程中经验占据着尤为重要的地位[8]，根据专家知识和经验总结，找出能够反映球磨机中钢球数量配比的特征参数，根据参数的不同能够反映其配比的情况，据此来调节不同的控制量，然后将添加情况分为几类作为专家知识存入专家系统知识库中；在实际的工业控制中根据检测到的不同的参数值，再结合知识库中的知识给出添加钢球的数量以及型号。选取某电厂的湿式球磨机的负载电流，进料量以及湿式球磨机的工作参数作为专家系统的规则参数，根据电厂的实际操作经验以及领域的专家知识来产生规则，将每种规则下的钢球添加数量以及型号存入专家库中。

3.2 现场控制流程

在现场实际控制过程中检测的负载电流以及进料量传输到专家系统中，系统根据参数值进行处理，结合知识库中的知识经验进行推理研判，得到添加钢球的型号以及数量来进行自动添加。

3.3 控制效果

根据构建好的专家知识库进行了实际效果的验证，根据专家知识库当进料量为18kg/s时，在电流低于85A时添加大钢球2个，中钢球2个；在实际电厂运行中该情况下直接加入3个大钢球，由此可以看出专家系统的实际控制效果较为良好。

4 问题与展望

上述方式在实际运行中可能还存在一定的问题。首先在实际现场工作中情况复杂，会遇到各种各样的问题，例如：检测装置在现场环境中，由于环境恶劣造成参数检测出现错误以此造成误判，酿成严重后果；其次，在该基于专家系统的添加策略中依赖于专家知识以及现场经验，所以如果取得的专家库有所错误或者数量不足就很难得到预期效果。

针对上述的一些问题时，在未来的研究中应该着重注意以下几点；1）针对现场环境对检测装置进行改造，使其能够尽量在现场环境中仍然能够保持良好的运行状态；2）进行大量的现场试验，不断优化改进专家库，充分考虑各种现场突发情况，尽可能将专家库进行完善。