一种板式换热器污垢热阻预测新方法

在恒定壁面材料、流速和水温的条件下,实验研究了水质参数对污垢热阻的影响。基于对污垢形成机理的初步认识,定性分析了pH值、电导率、溶解氧、浊度、硬度、碱度、氯离子、化学需氧量(COD)、铁离子浓度和细菌总数这些水质参数对污垢形成的影响,并以这些水质参数作为模型输入变量,污垢热阻作为输出变量,建立了基于模拟退火支持向量机的板式换热器污垢热阻预测模型。结果表明,预测值与实验得到的实测值基本吻合,平均误差很小,满足工程需求。     

Ca2+环境下水质参数变化对板式换热器铁细菌微生物污垢的影响

换热设备微生物污垢形成机制和影响因素复杂,污垢数据和规律的获取难度较大。本文采用搭建的板式换热器循环冷却水实验系统,获得了加入Ca²⁺后板式换热器冷却水铁细菌微生物污垢热阻数据,研究了加入Ca²⁺后不同运行工况下冷却水水质参数（OD、pH、电导率）的变化,进一步分析了水质参数变化对微生物污垢生长带来的影响。结果表明,加入Ca²⁺后微生物污垢热阻渐变化明显。随着低温循环冷水进口温度增加,含有Ca²⁺和铁细菌的循环冷却水OD逐渐降低,pH则逐渐升高,电导率减小,微生物污垢热阻逐渐降低;随着流体速度的增加,循环冷却水OD则升高,pH降低,电导率增大,但流速的增大同样加剧了冷却水对通道壁面的剥蚀作用,导致微生物污垢热阻随流速增逐渐下降。     

板式换热器以松花江水为冷却水条件下的污垢特性

为研究板式换热器在天然水下的污垢特性,实验采用BR0.015F型板式换热器,研究了其在不同的流速和温度下的污垢特性,用扫描电镜观察了已经结垢的换热表面。结果表明：此板式换热器松花江水的污垢类型为渐进型且不存在诱导期,随着流速的增大污垢热阻降低的幅度减小。冷却水温度在27.5～28.5 ℃时污垢热阻较大,温度升高污垢热阻降低;换热表面的混合污垢成片的附着于换热面,有少量的难溶盐析出的晶体生成。     

换热器污垢特性的建模与预测

搭建了污垢实验系统以测量管壁温度及出、入口温度等参数,以3个壁温、出口温度、入口温度作为模型的输入变量,以污垢热阻值作为模型的输出变量,利用偏最小二乘算法拟合出污垢特性预测方程。利用第二个运行周期对该预测模型进行了验证。通过比较预测结果和实验结果可知最大相对误差在8.5%以内。通过分析各单一自变量对预测模型的影响,得出了四变量优化模型,从而提高了模型的预测精度,同时分析了流速等对预测模型的影响。     

入口温度对换热器污垢热阻的影响及其修正

为提高污垢热阻测量精度,在分析污垢热阻温差监测法的基础上,研究了循环冷却水入口温度对换热器污垢热阻的影响。通过对污垢热阻测量模型参数进行推算,利用最小二乘法原理对污垢热阻数据进行处理,确定了在线测量污垢热阻的修正方法。修正前污垢热阻数据表明了循环冷却水入口温度与换热器污垢热阻之间呈反比例的关系。针对无垢和有垢两种情况,分别对污垢热阻测量模型进行了修正,结果表明:对于某电厂现场数据和实验室数据,修正效果均使污垢热阻测量值更加准确,证明了修正公式的可靠性。     

基于最小二乘支持向量回归机的光管污垢特性预测

搭建了污垢实验系统以测得管壁温度和出、入口温度等参数,并将这些参数作为模型的输入变量,以污垢热阻值作为模型的输出变量,利用最小二乘支持向量回归机搭建了污垢预测模型,对光管的污垢特性进行了预测。一方面,通过与测量结果相比较,验证所搭建的模型是合理可行的;另一方面,通过对多次预测结果分析比较得出,该模型不但适用于流速、水浴温度、材质等参数为定值的情况,而且当这些参数发生改变时,该模型也是适用的。     

基于主成分分析和PLS算法的弧线管污垢特性研究

搭建了弧线管污垢特性实验平台,用于测量相应的污垢参数。基于主成分分析理论和偏最小二乘算法(PLS)建立了弧线管的污垢特性方程。该方程以弧线管的出入口温度、壁温及流速等参数作为模型的自变量,以污垢热阻值作为因变量。利用交叉验证原则以提取最佳主成分个数。通过对预测方程的检验,结果表明:所建5自变量预测方程能较好地实现对弧线管污垢特性的预测,而且明显优于6自变量模型。     

水质参数对交叉缩放椭圆管污垢的影响

采用对比的实验方法对交叉缩放椭圆管与光管的污垢热阻进行了分析,并重点研究了冷却水（松花江水）水质参数对污垢产生的影响。实验结果表明：在低流速时,交叉缩放椭圆管的污垢热阻渐近值比光管低,且没有明显的诱导期;实验中冷却水水质参数的变化对污垢影响明显。并深度分析了水质参数随时间的变化及水质参数变化对强化换热表面污垢特性的影响,为换热器提高换热效率提供了参考。     

海水板式换热器微生物污垢特性的实验研究

海洋生物附着及低速海流等因素直接影响海水换热器换热效果。为研究海水板式换热器的污垢特性,本文采用自行设计的板式换热器实验装置,通过富集培养并分离出硫酸盐还原菌（SRB）,使其附着海水板式换热器设备,并利用扫描电镜及热阻试验台,实验研究了附着污垢层的形成、生长及其换热特性,并对低流速海流环境下换热器的污垢热阻特性进行了对比实验。实验结果表明：污垢层的形成在不同时期其形貌和特征不同。能谱分析显示其组成的元素主要为C、H、O、Ca,是由各种有机物和悬浮颗粒组成。在诱导期后,污垢热阻符合渐进污垢增长模型,1 m/s以内的低流速下污垢热阻随流速增大而增大。     

板式换热器铁细菌生物污垢特性的实验分析

为探讨铁细菌在板式换热器里的污垢规律,对不同流速、温度及浓度下铁细菌在板式换热器内的污垢特性进行了实验研究。结果表明：随着流速的增加,铁细菌的污垢热阻渐近值逐渐减小;随着温度的升高,铁细菌的结垢诱导期明显缩短,结垢速率加快,污垢热阻的渐近值呈减小的趋势;而随着浓度的增加,污垢热阻值呈现明显的增长。     

水质参数与板式换热器结垢的关联

采用在线监测和手工分析相结合的方法,突出研究了天然循环冷却水（松花江水）中铁离子、细菌总数、pH值、溶解氧、浊度、电导率等水质参数与板式换热器内冷却水污垢热阻的关系。结果表明：板式换热器冷却水污垢热阻值比TEMA标准值小,且不存在诱导期;pH值和溶解氧影响铁腐蚀速率和细菌总数的变化,而浊度和电导率的变化又受细菌总数的影响;它们在运行初始阶段对结垢特性影响较大,而后进入平缓期。混合污垢间存在协同效应,减小溶解氧和细菌总数的含量可以起到抑制结垢的目的。     

电磁场作用下循环水典型水质参数与换热器污垢热阻的关联分析

基于水处理技术抑垢及缓蚀效果在线监测实验台,分析了电磁场作用下换热器结垢过程中各典型水质参数的变化,并用均衡接近度灰关联分析方法表述了电磁场作用下特定循环水典型水质参数与换热器污垢热阻之间的关系。结果表明：在电磁场作用下换热器结垢过程中,电导率、溶解氧及浊度较未加磁对比实验的高,而pH值较未加磁对比实验的变化甚微。通过分析水质参数的变化发现：电磁场作用下,水质参数与污垢的形成过程密切相关。其中,电导率对换热器的污垢热阻影响显著,而pH值的影响最小。为建立多水质参数与污垢热阻之间数学模型选取合适的参数及探索电磁抑垢机理,制定有效的防垢、抑垢对策提供了实验依据和理论参考。     

MODELING AND CONTROL OF CONTINUOUS DIGESTERS USING THE PLS METHODOLOGY

The partial least squares (PLS) methodology is a regression tool able to deal with two important problems in system identification: the noise contained in the industrial data and the correlations that are observed among the input variables. In this article, the PLS technique is applied on real industrial data to produce dynamical multi-input single-output (MISO) models of the behavior of the kappa number in a continuous digester with respect to the important input variables that can be measured on-line. The ultimate goal is the development of a model predictive control (MPC) scheme that can be used for keeping the kappa number of the produced pulp close to the desired set point. We show that a modification in the standard MPC algorithm is needed in order to take into account the correlations among the input variables.     

复合改性表面抑制颗粒污垢积聚特性分析

换热设备颗粒污垢一般指悬浮在流体中的固体颗粒在换热面上的积聚。开发了一种Ni-P-TiO₂防垢型复合改性表面,并将之用于板式换热器抑制纳米MgO颗粒污垢在换热表面的积聚。基于搭建的板式换热器颗粒污垢热阻动态监测实验系统,研究了不同冷却水流速(0.1~0.3 m/s)、入口温度(30~40℃)及纳米MgO浓度(100~400 mg/L)对Ni-P-TiO₂复合改性换热表面抑垢特性的影响。结果表明,随着流速的增加,污垢热阻渐近值减小了27.85%~34.41%;随着冷却水入口温度的升高,污垢热阻渐近值减小了25.15%~39.14%;随着MgO颗粒浓度的增加,热阻渐近值减小了26.15%~45.36%。结合Ni-P-TiO₂复合改性表面的表面能分析了其表面的抑垢性能,发现制备的Ni-P-TiO₂复合改性表面的表面能与纳米MgO颗粒污垢层的表面能相接近,符合Zhao提出的“最优表面能”抑垢理论。与常规板式换热器不锈钢表面相比,Ni-P-TiO₂复合改性表面不仅抑制了颗粒污垢的积聚,还降低了颗粒污垢的固着强度,使得积聚其上的颗粒污垢更容易被剥离换热表面,实现了换热表面持久高效抑垢。     

温度和溶解氧对生物活性炭处理钢铁工业排水的影响

研究了温度和溶解氧对生物活性炭处理钢铁工业排水的影响。研究结果表明:生物活性炭对污染物的去除效果良好,在20～25℃时,对浊度、COD、氨氮、铁和锰的平均去除率分别为78.7%、38.3%、82.6%、70.1%和75.7%,但去除率随温度的降低而下降,特别是当水温低于15℃时,下降较明显。适当提高溶解氧可以提高生物炭对COD和氨氮的去除效果,但对铁锰去除的影响不大。适宜的进水溶解氧的质量浓度宜控制在5～6mg/L,小于理论需氧量7.68 mg/L。     

电磁场对结垢过程中电导率及pH值的影响

通过双路对比实验模拟现场换热设备结垢过程,基于水处理技术阻垢及缓蚀性能在线评价实验台的实验数据,利用多项式回归模型对变频电磁场作用下水质参数电导率、pH值的变化规律进行分析,结合Matlab和Origin处理软件基础性地研究磁场作用时间与多种水质参数的关系及影响程度,结果表明:水质参数电导率较pH值对电磁场参数的解释程度更高,电导率相比pH值对于建立电磁场参数与多水质参数之间的数学模型是更为重要的水质参数,得出了电磁场参数与电导率、pH值之间的数学模型,为建立多水质参数与电磁抑垢效果之间的数学模型提供了基础理论,并为探索电磁抑垢机理及应用提供了实验依据。     

Montmorillonite-perlite-iron ceramic membranes for the adsorption/removal of As(III) and other constituents from surface water

In this study, ceramic membranes made of montmorillonite, perlite and iron were used to remove As(III) from water. Membranes prepared with 0.0, 0.5, 1.0, and 1.5 wt% of iron content were used to filtrate As(III) synthetic water and surface water solutions. As(III) adsorption capacity and removal efficiency, and other parameters such as cations and anions content, turbidity, pH, electrical conductivity were used to evaluate the membranes' performance. Results show that the As(III) adsorption/removal capacity of membranes was improved by the addition of iron. Adsorption capacity of 7.5 μg As(III)/g and removal efficiency of 97% can be achieved in membranes with 1.0 wt% of iron filings content for surface water; however, a greater amount of iron in the membrane structure limits the adsorption capacity of As(III). Besides the capacity of ceramic membranes to adsorb/remove As(III), membranes were also effective to remove other ions, turbidity, and electrical conductivity from the surface water. The addition of iron to the ceramic membranes enhanced their capacity to remove such surface water constituents. These results are important from the practical viewpoint showing the potential of ceramic membranes for the removal of metalloids and other water constituents. Langmuir isotherm model best described the adsorption process in ceramic membranes, suggesting that adsorption of As(III) happened on a monolayered surface of the ceramic membrane.     

基于核PLS方法的非线性过程在线监控

针对过程监控数据的非线性特点,提出了一种基于核偏最小二乘（KPLS）的监控方法。KPLS方法是将原始输入数据通过核函数映射到高维特征空间,然后在高维特征空间再进行偏最小二乘（PLS）运算。与线性PLS相比,KPLS方法能充分利用样本空间信息,建立起输入输出变量之间的非线性关系。与其他非线性PLS方法不同,KPLS方法只需要进行线性运算,从而避免非线性优化问题。在对过程进行监控时,首先采用KPLS方法建立模型,得到得分向量,然后计算出T²和SPE统计量及其相应的控制限。Tennessee Eastman(TE)模型上的仿真研究结果表明,所提方法比线性PLS相似文献