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CEJ：基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡的廢貝殼選擇優(yōu)化用于SOx捕集和利用

在濕法煙氣脫硫（WFGD）系統(tǒng)中，作為傳統(tǒng)SO_x吸收劑的高品位石灰石資源枯竭，對SO_x捕集和利用的影響日益嚴重，使用廢貝殼作為高級石灰石的替代品是WFGD系統(tǒng)的合適解決方案。

在此，韓國產(chǎn)業(yè)技術研究所Junghwan Kim等人使用基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡 (DNN) 的替代模型，提出了廢貝殼的最佳選擇和混合比例。其成本優(yōu)化過程如下：數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)預處理、基于DNN的代理模型的開發(fā)以及成本最優(yōu)選擇和混合比率的推導。

首先，作者開發(fā)了一個過程模型來生成數(shù)據(jù)集，這些數(shù)據(jù)集是根據(jù)每種貝殼和石灰石的選擇和混合比例得到石膏純度。此外，提出了考慮貝殼預處理成本的數(shù)學模型來計算總年化成本（TAC），并將TAC添加到數(shù)據(jù)集中以預測石膏純度以及TAC。

其次，對生成的數(shù)據(jù)集進行預處理，以使用z-score歸一化方法增強基于DNN的代理模型的預測性能。

最后，開發(fā)了基于DNN的替代模型，根據(jù)選擇和混合比例預測石膏純度和TAC。

圖1. 所采用的成本優(yōu)化程序的圖示

結果顯示，最終成本最優(yōu)的選擇和混合比例來自于開發(fā)的基于DNN的替代模型在兩個約束條件（石膏純度和總SOx吸收劑消耗量）下生成的24億數(shù)據(jù)。

因此，推導出的選擇和最佳混合比例是低品位石灰石（80.86%）、牡蠣殼（10.78%）、扇貝殼（0.216%）、海扇殼（0.323%）、蛤殼（2.426%）和貽貝殼 (5.391%)，即通過與每種廢貝殼和低品位石灰石的混合，可以完全替代高品位石灰石，TAC共減少了788469美元。

這項研究為在WFGD系統(tǒng)中利用廢棄貝殼作為高級石灰石替代品提供了寶貴的見解，使該過程具有成本效益和環(huán)境安全性。

圖2. 石膏純度和TAC預測值與實際值的關系圖

Deep neural network-based optimal selection and blending ratio of waste seashells as an alternative to high-grade limestone depletion for SO_X capture and utilization, Chemical Engineering Journal 2021. DOI: 10.1016/j.cej.2021.133244

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