The application of methods drawing upon multi-parameter visualization of data by transformation of multidimensional space into two-dimensional one allow to show multi-parameter data on computer screen. Thanks to that, it is possible to conduct a qualitative analysis of this data in the most natural way for human being, i.e. by the sense of sight. An example of such method of multi-parameter visualization is multidimensional scaling. This method was used in this paper to present and analyze a set of seven-dimensional data obtained from Janina Mining Plant and Wieczorek Coal Mine. It was decided to examine whether the method of multi-parameter data visualization allows to divide the samples space into areas of various applicability to fluidal gasification process. The “Technological applicability card for coals” was used for this purpose [Sobolewski et al., 2012; 2013], in which the key parameters, important and additional ones affecting the gasification process were described.
Metody służące do wizualizacji złożonych, wielowymiarowych danych poprzez transformację przestrzeni wielowymiarowej do dwuwymiarowej umożliwiają prezentację tych danych na ekranie komputera. Tym samym są przystępnym instrumentem analizy zbiorów danych, pozwalającym wykorzystać połączenie naszego wzroku z mocą naszej osobistej sieci neuronowej (mózgu) do wyodrębnienia z danych cech, których zauważenie przy pomocy innych metod może być bardzo trudne. W artykule zastosowano jedną z takich metod – skalowanie wielowymiarowe – w celu sprawdzenia, skuteczności tej metody do analizy próbek węgla ze względu na jego przydatność do procesu zgazowania w kotle fluidalnym. W tym celu pobrano próbki dwóch węgli, z KWK „Wieczorek” (węgiel typu 32) oraz ZG „Janina” (węgiel typu 31.2), które następnie miały być poddane testom pod względem ich przydatności do zgazowania. Każda z próbek została zbadana ze względu na cechy, których określone poziomy są kluczowe oraz wskazane w kontekście procesu zgazowania według „Karty przydatności węgli do zgazowania” (Sobolewski et al., 2012; 2013). Każdy z węgli został rozdzielony na osadzarce pierścieniowej (10 pierścieni, uziarnienie węgla 0-18 mm) w wyniku czego powstało pięć warstw (po 2 pierścienie każda). Następnie każda z warstw została rozsiana na 10 klas ziarnowych. Tak otrzymane produkty zostały poddane technicznej oraz chemicznej analizie (ogółem 50 próbek z ZG „Janina” oraz 49 próbek z KWK „Wieczorek” – klasa ziarnowa 16-18 mm w tej drugiej kopalni nie została uzyskana i pomiar był niemożliwy do zrealizowania. Tym samym otrzymano takie parametry do analizy jak: zawartość siarki, zawartość wodoru, zawartość azotu, zawartość chloru, zawartość węgla organicznego, ciepło spalania oraz zawartość popiołu. W wyniku przeprowadzonych badań oraz porównania ich z wymogami prezentowanymi w „Karcie przydatności węgli do zgazowania” okazało się, że tylko 18 próbek spełnia wszystkie wymogi, z czego aż 17 pochodziło z KWK „Wieczorek”. Postanowiono poddać ocenie wszystkie próbki bardziej złożonej obserwacji – wielowymiarowej analizie danych za pomocą skalowania wielowymiarowego. W rozdziale 3 przedstawiono szczegółowo zastosowaną metodologię analizy wraz z opisem algorytmu. Następnie, w rozdziale 4 przedstawiono wyniki obserwacji przeprowadzonych za pomocą opracowanego w tym celu programu komputerowego, napisanego w języku C++. Rysunki 1-3 przedstawiają sytuację, gdzie dane reprezentujące próbki węgla mniej lub bardziej przydatne do zgazowania zaczynają tworzyć podgrupy. Proces grupowania został przedstawiony etapowo, tzn. rys. 1 prezentuje sytuację wyjściową, Rys. 2 sytuację przy bardzo małej wartości parametru ITER = 5, zaś Rys. 3 najlepszy możliwy widok, otrzymany przy wartości parametru ITER = 340. Widać na tym rysunku, że obrazy punktów reprezentujących próbki węgla bardziej oraz mniej podatnego na zgazowanie zajmują osobne podobszary. Widać, że na całym obszarze rysunku, podobszary te można łatwo od siebie odseparować. Przez to możemy na podstawie tego rysunku stwierdzić, że skalowanie wielowymiarowe pozwala podzielić przestrzeń próbek na obszary o różnej przydatności do procesu zgazowania fluidalnego. Dzięki temu analizując następne, nieznane próbki możemy poprzez ich wizualizację zakwalifikować je do grupy bardziej podatnych na zgazowanie lub mniej podatnych na zgazowanie. Ważne jest to szczególnie dlatego, ponieważ w analizowanej sytuacji próbki węgla bardziej podatnego na zgazowanie zajmują wnętrze siedmiowymiarowego prostopadłościanu – co jest znacznym uproszczeniem. Wynika to bezpośrednio z faktu, iż przyjęte warunki określające przynależność do tej grupy („Karta przydatności Technologicznej węgla”) to proste nierówności przy pomocy których łatwo można sprawdzić taką przynależność. W rzeczywistości, może się jednak okazać, że obszar przynależności może mieć znacznie bardziej skomplikowany kształt. Wtedy na podstawie większej ilości próbek, których przynależność do klasy węgla bardziej podatnego na zgazowanie zostanie stwierdzona empirycznie, można będzie próbować przy pomocy skalowania wielowymiarowego uzyskać podział przestrzeni na obszary reprezentujące próbki węgla bardziej oraz mniej podatnego na zgazowanie. Rys. 4 przedstawia podobny podział, ale bez wzięcia pod uwagę parametru „zawartość chloru”. Również i w tym przypadku próbki węgla mniej lub bardziej podatnego na zgazowanie tworzą wyraźne podgrupy. Przy pominięciu parametru „zawartość chloru” już 78 próbek (37 z ZG „Janina” oraz 41 z KWK „Wieczorek”) z analizowanych 99-ciu spełniałoby wymogi zawarte w „Karcie przydatności węgla do zgazowania”. Rys. 5 przedstawia inne podejście do analizowanych próbek węgla. Tym razem za kryterium podziału przyjęto pochodzenie węgla z KWK „Wieczorek” lub ZG „Janina”, bez rozpatrywania ich w kontekście przydatności do zgazowania. Również i tym razem okazało się, że zastosowana metodologia pozwala stwierdzić możliwość efektywnego rozdzielenia, a tym samym prawidłowego rozpoznania analizowanych próbek węgla. Tym samym dowiedziono, że metoda skalowania wielowymiarowego może być bardzo przydatnym narzędziem podczas wieloparametrycznej analizy próbek różnego typu węgli.
