鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化的試驗(yàn)研究

1、第30卷第2期2010年2月動(dòng)力工程學(xué)報(bào)JournalofChineseSocietyofPowerEngineeringVol.30No.2Feb.2010文章編號(hào):167427607(2010)0220133205中圖分類號(hào):TK223.25文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A學(xué)科分類號(hào):410.30鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化的試驗(yàn)研究張驍博,楊建國(guó),趙虹(浙江大學(xué)能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,杭州310027)摘要:針對(duì)鋼球磨煤機(jī)的制粉系統(tǒng),在實(shí)驗(yàn)室條件下,時(shí)間,確定了MS2500加,磨煤機(jī)出力、;/低;在最佳載煤量下,對(duì)磨煤機(jī)理進(jìn)行分析,確定了沖擊、破碎、.關(guān)鍵詞:;載煤量;鋼球量;優(yōu)化OperationOp

2、timizationofaBallMillPulverizingSystemZHANGXiao2bo,YANGJian2guo,ZHAOHong(StateKeyLabofCleanEnergyUtilization,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract:ExperimentswereconductedunderlaboratoryconditionsforanMS2500ballmillpulverizingsys2tem,throughwhichoptimalcoalfeedrateandballloadingquantitywe

3、rerespectivelydeterminedbyadjus2tingthecoalload,ballloadandmillingduration.Resultsshowthatboththemilloutputanditsdrivingpowerrisefirstanddroplateronwiththegrowthofcoalload;optimalproportionofcoaltoballloaddropsgraduallywithrisingballload;undertheconditionofanoptimalcoalload,unitmillconsumptionfirstd

4、ropsandthenriseswithgrowingquantityofballload.Byanalyzingthemillingmechanismsoastofindthesequenceofstriking,crushingandmillingaction,anoptimizedideaispresented,inwhichtheconsid2erationofdividingthemillingshelllinerinto3segmentsincluded.Keywords:steelballmill;milloutput;unitconsumption;coalload;balll

5、oadingquantity;optimization鋼球磨煤機(jī)是中間儲(chǔ)倉(cāng)式球磨機(jī)制粉系統(tǒng)的主要設(shè)備.煤在磨煤機(jī)中經(jīng)過(guò)干燥、撞擊、擠壓和研磨被制成煤粉,以供鍋爐低污染高效率的燃燒.鋼球磨煤機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,故障少,運(yùn)行安全可靠,便于維護(hù);適應(yīng)煤種廣,對(duì)煤中混入的木屑、鐵塊和石頭都不敏感;能在運(yùn)行中補(bǔ)充鋼球,延長(zhǎng)檢修周期;可連續(xù)保持最大出力,在最經(jīng)濟(jì)的負(fù)荷下運(yùn)行,滿足鍋爐的燃燒需要等.但其主要缺點(diǎn)是設(shè)備龐大,金屬耗量、占地面積、初投資及運(yùn)行電耗、金屬磨損收稿日期:2009209221量均較大,同時(shí)運(yùn)行中噪音大,磨制的煤粉也不夠均勻,在低負(fù)荷下運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差.電廠進(jìn)行鋼球磨煤機(jī)的試驗(yàn)周期長(zhǎng)、

6、成本高,同時(shí)由于系統(tǒng)龐大,狀態(tài)調(diào)整相對(duì)困難,系統(tǒng)誤差較大.在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行鋼球磨煤機(jī)試驗(yàn)經(jīng)濟(jì)、安全、可靠,同時(shí)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康目杀阌谡{(diào)整試驗(yàn)狀態(tài).筆者在實(shí)驗(yàn)室條件下,通過(guò)調(diào)整載煤量和鋼球裝載量,研究了磨煤出力隨載煤量及磨煤?jiǎn)魏碾S鋼球裝載量的變化情況,得出最佳載煤量和最佳鋼球裝載作者簡(jiǎn)介:張驍博(19802),男,河南駐馬店人,碩士研究生,主要從事鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化方面的研究.電話(Tel.)E2mail:zyqzxb99153.134動(dòng)力工程學(xué)報(bào)70m、90m和200m的標(biāo)準(zhǔn)篩.第30卷量,使磨煤機(jī)出力最大,磨煤?jiǎn)魏淖畹?從而優(yōu)化鋼球磨煤機(jī)運(yùn)行,為電廠運(yùn)行提供理

7、論依據(jù).PF3401電參數(shù)測(cè)量?jī)x采用三相三線制接法以1試驗(yàn)部分1.1試驗(yàn)設(shè)備選用MS2500試驗(yàn)用磨煤機(jī),圓筒長(zhǎng)L=0.5m,直徑D=0.4m;鋼球直徑統(tǒng)一選為40mm.在驅(qū)測(cè)量試驗(yàn)中鋼球磨煤機(jī)的功率,由于筒體內(nèi)鋼球的運(yùn)動(dòng)規(guī)律性不明顯,所以功率呈現(xiàn)波動(dòng)情況.為了準(zhǔn)確表述磨煤機(jī)功率,應(yīng)用PF3401電參數(shù)測(cè)量?jī)x軟件,每間隔2s測(cè)一次磨煤機(jī)功率,并將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī),計(jì)算出平均功率.1.2試驗(yàn)方案在實(shí)驗(yàn)室條件下,5個(gè)影響磨煤出力的因素、載煤量、鋼球的砸.從能耗的角,有效,與磨煤出力成正比;無(wú)效功率、鋼球間及鋼球與護(hù)甲間的空碰所消耗的能量,表現(xiàn)為噪音、部件磨損和發(fā)熱.在磨煤機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中,能量主要損耗

8、在筒體轉(zhuǎn)動(dòng)及提升鋼球上,在滿足制粉要求及提高磨煤效率的情況下,應(yīng)堅(jiān)持鋼球量越少越好、載煤量越多越好的原則.以理論最佳鋼球裝載量為依據(jù),分別選用49kg、53kg、57kg和61kg鋼球量作為裝載量進(jìn)行試驗(yàn).目前電廠鋼球磨煤機(jī)的載煤量/鋼球量約為15%,相當(dāng)于其額定出力的1/42.筆者分別對(duì)載煤動(dòng)電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下,圓筒轉(zhuǎn)速n=52r/min.試驗(yàn)?zāi)ッ簷C(jī)圓筒的臨界轉(zhuǎn)速為1:1/2(1)nc=42.3/D=67r/min式中:nc為試驗(yàn)?zāi)ッ簷C(jī)圓筒的臨界轉(zhuǎn)速,r/min;D為試驗(yàn)?zāi)ッ簷C(jī)筒體的直徑,m.果,因此對(duì)于一確定筒體,跌落高度最大,.當(dāng)國(guó)nnzj時(shí),工作轉(zhuǎn)n/nc=0.740.81.本試驗(yàn)?zāi)ッ簷C(jī)n

9、/nc=0.78,滿足此關(guān)系,因此筒體的實(shí)際轉(zhuǎn)速接近最佳轉(zhuǎn)速.對(duì)裝有波浪形護(hù)甲的鋼球磨煤機(jī),當(dāng)護(hù)甲結(jié)構(gòu)和尺寸不變時(shí),每一個(gè)筒體轉(zhuǎn)速下均有一個(gè)最佳鋼球充滿系數(shù)zj,在充滿系數(shù)=10%30%時(shí),有如下關(guān)系式1:zj=nc1.75(2)對(duì)本試驗(yàn)?zāi)ッ簷C(jī),zj=0.1863,滿足范圍要求,所以可從理論上得出最佳鋼球裝載量:2zj=zj=57.33kg(3)G=V4式中:G為鋼球裝載量,kg;V為圓筒體積,m3;為=4.9t/m3.鋼球的堆積密度,標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)篩子直徑<=200mm,搖動(dòng)頻率為221次/min,振擊頻率為147次/min,試驗(yàn)選用量/鋼球量為15%、18%、21%、24%和27%時(shí)進(jìn)

10、行了試驗(yàn).煤樣在筒體內(nèi)磨制10min(國(guó)家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T467-2004),取出100g煤樣在振動(dòng)篩上篩分10min,分別測(cè)出小于70m、90m和200m的煤粉重量,然后再放回筒體,同時(shí)在該時(shí)間段內(nèi)用PF3401電參數(shù)測(cè)量?jī)x測(cè)出磨煤機(jī)功率;在相同連續(xù)時(shí)間段上進(jìn)行上述試驗(yàn),可分析出煤粉細(xì)度、磨煤機(jī)功率、磨煤?jiǎn)魏募澳ッ撼隽﹄S時(shí)間的變化情況.試驗(yàn)煤種為烏電混煙煤,可磨性系數(shù)HGI=104,工業(yè)分析和元素分析見(jiàn)表1.表1烏電混煙煤的工業(yè)分析和元素分析Tab.1ProximateandultimateanalysesofWudianblendedbituminouscoal工業(yè)分析/%MadAad

11、VadQb,ad/(Jg-1)元素分析/%Cad57.19Had2.96Nad1.06St,ad0.65Oad5.45FCad53.821.1231.5713.4922747.22結(jié)果與分析2.1載煤量對(duì)磨煤出力及功耗的影響載煤量的多少直接影響磨煤出力和煤粉細(xì)度,對(duì)應(yīng)最大磨煤出力的載煤量稱為最佳載煤量,最佳載煤量不是一定值,其與鋼球裝載量、鋼球大小配比及煤質(zhì)特性有關(guān).載煤量過(guò)多或過(guò)少均會(huì)使鋼球的粉碎效率下降,所以在鋼球裝載量不變的情況下,存在一最佳載煤量使鋼球磨煤機(jī)的磨煤出力最大,同時(shí)鋼球的粉碎效率也最高.圖1為不同鋼球裝載量下,磨制20min時(shí)磨煤出力隨載煤量/鋼球量的變化情況.第2期張驍博

12、,等:鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化的試驗(yàn)研究135過(guò)多,導(dǎo)致功率減小.圖2所示為在磨制20min時(shí),不同鋼球裝載量下磨煤機(jī)平均功率隨載煤量/鋼球量的變化情況.由圖2可知,磨煤機(jī)功率隨載煤量的增加先增大后減小,當(dāng)鋼球裝載量分別為49kg、53kg、57kg和61kg時(shí),磨煤機(jī)功率分別在約為21.5%、20.5%、19%和18%時(shí)達(dá)到最大.容鑾恩等2認(rèn)為圖1磨煤出力與載煤量/鋼球量的關(guān)系曲線Fig.1Mportionofcoaltoballload磨煤機(jī)驅(qū)動(dòng)功率隨載煤量的增加先增大,當(dāng)鋼球間的空隙全部被煤充滿時(shí),.繼續(xù)增加載煤量.通常,最大磨煤機(jī)功率值與鋼球.從圖1可以

13、看出,4種鋼球裝載量中,磨煤出力變化趨勢(shì)大致相同,隨著載煤量的增加,增大后減小.、53kg和61kg,煤量/%、22.5%、22%和21%.隨著鋼球裝載量的增大,最佳載煤量與鋼球裝載量之比逐漸減小,這是因?yàn)樘嵘矁?nèi)不同層鋼球所耗功率不同,不同層鋼球的磨煤出力也有差異.在鋼球磨煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,鋼球跌落的動(dòng)能一部分用于磨煤,另一部分消耗于鋼球間及鋼球與護(hù)甲間的空碰上.當(dāng)載煤量較少時(shí),有相當(dāng)部分能量損失在鋼球的空碰上,磨煤出力較小,同時(shí)鋼球磨損、運(yùn)行噪音及磨煤?jiǎn)魏亩驾^大.隨著載煤量的增多,鋼球跌落動(dòng)能的利用效率提高,鋼球空碰損耗的能量逐漸減小,用于制粉的能量增大,磨煤出力增大,直至達(dá)到最大,此時(shí)的載

14、煤量為最佳載煤量.當(dāng)載煤量過(guò)多時(shí),鋼球自身的跌落高度降低,同時(shí)鋼球間的煤層加厚,煤粒的破壞形式由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐暮推谄茐?脆性破壞指損耗在變形損失上的能量不多,能量損失較小,破碎的效率較高;塑性破壞指伴隨一個(gè)不可恢復(fù)的塑性變形過(guò)程,塑性變形將大部分能量損失在物體的變形上,轉(zhuǎn)變成無(wú)用的變形能;疲勞破壞指反復(fù)加載才能發(fā)生的破壞,疲勞破壞伴隨著多次的變形及恢復(fù)過(guò)程,在多次的變形及恢復(fù)過(guò)程中,能量與周圍介質(zhì)作用而以摩擦熱的形式損失3.因此,煤層加厚使鋼球自身的跌落動(dòng)能減小,同時(shí)使部分跌落能量消耗于煤層變形上,鋼球用于磨煤的能量減少,制粉效率下降.載煤量直接影響筒體內(nèi)鋼球跌落高度及鋼球間空碰的情

15、況,因此載煤量會(huì)對(duì)磨煤機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率產(chǎn)生一定的影響.運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明2,隨著筒內(nèi)載煤量的增加,磨煤機(jī)功率先增大,當(dāng)鋼球間的空隙全部被煤充滿時(shí),功率達(dá)到最大,繼續(xù)增加載煤量,則載煤量圖2磨煤機(jī)功率與載煤量/鋼球量的關(guān)系曲線Fig.2Mportionofcoaltoballload磨煤出力、磨煤機(jī)功率均與載煤量有關(guān).圖3為鋼球裝載量為57kg、磨制10min時(shí),磨煤出力、磨煤機(jī)功率隨載煤量/鋼球量的變化情況.圖3曲線表明425,磨煤機(jī)的最大出力點(diǎn)并不是磨煤機(jī)的最大功率點(diǎn),而是在其最大功率點(diǎn)A右側(cè)的B點(diǎn),此時(shí)有效功率最大,制粉電耗最小;在CA陰影部分區(qū)域,磨煤機(jī)工

16、作特性具有自平衡能力,隨載煤量增加,功率增加,磨煤出力增大,該區(qū)域方便工作人員安全穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作,稱為運(yùn)行習(xí)慣區(qū);在DE陰影部分區(qū)域,為磨煤出力最大區(qū)域,隨載煤量的增加,磨煤機(jī)功率逐漸減小,該區(qū)域稱為運(yùn)行優(yōu)化區(qū),在最大出力點(diǎn)B左邊區(qū)域,雖然同樣具有自平衡能力,但是操作不慎或者條件改變,鋼球磨煤機(jī)工作狀態(tài)極易躍入最大出力點(diǎn)的右邊區(qū)域,該區(qū)域具有不穩(wěn)定的趨勢(shì),給煤量增加,出力反而減少,亦稱為臨界區(qū)域;當(dāng)存煤量進(jìn)一步增加,磨煤機(jī)工作狀態(tài)極易破壞平衡進(jìn)入FG陰影部分區(qū)域,最終導(dǎo)致滿煤堵磨,該區(qū)域稱為運(yùn)行故障區(qū).運(yùn)行人員的操作在習(xí)慣區(qū),使得存煤量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于優(yōu)化區(qū),造成鋼球磨煤機(jī)出力較小,功耗較大.最佳

17、載煤量是最大磨煤出力對(duì)應(yīng)的載煤量,圖中DE下面的陰影部分應(yīng)是最佳載煤量的136動(dòng)力工程學(xué)報(bào)第30卷圖3磨煤機(jī)功率、磨煤出力與載煤量/鋼球量的關(guān)系曲線Fig.3Milldrivingpower,portionofcoaltoballload(a)載煤量/%取值范圍.但考慮到運(yùn)行的安全性,鋼球磨煤機(jī)在優(yōu)化區(qū)運(yùn)行,要求,以免不慎進(jìn)入故障區(qū).2.2、研磨的作用將煤制成粉末.,鋼球被帶到一定的高度落下,將煤砸碎,煤樣由大顆粒變成小顆粒;同時(shí)鋼球間及鋼球與護(hù)甲之間的相對(duì)移動(dòng),通過(guò)擠壓、研磨,把小顆粒煤樣制成煤粉.每一鋼球磨煤機(jī)都對(duì)應(yīng)一單耗最小的鋼球裝載量,此時(shí)的鋼球裝載量稱

18、為最佳鋼球裝載量.圖4為在載煤量為0時(shí),磨煤機(jī)功率隨鋼球裝載量的變化情況.圖4曲線表明,隨著鋼球裝載量的增加,功率先增大后減小,鋼球裝載量為5660kg內(nèi)某一值時(shí),功率達(dá)到最大,說(shuō)明此時(shí)鋼球正好充滿筒體的有效空間,鋼球的跌落總動(dòng)能最大,磨煤效果最佳.(b)載煤量/鋼球量為24%圖5磨煤?jiǎn)魏呐c鋼球裝載量的關(guān)系曲線Fig.5Unitconsumptionofmillvs.ballloadingquantity圖4磨煤機(jī)功率與鋼球量的關(guān)系曲線Fig.4Milldrivingpowervs.ballloadingquantity當(dāng)鋼球裝載量為49kg和53kg時(shí),最佳載煤量/鋼球量接近24%;當(dāng)鋼球裝

19、載量為57kg和61kg時(shí),最佳載煤量/鋼球量接近21%,所以在確定最佳鋼球裝載量時(shí),分別選用載煤量/鋼球量為21%和24%進(jìn)行試驗(yàn),以確定最佳鋼球裝載量.圖5為煤樣在磨制20min、載煤量/鋼球量分別為21%和24%時(shí),磨煤?jiǎn)魏碾S鋼球裝載量的變化情況.從圖5可以看出,磨煤?jiǎn)魏碾S鋼球裝載量的增加先減小后增大.當(dāng)載煤量/鋼球量為21%、鋼球裝載量在59kg左右時(shí),磨煤?jiǎn)魏倪_(dá)到最小,約152J/g;當(dāng)載煤量/鋼球量為24%、鋼球裝載量在56.5kg左右時(shí),磨煤?jiǎn)魏倪_(dá)到最小,約156J/g.以磨煤?jiǎn)魏淖钚〈_定最佳鋼球裝載量為依據(jù),可確定本試驗(yàn)?zāi)ッ簷C(jī)的最佳鋼球裝載量約為59kg.以上分析可知,磨煤?jiǎn)魏?/p>

20、隨鋼球裝載量的增加先減小后增大,筒內(nèi)鋼球裝載量較少時(shí),磨煤?jiǎn)魏妮^大,這主要是因?yàn)橥矁?nèi)有效空間得不到充分利用,以鋼球空碰的形式損失能量,致使磨煤出力較小,磨煤?jiǎn)魏妮^大.如圖2所示,隨著鋼球裝載量的增加,磨煤機(jī)功率增大,在增加的功率中,有效功率增加的比例大于無(wú)效功率,因此隨著鋼球裝載量的增加,磨煤?jiǎn)魏臏p小.當(dāng)鋼球裝載量較多時(shí),筒內(nèi)不同層鋼球磨煤能力不同,緊貼筒壁外層鋼球磨煤能力最大,因?yàn)槠湎侣涓叨茸畲?隨著鋼球裝載量的增加,內(nèi)層鋼球數(shù)量增多,下落高度逐漸降低,其磨煤出力增大的幅度也隨之減小,當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí),磨煤?jiǎn)魏碾S之增大.因此,隨著鋼球裝載量的增加,磨煤?jiǎn)魏南葴p小后增大.另外,磨煤?jiǎn)魏呐c煤質(zhì)特

21、性也有關(guān),煤的可磨性指數(shù)變化對(duì)磨煤?jiǎn)魏挠休^大影響.此外,原煤水分對(duì)制粉系統(tǒng)單位磨煤能耗也有影響6.2.3煤樣的磨制時(shí)間對(duì)磨煤出力的影響在煤樣磨制過(guò)程中,隨著磨制時(shí)間的延長(zhǎng),煤粉第2期張驍博,等:鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化的試驗(yàn)研究137越來(lái)越細(xì),同時(shí)噪音也越來(lái)越大.圖6為鋼球裝載量為57kg、載煤量/鋼球量為21%時(shí),磨煤出力隨時(shí)間的變化情況.從圖6可以看出,隨著磨制時(shí)間的延長(zhǎng),磨煤出力逐漸減小,并且減小的趨勢(shì)逐漸變緩.針對(duì)烏電混煙煤,在磨煤初期,煤樣由大顆粒變成小顆粒,主要是鋼球的破碎作用,并且此時(shí)噪音小;隨著磨制時(shí)間的延長(zhǎng),煤粉越來(lái)越細(xì),煤粉的流動(dòng)性增大,噪音越來(lái)越大,煤消耗功率逐漸轉(zhuǎn)化為

22、鋼球空碰損耗的無(wú)效功率,此時(shí)破碎在制粉中的主導(dǎo)地位逐漸被研磨替代.在磨煤后期階段,磨煤出力減小的趨勢(shì)變緩,主要是研磨作用.從整個(gè)曲線的變化趨勢(shì)來(lái)看,在磨制20min時(shí),R90為38.9,(經(jīng)驗(yàn)表明1,15min,對(duì)于煙煤,.第2階段可以采用50mm或40mm的鋼球與30mm的鋼球進(jìn)行配比,以提高破碎、研磨效率;第3階段全部采用30mm的鋼球來(lái)提高研磨效率;對(duì)于不同階段采用的鋼球配比、鋼球量以及該方案的可行性等情況,需要通過(guò)具體的試驗(yàn)確定.3結(jié)論(1)鋼球磨煤機(jī)的磨煤出力隨載煤量的增加先圖6磨煤出力與磨制時(shí)間的關(guān)系曲線Fig.6Mlingduration煤樣的磨制過(guò)

23、程主要經(jīng)歷了破碎、破碎兼研磨和研磨3個(gè)主要階段.粗煤塊主要受沖擊擠壓、破碎,細(xì)煤粒主要受研磨作用,變得更細(xì)7.煤在筒內(nèi)被破碎的過(guò)程中,一定重量的鋼球砸入煤中的程度相對(duì)其本身的表面來(lái)說(shuō),直徑小的鋼球比直徑大的鋼球砸入程度大.從能量傳遞的角度看,與大鋼球相比,小鋼球所具有的能量更有機(jī)會(huì)傳給煤粒子8.在電廠動(dòng)態(tài)制粉過(guò)程中,煤樣從入口到出口在鋼球磨煤機(jī)筒體內(nèi)的停留時(shí)間主要與通風(fēng)量和筒體長(zhǎng)度有關(guān),從煤樣到制成煤粉依次經(jīng)歷沖擊、破碎、研磨.鋼球球磨煤機(jī)在其筒內(nèi)存煤量一定的條件下,鋼球裝載量決定了磨煤出力,球徑配比決定了筒內(nèi)磨煤效率5.據(jù)此,可以在鋼球磨煤機(jī)的筒體內(nèi)設(shè)置網(wǎng)狀隔離設(shè)施,將筒體前后分成23個(gè)階段,根據(jù)煤樣從入口到出口依次變細(xì)及磨煤機(jī)理的不同,在不同階段采用不同大小配比的鋼球以分別滿足磨制過(guò)程中的各個(gè)階段,以提高磨煤效率和磨煤出力.根據(jù)文獻(xiàn)2和文獻(xiàn)3及本試驗(yàn),第1階段可以采用60mm和30mm的