鋼球配比對制粉系統(tǒng)球磨機運行優(yōu)化的實驗研究

1、收稿日期:2010 04 22作者簡介:張驍博(1980,男,碩士研究生,主要從事鋼球磨制粉系統(tǒng)運行優(yōu)化研究。E mail:zyqzxb99153鋼球配比對制粉系統(tǒng)球磨機運行優(yōu)化的實驗研究張驍博, 趙 虹, 楊建國(浙江大學能源清潔利用國家重點實驗室,杭州310027摘 要:在實驗室的條件下,通過調(diào)整鋼球配比及煤樣的磨制時間,得出不同的磨煤指標數(shù)據(jù);從分析磨煤機理,得出最佳鋼球配比。結(jié)果表明,最佳鋼球組合應為30mm 、40mm 、60mm,其最佳鋼球配比為1 3 13 4 3;最小制粉單耗與最大磨煤機出力所對應的鋼球配比相同;隨磨制時間的延長,磨煤噪聲增大,磨煤機輸出功率逐漸減小,制粉單耗呈

2、增大趨勢。關(guān)鍵詞:火電廠;球磨機;鋼球配比;制粉單耗;磨制時間中圖分類號:T K 223.25 文獻標識碼:A 文章編號:1671 086X(201006 0401 04Influence of Steel Ball Ratio on Operation Performanceof a Ball Mill Pulverizing SystemZ HAN G Xiao bo, Z HA O Hong, Y AN G Jian guo(State Key L ab of Clean Energy U tilization,Z hejiang University,Hangzhou 310027,C

3、hinaAbstract:Exper ime ntal te sts w ere conducted to a ball mill so as to study the inf luence of steel ball ra tio on o per atio n per fo r mance of its pulv er izing syste m,during which the optimal steel ball ra tio w as de term ined by adjusting the ball r atio and g rinding t ime and ana ly zi

4、ng the c oal m illing m echanism.Results show th at the o ptimal c ombina tio n o f ball size is 30mm ,40m m and 60mm,w ith a cor r esponding ball number pr o po r tio n within 1 3 13 4 3.Bo th the m inim um unit consumptio n and the max imum m ill o utput cor re spond to a sam e ball ra tio.W ith t

5、he rise o f m illing tim e,the g rinding no ise gr ow s,milling po wer reduce s and the unit consumption tends to incr ease.Keywords:therm al po wer pla nt;ball mill;ste el ball r atio;unit co nsumption;milling time目前我國火力發(fā)電量占總發(fā)電量的份額在80%以上,據(jù)統(tǒng)計,火力發(fā)電廠的廠用電大約占總發(fā)電量4%8%,而制粉系統(tǒng)用電量占全廠用電的15%25%,是電廠的耗電大戶之一1。鋼球磨

6、煤機是制粉系統(tǒng)的主要設備,在全國燃煤電廠中,占各類磨煤機總數(shù)的60%以上2 3。球磨機結(jié)構(gòu)簡單堅固,操作可靠,故障少,運行安全可靠,對物料適應性強,破碎比大和生產(chǎn)能力大,能在運行中補充鋼球,延長檢修周期,可保持連續(xù)最大出力,在最經(jīng)濟的負荷下運行,所以它能滿足生產(chǎn)的需要。但球磨機的缺點也比較明顯,主要表現(xiàn)為工作效率低,磨煤單耗高,初期投資大,體型龐大笨重,金屬耗量大,運行時噪聲大及不適合低負荷運行等。在實驗室的條件下找出球磨機運行的最佳狀態(tài),給出合理的鋼球配比,可以為電廠降低廠用電率,提高發(fā)電廠的經(jīng)濟性提供依據(jù)。1 鋼球配比對制粉系統(tǒng)的影響球磨機圓筒轉(zhuǎn)動時,將鋼球提升到一定高度落下,將煤砸碎,原

7、煤由大顆粒變成小顆粒;同時鋼球間及鋼球與磨煤機護甲之間的相對移動,通過擠壓、研磨,把小顆粒原煤制成煤粉。球磨機是靠撞擊、擠壓、研磨將煤磨制成粉末的,因此鋼球表面積及撞擊次數(shù)對磨煤機出力起較大作用,球磨機所裝鋼球尺寸及鋼球配比對磨煤出力、電401耗均有一定影響。鋼球大小及配比的選擇主要與所磨制的原煤粒度大小和易碎程度有關(guān)。大鋼球主要起破碎作用,小鋼球主要起研磨和傳遞破碎力的作用。對球徑配比進行調(diào)整,就是對破碎和研磨作用的調(diào)整。一般煤質(zhì)軟、顆粒小,宜選小鋼球;反之煤質(zhì)硬、顆粒大可選大鋼球。進入電廠的原煤粒度一般是無煙煤較細,煙煤較大,褐煤更大。根據(jù)破碎定律,被破碎后的物體的表面積與它所受應力成正比

8、。因此,磨煤機中原煤受鋼球砸擊時,無疑是鋼球直徑越大,砸擊力就越大,砸擊效果就越好。但在磨煤機中,鋼球?qū)υ哼M行砸擊時是點接觸,如用很大的鋼球砸擊,砸擊面將非常有限,如將大鋼球做成同質(zhì)量的小鋼球,砸擊面就會增加。顯然,使用一定數(shù)量的小鋼球能有效地增加鋼球?qū)γ旱脑覔裘婧脱心ッ?其粉碎效果會更佳;同時小球填補了大球之間空出的較大空隙,大鋼球砸擊小鋼球及其相互之間研磨時,能更有效地傳遞大鋼球的砸擊力及增加大小鋼球之間的研磨面,增強對原煤的破碎及研磨。因此,大小鋼球之間的配比將決定鋼球?qū)υ旱脑覔袅颁撉蛑g的砸擊面和研磨面。在同一鋼球裝載量下,合理的鋼球配比便可提高球磨機的有效功率和磨煤出力,同時對

9、煤粉顆粒的均勻程度也將有積極影響。近幾年來由于所采用的高鉻鋼球比錳鋼球耐磨程度高5 6倍,所以本試驗過程中不考慮鋼球磨損問題。前蘇聯(lián)是世界上使用球磨機最多的國家,根據(jù)大量的試驗和運行經(jīng)驗,推薦出球磨機直徑選用標準,見表1。表1 前蘇聯(lián)推薦的球磨機鋼球選用規(guī)格煤種 筒徑d3m 鋼球直徑/mm數(shù)量/%鋼球直徑/mm數(shù)量/%無煙煤3010030或251100煙煤30406033333430403565褐煤4060356540100注:1采用25m m的鋼球需通過實驗驗證。2 磨煤試驗和分析試驗選用MS 500磨煤機,圓筒長L=0.5m,直徑d=0.4m。在驅(qū)動電動機的帶動下,圓筒轉(zhuǎn)速n=52r/mi

10、n,臨界轉(zhuǎn)速n c=67r/min。煤樣磨制1060m in,取出100g煤樣在振動篩上篩分10m in后分別測出小于70 m、小于90 m和小于200 m的煤粉質(zhì)量,同時測出磨煤機功率。試驗選擇鋼球裝載量和載煤量分別為59kg和12.39kg4,通過調(diào)整鋼球大小及配比,研究磨煤機出力及磨煤單耗隨鋼球配比的變化情況,得出最佳鋼球配比。以磨煤后小于90 m的煤粉占比例達到最大時作為磨煤機的最佳狀況。本試驗的煤樣為準混煙煤,可磨性系數(shù)H GI 為82,煤質(zhì)分析見表2。表2 準混煙煤的煤質(zhì)分析項目數(shù)值w(M ad/% 6.56w(A ad/%29.09w(V ad/%25.94w(C fd/%38.

11、41Q net,ad/(M J kg-122.602項目數(shù)值w(C ad/%57.25w(H ad/% 4.10w(O ad/% 1.57w(N ad/%0.96w(S t,ad/%0.47 2.1鋼球配比對磨煤出力的影響本試驗選擇鋼球直徑為30m m、40mm、50 mm,按配比1 3 1、3 4 3、1 1 1、4 3 3和3 3 4,以及鋼球直徑為30m m、40m m、60mm,按配比0 1 0、1 3 1、3 4 3、1 1 1、4 3 3和3 3 4分別進行試驗。圖1、圖2分別為原煤在磨制20min時磨煤出力隨鋼球30mm、40mm、50m m和鋼球30 mm、40mm、60mm按

12、不同配比時的變化情況。鋼球直徑30mm、40mm、50mm圖1 磨煤出力與鋼球配比的關(guān)系曲線從圖1可以看出,鋼球30mm、40m m、50 mm時磨煤出力隨配比1 3 1、3 4 3、1 1 1、4 3 3、3 3 4的變化是先增大后減小。隨著40m m 鋼球在配比鋼球中份額的不斷減少,從配比1 34021到3 4 3,磨煤出力是逐漸增大的,在3 4 31 1 1的某一鋼球配比下,磨煤出力達到最大。在此過程中,30m m鋼球和50mm鋼球按同等比例進行增加,說明主要起研磨和傳遞破碎力作用的30mm鋼球和主要起破碎作用的50mm鋼球的制粉能力在不斷增強,30mm鋼球較好地填補了50mm鋼球之間的

13、較大空隙,同時很好地傳遞了50mm鋼球的破碎力及增加了它們之間的研磨面。30m m鋼球和50mm鋼球?qū)υ旱淖饔靡笥?0mm鋼球的作用。隨后磨煤出力開始減小,從最大磨煤出力對應的鋼球配比到鋼球配比1 1 1,30m m鋼球和50mm鋼球仍在同比例增加,40mm鋼球在減少,說明30m m鋼球和50 mm鋼球?qū)γ簶拥淖饔瞄_始小于40mm鋼球的作用,雖然30m m鋼球的增多增加了砸擊點和研磨面及50mm鋼球的增多增加了砸擊力,并且30mm鋼球?qū)?0mm鋼球的砸擊力很好地進行了傳遞,但砸擊點的增多和研磨面的增大使得平均砸擊力和平均研磨力減小,減小后的砸擊力和研磨力不能夠充分破碎和磨細原煤,所以致使磨

14、煤出力下降。從鋼球配比1 1 1到4 3 3,磨煤出力減小,30m m鋼球的增多增加了砸擊點和研磨面,50m m鋼球的減少減小了砸擊力,最終使得平均砸擊力和平均研磨力減小,不能充分破碎和磨細原煤。從鋼球配比4 3 3到3 3 4,30mm 鋼球逐漸減少,減少了砸擊點和研磨面;50mm 鋼球逐漸增多,增加了鋼球的砸擊力。此時磨煤出力是逐漸減小的,說明30mm鋼球?qū)υ旱淖饔靡笥?0mm鋼球的作用。由于小鋼球的減少,大鋼球所增加的砸擊力和研磨力沒有被充分利用,煤粉的均勻性也會變差。由圖1可知,針對鋼球30m m、40m m、50mm其最佳配比在配比3 4 31 1 1之間,其對應最大磨煤出力為4

15、.10g/s。由圖2可知,磨煤出力隨鋼球30mm、40 mm、60mm按配比0 1 0、1 3 1、3 4 3、1 1 1、4 3 3、3 3 4的變化是先增大后減小。隨著40 mm鋼球在配比鋼球中份額的不斷減少,從配比0 1 0到1 3 1,磨煤出力是逐漸增大的,在1 3 1 3 4 3之間的某一鋼球配比下,磨煤出力達到最大,其后變化趨勢與圖1相同。由圖2可知,針對鋼球30mm、40mm、60m m其最佳配比為1 3 13 4 3的某一配比,其對應最大磨煤出力為4.38g/s 。鋼球直徑30mm、40mm、60mm圖2 磨煤機出力與鋼球配比的關(guān)系曲線由圖1及圖2比較可知,最佳鋼球組合應為30

16、mm、40mm、60mm,其最佳鋼球配比為1 3 13 4 3某一數(shù)值。2.2鋼球配比對制粉單耗的影響在同樣的鋼球裝載量和同樣的載煤量下,不同的鋼球配比會使鋼球?qū)υ旱脑覔袅颁撉蛑g的砸擊面和研磨面有所不同,磨煤機功率發(fā)生變化,有效功率和無效功率的分配比例發(fā)生變化。磨煤機功率包括有效功率和無效功率,有效功率即磨煤消耗功率,與磨煤出力成正比。無效功率是筒體自身的轉(zhuǎn)動、鋼球間、鋼球與護甲間的空碰及煤層變形所消耗的能量,表現(xiàn)為噪聲、部件磨損和發(fā)熱。制粉單耗會因有效功率和無效功率分配比例的改變而發(fā)生變化,同時也受磨煤機功率的影響。制粉單耗與鋼球配比的關(guān)系曲線見圖3。鋼球直徑30mm、40mm、60m

17、m圖3 制粉單耗與鋼球配比的關(guān)系曲線從圖3可以看出,制粉單耗隨鋼球30mm、40mm、60mm按配比0 1 0、1 3 1、3 4 3、1 14031、4 3 3、3 3 4的變化是先減小后增大,與磨煤出力呈反比例變化,其最小制粉單耗所對應的鋼球配比為配比1 3 13 4 3的某一配比,最小制粉單耗與最大磨煤出力對應的鋼球配比應為同一配比。2.3磨制時間的影響圖4表示鋼球30m m 、40m m 、60m m 按配比3 4 3進行配比時,制粉單耗、磨煤機功率隨磨 制時間的變化情況。圖4 制粉單耗、磨煤機功率與時間的關(guān)系曲線由圖4可知,在磨煤起始階段,原煤的顆粒較大,流動性也較差,在離心力和摩擦

18、力的作用下隨筒體的轉(zhuǎn)動會和鋼球一起被提升到一定高度,然后在重力的作用下跌落,所以開始階段磨煤機功率偏大;隨磨制時間的延長,煤粉越來越細,流動性越來越好,被筒體轉(zhuǎn)動所帶到的高度越來越小,因此磨煤機功率變得越來越小。制粉單耗等于磨煤機功率與磨煤出力之比,開始時磨煤機功率較大,制粉單耗卻很低,說明有效功率在磨煤機功率中占有較大份額。繼續(xù)磨制時磨煤機功率減小,制粉單耗增大。隨著磨制時間的不斷延長,煤粉變得越來越細,流動性越來越好,噪聲也越來越大,消耗功率逐漸轉(zhuǎn)移到鋼球間、鋼球與護甲間空碰損耗的無效功率。有效功率的減小導致磨煤出力減小,制粉單耗增大。3 結(jié) 語(1最佳鋼球組合應為30mm 、40mm 、60mm 。(2制粉單耗與磨煤出力呈反比例變化關(guān)系,磨煤機最小制粉單耗與最大磨煤出力所對應的鋼球配比為同一配比。(3隨煤樣磨制時間的延長,煤粉越來越細,流動性越來越好,磨煤機功率變得越來越小;同時磨煤噪聲越來越大,消耗功率轉(zhuǎn)移到以空碰形式損耗掉的無效功率上,所以隨磨制時間延長制粉單耗變大。參考文獻:1李軍路.火電廠中儲式球磨機制粉系統(tǒng)的優(yōu)化控制D.西安:西安理工大學,2008.2程啟明,王勇浩.火電