（动力机械及工程专业论文）基于支持向量机的中储式制粉系统试验及优化调整.pdf

摘要 摘要 随着国家经济的迅猛发展，中国能源的缺口将越来越大，国家正在大力提倡节能减排 的方针政策；随国家电力体制改革的深入，“厂网分开，竞价上网”政策的全面实施，每一 个发电厂作为一个独立的实体企业必须参与到电力市场的竞争中去，要想在竞争激烈的市 场中获得一席之地，必须提高自身的竞争力，降低企业的发电成本。 论文围绕火力发电厂制粉系统优化运行，提高发电厂节能降耗能力这一主题进行展开， 以我国采用钢球磨煤机中储式制粉系统的发电机组为研究对象，主要开展了以下几方面的 研究工作： 综合研究分析中储式制粉系统设计计算方法，通过编制中储式制粉系统热力计算程序， 对制粉系统进行校核计算，为摸清掌握制粉系统设备运行状况，分析系统存在的问题，提 供理论依据。 研究影响中储式制粉系统出力的主要因素，引入灰色关联熵理论对制粉系统出力影响 的各因素进行定量计算，为建立制粉系统性能预测模型确定辅助输入变量。通过灰色关联 熵理论得出各因素对主导变量的贡献度，减少了人为经验或主观因素带来的影响，较之传 统的方法更为精确。 研究基于数据挖掘技术的支持向量机和粒子群智能进化算法，并结合现场的制粉系统 调整试验，建立了基于小样本试验数据的制粉系统性能指标模型，结合稳态和动态试验数 据进行稳态和动态的性能指标建模。在此过程中，研究分析支持向量机模型参数的优化问 题，结合试验数据，分析不同支持向量机模型参数变化对模型推广性能的影响，结合验证 样本数据检验模型的可靠性。 在建立的制粉系统性能模型基础上，以性能指标为目标优化对象，辅助变量为优化的 搜索空间，通过智能优化算法实现对制粉系统运行方式的优化，同时研究不同优化算法对 模型寻优化结果的影响，结合合理的算法，给出最优的制粉系统运行方式。 综上所述，本文提出了基于支持向量机的制粉系统优化调整思想，对于火力发电厂制 粉系统的运行优化具有独到之处，这一思想的引入，具有较高的工程应用价值。 关键词：制粉系统支持向量机优化调整 a b s t r a c t a b s t r a c t a l o n gw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ec h i n a se c o n o m y , c h i n a se n e r g ys h o r t a g ew i l l b e c o m em o l ea n dm o r es e r i o u s o u rc o u n t r yi s c o n d u c t i n gas t r o n gp r o p o n e n to fe n e r g y c o n s e r v a t i o np r i n c i p l e sa n dp o l i c i e sf o rr e d u c i n ge m i s s i o n s ，a l s oa l o n gw i t ht h ed e e p e n i n go ft h e n a t i o n a le l e c t r i c i t ys y s t e mr e f o r mp o l i c y , ”s e p a r a t i o no fg r i da n dp o w e rp l a n t , b i d d i n gf o r 鲥也” e a c hp o w e rp l a n ta sa l li n d e p e n d e n tb u s i n e s se n t i t yt ob ei n v o l v e di nt h ee l e c t r i c i t ym a r k e tt o c o m p e t i t i o n , i no r d e rt op l a ya ni m p o r t a n tr o l ei nt h eh i g h l yc o m p e t i t i v em a r k e tp l a c ew h i c h r e q u i r et h ep o w e rp l a n tt oi m p r o v ei t so w nc o m p e t i t i v e n e s sa n dr e d u c et h ec o s to fp o w e r g e n e r a t i o n t h i sp a p e rf o c u so nt h et h e m eo no p t i m a lo p e r a t i o no ft h e r m a lp o w e rp l a n tm i l l i n gs y s t e m f o ri n c r e a s et h ec a p a c i t yo fp o w e rp l a n t se n e r g ys a v ea n dc o n s u m p t i o np o w e rr e d u c i n g b a l l m i l lp u l v e r i z e ds y s t e mo fp o w e ru n i t si su s e df o rt h es t u d yt oc a r r yo u tt h ef o l l o w i n ga r e a so f r e s e a r c hw o r k c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so fm i l l i n g s t o r a g es y s t e md e s i g nm e t h o di sc o n d u c t e da n dt h r o u g h t h ee s t a b l i s h m e n to f p u l v e r i z e ds y s t e m st h e r m a lc a l c u l a t i o n , i ti se a s yt of m do u tt h ep u l v e r i z e d s y s t e m o p e r a t i o ns t a t u sa n de x i s t i n gp r o b l e m s p r o v i d eat h e o r e t i c a lb a s i sf o ra n a l y z i n gt h e r e a s o n so fe x i s t e dp r o b l e m r e s e a r c hi sc a r r i e do u to nt h em a i nc o n t r i b u t i n gf a c t o r s i m p a c to nn o n - d i r e c tf i r e d p u l v e r i z e ds y s t e m i n t r o d u c et h eg r a ye n 仃o p yt h e o r yf o rq u a n t i t a t i v e l yc a l c u l a t i o n o ft h e d i s t r i b u t e df a c t o r sw h i c hm a i n l ya f f e c tt h ep e r f o r m a n c eo fn o n - d i r e c tf i r e dp u l v e r i z e ds y s t e m , w h i c hi su s e dt od e t e r m i n et h ea u x i l i a r yi n p u tv a r i a b l e sr e q u i r e df o rn o n d i r e c tf i r e dp u l v e r i z e d s y s t e mp e r f o r m a n c ep r e d i c tm o d e l ad e c r e a s eo fh u m a ne x p e r i e n c eo rs u b j e c t i v ef a c t o r si m p a c t o ns e l e c t i n gt h ea u x i l i a r yi n p u tv a r i a b l e sc a nb ea c h i e v e dt h r o u g ht h ee n t r o p yt h e o r yf a c t o r s l e a d i n gt ot h ev a r i a b l ec o n t r i b u t i o nc a l c u l a t i o n ，w h i c hi sm o r ep r e c i s et h a nt r a d i t i o n a lm e t h o d s r e s e a r c ho nt h es u p p o r tv e c t o rm a c h i n eb a s e do nt h ed a t a m i n i n gt e c h n o l o g ya n dp a r t i c l e s w a r mi n t e l l i g e n c ea l g o r i t h m , w h i c hi st h ef o u n d a t i o no fe s t a b l i s h m e n tt h ep u l v e r i z i n gs y s t e m p e r f o r m a n c ep r e d i c tm o d e lb a s eo nt h es m a l ls a m p l et e s td a 饥c o m b i n e dw i t ht h eo n s i t e p u l v e r i z e ds y s t e ma d j u s t m e n tt e s t ，p u l v e r i z e ds y s t e m ss t e a d y - s t a t ea n dd y n a m i cp e r f o r m a n c e m o d e li se s t a b l i s h e d i nt h ep r o c e s s ，r e s e a r c ha n da n a l y s i so p t i m i z a t i o np r o b l e m so fs u p p o r t v e c t o rm a c h i n em o d e l c o n c l u d et h ec h a n g e so fp a r a m e t e r si m p a c to ns u p p o r tv e c t o rm a c h i n e p r o m o t ep e r f o r m a n c e t h ep r e d i c tm o d e li sv e r i f i e db yt h et e s ts a m p l ed a t a b yt h ee s t a b l i s h e dp e r f o r m a n c ep r e d i c tm o d e lo fn o n d i r e c tf i r e dp u l v e r i z e ds y s t e m , r e g a r d i n gt h ep e r f o r m a n c ea st h et a r g e to b j e c tf o ro p t i m i z a t i o n ，u s i n gt h ea u x i l i a r yv a r i a b l e sa s t h es e a r c hs p a c eo fo p t i m i z a t i o n ，t h eo p t i m a lp u l v e r i z e ds y s t e m so p e r a t i o ns t a t u si sa c h i e v e d t h r o u g hi n t e l l i g e n to p t i m i z a t i o na l g o r i t h m o nt h eo t h e rh a n dr e s e a r c ho nd i f f e r e n to p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m si m p a c to nt h er e s u l to fo p t i m i z a t i o na n dg a v eo u tt h eo p t i m a lw a yt oo p e r a t et h e p u l v e r i z e ds y s t e m f i n a l l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c eam e t h o do fp u l v e r i z e ds y s t e ma d j u s t m e n tb a s e do ns u p p o r t v e c t o rm a c h i n e ，w h i c hi san e wa p p r o a c hf o rc o a l - 删p o w e rp l a n t s o p t i m i z a t i o no ft h e o p e r a t i o no fp u l v e r i z e ds y s t e ma n dh a sah i g hv a l u eo fe n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n k e y w o r d s ：p u l v e r i z e ds y s t e ms u p p o r tv e c t o rm a c h i n eo p t i m i z a t i o na d j u s t m e n t 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：二压尘筮同期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查 阅和借阅，可以公布( 包括以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要 等部分内容。论文的公布( 包括以电予信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 虢刨厶燧名：樽隅 第一章绪论 1 1 课题研究背景及意义 第一章绪论 随着全球经济迅猛发展，能源和环境问题对社会发展的困扰显得日益突出，从而引起 人们极大的关注。能源是国民经济高速发展的条件之一，可供人类开采的石油储藏量已不 足两万亿桶，在2 0 5 0 年到来之前，世界经济的发展越来越依靠能源，其后在2 2 5 0 到2 5 0 0 年之间，煤炭也将消耗殆尽，矿物燃料供应枯竭，面对即将到来的能源危机，全世界认识 到必须采取开源节流的战略，即一方面节约能源，另一方面开发新能源【2 训。 我国是以煤为主要一次能源的发展中国家，而煤炭又是我国火力发电的主要原料，而 且这种趋势在相当长的时间内都不会改变。虽然在燃煤发电技术上取得很大成效，但火力 发电在我国仍是一个薄弱的环节，设备效率比国外先进水平低很多，全国火电厂平均效率 为3 4 3 ，而国外先进水平为4 6 。中国的能源消耗量每年增长约5 ，是世界平均增长 率的近3 倍，中国的能源储量与未来几十年的发展需求之间已经存在一个巨大的缺口，而 且这个缺口将越来越大，有专家预测出我国国内能源的缺口量到2 0 3 0 年约为2 5 亿吨标准 煤，2 0 5 0 年约为4 6 亿吨标准煤【l 】，缺电、缺煤将是中国面临的又一严峻挑战，未来的竞 争乃至战争将越来越多是能源之争，能源安全是关系到国家兴衰的大问题，节约能源、发 展新能源与可再生能源是保证我国在能源领域保持强国地位的重要手段，节约能源已经被 我国专家视为在我国与煤炭、石油、天然气和电力同等重要的第五能源l 4 j 。 伴随国家电力体制改革的深入，“厂网分开，竞价上网”政策的全面实施，每一个发电 厂作为一个独立的实体企业必须参与到电力市场的竞争中去，要想在竞争激烈的市场中获 得一席之地，必须提高自身的竞争力，降低企业的发电成本。 钢球磨煤机中储式制粉系统由于其对煤质的适应性广，维修方便，对所磨制煤种的可 磨性指数和磨损指数几乎没有任何限制。它可以磨制包括褐煤在内的所有煤种，特别适合 磨制无烟煤及磨损指数k 3 5 的煤种。我国动力用煤煤源供应不稳定和劣质煤种较多，因 而使其在中小型发电机组中得到广泛应用，据统计国内3 0 0 m w 机组以下8 6 采用钢球磨 中储式制粉系统。由于其采用复杂的中间煤粉仓结构，存在着占地面积大、出力低、能耗 大、磨损件使用周期短和噪声高等缺点；从火力发电厂制粉系统的实际运行看，中储式制 粉系统存在诸多缺点，主要表现在以下几个方面： 1 ) 制粉管道长、部件多、占地面积大、占用空间大； 2 ) 出力小，最大出力也就是8 0 t h 左右： 3 ) 耗电量大，制粉单耗高。火力发电厂厂用电占电厂总发电量的1 0 左右，而钢球 磨制粉系统约占厂用电的1 5 2 0 左右，比中、高速磨高出7 0 以上。是电厂的耗电大 户，同时也是潜在的节能大户之一： 4 ) 自动化程度低。中储式制粉系统是一个多输入多输出系统( m i m o ) ，各输入量和输 出量之间藕合严重，具有非线性、强耦合、时变性等特点，正是由于这个原因，中储式制 粉系统自动化程度不高，控制品质差。二十世纪六十年代末，国外大都采用模拟控制仪表 进行磨煤机的单回路控制；二十世纪七十年代初期，我国开始设计以三输入三输出的控制 系统，即以给煤量控制磨煤机进出口压差，以热风量控制磨煤机出口温度，以再循环风量 控制磨煤机入口负压；进入八十年代和九十年代，随着先进控制理论和检测技术以及计算 机技术的飞速发展，在消化引进国外钢球磨制粉系统控制技术的同时，基于多变量控制理 论、解耦控制、模糊控制理论、预测控制等的一些研究成果己经应用到火电厂制粉系统的 热工控制中。但是基于中储式制粉系统的多输入、多输出、非线性和强耦合的特点，制粉 系统自动控制的投入不能完全达到制粉系统安全经济的运行，只能保证制粉系统的稳定性 东南大学硕士学位论文 和降低运行人员的劳动强度。制粉系统运行过程中偏离最佳运行工况，制粉单耗高，节能 效果差，其运行的好坏几乎全部依赖于运行人员操作的好坏，单位耗电量一般为 2 5 ( k w h ) t 2 8 ( k w h ) t ，有的甚至超过3 2 ( k w h ) t 。目前国内绝大部分制粉系统都是人工操 作运行，运行的经济性几乎是取决于运行人员的专业理论水平和实际调整能力及工作责任 心等，这就造成了各厂的制粉电耗水平参差不齐，即使是同一电厂运行管理好同管理不当 时相比，也相差5 ( k w h ) t l o ( k w h ) t 1 5 , 6 。 1 2 国内外对中储式制粉系统研究的概况 根据参阅相关文献结果显示，国内外在提高钢球磨煤机出力、降低制粉系统电耗方面 的研究工作进展缓慢，自2 0 世纪2 0 年代美国密尔沃基电厂第一次在锅炉内采用煤粉燃烧 技术以来，球磨机作为主要磨煤机型在世界各地得到了广泛的应用【1 0 】。与其他类型的磨机 相比，球磨机具有维修方便，宜于磨制硬质煤和细粉的特点，对煤种和煤质要求不严格， 特别适应于无烟煤的研磨。近2 0 年来，由于欧美各国无烟煤产量锐减，在新建大机组电厂 中，中、高速磨因其出力大、体积小而得到优先选用，中速磨随着大量地使用而得以快速 发展，相比之下，球磨机的使用和发展受到一定的限制。但受传统习惯、煤源供应不稳定 和劣质煤较多等因素的影响，我国燃煤发电厂，特别是老电厂，仍普遍使用球磨机。据调 查，我国仅电力行业使用的球磨机就多达上千台，是现阶段电厂常见的主要机型，而且在 今后相当长的时间内仍将继续使用【l5 1 。除了电力系统以外，还有水泥、矿山、化工等领域 也广泛使用球磨机，其规格大、数量多，远远超过电力行业，总计上万台。因此，对以球 磨机为主机的制粉系统进行节能降耗研究，并推广研究成果，应用前景将十分广阔。由上 可知，球磨机在电力行业的使用受到一定的限制。随着使用数量的减小，其技术发展和创 新也因此进展缓慢。国外电力工程技术界除了2 0 世纪7 0 、8 0 年代出现一些研究成果外， 近期相关研究的报道不多。总体来看，球磨机技术发展呈现出以下特点： 一是针对水泥、矿山、化工领域使用的研究多于电力行业： 二是针对球磨机设备本身的研究多于制粉系统的研究； 三是球磨机作为一种古老的通用机械，自其诞生以来，对其理论研究不足，基本设计 上的重大缺陷始终未得到根本性的改进。 我国的电力工作者对中储式制粉系统进行了大量的研究，取得了很多的成果，主要集中 在对制粉设备结构调整、设计和综合治理、减少制粉系统漏风、磨煤机的维护与检修、粉仓 防爆、制粉系统运行方式的探讨、控制系统参数的优化及制粉系统自动控制等方面。诸如钢 球装载量的试验研究，钢球优化配比，系统通风量的试验，减少制粉系统漏风，粗粉分离器 挡板开度调整，粗粉分离器的改造，制粉系统解耦控制、模糊控制等1 1 4 , 1 5 , 1 7 】。国内外对钢球 磨的研究成果主要有以下几个方面【埔1 9 】： 1 ) 磨煤机钢球磨损机理及磨损数学模型的研究； 2 ) 钢球磨煤机自适应模糊控制的研究： 3 ) 磨煤机噪声的控制研究； 4 ) 耐磨材料的研究； 5 ) 研究衬板的无螺栓连接。 总的来说，国内外对钢球磨煤机本身的研究多于对制粉系统整体优化的研究，对制粉系统 优化调整的研究理论还不够深入，新兴的理论研究成果很少被引入到制粉系统优化中，大量的 基础性工作还需要我国的电力工作者进行深入的开展。 1 3 本文的主要的研究内容和目的 综上所述，对于中储式制粉系统而言，还有大量的工作要做，本文主要做了以下几方 2 第一章绪论 面的研究： ( 1 ) 参考目前制粉系统的主要设计计算方法。针对某热电厂钢球磨中储式制粉系统， 编制制粉系统热力计算程序，结合现场试验工况数据和运行参数对制粉系统进行校核计算， 通过校核计算，分析制粉系统目前存在的问题和不足，为进行优化调整试验提供理论依据 和指导。 ( 2 ) 分析中储式制粉系统可控参数及其对制粉出力的影响，给出评价中储式制粉系统经济 性的指标。 通过机理性的研究找出对影响制粉系统出力的各因素，主要包括磨煤机出口温度、磨煤机进 出口差压、系统通风量等因素，结合灰熵理论建立各因素对制粉系统出力的贡献度的定量计算， 确定制粉系统性能预测模型的输入和输出参数。通过灰色关联熵理论得出各因素对主导变量的贡 献度，减少了人为经验或主观因素带来的影响，较之传统的方法更为精确。 ( 3 ) 制粉系统性能指标预测建模及参数寻优 性能指标预测模型的算法是基于数据挖掘技术的支持向量机，由于支持向量机方法是建 立在统计学习理论的v c 维理论和结构风险最小原理基础上的，使用结构风险最小化原则代替 经验风险最小化原则，使它较好地解决了小样本情况下的学习问题。又由于采用了核函数思想， 使它把非线性问题转化为线性问题来解决，降低了算法的复杂度。 由于性能指标预测模型需要试验数据的支持，因此预测建模主要包括以下几个方面工 作： 1 ) 准备阶段。主要为建模提供尽可能多的信息，从各个方面了解系统； 2 ) 现场试验阶段。获得包含系统信息的试验数据，经整理计算，为建模提供输入输出 数据； 3 ) 建模及参数寻优。针对非线性系统对象的特性，在核函数进行线性化时，会面临核 函数参数寻优的问题，寻优的结果好坏直接影响到预测模型的准确性； 4 ) 预测结果及模型的验证。通过试验数据对模型的准确性进行验证，以确定模型是否 有足够可信的预测能力。 ( 4 ) 建立中储式制粉系统优化数学模型 在得到合理的性能指标预测模型后，将性能指标预测模型作为需要优化的目标函数， 建立基于输入输出的制粉系统优化数学模型，在正常运行的可控范围内进行寻优，给出在 其范围内的最优解。 本课题研究的目的是对中储式制粉系统性能指标的预测和运行优化的探讨，给出一种 简单合理的优化方法，以指导运行，充分挖掘发电厂节能降耗的潜力。 3 东南大学硕士学位论文 第二章中储式制粉系统及其热力计算 2 1 钢球磨中储式制粉系统设备概述 本文所研究的中储式制粉系统是指单进单出筒式钢球磨中储式制粉系统。磨煤部分是 直径为2 m 一- 4 m ，长为3 m 1 0 m 的圆筒，内部装有直径为2 5 m r n 6 0 m m 的钢球，钢球磨 进口端为热空气和原煤，出口端是气粉混合物。 钢球磨煤机工作时电动机带动齿轮箱转动，齿轮箱带动磨筒旋转，筒内钢球和煤在离 心力和摩擦力的作用下被提升到一定的高度，由于重力作用而跌落，筒内的煤受到下落钢 球的撞击作用，以及钢球与钢球之间及钢球与护甲之间的挤压和研磨作用而被碎磨成具有 一定细度的煤粉。磨制好的煤粉被热空气干燥并输送到粗粉分离器中。干燥空气流速越大， 带出的粉量越多，磨煤机出力也就越大，但煤粉越粗。 由于钢球磨煤机空载消耗功率和磨煤时消耗的功率相差无几，磨煤单耗随出力的降低而 增加，因此钢球磨不宜在低负荷或者变负荷情况下运行，其制粉系统一般采用中间仓储式制 粉系统。中储式制粉系统有两种型式，仓储式乏气送粉制粉系统和仓储式热风送粉制粉系统。 乏气送粉适用于原煤水分m 撒低、挥发份、r 血f 较高、易燃的烟煤。对于难着火、难燃尽的无 烟煤、贫煤和劣质烟煤，为稳定着火和燃烧，宜采用热风送粉，乏气作为三次风送入炉膛， 以回收部分细粉。 2 2 金陵热电厂锅炉及制粉系统 金陵石化热电厂删锅炉，系h g 2 2 0 1 0 0 1 0 y m 高压、自然循环、单炉膛、全悬吊露天 布置、平衡通风、固态排渣煤粉汽包炉。锅炉煤粉燃烧器正四角逆时针切向布置，假想切 圆0 8 0 0 m m ，制粉系统采用钢球磨中储式乏气送粉系统。该制粉系统配两台沈阳重型机械 厂生产的d 1 m 2 9 0 3 5 0 型钢球磨煤机，该磨煤机的铭牌出力为1 2 t h ，最大钢球装载量为 2 6 t ：两台皮带式给煤机：八台g f 6 型给粉机；两台沈阳鼓风机厂生产的m 9 2 6 n o 1 4 d 排粉机，额定风量和风压为4 7 0 8 0 m 3 h 和1 0 k p a ；两台直径为0 31 0 0 r a m 的粗粉分离器和 两台直径为口，2 1 5 0 m m 的细粉分离器。锅炉的设计煤种如表2 1 所示：制粉系统的布置示 意图如图2 1 所示。 表2 1 锅炉设计煤质特性 序号 名称 符号单位设计煤种 l 碳 c 。 5 3 0 4 2氢 h 。 3 5 0 3氧 o 口 8 0 0 4 氮 n 0 9 5 5硫 s 口 0 9 7 6灰份 a ” 2 1 9 8 7水份 m 1 1 5 6 8 挥发份v d a f 3 5 8 4 9 低位热发热量q d w k j k g 2 0 5 3 6 l o 可磨性系数k h i 2 5 l l 灰的变形温度t l 1 3 6 0 1 2灰的软化温度 t 2 1 4 2 0 1 3灰的熔融温度 t 3 1 4 6 0 4 第二章中储式制粉系统及其热力计算 图2 1 钢球磨煤机中储式乏气送粉系统 1 锅炉；2 空气预热器；3 送风机：4 给煤机：5 干燥下降管：6 磨煤机；7 木块分离器；8 粗粉分离 器；9 防爆门；l o 细粉分离器：1 1 锁气器：1 2 木屑分离器：1 3 吸潮管；1 4 输粉管；1 5 煤粉仓：1 6 给粉 机；1 7 风粉混合器；1 8 一次风箱；1 9 排粉机；2 0 二次风箱：2 1 燃烧器。 2 3 磨煤机性能参数计算 煤在磨煤机内被研磨的同时又被干燥，磨制好的煤粉由干燥剂携带离开磨煤机，因此 球磨机制粉的大小受磨煤出力b m 、干燥出力风和通风出力夙的限制，且等于三者中较小 者。 磨煤出力是指单位时间内，在保证粗粉分离器出口一定煤粉细度的条件下，磨煤机磨 制的原煤量。磨煤出力除与设备类型、筒体转速及煤种有关，还与钢球规格、筒内装球量 有关。一般情况下，增加筒内载煤量，磨煤出力也随之增加，但当载煤量大至一定程度后， 、对于中储式制粉系统，为保持负压运行，通风量将相应减少，使进煤量大于出煤量，存煤 增多，直至堵煤，磨煤出力反而降低，磨煤出力是磨煤机性能参数计算的内容。 干燥出力是指磨煤系统在单位时间内，能将多少煤由最初的水分干燥到煤粉水分 朋0 。影响磨煤机干燥出力的因素主要有煤的水分、热风温度和干燥风量。如果磨煤机的 干燥出力小于磨煤出力，则不得不使整个系统按照干燥出力工作，不能充分利用磨煤机的 潜力。若加大热风进入量，又将造成磨煤机入口正压，从而影响磨煤机的磨煤出力。同时， 会使磨煤机出口的煤粉温度升高，对输送和储存煤粉不安全，容易引起爆炸。干燥出力是 制粉系统热力计算的内容。 磨煤机内煤粉磨制好后，需要用相当的风量将其携带出来。增大通风量，可输出更多 煤粉，只要粗粉分离器有调节能力，仍能达到所需的煤粉细度，但通风电耗增加。如果通 风量不足，会使部分合格煤粉仍留在筒内继续磨细，磨煤机的实际出力降低，而电耗增加。 对于乏气送粉，通风量还受到锅炉燃烧系统一次风率的制约。 2 3 1 钢球磨煤机磨煤出力计算【l 6 】 影响单进单出钢球磨煤机磨煤出力的因素主要有磨煤机的结构参数( 如简体直径、长度 比) 、运行参数( 如简体转速、钢球装载率、通风量) 、原煤特性等。计算磨煤出力的方法有 经验公式法、磨煤机筒体容积法和修正系数法，我国计算磨煤机磨煤出力一直沿用前苏联 的经验公式： 5 东南大学硕士学位论文 耻o 11 批萨8 v 引l n 詈弓( 2 一1 ) 式中：口m 一钢球磨煤机研磨出力，t h ； d 、三一磨煤机简体的内径和长度，m ； 刀一磨煤机筒体的工作转速，r n f m ： k 肘一护甲形状修正系数； k 。一护甲、钢球磨损导致出力下降的修正系数； 吵一钢球装载系数； k l b ，l 一煤的可磨性系数对出力的修正系数； k ，一简体通风对出力的修正系数； r 二粗粉分离器后的煤粉细度。 2 3 2 最佳钢球装载系数计算【1 6 】 随着钢球装载量的增加，磨煤机出力和耗电量都增加。当单位电耗最小时( 在同样煤 粉细度下) 的钢球装载量称为最佳钢球装载量。最佳钢球装载系数可按下式计算： 0 1 2 y o p t2 丽 2 _ 2 式中：刀c r - 钢球磨煤机临界转速，r r a i n 4 2 3 2 面 2 - 3 ) 实际钢球装载系数计算： g y = ( 2 _ 4 ) p v 、 式中：g 实际钢球装载量，t ； p 一钢球堆积密度，取p = 4 9 t m 3 ； v 一磨煤机简体体积，v = 0 7 8 5 d 2 l ，1 1 1 3 。 2 3 3 最佳通风量计算【1 6 】 当某一通风量下可达到磨煤和通风总电耗最小时，这时通风量为最佳通风量，它与煤 的种类、分离器后的煤粉细度以及钢球装载系数有关。最佳通风量按下式求出： q v , o p t - 器( 1 0 。瓜+ 3 6 厄痧，舢( 2 - 5 ) 6 第二章中储式制粉系统及其热力计算 式中：k ，砌一工作燃料的可磨性系数。 2 3 4 钢球磨煤机消耗功率计算1 6 】 运行中的钢球磨煤机消耗的电网功率按下式计算： 气2 瓦i 石0 1 2 2 d 3 l 印8 q g r 。 g k h j k , + 1 8 6 d l 丹印+ 易，k w ( 2 6 ) 式中：r 甜一电动机至磨煤机的传动效率； r , 亭- - 电动机效率； k ，一煤的特性系数，可按图2 - 2 查取； s 一磨煤机筒体和护甲的总厚度，m ； 易一考虑电动机冷却和励磁的附加消耗功率，仅在采用同步电机拖动时才考 虑，取巳= 5 0 k w 。 磨煤单位电耗： l = 等，她 弘7 ， 图2 2 燃料特性系数图 在磨制无烟煤时，由于简体内钢球的相对滑动增加，k r t z + 5 ，若不能满足上述条件，则需改变干 燥剂初温t l 重新进行计算。 2 5 制粉系统计算结果及分析 在某电厂某一常用工况下的现场试验数据、运行数据和相关的煤质数据，进行了制粉 系统的热力计算，制粉系统热力计算的汇总结果如表2 3 所示： 表2 3 制粉系统热力计算汇总 名称符号单位数值备注 收到荩碳 c 。 5 4 2 7取样化验 收到基硫 s 口 o 6 8取样化验 收到基氢 h 。 3 4 1取样化验 收到基氧 o 。 2 3 4取样化验 锅炉效率 n g l 9 1 0 0设计值 主蒸汽流鼋 d t h2 1 2 0 0d c s 值 主蒸汽压力 p 珏 m p a9 4 6d c s 值 主蒸汽温度l 5 3 3 0 0 d c s 值 给水压力 p p m p a1 3 6 0 d c s 值 给水温度 t 擎 2 0 4 7 0 d c s 值 炉膛出口过量空气系数 嘶” 1 2 0 设计值 磨煤机台数z2 0 0设计值 空预器出口热空气温度h3 2 0 0 0d c s 值 煤进入制粉系统的温度t r 1 0 0 0 试验值 漏入制粉系统冷空气温度t i k 2 7 0 0 试验值 燃料哈氏可磨性性系数 i - i o l 7 2 o o 取样化验 原煤中最大煤块尺寸 d 田k m m5 0 o o 取样化验 细粉分分离器后煤粉细度 r 9 0 x 2 5 o o 取样化验 煤收到基水分m 。 8 0 0 取样化验 煤粉水分m i r i f 1 9 4 取样化验 原煤哈氏可磨性系数 h g l 7 2 o o取样化验 实际钢球装载量gt2 3 0 0 试验值 制粉系统通风量v t r m 3 h4 0 9 1 5 0 0 试验值 磨煤机结构参数 c j g 4 7 4 5 设计值 最大钢球装载系数 、i ，l i m i t 0 2 3 设计值 最大钢球装载量 g n t 2 6 o o 设计值 滚筒有效容积 v m 32 3 1 9 设计值 1 0 第二章中储式制粉系统及其热力计算 滚筒转速 n1 n 加1 9 2 1 设计值 滚筒长度 lu n3 5 0 0 0 0 设计值 滚筒有效直径 dn2 9 0 0 0 0 设计值 磨煤机简体临界转速 n u r 1 1 1 1 1 12 4 8 4 设计值 最佳钢球装载系数 、i ，商 0 1 9 设计值 计算标准出力b 。n m t h1 2 3 5 计算值 实际钢球装载系数 w0 2 0 计算值 磨煤机进口煤水分 m 7 m 5 6 7 计算值 磨煤机内平均水分 m p j 2 8 7 计算值 原煤质量换算系数s 2 1 0 6 计算值 原煤收到基最大水分 m 口i m 9 5 6 计算值 工作煤水分对可磨性系数的修正s l 0 9 7 计算值 原煤粒度对可磨性系数的修正 s 芦 1 1 0 计算值 工作煤可磨性系数对磨煤机出力的修正系数f k 1 2 3 计算值 钢球装载量对磨煤机出力的修正系数 岛 o 9 3计算值 煤粉细度对磨煤机出力的修正系数 f 0 1 2 8 计算值 最佳通风最 v 巧 m 3 h4 3 3 7 4 4l 计算值 实际通风量与最佳通风最比值 v 面 0 9 4计算值 通风工况对磨煤机出力的修正系数 名 0 9 9 计算值 磨煤机出力 b m t h1 7 8 7 计算值 磨煤机消耗电网功率p d w k w6 3 0 9 计算值 磨煤机单位电耗e m k j k g 1 2 7 l计算值 每干克原煤的蒸发水量 m k j k g 0 0 6计算值 制粉系统干燥剂量 g lk j k g 1 8 9计算值 制粉系统末端干燥剂温度 t m 2 6 0 o o计算值 磨煤机出口温度 t m 7 0 0 0计算值 碾磨部件产生的热量 q mk j k g 8 9 0 计算值 冷空气温度下的湿空气比热c a k j ( k g 。c ) 1 o l 计算值 制粉系统漏风系数k t f o 3 0 计算值 漏入制粉系统冷空气的物理热 q t fk j k g 1 5 5 0 计算值 煤的干燥基比热 c k j ( k g ) 0 9 7计算值 煤的物理热 q rk j k g 1 2 2 6计算值 蒸发水分的热量 q 2 k j k g 1 5 8 3 4 计算值 加热燃料消耗的热量 k j k g 4 9 5 8 计算值 干燥剂带出系统的热量 q 2k j k g 1 4 9 4 7计算值 制粉系统总散热损失 q 5k j k g 3 0 2计算值 干燥剂热容量 c 酽。t lk j k g 1 7 1 1 7 计算值 干燥剂入口温度t l 1 7 4 9 6 计算值 热空气热容量 c 一t l kk j k g 3 3 2 9 2计算值 乏汽热容量 c z k j k g 6 0 7 9计算值 冷空气热容量 c l k 址 k j k g 2 7 3 3 计算值 计算一次风份额 r l k 0 3 6 计算值 推荐的一次风份额下限 r l k ，m i n 0 2 5 设计值 东南大学硕士学位论文 推荐的一次风份额上限 r l k m e x 0 4 5 设计值 再循环份额 r z x o 0 0 计算值 冷风份额m0 5 3计算值 热风份额 r a 0 4 7 计算值 热空气做干燥剂含湿量d g k g 3 5 4 9计算值 排粉机前干燥剂含湿量 d 口fg k g 3 5 4 9计算值 排粉机前水露点 t m 3 5 0 7计算值 磨煤机进口热风管流量 v f k m 3 m2 6 8 8 7 9l计算值 磨煤机进口冷风管流量 v 墩 m h15 2 9 4 9 7计算值 再循环风密度 d 0 k g m 3 1 2 7计算值 磨煤机进口再循环管流量 v 4 m m0 0 0计算值 干燥下降管流量 v x j m 3 h4 3 1 5 0 1 6 计算值 磨煤机出口至排粉机进口管道流量v o r m 3 h4 3 3 7 4 41 计算值 从热力计算结果和现场试验测试结果来看，制粉系统实际通风量是4 0 9 1 5 m 3 h ，而计 算的最佳通风量为4 3 3 7 4 m 3 h ，实际通风量偏小，系统的制粉单耗会偏高，同时排粉机的 额定风量为4 7 0 8 0 m 3 1 1 ，系统在实际通风量下运行时，必然使得排粉机入口风门的节流损 失增大，排风机不仅效率低，而且电耗也高。实际运行中给煤机的转速为4 2 0 r p m ，根据试 验确定的给煤机转速与给煤量的特性曲线得到的给煤量是1 5 9 6 t h ，而计算的给煤机出力 为1 7 8 7 t h ，磨煤机当前的出力并没有达到最大出力，给煤量不足也是制粉单耗高的一个 重要因数，运行中磨煤机入口风温为1 8 3 ，而计算结果的干燥剂入口温度为1 7 4 9 6 ， 制粉系统的干燥出力还有余量。计算结果的一次风份额为3 6 ，比锅炉运行规程中确定的 设计值2 8 ，要高出不少，说明一次风速比设计值要高，应适当开启再循环风门。排粉机 前水露点温度计算结果为3 5 0 7 ，比排粉机入口乏汽温度6 0 要低很多，满足对于中储 式制粉系统排粉机前干燥剂温度大于水露点5 以上的要求。 虽然热力计算的结果反映了制粉系统运行中存在的一些问题，但是热力计算本身也存 在着局限性，热力计算的结果不是非常精确的计算结果，因为计算过程中用的一些数据都 存在着与实际运行状态的偏差，比如说锅炉效率、煤种的可磨性系数和钢球装载量，这些 参数都是采用的设计工况、设计煤种下的值，随着设备长期的运行，这些数据必然于实际 运行状态时存在不一致，需要进行相关的修正才能客观合理的反映实际的状态。而且相关 需要化验的煤质数据及d c s 运行数据也存在偏差，使得计算的结果存在偏差，这是热力计 算的不足之处。 制粉系统热力计算结果得出结论在指导电厂运行时还存在不足，必须要结合现场的试 验才能真正的优化运行，磨煤机出力不足，实际通风量偏小，到底加多少煤，加多少风才 能达到最佳运行工况点，还是要通过试验来确定，通风量增大后，一次风率也会相应增大， 再循环风门到底开多少，还需依赖于再循环风门特性试验数据。热力计算和摸底试验相当 于给出了制粉系统运行方式调整的大方向，但是真正确定系统最佳的运行方式还是要结合 试验数据才能确定。 2 6 本章小节 本章首先从介绍金陵热电厂钢球磨中储式制粉系统的布置形式及相关设备入手，然后 给出制粉系统性能参数的静态数学模型，在此基础上介绍了制粉系统热力计算的任务及相 关条件，然后介绍热力计算过程中主要的计算依据，最后列出了针对金陵热电厂制粉系统 的热力计算结果，通过与现场的运行参数相比较，分析了当前制粉系统存在的相关问题， 为优化调整系统的运行方式指明了方向。 1 2 第三章制粉系统可控参数分析及性能预测模型输入变量的选择 第三章制粉系统可控参数分析及性能预测模型输入 变量的选择 3 1 影响制粉系统出力的可控参数分析 从制粉系统工作机理角度来看，球磨机出力特性十分复杂，受到的影响因素很多，出力 的变化又会通