钢球配比对制粉系统球磨机运行优化的实验研究

1、收稿日期:2010 04 22作者简介:张骁博(1980,男,硕士研究生,主要从事钢球磨制粉系统运行优化研究。E mail:zyqzxb99153钢球配比对制粉系统球磨机运行优化的实验研究张骁博, 赵 虹, 杨建国(浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,杭州310027摘 要:在实验室的条件下,通过调整钢球配比及煤样的磨制时间,得出不同的磨煤指标数据;从分析磨煤机理,得出最佳钢球配比。结果表明,最佳钢球组合应为30mm 、40mm 、60mm,其最佳钢球配比为1 3 13 4 3;最小制粉单耗与最大磨煤机出力所对应的钢球配比相同;随磨制时间的延长,磨煤噪声增大,磨煤机输出功率逐渐减小,制粉单耗呈

2、增大趋势。关键词:火电厂;球磨机;钢球配比;制粉单耗;磨制时间中图分类号:T K 223.25 文献标识码:A 文章编号: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目前我国火力发电量占总发电量的份额在80%以上,据统计,火力发电厂的厂用电大约占总发电量4%8%,而制粉系统用电量占全厂用电的15%25%,是电厂的耗电大户之一1。钢球磨

6、煤机是制粉系统的主要设备,在全国燃煤电厂中,占各类磨煤机总数的60%以上2 3。球磨机结构简单坚固,操作可靠,故障少,运行安全可靠,对物料适应性强,破碎比大和生产能力大,能在运行中补充钢球,延长检修周期,可保持连续最大出力,在最经济的负荷下运行,所以它能满足生产的需要。但球磨机的缺点也比较明显,主要表现为工作效率低,磨煤单耗高,初期投资大,体型庞大笨重,金属耗量大,运行时噪声大及不适合低负荷运行等。在实验室的条件下找出球磨机运行的最佳状态,给出合理的钢球配比,可以为电厂降低厂用电率,提高发电厂的经济性提供依据。1 钢球配比对制粉系统的影响球磨机圆筒转动时,将钢球提升到一定高度落下,将煤砸碎,原

7、煤由大颗粒变成小颗粒;同时钢球间及钢球与磨煤机护甲之间的相对移动,通过挤压、研磨,把小颗粒原煤制成煤粉。球磨机是靠撞击、挤压、研磨将煤磨制成粉末的,因此钢球表面积及撞击次数对磨煤机出力起较大作用,球磨机所装钢球尺寸及钢球配比对磨煤出力、电401耗均有一定影响。钢球大小及配比的选择主要与所磨制的原煤粒度大小和易碎程度有关。大钢球主要起破碎作用,小钢球主要起研磨和传递破碎力的作用。对球径配比进行调整,就是对破碎和研磨作用的调整。一般煤质软、颗粒小,宜选小钢球;反之煤质硬、颗粒大可选大钢球。进入电厂的原煤粒度一般是无烟煤较细,烟煤较大,褐煤更大。根据破碎定律,被破碎后的物体的表面积与它所受应力成正比

8、。因此,磨煤机中原煤受钢球砸击时,无疑是钢球直径越大,砸击力就越大,砸击效果就越好。但在磨煤机中,钢球对原煤进行砸击时是点接触,如用很大的钢球砸击,砸击面将非常有限,如将大钢球做成同质量的小钢球,砸击面就会增加。显然,使用一定数量的小钢球能有效地增加钢球对煤的砸击面和研磨面,其粉碎效果会更佳;同时小球填补了大球之间空出的较大空隙,大钢球砸击小钢球及其相互之间研磨时,能更有效地传递大钢球的砸击力及增加大小钢球之间的研磨面,增强对原煤的破碎及研磨。因此,大小钢球之间的配比将决定钢球对原煤的砸击力及钢球之间的砸击面和研磨面。在同一钢球装载量下,合理的钢球配比便可提高球磨机的有效功率和磨煤出力,同时对

9、煤粉颗粒的均匀程度也将有积极影响。近几年来由于所采用的高铬钢球比锰钢球耐磨程度高5 6倍,所以本试验过程中不考虑钢球磨损问题。前苏联是世界上使用球磨机最多的国家,根据大量的试验和运行经验,推荐出球磨机直径选用标准,见表1。表1 前苏联推荐的球磨机钢球选用规格煤种 筒径d3m 钢球直径/mm数量/%钢球直径/mm数量/%无烟煤3010030或251100烟煤30406033333430403565褐煤4060356540100注:1采用25m m的钢球需通过实验验证。2 磨煤试验和分析试验选用MS 500磨煤机,圆筒长L=0.5m,直径d=0.4m。在驱动电动机的带动下,圆筒转速n=52r/mi

10、n,临界转速n c=67r/min。煤样磨制1060m in,取出100g煤样在振动筛上筛分10m in后分别测出小于70 m、小于90 m和小于200 m的煤粉质量,同时测出磨煤机功率。试验选择钢球装载量和载煤量分别为59kg和12.39kg4,通过调整钢球大小及配比,研究磨煤机出力及磨煤单耗随钢球配比的变化情况,得出最佳钢球配比。以磨煤后小于90 m的煤粉占比例达到最大时作为磨煤机的最佳状况。本试验的煤样为准混烟煤,可磨性系数H GI 为82,煤质分析见表2。表2 准混烟煤的煤质分析项目数值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项目数值w(C ad/%57.25w(H ad/% 4.10w(O ad/% 1.57w(N ad/%0.96w(S t,ad/%0.47 2.1钢球配比对磨煤出力的影响本试验选择钢球直径为30m m、40mm、50 mm,按配比1 3 1、3 4 3、1 1 1、4 3 3和3 3 4,以及钢球直径为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分别进行试验。图1、图2分别为原煤在磨制20min时磨煤出力随钢球30mm、40mm、50m m和钢球30 mm、40mm、60mm按

12、不同配比时的变化情况。钢球直径30mm、40mm、50mm图1 磨煤出力与钢球配比的关系曲线从图1可以看出,钢球30mm、40m m、50 mm时磨煤出力随配比1 3 1、3 4 3、1 1 1、4 3 3、3 3 4的变化是先增大后减小。随着40m m 钢球在配比钢球中份额的不断减少,从配比1 34021到3 4 3,磨煤出力是逐渐增大的,在3 4 31 1 1的某一钢球配比下,磨煤出力达到最大。在此过程中,30m m钢球和50mm钢球按同等比例进行增加,说明主要起研磨和传递破碎力作用的30mm钢球和主要起破碎作用的50mm钢球的制粉能力在不断增强,30mm钢球较好地填补了50mm钢球之间的

13、较大空隙,同时很好地传递了50mm钢球的破碎力及增加了它们之间的研磨面。30m m钢球和50mm钢球对原煤的作用要大于40mm钢球的作用。随后磨煤出力开始减小,从最大磨煤出力对应的钢球配比到钢球配比1 1 1,30m m钢球和50mm钢球仍在同比例增加,40mm钢球在减少,说明30m m钢球和50 mm钢球对煤样的作用开始小于40mm钢球的作用,虽然30m m钢球的增多增加了砸击点和研磨面及50mm钢球的增多增加了砸击力,并且30mm钢球对50mm钢球的砸击力很好地进行了传递,但砸击点的增多和研磨面的增大使得平均砸击力和平均研磨力减小,减小后的砸击力和研磨力不能够充分破碎和磨细原煤,所以致使磨

14、煤出力下降。从钢球配比1 1 1到4 3 3,磨煤出力减小,30m m钢球的增多增加了砸击点和研磨面,50m m钢球的减少减小了砸击力,最终使得平均砸击力和平均研磨力减小,不能充分破碎和磨细原煤。从钢球配比4 3 3到3 3 4,30mm 钢球逐渐减少,减少了砸击点和研磨面;50mm 钢球逐渐增多,增加了钢球的砸击力。此时磨煤出力是逐渐减小的,说明30mm钢球对原煤的作用要大于50mm钢球的作用。由于小钢球的减少,大钢球所增加的砸击力和研磨力没有被充分利用,煤粉的均匀性也会变差。由图1可知,针对钢球30m m、40m m、50mm其最佳配比在配比3 4 31 1 1之间,其对应最大磨煤出力为4

15、.10g/s。由图2可知,磨煤出力随钢球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的变化是先增大后减小。随着40 mm钢球在配比钢球中份额的不断减少,从配比0 1 0到1 3 1,磨煤出力是逐渐增大的,在1 3 1 3 4 3之间的某一钢球配比下,磨煤出力达到最大,其后变化趋势与图1相同。由图2可知,针对钢球30mm、40mm、60m m其最佳配比为1 3 13 4 3的某一配比,其对应最大磨煤出力为4.38g/s 。钢球直径30mm、40mm、60mm图2 磨煤机出力与钢球配比的关系曲线由图1及图2比较可知,最佳钢球组合应为30

16、mm、40mm、60mm,其最佳钢球配比为1 3 13 4 3某一数值。2.2钢球配比对制粉单耗的影响在同样的钢球装载量和同样的载煤量下,不同的钢球配比会使钢球对原煤的砸击力及钢球之间的砸击面和研磨面有所不同,磨煤机功率发生变化,有效功率和无效功率的分配比例发生变化。磨煤机功率包括有效功率和无效功率,有效功率即磨煤消耗功率,与磨煤出力成正比。无效功率是筒体自身的转动、钢球间、钢球与护甲间的空碰及煤层变形所消耗的能量,表现为噪声、部件磨损和发热。制粉单耗会因有效功率和无效功率分配比例的改变而发生变化,同时也受磨煤机功率的影响。制粉单耗与钢球配比的关系曲线见图3。钢球直径30mm、40mm、60m

17、m图3 制粉单耗与钢球配比的关系曲线从图3可以看出,制粉单耗随钢球30mm、40mm、60mm按配比0 1 0、1 3 1、3 4 3、1 14031、4 3 3、3 3 4的变化是先减小后增大,与磨煤出力呈反比例变化,其最小制粉单耗所对应的钢球配比为配比1 3 13 4 3的某一配比,最小制粉单耗与最大磨煤出力对应的钢球配比应为同一配比。2.3磨制时间的影响图4表示钢球30m m 、40m m 、60m m 按配比3 4 3进行配比时,制粉单耗、磨煤机功率随磨 制时间的变化情况。图4 制粉单耗、磨煤机功率与时间的关系曲线由图4可知,在磨煤起始阶段,原煤的颗粒较大,流动性也较差,在离心力和摩擦

18、力的作用下随筒体的转动会和钢球一起被提升到一定高度,然后在重力的作用下跌落,所以开始阶段磨煤机功率偏大;随磨制时间的延长,煤粉越来越细,流动性越来越好,被筒体转动所带到的高度越来越小,因此磨煤机功率变得越来越小。制粉单耗等于磨煤机功率与磨煤出力之比,开始时磨煤机功率较大,制粉单耗却很低,说明有效功率在磨煤机功率中占有较大份额。继续磨制时磨煤机功率减小,制粉单耗增大。随着磨制时间的不断延长,煤粉变得越来越细,流动性越来越好,噪声也越来越大,消耗功率逐渐转移到钢球间、钢球与护甲间空碰损耗的无效功率。有效功率的减小导致磨煤出力减小,制粉单耗增大。3 结 语(1最佳钢球组合应为30mm 、40mm 、60mm 。(2制粉单耗与磨煤出力呈反比例变化关系,磨煤机最小制粉单耗与最大磨煤出力所对应的钢球配比为同一配比。(3随煤样磨制时间的延长,煤粉越来越细,流动性越来越好,磨煤机功率变得越来越小;同时磨煤噪声越来越大,消耗功率转移到以空碰形式损耗掉的无效功率上,所以随磨制时间延长制粉单耗变大。参考文献:1李军路.火电厂中储式球磨机制粉系统的优化控制D.西安:西安理工大学,2008.2程启明,王勇浩.火电