（机械工程专业论文）煤粉磨系统的改进设计研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 烧结法氧化铝生产过程中，熟料烧结的质量非常关键，作为燃料的高挥发分 煤粉，对于稳定熟料窑操作、提高熟料质量，保证收尘的安全运行发挥着重要作 用。煤粉的制备来自煤粉车间。 老的煤粉生产线按当时环保要求来说工艺技术是可靠可行的，但随着社会发 展、技术进步、环境要求已经落伍了。主要表现是环境污染严重、煤粉流失过多； 易爆环节多，不安全因素增加，严重威胁着员工的人身安全；运行电耗高、维修 维护工作量大。为了适应烧结法氧化铝提产要求，并根治煤粉制备系统的安全运 行问题，山东铝业公司氧化铝厂决定采用新工艺新技术增设一条新的煤粉制备系 统生产线即5 撑煤粉磨新型煤粉制备线。 本文介绍的就是5 5 煤粉磨系统新型煤粉制备线的设计过程。本文首先对原煤 和煤粉的性能进行了描述，继而从煤粉磨的工艺参数、结构、其它配套设备的选 用和安全性等方面进行了详细地论述和设计。原煤的成分和性能是影响磨机性能 的先决条件，而煤粉的特性是煤粉磨系统安全运行的决定因素；工艺技术是实施 整个煤粉磨系统工艺性能的核心；而完善的结构是工艺性能得以实现的具体保障； 同时合理的选用系统的其它辅助设备，简化了工艺流程，提高了系统的可靠性； 安全性则是整个煤粉磨系统稳定运行的最基本保障。 运行实践证明：本次设计的生产能力3 0 t h 的煤粉磨系统已稳定运行，使熟 料回转窑燃烧效率提高，降低了熟料燃烧热耗，延长了窑衬材料的使用寿命，提 高了熟料回转窑的运转率；在节能、节电、环保等方面创造了不可忽视的效益， 使整个煤粉制备系统的生产成本得以显著的降低；整个系统设备运转平稳、安全 生产，达产达标，取得了用户较为满意的效果。 关键词煤粉磨；煤粉；生产能力；结构；安全性；效益 山东大学硕士学位论文 ii _ii ii i 皇曼曼量曼皇曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼 a b s t r a c t d u r i n gt h ep r o d u c t i o no fa l u m i n ab ys i n t e r i n gp r o c e s s ，t h es i n t e r i n g q u a l i t yo fc l i n k e ri sq u i t ei m p o r t a n t p u l v e r i z e dc o a lo fh i g hv o l a t i l e a sf u e lp l a y sav i t a lr o l et os t a b i l i z et h eo p e r a t i o no fc l i n k e rk i i n ， i m p r o v et h ec l i n k e rq u a li t y ，r e d u c e t h er e s i d u eo fp r o d u c i n ga l u m i n a ， g u a r a n t e et h es a f eo p e r a t i o no fd u s tc o l l e c t i o n t h ep u l v e r i z e dc o a li s m a d ei np u l v e r i z e dc o a lw o r k s h o p t h e r ew e r em a n ys h o r t a g e si nt h eo l dp r o d u c t1i n es u c ha ss e r i o u s p o l l u t i o n ，l o s to fp u l v e r i z e dc o a l ，m a n yd a n g e r st oc a u s ed e a t hf r e q u e n t l y ， h i g hp o w e rc o n s u m p t i o na n dal o to fm a i n t e n a n c e an e wp r o d u c t1 i n ew i l l b eb u i l ti na l u m i n ap l a n to fs h a n d o n ga l u m i n ac o m p a n yi no r d e rt oi m p r o v e t h eq u a n t i t ya n dq u a l i t yo fp u l v e r i z e dc o a lm i l ls y s t e m ，d e c r e a s et h ep o w e r c o n s u m p t i o na n dn o i s e ，m a k ef u l lu s eo ft h es y s t e me n e r g ya n dc o n v e r ti t t op r o d u c i n ga b i l i t y ，g u a r a n t e et h es a f eo p e r a t i o no fp u l v e r i z e dc o a lm i l l s y s t e m t h ed e s i g no fn e wp u l v e r i z e dc o a lp r o d u c t1 i n eo ft h ef i f t hp u l v e r i z e d c o a lm i1 1s y s t e mi se x p l a i n e di nt h i sp a p e r f i r s t l y ，p r o p e r t i e so fr a w c o a la n dp u l v e r i z e dc o a la r ed e s c r i b e d t h e n ，t e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r s ， c o n s t r u c t i o n ，t h es e l e c t i o na n ds a f e t y o f c o r o l l a r ye q u i p m e n t s a r e c a r e f u l l yi l l u s t r a t e da n dd e s i g n e d t h ec o m p o n e n ta n dp r o p e r t yo fr a wc o a l a r ep r e c o n d i t i o n so fm i l lc a p a b i l i t y o nt h eo t h e rh a n d ，t h ep r o p e r t yo f p u l v e r i z e dc o a ld e t e r m i n e sw h e t h e rt h ep u l v e r i z e dc o a ls y s t e mc a no p e r a t e s a f e l yo rn o t t e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r sd e s c r i b et h ew h o l et e c h n o l o g i c a l p r o p e r t i e so ft h ep u l v e r i z e dc o a lm i l ls y s t e m t h ep e r f e c tc o n s t r u c t i o n c a ne n s u r et h er e a li z a ti o no ft e c h n 0 1 0 9 i c a lp r o p e r t i e s a tt h es a m eti m e ， o t h e rc o r o l l a r ye q u i p m e n t so ft h es y s t e ma r ec h o s e nr e a s o n a b l y t h e t e c h n o l o g i c a lp r o c e s si ss i m p l i f i e da n dr e l i a b i l i t yo fs y s t e mi si m p r o v e d s a f e t yi st h eb a s es a f e g u a r do fs t a b l eo p e r a t i o no ft h ee n t i r ep u l v e r i z e d c o a lm i i is y s t e m o p e r a t i o n a lp r a c t i c ed e m o n s t r a t e st h a tt h ep u l v e r i z e dc o a lm i1 1s y s t e m d e s i g n e dc a nm a i n t a i ns t a b l eo p e r a t i o nw i t hd e s i g n e do u t p u tw h i c hi st h i r t y t o n s p e r h o u r c o m b u s t i o ne f f i c i e n c yi si n c r e a s e da n d t h ee n e r g y c o n s u m p t i o no fc l i n k e rs i n t e r i n gi sd e c r e a s e d s e r v i c e1 i f eo fk i l n1 i n e r i se l o n g a t e da n dr u n n i n gr a t eo ft h ec li n k e rk i l ni si n c r e a s e d r e m a r k a b l e b e n e f i ti sm a d ei ns u c hf i e l d sa se n e r g ys a v i n g ，p o w e rs a v i n g ，e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n t h ep r o d u c tc o s to f t h ep u l v e r i z e dc o a lm i l ls y s t e mi s r e m a r k a b l yr e d u c e d t h ew h o l es y s t e ms a t is f i e st h eu s e r sf o rs t a b l e o p e r a t i o n ， s a f ep r o d u c t i o n ，p r o d u c t i o nq u a n t i t ya n dt a r g e th i t t i n g f u l f i l l e d k e y w o r d s ：p u l v e r i z e dc o a lm i l l ，p u l v e r i z e dc o a l ，p r o d u c i n ga b i l i t y ， c o n s t r u c tio n ，s a f e t y ，b e n e f it 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：俑翠矽日期：弘。g j j 渊 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：缅珲哆导师签名：密1 为 日期：咄l i 名 。 1 山东大学硕士学位论文。 1 1 国外煤粉磨技术发展 第1 章绪论 由于各国所用燃料的成分和要求的生产能力大小不同，煤粉磨的发展情况也各不 相同。 1 澳大利亚 无论是烟煤还是褐煤，煤粉磨主要是从国外进口或按国外公司的许可证进行制 造，满足连续运行的需求。目前最大的烟煤机l m 4 5 3 型平盘式煤粉磨，2 7 5 万千瓦 机组装设四台，3 5 万千瓦机组装设五台，煤粉磨每台生产能力3 0 - , - 3 9 吨时，1 9 6 5 年 和1 9 6 8 年投入使用。混有矸石的特别硬的煤研磨后产生细粉比例较高的煤粉，0 1 5 毫米以上粉粒重量占4 ，这种煤粉磨配有双级回转式粗粉分离器。 最大的褐煤机组是亚卢恩电厂的两台3 5 万千瓦单元机组，每台采用八台 k s g - n 2 4 0 4 5 型风扇煤粉磨，由约翰汤姆森公司按照动力技术公司许可证制造，每台 煤粉磨的生产能力1 0 7 吨时。 2 法国 法国燃煤发电厂的大型锅炉，当燃用高挥发分的煤时，主要采用滚压煤粉磨，燃 用低挥发分煤时，则采用钢球煤粉磨。 在勒弥弗尔电厂取得了使用波兰烟煤的经验，这个厂用的是斯泰因工业公司的三 台r p 9 2 3 ( 2 5 万千瓦机组用) 和六台r p 9 2 3 ( 6 0 万千瓦机组用) 正压碗型煤粉磨， 煤机的生产能力为4 9 5 9 吨时，煤粉细度是0 0 7 4 毫米以上粉粒重量占3 0 。 布查因电厂，两台2 5 万千瓦机组，燃用低挥发分的法国烟煤，煤机采用两台斯 泰因工业公司制造的钢球煤粉磨集中制粉，煤粉磨直径3 6 5 0 毫米，长7 8 0 0 毫米，电 动机容量1 6 0 0 千瓦，生产能力为6 0 吨时，煤粉细度是0 0 7 4 毫米以上粉粒重量占 1 0 。它是烟煤电厂中比较大型的煤粉磨。 3 美国和加拿大 美国和加拿大的煤源情况相似；两国电力生产主要用半烟煤、烟煤和次烟煤等硬 煤，与美国的得克萨斯及达科他相当的，加拿大也有阿尔伯塔和萨斯喀彻温省的木质 褐煤，其发热量约4 0 0 0 大卡公斤，水分约3 0 。这两个国家磨煤技术的基础是相似 山东大学硕士学位论文 的。在美国，近期内燃煤仍将在电力生产中占主要地位。 美国1 3 0 万千瓦以内机组的锅炉主要装设燃烧工程公司的碗型煤粉磨、拔柏葛公 司的滚球式煤粉磨和福斯特惠勒公司的钢球煤粉磨。到1 9 7 1 年底，燃烧工程公司接 受了1 2 2 台当时最大的r p 9 6 3 和r p l 0 0 3 碗型煤粉磨的订货，煤粉磨的生产能力达6 6 吨时。 美国电力公司的五台新机组第一次在美国电厂采用西德拔柏葛公司的 p f e i f f e r - m p s 型滚轮式煤粉磨以代替最初选用的拔柏葛c r 型滚球式煤粉磨。 为了增大滚球式煤粉磨生产能力，制造了c r 型煤粉磨。在这种煤粉磨上，不仅 下磨环转动，而且上磨环也转动。五台生产能力4 5 吨时的这种煤粉磨对卡迪南尔电 厂的1 7 4 0 吨时锅炉已够用；二坎伯兰电厂的1 3 0 万千瓦机组4 2 2 0 吨时锅炉，则装 设1 1 台这样的煤粉磨。 同样的研磨干燥工艺也用于褐煤的研磨。大布朗电厂6 0 万千瓦机组，每机配置 八台r p 9 4 3 型碗型煤粉磨，研磨木质褐煤每台煤粉磨生产能力为4 8 吨时，煤粉细度 为0 0 7 4 毫米以上粉粒重量占3 5 。 4 英国 早在1 9 6 0 年，英国就有了机组功率5 0 5 5 万千瓦的烟煤锅炉订货，按每台装设 五至八台煤粉磨并考虑足够的备用处理，促成了生产能力为3 5 5 2 吨时的煤粉磨的 发展。为此，英国公司制造了洛波格型平盘式煤粉磨、滚球式煤粉磨和钢球式煤粉磨， 采用直吹式将煤粉送入炉膛。 燃用高挥发分和比较硬的英国烟煤发电厂5 5 万千瓦装设八台l m 5 7 3 p 洛波格型 煤粉磨，每台煤粉磨生产能力为3 5 5 0 吨时，煤粉细度是0 1 5 毫米以上粉粒重量占 5 ，而5 0 万千瓦机组则装设六台l m 4 5 3 p 型煤粉磨，生产能力为3 8 5 2 吨时， 1 9 6 3 1 9 6 6 年投入运行。 1 2 选题的背景及实际意义 山东铝业公司氧化铝生产大部分以烧结法工艺为主。采用非饱和配方，铝矿配以 适量的石灰石、无烟煤粉磨制成生料浆送均化调配，再经泵喷入回转窑内，以高挥发 分煤粉为烧结热源，生料经过物理化学反应生成熟料；再经过溶出、脱硅、分解、 焙烧工序生产出氧化铝。煤粉来源于煤粉制备车间。 1 9 8 5 年“油改煤工程 按当时满足环保要求的可靠可行的工艺技术建设了煤粉 2 山东大学硕士学位论文 车间，共有4 条生产线( 简称为“老线 ) ，每线设计能力为1 2 t h ，实际产能1 0 1 1t h ， 单位电耗3 9 6 k w m 。其工艺流程为：原煤仓煤粉磨粗粉分离器细粉分 离器旋风收尘器l 撑排风机水膜收尘器2 撑排风机，成品煤粉均经各自 细粉分离器和旋风收尘器收集得到。老线的收尘流程为三级收尘流程：细粉分离器+ 旋风收尘器+ 水膜收尘器。其主要缺点是：( 1 ) 污染环境、煤粉流失。据车间统计资 料，每条线排空损失和煤泥损失导致煤粉流失每年约7 0 0 吨；( 2 ) 不安全环节多；( 3 ) 运行电耗高、维修维护工作量大。 烧结法氧化铝生产过程中，熟料烧结的质量非常关键，作为燃料的高挥发分煤粉， 对于稳定熟料窑操作、提高熟料质量、减少氧化铝生产流程中的废渣，保证收尘的安 全运行发挥着重要作用。目前采用的原煤挥发分大都在2 5 乏8 以上，最高达到 3 6 ，但由于在煤粉制备生产过程中，设备繁多，以及系统中煤粉浓度、含氧量不可 控的因素，极易发生爆炸危险。煤粉车间制备系统自投产以来，煤粉磨系统曾多次发 生爆炸事故，易伤害附近人员和设备，而极易发生自燃的高挥发分煤粉是一个重要原 因，所以采取措施保证煤粉制备系统的安全运行至关重要。 1 卅小煤粉磨系统不论是工艺还是设备都已落后，磨机产量低、质量差、电耗 高，而且废气排放量超标。依据山东铝业公司氧化铝生产发展要求，需要建设一条新 型煤粉制备线，并同时对煤粉入窑系统进行改造。在前期的设计研究工作中，针对氧 化铝厂所用煤粉特性高挥发分、高热值、易爆性，经过反复的论证，在满足工艺 要求的基础上考虑了安全环保、节能、降耗，确定了工艺流程和磨机规格。 1 3 优化设计的目标 在能够制出合格煤粉的前提下，降低电耗、噪声，将系统的能量最大限度地有效 利用，转化成系统的生产能力，从而提高煤粉磨系统的产量和质量，并采取一定措施 保证煤粉制备系统的安全运行。 1 4 优化设计的内容 1 原煤和煤粉的性能 在设计煤粉磨机的工艺性能和结构之前，必须先对原煤的成分和表示方法以及其 性能作必要的阐述，因为原煤的成分和性能将是影响磨机性能的先决条件；同时明确 3 山东大学硕士学位论文 煤粉的特性对保证煤粉磨系统的安全性也是非常关键的。 2 煤粉磨的工艺参数 煤粉磨型号：磨机的规格尺寸是所有工艺参数设计的基础。 煤粉磨的转速：磨机的转速对磨机的动力、产量、研磨体和衬板的磨损都有影响， 所以正确的选择磨机的转速是很重要的。 研磨体的装载量：装载量的多少及研磨体直径的配比对粉磨效率有一定的影响。 煤粉磨的功率：准确地计算磨机功率，对磨机设计的先进性和技术经济指标的合 理性起着很大的作用。 煤粉磨的生产能力：磨机的规格选定后，验算磨机的产能是否达到所需要求。这 是磨机最主要的性能参数。 3 煤粉磨系统的热工参数 主要包括系统的热平衡、通风量、流体阻力的计算和进出风管的规格确定。热平 衡计算的目的就是在保持系统安全经济运行条件下，确定干燥剂的温度和干燥剂量。 合理的通风量和风速能提高磨机的产量，并能降低磨机的单位电耗。 4 煤粉磨的机械部件 煤粉磨是由筒体、磨头( 中空轴和端盖) 、衬板、隔仓板、进料装置、出料装置、 传动系统、支承装置等的主要部件组成的，应进行合理选择和机械设计。 5 煤粉磨系统配套设备 介绍煤粉磨系统中其它配套设备如给粉机、选粉设备、收尘设备、排风机的工作 原理、特点、性能及其型号等。 6 新型煤粉制备线的安全运行 煤粉制备系统为易燃易爆系统，安全性是整个煤粉磨系统稳定运行得以保障的前 提条件，安全设计的重点是杜绝火种和隔绝热源，为此，针对系统防爆与泄爆问题进 行安全三级防线设计。 1 5 应用前景及作者的主要工作 新型煤粉制备系统不仅有降低生产成本的微观效益，而且有氧化铝扩产配套的宏 观效果和安全环保社会效益，是一项值得在氧化铝行业推广应用的煤粉制备新技术。 作者作为课题小组的主要设计人员，与小组其他成员一起共同承担煤粉磨系统的 设计任务，为了做好这项工作，对老线工艺流程和设备进行了详细地分析和研究，查 4 山东大学硕士学位论文 阅了大量资料学习国内外先进的煤粉制备技术和设备性能与结构等知识。 1 6 本章小结 本章主要介绍了国外煤粉磨技术发展现状，阐述了课题研究的背景和实际意义， 简要概括了本次设计的主要内容以及设计后意欲达到的目标。 5 山东大学硕士学位论文 第2 章原煤与煤粉的特性 2 1 原煤的成分和性能 2 1 1 原煤的成分及其表示方法 1 原煤的成分 煤炭的组成通常用两种方法表示：元素分析和工业分析。元素分析法提出煤的主 要元素的百分数，如碳、氢、氧、氮、硫等。这种分析方法对于精确的进行燃烧计算 来说是必要的。但工业分析法能够更好地反映煤在窑炉中的燃烧状况，且分析手续简 单，因而水泥厂、电厂、氧化铝厂一般只提供工业分析的结果。 工业分析包括下列项目：( 1 ) 水分；( 2 ) 挥发分；( 3 ) 固定碳；( 4 ) 灰分。四项 总量为1 0 0 。在四项总量以外，还测定硫分，作为单独的百分数提出。 ( 1 ) 水分水是煤中的不可燃成分，煤中水分有内在水分和外在水分之分。在一 定条件下，煤样达到空气干燥状态所保持的水分，称为内在水分( ) ；在一定条件 下，煤样与周围空气湿度达到平衡时所失去的水分，称为外在水分( j i ；z ) ；煤的内在 水分与外在水分的和则称为全水分职。 煤中水分越大，也就意味着将更多的不可燃成分运进工厂，从而增大运输量及经 济负担。含有较多水的煤送入煤粉磨烘干，相当一部分热量消耗于煤中水分的汽化。 ( 2 ) 灰分灰分4 是煤中的不可燃成分，灰分是煤燃烧后的残渣。煤中灰分与发 热量之间呈负相关性，即一般说来，煤中发热量随灰分增高而降低。煤中的灰分含量 增高，还增加煤粉磨能耗，引发或加剧锅炉结渣等。 ( 3 ) 硫分硫是煤中的有害元素。煤中硫又分可燃硫和不可燃硫，一般来说，煤 中可燃硫所占比重很大，常常达9 0 左右，在高温下，煤中可燃硫燃烧产生二氧化硫， 并伴有少量三氧化硫产生。 二氧化硫是对大气污染的主要污染物，是形成酸雨的主要来源，而大范围的酸雨 将对生态环境有着极大的破坏作用。空气中含有较高浓度的二氧化硫，将对人的呼吸 系统产生严重影响。同时煤中硫的增高易加剧锅炉结渣及原煤与煤粉的自燃倾向。煤 中不可燃硫则转入灰渣中。 6 山东大学硕十学位论文 ( 4 ) 挥发分与固定碳挥发分是煤炭分类的主要依据，也是影响电煤燃烧性能的 首要指标。特别是干燥无灰基挥发分玩，值更是锅炉设计及运行中最为重要的参数。 煤中挥发分是由各种烃类所构成的有机可燃成分，它与固定碳一道构成了煤的可燃组 分。 煤的挥发分过高，如制粉系统中存在积粉，则易导致温度的升高而发生自燃。煤 粉燃烧，可能导致制粉系统的破坏，而煤粉与空气的混合物则易引起尘粉爆炸。同时， 高挥发分煤在贮运过程中，也容易引起自燃。 煤的挥发分过低，虽然不会出现上述现象，但锅炉不易着火，着火后又很容易灭 火，难以保证锅炉的稳定燃烧。 2 成分的表示方法 所谓基准，通俗地讲，是指煤所处的状态，可以简称为“基 。 ( 1 ) 收到基准：用符号a r 来表示，其含义是以收到状态的煤为基准。 ( 2 ) 空气干燥基准：用符号a d 表示，其含义是以与空气湿度达到平衡状态的煤 为基准。 ( 3 ) 干燥基准：用符号d 表示，其含义是以假想无水分状态的煤为基准。 ( 4 ) 干燥无灰基准：用符号d a f 表示，其含义是以假想无水、无灰状态的煤为 基准。 以上4 种常用的基准在书写时应标在特性指标的右下角，例如收到基固定碳用 阪来表示，空气干燥基水分用来表示，干燥无灰基挥发分用来表示，干燥基灰 分用凡来表示。 2 1 2 原煤的性能 1 煤的热值 煤的热值可以用氧弹筒热量计进行测定，也可以根据分析的数据进行计算。计算 时，如假定燃烧产品中所有水汽都变成o o c 时的液态水，水汽所携带的热量得到回收， 这时求得的热值为煤的高位热值( ) 。但实际上燃料燃烧时，水汽随燃烧产品逸出， 热量也随之损失。为了更接近于实际，采用了低位热值( “) 的概念，即从所计算的 高位热值中扣除燃料的水分以及由氢燃烧生成的水变为2 0 水汽后所带走的热量。 2 煤的灰熔融性 灰熔融性是影响锅炉安全经济运行的重要特性指标，这也是生产中对煤的一项特 殊要求。煤炭不是单一的化合物，它没有固定的熔点，而是在一定的温度范围内熔融， 7 山东大学硕十学位论文 其熔融温度主要取决于煤灰的组成，同时还与煤灰熔融性测定时的气氛条件有关。 煤灰熔融性的测定，也就是测定煤灰在熔融过程中的四个特征点的温度：变形温 度d t , 软化温度s t , 半球温度册、流动温度甩在这四个温度中，尤其以软化温度 s 丁最为重要。 煤灰熔融温度( 俗称灰熔点) 低，则锅炉容易结渣，导致人员伤亡及造成严重经 济损失。 3 煤的可磨性 煤的可磨性指标主要用于确定煤粉磨的生产能力。可磨性是指煤在规定的条件 下，磨制成粉的难易程度。把煤粉磨碎成煤粉需对煤作功，煤的可磨性指数，是指在 空气干燥状态下，将标准煤样和被测煤样，由相同粒度磨碎到相同细度所消耗的能量 之比。可磨性指数用下式表示： 1 2 k = 鲁 ( 2 1 ) 乜。 式中历磨制标准煤样所消耗的能量； e 磨制被测煤样所消耗的能量。 煤越软，可磨性指数越大，这就意味着相同粒度的煤样磨制成相同细度时所消耗 的能量越少。换言之，在消耗一定能量的条件下，相同量规定粒度的煤粉磨制成粉的 细度越细，则可磨性指数越大；反之，则越小。哈氏可磨性指数越大，在消耗一定能 量的条件下，煤粉磨的生产能力越大。 2 2 煤粉的特性 2 2 1 煤粉细度 煤粉最主要的性质之一是煤粉细度，即煤粉颗粒的大小。 煤粉细度是用一定孔径的标准筛来衡量的。取一定数量的煤粉，置于规定的试验 用标准筛上，通过机械筛分，用筛余量的多少来表示煤粉细度。如试验用筛的筛网孔 径为9 0 9 i n ，煤粉细度用尼。表示，则 = x 1 0 0 ( 2 2 ) 口十口 式中 a 一筛上剩余煤粉量； 8 山东大学硕士学位论文 b 通过筛子的煤粉量。 即表示孔径为9 0 1 上m 标准筛上的剩余煤粉量占试样总量的百分数。数值越大， 即留在筛子上的数量越多，说明煤粉中大于9 0 岫的颗粒越多。 煤粉越细，燃烧时机械未完全燃烧损失越小，但磨煤消耗的电能却越多，因此入 炉的煤粉应有一个合理的细度，即煤粉细度应有一个最佳值，称为最佳煤粉细度。 2 2 2 煤粉的颗粒组成 磨煤所得的煤粉含有各种粗细不同的颗粒。在煤粉燃烧中不应含有过多的大颗 粒。经验表明：即使小于7 4 9 m 的细粉占的百分比很大，并且细粉的燃烧工况非常完 满，但只要有3 - - 5 的大于3 0 0 1 a m 的粗粒，就会导致炉内结渣，并增加不完全燃烧损 失。从燃烧表面积来说，要把少量的大于3 0 0 i t m 颗粒全部磨碎至小于3 0 0 9 m 而大于 7 4 u m 时，增加的表面积是非常小的，而煤粉过细，却会陡然增加制粉电耗。 所以，在磨煤过程中，必须采用一定的分离技术，将粗粉和细粉控制在规定的范 围内。煤粉粒径的分布情况随煤粉磨、分离器和煤种的不同而不同。延长磨制时间只 仅仅改变总的煤粉细度，并不会改变相对的分布范围。因此，继续研磨使大颗粒煤粉 减小到适合于燃烧的颗粒，则会得到平均来说过细的煤粉，这也是不经济的。实践中 常常将经过磨制的煤粉进行颗粒分选，使适合于燃烧的颗粒通过，过粗的煤粉返回到 煤粉磨内进一步研磨。这种分选能有效的缩小燃用煤粉的粒径范围，也会改变粒径的 分布范围，提高运行经济性。 2 2 3 煤粉的爆炸性 爆炸是一种压力急剧上升的燃烧过程，此时压力上升速度比正常燃烧速度要快得 多。可燃性粉尘以一定的浓度分散在空气中，一旦遇到适当的点燃源，就会发生燃烧 并迅速传播，导致连续不可控制的燃烧，这就是粉尘的爆炸。 1 爆炸的条件 对于可燃性粉尘，当粉尘在空气中的浓度很高或很低时，一般不会发生爆炸。同 时爆炸又是燃烧的一个特例，所以爆炸过程中氧是不可缺少的。另外发生爆炸还需要 有足够的点燃能，所以只有当可燃物浓度、氧浓度和点燃能这三个条件同时具备时， 才有可能发生爆炸。而且这三个条件又是相互联系的。 ( 1 ) 可燃物的浓度可燃粉尘的爆炸浓度有一个范围，即存在上限浓度和下限浓 9 山东大学硕士学位论文 度。 严格地说，煤粉的爆炸性不仅只是粉尘的爆炸，而是可燃性混合物的爆炸。因为 在煤的磨制过程中，一部分挥发性可燃物( c h 4 、h 。等) 会从煤中析出。析出的多少， 因煤质和磨煤条件而异。挥发分含量越高，相对析出得就越多，挥发分含量越低，相 对析出得就越少。同时，在制粉过程中，因有一定的温度，煤中的水分、炭和氧气也 有可能发生某些化学反应，而生成一部分可燃性气体，并产生热量，进一步使可燃气 体增多。如 c + 1 4 2 0 = c 谚个+ 风个+ 热量 2 c + 0 2 = 2 c 0 个+ 热量 煤粉中可燃气体含量多少，对煤粉的爆炸浓度影响很大。当给定的煤粉浓度小于 爆炸下限时，不可能发生爆炸。但只要掺入少量可燃性气体，就可以完全改变原来煤 粉的爆炸特性，致混合物爆炸的下限下降，这样就有更多机会发生爆炸。 初温与初压对煤粉爆炸浓度也有一定影响。初温和初压越高，活化分子的数量 就越大。活化分子的多少，直接决定了爆炸极限的大小和爆炸的强度。一些实践表明， 初压越高，发生爆炸的浓度范围越宽。爆炸强度和爆炸力与初压呈线性关系。温度越 高，煤粉进行放热反应的速度越快，由于煤具有一定的隔热性，热量的释放可能大于 散热，于是温度会进一步升高，使煤粉可能达到自燃温度。随着温度的升高，爆炸的 下限浓度下降，上限浓度上升，即发生爆炸的浓度范围变宽。 ( 2 ) 点燃能爆炸的点燃能是爆炸的一个重要条件。它相当于爆炸的导火索。点 燃能的大小不仅对发生爆炸起重要的作用，而且决定了爆炸时产生的压力等级和爆炸 的强度。煤粉混合物的最小、最低可爆的点燃能与很多因素有关。但主要决定于煤粉 爆炸反应本身活化能的大小。 煤粉中掺入少量的可燃性气体，会降低他的最小、最低点燃能。能量较小的火花 通常不能点燃可爆性煤粉与空气的混合物，但却可以引起掺入少量可燃气的煤粉与空 气混合物的爆炸。 初温和初压对点燃能的影响较明显，初温初压越高，发生爆炸所需的最低、最小 点燃能就越小。 ( 3 ) 氧气的浓度制粉系统中氧气来自多方面，作干燥剂的热风、冷风、烟气以 及漏风，输送煤粉的气体都含有一定的氧气，氧在爆炸过程中起着催化剂的作用。如 果煤粉混合物中氧的含量不足，如小于1 6 时，即使有很强的点燃源，可燃混合物的 浓度也在最佳爆炸浓度范围内，也不会发生爆炸。 2 爆炸特性参数 1 0 山东大学硕七学位论文 舅舅量曼曼曼曼皇曼鼍鼍皇皇曼曼曼罾曼曼曼曼皇曼曼曼量曼曼曼皇曼曼皇曼曼量曼曼曼曼皇曼量舅曼蔓ii , 一i i | 璺 反映爆炸的参数为爆炸的强度和最大爆炸压力。 爆炸强度即压力上升到最大爆炸压力的速度，也称最大压力上升速度。它反映了 爆炸的危害程度，爆炸的强度与最大爆炸压力呈线性关系。 爆炸强度和最大爆炸压力与很多因素有关。其中初压、点燃能、粒度和可燃物浓 度对他们的影响较大。实践得出如下关系：在相同的点燃能下，初压越高，爆炸后所 产生的最大压力上升速度和最大爆炸压力越大。当初压低到一定数值时，粉尘即使在 强的点燃源下也不会发生爆炸。 随着粒度的增大，最大压力上升速度和最大爆炸压力都呈下降趋势。对任何可燃 粉尘来说，当粒度大于4 0 0 9 m 后，即使用强点燃源也不会发生爆炸。原苏联专家认为： 煤粉颗粒大于2 0 0 9 i n 后，一般发生爆炸的可能性已经很小。 若粉尘浓度处在爆炸浓度范围内，条件合适就会发生爆炸。浓度不同时，发生爆 炸产生的最大爆炸压力和爆炸强度也是不一样的。存在一个最佳浓度，此时的爆炸强 度和爆炸压力最大。 由上述爆炸条件和爆炸特性参数分析可看出，影响煤粉爆炸及其强度的因素有： 挥发分含量、煤粉细度、煤粉与空气混合物的浓度、温度、含氧量等。干燥无灰基挥 发分小于1 0 的煤粉，一般不会发生爆炸，大于1 9 时会形成易爆混合物。煤粉越 细，燃烧表面积越大，爆炸的危险性越大。颗粒度小于0 2 m m 的煤粉具有最大爆炸危 险。有资料认为，煤粉空气混合物的浓度只要在0 0 5 k g m 3 以上，就可能发生爆炸。 为了防爆，要保持制粉系统末端的气粉混合物温度不超过一定的范围。如气体中氧气 的含量小于1 6 时，制粉系统在各种工况( 启动、停用、断煤) 下，都不会发生爆炸。 因此，向系统的干燥剂中掺入惰性气体，爆炸的危险性就会小些。 2 3 新线煤粉工艺要求 为确保烧结温度1 4 0 0 0 c ，烧结法氧化铝生产用煤基本为大同煤、兖州煤，入磨正 常粒度_ 2 5 r a m ，容重0 7 - 0 8 甜，易磨性系数1 5 ，原煤工业分析：水分艮垫、灰 分1 1 5 、挥发分2 5 0 # - 2 8 ( 最高3 6 ) 、固定碳之5 1 、煤粉细度筛孔径为8 8 t t m 筛上如s 1 4 ，低位发热值2 7 2 m j k g ，安息角4 2 4 4 0 ，容重0 5 5 0 6 0 t m 3 。 烟煤煤粉爆炸下限浓度为6 0 9 m 3 ，最大爆炸压力0 9 2 m p a ，爆炸指数1 2 9 m p a r i g s 。烧结法氧化铝煤粉制备线系统内，煤粉浓度已超过下限，含氧量也超过安 全临界值1 2 ，接近1 9 ( 空气含氧量一般为2 1 ) ，已具备“浓度、含氧量”爆炸 山东大学硕+ 学位论文 两因素的工艺条件。 2 4 本章小结 本章主要介绍了原煤的成分和性能及煤粉的特性。煤的成分由水分、灰分、挥发 分和固定碳组成；其主要特性指标有煤的热值、灰熔融温度和可磨性指数；煤粉的特 性主要介绍了煤粉的细度、煤粉的颗粒组成和煤粉的爆炸性。 1 2 山东大学硕士学位论文 第3 章煤粉磨的工艺参数设计计算 3 1 煤粉磨的选型 3 1 1 煤粉磨和制粉系统的选择 1 煤粉磨的选择 煤粉磨选择的主要依据是煤的特性，其中以挥发分、水分艮、可磨性系数岛 及由他们决定的磨制煤粉的细度为主选择。可参考表3 - 1 。 山东铝业公司氧化铝厂为确保烧结温度1 4 0 0 0 c ，烧结法氧化铝生产用煤基本为大 同煤、兖州煤，易磨性系数1 5 ，原煤工业分析：水分巩固、灰分船1 5 、挥发分 = 2 5 - - 2 8 ( 最高3 6 ) 、固定碳芝5 1 、煤粉细度筛孔径为8 8 9 m 筛上胚1 4 。 表3 - 1 煤粉磨及制粉系统的选择 煤粉磨瞄凡g 制粉系统 钢球磨 1 3 5 0 直吹式 综合分析以上数据：选用钢球煤粉磨、中间储仓式或直吹式制粉系统。 2 制粉系统的选择 直吹式系统简单、设备少、布置紧凑、钢材耗量少、投资省、运行电耗也较低。 但制粉系统设备的工作直接影响锅炉的运行工况，运行可靠性相对较低些，因而系统 中需设置备用煤粉磨。直吹式负压系统的排粉风机磨损严重，对制粉系统工作安全影 响大。此外，锅炉负荷变化时，燃煤量通过给煤机调节，时滞较大，灵活性较差。由 于燃煤与空气的调节均在煤粉磨之前，运行中调节各并列一次风管中煤粉和空气的分 配比较困难，容易出现风粉不均现象。 中间储仓式制粉系统有煤粉仓储存煤粉，并可通过螺旋输粉机在相邻制粉系统间 调剂煤粉，供粉的可靠性较高。此外，煤粉磨可经常在经济负荷下运行，当储粉量足 够时，燃煤量通过给粉机调节，由于中间环节少，使调节既方便又灵敏。虽然中间储 1 3 山东大学硕十学位论文。 仓式制粉系统也是在负压下工作，但与直吹式负压系统相比，通过排粉机的煤粉量多 是经细粉分离器分离后剩余的少量细粉，因此排粉机的磨损比直吹式负压系统轻的 多。储仓式系统的主要缺点是系统复杂，钢材耗量多，初投资大，运行费用高，煤粉 自燃爆炸的可能性比直吹式系统要大。 若选用钢球煤粉磨，制粉系统一般为中间储仓式系统。此时煤粉磨可一直维持在 最佳工况下运行，且可以提高系统的工作可靠性。 3 综合选择 煤在进入煤粉磨粉磨之前，其水分必须要达到一定的标准，否则就会严重的恶化 操作，甚至造成糊磨堵塞。这就需要煤在粉磨之前必须进行烘干。早期的流程是烘干 和粉磨分开进行的，而目前的趋势是发展烘干与粉磨结合在一起的简化流程，并且尽 可能地利用窑尾废热以降低热耗。在这种烘干兼粉磨系统中，物料一方面被干燥，一 方面被粉磨。由于物料高度分散并直接暴露和悬浮于热气流中，热交换进行得很迅速， 水分蒸发很快，可以瞬时干燥。 这种磨内烘干兼粉磨系统有风扫、尾卸、中卸三种型式，常见的有风扫式煤粉磨、 中卸提升循环磨、尾卸提升循环磨、简化提升循环磨等。 据资料统计：难磨物料风扫式磨机电耗最高，中等和易磨性物料则提升循环磨电 耗最高。对于易磨和中等程度易磨性物料则提升循环磨从单位电耗和设备投资来说均 不经济，所以对原煤来说，适宜的粉磨系统为风扫式煤粉磨。 综合以上几点分析可确定：煤粉车间煤粉制备系统选用风扫煤粉磨、中间储仓式 制粉系统。 3 1 2 煤粉磨的台数、生产能力的确定 山东铝业公司氧化铝厂共有回转窑6 台，每台回转窑的燃煤量为6 t h ，共计 6 6 t h = 3 6 t h ，再考虑1 1 5 的储备系数，共需煤粉量3 6 x 1 1 5 = 4 1 4 t h 。 煤粉车间认真贯彻“均衡、稳定、提高的生产方针，为实现安全环保、优质、 高产、低耗的目标，不断地对小煤粉磨设备进行改造，决定利用一大一小煤粉磨平衡 回转窑的生产用煤，因为1 台小磨的实际产能为l l t h ，这就需要设计l 台大的煤粉 磨，其设计的生产能力为c ，f = 4 1 4 - 1 1 = 3 0 4 t h ，取c v = 3 0 t h 。 1 4 山东大学硕士学位论文 3 1 3 煤粉磨的选型 1 粉磨仓 查阅矿山机械标准汇编，在类似工作条件下，运用类比法，要获取生产能力 为3 0 t h 的煤粉磨，选取煤粉磨的规格直径0 = 3 4 m ，简体粉磨仓规格长度 仁1 5 5 0 = 5 2 7 m ，取l - 5 2 5 m 。 2 烘干仓 ( 1 ) 烘干指数由烘干能力知，当原煤水分为1 2 左右时，风扫烘干兼粉磨磨机 的全磨烘干指数a 为1 0 6 5 k g h 2 0 m 3 h ；当原料水分为2 时，全磨烘干指数爿为 2 3 k g h ：o m 3 h 。 ( 2 ) 烘干仓长度l 的确定已知原料初水分孵= 1 2 ，终水分j ；= 1 ，计算如下： 全磨水分蒸发量矿 形= 3 0 0 0 0 嗤一扣3 7 8 8 k g h 2 0 h ( 3 - 1 ) 需要烘干的容积矿。 y 。：3 7 8 8 ：3 5 6m 3( 3 2 ) 1 0 6 5 在烘干仓中烘至水分为2 时，粉磨仓的烘干容积矿 v 。= 3 0 0 0 0 x 仁一- ：- 冬- ) + 2 3 = 1 3 4m 3 ( 3 3 ) ，1 、9 89 y 需要烘干仓的有效烘干容积y 。 矿= 矿。一y 。= 3 5 6 1 3 4 = 2 2 2 m ?( 3 4 ) 烘干仓的长度l z ：乓：生：2 5 m ( 3 _ 5 ) 7 r d j 0 7 8 5 3 3 6 2 4 式中d d = 3 3 6 m 为烘干仓的有效内经，因为扬料板的厚度为2 0 m ，故d d = 3 4 - 2 0 0 2 = 3 3 6 m 。考虑水分的波动，为留有余地，取烘干仓长度l = 2 8 m ，烘干仓的有效 容积矿= 2 4 8 m 3 。 通过以上两方面的分析计算可以确定，磨机的规格尺寸为妒3 4 x ( 5 2 5 + 2 8 ) n l 。 1 5 山东大学硕七学位论文 3 2 磨机的工作原理 如图3 一l 为磨机的结构示意图。它有一个圆形的简体1 ，简体两端装有端盖2 ， 端盖的轴颈支撑在轴承3 上，电动机通过装在简体上的齿轮4 使磨机回转。 原煤经喂料设备从进料装置上方进入，热风从进料装置前方进入，原煤和热风在 进料装置内开始进行热交换。原煤进入烘干仓内后，随着磨机旋转，烘干仓内的扬料 板将原煤扬起撒落于整个断面上，与热风进行热交换，在烘干仓内基本完成对原煤的 预烘干。烘干后的煤通过设有输料扬料板的隔仓板进入研磨仓，该仓内装有介质( 钢 球) 和被磨的物料( 原煤) ，当简体回转时，在摩擦力和离心力的作用下，介质被筒 体衬板带动提升。当提升到某一高度后，由于介质本身受重力的作用，产生抛落，从 而对筒内的物料进行冲击、研磨和碾碎。在煤被研磨的同时，细粉被通过磨内的热风， 经过磨的出料装置一同排出磨机进入选粉机。 3 3 磨机的转速 1 一简休2 一螭篮3 一轴承j 一齿轮 图3 - 1 磨机的工作原理 为了合理而经济地选择磨机临界转数、工作转数，首先必须研究磨机工作时破碎 介质在筒体内的运动规律。 3 3 1 磨机