基于中速磨煤機(jī)建模與仿真研究

李偉，李中蓮

長(zhǎng)春發(fā)電設(shè)備總廠

基于中速磨煤機(jī)建模與仿真研究

李偉，李中蓮

長(zhǎng)春發(fā)電設(shè)備總廠

中速磨煤機(jī)屬于一種重要粉塵制作設(shè)備，在電廠中得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要針對(duì)于中速磨煤機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的建立，并且利用Matlab/Simulink對(duì)其進(jìn)行仿真分析，通過對(duì)仿真結(jié)果的分析，進(jìn)而得出影響磨煤機(jī)出口溫度的因素和關(guān)系。

中速磨煤機(jī)；Matlab/Simulink；仿真

引言

中速磨煤機(jī)是一種極為關(guān)鍵的粉塵制作系統(tǒng)。需要依據(jù)鍋爐負(fù)荷變化的需要給鍋爐輸送質(zhì)量合格的煤燃料。磨煤機(jī)的工作狀態(tài)是能夠影響鍋爐運(yùn)行的主要因素之一。對(duì)于磨煤機(jī)的要求是要能夠適應(yīng)出力變化，進(jìn)而確保鍋爐的運(yùn)行處于穩(wěn)定狀態(tài)。中速磨煤機(jī)的出口溫度將會(huì)直接對(duì)鍋爐的工作效率和安全性產(chǎn)生影響。如果出口溫度過低，那么則會(huì)使得煤分無法得到充分的干燥進(jìn)而形成堵塞。相反，溫度過高很容易會(huì)產(chǎn)生火災(zāi)。因此有必要對(duì)于中速磨煤機(jī)進(jìn)行建模以及仿真分析進(jìn)而得出影響磨煤機(jī)出口溫度的因素，保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

1.中速磨煤機(jī)出力

能夠?qū)χ兴倌ッ簷C(jī)出力產(chǎn)生影響的因素有很多，其中包括水分的大小、可磨性系數(shù)以及煤粉顆粒的大小等[1]。通過數(shù)學(xué)形式來對(duì)中速磨煤機(jī)出力進(jìn)行表示為：

其中：Bo表示中速磨煤機(jī)出力(t∕h)；

k表示中速磨煤機(jī)參數(shù)；

fG表示煤粉研磨系數(shù)；

fW表示原煤水分系數(shù)；

fA表示煤粉灰分系數(shù)；

fF表示煤粉細(xì)度對(duì)磨煤機(jī)出力的修正系數(shù)；

MB表示中速磨煤機(jī)存儲(chǔ)量；

1.1 中速磨煤機(jī)存煤量

利用質(zhì)量守恒定律可以得出：

表示煤存儲(chǔ)的變化率；

Bg表示實(shí)際給煤量（t∕h）。

1.2 中速磨煤機(jī)進(jìn)出口壓力差

其中：ξ表示空氣阻力系數(shù)；

μ表示煤粉濃度（Kg∕Nm3）；

ρw表示磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)的密度（Kg∕Nm3）；

ωw表示磨煤機(jī)出口風(fēng)密度（Kg∕Nm3）；

2.中速磨煤機(jī)出口溫度

對(duì)于中速磨煤機(jī)出口溫度進(jìn)行分析，首先需要對(duì)向周圍散熱的能量、氣流對(duì)金屬的傳熱量以及機(jī)器金屬溫度進(jìn)行充分的考慮[2]。

2.1 向周圍散熱能量

在中速磨煤機(jī)進(jìn)行工作的時(shí)候，由于及機(jī)器外部的金屬表面溫度過高，會(huì)源源不斷的想四周釋放熱量。其熱量公式為：

其中：Qs表示及其向周圍所散出的熱量（KJ）；

Ks表示散熱的系數(shù)；

Tj表示中速磨煤機(jī)金屬表面溫度(K)；

Ta表示周圍環(huán)境的溫度（K）；

2.2 煤粉氣流對(duì)中速磨煤機(jī)傳熱量

中速磨煤機(jī)在運(yùn)行的過程中，煤粉氣流在不斷流動(dòng)的同時(shí)也會(huì)對(duì)機(jī)器金屬表面?zhèn)鬟f相應(yīng)的熱量，其傳遞熱量的大小與兩者之間的溫度差是密不可分的[3]。

其中：Qj表示傳遞給機(jī)器金屬表面的熱量（KJ）；

Tbj表示磨煤機(jī)進(jìn)口處氣流溫度（K）；

Tout表示磨煤機(jī)出口處氣流溫度（K）；

2.3 中速磨煤機(jī)金屬表面溫度

在磨煤機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，其會(huì)不斷想外界環(huán)境散發(fā)熱量于此同時(shí)，煤粉氣流也不會(huì)不斷的向其提供熱量，由于散發(fā)的熱量與接收的熱量并不相等，因此我們需要計(jì)算來對(duì)磨煤機(jī)金屬表面的溫度進(jìn)行求解，其公式為:

其中：Cj表示金屬比熱容系數(shù)，KJ∕（Kg·K）；

Mj表示金屬質(zhì)量（Kg）；

τ表示時(shí)間（s）；

2.4 中速磨煤機(jī)事故火災(zāi)熱量

其中：Qsfire表示火災(zāi)事故熱量設(shè)定值KJ；

Qfire表示火災(zāi)事故熱量實(shí)際值KJ；

tsfire表示自火災(zāi)事故發(fā)生直到滿足火災(zāi)事故設(shè)定值的時(shí)間（s）；

2.5 磨煤機(jī)出口溫度

通過對(duì)能量守恒定律的應(yīng)用可以很容易得出中速磨煤機(jī)出口溫度，其公式為：

其中：Cb表示煤的比熱容系數(shù)，KJ∕（Kg·K）；

Tout表示磨煤機(jī)出口處氣流溫度（K）；

Tb表示煤燃料入口的溫度（K）；

Wa表示中速磨煤機(jī)出口處的風(fēng)量（t∕h）；

Tk表示風(fēng)進(jìn)入磨煤機(jī)時(shí)的溫度（K）；

Qg表示磨煤機(jī)運(yùn)行過程中由于摩擦所長(zhǎng)生的熱量（KJ）；

Ck表示空氣的比熱容系數(shù)KJ∕（Kg·K）；

3.中速磨煤機(jī)仿真與研究

本文采用MPS212HP-II型中速磨煤機(jī)作為目標(biāo)機(jī)進(jìn)行，根據(jù)前面所給出的數(shù)學(xué)計(jì)算公式，利用Matlab∕Simulink軟件進(jìn)行建模仿真分析，所采用的煤料參數(shù)如表1。

表1 煤質(zhì)基本參數(shù)

在利用Matlab∕Simulink軟件進(jìn)行仿真分析時(shí)假定中速磨煤機(jī)性能完好，并且鍋爐內(nèi)部爐膛的壓力為恒定值，機(jī)器的出力和送料量選定為47t∕h，機(jī)器出口以及入口溫度分別設(shè)定為75℃以及293℃[4]。

3.1 中速磨煤機(jī)給料量仿真分析

利用磨煤機(jī)給料量的變化來對(duì)其進(jìn)行仿真分析，通過對(duì)給料量的減少以及增加來對(duì)目標(biāo)機(jī)出力以及出口溫度進(jìn)行研究。在對(duì)目標(biāo)機(jī)給料量進(jìn)行減少時(shí)，可以將目標(biāo)機(jī)的初始值選定為100s，去減少的煤量為39.1t∕h，于此同時(shí)目標(biāo)機(jī)的出力變化以及出口溫度隨時(shí)間變化如圖1以及圖2所示。