基于中速磨煤機建模與仿真研究

李偉，李中蓮

長春發電設備總廠

基于中速磨煤機建模與仿真研究

李偉，李中蓮

長春發電設備總廠

中速磨煤機屬于一種重要粉塵制作設備，在電廠中得到了廣泛的應用。本文主要針對于中速磨煤機進行數學模型的建立，并且利用Matlab/Simulink對其進行仿真分析，通過對仿真結果的分析，進而得出影響磨煤機出口溫度的因素和關系。

中速磨煤機；Matlab/Simulink；仿真

引言

中速磨煤機是一種極為關鍵的粉塵制作系統。需要依據鍋爐負荷變化的需要給鍋爐輸送質量合格的煤燃料。磨煤機的工作狀態是能夠影響鍋爐運行的主要因素之一。對于磨煤機的要求是要能夠適應出力變化，進而確保鍋爐的運行處于穩定狀態。中速磨煤機的出口溫度將會直接對鍋爐的工作效率和安全性產生影響。如果出口溫度過低，那么則會使得煤分無法得到充分的干燥進而形成堵塞。相反，溫度過高很容易會產生火災。因此有必要對于中速磨煤機進行建模以及仿真分析進而得出影響磨煤機出口溫度的因素，保證生產的正常運行。

1.中速磨煤機出力

能夠對中速磨煤機出力產生影響的因素有很多，其中包括水分的大小、可磨性系數以及煤粉顆粒的大小等[1]。通過數學形式來對中速磨煤機出力進行表示為：

其中：Bo表示中速磨煤機出力(t∕h)；

k表示中速磨煤機參數；

fG表示煤粉研磨系數；

fW表示原煤水分系數；

fA表示煤粉灰分系數；

fF表示煤粉細度對磨煤機出力的修正系數；

MB表示中速磨煤機存儲量；

1.1 中速磨煤機存煤量

利用質量守恒定律可以得出：

表示煤存儲的變化率；

Bg表示實際給煤量（t∕h）。

1.2 中速磨煤機進出口壓力差

其中：ξ表示空氣阻力系數；

μ表示煤粉濃度（Kg∕Nm3）；

ρw表示磨煤機進口風的密度（Kg∕Nm3）；

ωw表示磨煤機出口風密度（Kg∕Nm3）；

2.中速磨煤機出口溫度

對于中速磨煤機出口溫度進行分析，首先需要對向周圍散熱的能量、氣流對金屬的傳熱量以及機器金屬溫度進行充分的考慮[2]。

2.1 向周圍散熱能量

在中速磨煤機進行工作的時候，由于及機器外部的金屬表面溫度過高，會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；

Tj表示中速磨煤機金屬表面溫度(K)；

Ta表示周圍環境的溫度（K）；

2.2 煤粉氣流對中速磨煤機傳熱量

中速磨煤機在運行的過程中，煤粉氣流在不斷流動的同時也會對機器金屬表面傳遞相應的熱量，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表示傳遞給機器金屬表面的熱量（KJ）；

Tbj表示磨煤機進口處氣流溫度（K）；

Tout表示磨煤機出口處氣流溫度（K）；

2.3 中速磨煤機金屬表面溫度

在磨煤機正常運行時，其會不斷想外界環境散發熱量于此同時，煤粉氣流也不會不斷的向其提供熱量，由于散發的熱量與接收的熱量并不相等，因此我們需要計算來對磨煤機金屬表面的溫度進行求解，其公式為:

其中：Cj表示金屬比熱容系數，KJ∕（Kg·K）；

Mj表示金屬質量（Kg）；

τ表示時間（s）；

2.4 中速磨煤機事故火災熱量

其中：Qsfire表示火災事故熱量設定值KJ；

Qfire表示火災事故熱量實際值KJ；

tsfire表示自火災事故發生直到滿足火災事故設定值的時間（s）；

2.5 磨煤機出口溫度

通過對能量守恒定律的應用可以很容易得出中速磨煤機出口溫度，其公式為：

其中：Cb表示煤的比熱容系數，KJ∕（Kg·K）；

Tout表示磨煤機出口處氣流溫度（K）；

Tb表示煤燃料入口的溫度（K）；

Wa表示中速磨煤機出口處的風量（t∕h）；

Tk表示風進入磨煤機時的溫度（K）；

Qg表示磨煤機運行過程中由于摩擦所長生的熱量（KJ）；

Ck表示空氣的比熱容系數KJ∕（Kg·K）；

3.中速磨煤機仿真與研究

本文采用MPS212HP-II型中速磨煤機作為目標機進行，根據前面所給出的數學計算公式，利用Matlab∕Simulink軟件進行建模仿真分析，所采用的煤料參數如表1。

表1 煤質基本參數

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

3.1 中速磨煤機給料量仿真分析

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