电厂磨机循环物料中矿物质的累积规律及其对磨机性能的影响

摘要

我国燃煤电厂用煤消耗量在煤炭消费总量占比高达52%，90%以上的燃煤电厂采用煤粉燃烧方式，磨煤制粉系统是其必备环节。在磨机制粉过程中，分离器返料反复研磨会降低磨机处理能力、增加磨机能耗和设备磨损。返料中富集的矿物质在研磨成合格煤粉进入锅炉燃烧后会加剧大气污染物的排放。为进一步探究导致磨机能耗偏高、磨损严重的原因，本课题选用矿物质嵌布特性不同的高硫煤、褐煤以及炼焦中煤为代表性煤样，利用自制辊磨机及哈氏可磨仪等实验装置进行煤样的循环破碎与混合破碎试验，揭示磨机中矿物质的累积及迁移规律，同时基于破碎能耗模型，研究煤中矿物质富集对电厂制粉系统耗能的作用机理，为电厂制粉系统中矿物质的脱除及节能减排奠定理论基础。
　　为模拟研究工业中速磨煤机煤炭破碎过程中矿物质的选择性富集现象，基于工业采样中锥形体入料的粒度组成，将三种煤样磨至-0.09mm细粉产率与工业锥形体入料组成 R90等值的状态。通过矿物学分析，明确试验煤样高硫煤、褐煤和炼焦中煤的矿物质组成，主要包含高岭石、石英、黄铁矿等矿物质。通过破碎试验可知：+0.09mm粒级煤粉含有较多硬度较大、可磨性比煤差的矿物，煤样粒度越大，灰分越高。受易磨粘土类矿物及含钙矿物在煤粉中的富集差异，三种煤中-0.09mm煤粉各粒级灰分变化趋势显著不同，高硫煤-0.09mm煤粉灰分含量随粒度减小而降低，褐煤和炼焦中煤-0.09mm煤粉灰分含量随粒度减小而增加。
　　基于工业磨机的实际运行状况，通过破碎-分离的循环试验分析三种煤样矿物质的累积迁移规律。返料和合格煤粉的灰分变化能够表现循环过程中矿物质的变化规律。三种煤各循环产物灰分变化趋势显著不同：高硫煤中合格煤粉与返料的灰分随循环次数的增加而增加；褐煤中合格煤粉与返料的灰分随循环次数的增加而降低；炼焦中煤各循环产物灰分的变化幅度不大。以灰分指标衡量循环试验返料产物中各粒级矿物质含量：高硫煤中矿物质由粗颗粒向细颗粒迁移聚集；褐煤返料矿物质含量在粗粒级煤粉和细粒级煤粉中较中间粒度级煤粉中更高；炼焦中煤中矿物质含量在各粒级相差不大，分布较为均匀。嵌入各粒级煤粉质量参数，计算返料煤粉的相对矿物质含量：三种煤的返料矿物质呈现一致规律，随循环次数的增加，粗粒级煤粉中矿物质含量降低，细粒级煤粉中矿物质含量增高，且-0.5+0.125mm粒级矿物质含量最多。标准分析法用于各循环产物中主要矿物质的半定量计算，分析可知：三种煤中，石英及含铁矿物质在返料中持续累积，返料中的硬矿物含量较煤粉中高；高岭土在煤粉中累积，煤粉中的高岭石含量较返料中高；含钙矿物质在高硫煤和褐煤中分布状况不同，方解石矿物在各循环物料中含量相似，基本保持不变，各产物中的硬石膏含量均随循环试验的进行而增高。采用矿物质的富集比Em评价三种煤中返料矿物、合格煤粉中矿物质的富集特性，直观对比不同矿物质的富集及亏损程度，对评价煤中矿物的累积迁移规律有指导作用。
　　参照工业磨机的循环倍率以及返料性质，采用混合试验模拟循环返料中矿物质富集对物料粉碎过程的影响。经典粉碎模型能够较好的表现磨机内返料性质、粗粒原煤单位能量与煤粉粒度间的关系。当返料矿物质含量与粗粒原煤矿物质含量相似时，其煤粉细度t10最高，最利于新鲜入料的破碎。破碎能量为10kw.h.t-1时，返料密度级为+1.8g/cm3比返料密度级为1.5-1.6g/cm3的煤粉细度t10低19%。返料密度级高会降低磨机运行时的机械效率，增加粗粒原煤单位破碎能耗。该结果显示，返料中矿物质的累积对煤粉细度、破碎能耗及机械效率均有不利影响。

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致谢

变量注释表

1绪论

1.1课题来源（Project Resource）

1.2研究背景及意义（Research Background and Significance）

1.3研究内容及技术路线（Research Contents and Technical Route）

2文献综述

2.1燃煤电厂的中速磨煤机（Vertical Spindle Pulverizer in Coal Power Plants）

2.2 MPS型中速磨煤机研磨特性研究现状(Research Status on the Grinding Characteristics of MPS Vertical Spindle Pulverizer)

2.3煤的破碎理论概述(Summary of the Crushing Theory of Coal)

2.4制粉系统中矿物质特性研究（Study on Mineral Properties in Pulverizing System）

3电厂磨机矿物质选择性富集研究

3.1 磨机锥形体入料工业数据分析(Industrial Data Analysis of Materials in Mill Conical Body)

3.2试验样品、装置及流程(Test Samples, Device and Process)

3.3原煤的矿物学性质分析（The Mineralgical Analysis of Coal Samples）

3.4 矿物质选择性富集试验研究(Study of Minerals Selective Enrichment)

3.5 EPMA映证分析（Reflection and analysis of EPMA）

3.6本章小结（Chapter Summary）

4矿物质累积迁移规律研究

4.1试验流程及样品（Test Process and Samples）

4.2循环研磨的试验研究(Study of Circular Grinding Experiments)

4.3循环试验中主要矿物质累积迁移规律（Accumulation and Migration Law of Main Mineral in Cycle Test）

4.4本章小结(Chapter Summary)

5返料中矿物质累积对破碎特性及能耗的影响

5.1 试验样品、装置及流程设计（Test samples, Installations and Processes Design）

5.2返料矿物质对煤粉细度的影响（Effect of Circulating Minerals on Pulverized Coal Fineness）

5.3返料矿物质对破碎能耗的影响（Effect of Circulating Minerals on Broken Energy Consumption）

5.4本章小结(Chapter Conclusion)

6结论与展望

6.1结论（Conclusions）

6.2展望（Prospects）

参考文献

作者简历

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