基于中速磨煤机建模与仿真研究

李伟，李中莲

长春发电设备总厂

基于中速磨煤机建模与仿真研究

李伟，李中莲

长春发电设备总厂

中速磨煤机属于一种重要粉尘制作设备，在电厂中得到了广泛的应用。本文主要针对于中速磨煤机进行数学模型的建立，并且利用Matlab/Simulink对其进行仿真分析，通过对仿真结果的分析，进而得出影响磨煤机出口温度的因素和关系。

中速磨煤机；Matlab/Simulink；仿真

引言

中速磨煤机是一种极为关键的粉尘制作系统。需要依据锅炉负荷变化的需要给锅炉输送质量合格的煤燃料。磨煤机的工作状态是能够影响锅炉运行的主要因素之一。对于磨煤机的要求是要能够适应出力变化，进而确保锅炉的运行处于稳定状态。中速磨煤机的出口温度将会直接对锅炉的工作效率和安全性产生影响。如果出口温度过低，那么则会使得煤分无法得到充分的干燥进而形成堵塞。相反，温度过高很容易会产生火灾。因此有必要对于中速磨煤机进行建模以及仿真分析进而得出影响磨煤机出口温度的因素，保证生产的正常运行。

1.中速磨煤机出力

能够对中速磨煤机出力产生影响的因素有很多，其中包括水分的大小、可磨性系数以及煤粉颗粒的大小等[1]。通过数学形式来对中速磨煤机出力进行表示为：

其中：Bo表示中速磨煤机出力(t∕h)；

k表示中速磨煤机参数；

fG表示煤粉研磨系数；

fW表示原煤水分系数；

fA表示煤粉灰分系数；

fF表示煤粉细度对磨煤机出力的修正系数；

MB表示中速磨煤机存储量；

1.1 中速磨煤机存煤量

利用质量守恒定律可以得出：

表示煤存储的变化率；

Bg表示实际给煤量（t∕h）。

1.2 中速磨煤机进出口压力差

其中：ξ表示空气阻力系数；

μ表示煤粉浓度（Kg∕Nm3）；

ρw表示磨煤机进口风的密度（Kg∕Nm3）；

ωw表示磨煤机出口风密度（Kg∕Nm3）；

2.中速磨煤机出口温度

对于中速磨煤机出口温度进行分析，首先需要对向周围散热的能量、气流对金属的传热量以及机器金属温度进行充分的考虑[2]。

2.1 向周围散热能量

在中速磨煤机进行工作的时候，由于及机器外部的金属表面温度过高，会源源不断的想四周释放热量。其热量公式为：

其中：Qs表示及其向周围所散出的热量（KJ）；

Ks表示散热的系数；

Tj表示中速磨煤机金属表面温度(K)；

Ta表示周围环境的温度（K）；

2.2 煤粉气流对中速磨煤机传热量

中速磨煤机在运行的过程中，煤粉气流在不断流动的同时也会对机器金属表面传递相应的热量，其传递热量的大小与两者之间的温度差是密不可分的[3]。

其中：Qj表示传递给机器金属表面的热量（KJ）；

Tbj表示磨煤机进口处气流温度（K）；

Tout表示磨煤机出口处气流温度（K）；

2.3 中速磨煤机金属表面温度

在磨煤机正常运行时，其会不断想外界环境散发热量于此同时，煤粉气流也不会不断的向其提供热量，由于散发的热量与接收的热量并不相等，因此我们需要计算来对磨煤机金属表面的温度进行求解，其公式为:

其中：Cj表示金属比热容系数，KJ∕（Kg·K）；

Mj表示金属质量（Kg）；

τ表示时间（s）；

2.4 中速磨煤机事故火灾热量

其中：Qsfire表示火灾事故热量设定值KJ；

Qfire表示火灾事故热量实际值KJ；

tsfire表示自火灾事故发生直到满足火灾事故设定值的时间（s）；

2.5 磨煤机出口温度

通过对能量守恒定律的应用可以很容易得出中速磨煤机出口温度，其公式为：

其中：Cb表示煤的比热容系数，KJ∕（Kg·K）；

Tout表示磨煤机出口处气流温度（K）；

Tb表示煤燃料入口的温度（K）；

Wa表示中速磨煤机出口处的风量（t∕h）；

Tk表示风进入磨煤机时的温度（K）；

Qg表示磨煤机运行过程中由于摩擦所长生的热量（KJ）；

Ck表示空气的比热容系数KJ∕（Kg·K）；

3.中速磨煤机仿真与研究

本文采用MPS212HP-II型中速磨煤机作为目标机进行，根据前面所给出的数学计算公式，利用Matlab∕Simulink软件进行建模仿真分析，所采用的煤料参数如表1。

表1 煤质基本参数

在利用Matlab∕Simulink软件进行仿真分析时假定中速磨煤机性能完好，并且锅炉内部炉膛的压力为恒定值，机器的出力和送料量选定为47t∕h，机器出口以及入口温度分别设定为75℃以及293℃[4]。

3.1 中速磨煤机给料量仿真分析

利用磨煤机给料量的变化来对其进行仿真分析，通过对给料量的减少以及增加来对目标机出力以及出口温度进行研究。在对目标机给料量进行减少时，可以将目标机的初始值选定为100s，去减少的煤量为39.1t∕h，于此同时目标机的出力变化以及出口温度随时间变化如图1以及图2所示。