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基于物相识别定量的中速磨煤机煤炭混合破碎机理研究

批准号:
51904295
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
谢卫宁
依托单位:
学科分类:
矿物工程与物质分离
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
中速磨煤机是燃煤电厂煤粉制备关键设备,运行过程中存在能耗较高、效率偏低的问题。究其原因,主要是封闭磨机内煤炭混合破碎机理和能量分配机制不明确,传统煤炭破碎研究方法与设备和中速磨煤机研磨机理不同,研究结论指导性较差。为解决这些问题,本项目以中速磨煤机内煤炭混合破碎“模型构建→现象分析→机理揭示→方案优化”为主线,开展以下研究:建立表征煤炭单相破碎的数学模型,揭示破碎行为及能耗对煤炭性质响应机制;提出混合破碎产物各物相识别和定量方法,从破碎速率和产物细度变化角度阐明混合破碎中各物相间的作用机理;建立包含煤炭性质参数的多输入混合破碎数学模型,在混合破碎能量平衡基础上提出各物相能量分配因子计算方法,阐明物相性质和质量比例对能量分配和能量效率影响机制;实现基于实验数据驱动的煤炭混合破碎模型优化和破碎过程参数预测,为优化煤炭混合破碎方案,提高能量效率,降低能量消耗提供理论支撑。
英文摘要
Vertical spindle pulverizer (VSP) is the key device for pulverizing coal in coal power plants. But the operation process of VSP faces problems of high energy consumption and low efficiency. The reason is that mechanisms of mixture breakage and energy split of coal in closed VSP are not clear enough. On the other hand, traditional research methods and device for coal breakage show differences in grinding mechanism with VSP, and guidance of research conclusions are poor. In order to solve these problems, this project proposes the main line of “models establishment→phenomena analyses→mechanism reveal→schema optimization” for the mixture breakage of coal, and conducts following studies. Firstly, mathematical models for the single-breakage of coal are developed to reveal function mechanisms of coal properties on breakage behavior and energy consumption. Secondly, identification and quantification method of each component in mixture breakage products is proposed to reveal interaction among coals during the multi-component breakage process from the change of breakage rate and product fineness. Then, multiple input and output model for the multi-component breakage process is developed. Calculation method for energy split factors is proposed based on the energy balance to illustrate the effect of coal properties and mixed ratios on the spilt energy and breakage energy efficiency of components. Finally, optimization of multi-component breakage model and prediction of breakage process parameters are conducted based on experimental data. This project may give theory guidance for optimizing the scheme of mixture breakage, increasing the energy efficiency of mixture breakage and reducing energy consumption.
项目根据燃煤电厂在我国的能源结构调整、煤炭清洁化利用以及碳中和与碳达峰大背景下的节能减排需求现状,根据中速磨煤机内煤炭混合破碎过程消耗0.7%-1%总发电量的实际情况,提出借助中速磨煤机内煤炭多相混合破碎过程的实验模拟研究,建立煤炭混合破碎数学模型,揭示各物相间的相互影响和能量分配机制,为提高煤炭混合破碎能量效率,优化混合破碎方案提供数据和理论支撑。项目执行期间,搭载了分别与MPS型和E型中速磨煤机具有相同研磨机理的实验系统(实验回路加装功率测量装置)用于不同性质煤炭单独和混合破碎实验研究。在单相破碎实验中,首先定性分析了煤炭灰分、粒度、可磨性和煤化程度等性质对输入能量和煤粉细度的影响;然后将灰分、粒度和可磨性指数以不同形式嵌入能量—粒度关系模型,实现了对参数影响的定量表征。在系统分析煤炭的无机和有机组成及性质后,分别选定煤炭的衍射图谱特征比值和有机硫含量为识别定量不同煤化程度或灰分煤炭样品的指标,并建立两者与混合物中某煤种含量的关系模型。开展了多时间批次、不同性质煤炭的混合破碎实验,在完成混合破碎产物初始粒级和煤粉细度t10所对应粒级物料中不同组分的定量后发现:不同性质煤炭在混合物料中的破碎速率仍符合一级动力学;混合破碎中硬度偏高/较低的两物相破碎速率呈增加/降低趋势;混合破碎中各组分煤粉细度t10均有所增加,且混合物的可磨性指数均高于各组分可磨性指数的质量加权平均值。验证了建立在单独破碎实验基础上,包含性质参数的破碎模型对混合破碎过程的适用性;提出能量分配因子计算方法,并利用神经网络计算获得了各组分混合破碎参数A和b,在反算各组分能耗后对比了组分相互作用对能量效率的影响。开展了不同煤化程度煤炭的少样本单独和混合破碎,并基于前述计算方法预测未知破碎程度下的产物细度或能耗,验证了混合破碎模型和能量分配计算方法的准确性与适用性。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: 10.3390/min10030230
发表时间: 2020-03-01
期刊: MINERALS
影响因子: 2.5
作者: [Duan, Jin, Lu, Qichang, Zhu, Xiangnan]
通讯作者: Zhu, Xiangnan
DOI: 10.1016/s1003-6326(22)65877-1
发表时间: 2022-04
期刊: Transactions of Nonferrous Metals Society of China
影响因子: 4.5
作者: [Qu Lili, He Yaqun, Fu Yuanpeng, Xie Weining, Ye Cuiling, Lu Qichang, Li Jinlong, Li Jiahao, Pang Zhibo]
通讯作者: Pang Zhibo
DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2021-0966
发表时间: --
期刊: 煤炭科学技术
影响因子: --
作者: [于昭仪, 谢卫宁, 邱钿, 逯启昌, 何亚群, 姜海迪]
通讯作者: 姜海迪
DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2021.0936
发表时间: 2022
期刊: 煤炭学报
影响因子: --
作者: [张宇新, 谢卫宁, 姜海迪, 高佳乐, 方小霞, 陆施澄, 张学武]
通讯作者: 张学武
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