本文分析了球磨機(jī)料位與球磨機(jī)功率的關(guān)系，提出優(yōu)化運(yùn)行區(qū)，并分析了與習(xí)慣運(yùn)行區(qū)的差別，指出磨煤機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題就是料位的控制問題。

1、優(yōu)化運(yùn)行區(qū)及功率特性

球磨機(jī)的功率-料位特性見圖1。曲線1為球磨機(jī)的功率，空載即料位為0，此時(shí)功率為90%左右。隨著料位的提高，功率先升后降，滿罐時(shí)功率趨于零。曲線2為鋼碰功率（鋼球消耗功率），隨著料位的提高，鋼碰功率先升后降，滿罐時(shí)鋼碰功率趨于零。曲線3為煤功率（煤消耗功率），隨著料位的提高，煤功率逐漸降低。鋼碰功率與鋼球損耗、襯板損耗、震動(dòng)、噪音的大小成正比。煤功率與煤產(chǎn)量成正比。即曲線1為總功率，曲線2為無效功率，曲線3為有效功率。曲線1等于曲線2與曲線3之和，也就是說總功率等于無效功率與有效功率。

圖1 球磨機(jī)功率—料位特性

隨著球磨機(jī)內(nèi)料位的增高，球磨機(jī)功率也相應(yīng)增加，球磨機(jī)的產(chǎn)量也相應(yīng)提高，因此給料量與產(chǎn)量可以隨時(shí)平衡，球磨機(jī)的工作狀態(tài)是自穩(wěn)的。當(dāng)料位繼續(xù)增到某一值時(shí)，球磨機(jī)功率達(dá)到極大。隨著料位進(jìn)一步提高，功率下降，產(chǎn)量卻繼續(xù)提高。當(dāng)產(chǎn)量達(dá)到極大值之后，料位繼續(xù)增加，則球磨機(jī)功率和產(chǎn)量均下降。由于料位升高產(chǎn)量反而下降，球磨機(jī)的工作狀態(tài)是不自穩(wěn)的。因此不能工作在手動(dòng)狀態(tài)。在手動(dòng)方式下，球磨機(jī)只能工作在功率大點(diǎn)的左側(cè)，實(shí)際上由于料位沒有靈敏可靠的測量手段，實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到出力點(diǎn)。這就是習(xí)慣運(yùn)行方式的缺陷。在料位曲線上的相應(yīng)區(qū)域稱之為習(xí)慣運(yùn)行區(qū)，在這個(gè)區(qū)域鋼球的消耗能量約有50%左右，即鋼球的能量約有50%左右是無效的。

出力點(diǎn)右側(cè)磨煤機(jī)消耗功率比習(xí)慣運(yùn)行區(qū)小，產(chǎn)量卻比習(xí)慣運(yùn)行區(qū)大。在這個(gè)區(qū)域鋼球的能量不足25%是無效的。但是磨煤機(jī)在這個(gè)狀態(tài)下的工作是不自穩(wěn)的，只有在自動(dòng)控制條件下才能正常工作。這個(gè)區(qū)域我們定之為優(yōu)化運(yùn)行區(qū)。從以上分析可以知道，優(yōu)化運(yùn)行區(qū)與習(xí)慣運(yùn)行區(qū)的實(shí)際差別就是料位高，或者說是“存煤煤大”。磨煤機(jī)內(nèi)的煤量直接影響的磨煤機(jī)功率、產(chǎn)量和無效損耗。只要控制料位在適當(dāng)位置，磨煤機(jī)消耗的無效功率小，產(chǎn)量發(fā)反而提高。所以磨煤機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題就變成了好的料位的控制問題。

2、球磨機(jī)料位自動(dòng)裝置

紅星機(jī)器有限公司生產(chǎn)的音頻球磨機(jī)料位自動(dòng)裝置，是在球磨機(jī)優(yōu)化運(yùn)行的理論建立起來的。料位是指球磨機(jī)運(yùn)行時(shí)的載料量，即磨煤機(jī)內(nèi)煤的體積減去鋼球所占容積之比。這種監(jiān)控系統(tǒng)的目的不在于精確地測量料位，而在于通過自動(dòng)控制使球磨機(jī)運(yùn)行在很好的料位下。監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備是TCS-200球磨機(jī)料位監(jiān)控裝置，該裝置是基于很先進(jìn)的MCS-96系列單片機(jī)的智能型裝置。通過安裝在球磨機(jī)罐體外的音頻傳感器接收罐體的噪音，傳感器將接收的罐體噪音信號輸入裝置的音頻電路進(jìn)行預(yù)處理，通過A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，單片機(jī)的微處理器對數(shù)字信號進(jìn)行處理，得到料位的標(biāo)征量，實(shí)現(xiàn)料位的測量，且很好地解決了抗干擾問題，因此測量結(jié)果不受周圍環(huán)境噪音的影響。裝置輸出控制信號給給料機(jī)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制給料機(jī)給料速度，實(shí)現(xiàn)給料自動(dòng)。并通過特有的自尋優(yōu)功能實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)料位定值、出力或經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。同時(shí)該裝置還具有料位及相關(guān)量的越限報(bào)警功能，使系統(tǒng)十分可靠。

當(dāng)手操器在手動(dòng)裝置時(shí)，裝置處于手動(dòng)方式，給料速度由運(yùn)行人員用手操器給定。當(dāng)手操器在自動(dòng)方式時(shí)，裝置處于自動(dòng)方式。通常使用兩種自動(dòng)方式：一是經(jīng)濟(jì)自尋優(yōu)控制，通過面板可以設(shè)置經(jīng)濟(jì)出力控制方式，在球磨機(jī)和給料機(jī)均處于合閘狀態(tài)時(shí)，將手操器切到自動(dòng)位置，系統(tǒng)即進(jìn)入相應(yīng)的自尋優(yōu)控制方式，即球磨機(jī)在不同物料質(zhì)地、濕度線度，隨時(shí)保持料位，使球磨機(jī)運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)狀態(tài)，經(jīng)濟(jì)狀態(tài)是指出力與電耗之比大，即制粉電耗小。二是料位定值控制，通過面板可以設(shè)置料位定值控制方式、給定值、PID方式和PID參數(shù)，在球磨機(jī)和給料機(jī)均處于合閘狀態(tài)時(shí)，將手操器切到自動(dòng)位置，系統(tǒng)即進(jìn)入料位定值控制方式。

料位定值控制方式可以根據(jù)需要將料位始終控制在事先確定的料位上，這樣可以用定值控制方式將料位始終控制在出力較大電耗又較小的水平上。料位及料位相關(guān)量超出通過主機(jī)面板給定的上下限時(shí)，主機(jī)將發(fā)出越限報(bào)警信號，包括前面板異常指示和外部聲光報(bào)警。引入相關(guān)量是為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的信號冗余，以保證即使音頻料位測量失敗也不可能導(dǎo)致制粉系統(tǒng)事故。

3、制粉系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行

紅星機(jī)械廠制造的GM320/580型球磨機(jī)。主要參數(shù)：轉(zhuǎn)速18.46r/min，裝球量55t，出力38t，電機(jī)型號Y500-64-6，電機(jī)功率800kW，定子參數(shù)6kV91.6A。1999年第四季度利用爐小修機(jī)會(huì)，在甲、乙磨煤機(jī)上采用陜西天安智能技術(shù)有限公司生產(chǎn)的音頻球磨煤機(jī)料位自動(dòng)裝置，通過威海電廠對磨煤機(jī)出入口軸封進(jìn)行密封改造、對制粉系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整（見表1），使該系統(tǒng)運(yùn)行取得顯著經(jīng)濟(jì)效益。改造后，實(shí)現(xiàn)了給煤量自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了溫度、通風(fēng)量和負(fù)壓的穩(wěn)定運(yùn)行，簡化運(yùn)行操作。以磨煤機(jī)料位自動(dòng)監(jiān)控為基礎(chǔ)，對主要運(yùn)行參數(shù)實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)格的定量標(biāo)準(zhǔn)和有效的控制手段，實(shí)現(xiàn)了制粉系統(tǒng)規(guī)范化運(yùn)行。通過制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，使磨煤機(jī)長期穩(wěn)定地工作在高料位區(qū)域，即優(yōu)化運(yùn)行區(qū)。不僅減少了鋼球裝載量，而且保證了制粉系統(tǒng)在好的工況下運(yùn)行，降低了單耗和鋼耗，延長了設(shè)備使用壽命。另外料位自動(dòng)裝置的音頻信號不僅作為控制輸入信號，而且換算出料位直觀的顯示于板面上。

表1 制粉系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)

4、經(jīng)濟(jì)效益分析

該項(xiàng)技術(shù)使#2爐磨煤機(jī)始終處在好的工況下運(yùn)行，降低了磨煤機(jī)單耗，見表2。

表2 改造前后#2爐磨煤機(jī)分月單耗實(shí)際統(tǒng)計(jì)（kWh/t煤）

改造前的1998年平均磨煤機(jī)單耗23.21kWh/t煤，改造后的2001年平均磨煤機(jī)單耗17.41kWh/t煤，降低單耗5.8kWh/t煤。按年耗煤量25萬t計(jì)算，年節(jié)電量約145萬kWh。