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)行問題就是更好料位的控制問題。

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)功率為較大功率的 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)增至某一值時(shí)，球磨機(jī)功率達(dá)到更大。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)到更大值，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)只能工作在功率較大點(diǎn)的左側(cè)，實(shí)際上由于料位沒有靈敏可靠的測(cè)量手段，實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到較大出力點(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。

較大出力點(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)消耗的無效功率更小，產(chǎn)量發(fā)反而提高。所以磨煤機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題就變成了更好料位的控制問題。

2、球磨機(jī)料位自動(dòng)裝置

陜西天安智能技術(shù)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(cè)量料位，而在于通過自動(dòng)控制使球磨機(jī)運(yùn)行在更好的料位下。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，該裝置是基于較好的 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(hào)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(hào)，單片機(jī)的微處理器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，得到料位的標(biāo)征量，實(shí)現(xiàn)料位的測(cè)量，且很好地解決了抗干擾問題，因此測(cè)量結(jié)果不受周圍環(huán)境噪音的影響。裝置輸出控制信號(hào)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、較大出力或經(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。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)，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)保持較好的料位，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更大，即制粉電耗更低。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(hào)，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(hào)冗余，以保證即使音頻料位測(cè)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 

華能威海電廠#2 爐甲、乙磨煤機(jī)采用濟(jì)南重型機(jī)械廠制造的 GM320/580 型球磨機(jī)。主要參數(shù)：轉(zhuǎn)速 18.46r/min，較大裝球量 55t，出力 38t，電機(jī)型號(hào) Y500-64-6，電機(jī)功率 800kW，定子參數(shù) 6kV91.6A。1999 年第四季度利用#2 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(duì)磨煤機(jī)出入口軸封進(jìn)行密封改造、對(duì)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(jiǎn)化運(yùn)行操作。以磨煤機(jī)料位自動(dòng)監(jiān)控為基礎(chǔ)，對(duì)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(zhǎng)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)在更好的工況下運(yùn)行，降低了單耗和鋼耗，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。另外料位自動(dòng)裝置的音頻信號(hào)不僅作為控制輸入信號(hào)，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)始終處在更好的工況下運(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 23.21 kWh/t 煤，改造后的 2001 年平均磨煤機(jī)單耗17.41 kWh/t煤，降低單耗 5.8 kWh/t煤。按年耗煤量 25 萬t計(jì)算，年節(jié)電量約145 kWh。