Badania modelowe układu mielącego młyna pierścieniowo-kulowego. Cz. II: Wpływ prędkości kątowej układu mielącego na jego wydajność i zużycie energii na przemiał

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ¿LĄSKIEJ Seria: ENERGETYKA z. 104

1988 Nr kol. 973

Józef CZEPIEL Kazimierz MROCZEK

Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechnika Śląska

BADANIA MODELOWE UKŁADU MIELĄCEGO MŁYNA PIERŚCIENIOWO-KULOWEGO

Cześć II. Wpływ prędkości kątowej układu mielącego na jego wydajność i zużycie energii na przemiał

Streszczenie. Przedstawiono wyniki pomiarów wpływu prędkości kąto­

we j njodeTowegcTukładu mielącego pierścien.iowo-kulowego na jego wydaj­

ność i zużycie energii na przemiał węgla kamiennego dla dwóch nadaw różniących sie składem granulometrycznym. Przeprowadzono dyskusje uzyskanych wyników, ich interpretacje fizyczną i sformułowano wnioski Stwierdzono, że wydajność układu mielącego rośnie w przybliżeniu pro­

porcjonalnie z prędkością kątową do pewnej granicy, po czym stabili­

zuje sie.

Według aktualnie stosowanej metody doboru prędkości kątowej jej wartość optymalną wyznacza s.ie na podstawie uproszczonego modelu ruchu podanego

Istnieją przypuszczenia, że stosowane prędkości mielenia młynów przemy­

słowych są w niektórych przypadkach zbyt duże. Stan taki powodowałby zwięk­

szone zużycie energii na przemiał i nadmierną erozje elementów mielących przy być może nieznacznie tylko większej wydajności młyna. Sytuacja ta m.in uzasadnia podjecie badań wpływu prędkości kątowej układu mielącego na cha­

rakterystykę jego pracy zarówno w skali laboratoryjnej, jak i ich weryfika­

cji w skali rzeczywistej.

1. WSTĘP

przez Romad.ina [1] zgodnie ze wzorem:

(1 )

gdzie:

g - przyspieszenie grawitacyjne,

Dp - średnica podziałowa układu mielącego,

°C| , oc 2 “ odpowiednio, wewnętrzny i zewnętrzny kąt opasania kuli,

^ - kąt tarcia węgla o stal.

J. Czepiel, K. Mroczek

Badania laboratoryjne przeprowadzono na stanowisku doświadczalnym opisa­

nym w [4] wg przedstawionej tam metodyki badań. Zastosowano doświadczalny układ mielący 10-kulowy o średnicy kul 100 mm. Układ ten jest geometrycznie podobnym modelem układu mielącego młyna przemysłowego MKM-33 wykonanym w

skali 1:7,5. »•

Zgodnie z przyjętymi założeniami [4], jako materiał mielony zastosowano węgiel kamienny klasy ziarnowej 0-2 mm o następującej charakterystyce:

- pozostałości sitowe (wartości przeć.)

R0 , 06 = 90,3%

R0,09 = 87,6%

R0,1 5 = 82,7%

R0, 25 = 73,7%

*0,5 = 58,9%

R 1 = 27,7%

R2 = 0,9%

Wex = 2,1%

wh = 2%.

- zawartość wilgoci przemijającej - zawartość wilgoci higroskopijnej

Wykonano również pomiary układu mielącego z zastosowaniem węgla klasy ziarnowej 0-7,5 o charakterystyce:

- pozostałości sitowe (wartości przeć.)

R0, 06 = 93,4%

R 0 ,09 = 91 ,3%

R0,1 5 = 87,4%

R 0, 25 = 81 ,6%

R 0 ,5 = 73 ,3%

R 1 = 56,1%

r2 = 38,1%

R5 = 1 1 ,9%

- zawartość wilgoci przemijającej W

ex = 3,5%

- zawartość wilgoci higroskopijnej

Wh = 2%

- podatność przemiałowa (metoda Hard- grove'a)

GrH = 62°

- zawartość popiołu A r = 25%.

2. WYNIKI POMIARÓW I ICH ANALIZA

Wyniki pomiarów przedstawiono w formie wykreślnej na rys. 1 do 6.

2.1. Charakterystyki podstawowe

Podstawowymi charakterystykami pomiarowymi są zależności:

- efektu rozdrabniania (efektu mielenia) - mocy mielenia N - Nq ,

- grubości mieliwa pod kulami układu mielącego f^, - wydajności układu mielącego ,

Badania modelowe układu mielącego młyna.

A R o>5 1%]

i o 2 lw i

dk-100mm u> = 8,6 Us S = 4,9 kN

Charakterystyka węgla

90/. % Ro15=83,A % 59,5 % R2 =0,9%

Rqog= 88^0 % R q x 7 t f % R , =27fi % W « = 1 7 %

02 0A Q6 03

I

\ \

‘A Q i g - k

\ K

"

-V — , ^

'

A

A

\ K

/ N

f V

\

...

/

N

/ \

□

/

V ^{v '}

[

/ c1^5b ⁵ \ N-H.; c 7 N ^I

1 / /

/ go

■k [mm]

28

2,A

!2p

US

12

OB

W

1,2

B J k g / s )

Rys. 1. Podstawowe charakterystyki pomiarowe układu mielącego 10-kulowego dla prędkości kątowej W = 8,6 1/s

Fig. 1. Basic measuring characteristics of 10-ball grinding system for the angular velocity co = 8,6 1/s

B r M s l

y s . 2 . P o d s t a w o w e c h a r a k t e r y s t y k i p o m i a r o w e u r . Ł a d u m i e l ą c e g o 1 0-kałowego d l a p r ę d k o ś c i k ą t o w e j '.U = 8 , 9 1 / s

. . 2 . B . s L c m e a s u r i n g c . . . r a c t e * i s t . i c s o f 1 U - b a l l g r i n d i n g s y s t e m r r a n g u l a r v e l o c i t y t u - 8 , 9 1 / s

Badania modelowe układu mielącego młyna. 131

Rys. 3. Podstawowe charakterystyki pomiarowe układu mielącego 10-kulowego dla prędkości kątowej U) = 9,8 1/s

Fig. 3. Basic measuring characteristics of 10-ball grinding system for the angular velocity u) = 9,8 1/1

132 J. Czepiel, K. Mroczek

Rys. 4. Podstawowe charakterystyki pomiarowe układu mielącego 10-kulowego dla prędkości ' kątowe j W = 10,5 1/s

Fig. 4. Basic measuring characteristics of 10-ball grinding system for the angular velocity W= 10,5 1/s

d,=100mm oi=10.51 A S =4,9kN

Charakterystyka węgla 89,8% F W 81,6% R a r 58,3%

86,6% Rq2T ?2,6% R, = 27,7%

R2 =Q99%

Wex= 2,8%

?0

Badania modelowe układu mielącego młyna. 133

od masowego strumienia miel.iwa doprowadzanego do układu mielącego . Cha­

rakterystyki podstawowe dla węgla klasy ziarnowej 0-2 mm uzyskane dla róż­

nych prędkości kątowych pierścienia miażdżącego u) przedstawiono na rys. 1 do 4 . Typowy przebieg charakterystyk pod.stawowych opisano i zinterpretowano w pracy [4]. Charakterystyki uzyskane dla prędkości u>= 9,8 1/s i w = 10.5 1/s (a w szczególności charakterystyka A R , = przy prędkości 10.5 1/s) mają przebieg odmienny od typowego w zakresie strumieni mieliwa

mniejszych od wartości strumienia granicznego B™. Przyczyną tej od­

mienności jest doświadczalnie stwierdzone zjawisko przesypywania sie części strumienia węgla przez bieżnię pierścienia miażdżącego bez udziału w roz­

drabnianiu. Zjawisko to występuje bardzo wyraźnie przy małych wartościach strumienia i słabnie z j.ego wzrostem. Towarzyszy mu wzrost grubości warstwy mieliwa oraz wzrost efektu rozdrabniania.

Charakter przebiegu zależności A Rq ^ = f(B^) (rys. 4) świadczy o tym, że coraz większa część strumienia B uczestniczy w rozdrabnianiu. Jak bo­

ni

wiem wynika z własnych badań quasistatycznego miażdżenia węgla, jednostkowy efekt rozdrabniania maleje ze wzrostem grubości warstwy miażdżonej, a więc jeżeli mimo spadku tego efektu w mielonej części strumienia wypadkowy efekt rozdrabniania AP.q ^ rośnie, to świadczyć może to jedynie o ograni­

czaniu się zjawiska przesypywania mieliwa. Niezależnie wykonane pomiary prędkości wypływu mieliwa z pierścienia miażdżącego zjawisko to potwierdza­

ją*

Po osiągnięciu przez zależność A R x = f(Bm ) wartości maksymalnej dalszy charakter jej przebiegu ma cechy charakterystyki typowej.

Z porównania poziomu wydajności układu B^ np. dla prędkości 8,9 1/s i prędkości 10,5 1/s wynika, że wydajność układu ma dla prędkości wyższej wartość wyższą. Wzrostowi temu towarzyszy jednak wyraźny spadek efektu roz­

drabniania .

2.2. Charakterystyki uniwersalne

Obwiednia powstała przez połączenie punktów odpowiadających maksymalnym wydajnościom układu mielącego przy różnych przepustowościach granicznych tworzy charakterystyki uniwersalne Bo 15 = f * ^ R0 15 = f ^Bm^ ^rys * 5). Podobnie wartości wydajności maksymalnych i odpowiadających im efektów rozdrabniania (w punktach maksimum wydajności) dają charakterystyki uniwer­

salne Bq 15 = f(o)) i ARq 15 = f (o)) . Charakterystyki pozostałe, t j . e Q 1 5 = f (tu) i f™ 15 = f(o>), wykonuje się w analogiczny sposób.

Na rys. 6 naniesiono charakterystyki uniwersalne jako funkcje prędkości kątowych dla obydwu stosowanych w badaniach modelowych klas ziarnowych wę­

gla (punkty zaczernione - klasa 0-2 mm, punkty nie zaczernione - klasa 0- 7.5 mm). Z porównania charakterystyk (rys. 6) wynika, że różnice między ni­

mi są niewielkie, Uzasadnią to tym samym zastosowanie w badaniach modelo­

wych przemiału na stanowisku doświadczalnym klasy ziarnowej 0-7,5 mm, co ma

134 J. C z e p i e l / K. M r o c z e k

Rys.5.Charakterystykiuniwersalneukładumielącego10-kulowegojakofunkcjajegoobciążenia Fig.5.Universalcharacteristicsof10-ballgrindingsystemasa functionofitsloading

B a d a n i a m o d e l o w e u k ł a d u m i e l ą c e g o młyna. 135

Rys.

F i g.

'Q15

6. Charakterystyki uniwersalne układu mielącego 10-kulowego jako funk- cja jego prędkości kątowej

6. Universal characteristics of -10-ball grinding system as a function of its angular velocity

136 J. Czepiel, K. Mroczek

znaczenie praktyczne w związku ze znacznie mniejszym nakładem pracy po­

trzebnym na jej przygotowanie.

2.2.1. Zależność efektu mielenia i grubości warstwy od prędkości kątowej Z rys. 6 wynika, że efekt mielenia odpowiadający wydajności maksymalnej nieznacznie rośnie ze wzrostem prędkości kątowej, a przy pewnej wartości

występuje jego nagłe załamanie. Ponieważ grubość granicznej warstwy węgla pod kulami mielącymi nie zależy od prędkości kątowej (krzywa fq ^^

f (u)) ) , zmiana wartości AR™ ^ wynika, jak należy sądzić, ze zmiany sto­

sunku średniej prędkości promieniowej ruchu miel iwa po bieżni pierścienia miażdżącego do obwodowej prędkości kul. Wprowadzając pojęcie krotności mie­

lenia k jako stosunku prędkości kul do prędkości promieniowej mieliwa na efektywnej części wyżłobienia (lub stosunku odpowiednich czasów) można ułatwić analizę zjawiska. Według fi] proces mielenia powinien zachodzić przy k = 1. Z fizycznego punktu widzenia oznacza to, że każda cząstka wę­

gla zostanie zmiażdżona jednokrotnie w czasie jej przechodzenia po wyżło­

bieniu. Nagły spadek efektu mielenia po przekroczeniu pewnej prędkości ką­

towej świadczy o tym, że pewna część mieliwa nie bierze udziału w rozdrab­

nianiu (k < 1 ). Spostrzeżenie to może być pomocne przy analizie pracy wen-' tylowanego układu mielącego, gdzie chcąc uzyskać wzrost wydajności drogą zwiększenia prędkości kątowej należy liczyć się z wystąpieniem wzrostu opo­

rów przetłaczania przez młyn spowodowanych zmniejszeniem się efektu roz­

drabniania (a więc wzrostem cyrkulacji mieliwa w komorze przemiałowej mły­

na) .

2.2.2. Zależność wydajności i jednostkowego zużycia energii od prędkości kątowej

Na podstawie przebiegu charakterystyki uniwersalnej Bq ^ = f (to) można stwierdzić, że wydajność układu mielącego rośnie wraz ze wzrostem prędkości pierścienia miażdżącego. Największy przyrost występuje w zakresie = 7,5-9,5 1/s, po czym przyrost ten staje się wolniejszy. Odchylenie charak­

terystyki wywołane jest nagłym zmniejszeniem się wartości efektu rozdrab­

niania dla U) > 9 1/s.

Jednostkowe zużycie energii na przemiał maleje ze wzrostem prędkości kątowej układu mielącego, wykazując w zakresie.największych prędkości ten­

dencję do stabilizacji. Analizując zjawisko od strony składu granulometrycz- nego nowo powstałego pyłu klasy ziarnowej 0-0,15 mm można stwierdzić, że przy małych prędkościach mielenia pył ten charakteryzuje się "nadmiernym"

rozdrobnieniem w zakresie ziarn najdrobniejszych w porównaniu z pyłem pro­

dukowanym przy wyższych prędkościach układu mielącego. Jest to jedna z przyczyn wyżs'zego jednostkowego zużycia energii na uzyskanie pyłu przy nis­

kich prędkościach kątowych.

B a d a n i a m o d e l o w e u k ł a d u m i e l ą c e g o młyna. 137

3. WNIOSKI

1 . Wydajność pierśc.ieniowo-kulowego układu mieląbego rośnie wraz z pręd­

kością kątową do pewnej granicy, po czym wykazuje tendencje do stabiliza­

cji. Zarówno dla klasy ziarnowej węgla 0-2 mm, jak i dla 0-7,5 mm charakte­

rystyki pracy układu mają podobny przebieg, różniąc sie nieznacznie poziomem wartości.

2. Jednostkowe zużycie energii na przemiał spada wraz ze wzrostem pręd­

kości kątowej, osiągając przy pewnej prędkości granicznej (Wgr ) wartość stałą.

3. Grubość warstwy mieliwa pod kulami przy zadanej prędkości kątowej rośnie wraz z obciążeniem układu aż do osiągnięcia pewnej wartoś'ci granicz­

nej, po czym stabilizuje sie (strumień mieliwa odpowiadający punktowi zała­

mania charakterystyki nazwano przepustowością graniczną). W badanym zakre­

sie w maksymalna grubość warstwy (f^) praktycznie nie zależy od prędkoś­

ci kątowej.

4.1 Efekt mielenia A R ™ ^ określony jako przyrost masy pyłu klasy ziar­

nowej 0-15 mm i odpowiadający maksymalnej wydajności przy danej prędkości kątowej nieznacznie rośnie ze wzrostem prędkości, a po przekroczeniu przez prędkość wartości w^r jego wartość ulega dość gwałtownemu spadkowi.

5. Uzyskane wyniki badań mogą być wykorzystane do analizy zjawisk zacho­

dzących w młynię przemysłowym, a także ,bedą podstawą do opracowania matema­

tycznego modelu procesu przemiału w pierścieniowo-kulowym układzie mielącym.

LITERATURA

1. Romadin V.P.: Pyleprigotowlenie. "Gosenergoizdat". Moskwa - Leningrad 1953. *

2. Czepiel J., Mroczek K.: Opracowanie modelu fizycznego procesu przemiału węgla w niewentylowanym pierścieniowo-kulowym układzie mielącym w opar-, ciu o badania na instalacji doświadczalnej. Prace Instytutu Maszyn i Urządzeń Energetycznych (nie publikowane).^Qliwice 1986.

3. Czepiel J . , Mroczek K.: Badania wpływu granulacji węgla na wydajność i zużycie energii w niewentylowanym pierścieniowo-kulowym układzie mielą­

cym o różnej liczbie i średnicy kul (nie publikowane). Gliwice 1987.

4. Czepiel J . , Mroczek K.: Badania modelowe układu mielącego młyna pier- ścieniowo-kulowego. I. Przyjęte założenia, opis stanowiska doświadczal­

nego r metodyka badań. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Energetyka z. 104, Gliwice 1988.

Recenzent: Prof. dr hab. inż. Władysław Gajewski

Wpłynęło do redakcji w marcu 1988 r.

138 J. C z e p i e l , K. M r o c z e k

HOAEJIbHOE ¿CriHIAHME PA31i0JIbH0,i CACTEMH CPSiiHS>:OJ,HOil KOJIbUEBO-BAPOBO.' MEjlbEHUH

H a c T b I I . BjiHHHiie y r i o B o a c k o p o c t h pa3M 0Jii.H 0ii CHCTeMu Ha e t 1lp0H 3B0AHTejIbH0CTb H p a 3 X 0 A 3H eprH H Ha pa3M0JI

P e 3 jo m e

IlpeAciaB^HiOTCH p e 3 y j ib ia T H h3m@p6h hA bjihhhhh y r j io B o ii c k o p o c t h moabjibhoîî KOJlbUeBO-DapOBOii pa3M0JIBH0A CHCTeMH Ha e ë npOH3BOAHTejtbHOCTb H p a 3 X 0 A 3 H e p - ritH Ha pa3M 0Ji K aM eH H oro y ran a a a AByx e r o M apoK , oiA H 'iaiom H xc.a r p a H y x o M e - TpHHeCKHM co cT a B O M . FIocTaBjieHH Ha o S o y a u e H H e n o jiy g eH H H e p e 3 y A b i a T H , hx hh- T ep n p eT a iiH H u ci>H3HHeCKoa tohkh 3peH H H { CAejiaHH b h b o a u. y cT a H O B jien o , h to Dp0H3B0AHT6JIbH0CTb OHCTeMH HOBHEaeTCH npH6jIH3HTeAbH 0 IlponopUHOHaXbHO yiV IO - b oK c k o p o c t h, ho TOAbKo AO o n p e A e x ë H H o r o n p e x e x a , n o c x e n e r o OHa CTaôH JiH - 3 ! ip y e T c a Ha iioctohhhom y p o B H e .

THE INFLUENCE OF THE GRINDING SYSTEM ANGULAR VELOCITY ON ITS THROUGHPUT AND ENERGY CONSUMPTION FOR MILLING

Part II.

S u m m a r y

The results of measurements of the influence of the angular velocity of ring-ball model grinding system on its throughput and energy consumption for bituminous coal grinding for two types of coal differing in grain com­

position have been shown. The obtained results have been discussed, inter­

preted and conclusions have been drawn. It has been stated that the through­

put increases approximately proportionally together with the growth of angu­

lar velocity to a certain limit and afterwards shows the tendency to stabi­

lization.