автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование рациональных параметров установки для первичного измельчения смерзшегося и крупнокускового твердого топлива для тепловых электростанций

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ПОЛОСИН Дмитрий Юрьевич

УДК 622.232: 621.311.22

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЕРВИЧНОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ СМЕРЗШЕГОСЯ И КРУПНОКУСКОВОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Специальность 05.05.06 - "Горные машины"

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук Г.П. Берлявский

Москва - 1999

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................4

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Восстановление сыпучести угля путем первичного

измельчения.........................................................................8

1.2. Анализ существующих средств первичного измельчения...............13

1.3. Принцип действия установки и основные

технические данные..............................................................19

1.4. Типы и формы резов и их сравнительная характеристика...............28

ВЫВОДЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.................................33

II. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЕРВИЧНОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ СМЕРЗШЕГОСЯ И КРУПНОКУСКОВОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

2.1. Общие положения................................................................35

2.2. Методические основы определения требуемой величины производительности оборудования для первичного

измельчения твердого топлива.................................................39

2.3. Анализ производительности...................................................42

2.4. Определение затрат времени на выполнение

операций рабочего цикла установки........................................46

ВЫВОДЫ...............................................................................51

III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ РЕЗАНИЮ СМЕРЗШЕГОСЯ УГЛЯ

3.1. Общие сведения и применяемая аппаратура .

3.2. Проведение экспериментов и их результаты .

3.3. Распределение экспериментальных значений

60

сопротивляемости смерзшегося угля резанию

65

ВЫВОДЫ

73

IV. КОНСТРУКТИВНЫЕ И РЕЖИМНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЕРВИЧНОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ СМЕРЗШЕГОСЯ И КРУПНОКУСКОВОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

4.1. Определение количественных значений параметров разрушения смерзшегося угля при изменении

частоты вращения режущей фрезы............................................74

4.2. Расчет нагрузок на резцах и исполнительном

органе установки..................................................................79

4.3. Анализ нагрузок, действующих на исполнительный орган, и рекомендации по выбору режимных

параметров его работы...........................................................89

4.4. Производительность установки................................................92

ВЫВОДЫ

97

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

100

ЛИТЕРАТУРА

103

ВВЕДЕНИЕ.

Ежегодно магистральным железнодорожным транспортом перевозится 270 млн. т. углей для энергетики и переработки на обогатительных фабриках. Стоимость сожженного топлива может достигать до 65% себестоимости выработанной электростанцией электроэнергии. Кроме этого, 8-10% себестоимости составляет стоимость приема, разгрузки и измельчения твердого топлива.

В бункеры котельной уголь должен подаваться в пылевидном состоянии, где происходит его полное сжигание. Для измельчения уголь подается в мельницы или дробильные установки размером не более 350*350мм.

При открытом способе добычи угля с использованием мощных одноковшовых и роторных экскаваторов на тепловые электростанции (ТЭС) во все периоды года поступают негабаритные куски угля размером 600-1500мм и более. При перевозке угля железнодорожным транспортом в зимнее время уголь систематически смерзается. Поэтому перед измельчением в мельницах уголь необходимо подвергать первичному измельчению после выгрузки из железнодорожных полувагонов.

До недавнего времени выгруженный уголь на электростанциях измельчался вручную при помощи пневматических отбойных молотков. Но этот процесс требует больших затрат времени и является дорогостоящим. В последнее время для электростанций стали разрабатываться установки первичного измельчения угля. Но эти установки имеют целый ряд существенных недостатков.

Исходя из вышеизложенного, создание эффективно работающей установки для первичного измельчения смерзшегося и крупнокускового

твердого топлива для тепловых электростанций является в настоящее время актуальной задачей.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом НИР МГГУ "Создание установки для первичного измельчения смерзшегося и негабаритного твердого топлива".

Цель работы. Обоснование рациональных параметров установки, позволяющих повысить эффективность первичного измельчения смерзшегося и крупнокускового твердого топлива.

Идея работы. Параметры установки, в первую очередь режимные и конструктивные параметры ее исполнительного органа, должны обеспечивать требуемую производительность установки и разрушение смерзшегося угля с минимальными энергозатратами.

Научные положения, разработанные соискателем и их новизна:

- зависимости для расчета требуемой производительности комплекса и установки для первичного измельчения смерзшегося и крупнокускового твердого топлива, исходя из суточной потребности ТЭС в угле, на основе которых определены параметры установки, обеспечивающие первичное измельчение топлива, находящегося на приемной решетке бункера за один рабочий ход;

- впервые определена сопротивляемость резанию смерзшегося угля, подвергающегося первичному измельчению на ТЭС, необходимая для расчета величины нагрузок на рабочем инструменте установке;

- зависимость необходимой потребной мощности на исполнительном органе установки от частоты его вращения, позволяющая выбирать режим работы с учетом удельных энергозатрат процесса разрушения смерзшегося топлива.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Обеспечивается представительным объемом

экспериментальных данных, позволивших определить сопротивляемость резанию смерзшегося угля и затраты времени на выполнение отдельных операций рабочего цикла установки, с доверительной вероятностью не менее 0,9 и величиной относительной ошибки не более 0,1, а также определением параметров разрушения и усилий на рабочем инструменте установки с использованием апробированной методики ИГД им. A.A. Скочинского.

Значение работы. Научное значение заключается в:

установлении необходимой величины производительности комплекса и установки для первичного измельчения смерзшегося и крупнокускового твердого топлива и определении параметров установки, обеспечивающих ее производительность;

- получении аналитических зависимостей необходимой потребной мощности и удельных энергозатрат процесса разрушения смерзшегося топлива от частоты вращения исполнительного органа установки.

Практическое значение:

- обоснованы рациональные параметры разрушения смерзшегося твердого топлива и рекомендованы параметры установки, обеспечивающие эффективную работу при первичном измельчении смерзшегося и крупнокускового твердого топлива на ТЭС;

- определены фактические значения величины сопротивляемости резанию смерзшегося угля для обоснованного расчета нагрузок на исполнительном органе установки.

Реализация выводов и рекомендаций.

Рекомендации по обоснованию рациональных параметров установки и расчету ее производительности переданы в НПП "Прочность" занимающегося разработкой конструкций установок для первичного измельчения смерзшегося и крупнокускового угля для ТЭС РАО ЕЭС.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Международном симпозиуме "Горная техника на пороге XXI века" (1996), на научно-техническом совете Ш111 "Прочность" (1998).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 печатных работы.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 108 страницы текста, включая 21 рисунок и 11 таблиц. Список использованных источников из 57 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность зав.кафедрой ГМО проф. Л.И. Кантовичу, проф. В.Н. Гетопанову за помощь в работе.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Восстановление сыпучести угля путем первичного

измельчания.

При транспортировке в зимнее время на тепловые электростанции (ТЭС), работающие на твердом топливе, уголь в открытых полувагонах смерзается.

Под смерзшимся углем понимается такое его состояние, при котором полностью или частично теряются свойства сыпучести. Главной причиной смерзания и промерзания углей является наличие так называемой поверхностной влаги. При низких температурах она превращается в лед, цементируя уголь в монолит.

Одним из важнейших условий надежного выполнения графика нагрузки ТЭС является бесперебойная подача топлива к парогенераторам, обеспечиваемая комплексом устройств и механизмов топливоподачи и пылеприготовления. При поступлении смерзшегося топлива со снегом большинство устройств и механизмов топливоподачи работает ненадежно, со сниженной производительностью вплоть до полного прекращения подачи топлива.

С целью повышения экономичности и надежности работы основное оборудование электростанций за последние годы значительно усовершенствовано. Оборудование тракта топливоподачи не обеспечивает необходимой надежности работы при смерзании поступающего топлива. В связи с этим на многих электростанциях топливоподача является наименее надежным звеном в общей технологической цепи оборудования с самой

низкой производительностью труда, хотя здесь занято 25—30% всего персонала [1].

На современных электростанциях расход топлива достигает нескольких тысяч тонн в час, и бесперебойная его подача возможна только при полной механизации всех процессов. Выгрузка топлива из железнодорожных полувагонов на электростанциях может производиться при помощи роторных вагоноопрокидывателей.

При этом выгрузке топлива из полувагонов предшествует тепловой разогрев в размораживающих устройствах (гаражах-тепляках), куда перед разгрузкой подаются целые партии полувагонов. Тепловой разогрев должен обеспечивать разгрузку полувагонов без последующей зачистки.

Рис. 1.1. Схема приемного устройства с щелевым бункером: 1 — разгрузочный стол; 2 — полувагон; 3 — решетка бункера;

4 — бункер.

Рис.1.2. Схема приемного устройства с роторным вагоноопрокидывате лем: 1 -решетка бункера; 2-роторный вагоноопрокидыватель; 3 - полувагон; 4 - бункер.

В настоящее время существуют различные способы и средства механизации для восстановления сыпучести смерзшихся грузов [2]. Применительно к твердому топливу существуют следующие способы восстановления его сыпучести [3], которые могут быть классифицированы согласно приведенной на рис. 1.3 схеме. Они включают в себя:

1. Механическое рыхление;

2. Тепловой разогрев;

3. Первичное измельчение.

Недостатками механического рыхления являются: низкий КПД, ограниченная производительность, износ узлов и соединений подвижного

Рис. 1.3. Классификация способов восстановления сыпучести смерзшихся грузов.

состава, из-за чего уменьшается срок службы полувагонов, необходимость ручной зачистки полувагонов после выгрузки топлива.

Тепловой разогрев смерзшегося топлива в гаражах-тепляках, куда перед разгрузкой подаются целые партии полувагонов, обеспечивает гарантированную разгрузку полувагонов, но требует больших капитальных и эксплуатационных затрат, имеет ограниченную производительность, вызывает значительные простои полувагонов под разогревом. Кроме того, тепловой разогрев не решает проблемы, возникающие при сверхнормативной крупности угля.

При первичном измельчении также используется тепловой разогрев, но не столь продолжительного действия, а только на время необходимое для размораживания угля от стенок полувагонов для лучшей разгрузки и устранения ручной зачистки после выгрузки.

Первичное измельчение производится в холодное время года, при смерзании топлива крупными глыбами, а также при поступлении топлива в любое время года сверхнормативной крупности. Например, при установленных предельных размерах кусков угля, равного 300-350мм, с разрезов при открытой добыче угля поступают куски размером 1500мм и более. Такой уголь необходимо измельчать до 200—300мм, чтобы обеспечить его проход через решетку бункера приемного устройства.

Создание и внедрение эффективных средств для первичного "грубого" измельчения было необходимо для решения двух важных вопросов: упразднения тяжелого ручного труда (разрушения крупнокускового топлива и смерзшейся массы пневматическими отбойными молотками) и повышения качества разрушения.

Решение этих вопросов позволит уменьшить вероятность повреждения оборудования по тракту топливоподачи крупными кусками угля или

породы и значительно улучшить условия работы дробильных установок "тонкого" дробления.

Для электростанций, оснащенных вагоноопрокидывателями, проектными организациями первоначально предусматривались дискозубчатые дробилки, которые размещались ниже приемных бункеров.

Более эффективными для первичного измельчения оказались дробильно-фрезерные машины, устанавливаемые на решетках приемных бункеров. Первоначально изготовленные кустарным способом на Средне-Уральской ГРЭС при освоении экибастузского угля машины этого типа были впоследствии конструктивно переработаны в Уральском отделении ОРГРЭС; усовершенствованы и приняты в серийное производство.

В настоящее время более 300 дробильно-фрезерных машин типа ДФМ-11 и ДФМ-11А работают на электростанциях, оборудованных роторными вагоноопрокидывателями [3].

1.2 Анализ существующих средств первичного измельчения.

Дробильно-фрезерные машины передвигаются на колесах по рельсовому пути, проложенному по краям бункера над его приемной решеткой перпендикулярно оси ротора вагоноопрокидывателя. Они имеют горизонтально расположенный вращающийся барабан с установленными на его поверхности режущими элементами. При перемещении машины крупные куски и смерзшееся топливо, лежащее на решетках, должны разрушаться режущими элементами вращающегося барабана и проваливаться сквозь решетку в бункер-накопитель [4].

Рама машины представляет собой механическую сварную конструкцию и состоит из двух щек - правой и левой, которые соединены листами,

образуя ограждения фрезы, днище, моторные отсеки и отсеки для балласта.

Механизм передвижения обеспечивает перемещение машины по рельсам при помощи электродвигателя типа МТКЗ-ЗП-8, мощностью 7,5кВт, редуктора Ц2-400 и открытой зубчатой передачи, которая передает движение на колеса, находящиеся на раме.

Фреза представляет собой барабан с приваренными режущими элементами. Барабан фрезы выполнен из толстостенной трубы, на концах которой приварены ступицы. К посадочным местам ступицы крепятся цапфы, которые устанавливаются на опорные подшипники фрезы.

Фреза приводится во вращение двумя приводами, расположенными симметрично относительно средней опоры рамы.

Очиститель рельсов закреплен болтами к раме и служит для зачистки головок рельсов перед колесами от угольной пыли.

Техническая характеристика.

1. Габаритные размеры:

- длина, мм..........

- ширина, мм........

- высота, мм.........

3360

6000

910

2. Колея, мм..............................

3. База, мм...............................

4. Фронт измельчения, мм...........

5. Частота вращения фрезы, об/мин

6. Диаметр фрезы, мм.................

7. Скорость подачи, м/мин...........

5810

2000

6000

800

8. Тяговое усилие (расчетное), кН с балластом

.850 10,3 ..45

9. Масса, кг..............................................................23440

10.С балластом..........................................................30000

Перед началом работы ДФМ-11А находится в исходной позиции: решетка бункера освобождена от твердого топлива, а вагоноопрокидыватель занимает нормальное положение, при котором вагон может подаваться под разгрузку.

Во время разгрузки полувагона, когда крупные куски и смерзшееся топливо скапливается на решетке, помощник машиниста вагоноопрокидывателя производит включение машины в работу. Вначале происходит включение привода барабана, после этого включается механизм передвижения. При этом вагоноопрокидыватель должен находиться в исходном положении.

В конце пути машины установлен концевой выключатель, который переключает электродвигатель механизма передвижения, происходит реверс двигателя и машина возвращается в исходное положение.

При возвращении машины в исходное положение происходит отключение двигателя механизма передвижения, двигатель привода барабана отключается помощником машиниста вагоноопрокидывателя по мере необходимости.

После этого цикл повторяется.

Опыт эксплуатации дробильно-фрезерных машин показал, что они не лишены недостатков конструктивного и эксплуатационного характера, вследствие чего не обеспечивается необходимый уровень их надежности и эффективности.

Из-за небольшого вылета резцов и нерационального их размещения поверхность барабана приходит в соприкосновение с углем по всей длине

и вызывает силу сопротивления большую, чем тяговое усилие при