Обоснование рациональных параметров установки для первичного измельчения смерзшегося и крупнокускового твердого топлива для тепловых электростанций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Полосин, Дмитрий Юрьевич

• Полосин, Дмитрий Юрьевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Полосин, Дмитрий Юрьевич

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Восстановление сыпучести угля путем первичного

измельчения

1.2. Анализ существующих средств первичного измельчения

1.3. Принцип действия установки и основные

технические данные

1.4. Типы и формы резов и их сравнительная характеристика

ВЫВОДЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

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

2.1. Общие положения

2.2. Методические основы определения требуемой величины производительности оборудования для первичного

измельчения твердого топлива

2.3. Анализ производительности

2.4. Определение затрат времени на выполнение

операций рабочего цикла установки

ВЫВОДЫ

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

4.2. Расчет нагрузок на резцах и исполнительном

органе установки

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

параметров его работы

4.4. Производительность установки

ВЫВОДЫ

97

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

100

ЛИТЕРАТУРА

103

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование рациональных параметров установки для первичного измельчения смерзшегося и крупнокускового твердого топлива для тепловых электростанций»

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.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Полосин, Дмитрий Юрьевич

Выводы.

1. Получены количественные значения параметров разрушения смерзшегося угля при различных величинах частоты вращения исполнительного органа установки (табл.4.1), которые явились исходными для расчета сил резания и подачи на исполнительном органе.

2. Получены результаты расчета (варианты № 1 - № 6) нагрузок на резце и исполнительном органе при различных величинах частоты вращения и представлены варианты схем расстановки резцов двух типов - РКС и ЗР4.80.

3. Выполнен анализ нагрузок, действующих на исполнительный орган. Из рассмотренных вариантов возможных параметров установки предпочтительными являются варианты расчета № 5 и № 6 при частоте вращения бОоб/мин или 1с"1.

Вариант № 5:

- окружная сила на и.о., Н.92082,0

- крутящий момент на валу и.о., Н*м.34991,2

- мощность на резание, кВт.252,7

- мощность на подачу, кВт.9,1

- энергоемкость, кВт*ч/т.0,23

Вариант № 6:

- окружная сила на и.о., Н.78091,5

- крутящий момент на валу и.о., Н*м.29674,8

- мощность на резание, кВт.214,3

- мощность на подачу, кВт.10,1

- энергоемкость, кВт*ч/т.0,2

4. В качестве аналога для привода исполнительного органа предложены редукторы режущей части и электродвигатели очистного комбайна 2ГШ68Б.

5. Выполнен расчет производительности установки при следующий параметрах:

- рабочая скорость подачи Уп=3,6м/мин;

- маневровая скорость подачи Уп=6м/мин;

- диаметр и.о. Вио=0,76м;

- длина рабочего хода 1ио=5,5м;

- высота разрушаемого слоя Ьсл=0,938м;

- время рабочего цикла установки 1ц=3,8мин. Получены значения производительности установки:

- теоретическая - С)=1178т/ч или 19,6т/мин;

- техническая - СХГ=518,3т/ч или 8,64т/мин;

- эксплуатационная -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи - обоснования рациональных параметров установки, что позволяет повысить эффективность работы комплекса первичного измельчения смерзшегося и крупнокускового твердого топлива для тепловых электростанций.

На основе выполненных аналитических и экспериментальных исследований были получены следующие основные выводы и практические результаты.

1. Производительность комплекса и установки для первичного измельчения смерзшегося и крупнокускового твердого топлива определяется исходя из суточной потребности ТЭС в угле и необходимости первичного измельчения топлива, выгруженного при помощи вагоноопрокидывателя на приемную решетку бункера, за один рабочий цикл установки.

2. Исследования продолжительности операций рабочего цикла дробильно-фрезерной машины ДФМ-11А на действующей ТЭС показали, что средние значения затрат времени на выполнение вспомогательных операций не связанных с режимными параметрами машины, которые использованы при определении производительности установки, составили: время обмена вагонов в роторном вагоноопрокидывателе не превышает в среднем 60с; среднее время работы вагоноопрокидывателя составляет 45с; время реверса электродвигателя равно 6с.

3. Экспериментальные исследования по определению сопротивляемости резанию смерзшегося (при температуре от -15° до -20°С) угля Кузнецкого бассейна позволили установить, что средняя величина сопротивления резанию, с доверительной вероятностью 0,9 при величине относительной ошибки не более 0,1, не превышает в среднем 100кН/м.

4. Рациональными параметрами разрушения смерзшегося твердого топлива, при которых обеспечиваются наименьшие значения суммарной потребной мощности и энергоемкости процесса, являются максимальная глубина резания 6см, средняя глубина резания 3,82см, шаг резания 6см при частоте вращения исполнительного органа бОмин"1. При этом для тангенциальных резцов РГ401 и радиальных Р0.80 суммарная потребная мощность на исполнительном органе составляет соответственно 261,8 и 224,4кВт, а удельные энергозатраты 0,23 и 0,2кВт*ч/т.

5. В результате расчета и выполненного анализа нагрузок, действующих на исполнительный орган, с учетом размеров приемных бункеров, рекомендуются следующие параметры установки:

Диаметр исполнительного органа, м.0,76

Ширина захвата исполнительного органа, м.5,286

Расстояние между осями головок рельсов, м.5,71

Длина рабочего хода установки, м.5,5

Рабочая скорость подачи исполнительного органа, м/мин.3,6

Маневровая скорость подачи исполнительного органа, м/мин.6

Число резцов на исполнительном органе, шт.80

В качестве аналога для привода исполнительного органа рекомендованы редукторы режущей части и электродвигатели очистного комбайна 2ГШ68Б.

6. Для предложенных конструктивных и режимных параметров установки для первичного измельчения смерзшегося и крупнокускового твердого топлива значения производительности составили: теоретическая производительность установки - (3=1178т/ч; эксплуатационная производительность установки - (Зэ=474т/ч; эксплуатационная производительность комплекса - (Зэк=948т/ч; суточная производительность комплекса - (Зсух=20856т/сут. 7. Рекомендации по обоснованию рациональных параметров установки и расчет ее производительности переданы в НПП "Прочность", занимающегося разработкой конструкций установок для первичного измельчения смерзшегося и крупнокускового угля для ТЭС РАО ЕЭС, что позволило обеспечить относительно небольшие удельные энергозатраты процесса разрушения смерзшегося твердого топлива составляющие 0,2-0,23кВт*ч/т при заданной производительности не менее 900т/ч.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Полосин, Дмитрий Юрьевич, 1999 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Механизация погрузочно-разгрузочных работ в условиях низких температур на промышленном железнодорожном транспорте. Обзорная информация, ЦНИИцветмет экономики и информации, М., 1975.

2.Берлявский Г.П., Пасько Б.И., Бойко Л.А., Саратов В.Е. Линия эффективной переработки горной массы. Рукопись депонирована в ЦНИЭИуголь, 1989, № 5033.

3. Берлявский Г.П. Новые методы и средства восстановления сыпучести твердого топлива. Рукопись депонирована в ЦНИЭИуголь, 1990, №5068.

4. Мадоян A.A., Берлявский Г.П., Пасько Б.И., Саратов В.Е. Повышение эффективности средств для резания негабаритных кусков и смерзшегося твердого топлива. Электрические станции, 1989, № 3.

5. Пасько Б.И., Берлявский Г.П., Бойко Л.А. Новые устройства для измельчения смерзшегося угля. Энергетик, 1989, № 5.

6. Правила техники безопасности при эксплуатации тепломеханического оборудования электростанций и тепловых сетей. Минэнерго СССР. М.: Энергоатомиздат, 1985.

7. Берлявский Г.П., Пасько Б.И., Бойко Л.А., Саратов В.Е. Эффективные средства первичного измельчения угля на тепловых электростанциях. - Киев: Техника, 1992.

8. Солод В.И., Гетопанов В.Н., Рачек В.М. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов - М.: Недра, 1982.

9. ОСТ 12.44.258-84. Комбайны очистные. Выбор параметров и расчет сил резания и подачи на исполнительных органах. Методика. Изд. официальное. Срок введения с 01.01.86.

10. Гетопанов В.Н., Рачек В.М. Проектирование и надежность средств комплексной механизации. М., Недра, 1986.

11. Шор Я.Б., Кузьмин Ф.И. Таблицы для анализа и контроля надежности. М.: Советское радио, 1968.

12. Гетопанов В.Н. Надежность горных машин и оборудования. Учебное пособие. М.: МГИ, 1990.

13. Позин Е.З., Меламед В.З., Тон В.В. Разрушение углей выемочными машинами. М., Недра, 1984.

14. Мерзляков В.Г., Позин Е.З., Линник Ю.Н. Отчет о научно-исследовательской работе 0143066000. Разработать метод оптимизации процесса разрушения угольного массива на основе изменения геометрических параметров расположения инструмента. Люберцы, ИГД им. A.A. Скочинского, 1993.

15. Топчиев A.B., Солод В.И., Гетопанов В.Н., Коваль П.В. Расчет производительности горных комбайнов. Методика расчета. М., Недра, 1965.

16. Чавчанидзе В.В., Кумсишвили В.А. Об определении законов распределения на основе малого числа наблюдений. Труды совещания "Применение вычислительной техники при автоматизации производства", 1960. М.:Машгиз, 1961.

17. Березин О.П. Определение законов распределения малых выборок методом прямоугольных вкладов. Доклады к научно-технической конференции по надежности судового оборудования. Вып. 65, НТО Судпрома, 1965.

18. Зайков В.И., Берлявский Г.П. Эксплуатация горных машин и оборудования. М., Изд. МГГУ, 1996.

19. Классификация по сопротивляемости резанию углей и угольных пластов основных бассейнов СССР. М., изд. ИГД им. A.A. Скочинского, 1997.

20. Кантович Л.И., Гетопанов В.Н., Берлявский Г.П. К проблеме создания средств первичного измельчения угля на тепловых электростанциях. /Труды Международного семинара "Проблемы и перспективы развития горной техники", - М.: Изд-во МГГУ, 1995.

21. Пасько Б.И., Берлявский Г.П., Бойко Л.А., Саратов В.Е. Установка первичного измельчения твердого топлива. Механизация и автоматизация производства, 1989, №11.

22. Берлявский Г.П. Первичное измельчение твердого топлива на обогатительных фабриках и тепловых электростанциях. Рукопись депонирована в ЦНИЭИуголь, 1989, № 5034.

23. Берлявский Г.П., Пасько Б.И., Бойко Л.А., Уварова Н.И. Результаты усовершенствования конструкции установки для первичного измельчения топлива. Энергетика и электрификация, 1990, № 1.

24. Берлявский Г.П., Пасько Б.И. Повышение надежности и долговечности машин для измельчения смерзшегося и кускового твердого топлива. Вклад науки в повышение надежности и долговечности машин и сооружений. Информационный сборник, Киев: Наукова думка, 1990.

25. Берлявский Г.П. Установка для резания смерзшегося твердого топлива. Промышленная энергетика, 1990, № 6.

26. Пасько Б.И., Зислин Ю.А. Расчетная оценка прочности зубчатых передач редуктора привода барабана установки для первичного измельчения угля. Рукопись депонирована в ЦНИЭИуголь, 1990, № 5076.

27. Мадоян A.A., Пасько Б.И., Бойко Л.А., Саратов В.Е. Эффективные средства первичной переработки угля. Энергетика и

электрификация. Серия тепловые электростанции. Экспресс-информ, 1990, № 9-10.

28. Берлявский Г.П., Пасько Б.И., Бойко JI.A. Новые устройства для измельчения угля на тепловых электростанциях. Энергетик, 1990, № 9.

29. Берлявский Г.П. Исследование разрушения смерзшегося топлива. Энергетик и электрификация, 1993, № 2.

30. Канцедалов В.Г., Гусев В.В. Об эффективных средствах измельчения смерзшегося и крупнокускового топлива на ТЭС. Энергетик, 1998, № 1.

31. Берлявский Г.П., Полосин Д.Ю. Определение нагрузок на единичном резце исполнительного органа установки для первичного измельчения смерзшегося и крупнокускового топлива. Труды международного симпозиума. Горная техника на пороге XXI века, М.: изд. МГГУ, 1996.

32. Берлявский Г.П. Надежные методы и средства первичного измельчения смерзшегося угля. Труды международной межвузовской научно-практической конференции. Надежность и качество горных машин и оборудования. М.: изд. МГИ, 1991.

33. Вороновский К.Ф., Пухов Ю.С., Шелоганов В.И. Горные, транспортные и стационарные машины. М.: Недра, 1985.

34. Солод В.И., Зайков В.И., Первов K.M. Горные машины и автоматизированные комплексы. М.: Недра, 1981.

35. Яцких В.Г., Имас А.Д., Спектор JI.A. Горные машины и комплексы. М.: Недра, 1984.

36. Гетопаков В.Н., Берлявский Г.П., Полосин Д.Ю. Определение сопротивляемости резанию смерзшегося угля, поступающего к потребителю. Сборник научных трудов. Технология и механизация горных работ. М.: изд. АГН, 1998.

37. Докукин A.B., Фролов А.Г., Позин Е.З. Выбор параметров выемочных машин. М.: Недра, 1976.

38. Миничев В.И. Угледобывающие комбайны. Конструирование и расчеты. М.: Машиностроение, 1976.

39. Хорин В.Н., Верклов Б.А., Ирклиевский В.Д. Определение производительности выемочных машин. М.: Недра, 1977.

40. Полосин Д.Ю. Исследование продолжительности операций для установки первичного измельчения смерзшегося угля на ТЭС. Рукопись депонирована в Горном информационно-аналитическом бюллетене, 1998, №5.

41. Длоугий В.В., Муха Т.И., Цупиков А.П., Януш Б.В. Приводы машин. Справочник, Л.: Машиностроение, 1982.

42. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Высшая школа, 1978.

43. Чернавский A.C., Ицкович Г.М., Боков К.Н., Чернин И.М., Чернилевский Д.В. Курсовое проектирование деталей машин. М.: Машиностроение, 1979.

44. Берлявский Г.П. Технические решения и опыт эксплуатации установки для резания смерзшегося твердого топлива. Энергетика и электрификация, 1988, № 4.

45. Мадоян A.A., Зайцев П.К., Саратов В.Е., Цяпа Н.Ф., Берлявский Г.П. Машина дробления смерзшихся углей. Тезисы докладов областной научно-практической конференции. Эффективность сжигания низкосортных Донецких углей в энергетических котлах. Горловка, 1987.

46. Пасько Б.И., Бойко Л.А., Саратов В.Е. Особенности конструкции установки для первичного измельчения твердого топлива. Рукопись депонирована в ЦНИЭИуголь, 1989, № 5034.

47. Гетопанов В.Н., Берлявский Г.П., Полосин Д.Ю. Определение производительности оборудования для первичного измельчения смерзшегося и крупнокускового угля, поступающего на тепловые электростанции. Горный информационно-аналитический бюллетень, изд. МГГУ, 1998, №5.

48. Пасько Б.П., Бойко JI.A. Новые инженерные решения при создании средств первичного измельчения угля на ТЭС. Энергетика и электрификация, 1990, № 3.

49. Берлявский Г.П. Комбинированный способ восстановления сыпучести смерзшегося топлива. Энергетика и электрификация, 1991, № 4.

50. Чернов А.Б. Основы методологии проектирования машин. М.: Машиностроение, 1978.

51. A.C. 1165784 СССР, МКИ Е 21С 37/24. Пика отбойного молотка.

52. Бойко JI.A. Расчет данных для оценки вариантов конструкции установок измельчения смерзшегося угля. Энергетика и электрификация, 1992, № 2.

53. Пасько Б.И., Бойко JI.A. О новых приемных разгрузочных устройствах для ТЭС. Энергетик, 1991, № 7.

54. Головков Ю.П. Дробление твердого топлива на тепловых электростанциях. М.: Энергоатомиздат, 1985.

55. Михайлов Н.М., Шарков А.Т. Физические свойства топлива и борьба с затруднениями на топливоподаче электростанций. М.: Энергия, 1972.

56. Филыптинская Э.П., Москвин А.И., Ашмарина Г.И. Дробление угля на электростанциях. Электрические станции, 1989, № Г

57. Шаранович Г.А. Комплексная механизация и автоматизация выгрузки твердого топлива на электростанциях. Л.: Энергия, 1978.