本文分析了球磨機料位與球磨機功率的關系，提出優化運行區，并分析了與習慣運行區的差別，指出磨煤機經濟運行問題就是更好料位的控制問題。

1、優化運行區及功率特性 

球磨機的功率-料位特性見圖 1。曲線 1 為球磨機的功率，空載即料位為 0，此時功率為較大功率的 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、噪音的大小成正比。煤功率與煤產量成正比。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 球磨機功率—料位特性

隨著球磨機內料位的增高，球磨機功率也相應增加，球磨機的產量也相應提高，因此給料量與產量可以隨時平衡，球磨機的工作狀態是自穩的。當料位繼續增至某一值時，球磨機功率達到更大。隨著料位進一步提高，功率下降，產量卻繼續提高。當產量達到更大值，料位繼續增加，則球磨機功率和產量均下降。由于料位升高產量反而下降，球磨機的工作狀態是不自穩的。因此不能工作在手動狀態。 在手動方式下，球磨機只能工作在功率較大點的左側，實際上由于料位沒有靈敏可靠的測量手段，實際運行點遠達不到較大出力點。這就是習慣運行方式的缺陷。在料位曲線上的相應區域稱之為習慣運行區，在這個區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。

較大出力點右側磨煤機消耗功率比習慣運行區小，產量卻比習慣運行區大。在這個區域鋼球的能量不足 25%是無效的。但是磨煤機在這個狀態下的工作是不自穩的，只有在自動控制條件下才能正常工作。這個區域我們定之為優化運行區。從以上分析可以知道，優化運行區與習慣運行區的實際差別就是料位高，或者說是“存煤煤大”。磨煤機內的煤量直接影響的磨煤機功率、產量和無效損耗。只要控制料位在適當位置，磨煤機消耗的無效功率更小，產量發反而提高。所以磨煤機經濟運行問題就變成了更好料位的控制問題。

2、球磨機料位自動裝置

陜西天安智能技術有限公司生產的音頻球磨機料位自動裝置，是在球磨機優化運行的理論建立起來的。料位是指球磨機運行時的載料量，即磨煤機內煤的體積減去鋼球所占容積之比。這種監控系統的目的不在于精確地測量料位，而在于通過自動控制使球磨機運行在更好的料位下。監控系統的核心設備是 TCS-200 球磨機料位監控裝置，該裝置是基于較好的 MCS-96 系列單片機的智能型裝置。通過安裝在球磨機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行預處理，通過 A/D 轉換變為數字信號，單片機的微處理器對數字信號進行處理，得到料位的標征量，實現料位的測量，且很好地解決了抗干擾問題，因此測量結果不受周圍環境噪音的影響。裝置輸出控制信號給給料機控制執行機構，控制給料機給料速度，實現給料自動。并通過特有的自尋優功能實現球磨機料位定值、較大出力或經濟運行。同時該裝置還具有料位及相關量的越限報警功能，使系統十分可靠。

當手操器在手動裝置時，裝置處于手動方式，給料速度由運行人員用手操器給定。當手操器在自動方式時，裝置處于自動方。通常使用兩種自動方式：一是經濟自尋優控制，通過面板可以設置經濟出力控制方式，在球磨機和給料機均處于合閘狀態，將手操器切到自動位置，系統即進入相應的自尋優控制方式，即球磨機在不同物料質地、濕度線度，隨時保持較好的料位，使球磨機運行在經濟狀態，經濟狀態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，通過面板可以設置料位定值控制方式、給定值、PID 方式和 PID 參數，在球磨機和給料機均處于合閘狀態時，將手操器切到自動位置，系統即進入料位定值控制方式。

料位定值控制方式可以根據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。料位及料位相關量超出通過主機面板給定的上下限時，主機將發出越限報警信號，包括前面板異常指示和外部聲光報警。引入相關量是為了實現監控系統的信號冗余，以保證即使音頻料位測量失敗也不可能導致制粉系統事故。

3）制粉系統優化運行 

華能威海電廠#2 爐甲、乙磨煤機采用濟南重型機械廠制造的 GM320/580 型球磨機。主要參數：轉速 18.46r/min，較大裝球量 55t，出力 38t，電機型號 Y500-64-6，電機功率 800kW，定子參數 6kV91.6A。1999 年第四季度利用#2 爐小修機會，在甲、乙磨煤機上采用陜西天安智能技術有限公司生產的音頻球磨煤機料位自動裝置，通過威海電廠對磨煤機出入口軸封進行密封改造、對制粉系統進行優化調整（見表 1），使該系統運行取得顯著經濟效益。 改造后，實現了給煤量自動調節，同時實現了溫度、通風量和負壓的穩定運行，簡化運行操作。以磨煤機料位自動監控為基礎，對主要運行參數實現了嚴格的定量標準和有效的控制手段，實現了制粉系統規范化運行。通過制粉系統優化調整，使磨煤機長期穩定地工作在高料位區域，即優化運行區。不僅減少了鋼球裝載量，而且保證了制粉系統在更好的工況下運行，降低了單耗和鋼耗，延長了設備使用壽命。另外料位自動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 制粉系統優化運行參數

4）經濟效益分析

該項技術使#2爐磨煤機始終處在更好的工況下運行，降低了磨煤機單耗，見表2。

表 2 改造前后#2爐磨煤機分月單耗實際統計（kWh/t煤）

改造前的 1998 年平均磨煤機單耗 23.21 kWh/t 煤，改造后的 2001 年平均磨煤機單耗17.41 kWh/t煤，降低單耗 5.8 kWh/t煤。按年耗煤量 25 萬t計算，年節電量約145 kWh。