EP0745427B1 - Dispositif de surveillance d'un broyeur à boulets - Google Patents

Dispositif de surveillance d'un broyeur à boulets Download PDF

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EP0745427B1
EP0745427B1 EP96401133A EP96401133A EP0745427B1 EP 0745427 B1 EP0745427 B1 EP 0745427B1 EP 96401133 A EP96401133 A EP 96401133A EP 96401133 A EP96401133 A EP 96401133A EP 0745427 B1 EP0745427 B1 EP 0745427B1
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EP
European Patent Office
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grinder
balls
coal
wear
jacket
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EP96401133A
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German (de)
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EP0745427A1 (fr
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Daniel Fontanille
Jacques Barbot
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Alstom Power Boiler SA
Original Assignee
Alstom Energy Systems SA
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/18—Details
    • B02C17/1805—Monitoring devices for tumbling mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C25/00—Control arrangements specially adapted for crushing or disintegrating

Definitions

  • the present invention relates to a device for monitoring of a ball mill.
  • a device for monitoring a ball mill with a cylindrical casing containing a mass of balls which are arranged during the rotation of the mill at its normal speed between two generators (l b , l b ') spaced apart by a minimum angle ⁇ min and a maximum angle ⁇ max and a mass of coal which is disposed during the rotation of the mill at its normal speed between two generators (l c , l c ') spaced by an angle ⁇ , comprising a transmitter waves, chosen from electromagnetic waves, which can be placed inside the grinder and means for receiving such waves.
  • a first system is based on the variation of the measurement of the power absorbed by the electric motor causing the rotation of the ball mill. This method is not very sensitive; in addition, it requires recalibration frequent depending on the wear of the balls or the addition of new balls.
  • Pneumatic probes each comprising a pneumatic hose, one end of which is inserted at inside the grinder, allow measurements to be made the pressure difference between two levels; we can deduce the amount of coal in the grinder.
  • level sensors are installed in a hostile environment (coal dust, falls of balls, risk of blockage, etc.) making the risk significant breakdowns; the probes are connected to a cabinet complex, and therefore expensive, maintenance tire expensive. The availability of such a system is average.
  • Another system is based on noise measurement emitted by the crusher. This method has the disadvantage to provide a signal very dependent on the flow rate of the mill, the size of the pieces of coal introduced, the quantity of balls present in the grinder and the wear of armor plates fitted to the internal walls of the mill.
  • the object of the invention is to provide a device for monitoring of a ball mill, which allows the continuous control of these three parameters (quantity of coal, quantity of balls, wear of the envelope) using sensors outside the polluting atmosphere of inside the grinder and independent of the grinding medium.
  • the device according to the invention also allows a reliable direct measurement of these parameters.
  • the receivers of the compliant monitoring device to the invention are associated with electronic circuits for determining parameters corresponding to the quantity of balls, the amount of charcoal and wear of the shell and are disposed as defined by claim 1.
  • Figure 1 is a longitudinal sectional view of a coal grinding plant equipped with the surveillance according to the invention.
  • Figure 2 is a sectional view along line II-II of Figure 1 of a first embodiment of the monitoring device according to the invention.
  • Figure 3 is an electronic circuit diagram of the monitoring device according to the invention.
  • Figure 4 is a sectional view along line II-II of Figure 1 of a second embodiment of the device monitoring according to the invention.
  • Figure 5 is a graph representing the signal of surveillance obtained using the device shown in the figure 4.
  • Figure 1 schematically shows a coal grinding plant comprising at least one feed device 10 supplying coal a ball mill generally designated by the reference 20.
  • the feed device 10 comprises a hopper of storage 1 from which the coal 2 is extracted which is brought by a chain conveyor 3 placed in a box 4 and driven by a motor 5, at a first end of a pipe vertical 6.
  • the crusher 20 includes an envelope or ferrule cylindrical metallic 11 terminated by two portions conical 12 and 13 to which two are attached respectively pins 14 and 15 intended to support the ferrule.
  • the pins are placed respectively on two bearings 16 and 17 fitted with pads.
  • the crusher is rotated thanks to a toothed crown 18 cooperating with a pinion not represented driven by an electric gear motor not represented.
  • tubular portions 21 and 22 respectively provided with a screw of coaxial elastic Archimedes 23 and 24 and driven in rotation with the crusher.
  • Hot air is introduced through pipes 25 and 26 respectively inside the tubular portions 21 and 22 under a pressure of a few tens of hectopascals.
  • Coal arrives by gravity to through line 6, the second end of which opens out to the right of the tubular portion 22.
  • the coal arrives also on the other tubular portion 21 by a line 16 'of another supply device not represented.
  • Coal is entrained inside the mill by the rotation of Archimedes' screws 23 and 24.
  • the grinder is furnished with balls 27, for example of steel.
  • the balls crush the coal; fine particles of coal are entrained by hot air, in the annular spaces 28, 29 included respectively between the ferrules 14, 15 and the portions tubular 21, 22, and discharged to the burners by conduits 30 and 31.
  • the monitoring device includes a transmitter waves 33, chosen from electromagnetic waves, disposed inside the envelope 11. It is fixed and supported rotary for example in a socket carried by a arrangement of stays 36 welded inside the support tube of the Archimedes screw 23. Advantageously, it is arranged on the longitudinal axis of the envelope 11. Depending on the mode of preferred embodiment of the invention, it is a transmitter of gamma photons.
  • a receiver support assembly 34 arranged outside of envelope 11 and which will be specified more far.
  • Figure 2 is an enlarged sectional view of the envelope, in operation.
  • the mass of balls 27 offset by the rotation of the casing 11 in the direction of the arrow.
  • the mass of coal 32 resulting from the grinding overcomes this mass 27.
  • the mass of balls 27 is arranged during the rotation of the mill at its normal speed between two generators l b , l b 'spaced by an angle ⁇ comprised between a minimum angle ⁇ min and a maximum angle ⁇ max .
  • the coal mass 32 is arranged during the rotation of the mill at its normal speed between two generators l c , l c 'spaced by an angle ⁇ .
  • the transmitter 33 scans a wave beam inside of the envelope 11.
  • the signals generated by the receivers 34A and 34B allow to know the absorption zone total due to the presence of the balls 27 or at least check that this zone is greater than the minimum zone eligible.
  • the signal generated by the 34C receiver allows to measure the wear of the casing 11 by determining the absorption variation as a function of the thickness of envelope 11.
  • the signal generated by the 34D receiver allows to measure the quantity of coal 32 by determination of the variation in absorption across this mass 32, taking into account the variation due to the thickness envelope 11 determined by the receiver 34C.
  • Figure 3 schematically shows an example of electronic circuit for measuring the three parameters.
  • the electronic circuit for determining the quantity of balls includes associated with each receiver 34A, 34B a converter 40A, 40B and a linearizer 41A, 41B, the signals of each linearizer 41A, 41B being associated by summation 42A then linearized 43A to carry out the calculation of the quantity of balls 27 transmitted on a reading device 44A.
  • the electronic circuit for determining the wear of the envelope includes a 40C converter associated with a device for reading the degree of wear 44C.
  • the electronic circuit for determining the quantity of coal has a 40D converter whose signal is corrected by differentiation by the wear signal 41D of the envelope 11 measured at the output of the converter 40C.
  • a second embodiment is shown in the figure 4.
  • a wave receiver 34 disposed outside the envelope 11 rotates at a speed ⁇ around the longitudinal axis of the envelope 11 on a angular sector ⁇ greater than the encompassing angular sector ⁇ and ⁇ , the receiver 34 being associated with a circuit wear determination electronics grinder, the quantity of balls and the quantity of coal.
  • This signal represents the amplitude A of the wave received by the receiver 34 as a function of its position x when it traverses the angular sector ⁇ at the speed ⁇ .
  • the first zone D1 makes it possible to follow the wear of envelope 11, by determining the evolution of the curve.
  • the curve C2 represents a degree of wear compared to the initial curve C1.
  • the second area D2 allows you to control the amount of coal by monitoring the signal attenuation in function of the abscissa x1.
  • Curve C1 shows the evolution of the signal in the case of an empty mill, the set of curves C1 giving the appearance of this same signal as a function of carbon filling.
  • the third area D3 allows you to control the quantity balls 27 by measuring its length on the abscissa.
  • curve C2 represents a decrease in this quantity of balls compared to the initial curve C1.
  • such a signal can be read and allows thus continuously monitoring the three parameters that are the wear of the casing, the quantity of coal and the quantity of balls of the grinder.

Description

La présente invention se rapporte à un dispositif de surveillance d'un broyeur à boulets.
Elle concerne plus précisément un dispositif de surveillance d'un broyeur à boulets à enveloppe cylindrique, contenant une masse de boulets se disposant lors de la rotation du broyeur à sa vitesse normale entre deux génératrices (lb, lb') espacées d'un angle minimal αmin et d'un angle maximal αmax et une masse de charbon se disposant lors de la rotation du broyeur à sa vitesse normale entre deux génératrices (lc, lc') espacées d'un angle β, comportant un émetteur d'ondes, choisies parmi les ondes électromagnétiques, qui peut être disposé à l'intérieur du broyeur et des moyens récepteurs de telles ondes.
Lors de l'utilisation d'un broyeur à boulets, il est nécessaire de s'assurer en permanence que la quantité de charbon soit constante, de manière à assurer un broyage et un séchage optimaux. Si la quantité de charbon introduite est trop importante, le broyage est insuffisant et le séchage imparfait; si la quantité de charbon introduite est trop faible, la chaudière en aval est insuffisamment alimentée.
Des systèmes ont été envisagés pour estimer la quantité de charbon contenue dans un broyeur à boulets en fonctionnement.
Un premier système est fondé sur la variation de la mesure de la puissance absorbée par le moteur électrique entraínant la rotation du broyeur à boulets. Cette méthode est peu sensible; en outre, elle nécessite un réétalonnage fréquent en fonction de l'usure des boulets ou de l'adjonction de nouveaux boulets.
Un autre système est fondé sur l'utilisation de sondes de niveau. Des sondes pneumatiques, comprenant chacune un tuyau pneumatique dont une extrémité est introduite à l'intérieur du broyeur, permettent d'effectuer des mesures de la différence de pression existant entre deux niveaux; on peut en déduire la quantité de charbon se trouvant dans le broyeur. Cependant, les sondes de niveau sont installées dans un environnement hostile (poussière de charbon, chutes de boulets, risques de bouchage, etc...) rendant le risque de pannes important; les sondes sont reliées à une armoire pneumatique complexe, donc onéreuse, de maintenance coûteuse. La disponibilité d'un tel système est moyenne.
Un autre système est fondée sur la mesure du bruit émis par le broyeur. Cette méthode présente l'inconvénient de fournir un signal très dépendant du débit du broyeur, de la taille des morceaux de charbon introduits, de la quantité de boulets présente dans le broyeur et de l'usure des plaques de blindage équipant les parois internes du broyeur.
Il est également nécessaire de contrôler la quantité ou la masse des boulets présents dans le broyeur, ceux-ci s'usant jusqu'à atteindre une masse insuffisante non efficace. Du document DE-1939567, on connait des boulets qui sont chargés d'une source radioactive et dont le déplacement dans le broyeur est suivi par des capteurs pour contrôler le niveau de remplissage en boulets du broyeur.
Il existe certaines méthodes indirectes de suivi de l'évolution du bruit ou de la puissance électrique absorbée par le moteur électrique d'entraínement permettant par corrélation de connaítre la quantité de boulets. Toutefois, ces méthodes sont toutes indirectes et ne se fondent pas sur une mesure physique directe.
Il est enfin important de contrôler le degré d'usure de l'enveloppe d'un broyeur à boulets.
En effet, ce contrôle permet de s'assurer de l'efficacité des releveurs, parties longitudinales saillantes à l'intérieur de l'enveloppe du broyeur, dont dépend le bon malaxage du mélange du charbon et des boulets.
Le but de l'invention est de réaliser un dispositif de surveillance d'un broyeur à boulets, qui permette le contrôle en continu de ces trois paramètres (quantité de charbon, quantité de boulets, usure de l'enveloppe) à l'aide de capteurs extérieurs à l'atmosphère polluante de l'intérieur du broyeur et indépendants du milieu broyant.
Le dispositif conforme à l'invention permet de plus une mesure directe de ces paramètres qui soit fiable.
Pour ce faire, les récepteurs du dispositif de surveillance conforme à l'invention sont associés à des circuits électroniques de détermination des paramètres correspondants à la quantité de boulets, la quantité de charbon et l'usure de l'enveloppe et sont disposés telle que défini par la revendication 1.
L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant que des modes de réalisation préférés de l'invention.
La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une installation de broyage de charbon pourvu du dispositif de surveillance conforme à l'invention.
La figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 d'un premier mode de réalisation du dispositif de surveillance conforme à l'invention.
La figure 3 est un schéma de circuit électronique du dispositif de surveillance conforme à l'invention.
La figure 4 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 d'un second mode de réalisation du dispositif de surveillance conforme à l'invention.
La figure 5 est un graphe représentant le signal de surveillance obtenu grâce au dispositif représenté sur la figure 4.
Dans l'exemple décrit maintenant et représenté dans la figure 1, il est question d'un broyeur cylindrique avec alimentation par vis d'Archimède. Il est bien clair que l'invention s'applique à tout type de broyeurs à boulets (broyeurs biconiques par exemple) quel que soit le dispositif d'introduction du charbon à l'intérieur du broyeur.
La figure 1 représente schématiquement une installation de broyage de charbon comprenant au moins un dispositif d'alimentation 10 alimentant en charbon un broyeur à boulets globalement désigné par la référence 20.
Le dispositif d'alimentation 10 comprend une trémie de stockage 1 dont est extrait le charbon 2 qui est amené par un convoyeur à chaíne 3 placé dans un caisson 4 et entraíné par un moteur 5, à un première extrémité d'une tuyauterie verticale 6.
Le broyeur 20 comprend une enveloppe ou virole métallique cylindrique 11 terminée par deux portions coniques 12 et 13 auxquelles sont fixés respectivement deux tourillons 14 et 15 destinés à supporter la virole. Les tourillons sont posés respectivement sur deux paliers 16 et 17 munis de coussinets. Le broyeur est entraíné en rotation grâce à une couronne dentée 18 coopérant avec un pignon non représenté entraíné par un moto-réducteur électrique non représenté.
Dans l'axe des viroles 14 et 15 sont disposés deux portions tubulaires 21 et 22 munies respectivement d'une vis d'Archimède élastique coaxiale 23 et 24 et entraínées en rotation avec le broyeur. De l'air chaud est introduit par des canalisations respectivement 25 et 26 à l'intérieur des portions tubulaires 21 et 22 sous une pression de quelques dizaines d'hectopascals. Le charbon arrive par gravité à travers la canalisation 6 dont la seconde extrémité débouche au droit de la portion tubulaire 22. Le charbon arrive également sur l'autre portion tubulaire 21 par une canalisation 16' d'un autre dispositif d'alimentation non représenté. Le charbon est entraíné à l'intérieur du broyeur par la rotation des vis d'Archimède 23 et 24.
Le broyeur est garni de boulets 27, par exemple d'acier. Lorsque la virole tourne, les boulets écrasent le charbon; les particules fines de charbon sont entraínées par l'air chaud, dans les espaces annulaires 28, 29 compris respectivement entre les viroles 14, 15 et les portions tubulaires 21, 22, et évacuées vers les brûleurs par des conduits 30 et 31.
Le dispositif de surveillance comporte un émetteur d'ondes 33, choisies parmi les ondes électromagnétiques, disposé à l'intérieur de l'enveloppe 11. Il est fixe et supporté rotatif par exemple dans une douille portée par un agencement d'étais 36 soudés à l'intérieur du tube porteur de la vis d'Archimède 23. Avantageusement, il est disposé sur l'axe longitudinal de l'enveloppe 11. Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, il s'agit d'un émetteur de photons gamma.
Supporté par un châssis fixe 35, est disposé autour de l'enveloppe 11 un ensemble support de récepteurs 34 disposés à l'extérieur de l'enveloppe 11 et qui seront précisés plus loin.
La figure 2 est une vue agrandie en coupe de l'enveloppe, en fonctionnement. On distingue la masse des boulets 27, déportée par la rotation de l'enveloppe 11 dans le sens de la flèche. La masse de charbon 32 résultant du broyage surmonte cette masse 27. La masse de boulets 27 se dispose lors de la rotation du broyeur à sa vitesse normale entre deux génératrices lb, lb' espacées d'un angle α compris entre un angle minimal αmin et un angle maximal αmax. La masse de charbon 32 se dispose lors de la rotation du broyeur à sa vitesse normale entre deux génératrices lc, lc' espacées d'un angle β.
Selon le premier mode de réalisation représenté sur la figure 2, l'ensemble support 34 comporte quatre récepteurs:
  • un récepteur d'ondes 34A disposé face à la génératrice lb et un récepteur d'ondes 34B disposé face à la génératrice lb', correspondantes à l'angle αmin, le récepteur étant associé à un circuit électronique de détermination de la quantité de boulets,
  • un récepteur d'ondes 34C disposé à l'extérieur des secteurs angulaires αmax et β, le récepteur étant associé à un circuit électronique de détermination de l'usure de l'enveloppe,
  • un récepteur d'ondes 34D disposé dans le secteur angulaire β non commun au secteur angulaire α, le récepteur étant associé à un circuit électronique de détermination de la quantité de charbon.
L'émetteur 33 balaie un faisceau d'ondes à l'intérieur de l'enveloppe 11. Les signaux engendrés par les récepteurs 34A et 34B permettent de connaítre la zone d'absorption totale due à la présence des boulets 27 ou au moins de vérifier que cette zone est supérieure à la zone minimale admissible. Le signal engendré par le récepteur 34C permet de mesurer l'usure de l'enveloppe 11 par détermination de la variation d'absorption en fonction de l'épaisseur de l'enveloppe 11. Le signal engendré par le récepteur 34D permet de mesurer la quantité de charbon 32 par détermination de la variation d'absorption à travers cette masse 32, en tenant compte de la variation due à l'épaisseur de l'enveloppe 11 déterminée grâce au récepteur 34C.
La figure 3 représente schématiquement un exemple de circuit électronique de mesure des trois paramètres.
Le circuit électronique de détermination de la quantité de boulets comprend associé à chaque récepteur 34A, 34B un convertisseur 40A, 40B et un linéarisateur 41A, 41B, les signaux de chaque linéarisateur 41A, 41B étant associés par sommation 42A puis linéarisés 43A pour réaliser le calcul de la quantité de boulets 27 transmise sur un dispositif de lecture 44A.
Le circuit électronique de détermination de l'usure de l'enveloppe comprend un convertisseur 40C associé à un dispositif de lecture du degré d'usure 44C.
Le circuit électronique de détermination de la quantité de charbon comporte un convertisseur 40D dont le signal est corrigé par différenciation par le signal d'usure 41D de l'enveloppe 11 mesuré en sortie du convertisseur 40C.
Un second mode de réalisation est représenté sur la figure 4.
Selon ce mode de réalisation, un récepteur d'ondes 34 disposé à l'extérieur de l'enveloppe 11 tourne à une vitesse ω autour de l'axe longitudinal de l'enveloppe 11 sur un secteur angulaire δ supérieur au secteur angulaire englobant α et β, le récepteur 34 étant associé à un circuit électronique de détermination de l'usure de l'enveloppe du broyeur, de la quantité de boulets et de la quantité de charbon.
Ainsi, les éléments à surveiller et à observer sont "scannérisés" grâce à un système d'indexation de position en fonction des zones à observer et du type de mesure à réaliser.
Un exemple de signal obtenu grâce à ce dispositif de surveillance est représenté sur la figure 5.
Ce signal représente l'amplitude A de l'onde reçue par le récepteur 34 en fonction de sa position x lorsqu'il parcourt le secteur angulaire δ à la vitesse ω.
La première zone D1 permet de suivre l'usure de l'enveloppe 11, par détermination de l'évolution de la courbe. Par exemple la courbe C2 représente un degré d'usure par rapport à la courbe C1 initiale.
La seconde zone D2 permet de contrôler la quantité de charbon par surveillance de l'atténuation du signal en fonction de l'abscisse x1. La courbe C1' montre l'évolution du signal dans le cas d'un broyeur vide, le jeu de courbes C1 donnant l'allure de ce même signal en fonction du remplissage en charbon.
La troisième zone D3 permet de contrôler la quantité de boulets 27 par mesure de sa longueur en abscisses. Par exemple, la courbe C2 représente une diminution de cette quantité de boulets par rapport à la courbe initiale C1.
A chaque instant, un tel signal peut être lu et permet ainsi la surveillance en continu des trois paramètres que sont l'usure de l'enveloppe, la quantité de charbon et la quantité de boulets du broyeur.

Claims (7)

  1. Dispositif de surveillance d'un broyeur à boulets à enveloppe cylindrique, contenant une masse de boulets se disposant lors de la rotation du broyeur à sa vitesse normale entre deux génératrices lb, lb' espacées d'un angle minimal αmin et d'un angle maximal αmax et une masse de charbon se disposant lors de la rotation du broyeur à sa vitesse normale entre deux génératrices (lc, lc') espacées d'un angle β, comportant un émetteur d'ondes, choisies parmi les ondes électromagnétiques, qui peut être disposé à l'intérieur du broyeur, et des moyens (34A, 34B, 34C, 34D; 34) récepteurs de telles ondes caractérisé en ce que ces moyens récepteurs sont associés à un circuit électronique de détermination des paramètres correspondants à la quantité de boulets, la quantité de charbon et l'usure de l'enveloppe, ces moyens récepteur pouvant être disposés à l'extérieur du broyeur de telle façon :
    à détecter les ondes face à la génératrice lb et les ondes face à la génératrice lb', correspondantes à l'angle αmin, pour déterminer la quantité de boulets ;
    à détecter les ondes à l'extérieur des secteurs angulaires αmax et β, pour déterminer l'usure de l'enveloppe ;
    et à détecter les ondes dans le secteur angulaire β non commun au secteur angulaire α pour déterminer la quantité de charbon.
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens récepteur d'ondes (34) sont disposés rotatifs autour de l'axe longitudinal de l'enveloppe (11) sur un secteur angulaire δ supérieur au secteur angulaire englobant α et β.
  3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'émetteur (33) est disposé sur l'axe longitudinal de l'enveloppe (11).
  4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'émetteur (33) est un émetteur de photons gamma.
  5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le circuit électronique de détermination de la quantité de boulets comprend, pour chaque génératrice lb, lb', un convertisseur (10A, 40B) et un linéarisateur (41A, 41B), les signaux de chaque linéarisateur étant associés pour réaliser le calcul de la quantité de boulets.
  6. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit électronique de détermination de l'usure de l'enveloppe comprend un convertisseur (40C) associé à un dispositif de lecture du degré d'usure (44C).
  7. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le circuit électronique de détermination de la quantité de charbon comporte un convertisseur (40D) dont le signal est corrigé par le signal d'usure de l'enveloppe mesuré selon la revendication 6.
EP96401133A 1995-06-01 1996-05-24 Dispositif de surveillance d'un broyeur à boulets Expired - Lifetime EP0745427B1 (fr)

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