2016年,煤炭在我国能源消费中的比重达62%,其中65%用于发电。在燃煤电厂制粉系统中,磨机研磨能耗高、分离器分级效率低的问题使实现节能减排的目标面临巨大挑战。本文以中速磨煤机静态煤粉分离器为研究对象,通过实验室研究比较不同密度物料的溢流产率和分离效率,考察了颗粒密度对粒群分离效果的影响,明确了将入料煤视为多组分物料的必要性,建立了包含颗粒密度参数的分离效率模型;通过工业磨机在线采样数据分析,分析了煤粉分离器分级效率低,循环倍率高的原因及其影响因素;结合CPFD数值模拟,揭示了不同性质颗粒在煤粉分离器的分布规律及分离特性。论文的主要结论如下:经响应曲面分析法表明,颗粒的密度对粒群分离效果具有显著影响,低密度物料产品的溢流产率和细度R₉₀远大于高密度物料。表示分离效率与粒度关系的分离效率曲线呈扭曲的反“S”形,分离效率与密度呈负线性相关关系,而由于“鱼钩效应”的作用,表示颗粒粒度与密度对分离效率协同作用的等高线呈不规则的山峰状。以燃煤电厂入料煤进行分离试验,采用实际分离效率曲线和综合分离效率作为评价指标,相比实际分离效率曲线,综合分离效率能直接对分离器的整体分离效果进行合理的评价。此外,煤粉灰分均低于入料中相同粒级的灰分,且灰分变化随着粒级的增大和风量的降低而愈加显著,证明了煤炭颗粒分离过程中,高密度矿物质的迁移累积现象。经计算,将煤样看作均一密度,与将煤样分为不同密度级物料所得的各指标存在较大偏差。通过对实验室纯矿物和电厂入料煤分离试验结果的分析和验证,颗粒粒度和密度对分离效率的协同作用,可用嵌入密度参数的Whiten模型表示。基于工业磨机在线采样结果,计算煤粉分离器的循环倍率高达7¹0。一是因为电厂燃煤中高密度矿物质多且难磨,降低至合格煤粉细度需反复分级-研磨;二是因为分离器入料过粗(R₉₀高达58%⁷5%),且对-90μm细粒级物料的分离效率低,分离粒径过小（分离效率为50%的颗粒粒径仅为35⁴5μm）。风量对分离器循环倍率有直接的影响,若将风量控制在合适的范围,可以获得相对较低的循环倍率。煤种、风量和液压加载力都是影响分离器分离效率的重要因素,尤其对细粒级的作用较为显著。风量影响分离器的入料速率和粒度分布,而煤种和液压加载力通过影响破碎速率,从而影响分离器入料速率。基于CPFD的数值模拟结果表明,合格煤粉的质量流量和细度R₉₀随着煤样密度的增大而不断减小。在分离器的第一分离区,风速随着高度的增加而增大,内边壁的气流速度大于外边壁。因此,靠近内边壁的颗粒在第一分离区停留时间短,靠近外边壁的颗粒易向下滑落,停留时间长,体积分数大。重力较大的高密度大颗粒在第一分离区底部的堆积情况比较严重,而低密度物料并未出现类似情况。在第二分离区同一高度情况下,风速随着半径的增大而逐步减小,整个煤粉出口区域也呈现同样的规律。低密度小颗粒跟随性较好,能以较快的速度进入到第二分离区,进行离心运动,并由中上部进入煤粉出口,随后从溢流面逸出。而在第二分离区中下部的颗粒主要向下运动。随着密度的增加,颗粒进入到第二分离区的粒度组成变细,质量流量减小。在煤粉出口区域,颗粒粒度、轴向速度和停留时间沿半径分层现象显著。粗颗粒离中心入料管远,且轴向速度小,在分离器中的停留时间长。不同密度条件下,均存在一部分颗粒既不能及时的随风至煤粉出口逸出,也不能下落经底流口到磨盘上被重新研磨,该部分颗粒在整个模拟时间内均停留在分离器中,对分离器以及整个磨机的工作效率造成一定的影响。