PWF輪輻轉子式計量系統在水泥生產線上的應用

郭 劍

（合肥水泥研究設計院 合肥固泰自動化有限公司，安徽 合肥 230051）

PWF輪輻轉子式計量系統在水泥生產線上的應用

郭 劍

（合肥水泥研究設計院 合肥固泰自動化有限公司，安徽 合肥 230051）

0 引言

傳統的粉體計量裝置，如沖擊式流量計、皮帶式定量給料機、國產科氏力流量計等，均難以滿足穩定、準確定量喂料的要求。為此，合肥水泥研究設計院固泰自動化有限公司開發了一種結構緊湊、運行穩定、能耗低的轉子式粉體定量給料系統，進一步提高了粉體計量的穩定性，滿足準確定量喂料的要求。本文以現有粉體物料給料系統及其工藝特點為依據，從技術層面探討該系統的技術原理、結構組成和創新點。

1. 常見的粉體物料給料系統及其工藝特點

1.1 沖擊式流量計

沖擊式流量計包括沖板式和溜槽式。具有設備簡單、全封閉、投資低、可在線或旁路標定等優點。但沖擊式流量計是檢測物料沖擊產生的垂直分力，是間接測量物料重量，因此受檢測物料的特性和工況影響較大。粉體物料的濕度、水分及流量狀態變化對計量都有影響；對沖擊震動敏感，受物料反彈擾動和沖擊影響較大；風壓和氣流變化對計量精度影響非常明顯，因此難于滿足平穩喂料的要求。

1.2 科里奧利(Coriolis)流量計

科里奧利流量計是通過對物料所受科里奧利力的測量得到物料的流量。配合適當的可調式給料裝置，在水泥廠常用于煤粉和入窯生料等粉狀物料的計量和喂料。流量計只起瞬時流量計量作用，是被動檢測而不能主動調節流量。流量計必須與計量穩流倉和倉出口的給料設備配合使用，才能實現對物料的定量給料及用于定量配料的場合。因此系統穩定性完全依賴于給料裝置，物料流量的大小通過調節上方的給料裝置的給料速度和開度來實現，所以屬于滯后控制調節。

1.3 皮帶式定量給料機

可調速皮帶式定量給料機,用于水泥行業入窯生料計量等。但用于粉體物料的計量與定量給料存在以下問題：一是粉體物料（如生料、粉煤灰、礦渣粉）比重輕，流動性好，易沖料，系統的預給料機一旦出現沖料現象，皮帶式定量給料機不具備防沖料的功能，物料將會快速通過式定量給料機，進入下一級設備。在沖料發生的情況下，定量給料機解決不了沖料問題。二是定量給料機不是全密封的計量設備，粉體物料從秤體的連接處漏料，造成環境污染。三是占用空間大。四是為了減少下料點物料的沖擊對計量的影響，皮帶式定量給料機一般比較長，皮帶拉伸極易造成皮帶跑偏，維護工作量大。所以總體運行效果不太理想，應用范圍越來越小。

1.4 螺旋定量給料機

螺旋定量給料機簡單的說就是在螺旋輸送機上加裝調速裝置和稱重傳感器。目前，國內的螺旋定量給料機大體可分為兩種：一種是自平衡結構式，即計量螺旋秤體以支點為軸左右自重平衡(包括配重)，荷重傳感器測量的主要是計量螺旋秤內的物料重量。但由于荷重傳感器的量程上限較小，測量靈敏度較高。一般不適于粉煤灰等物料的給料計量。另一種是懸浮吊架結構式，即全荷或半荷式計量螺旋秤。其秤體支點為懸掛或下支承，此懸掛支點又分為設置或不設置荷重傳感器兩種。出料口側由2只或1只荷重傳感器吊掛或支承，計量螺旋秤處于懸浮吊掛狀態。因此，計量螺旋秤可較長，有利于控制料流和沖跑料現象。

螺旋定量給料機設備簡單，占用空間高度小，但縱向尺寸較大，系統密封性好，價格便宜，維護簡單，可靠性較好。但是，由于粉體物料在螺旋給料機內填充率的不同，其轉速與喂料量不是成線性關系，螺旋轉速不能代表物料實際料量，且沒有穩定比例關系；電網的負荷、頻率、電壓波動變化，使計量螺旋秤不能保持恒速運行；螺旋軸、葉片黏附物料和間隙竄料造成零點變化不穩；皮重過大使測量靈敏度較低等因素影響，致使螺旋定量給料機計量精度往往很低，且不夠穩定。生產螺旋定量給料機企業較多，但目前主要用在一些簡易的生產線上。

1.5 環狀天平轉子秤

該設備采用天平式計重原理，在環狀天平的直徑兩端設有支點，支點的一端是入口，另一端是出口的水平旋轉型計量秤。物料進入轉子秤后由荷重傳感器連續檢測通過半周的粉體重量，連同環狀天平的轉速信號進入控制器。

環狀天平轉子秤有以下優點：容器是天平構造，附著在固定部分的粉體也被環狀天平的旋轉自動抵消，經常處于左右均等狀態，不會出現零點變化；完全密封構造，不會出現漏粉等現象；采用連續的檢測流量方式，和減量方式不同，可不間斷地進行檢測與控制。可用于對粉體物料進行自動連續計量，適用于較小瞬時流量物料的計量，目前在新型干法水泥廠中，多用于窯頭和分解爐煤粉的計量與定量給料、與喂料機結合，對小流量的粉煤灰等粉體物料進行計量與定量給料。

環狀天平轉子秤自身結構存在諸多問題。如轉子結構及其支撐方式對于大流量粉體物料計量，設備要做得很龐大笨重、靈敏度較差、計量精度低；采用毛氈或其它材料密封，磨損嚴重，一般情況下需定期更換密封材料，維護工作量大；彈簧片或刀口支撐形式，對于大型化設備，阻力大，傳力不靈敏，導致計量精度降低；鉚焊結構，加工精度低，使用過程中容易變形，設備使用壽命低等。所以難以滿足大流量粉體物料計量與定量給料。

2 輪輻轉子原理及組成

2.1 技術原理

輪輻轉子式粉體計量裝置是利用密封的輪輻轉子抑制粉狀物體的自流動，粉體物料的運動完全由這個密封的輪輻轉子的轉速來決定，通過調整輪輻轉子的轉速來決定喂料量的大小。粉體物料經預給料單元落入輪輻轉子的扇區中，變頻調速電機通過減速箱和主軸將動力傳至輪輻轉子，帶動輪輻轉子轉動。隨著輪輻轉子的轉動，粉體填充到輪輻轉子的各扇區中。當充有粉體的扇區轉到出料口處時，落入下級工藝設備。由于輪輻轉子本身是懸掛結構，而且輪輻轉子和密封板經過高精度加工后形成一個封閉的空間，采用可調節式間隙鎖風技術，而非普通的毛氈密封，阻尼小，磨損小，不需要更換毛氈，可在線調整；輪輻轉子支撐采用主軸鎖緊，支撐在減速機上的懸空支撐方式，而非轉子直接支撐在殼體上的方式，摩擦小，使用壽命長。

2.2 結構組成

輪輻轉子式粉體定量給料系統由兩個環節組成，預給料裝置和計量裝置。預給料裝置如圖1。在預給料裝置上方是過程穩流標定倉，過程穩流標定倉作為整個工藝流程的一個過渡環節，其出料口的料壓必須穩定。為此，需對過程倉的料面高度和內部料阻實施有效控制。系統工作過程中，根據粉體物料的特性可以選用流量調節閥、葉輪給料機、螺旋給料機、水平回轉式喂料機等，其作用是給輪輻轉子粉體計量裝置提供流量穩定的粉體，同時可以進行流量的粗調。粉體經預給料單元進入輪輻轉子計量裝置，控制裝置根據轉子式粉體定量給料裝置瞬時流量測定值與設定值比較結果，控制輪輻轉子轉速，使瞬時值始終跟蹤設定值，從而實現對粉體的準確計量與穩定控制。

3 系統的創新點

（1）驅動軸和輪輻轉子的連接采用獨特的軸頭連接，相比鍵連接的強度要高，壽命要長。獨特的結合形式，轉子與下密封板間隙可調，并非直接接觸，因而從結構上保證了設備的長壽命。

(2)軸承的密封采用密封支架形式的結構，容易更換密封件，共采取五道密封措施和觀測孔結合的形式，在軸承最后一道密封前設置觀測孔，當前面四道密封件損壞，粉體從觀測孔流出秤體，提醒維修人員更換密封件，從而保證了軸承自身的終身使用壽命。

（3）系統將任何時刻通過輪輻轉子稱重區的粉體重量都由稱重裝置計量下來。粉體重量及其所在的位置都儲存在控制系統內。為了使預先確定的設定值和儲存在存儲器內的物料量相適應，在卸料點處要求的轉子角速度已預先計算出來，并由轉子驅動裝置來完成。通過這種前饋控制原理，轉子式粉體定量給料裝置可對任何波動給予校正并給出短期高精確度。

（4）稱重采用了一次杠桿原理，零點非常穩定，標定調校后基本不需經常標定，運行一直非常穩定準確。系統可靠性高、抗干擾能力強，保證了運行的穩定性和準確性，計量控制范圍寬，有效地穩定了喂料量，調校容易。

（5）轉子支撐采用主軸鎖緊，支撐在減速機上的懸空支撐方式，而非普通轉子秤的轉子直接支撐在殼體上的方式，摩擦小，使用壽命長。高精度加工的輪輻轉子和密封板形成封閉空間，抑制粉體物料的自流動。采用可調節式間隙鎖風技術，而非普通轉子秤的毛氈密封，阻尼小，磨損小，無需更換毛氈，可在線調整。

（6）可調節式重載支撐裝置，克服了現有同類轉子秤的支撐裝置（彈簧片或刀口支撐）在大載荷條件下靈敏度下降和稱重軸線不可調整等不足。可調節式重載支撐裝置不僅保證大載荷支撐條件下旋轉靈敏度，而且可調整支點位置，保證稱重軸線，從而保證在大給料量程時計量精度，最大量程可達到800m3/h。

4 遠程監測系統

我們通過GPRS網絡將每臺PWF輪輻轉子粉體計量裝置中重要運行數據實時發送至廠區相關管理人員或者數據監控中心，實現對分布在不同地區的設備運行狀態監測和設備運行安全管理。設備及工藝專家可以及時診斷及解決生產期間出現的問題，進一步提高了生產效率。此外，對于生產期間的突發事件及重要數據可以設置短信通知發送至指定手機，提高了公司管理者的全局掌控力。如圖2輪輻轉子式計量系統遠程監控系統示意圖。

5 應用實例

輪輻轉子粉體定量給料系統已在中國聯合水泥集團在沂南中聯、新泰中聯、泰安中聯等多條5000t/d水泥生產線上應用。主要用于入窯生料、礦渣微粉、粉煤灰等物料的計量及定量給料。其中泰安中聯日產5000噸新型干法水泥暨世界低能耗示范線是目前國內同行業中最環保、最節能、技術最先進、機械化程度最高的。該生產線兩套入窯生料計量都采用了我公司輪輻轉子粉體計量裝置PWF1930，系統量程為50～500t/h。實際使用效果表明，系統的計量準確度和控制準確度均達到預期技術指標。自運行投產以來，無任何故障，計量準確、定量給料穩定，生料投料總量穩定在380t/h左右。

在運行曲線圖3中，紅色、藍色曲線（上3、4）為1號、2號提升機電流反饋，上部的兩條曲線為喂料量反饋（上1、2）其余曲線為轉子物料荷重、流量閥調節反饋等。由圖中曲線可知整個喂料流量跟蹤穩定、流量閥調節快速，提升機電流比較穩定。

6 結束語

對于應用企業，粉體定量給料系統的優劣，直接關系到產品的質量與品質，直接關系到企業產品的銷售價格。過程中的計量精度和穩定性及配料精度、配料速度與穩定性，影響著整個生產的質量和產量。目前，PWF輪輻轉子粉體計量裝置已有近百套投入運行,成功應用于國內外各個行業。其中水泥行業從應用于2500～5000t/d各種規模生產線，同時也在冶金、球團、石灰石、耐火材料等其他行業開始廣泛應用，均取得令人滿意的使用效果。

TQ172

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1007-6344（2015）10-0013-02