新型轉(zhuǎn)子秤在生料喂料及計(jì)量中的應(yīng)用

孫劍波，焦云征

1 水泥生料喂料方式及轉(zhuǎn)子秤沖料原因

目前，部分水泥企業(yè)使用沖板流量計(jì)計(jì)量生料喂料量，并根據(jù)沖板流量計(jì)反饋的喂料量調(diào)節(jié)流量閥開(kāi)度，控制物料下料量和短斜槽料流的穩(wěn)定。沖板流量計(jì)本身沒(méi)有穩(wěn)定料流的作用，當(dāng)生料倉(cāng)料位出現(xiàn)高低波動(dòng)時(shí)，對(duì)沖板流量計(jì)的喂料量計(jì)量影響很大，能直接導(dǎo)致窯尾提升機(jī)電流波動(dòng)大，入窯生料量不穩(wěn)，影響窯的煅燒質(zhì)量。

為解決此問(wèn)題，將沖板流量計(jì)更換為了轉(zhuǎn)子秤，在一定程度上提高了喂料量的穩(wěn)定性。但部分轉(zhuǎn)子秤前端未配置流量閥，僅依靠生料倉(cāng)生料自身的重力將生料直接喂入秤體。轉(zhuǎn)子秤的設(shè)計(jì)理念是，將秤體內(nèi)扇形料格完全填滿生料，相當(dāng)于獲得穩(wěn)定的料層厚度，然后通過(guò)控制轉(zhuǎn)速穩(wěn)定喂料。這種設(shè)計(jì)模型與皮帶上料層厚度一樣的皮帶秤相仿，負(fù)荷是穩(wěn)定的，保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定即可實(shí)現(xiàn)喂料量的穩(wěn)定。

但在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，受倉(cāng)壓等因素影響，下料量會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，加之下料本身就是氣料的混合體，不能100%填滿秤體內(nèi)扇形料格；秤體內(nèi)為正壓環(huán)境，且未配置流量閥調(diào)整下料量；秤內(nèi)料層厚度不均勻，僅依靠PID進(jìn)行控制。受以上因素影響，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子秤的喂料效果僅略好于沖板流量計(jì)，仍需進(jìn)一步改進(jìn)喂料方式。

由于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子秤秤體內(nèi)是正壓環(huán)境，對(duì)轉(zhuǎn)子和殼體之間的密封要求高。一旦氣料產(chǎn)生的磨損使轉(zhuǎn)子和殼體間的間隙變大，密封效果變差，在生料倉(cāng)塌料時(shí)，生料就會(huì)通過(guò)間隙從下料計(jì)量區(qū)域直接沖到出料非計(jì)量區(qū)域，這部分生料就沒(méi)有被計(jì)量。雖然實(shí)際下料量多了，但轉(zhuǎn)子秤沒(méi)有計(jì)量到，導(dǎo)致誤認(rèn)為下料量不足，于是繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速，加大喂料量，造成沖料。直接表現(xiàn)為生料喂料反饋量下降，窯尾提升機(jī)電流持續(xù)升高，C1出口溫度持續(xù)下降。此時(shí)需立即減少喂料量，逐漸穩(wěn)定由此引起的預(yù)熱器和窯內(nèi)的熱工波動(dòng)。

圖1是某公司轉(zhuǎn)子秤的沖料趨勢(shì)圖，其中，黃色矩形標(biāo)注區(qū)分別為沖料時(shí)喂料反饋量、C1溫度、窯尾斗式提升機(jī)電流的記錄曲線。由圖1可見(jiàn)，喂料反饋量降低，斗式提升機(jī)電流卻升高、C1溫度下降，說(shuō)明實(shí)際下料量多了，但轉(zhuǎn)子秤沒(méi)有計(jì)量到，發(fā)生了沖料現(xiàn)象。

2 新型轉(zhuǎn)子秤的工作原理

新型轉(zhuǎn)子秤采用的是重力檢測(cè)的水平轉(zhuǎn)子工作原理。如圖2所示，A-A為轉(zhuǎn)子秤體吊裝軸，現(xiàn)場(chǎng)控制箱內(nèi)裝有稱重傳感器，為稱重區(qū)域；進(jìn)料管是下料管，為非稱重區(qū)域；進(jìn)料管和出料管與秤體均為軟連接，物料從進(jìn)料管落到吊裝軸線上，抵消了下料對(duì)秤體沖擊造成的影響；轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)將物料從下料區(qū)帶入稱重區(qū)，由出料管下料口進(jìn)入斜槽。物料進(jìn)入稱重區(qū)時(shí)，計(jì)量系統(tǒng)對(duì)物料進(jìn)行稱重，并將固定角度的負(fù)荷信息進(jìn)行儲(chǔ)存，控制系統(tǒng)將預(yù)先計(jì)算出下料口需要的角速度。通過(guò)這種前饋控制原理，新型轉(zhuǎn)子秤可對(duì)波動(dòng)予以提前校正，保證短期高精確度。

在生料倉(cāng)的下料口，即轉(zhuǎn)子秤的進(jìn)料管，配置了氣動(dòng)流量閥，通過(guò)調(diào)整流量閥開(kāi)度控制下料量和轉(zhuǎn)子秤秤體內(nèi)的負(fù)荷率，保證秤體上部有一定的空余。再通過(guò)下料管上連接的收塵管，實(shí)現(xiàn)入秤前的氣料分離，保證秤體內(nèi)為負(fù)壓環(huán)境。

圖1 轉(zhuǎn)子秤的沖料趨勢(shì)圖

圖2 轉(zhuǎn)子秤結(jié)構(gòu)圖

由于秤體內(nèi)是負(fù)壓環(huán)境，對(duì)轉(zhuǎn)子和秤體的間隙密封要求很低且磨損很小，備件5年內(nèi)可免更換。

3 新型轉(zhuǎn)子秤的應(yīng)用

在某2 500t/d水泥生產(chǎn)線的提產(chǎn)改造項(xiàng)目中，選用了新型生料轉(zhuǎn)子秤。

3.1 入窯斗式提升機(jī)電流波動(dòng)情況及喂料穩(wěn)定性

新型轉(zhuǎn)子秤在安裝試車(chē)后，直接進(jìn)行了生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)在線測(cè)試。以入窯斗式提升機(jī)電流波動(dòng)作為參考依據(jù)，在160t/h喂料量下，空載電流和帶料電流對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 空載電流和帶料電流對(duì)比，A

通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，減去入窯斗式提升機(jī)設(shè)備本身造成的空載電流波動(dòng)，實(shí)際下料造成的電流波動(dòng)只有0.92A。

圖3為入窯斗式提升機(jī)電流波動(dòng)周期趨勢(shì)圖。由圖3分析可知，帶料時(shí)的入窯斗式提升機(jī)電流波動(dòng)周期與入窯斗式提升機(jī)空載的波動(dòng)周期相同（大約為80s），說(shuō)明下料對(duì)斗式提升機(jī)原有的波動(dòng)平衡未產(chǎn)生影響。

圖3 入窯斗式提升機(jī)電流波動(dòng)周期趨勢(shì)圖

圖4 流量反饋趨勢(shì)圖

圖4為153t/h喂料量設(shè)定下的流量反饋趨勢(shì)圖，實(shí)際喂料量在152～153t/h之間，喂料穩(wěn)定。

3.2 沖料對(duì)喂料穩(wěn)定性的影響

為了驗(yàn)證轉(zhuǎn)子秤能消除倉(cāng)位波動(dòng)對(duì)下料的影響，對(duì)倉(cāng)位進(jìn)行人工干預(yù)。該公司生料標(biāo)準(zhǔn)倉(cāng)儲(chǔ)量為50t/h，正常生產(chǎn)時(shí)保持在48t/h左右。經(jīng)與操作員溝通后，決定停止向標(biāo)準(zhǔn)倉(cāng)輸送物料，將料位降到38t/h，再將料位提高至49t/h，倉(cāng)位波動(dòng)幅度26%。轉(zhuǎn)子秤負(fù)荷率、倉(cāng)位、斗式提升機(jī)電流及流量閥趨勢(shì)情況見(jiàn)圖5～8。

圖5 轉(zhuǎn)子秤負(fù)荷率

圖6 倉(cāng)位

圖7 斗式提升機(jī)電流

圖8 氣動(dòng)流量閥

由圖8可見(jiàn)，在倉(cāng)位下降過(guò)程中，轉(zhuǎn)子秤負(fù)荷率產(chǎn)生了波動(dòng)，經(jīng)氣動(dòng)流量閥調(diào)節(jié)后，對(duì)斗式提升機(jī)電流影響很小，對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 氣動(dòng)流量閥調(diào)整后對(duì)斗式提升機(jī)電流的影響

生料標(biāo)準(zhǔn)倉(cāng)位波動(dòng)前后，斗式提升機(jī)電流出現(xiàn)了0.11A的波動(dòng)，產(chǎn)生的物料波動(dòng)影響可以忽略，證實(shí)了倉(cāng)位波動(dòng)對(duì)下料幾乎沒(méi)有影響。

3.3 新型生料轉(zhuǎn)子秤應(yīng)用效果

此次生料秤改造，實(shí)現(xiàn)了將入窯斗式提升機(jī)電流波動(dòng)控制在1A以內(nèi)的目標(biāo)，合理的倉(cāng)位波動(dòng)不影響下料穩(wěn)定性，取得了滿意的改造效果。

4 結(jié)語(yǔ)

新型轉(zhuǎn)子秤達(dá)到了更高標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行指標(biāo)，具有以下四個(gè)特點(diǎn)：

（1）秤體下料管處連接收塵管道，在此處實(shí)現(xiàn)了氣料分離。同時(shí)，秤體內(nèi)非100%填充率，保留了一定的空余空間，呈負(fù)壓狀態(tài)，具有應(yīng)對(duì)塌料的緩沖空間，加之扇形格子狀內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有效抑制了竄料，倉(cāng)位波動(dòng)不會(huì)影響下料的穩(wěn)定性。

（2）轉(zhuǎn)子秤加氣動(dòng)流量閥雙調(diào)節(jié)回路，前饋控制配合PID雙控制回路，保證了喂料不受倉(cāng)位波動(dòng)影響。長(zhǎng)期計(jì)量精度優(yōu)于0.5%，對(duì)斗式提升機(jī)電流的影響在2A之內(nèi)。

（3）秤體轉(zhuǎn)子采用減速機(jī)輸出軸吊掛的方式，上下秤體沒(méi)有軸承，不用添加潤(rùn)滑油，5年內(nèi)整體免維護(hù)。

（4）秤體內(nèi)是負(fù)壓環(huán)境，密封間隙保持在1～2mm即可。

該新型轉(zhuǎn)子秤適用于生料、熟料、水泥、粉煤灰、煤粉、電石渣等多種物料的喂料，其喂料能力能滿足2 500～10 000t/d生產(chǎn)線需要，特別是對(duì)粉煤灰等小劑量物料的計(jì)量，可實(shí)現(xiàn)一噸到幾十噸的寬范圍控制。新型轉(zhuǎn)子秤技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)的沖板流量計(jì)、轉(zhuǎn)子秤等，并符合第二代水泥生產(chǎn)線的高要求，是新建、技改項(xiàng)目?jī)?yōu)選喂料計(jì)量設(shè)備之一。