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現(xiàn)代水泥工業(yè)生產(chǎn)中，有著諸多涉及粉體物料的過程計量控制，如干電石渣粉、粉煤灰等的配料計量控制；入窯生料粉的計量控制；窯頭和分解爐的煤粉計量控制等。 而這些環(huán)節(jié)的穩(wěn)定控制和精確計量，不僅對水泥工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量、 質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，也對水泥工業(yè)的經(jīng)濟效益產(chǎn)生巨大的影響。

1 粉體物料計量控制的幾個主要環(huán)節(jié)

帶有自流性的粉體物料的計量控制有別于普通塊狀和散粒狀固體物料的計量控制。 一般來說，粉體物料的計量控制需要解決好以下幾個方面的問題。

首先要解決好粉體物料在計量前的過程倉儲的穩(wěn)定卸料。因此一個設(shè)計良好的儲料倉和穩(wěn)定的卸料方式是粉體物料計量系統(tǒng)使用良好的基礎(chǔ)。而穩(wěn)定可控的粉體卸料則要求一個良好的適應(yīng)于計量設(shè)備的預(yù)給料裝置。 常見的預(yù)給料裝置有很多，如流量調(diào)節(jié)閥、葉輪給料機、螺旋給料機以及水平旋轉(zhuǎn)喂料機等。這些預(yù)給料裝置都是可調(diào)節(jié)裝置，但它們的使用條件以及調(diào)節(jié)參量與目標(biāo)量的線性關(guān)系則差別很大。因此不同的粉體計量控制系統(tǒng)所選用的預(yù)給料裝置不同。

其次是選用合適的粉體計量設(shè)備或計控一體化設(shè)備。 由于使用場合、設(shè)計量程以及精度等級的要求不同，選用的粉體計量或計控一體化的設(shè)備也就有所不同。粉體計量設(shè)備有很多，如單純用于計量的沖板流量計、恒速螺旋秤、旋轉(zhuǎn)流量計和恒速皮帶秤；又如集計控一體的調(diào)速螺旋秤、定量給料機和轉(zhuǎn)子秤等。

另外，無論選擇什么樣的預(yù)給料裝置和計量設(shè)備（或計控一體化設(shè)備），都需要一個合理、有效的控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的 PID 回路控制已有 50 年的歷史，由于其控制方法簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型而成為工業(yè)控制中應(yīng)用最為廣泛的一種控制方法。但對于大多數(shù)粉體計量控制系統(tǒng)而言，都在不同程度上表現(xiàn)出非線性、滯后、耦合、時變等特性。 因此采用其他更為先進的控制技術(shù)，在粉體計量控制系統(tǒng)上顯得尤為重要。 如自適應(yīng)控制、魯棒控制、預(yù)測控制、智能控制等都是為解決以上復(fù)雜或特定過程而發(fā)展起來的一些控制方法。

2 定量給料機用于粉體計量控制時的改進

定量給料機具有計量準(zhǔn)確、響應(yīng)快速、計量范圍較寬及性價比較高等多種優(yōu)點。但作為粉體物料的計量控制時，要充分考慮粉體物料的傾瀉自流特性。 為此在使用定量給料機作為粉體物料計量控制系統(tǒng)時，不僅要解決粉體物料的穩(wěn)定卸料和預(yù)給料控制問題，還要在定量給料機本身上進行一些適合粉體計量控制的改進。

定量給料機適用于采用充氣助卸方式的流態(tài)化粉體物料的計量控制。所以預(yù)給料裝置大多采用流量調(diào)節(jié)閥。對于不便采用充氣助卸方式的情況，也可以考慮采用葉輪給料機卸料后再對粉體物料充氣使之流態(tài)化。

采用充氣流態(tài)化后的粉體物料的流動性被大大地增強了， 所以定量給料機的受料料斗要有所改進，普通的直通式 T 型料斗已經(jīng)不適合用于此場合了，需要配置粉體專用的阻尼 S 型料斗，其內(nèi)部設(shè)置防沖跑料的擋板。 除此之外，充氣后的粉體物料的流動自溢性很強、休止角很小。 所以在粉體物料行程中需要有防止物料向皮帶兩側(cè)自溢的密封約束箱；而為了有效防止粉體物料在行進方向上的竄動，盡量減少定量給料機的中心距長度，在密封箱內(nèi)的物料阻尼裝置也有改進的必要；密封箱內(nèi)的整流裝置可以使得粉體物料在通過定量給料機稱量段時非常規(guī)則，有利于提高定量給料機荷重采集的精度，提高整個系統(tǒng)的計量精度。

3 粉體定量給料機控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模式

粉體定量給料機控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)不同于普通的預(yù)給料調(diào)節(jié) ＋ 固定（恒速）測量環(huán)節(jié)組成的單回路粉體計量控制系統(tǒng)，而是以定量給料機這個小慣性線性流量測控環(huán)節(jié)，取代單純的測量環(huán)節(jié)（如固體流量計或各類恒速秤）， 將流量調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)功能變?yōu)槎拷o料機負(fù)荷調(diào)節(jié)功能的穩(wěn)流預(yù)給料的粗調(diào)環(huán)節(jié)。這樣就形成了一個由流量調(diào)節(jié)閥為穩(wěn)流粗調(diào)環(huán)、定量給料機為流量精調(diào)環(huán)組成的粗、精雙回路控制系統(tǒng)，來解決粉體物料計量控制的穩(wěn)定控制和準(zhǔn)確計量的問題。

由流量調(diào)節(jié)閥門與定量給料機的負(fù)荷組成一個閉合的穩(wěn)流環(huán)節(jié)，考慮到流量調(diào)節(jié)閥的非線性，將其與定量給料機負(fù)荷組成一個定性調(diào)節(jié)的負(fù)荷粗調(diào)環(huán)節(jié)，它的調(diào)節(jié)作用是在一定范圍內(nèi)保證定量給料機負(fù)荷的相對穩(wěn)定，避開了由于流量調(diào)節(jié)閥的非線性因素對整個計量控制系統(tǒng)的影響。充分利用定量給料機的小慣性和流量線性調(diào)節(jié)功能，避開了流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)的非線性和調(diào)節(jié)滯后對整個系統(tǒng)的影響。

這里特別需要強調(diào)的是， 采用流量調(diào)節(jié)閥 ＋ 定量給料機方式的粉體計量控制系統(tǒng)的一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是其控制調(diào)節(jié)模式。由于定量給料機的引入主要是為了解決單回路控制模式的預(yù)給料調(diào)節(jié)裝置輸出的非線性及快速響應(yīng)問題。將流量調(diào)節(jié)閥的作用由原來對流量的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)閷Χ拷o料機負(fù)荷的調(diào)節(jié)，而定量給料機則擔(dān)負(fù)起系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)的任務(wù)。這樣一個由流量調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)和負(fù)荷調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的雙閉環(huán)回路組成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在調(diào)節(jié)流量時定量給料機速度的變化會影響到流量調(diào)節(jié)閥的輸出—— — 定量給料機的負(fù)荷，反之亦然。 負(fù)荷環(huán)與流量環(huán)之間存在很強的耦合，這可以抽象地將該系統(tǒng)看作是一個雙入、雙出的多回路強

耦合系統(tǒng)。 對于這樣一個存在強耦合的多回路系統(tǒng)，采用經(jīng)過解耦的控制算法就成為該系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制模式必要條件。 而貿(mào)然采用未經(jīng)解耦的常規(guī)控制模式時，就會使系統(tǒng)發(fā)生震蕩，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

4 定量給料機在粉體系統(tǒng)的典型應(yīng)用

4.1 入窯生料計量控制系統(tǒng)

水泥工業(yè)中定量給料機在粉體計量控制系統(tǒng)上的成功應(yīng)用，最先是在入窯生料系統(tǒng)上獲得的。 受困于傳統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)閥 ＋ 固體流量計組成的入窯生料計量系統(tǒng)，在穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性方面的不足，將定量給料機取代固體流量計引入入窯生料計量控制系統(tǒng)，可以大幅改善入窯生料的穩(wěn)定性和計量精度。如圖 1 所示，典型的入窯生料計量控制系統(tǒng)是由帶稱重的穩(wěn)流校正倉、流量調(diào)節(jié)閥門組、帶有 S 型粉體受料料斗的全密封的定量給料機以及專門的控制系統(tǒng)等組成。

稱重穩(wěn)流倉底部和側(cè)面帶有經(jīng)過計算的布風(fēng)充氣箱，生料粉經(jīng)充氣流態(tài)化后，經(jīng)流量閥門組的預(yù)給料調(diào)節(jié)， 由 S 型料斗緩沖受料落在定量給料機上，由阻尼整流密封箱的約束和整流，生料粉無竄動的經(jīng)過定量給料機的稱量段時，由稱重傳感器檢測出其負(fù)荷與帶速作積分后得到實際生料粉的流量。

該系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo)和計量精度較一般的“流量閥 ＋ 固體流量計”組成的系統(tǒng)有極大的提高。系統(tǒng)實際使用的計量精度可達 0.5% ， 穩(wěn)定性指標(biāo)可達 1% 以內(nèi)。 目前在安徽皖維、寧國水泥廠、福建建福水泥廠、南京三龍、馬鋼桃沖、天水祁連山等眾多水泥企業(yè)均有成功應(yīng)用的實例。

4.2 電石渣（粉煤灰）計量控制系統(tǒng)

隨著水泥工業(yè)中對干電石渣粉和粉煤灰的綜合利用的力度加大， 采用預(yù)給料裝置 ＋ 定量給料機組成的粉體計量系統(tǒng)，也逐步被各水泥企業(yè)用于大量程的電石渣粉或粉煤灰計量控制中。

一般的水泥企業(yè)大流量電石渣（粉煤灰）計量系統(tǒng)在實際工藝流程中往往不另加一個過渡穩(wěn)流稱重倉，而是從儲料倉（庫）底直接卸料。 物料不易直接在儲料庫底進行充氣流態(tài)化。這時系統(tǒng)的組成需要增加一個可防止沖料的半強制性的葉輪給料機進行受料，再增加一個連接于葉輪給料機和流量閥之間的過渡儲料充氣箱，物料在過渡儲料充氣箱內(nèi)得以充氣流態(tài)化。

需要注意的問題是，由于系統(tǒng)前級的過程儲料倉（庫） 的不同， 使得粉體卸料和流態(tài)化的位置有所差異，粉體物料在儲料倉（庫）不是直接流態(tài)化，因此要充分考慮倉（庫）內(nèi)物料的結(jié)拱以及塌料現(xiàn)象出現(xiàn)時的斷料和沖料問題。這里采用葉輪給料機受料就是基于系統(tǒng)穩(wěn)定受料和防止儲料倉（庫）塌料所產(chǎn)生的沖料問題。

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