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本文介紹了通過FDG(Ⅲ)型粉料定量給料秤在窯灰給料計量中的實例，具體介紹窯灰給料計量系統(tǒng)的設備選配，以及FDG(Ⅲ)型定量給料應用中應注意的問題。為粉體給料計量系統(tǒng)設計提供參考。
窯灰的處理和利用，是長期困擾水泥廠環(huán)保工作的難題。國標規(guī)定在部分水泥中可用不超過水泥重量5%～8%的窯灰代替礦渣及混合材。這是一種簡便、經濟實惠的利用窯灰途徑，不僅使難處理的窯灰得到利用，而且相對提高了水泥配料的生產率，降低了電耗，節(jié)省了混合材的用量。由于窯灰細度較高(平均粒徑為70μm)、附著應力為0〔1〕，是一種易揚塵、易沖料跑料的“自由流動”性物料。從而給流量計量和控制帶來很大難度。但是，隨著社會對環(huán)境質量要求的提高，收塵量的增加，窯灰的處理和利用就更為重要和迫切。我們采用以FDG(Ⅲ)型粉料定量給料秤為核心設備的窯灰給料計量系統(tǒng)，在安徽省淮北某水泥廠應用，達到了設計目標，取得較滿意的效果。
1　定量給料秤設備的選用和注意的問題
窯灰給料計量系統(tǒng)主要包括儲料中間倉(也是粉料定量給料秤的“在線”物料標定校正稱重倉)、密封螺旋閘門、新型葉輪稱重給料機、粉料定量給料秤、微機控制系統(tǒng)和提升輸送設備。系統(tǒng)設備方案和配套的原則，就是在絕對保證水泥產品質量的前提下，均勻、穩(wěn)定、可靠地向出磨水泥系統(tǒng)定量加入窯灰，從而達到環(huán)保效益和經濟效益。實踐證明，正確的選擇設備方案和合理的配套設計，是達到上述目標的關鍵。
1.1　給料計量設備的選擇
給料計量設備是系統(tǒng)的核心設備，必須能適應和穩(wěn)定控制自流性極好的松散窯灰的連續(xù)、均勻、準確定量給料稱重計量和控制。確保稱重給料機系統(tǒng)不堵料、不跑料、不揚塵。且具有較高的瞬時(短期)稱重控制精度、很寬的流量調節(jié)范圍、能自動按比例跟蹤調節(jié)物料流量和適應高粉塵濃度的惡劣工作環(huán)境。
許多水泥廠往往設有兩臺或多臺水泥磨。這些水泥磨有時同時運行，有時是單臺運行。因此，水泥瞬時總流量變化很大。所以，窯灰的瞬時摻入量也隨之變化很大。因而，粉體定量給料秤的給料量必須具有很寬的調節(jié)范圍。一般給料計量裝置的給料量調節(jié)范圍為5∶1，往往難以滿足使用要求。新一代的FDG(Ⅲ)型粉料定量給料秤采用變頻調速方式，不但能適應高粉塵的惡劣工作環(huán)境，給料量可在10∶1或更大一些的范圍調節(jié)。其計量精度可達0.5%，給料控制精度優(yōu)于1%。所以，能滿足窯灰給料計量的使用要求。
據悉，某些水泥廠曾采用固體物料流量計或電子螺旋秤或核子秤等做窯灰給料計量裝置，結果均不夠理想。主要原因是，這幾種給料計量裝置瞬時控制精度較低，線性精度較差，而且隨著物料的粒度、濕度、粘附性、流動狀態(tài)和流量等因素變化很不穩(wěn)定。比如，國外在固體流量計的使用說明書中明確注明：在物料性質穩(wěn)定的狀態(tài)下計量精度為2%，而實際物料性質不可能很穩(wěn)定的。關于螺旋秤筆者曾有專門論述〔2〕，它不但控制精度低，無法滿足高準確度的使用要求，更重要的是其進、出料口距離短，一般螺旋間隙較大，對于窯灰這類自由流動物料，極易產生竄料、沖料，造成無法控制的跑料現象。核子秤應用在粉狀物料的計量控制方面，一般均采用螺旋定量給料機做物料輸送設備。因此，同樣存在易于竄料、沖料和物料量流速不能準確測量問題。另外，物料對γ射線的吸收量是一個指數方程關系，即測量結果有很大的非線性。要在很寬的流量范圍保證線性測量結果，是一件比較復雜和麻煩的工作，往往難以做到。再有，核子秤對料流輪廓和流量變化非常敏感，一般物料負荷流動在30%以內，才能保證足夠的測量精度。這在窯灰給料計量環(huán)節(jié)也是難以滿足的條件。無論是理論分析還是生產實踐都表明固體流量計、螺旋秤和核子秤，一般不適應做為窯灰一類物料的給料計量裝置。
1.2　預給料裝置的選擇
預給料裝置是系統(tǒng)的主要執(zhí)行機構，要求其連續(xù)、均勻、穩(wěn)定給料，并避免卡料、堵料和沖料、跑料現象。對于窯灰這類“自由流動”物料，防止產生沖料、跑料和揚塵更為重要。
現代松散粉狀物料的預給料裝置，多采用空氣斜槽+電動流量閥或回轉葉輪定量給料機(垂直或水平方式)，也可以采用螺旋給料機、拉鏈定量給料機等。但后兩種設備長度尺寸較大，設備布置麻煩，一般很少采用。又由于窯灰的給料計量一般屬于小流量計量控制，也不適宜采用第一種方案。所以，多采用葉輪給料機。但必須注意：國產一般的葉輪給料機，結構設計不盡合理，葉輪間隙過大，密封和控制性能不好，極易產生沖料、跑料，瞬時給料量難以穩(wěn)定。為此，筆者設計了無側向間隙、高精度配合密封專用葉輪定量給料機用于這套窯灰喂料系統(tǒng)中，經生產使用證明，完全滿足使用要求。也可選用富勒(技術)葉輪給料機。
另外，由于要求給料量在很寬的范圍內調節(jié)，物料負荷(即旋轉阻力矩)又變化較大，不但應采用變頻調速控制方式，而且最好采用變頻調速三相異步電動機。從而解決普通異步電動機在較寬的調節(jié)范圍工作狀態(tài)下，效率顯著降低，溫升明顯增高(約增高10%～20%)和沖擊電壓加大等問題。尤其在低速、滿載和超載運行時更為嚴重，從而降低了電動機的使用壽命和危及運行安全。
再有，在正常運行狀態(tài)下，葉輪給料機的轉速與皮帶速度被同步控制調節(jié)。所以，葉輪定量給料機的瞬時給料量與皮帶上的瞬時物料負荷必須合理準確的匹配，特別是當給料秤和葉輪給料機采用一臺變頻調速器控制時更為關鍵。這是確保粉料給料秤料流運行穩(wěn)定和達到較高的控制精度的關鍵因素之一。
1.3　給料秤中間儲料倉的設計
中間倉的容量設計不宜過大，一般為給料秤小時給料量最大值的3～8倍即可。料倉錐體與水平方向的夾角應為60°～70°左右。從而使倉內物料儲存時間不過長，處于“活化”狀態(tài)，并避免倉壁結料、倉內物料搭橋起拱，最好在倉內設置吹氣管物料松動裝置。從而確保物料以“整體流”方式，連續(xù)、均勻、穩(wěn)定下料。如果物料中含有雜物，應在物料進倉前增加篩分環(huán)節(jié)，以清除雜物，防止葉輪給料機被卡死，燒毀電動機和變頻調速器等設備。
另外，把中間儲料倉設計成標準稱重倉十分必要，即在料倉的承重支承點設置稱重傳感器，通過粉料給料秤的微機控制系統(tǒng)，檢測、處理、顯示和控制倉空倉滿料位情況和任何時刻倉內物料的準確重量。這種稱重方式的料位顯示和控制，遠比重錘式、振動式、電容式和γ射線等料位計更準確、更可靠。同時，成為粉體秤的“在線”標定校正標準稱重給料倉式秤。使定量給料秤的實際物料標定校正工作省時省力、準確可靠、簡單易行。從而確保粉料給料秤長期在高精度狀態(tài)下穩(wěn)定運行。值得注意：任何連續(xù)動態(tài)給料秤，其干擾因素均較多，對于要求計量精度和穩(wěn)定性較高的給料計量設備，設置在線標定校正倉式秤是絕對必要的，而國內的許多連續(xù)動態(tài)給料秤系統(tǒng)卻忽略了這一點。
再有，目前國產一般的螺旋閘門多采用膠板和毛氈密封，閘板的平直度較差，結構簡單，部分結構不盡合理。對于窯灰這類物料，難以控制漏料跑灰問題。為此，本系統(tǒng)的螺旋閘門采用填料密封結構和高平直度閘門，確保開關靈活并不會漏料跑灰，完全滿足了使用要求。
1.4　混合料輸送設備選擇
窯灰與水泥的均化混合十分重要，是保證水泥產品質量的重要因素。所以，對混合料輸送設備，除一般的要求外，尚應考慮混合料在輸送過程具有一定的均化作用。實踐表明，一定距離的螺旋輸送機和氣力輸送，有助于物料均化混合，如果設有水泥均化設施更為理想。
2　FDG(Ⅲ)型粉料定量給料秤
FDG(Ⅲ)粉體給料秤即是用于粉狀物料的調速定量給料秤。系統(tǒng)由密封進料溜槽、秤體、高精度稱重傳感器、測速傳感器、給料機控制器和供配電系統(tǒng)組成。
2.1　密封進料溜槽
密封進料溜槽能確保皮帶上的物料均勻穩(wěn)定、不揚塵。當物料中含氣體較多時，上部排氣口可與收塵系統(tǒng)連接，確保皮帶上不揚塵。但在一般情況下，不需連接收塵系統(tǒng)，把排氣口蓋緊即可。另外，有的定量給料秤進料溜槽側壁上部設置薄膜料位計，以便在物料量超過極限值時，發(fā)出信號并切斷預給料機電源，以避免沖料、跑料。但從實踐情況來看，只要預給料機能穩(wěn)定控制住給料，也不必設置薄膜料位計，而且這種薄膜料位計長期工作后，往往不夠可靠。
2.2　秤體
秤體是系統(tǒng)的重要部分，應用中應注意以下問題：
1)盡管FDG(Ⅲ)型粉料秤體設有箱形結構擋料板，皮帶跑料漏料現象仍可能存在。所以，一般應采用裙邊皮帶。如果采用普通平皮帶，應再加一道擋料板。
2)物料出皮帶到下一個生產環(huán)節(jié)，一般都有300mm以上的落差，是產生揚塵的主要部位。如果此處處于微負壓環(huán)境或物料落差在80mm以下，不需要采取什么措施。否則必須設置出料防塵罩，并與收塵管路或拔氣管相連接。如果處于正壓環(huán)境，應考慮設置鎖風裝置。
3)粉料秤拖動電動機的調速方式主要有三種，即：直流調速電動機、電磁調速異步電動機和變頻調速異步電動機。從窯灰給料計量要求的調速性能和調速范圍考慮，一般應采用直流調速或變頻調速。而變頻調速系統(tǒng)更能適應粉塵環(huán)境，而且系統(tǒng)較為簡單，穩(wěn)定可靠性更好。所以，該系統(tǒng)采用變頻調速方式，并配用軸裝直聯大速比SBD型減速機。經過較長時間使用證明，其安裝、維護簡單方便，工作可靠，是比較理想的配置。
2.3　測速方式
定量給料秤的測速方式與普通塊粒狀物料調速定量給料秤相同，種類也較多。但目前應用最普遍的是采用測電動機出軸轉速的方式。這種方式具有設備簡單，安裝、維護簡單方便，工作穩(wěn)定可靠，并具有較高的測速精度。其測速傳感器常用的有光電編碼傳感器、電感齒輪傳感器、旋轉變壓器傳感器和測速發(fā)電機傳感器等。前兩種測速精度高，穩(wěn)定可靠性也很好，信號可以直接和TTL、CMOS等電路接口，使用方便，不需維護。我們大多采用電感齒輪測速傳感器，配以高速計數器，測速范圍為1～20000r/min。既滿足了測速精度要求，且沒發(fā)生過任何故障。如果采用變頻調速異步電動機，亦可采用光電編碼測速傳感器。
2.4　稱重傳感器
粉體給料秤的稱重傳感器，一般采用圓柱殼體復合懸梁型和金屬波紋管密封雙連孔懸梁型稱重傳感器。后者完全密封，并抽真空沖氮處理，精度高、穩(wěn)定可靠性好，屬高檔傳感器，但價格比前者高，建議盡量采用后一種。
另外，秤體距微機控制器如果在30m以內，重量信號放大器放在控制室內即可，不需采取特別措施。但如果秤體距微機控制器在30m以內，特別是超過50m以上時，最好把重量信號放大器放置機旁，或者采取信號補償措施，以避免信號過分衰減。
2.5　給料機控制器
給料機控制器是控制系統(tǒng)的“心臟”，對于確保系統(tǒng)功能完善和運行穩(wěn)定可靠性至關重要。該系統(tǒng)采用“研華”工業(yè)PC機、12位A/D板、高速計數卡和西門子MMJ型變頻調速器，配置獨立電源。設計有運行狀態(tài)、標定調整狀態(tài)等多畫面動態(tài)圖形顯示。運行穩(wěn)定可靠，操作調整簡明方便，較長時間運行證明，完全滿足生產使用要求。但是，如果系統(tǒng)較簡單，也可采用STD總線工控機，從而降低設備成本。
3　結束語
1)確保系統(tǒng)的物料暢通、不漏料、不跑料、不揚塵、不起拱堵料，料流均勻穩(wěn)定，是粉料給料計量過程的難題。特別象窯灰、粉煤灰一類自流性很好、容重較小的干粉物料，更是如此。為此，不但要正確選擇好給料計量裝置，也要合理地選擇配置系統(tǒng)中配套設備。并且確保安裝、調整精細、準確無誤。
2)葉輪定量給料機最常發(fā)生的故障是阻力矩過大或卡死。為此，在較長時間停機前，必須走空物料，以防機內物料板結和粘接，造成葉輪卡死，無法啟動。另外，物料內含有雜物也是造成葉輪卡死，發(fā)生事故的常見原因。因此，必須保證進葉輪給料機的物料清潔。
3)影響連續(xù)給料計量動態(tài)秤的因素較多。對于要求計量精度較高的重要場合，經常標定校驗是絕對必要的。對于窯灰的給料計量系統(tǒng)，一般應每月標定一次，最少應每季度標定一次。
4)在水泥廠的粉狀物料中，窯灰的計量控制難度較大。所以，本文介紹的系統(tǒng)也適用于粉煤灰和入窯生料等粉狀物料的給料計量。

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