淺析降低科氏力粉體計(jì)量稱反饋波動值

周建設(shè)

（廣西華宏建材有限公司，廣西 南寧 530200）

我公司年產(chǎn)60萬t水泥粉磨站采用分別粉磨工藝。各種物料分別單獨(dú)粉磨或易磨性相近的幾種物料共同粉磨至相應(yīng)細(xì)度，然后，按設(shè)定的比例計(jì)量配料并混合均勻即可形成產(chǎn)品。這種分別粉磨工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）能夠適應(yīng)易磨性差別較大或粒度差別較大的物料粉磨；（2）磨內(nèi)物料的粉磨速度基本一致，因而過粉磨現(xiàn)象較少，可有效提高粉磨效率，降低粉磨電耗；（3）物料的粉磨細(xì)度調(diào)整互不影響，因而既可獲得粒度分布范圍寬的配合料，也可獲得粒度分布范圍窄的配合料。采用分別粉磨工藝，按設(shè)定的比例計(jì)量配料并混合均勻時，計(jì)量設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和準(zhǔn)確計(jì)量控制是影響水泥產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

1 存在的問題

我公司年產(chǎn)60萬t水泥粉磨站水泥復(fù)配工藝流程如圖1所示。

圖1 水泥復(fù)配工藝流程

圖1中，科氏力粉體計(jì)量稱的量程為0～90t，型號為KXT(K)。投入使用后，發(fā)現(xiàn)其反饋值不穩(wěn)定，變化幅度大。尤其給定值小于20t/h時（小量程），只要提升機(jī)提料，其反饋值就大幅度波動，最大波動百分比為300%，嚴(yán)重影響水泥產(chǎn)品的質(zhì)量。

2 現(xiàn)場情況

2.1 礦粉倉、煤灰倉

礦粉倉和煤灰倉的結(jié)構(gòu)尺寸相同，筒倉高度21m，直徑10m，魚背倉低，設(shè)計(jì)有5個下料口，但實(shí)際只使用一個下料口。下料口呈圓錐體，出料口直徑為0.5m。沒有減壓錐，有空氣助流箱，助流壓縮空氣為0.4MPa，壓縮空氣，沒有除水；下料口與空氣輸送斜槽之間使用氣動圓弧閥連接，但圓弧閥只有開和關(guān)兩個位置，無法調(diào)節(jié)物料流量。

2.2 穩(wěn)流倉

礦粉和煤灰共同使用圖1中的穩(wěn)流倉?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)倉內(nèi)呈正壓，氣體往外噴、冒煙。穩(wěn)流倉為圓筒與圓錐結(jié)合的對稱結(jié)構(gòu)，圓筒直徑2m，圓筒高度為1.45m；圓錐高度為1m，圓錐斗與水平線夾角為49°，出料口直徑為0.5m，容積為6.35m3，倉內(nèi)有減壓錐。

2.3 下料

2021年8月30 日，觀察情況配制煤灰。用手摸煤灰倉下料口溜子，很燙，溫度約40°；摸斜槽，較燙，說明流下來的煤灰溫度較高，其流動性較高，應(yīng)該不用吹氣助流都能均勻下料，但是，實(shí)際情況是需要吹氣助流才能比較均勻下料。

3 原因分析

3.1 礦粉倉、煤灰倉起拱，下料堵塞，倉內(nèi)物料倒塌

（1）倉內(nèi)起拱，下料堵塞。煤灰倉和礦粉倉直徑為10m，高21m，容積約1500m3,容積較大，能夠貯存的煤灰（礦粉）較多，工作周期長。在煤灰（礦粉）貯存期間，其所含的空氣不斷被擠壓出來，貯存時間越長，煤灰（礦粉）的含氣量越少，其流動性越差。隨著貯存時間的延長，煤灰（礦粉）的壓實(shí)密度增大，煤灰（礦粉）顆粒之間的嚙合力增加，其流動性進(jìn)一步降低。由于下料口沒有減壓錐，在這種情況下，容易產(chǎn)生漏斗流，使下料不穩(wěn)定。

下料口的結(jié)構(gòu)是圓錐體，在重力擠壓作用下，物料顆粒在下料口受到的作用力有錐體的反作用力、重力、上層物料壓力、下方氣體及物料反作用力，當(dāng)上述作用力平衡時，下料口出現(xiàn)結(jié)拱、堵塞，拱下面的物料卸出后形成空穴便造成堵料斷流。破壞其受力平衡狀態(tài)即可破拱。破拱的途徑有兩種：一是減少錐體對物料的反作用力；二是改變下方氣體及物料的反作用力。本文中，礦粉倉、煤灰倉采用壓縮空氣助流破拱方式，即向下料口吹入一定壓力值的壓縮空氣，打破下料口物料平衡狀態(tài)。下料口物料平衡狀態(tài)一旦被打破，物料就往下流動。現(xiàn)場調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)煤灰需要吹氣助流才能比較均勻下料，證明了前述判斷的正確性。

（2）水分的影響。由于助流壓縮空氣所含的水份較大，水分在庫內(nèi)與煤灰（礦粉）交匯后極易產(chǎn)生水露凝結(jié)，庫內(nèi)煤灰（礦粉）間隙存在的液體在顆粒表面的毛細(xì)管凝縮作用下，容易導(dǎo)致顆粒之間形成的液橋，進(jìn)而產(chǎn)生液橋力，增加顆粒系統(tǒng)的強(qiáng)度。隨著水分的增加，庫內(nèi)與煤灰（礦粉）的流動性會減小，流動能力變差。下料變得困難，會出現(xiàn)結(jié)拱甚至下料停止的現(xiàn)象。

（3）倉內(nèi)物料倒塌。煤灰的安息角為15～20°，礦粉的安息角約35°，料倉直徑為10m，高度為21m，僅使用一個下料口下料，倉內(nèi)邊壁積料很高。積料的平衡狀態(tài)一旦被破壞，積料就會倒塌，積料傾瀉而下涌進(jìn)下料口，瞬時下料量過多，給下游設(shè)備產(chǎn)生沖擊，也給科氏力粉體計(jì)量稱造成沖擊，引起反饋值波動。

（4）吹氣壓力影響。物料顆粒在下料口受到的作用力有錐體的反作用力、重力、上層物料壓力、下方氣體及物料反作用力。當(dāng)煤灰（礦粉）壓實(shí)密度、含氣量、含水量、料位高度、顆粒形狀、顆粒表面粗糙度、粒徑分布數(shù)等發(fā)生變化時，上層物料壓力隨之發(fā)生變化，破拱所需的壓力也必須隨之改變。若破拱壓力過低，則無法破拱。若破拱壓力過高，即助流壓縮空氣壓力過高，庫內(nèi)積料大量倒塌，積料傾瀉而下涌進(jìn)下料口，瞬時下料量過多，給下游設(shè)備產(chǎn)生沖擊，也給科氏力粉體計(jì)量稱造成沖擊，引起反饋值波動。

3.2 穩(wěn)流倉容量小

KXT(K)科氏力粉體計(jì)量稱的使用說明書中要求，穩(wěn)流倉容量為喂料量的3倍，倉容量小，會導(dǎo)致工作周期過短，料位和倉壓變化過快，造成卸料波動不穩(wěn)定。本文中穩(wěn)流倉的容積為6.35m3，粉煤灰的密度一般是0.7t/m3，0.7×6=4.2t。粉煤灰最小喂料量為5～10t/h,4.2/5=0.84＜1，無法滿足3倍喂料量容積要求。礦粉的密度一般是0.8t/m3，0.8×6=4.8t，礦粉最小喂料量為10t/h，4.8/10=0.48＜1，無法滿足3倍喂料量容積要求。

3.3 穩(wěn)流倉內(nèi)氣體干擾

穩(wěn)流倉內(nèi)為正壓，物料顆粒之間的氣體無法壓出來，填充率不均勻，物料動態(tài)內(nèi)摩擦角變化大，穩(wěn)流倉內(nèi)物料往下移動速度變化大，科氏力粉體計(jì)量稱振蕩，計(jì)量不穩(wěn)，質(zhì)量波動。

3.4 減壓錐內(nèi)氣體干擾

由于穩(wěn)流倉內(nèi)減壓錐和錐斗之間的截面積越從上到下逐漸變小，錐斗的煤灰（礦粉）流經(jīng)該截面時受到擠壓，隨著煤灰（礦粉）不斷往下流動，其壓縮量越來越大，如圖所示。在壓縮過程中，煤灰（礦粉）之中所含的氣體也隨之不斷地被擠壓出來。當(dāng)煤灰（礦粉）到達(dá)截面最小處時，煤灰（礦粉）壓縮量達(dá)到最大值，煤灰（礦粉）中的含氣量達(dá)到最小值。煤灰（礦粉）通過截面最小處后，截面突然擴(kuò)大，被壓縮的煤灰（礦粉）突然膨脹。煤灰（礦粉）膨脹過程中，顆粒之間的距離不斷增大，相鄰顆粒之間的空隙不斷增大，這些增大的空隙需要空氣快速補(bǔ)充才能維持煤灰（礦粉）的膨脹過程。如果空氣補(bǔ)充速度不穩(wěn)定或空氣量不穩(wěn)定，就會影響膨脹過程的穩(wěn)定，煤灰（礦粉）在膨脹區(qū)域的流動速度就不穩(wěn)定。由于減壓錐的排氣管與穩(wěn)流倉、提升機(jī)相連通，提升機(jī)料斗卸料時其氣壓不穩(wěn)定，減壓錐內(nèi)的氣壓隨之不穩(wěn)定，導(dǎo)致膨脹區(qū)域內(nèi)煤灰（礦粉）膨脹過程不穩(wěn)定，煤灰（礦粉）從該區(qū)域向下流動速度不穩(wěn)定，對下游的科氏力粉體計(jì)量稱產(chǎn)生沖擊，造成科氏力粉體計(jì)量稱反饋值波動。

3.5 科氏力粉體計(jì)量稱內(nèi)氣體干擾

科氏力粉體計(jì)量稱給料機(jī)由由調(diào)壓層、緩壓層、均壓層、容積計(jì)量層組成。理論上該給料機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效地解決了流動性粉體物料在料壓和自重力作用下產(chǎn)生的跑料和沖料問題,達(dá)到了穩(wěn)定料流的目的。該給料機(jī)穩(wěn)定計(jì)量的關(guān)鍵條件之一是均壓倉內(nèi)料壓均勻,容重一定,物料在相同容重條件下進(jìn)入轉(zhuǎn)子計(jì)量區(qū)。但是，本文中的穩(wěn)流倉處于正壓狀態(tài)而壓力變化很大，穩(wěn)流倉中的煤灰（礦粉）所含的氣體很難排出，進(jìn)入科氏力粉體計(jì)量稱的煤灰（礦粉）含氣量大；穩(wěn)流倉減壓錐處于正壓狀態(tài)，在科氏力粉體計(jì)量稱調(diào)壓、均壓過程中，煤灰（礦粉）所排出來的氣體無法從減壓錐和穩(wěn)流倉內(nèi)腔流走，只有攜帶顆粒往容積計(jì)量層流動，產(chǎn)生沖料、跑料；同時，氣體使科氏力粉體計(jì)量稱均壓倉內(nèi)料壓不均勻,容重產(chǎn)生變化,物料在不同容重條件下進(jìn)入轉(zhuǎn)子計(jì)量區(qū)，導(dǎo)致給料量波動大、計(jì)量反饋波動大。

4 對策、措施

（1）在煤灰倉和礦粉倉的下料口安裝機(jī)械限位器，通過械限位器限制下料口圓弧閥的開度，開度有30%、50%、70%、100%4種。根據(jù)需要調(diào)節(jié)圓弧閥最大開度，控制物料最大瞬時流量，進(jìn)而控制進(jìn)入穩(wěn)流倉的物料最大瞬時流量，從而控制物料進(jìn)入穩(wěn)流倉內(nèi)時所產(chǎn)生的沖擊力。（2）調(diào)整助流壓縮空氣壓力，原來的壓力值是0.4MPa,通過多次試驗(yàn)，調(diào)整為0.17～0.25MPa,在這個壓力值范圍內(nèi)，既可以達(dá)到吹氣助流的目的，又可以避免煤灰倉和礦粉倉內(nèi)的物料大量崩塌。（3）使用干燥的壓縮空氣。改造煤灰倉和礦粉倉的助流壓縮空氣管路，接入經(jīng)過冷卻除水的干燥壓縮空氣，避免壓縮空氣攜帶水分進(jìn)入煤灰倉和礦粉倉。（4）保持穩(wěn)流倉處于負(fù)壓狀態(tài)。把穩(wěn)流倉內(nèi)的空氣抽入相鄰設(shè)備的收塵器，保持該收塵器處于良好的工作狀態(tài)，保持穩(wěn)流倉內(nèi)較高的負(fù)壓值，作用有幾個：①把承壓排氣區(qū)內(nèi)煤灰顆粒之間的空氣快速排出，增加顆粒之間的內(nèi)摩擦力，增大內(nèi)摩擦角，增加顆粒之間的互鎖能力，使填充密度均勻并增加，提高其抗沖擊能力。②把科氏力粉體計(jì)量稱均壓區(qū)壓出來的氣體快速抽走，避免該氣體停留在膨脹區(qū)，該區(qū)域沒有空氣，可以減慢煤灰的膨脹速度，降低煤灰（礦粉）流動速度，減少煤灰（礦粉）的下料率；使均壓倉內(nèi)料壓均勻,容重一定,物料在相同容重條件下進(jìn)入轉(zhuǎn)子計(jì)量區(qū)。③把膨脹壓內(nèi)煤灰（礦粉）所含的氣體快速抽走，避免該氣體停留在膨脹區(qū)，該區(qū)域沒有空氣，可以減慢煤灰的膨脹速度，降低煤灰流動速度，減少煤灰（礦粉）的下料率。④在墜落懸浮區(qū)，形成向上的曵力，減慢煤灰（礦粉）顆粒下降速度，起到剎車作用，減少該區(qū)域煤灰顆粒對承壓排氣區(qū)煤灰的沖擊力，保持承壓排氣區(qū)煤灰（礦粉）穩(wěn)定。見圖所示。（5）保持穩(wěn)流倉內(nèi)物料處于高倉位運(yùn)行。高倉位運(yùn)行是指穩(wěn)流倉倉位下降到50%時，開始提料，穩(wěn)流倉倉位上升到90%左右，停止提料。使用礦粉、煤灰時，穩(wěn)流倉必須高倉位運(yùn)行（不低于50%），這樣，穩(wěn)流倉內(nèi)的物料才能有充足的時間把顆粒之間的氣體壓出來，使穩(wěn)流倉內(nèi)物料的填充率均勻，物料的內(nèi)摩擦角變化不大，保持比較平衡，物料的內(nèi)摩擦力變化不大，物料往下移動的速度變化不大，為科氏力粉體計(jì)量稱提供符合其設(shè)計(jì)要求的物料運(yùn)動速度。當(dāng)物料含氣率較高時，物料的內(nèi)摩擦角變化很大，物料的內(nèi)摩擦力變化很大，物料往下移動的速度變化很大，科氏力粉體計(jì)量稱處于不斷調(diào)整的狀態(tài)，調(diào)整速度跟不上含氣率變化的速度時，計(jì)量控制會出現(xiàn)振蕩，由此造成物料下料量大幅度波動，質(zhì)量也隨之波動。（6）煤灰倉、礦粉倉實(shí)行多點(diǎn)下料，降低倉內(nèi)積料高度，從而降低積料倒塌時產(chǎn)生的沖擊力。（7）改造穩(wěn)流倉內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因現(xiàn)場不具備施工條件，不予考慮增加倉容量方案，采取改造穩(wěn)流倉內(nèi)部結(jié)構(gòu)的辦法，減少沖擊力，穩(wěn)定穩(wěn)流倉內(nèi)物料的內(nèi)摩擦角，提搞抗沖擊能力，降低穩(wěn)流倉內(nèi)物料流動速度，給下游設(shè)備——科氏力粉體計(jì)量稱提供緩慢、平穩(wěn)、均勻的物料。（8）改變穩(wěn)流倉出口物料流動模式。穩(wěn)流倉下料手動閘板全部打開時，穩(wěn)流倉內(nèi)的物料流動狀態(tài)為質(zhì)量流，在質(zhì)量流狀態(tài)下，煤灰流動很快，很容易沖擊位于穩(wěn)流倉下面的科氏力粉體計(jì)量稱，造成科氏力粉體計(jì)量稱計(jì)量波動。穩(wěn)流倉下料手動閘板左80右100時，穩(wěn)流倉內(nèi)的物料流動狀態(tài)上部為質(zhì)量流而下部為中心流，在質(zhì)量流與中心流結(jié)合的流狀態(tài)下，ABC區(qū)和DEF區(qū)形成停滯區(qū)，在停滯區(qū)，從上部流下來的煤灰（礦粉）撞擊該區(qū)的煤灰（礦粉），撞擊后，煤灰（礦粉）的動能變小，煤灰（礦粉）流動速度變慢，停滯區(qū)越大，煤灰（礦粉）流動速度越慢，煤灰（礦粉）停滯時間增加，有利于排除煤灰（礦粉）中的空氣，煤灰（礦粉）中的空氣越少，其密度越均勻，動態(tài)內(nèi)摩擦角越均勻，下料越穩(wěn)定。煤灰（礦粉）對穩(wěn)流倉下面的科氏力粉體計(jì)量稱沖擊力越小，科氏力粉體計(jì)量稱計(jì)量波動值越小，計(jì)量越穩(wěn)定。

5 效果

實(shí)施對應(yīng)措施前，最大波動百分比為300%，實(shí)施對應(yīng)措施后，計(jì)量波動百分比最大為8.57%。最大波動百分比下降了291.43%，下降效果非常顯著。

6 結(jié)語

粉體的流動性隨著粉體的含氣量、含水量、壓實(shí)密度、顆粒大小、粒徑分布、料倉結(jié)構(gòu)、開口尺寸等因素的變化而變化。在實(shí)踐工作中，必須根據(jù)上述因素的變化實(shí)施相應(yīng)措施，才能確保粉體的流動速度及下料量均勻，為計(jì)量設(shè)備提供平穩(wěn)均勻的物料，減少計(jì)量設(shè)備反饋值的波動。