江海濤
(中建材(合肥)粉體科技裝備有限公司 ,安徽 合肥 230051)
水泥粉磨系統(tǒng)的細度控制主要有比表面積、篩余和粒度分布等指標。其中激光粒度分布是目前國內(nèi)外普遍采用的檢測方法之一。激光粒度檢測分為離線檢測和在線檢測。顧名思義,離線檢測是將采集樣品交由實驗室完成檢測;在線檢測是粉磨運行過程中通過在線粒度檢測儀定時取樣自動完成檢測。在線檢測對于粉磨過程控制具有反饋及時,生產(chǎn)調(diào)控的指導性和時效性強等特點,但使用條件相對于實驗室苛刻,其檢測數(shù)據(jù)的可性度既要求有清潔穩(wěn)定的壓縮空氣、適宜的鏡片吹掃氣壓和分散氣壓,也決定于于合理的取樣方式及取樣點設(shè)置,同時還需要針對不同的生產(chǎn)工藝、料流特點進行差異化設(shè)計。本文通過廣東J水泥廠在線激光粒度分析儀的使用經(jīng)驗,針對小孔直接取樣和螺旋取樣器預取樣兩種不同的在線取樣方式進行對比,分析其取樣原理及存在的問題,并提出改善措施和選擇原則,可供生產(chǎn)參考。
激光粒度分析無論是在線或是離線檢測,結(jié)果的真實性首先取決于取樣的代表性,即所取樣品是否與實際粒度分布相同,其中取樣方式至關(guān)重要。水泥粉磨系統(tǒng)常用的在線粒度分析儀,通常采用小孔取樣器直接取樣,實驗室離線檢測大多采用螺旋取樣器取樣。
廣東J水泥廠在線粒度分析儀應(yīng)用于1號水泥磨聯(lián)合粉磨系統(tǒng),由1套HFCG180-160輥壓機、HFX-4500下進風式選粉機和φ3.8m×13m球磨機組成,承擔輥壓機擠壓半成品(即球磨機入磨物料)的粒度分布和比面積的在線適時檢測,檢測結(jié)果作為輥壓機、選粉機參數(shù)調(diào)整的重要依據(jù)。在線激光粒度分析儀的取樣點布置在旋風收塵器與球磨機之間的入磨斜槽溜子處見圖1。基于取樣方便,維護簡單,減少故障點的原則,最初選擇采用的是小孔直接取樣的方式,小孔數(shù)量和取樣點均為1個。
圖1 小孔直接取樣方式圖
小孔直接取樣是將取樣器小孔插入到工藝料流管道中,小孔正對料流方向,物料通過自身流動進入取樣管,在取樣管的壓縮空氣作用下,進入在線粒度分析儀進行分析檢測。小孔取樣最重要的兩個關(guān)鍵點是:小孔插入斜槽溜管的位置見圖2;文丘里氣與增壓空氣的氣壓配合見圖3。
圖2 小孔插入斜槽溜管的位置圖
小孔插入斜槽溜管的位置,對于料流穩(wěn)定,規(guī)律性強的工藝生產(chǎn)過程,可按照使用說明書的標準操作流程來確定,而插入深度與所取樣品的粒度分布及濃度有關(guān),可以通過不同深度的取樣同試驗室進行實際比對加以確定。但輥壓機半成品的粉體顆粒在斜槽溜管中的流動沒有任何規(guī)律,同時也會受到系統(tǒng)產(chǎn)量的變化、旋風筒重錘閥動作、收塵器周期性卸灰等因素的影響而加劇料層厚度及其分層情況的不確定性,進而導致進入取樣小孔中的粉體粒度分布的變化,使得與實際產(chǎn)品粒度不符,即取樣的代表性差,檢測數(shù)據(jù)失真。
此外,小孔取樣器僅憑單一小孔和單一取樣點約不足20kg/h的取樣量,用來標定連續(xù)生產(chǎn)的200t/h產(chǎn)量的細度,對取樣代表性和檢測結(jié)果的影響也可想而知。因此在調(diào)試階段,我們曾多次調(diào)節(jié)小孔插入斜槽溜管的位置及深度,但結(jié)果均不理想,無論怎樣調(diào)整總是很難保證在線檢測結(jié)果與試驗室離線檢測的顆粒分布或比表面積相接近。
圖3 文丘里氣與增壓空氣示意圖
圖4 文丘里氣和增壓空氣在小孔處的三種氣壓狀態(tài)圖
小孔取樣的另一個關(guān)鍵點是對文丘里氣和增壓空氣這兩個壓縮空氣的調(diào)整。文丘里氣在小孔處有負壓效果,增壓空氣在小孔處為正壓見圖3。兩者氣體共同作用在小孔處,就有可能出現(xiàn)“正壓”、“負壓”和“零壓”三種狀態(tài)見圖4,為了使所取樣品能夠盡量反應(yīng)小孔處樣品的真實性,還需要合理設(shè)置文丘里氣與增壓空氣的壓力。
“零壓”狀態(tài)表示小孔處的文丘里氣與增壓空氣的氣壓相同,此時,在小孔處增壓空氣的正壓與文丘里氣產(chǎn)生的負壓完全抵消,物料進入取樣孔的速度Vi與斜槽溜管內(nèi)的物料流動速度Vp相同,從而保證只有小孔處的粗細物料都被取到,但零壓時,小孔容易被細粉堵塞,導致檢測無法連續(xù)進行。
當小孔處增壓空氣的正壓小于文丘里氣產(chǎn)生的負壓時,小孔處于“負壓”狀態(tài),小孔對外界環(huán)境有吸力,從而導致更多的小顆粒被吸入,使得檢測結(jié)果往往偏細。此時物料進入取樣孔的速度Vi大于斜槽溜管內(nèi)的物料流動速度Vp。
當小孔處增壓空氣的正壓大于文丘里氣產(chǎn)生的負壓時,小孔處于“正壓”狀態(tài),小孔對外界環(huán)境有吹力,從而導致更多應(yīng)該進入小孔的小顆粒被吹出,使得檢測結(jié)果偏粗。此時物料進入取樣孔的速度Vi小于斜槽溜管內(nèi)的物料流動速度Vp。
由上可見,小孔取樣器直接取樣要求在選準插入點的基礎(chǔ)上,還必須調(diào)節(jié)合適的文丘里氣與增壓空氣,這相對比較困難。實際操作中,我們經(jīng)過3個多月的調(diào)試對比,在線激光檢測與離線檢測結(jié)果始終相差很大,在線檢測有時候偏細,有時候又偏粗,毫無規(guī)律可循。所以不得不仍然采用化驗室離線檢測進行生產(chǎn)控制。為解決這一問題,經(jīng)過反復摸索探討,決定模仿化驗室取樣方式,在小孔取樣之前新增加一個螺旋取樣器預取樣環(huán)節(jié),即先由螺旋取樣器,在由小孔取樣器提取預取樣中的一部分樣品,使其在線檢測的準確度大為提高,并最終成功用于生產(chǎn)控制。
圖5 螺旋取樣器預取樣圖
螺旋取樣器預取樣見圖5。
具體方法是:在螺旋取樣器上正對料流方向均勻地開4~6個取樣孔見圖6。將螺旋取樣器插入斜槽溜管中,料流隨自然下落進入取樣孔,即完成預取樣。由于取樣孔大小(φ5mm)相同,分布均勻,且位于料層的各處,因而能充分保證預取樣品不會隨著料層厚度及分層情況的變化而出現(xiàn)明顯偏差,為后面的小孔取樣創(chuàng)造了良好的條件。同時取樣器的螺旋攪拌作用,又對斜槽溜管的料流進行充分的均化,最終使小孔取樣的代表性大為提高。
圖6 螺旋取樣器的開孔圖
小孔取樣器的插入點由原來的斜槽溜管改為螺旋取樣器的出料端(圖5),用于提取螺旋取樣器預取樣中的一小部分物料供在線檢測,大部分預取樣仍然返回斜槽溜子。通過兩次取樣,所取樣品經(jīng)過均化、攪拌,排出了風、閥等干擾,代表性大幅提升。小孔取樣采用微負壓,有利于防止零壓狀態(tài)堵塞小孔而影響檢測連續(xù)性的問題,雖然負壓取樣相對偏細,但負壓微弱,加之我們從大量實測對比中總結(jié)出偏差的規(guī)律性,采用數(shù)學修正方法進行校正,最終使小孔取樣器以kg計的取樣量能夠真實反映200t/h的粒度分布,從而有效地提高了在線檢測的準確性。目前,J廠擠壓粉磨系統(tǒng)的生產(chǎn)控制一直采用在線檢測,經(jīng)過試驗室定期檢測對比,在線與離線檢測結(jié)果基本相近,使用效果良好。
實踐證明,螺旋取樣器預取樣與小孔取樣器相結(jié)合的方法,可以作為在線激光粒度分析的切實可行的方案。