新型轉(zhuǎn)子秤在生料喂料及計量中的應(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)使用沖板流量計計量生料喂料量，并根據(jù)沖板流量計反饋的喂料量調(diào)節(jié)流量閥開度，控制物料下料量和短斜槽料流的穩(wěn)定。沖板流量計本身沒有穩(wěn)定料流的作用，當生料倉料位出現(xiàn)高低波動時，對沖板流量計的喂料量計量影響很大，能直接導(dǎo)致窯尾提升機電流波動大，入窯生料量不穩(wěn)，影響窯的煅燒質(zhì)量。

為解決此問題，將沖板流量計更換為了轉(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，僅依靠生料倉生料自身的重力將生料直接喂入秤體。轉(zhuǎn)子秤的設(shè)計理念是，將秤體內(nèi)扇形料格完全填滿生料，相當于獲得穩(wěn)定的料層厚度，然后通過控制轉(zhuǎn)速穩(wěn)定喂料。這種設(shè)計模型與皮帶上料層厚度一樣的皮帶秤相仿，負荷是穩(wěn)定的，保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定即可實現(xiàn)喂料量的穩(wěn)定。

但在實際運行時，受倉壓等因素影響，下料量會產(chǎn)生波動，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，仍需進一步改進喂料方式。

由于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子秤秤體內(nèi)是正壓環(huán)境，對轉(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，在生料倉塌料時，生料就會通過間隙從下料計量區(qū)域直接沖到出料非計量區(qū)域，這部分生料就沒有被計量。雖然實際下料量多了，但轉(zhuǎn)子秤沒有計量到，導(dǎo)致誤認為下料量不足，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，窯尾提升機電流持續(xù)升高，C1出口溫度持續(xù)下降。此時需立即減少喂料量，逐漸穩(wěn)定由此引起的預(yù)熱器和窯內(nèi)的熱工波動。

圖1是某公司轉(zhuǎn)子秤的沖料趨勢圖，其中，黃色矩形標注區(qū)分別為沖料時喂料反饋量、C1溫度、窯尾斗式提升機電流的記錄曲線。由圖1可見，喂料反饋量降低，斗式提升機電流卻升高、C1溫度下降，說明實際下料量多了，但轉(zhuǎn)子秤沒有計量到，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)場控制箱內(nèi)裝有稱重傳感器，為稱重區(qū)域；進料管是下料管，為非稱重區(qū)域；進料管和出料管與秤體均為軟連接，物料從進料管落到吊裝軸線上，抵消了下料對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)，由出料管下料口進入斜槽。物料進入稱重區(qū)時，計量系統(tǒng)對物料進行稱重，并將固定角度的負荷信息進行儲存，控制系統(tǒng)將預(yù)先計算出下料口需要的角速度。通過這種前饋控制原理，新型轉(zhuǎn)子秤可對波動予以提前校正，保證短期高精確度。

在生料倉的下料口，即轉(zhuǎn)子秤的進料管，配置了氣動流量閥，通過調(diào)整流量閥開度控制下料量和轉(zhuǎn)子秤秤體內(nèi)的負荷率，保證秤體上部有一定的空余。再通過下料管上連接的收塵管，實現(xiàn)入秤前的氣料分離，保證秤體內(nèi)為負壓環(huán)境。

圖1 轉(zhuǎn)子秤的沖料趨勢圖

圖2 轉(zhuǎn)子秤結(jié)構(gòu)圖

由于秤體內(nèi)是負壓環(huán)境，對轉(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)改造項目中，選用了新型生料轉(zhuǎn)子秤。

3.1 入窯斗式提升機電流波動情況及喂料穩(wěn)定性

新型轉(zhuǎn)子秤在安裝試車后，直接進行了生產(chǎn)運營在線測試。以入窯斗式提升機電流波動作為參考依據(jù)，在160t/h喂料量下，空載電流和帶料電流對比見表1。

表1 空載電流和帶料電流對比，A

通過數(shù)據(jù)對比，減去入窯斗式提升機設(shè)備本身造成的空載電流波動，實際下料造成的電流波動只有0.92A。

圖3為入窯斗式提升機電流波動周期趨勢圖。由圖3分析可知，帶料時的入窯斗式提升機電流波動周期與入窯斗式提升機空載的波動周期相同（大約為80s），說明下料對斗式提升機原有的波動平衡未產(chǎn)生影響。

圖3 入窯斗式提升機電流波動周期趨勢圖

圖4 流量反饋趨勢圖

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

3.2 沖料對喂料穩(wěn)定性的影響

為了驗證轉(zhuǎn)子秤能消除倉位波動對下料的影響，對倉位進行人工干預(yù)。該公司生料標準倉儲量為50t/h，正常生產(chǎn)時保持在48t/h左右。經(jīng)與操作員溝通后，決定停止向標準倉輸送物料，將料位降到38t/h，再將料位提高至49t/h，倉位波動幅度26%。轉(zhuǎn)子秤負荷率、倉位、斗式提升機電流及流量閥趨勢情況見圖5～8。

圖5 轉(zhuǎn)子秤負荷率

圖6 倉位

圖7 斗式提升機電流

圖8 氣動流量閥

由圖8可見，在倉位下降過程中，轉(zhuǎn)子秤負荷率產(chǎn)生了波動，經(jīng)氣動流量閥調(diào)節(jié)后，對斗式提升機電流影響很小，對比數(shù)據(jù)見表2。

表2 氣動流量閥調(diào)整后對斗式提升機電流的影響

生料標準倉位波動前后，斗式提升機電流出現(xiàn)了0.11A的波動，產(chǎn)生的物料波動影響可以忽略，證實了倉位波動對下料幾乎沒有影響。

3.3 新型生料轉(zhuǎn)子秤應(yīng)用效果

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

4 結(jié)語

新型轉(zhuǎn)子秤達到了更高標準的運行指標，具有以下四個特點：

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

（2）轉(zhuǎn)子秤加氣動流量閥雙調(diào)節(jié)回路，前饋控制配合PID雙控制回路，保證了喂料不受倉位波動影響。長期計量精度優(yōu)于0.5%，對斗式提升機電流的影響在2A之內(nèi)。

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

（4）秤體內(nèi)是負壓環(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，特別是對粉煤灰等小劑量物料的計量，可實現(xiàn)一噸到幾十噸的寬范圍控制。新型轉(zhuǎn)子秤技術(shù)指標優(yōu)于傳統(tǒng)的沖板流量計、轉(zhuǎn)子秤等，并符合第二代水泥生產(chǎn)線的高要求，是新建、技改項目優(yōu)選喂料計量設(shè)備之一。