回转窑喂料和喂煤波动的分析
水泥 2005-05-17
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1 料仓内物料的流动性
人们发现，除大颗粒物料属自由流动外(不含细粉)，大部分物料都属于不自由流动体。后者的特征是颗粒层中内力的作用大于重力，内力在流动开始以后会逐渐扰乱原有层面，并导致结管和结拱现象。内力产生的原因在于固体常能或多或少地把周围介质中的物质吸附向自由的表面。颗粒越小其比表面积越大，表面自由焓越高，颗粒间的作用力越大，内力越强，表现出粉状物料具有粘结性。随着压力和物料湿度的增加，物料更加密实。
一开始在下料口附近物料中心局部形成自由下落，同时下料口边缘外始出现结拱条件，料拱形成下料中断。在重力作用下，物料颗粒间形成剪力，并不断增加，当剪力超过料拱屈服强度时拱层出现崩塌，剪力减小拱层再稳定，剪力再积累，这样不断循环，所以这种流动是不稳定的。
为了提高料仓流动性应采用詹尼克整体流动斗仓设计法。但是，由于设计资料中不能方便地找到其中要求的相关参数，所以在工程上很难应用该方法，设计出流动性良好的料仓。我们可以采取如下一些措施来做定性的处理使料仓的流动性得到改善：
1)采用尽可能大的卸料口尺寸。
2)采用大长宽比的卸料口。比如用长宽比为3的卸料门，流动性比圆形卸料口提高1倍。
3)卸料口中心线与料仓中心线偏移。
4)采用嵌入体加大流动带宽度，并破坏结拱条件。
5)仓壁内使用衬板。一种是采用摩擦系数小的衬板，以促进整体流动。也可分段使用， 即对筒仓直筒部分可以不作处理或者将筒仓壁处理得更粗糙—些，对筒仓和锥斗之间的过渡带使用仓壁摩擦系数最小的材料，而对于斗仓部分可以使用仓壁摩擦系数略大的材料。第二种方式是在斗仓内采用粗糙和光滑相间的2种壁面。物料沿着2种不同壁面将产生不同的流动速度，从而降低结拱频率。
6)采用大倾角斗仓或双曲面斗仓。这种措施可以提高流动性，但是结构变化大，会影响储存能力，也会影响布置。
2 喂料机的不稳定因素
中小型回转窑多采用双管螺旋喂料机喂生料和煤粉。虽然双管喂料机设计了一个很大的受料仓，以求提高上部料仓的流动性，但由于料仓内给料螺旋为等径等距螺旋，其中物料只能从后部约1个螺距的宽度上卸出，而前部不能卸出。原因是后部的1片螺旋由于进入螺旋体的物料被推向前部，出现了新的装料空间，料仓中的物料才能进入该空间。而前部的螺旋体由于其空间被后部送来的物料充满，卸料口前部的物料无法进入螺旋体而不能卸出。所以没有起到大卸料口的作用。干扰了喂料的稳定。
另一方面双管螺旋喂料机设计时并非填充率Ψ=1，所以喂料时，每段等距螺旋体中的物料量不一定相等，这样就会出现出料口的流量波动。若料仓流动不良，螺旋体的填充率会发生更大的变化。
解决的方法可考虑：
1)将仓内螺旋体改为从后向前逐渐增大的变径螺旋，这样才能使料仓在卸料口整个宽度上卸料。
2)将喂料机出口的最后1片螺旋叶减小螺距形成前后输送能力差，使圆管内物料挤压密实，以达到每段等距螺旋体中物料量相等，流量稳定的目的。
3 漏风影响
窑尾喂料气力提升泵中料面偏低时漏风严重。漏风穿过稳流螺旋干扰了计量设备，使计量失准。反复标定也不能解决问题，现场观察冲板流量计有冒灰现象，说明计量失准与漏风有很大关系。
解决的方法应考虑适当控制充气风量，调整喷嘴与输送管间距离，控制料面高度稳定在三分之二泵高处。必要时可考虑稳流螺旋的放风措施。
喂煤螺旋泵在小流量情况下，漏风更严重。目前使用的产品对螺旋泵进行了结构简化，动力消耗大幅度下降，但是密封效果变差。改进的螺旋泵卸料口为斜面，阀板靠自重密封，喂料管有相当一部分伸入混合室，使该部位气流压缩，阀板周围形成负压区。阀板有开启趋势而造成漏风。处理的方法可考虑增加阀面密封面积，增加阀板配重。应使外阀面圆滑过渡以防止增加新的气流于扰。
另外，在设计选型方面也存在规格过大问题。在实际生产中大多数情况使用流量远小于泵能力，所以螺旋体内物料填充率偏低，起不到应有的料封作用。小喂料量时的漏风很明显，造成气流对计量的冲击。
解决的方法可将拖动电动机改为双速电动机。在小流量下使用12极，大流量时切换至6极接法。
4 测量滞后带来的喂料不稳定性
并非采用了自动控制系统喂料就一定能很好的稳定下来。自动化的良好作用是需要一定的内部和外部条件才能有效工作。
系统的主要干扰因素在于料仓卸料的不稳定性，其流动有相当的冲击性，造成喂料机内物料的填充率发生跳动，相当于跃阶干扰，使自动调节比较困难。物料进入喂料机后从卸料口出来，对于Φ150mmx2500mm和φ250mmx
2500mm双管螺旋喂料机最小输送时间分别为16．4s和33．5s。在调速状态下，最大输送时间可能分别超过60s和120s。也就是说喂料机进口出现的干扰要到16—120s后才能被测出。现场观察，干扰出现的时间仅1—2s，而测得的数据是数十秒之前的。自动凋节过程一般需要3个周期的波动才能趋于稳定，1个周期约需3～5s。即出现1个干扰，自动控制系统从开始到稳定需要l0s左右的时间。这样从干扰出现到完成调节需要30～130s。在这段时间内已有多个干扰进入，自动控制只能频繁工作。况且，由于自动控制的滞后，系统只会越调越乱。
螺旋泵采用很短的喂料长度，很高的转速。其喂料时间仅约0．6s，对改善测量滞后非常有利。而且，螺旋泵采用了变距螺旋，机内物料比较密实，填充率恒定，从而保证了喂料的稳定。若用螺旋泵的喂料方式改进喂料机，可能是一个很好的思路，它有利于大幅度降低滞后的影响。
从自动化方面减少滞后影响的措施是调节器使用较大的比例度。另外，可考虑采用信号滤波以减少不必要的调节，从而提高系统稳定性。
同时还应确定适宜的积分时间常数。以防设置不当造成新的于扰源。
5 改造效果
我们依据以上分析，对回转窑喂料和喂煤系统实施了改造。首先，我们将窑头和分解炉喂煤的螺旋泵出口阀板增重，阀板背面作了抛圆处理。这样一方面增加了阀面压力，另一方面减少了阀区涡流对阀板的影响，使密封效果改善。处理后，对喂料波动改善不大，但冲板流量计的冒灰现象得以消除。
第二步，我们将喂料和喂煤的双管螺旋喂料机的受料仓内等径螺旋叶改为变径的；将出口的最后1片螺旋叶螺距改为原螺距的80％，并将生料气力提升泵前溢流螺旋输送机出口、窑头和窑尾输煤螺旋泵进口加挂排风布袋。并将窑头输煤螺旋泵转速降至原来的1／2。
通过以上处理，生料喂料的流量显示跳动从原来的±35．5％下降到±6．6％；分解炉喂煤由于计量设备问题不便与改造前对比，改造后的流量显示跳动为±11．5％；窑头喂煤改造前流量显示跳动±50％，改造后跳动的改善幅度不大，但是改变螺旋泵转速之后流量跳动明显下降，显示跳动为±16．7％，而且螺旋泵进口的排风布袋变瘪。说明螺旋泵的漏风已被有效扼制。
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