现代化的水泥储存和检测计量技术

水泥 2008-01-15

物料存储是水泥工业生产过程中必须的中间环节，随之我国水泥工业结构调整的步伐加快，水泥生产线规模越来越大，物料存储所用的均化堆场、库、仓的容量也越来越大，型式也各不同，有长方形和圆形堆场；有圆库和帐篷库等，一种圆形库在国外也开始在水泥行业应用；这些库大部分是混凝土结构，也有钢结构；另一方面由于水泥干法工艺过程越来越趋于成熟，为节约投资，要求中间环节的存储周期尽量缩短，所用的库、仓的容量也不应无限的扩大，通过在线分析控制矿山的开采面，堆料和取料作业，原料的预调配等，确保生料成分的稳定和煅烧的稳定，尽量使库和仓的数量和容量降低到最小值。

　　一．概述

　　库卸料侧和计量装置装在一起，为确保卸料和计量装置连续工作，库也必须安装检测装置。本文将讨论各种型式库和检测计量装置如何协调并评估几种新型计量装置。

　　二．水泥生产线的存储库

　　水泥生产线的存储库有：

　　1．原料存储库：其数量和规模取决于规模、原料品种和原材料的输送周期，为适应原料配料和输送的要求，原料存储库在工艺设计中也作为原料调配库，在库底设置定量给料机，由生料质量控制系统输出信号，改变其设定值，自动调节输送到原料磨的流量，这种设计方案比早期的磨头仓方案，简化了工艺流程和投资。有的厂矿山开采方式为民采，为节省预均化系统，采用了碎石库或其他形式的仓或堆场；有的厂为节约投资，辅助原料储存还采用联合储库。

　　2．均化库：均化库是干法水泥生产最重要的工艺和中间环节，均化库将出磨的生料充气搅拌，使均化后的生料各种性能指标，如石灰石饱和系数等生料的质量指标能满足入窑生料的要求。典型的TP型均化库的结构特点是：库底中心有一个大圆锥，库壁和圆锥之间的环形区划分为六个由罗茨风机充气的充气区，由六个流量控制阀控制卸料量。在同一时间内至少有两个卸料口开放。每个卸料口在卸料过程中都形成漏斗状料柱，切割料层，产生重力混合均化作用。卸出的生料粉经电动流量控制阀后由斜槽送入计量仓。计量仓及其卸料装置也由罗茨风机充气卸料，生料由卸料装置卸出后由斜槽送至提升设备，在提升机与斜槽之间设有固体流量计或其他计量装置，用来控制和计量生料喂料量。均化库要满足生料均化和卸料的要求，也要满足计量仓的入料和卸料的要求。目前均化库名目繁多，如IBAU库、CF库等，但均化的效果还不够理想，有些均化库几乎仅作为存储只要之用，作者认为均化库投资大，运行成本高，且效益不是很理　　想，在水泥生产线规模越来越大的今天，不应盲目增大均化库库容，应尽量使出磨的生料率值波动降到最低来做文章，以节省投资和运行成本。

　　3．熟料库：熟料库在熟料生产线是作为最终产品的储库，在水泥生产线是作为中间产品的储库；在粉磨站是作为原料的储库。熟料库大多是圆库，在大型水泥生产线现普遍采用帐篷库，帐篷库类似于堆场，从熟料链斗输送机进入中间的小库，但能自动堆取料，形成一定的休止角，它比圆库可节省较多的土建投资。当前使水泥厂家困惑的在淡季生产时，如何解决库容量不足的矛盾。作者认为大型水泥厂最好有备用的熟料堆场或者有配套的粉磨站，以缓解此矛盾。

　　4．水泥库：水泥库除保证出厂水泥有一定的存储周期外，还起到调整水泥品种和倒库的作用。要根据市场的需要和可选用的混合材确定水泥品种，如生产规模大，水泥品种多，要求存储周期长，则水泥库数量多和容量相对要大。散装库是为了汽车和其他散装运输工具而设置的，与其相配套是计量装置，目前在江浙一带，散装水运已较为普遍，但精度高，密封性好的连续计量装置还有待开发。

　　5．原煤仓和煤粉仓
　　煤粉制备部分有原煤仓和煤粉仓，煤粉仓仓重除了和计量装置配套，满足至窑头和分解炉的喂料量，煤粉仓设计必须考虑防爆，同时配套有CO分析和CO2
灭火装置。

　　三．.库和仓的物位的测量

　　1．物位测量综述

　　水泥工业中主要是固体物料的物位测量，液位测量则很少。固体物料种类繁多，有块料、颗粒状、粉料，这些物料的介电常数、容重、温度、水分含量也各不相同。接触式测量是过去测量物位的主要手段，如电容式、重锤式、音叉式、阻旋式等测量方法，由于测量时仪表和物料是接触的，在使用过程中往往会出现各种问题，如电容的挂料；重锤的断锤、埋锤；音叉的堵料等，且日常的维护量很大。到20世纪90年代，水泥工业开始采用非接触的物位测量，较早成熟的非接触的测量技术有超声波技术和核辐射技术（γ射线），核辐射技术因有放射源，在应用上受到限制。

　　超声波技术近几年来发展很快，是目前应用最广泛的非接触式测量方法，特别在液位测量。在水泥厂超声波物位测量已较普遍应用在原料调配库、原煤库、熟料库等，但超声波必须借助于媒质传播，如在水泥厂的储库物位测量通常以空气作为传播介质，而空气的温度、湿度、组分等的变化会影响超声波传播速度，空气中的粉尘也将衰减超声波的传播信号；当前超声波物位测量仅用于测量块料或颗粒状的物料，对粉仓料位的测量，由于粉仓料位表面在下料时非常疏松，对超声波信号有较强的衰减，故至今还没有测粉仓料位成功的先例。

　　九十年代末期，在过程检测领域出现了高性能、低价格的微波物位计即雷达料位计，所谓微波是电磁波，其频率范围为300MHz~300GHz, 微波的传播速度为3x108 m/s, 如设频率为5. 8GHz, 在大气中波长约为52μm，其穿透力强，传播速度不受粉尘、蒸汽及介质组分的影响，传播衰减也很小；对被测固体物料除要求其介电常数ε>1.8外，物料的温度、压力、密度等几乎不影响对其准确的测量；现有雷达料位计在天线设计和形状确保了接受回波的能量；另外现场调试也十分简单，通过专用的软件，能把正确的回波迅速找到，并立即换算为物位值。由于比超声料位计有其更卓越的性能，近几年来，雷达料位计迅速、大量进入了过程检测仪表的市场，在各行业普遍使用。在水泥行业也几乎由雷达料位计统占物位测量的领域，据统计近几年来新设计的大型水泥厂和粉磨站的各类库和仓近90%采用了各种类型的雷达料位计。

　　3．选型参照表

　　以上为典型2500t/d生产线各种类型库，其中库高为设定值，库高一般为库直径的2.4 倍，选择量程时应根据库的内部结构，按实际物料的堆积高度和休止角决定量程；所选型号由水泥厂信息反馈根据天威公司样本推荐，仅作为参考；为节省电气投资，应尽可能选用二线制，仓装有荷重传感器则不需连续测量。
四．库底出料物料流的计量

　　库底出料物料流的计量装置主要有：用于原料和水泥调配的定量给料机（调速皮带秤），用于窑尾喂料的冲板流量计或定量给料机（也有推荐用转子秤），由于煤粉计量和输送是大型干法烧成工艺非常重要环节，早期用于煤粉计量和输送的冲板流量计、分格轮和气力输送泵等已几乎不用，近些年来转子秤，科里奥利秤，粉研秤是煤粉计量和输送的首选。

　　1. 科里奥利煤粉计量秤

　　科里奥利秤是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利原理制成的一种直接式的物料流计量。用科里奥利力计量质量流量，在石化行业等其他应用领域已广泛使用，德国申克公司基于“科里奥利’力原理而设计开发出的申克Multicor-K型喂煤计量系统在水泥行业已取得较好的业绩，如拉发基都江堰水泥公司3台煤粉计量设备，江苏京阳（5500t/d）、安徽巢湖（2000t/d）、冀东磐石（4000t/d）、河北金牛（2000t/d）等均采用了该喂煤计量系统，并已分别正常运行了1~7年。这种计量秤集计量和输送为一体，结构紧凑，它直接将煤粉送入煤粉气力输送管线，输送距离可达200米；计量精度高，正常工作精度<±0.5%；秤测的是每一个瞬时的扭矩，由此测出为实际瞬时流量；计量稳定性极高，由于测的是轴扭矩，不受任何外力影响，反馈控制速度仅为0.1s；进料采用了大直径(Ø700mm)入料口，内置式搅拌器，保证进料均匀、通畅不堵料，不受外力或粉尘堆积的影响；系统密封性好，不需配套收尘设施，不污染环境，环保性能好；电气模块设计：省投资，易安装、易维护，没有配置电气控制柜，靠通讯完成所有的设定和控制功能。目前国内也有些院所开发了科里奥利秤，但由于某些专利技术还未掌握，运行可靠性、连续性、计量和控制精度还有待进一步提高。

　　2．环状天平计量秤和转子秤

　　近几年来，新建投产的大中型水泥厂在喂煤系统中，使用这两种秤占有一定比例，其机理都是采用天平式计量原理；在结构上也全是集供料、计量、输送和锁风为一体，密封性好；在控制上采用微机控制，可连续计量和改变设定值，它们和煤粉仓、罗茨风机组成喂煤系统。转子秤在我国已有三百多台在运行，基本运行情况良好，但价格较贵，另由于结构较复杂，维护也是一个问题。环状天平计量秤价格较低，但锁风和控制精度还不理想。目前国内有些院所也有环状天平计量秤产品。

　　3．库卸料流量控制

　　库卸料流量控制在稳定生料和熟料质量起到非常重要的环节，目前在水泥厂通常采用设定点控制，有手动和自动方式。流量控制阀大多是电动控制，由电动执行器控制流量阀。现在BMH 有一种新型的由气电控制的调节阀，它由气电定位器和一个执行器组成一个闭环控制回路, 气电定位器的功能是作为一个预先设定的五步控制器，执行器的所在位置经由伺服电位计采集，并作为当前值X返回，设定值W由一个电流值加到气电定位器, 它输出值为±Δý，用以操作集成控制阀。这些定位信号使执行器壳体内的压力差值变化，因而去调整执行器，直到系统的偏差为零。这种气电控制的调节阀有更强的监视和报警功能，电路简单，没有电气控制箱，设定和反馈信号采用了二线制接线，特别适用于在计算机控制系统的监视和操作。

　　五．结论

　　1．为降低大规模的水泥生产线基建投资，要求中间环节的存储周期尽量缩短，占有较高投资比例的库和仓的投资就可减少，通过应用在线分析仪控制矿山的开采面，堆料和取料作业，原料的预调配等，确保生料成分的稳定和煅烧的稳定，是当今大规模的水泥生产线建设时必须要面临的问题。

　　2．库的检测，卸料的计量和流量控制在保证生料稳定，节约能耗，提高熟料的质量起很重要作用，为此选择性能价格比高的检测、计量和流量控制装置至关重要。

　　3．均化库的投资大，均化效果不够理想，不应再盲目增大均化库库容，应尽量使出磨的生料率值波动降到最低来做文章。

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