粉狀物料計(jì)量與控制

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合肥固泰自動化有限公司

鹿建森2013.10.30粉狀物料的計(jì)量與控制目錄1.主要應(yīng)用領(lǐng)域與場合2.粉狀物料特性與計(jì)量控制的要求3.粉狀物料的計(jì)量與控制系統(tǒng)組成4.典型系統(tǒng)應(yīng)用入窯生料計(jì)量與定量喂料窯頭和分解爐定量喂煤粉體物料添加與定量配料水泥出廠計(jì)量1.主要應(yīng)用領(lǐng)域與場合粉狀物料細(xì)度細(xì)、容重小、流動性強(qiáng)、易揚(yáng)塵、易跑料、沖料，而且受水份、溫度、壓力、充氣狀態(tài)影響變化較大流動性受到水分和氣壓的影響最為強(qiáng)烈；通常物料水分增加使得粉體物料的流動性變差，物料趨于粘聚并有較大的附著性，水分越大其附著性越強(qiáng)，流動性越差;干燥或伴有氣流的粉狀物料的流動性極強(qiáng)，表現(xiàn)為物料趨于自溢(自流性)，含氣量越大，其流動性越強(qiáng)。2.1粉狀物料特性2.粉狀物料特性與計(jì)量控制的要求計(jì)量準(zhǔn)確；喂料連續(xù)、穩(wěn)定；調(diào)節(jié)范圍寬、量程大密閉，無揚(yáng)塵2.2計(jì)量控制系統(tǒng)要求3.1過程（稱重）倉是重要的工藝環(huán)節(jié)，粉體計(jì)量控制直接串接在過程倉上；是系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定的供料環(huán)節(jié)；是稱重標(biāo)定倉，對粉體計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。倉容和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)、合理；破拱與助卸：流動性強(qiáng)，如煤粉和粉煤灰等，倉側(cè)破拱和倉底重力自然卸料；附著性強(qiáng)，如生料粉、礦粉等，加之倉儲庫容較大，過程倉儲時(shí)間較長，采用庫側(cè)充氣破拱和庫底充氣助卸結(jié)合的方式。3.粉狀物料的計(jì)量與控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)簡單，動力配置小，調(diào)節(jié)迅速，適用于大流量預(yù)給料；過程倉要求流態(tài)化效果好；對過程倉料壓變化敏感，選擇閥面面積與流量線性關(guān)系好的一段工作；流量與開度非線性，控制時(shí)間要短。3.2.1流量調(diào)節(jié)閥3.2（預(yù)）給料單元?dú)鈩?電動流量調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)簡單，占空間高度小，操作維護(hù)簡單方便，投資少；回轉(zhuǎn)葉輪給料機(jī)，往往結(jié)構(gòu)和加工精度不夠理想。尤其是側(cè)向和徑向間隙較大，常常會產(chǎn)生漏料、跑料，不能穩(wěn)定地控制瞬時(shí)給料量；物料不得夾帶雜物和黏濕性過大，否則，容易造成卡料、堵料等故障，并且給料量調(diào)節(jié)范圍較窄；作為預(yù)給料的螺旋機(jī)要求應(yīng)更高一些，如：螺旋間隙盡量較小，設(shè)有防沖料穩(wěn)流結(jié)構(gòu)等，并有適當(dāng)?shù)哪湍バ浴?.2.2葉輪式/螺旋式給料機(jī)葉輪式/螺旋式給料機(jī)喂料均勻穩(wěn)定，消除了竄料和倉壓的影響；可根據(jù)物料特性及工藝特點(diǎn)設(shè)計(jì)不同的結(jié)構(gòu)層數(shù)；造價(jià)較高，功耗較高；選擇合適的耐磨材料和合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用壽命較長。3.2.3迷宮式多層喂料機(jī)迷宮式多層粉體喂料機(jī)沖擊流量計(jì)設(shè)備簡單全封閉、投資低、可在線或旁路標(biāo)定計(jì)量精度較低3.3計(jì)量單元3.3.1流量計(jì)（固體流量計(jì)、科里奧利流量計(jì)）固體流量計(jì)：通過對物料所受科里奧利力的測量得到物料的流量。計(jì)量原理獨(dú)特，不受系統(tǒng)壓力、振動等外界因素的影響，計(jì)量的準(zhǔn)確性高。高速運(yùn)轉(zhuǎn)的測量板磨損大、恒速穩(wěn)定要求高。維護(hù)要求和投資成本較高，實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定運(yùn)行難度較大?？评飱W利(Coriolis)流量計(jì)：只計(jì)量，是被動檢測；系統(tǒng)穩(wěn)定性依賴于給料裝置；滯后控制調(diào)節(jié)。3.3.2流量計(jì)的缺點(diǎn)3.2定量給料機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，精度較好，投資較低，維護(hù)成本低，調(diào)校容易；密閉性差，易漏料、揚(yáng)塵，造成環(huán)境污染；占用空間也較大，易沖料。3.3螺旋秤簡單的說就是裝了傳感器的螺旋輸送設(shè)備；采用變頻調(diào)速給料，精度較低；維修工作量較大，選型不能偏大，因其小流量工作不穩(wěn)定；磨損大、易竄料。3.4轉(zhuǎn)子秤格式葉片推動或限制物料流動；采用環(huán)狀天平的原理，計(jì)量精度高；支點(diǎn)軸對稱布置，物料粘附不影響精度；進(jìn)出料在同一軸線，工藝干擾不影響計(jì)量。轉(zhuǎn)子秤3.5分格轉(zhuǎn)子秤主要用于煤粉計(jì)量；把喂煤、計(jì)量、鎖風(fēng)集成一體；利用二次杠桿原理+重量計(jì)量；采用預(yù)期控制技術(shù)；利用間隙可調(diào)鎖風(fēng)技術(shù)；進(jìn)煤、出煤、進(jìn)風(fēng)在一條軸線；計(jì)量精度高、使用壽命長、維護(hù)簡單。分格轉(zhuǎn)子秤計(jì)量原理開發(fā)了穩(wěn)流型工藝；負(fù)壓抽吸助卸技術(shù)；寬進(jìn)料口設(shè)計(jì)；更高的加工進(jìn)度，鎖風(fēng)效果好；通用控制器控制。固泰公司CWF分格轉(zhuǎn)子定量喂煤裝置固泰公司CWF分格轉(zhuǎn)子定量喂煤裝置3.6輪輻轉(zhuǎn)子粉體計(jì)量秤是我公司自主研制，開發(fā)的最新一代粉體計(jì)量裝置，主要用于粉體物料計(jì)量；汲取了環(huán)狀天平和菲斯特轉(zhuǎn)子秤的各自優(yōu)點(diǎn)；穩(wěn)定可靠、計(jì)量準(zhǔn)確、量程大、使用壽命長、維護(hù)簡單。采用輪輻式轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)，特種合金材料，間隙鎖料技術(shù)；直接測量轉(zhuǎn)子內(nèi)物料重量，計(jì)量精度不受料倉內(nèi)物料屬性、氣流和物料流動特性的影響，計(jì)量準(zhǔn)確；采用預(yù)給料+預(yù)期控制技術(shù)，雙環(huán)控制，保證了喂料連續(xù)穩(wěn)定，計(jì)量精度高；獨(dú)特的刀口設(shè)計(jì)和懸掛裝置支撐，傳力靈敏，計(jì)量精度高；獨(dú)特的長壽命設(shè)計(jì)，使用壽命長，故障率低，維護(hù)簡單；結(jié)構(gòu)簡潔，全密封設(shè)計(jì)，運(yùn)行可靠，無泄漏；采用PLC控制；布置安裝簡單，占用空間小，便于維護(hù)；具有遠(yuǎn)程診斷功能，即時(shí)提供技術(shù)支持。使用壽命長轉(zhuǎn)子、密封板采用合金材料，耐磨；轉(zhuǎn)速低，磨損?。粶p速機(jī)懸空轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子與下密封板間隙鎖風(fēng)，不接觸，所以耐磨；磨損后，測間隙重新調(diào)整，與菲斯特煤粉秤一樣原理。4.1入窯生料計(jì)量與定量喂料系統(tǒng)穩(wěn)流儲料倉：大多數(shù)采用倉底充氣助卸或結(jié)合倉側(cè)充氣破拱的自然卸料的方式來保證穩(wěn)流儲料倉內(nèi)生料的連續(xù)自然卸料；預(yù)給料裝置——流量調(diào)節(jié)閥；除了選配性能優(yōu)良的流量調(diào)節(jié)閥外，設(shè)計(jì)一個(gè)合理的過程儲料倉，穩(wěn)定過程儲料倉的倉壓，穩(wěn)定倉底助卸氣壓下，得到一個(gè)穩(wěn)定卸料的料流是非常重要的因素；為了能夠提高整個(gè)系統(tǒng)的動態(tài)性能，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際滯后時(shí)間常數(shù)，選擇合理的調(diào)節(jié)方式和參數(shù)也是非常重要的。

4.典型系統(tǒng)應(yīng)用流量計(jì)檢測入窯生料的瞬時(shí)流量；PID或其變種算法來調(diào)節(jié)流量閥的開度；流量調(diào)節(jié)閥的開度與其通過流量大小的線性關(guān)系直接影響該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，間接影響系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)；純滯后控制系統(tǒng)。4.1.1

流量調(diào)節(jié)閥+流量計(jì)系統(tǒng)流量環(huán)的調(diào)節(jié)是由定量給料機(jī)的負(fù)荷、定量給料機(jī)的線速度，通過運(yùn)算和標(biāo)度變化得到實(shí)際通過計(jì)量單元的瞬時(shí)生料流量，與入窯生料系統(tǒng)的設(shè)定輸入流量進(jìn)行比較，利用偏差調(diào)節(jié)計(jì)量單元的速度；負(fù)荷環(huán)的調(diào)節(jié)是由系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定輸入確定的負(fù)荷范圍，再由測量的負(fù)荷，與標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷比較，由偏差調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥門的開度。4.1.2

流量閥+定量給料機(jī)系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)閥預(yù)給料+定量給料機(jī)定量給料，精度更高，更穩(wěn)定；耦合雙回路控制，設(shè)計(jì)、調(diào)試要求高；定量給料機(jī)規(guī)格大，占用空間較大；密閉性不如流量計(jì)，有揚(yáng)塵的可能預(yù)給料+預(yù)期控制技術(shù)，雙環(huán)控制，計(jì)量精度高，提升機(jī)電流一般在2A內(nèi)波動；使用壽命長，5年內(nèi)基本沒有易損件；安裝高度低，與沖板流量計(jì)差不多。4.1.3

流量閥+轉(zhuǎn)子秤系統(tǒng)入窯生料計(jì)量與定量喂料控制原理圖PWF（R）入窯生料計(jì)量與定量喂料系統(tǒng)規(guī)格型號表規(guī)格型號喂料能(m3/h)功率(kW)整機(jī)重量(kg)適用生產(chǎn)線規(guī)模PWF(R)112510～1004.025001000t/d新型干法線PWF(R)132520～2005.530001500t/d新型干法線PWF(R)152535～3507.540002500t/d新型干法線PWF(R)173040～4009.250004000t/d新型干法線PWF(R)193060～6001165005000t/d新型干法線PWF(R)213580～8001590008000t/d新型干法線云南省活發(fā)集團(tuán)劉總旗水泥有限公司2500t/d水泥生產(chǎn)線入窯生料喂料沂南中聯(lián)4500t/d水泥生產(chǎn)線入窯生料喂料4.2.1

定量喂煤四個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)

4.2窯頭和分解爐定量喂煤系統(tǒng)穩(wěn)流系統(tǒng)；給料裝置；計(jì)量設(shè)備；輸送鎖風(fēng)裝置。

4.2.2

科里奧利原理流量計(jì)系統(tǒng)

4.2.3轉(zhuǎn)子秤系統(tǒng)4.2.4分格轉(zhuǎn)子秤系統(tǒng)

4.2.5

CWF（S）穩(wěn)流型定量喂煤系統(tǒng)

主要特點(diǎn)：多層粉體喂料機(jī)，采用分級喂料技術(shù)，保證喂料均勻穩(wěn)定，不產(chǎn)生因氣壓結(jié)拱現(xiàn)象；使用穩(wěn)流倉結(jié)構(gòu)，內(nèi)部能形成漏斗效應(yīng)，保證煤粉的流動性；配合適當(dāng)?shù)谋睾拓?fù)壓抽吸助卸系統(tǒng)（國家專利技術(shù)），完全能避免穩(wěn)流倉煤粉結(jié)壁現(xiàn)象；系統(tǒng)的返風(fēng)在穩(wěn)流倉頂部匯集，及時(shí)通過收塵收走，形成微負(fù)壓，不易形成氣拱，下料穩(wěn)定；寬接口設(shè)計(jì)，不存在煤粉在接口處掛壁、結(jié)料；同時(shí)，喂料機(jī)內(nèi)有攪拌器，使煤粉充分流化，避免粘壁，消除物料死區(qū)，有利于下料順暢；穩(wěn)流倉料位實(shí)時(shí)控制，可根據(jù)工廠的實(shí)際工藝狀況，將穩(wěn)流倉設(shè)定在合理的倉位，確保喂煤連續(xù)、穩(wěn)定；同時(shí)，可定期進(jìn)行實(shí)物標(biāo)定，確保長期穩(wěn)定的計(jì)量精度。臺泥（安順）水泥有限公司2x4000t/d水泥生產(chǎn)線臺泥（重慶）水泥有限公司2x4600t/d水泥生產(chǎn)線4.3粉體物料添加與定量配料4.3.1主要添加與定量配料的粉體種類煤粉灰的定量添加；礦渣粉、鋼渣粉與熟料粉的定量配料（礦渣與熟料獨(dú)立粉磨）；窯灰的定量添加；干電石渣粉的定量添加等。

4.3.2庫側(cè)卸料系統(tǒng)庫側(cè)卸料系統(tǒng)敘述同入窯生料系統(tǒng)分格輪預(yù)給料，定量給料機(jī)和環(huán)狀天平轉(zhuǎn)子秤計(jì)量；計(jì)量精度高，成本較低；分格輪加工精度不高，易漏料、跑料；對物料雜質(zhì)較敏感；不適宜粉煤灰等流動性好的物料。4.3.3

庫底——分格輪+定量給料機(jī)/環(huán)狀天平轉(zhuǎn)子秤4.3.4

庫底——螺旋喂料機(jī)+螺旋秤螺旋喂料機(jī)預(yù)給料，螺旋秤計(jì)量；計(jì)量精度較差，成本較低，高度空間低，橫向距離大；螺旋加工精度不高，易漏料、跑料，經(jīng)常把螺旋傾斜安裝；不適宜粉煤灰等流動性好的物料。4.3.5

庫底——螺旋喂料機(jī)+環(huán)狀天平轉(zhuǎn)子秤螺旋喂料機(jī)預(yù)給料，環(huán)狀天平轉(zhuǎn)子秤計(jì)量；計(jì)量精度高，成本較高；螺旋加工精度不高，易漏料、跑料，經(jīng)常把螺旋傾斜安裝；在小流量場合使用。很難控制穩(wěn)定的料流。由于很難對物料的流態(tài)性能進(jìn)行量化測定，庫底分料箱很小，充氣量不易控制，再加上倉壓的影響，會出現(xiàn)時(shí)大時(shí)小，時(shí)通時(shí)斷的現(xiàn)象；流量測量環(huán)節(jié)（計(jì)量秤）和流量調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)（流量調(diào)節(jié)閥）在物理空間的分離（斜槽較長），使的該系統(tǒng)在偏差調(diào)節(jié)上會出現(xiàn)一定的滯后現(xiàn)象；分格輪和流量閥雙調(diào)節(jié)易出現(xiàn)紊亂；此系統(tǒng)不推薦使用。4.3.6庫底——庫底轉(zhuǎn)庫側(cè)4.3.7庫底——多層粉體喂料機(jī)+轉(zhuǎn)子體計(jì)量秤系統(tǒng)把轉(zhuǎn)子粉體計(jì)量裝置與多層粉體喂料機(jī)結(jié)合起來；主要應(yīng)用于庫底卸料的易流性粉狀物料的計(jì)量與定量給料。系統(tǒng)主要特點(diǎn)：預(yù)給料機(jī)為MPF多層粉體喂料機(jī)，采用專門設(shè)計(jì)的多層式密封結(jié)構(gòu)，有效抑制了粉狀物料流動性好帶來的串料問題，克服了倉壓對計(jì)量的影響，喂料均勻穩(wěn)定，不會出現(xiàn)結(jié)拱、串料、漏料等現(xiàn)象；該系統(tǒng)繼承了PWF輪輻轉(zhuǎn)子粉體計(jì)量裝置的計(jì)量精度高、使用壽命長、維護(hù)簡單等特點(diǎn)；采用預(yù)給料機(jī)加預(yù)期控制技術(shù)，技術(shù)先進(jìn)，給料穩(wěn)定，計(jì)量精度高，真正實(shí)現(xiàn)定量喂料；結(jié)構(gòu)簡潔，全密封設(shè)計(jì)，操作簡便，運(yùn)行可靠，無泄漏；具有遠(yuǎn)程診斷功能，及時(shí)提供技術(shù)支持。后英集團(tuán)礦渣粉、熟料粉配料系統(tǒng)大同煤礦集團(tuán)粉煤灰定量添加4.4水泥出廠計(jì)量系統(tǒng)散裝水泥領(lǐng)域中所使用的計(jì)量器具以各類衡器為主；汽車衡：包括機(jī)械式地秤與電子汽車衡，直接稱量散裝水泥汽車裝運(yùn)量；料倉電子秤：直接稱量倉中水泥重量，主要用于船運(yùn)散裝水泥中轉(zhuǎn)站；軌道衡：包括靜態(tài)與動態(tài)軌道衡，主要用于大型水泥廠發(fā)散；臺秤，特別是杠桿式臺秤，廣泛用于小型建筑工地或農(nóng)村發(fā)散其它，主要包括車載稱重系統(tǒng)