淺析降低科氏力粉體計量稱反饋波動值

周建設

（廣西華宏建材有限公司，廣西 南寧 530200）

我公司年產60萬t水泥粉磨站采用分別粉磨工藝。各種物料分別單獨粉磨或易磨性相近的幾種物料共同粉磨至相應細度，然后，按設定的比例計量配料并混合均勻即可形成產品。這種分別粉磨工藝具有以下優點：（1）能夠適應易磨性差別較大或粒度差別較大的物料粉磨；（2）磨內物料的粉磨速度基本一致，因而過粉磨現象較少，可有效提高粉磨效率，降低粉磨電耗；（3）物料的粉磨細度調整互不影響，因而既可獲得粒度分布范圍寬的配合料，也可獲得粒度分布范圍窄的配合料。采用分別粉磨工藝，按設定的比例計量配料并混合均勻時，計量設備的穩定運行和準確計量控制是影響水泥產品質量的關鍵因素。

1 存在的問題

我公司年產60萬t水泥粉磨站水泥復配工藝流程如圖1所示。

圖1 水泥復配工藝流程

圖1中，科氏力粉體計量稱的量程為0～90t，型號為KXT(K)。投入使用后，發現其反饋值不穩定，變化幅度大。尤其給定值小于20t/h時（小量程），只要提升機提料，其反饋值就大幅度波動，最大波動百分比為300%，嚴重影響水泥產品的質量。

2 現場情況

2.1 礦粉倉、煤灰倉

礦粉倉和煤灰倉的結構尺寸相同，筒倉高度21m，直徑10m，魚背倉低，設計有5個下料口，但實際只使用一個下料口。下料口呈圓錐體，出料口直徑為0.5m。沒有減壓錐，有空氣助流箱，助流壓縮空氣為0.4MPa，壓縮空氣，沒有除水；下料口與空氣輸送斜槽之間使用氣動圓弧閥連接，但圓弧閥只有開和關兩個位置，無法調節物料流量。

2.2 穩流倉

礦粉和煤灰共同使用圖1中的穩流倉。現場發現倉內呈正壓，氣體往外噴、冒煙。穩流倉為圓筒與圓錐結合的對稱結構，圓筒直徑2m，圓筒高度為1.45m；圓錐高度為1m，圓錐斗與水平線夾角為49°，出料口直徑為0.5m，容積為6.35m3，倉內有減壓錐。

2.3 下料

2021年8月30 日，觀察情況配制煤灰。用手摸煤灰倉下料口溜子，很燙，溫度約40°；摸斜槽，較燙，說明流下來的煤灰溫度較高，其流動性較高，應該不用吹氣助流都能均勻下料，但是，實際情況是需要吹氣助流才能比較均勻下料。

3 原因分析

3.1 礦粉倉、煤灰倉起拱，下料堵塞，倉內物料倒塌

（1）倉內起拱，下料堵塞。煤灰倉和礦粉倉直徑為10m，高21m，容積約1500m3,容積較大，能夠貯存的煤灰（礦粉）較多，工作周期長。在煤灰（礦粉）貯存期間，其所含的空氣不斷被擠壓出來，貯存時間越長，煤灰（礦粉）的含氣量越少，其流動性越差。隨著貯存時間的延長，煤灰（礦粉）的壓實密度增大，煤灰（礦粉）顆粒之間的嚙合力增加，其流動性進一步降低。由于下料口沒有減壓錐，在這種情況下，容易產生漏斗流，使下料不穩定。

下料口的結構是圓錐體，在重力擠壓作用下，物料顆粒在下料口受到的作用力有錐體的反作用力、重力、上層物料壓力、下方氣體及物料反作用力，當上述作用力平衡時，下料口出現結拱、堵塞，拱下面的物料卸出后形成空穴便造成堵料斷流。破壞其受力平衡狀態即可破拱。破拱的途徑有兩種：一是減少錐體對物料的反作用力；二是改變下方氣體及物料的反作用力。本文中，礦粉倉、煤灰倉采用壓縮空氣助流破拱方式，即向下料口吹入一定壓力值的壓縮空氣，打破下料口物料平衡狀態。下料口物料平衡狀態一旦被打破，物料就往下流動。現場調查中，發現煤灰需要吹氣助流才能比較均勻下料，證明了前述判斷的正確性。

（2）水分的影響。由于助流壓縮空氣所含的水份較大，水分在庫內與煤灰（礦粉）交匯后極易產生水露凝結，庫內煤灰（礦粉）間隙存在的液體在顆粒表面的毛細管凝縮作用下，容易導致顆粒之間形成的液橋，進而產生液橋力，增加顆粒系統的強度。隨著水分的增加，庫內與煤灰（礦粉）的流動性會減小，流動能力變差。下料變得困難，會出現結拱甚至下料停止的現象。

（3）倉內物料倒塌。煤灰的安息角為15～20°，礦粉的安息角約35°，料倉直徑為10m，高度為21m，僅使用一個下料口下料，倉內邊壁積料很高。積料的平衡狀態一旦被破壞，積料就會倒塌，積料傾瀉而下涌進下料口，瞬時下料量過多，給下游設備產生沖擊，也給科氏力粉體計量稱造成沖擊，引起反饋值波動。

（4）吹氣壓力影響。物料顆粒在下料口受到的作用力有錐體的反作用力、重力、上層物料壓力、下方氣體及物料反作用力。當煤灰（礦粉）壓實密度、含氣量、含水量、料位高度、顆粒形狀、顆粒表面粗糙度、粒徑分布數等發生變化時，上層物料壓力隨之發生變化，破拱所需的壓力也必須隨之改變。若破拱壓力過低，則無法破拱。若破拱壓力過高，即助流壓縮空氣壓力過高，庫內積料大量倒塌，積料傾瀉而下涌進下料口，瞬時下料量過多，給下游設備產生沖擊，也給科氏力粉體計量稱造成沖擊，引起反饋值波動。

3.2 穩流倉容量小

KXT(K)科氏力粉體計量稱的使用說明書中要求，穩流倉容量為喂料量的3倍，倉容量小，會導致工作周期過短，料位和倉壓變化過快，造成卸料波動不穩定。本文中穩流倉的容積為6.35m3，粉煤灰的密度一般是0.7t/m3，0.7×6=4.2t。粉煤灰最小喂料量為5～10t/h,4.2/5=0.84＜1，無法滿足3倍喂料量容積要求。礦粉的密度一般是0.8t/m3，0.8×6=4.8t，礦粉最小喂料量為10t/h，4.8/10=0.48＜1，無法滿足3倍喂料量容積要求。

3.3 穩流倉內氣體干擾

穩流倉內為正壓，物料顆粒之間的氣體無法壓出來，填充率不均勻，物料動態內摩擦角變化大，穩流倉內物料往下移動速度變化大，科氏力粉體計量稱振蕩，計量不穩，質量波動。

3.4 減壓錐內氣體干擾

由于穩流倉內減壓錐和錐斗之間的截面積越從上到下逐漸變小，錐斗的煤灰（礦粉）流經該截面時受到擠壓，隨著煤灰（礦粉）不斷往下流動，其壓縮量越來越大，如圖所示。在壓縮過程中，煤灰（礦粉）之中所含的氣體也隨之不斷地被擠壓出來。當煤灰（礦粉）到達截面最小處時，煤灰（礦粉）壓縮量達到最大值，煤灰（礦粉）中的含氣量達到最小值。煤灰（礦粉）通過截面最小處后，截面突然擴大，被壓縮的煤灰（礦粉）突然膨脹。煤灰（礦粉）膨脹過程中，顆粒之間的距離不斷增大，相鄰顆粒之間的空隙不斷增大，這些增大的空隙需要空氣快速補充才能維持煤灰（礦粉）的膨脹過程。如果空氣補充速度不穩定或空氣量不穩定，就會影響膨脹過程的穩定，煤灰（礦粉）在膨脹區域的流動速度就不穩定。由于減壓錐的排氣管與穩流倉、提升機相連通，提升機料斗卸料時其氣壓不穩定，減壓錐內的氣壓隨之不穩定，導致膨脹區域內煤灰（礦粉）膨脹過程不穩定，煤灰（礦粉）從該區域向下流動速度不穩定，對下游的科氏力粉體計量稱產生沖擊，造成科氏力粉體計量稱反饋值波動。

3.5 科氏力粉體計量稱內氣體干擾

科氏力粉體計量稱給料機由由調壓層、緩壓層、均壓層、容積計量層組成。理論上該給料機的結構設計有效地解決了流動性粉體物料在料壓和自重力作用下產生的跑料和沖料問題,達到了穩定料流的目的。該給料機穩定計量的關鍵條件之一是均壓倉內料壓均勻,容重一定,物料在相同容重條件下進入轉子計量區。但是，本文中的穩流倉處于正壓狀態而壓力變化很大，穩流倉中的煤灰（礦粉）所含的氣體很難排出，進入科氏力粉體計量稱的煤灰（礦粉）含氣量大；穩流倉減壓錐處于正壓狀態，在科氏力粉體計量稱調壓、均壓過程中，煤灰（礦粉）所排出來的氣體無法從減壓錐和穩流倉內腔流走，只有攜帶顆粒往容積計量層流動，產生沖料、跑料；同時，氣體使科氏力粉體計量稱均壓倉內料壓不均勻,容重產生變化,物料在不同容重條件下進入轉子計量區，導致給料量波動大、計量反饋波動大。

4 對策、措施

（1）在煤灰倉和礦粉倉的下料口安裝機械限位器，通過械限位器限制下料口圓弧閥的開度，開度有30%、50%、70%、100%4種。根據需要調節圓弧閥最大開度，控制物料最大瞬時流量，進而控制進入穩流倉的物料最大瞬時流量，從而控制物料進入穩流倉內時所產生的沖擊力。（2）調整助流壓縮空氣壓力，原來的壓力值是0.4MPa,通過多次試驗，調整為0.17～0.25MPa,在這個壓力值范圍內，既可以達到吹氣助流的目的，又可以避免煤灰倉和礦粉倉內的物料大量崩塌。（3）使用干燥的壓縮空氣。改造煤灰倉和礦粉倉的助流壓縮空氣管路，接入經過冷卻除水的干燥壓縮空氣，避免壓縮空氣攜帶水分進入煤灰倉和礦粉倉。（4）保持穩流倉處于負壓狀態。把穩流倉內的空氣抽入相鄰設備的收塵器，保持該收塵器處于良好的工作狀態，保持穩流倉內較高的負壓值，作用有幾個：①把承壓排氣區內煤灰顆粒之間的空氣快速排出，增加顆粒之間的內摩擦力，增大內摩擦角，增加顆粒之間的互鎖能力，使填充密度均勻并增加，提高其抗沖擊能力。②把科氏力粉體計量稱均壓區壓出來的氣體快速抽走，避免該氣體停留在膨脹區，該區域沒有空氣，可以減慢煤灰的膨脹速度，降低煤灰（礦粉）流動速度，減少煤灰（礦粉）的下料率；使均壓倉內料壓均勻,容重一定,物料在相同容重條件下進入轉子計量區。③把膨脹壓內煤灰（礦粉）所含的氣體快速抽走，避免該氣體停留在膨脹區，該區域沒有空氣，可以減慢煤灰的膨脹速度，降低煤灰流動速度，減少煤灰（礦粉）的下料率。④在墜落懸浮區，形成向上的曵力，減慢煤灰（礦粉）顆粒下降速度，起到剎車作用，減少該區域煤灰顆粒對承壓排氣區煤灰的沖擊力，保持承壓排氣區煤灰（礦粉）穩定。見圖所示。（5）保持穩流倉內物料處于高倉位運行。高倉位運行是指穩流倉倉位下降到50%時，開始提料，穩流倉倉位上升到90%左右，停止提料。使用礦粉、煤灰時，穩流倉必須高倉位運行（不低于50%），這樣，穩流倉內的物料才能有充足的時間把顆粒之間的氣體壓出來，使穩流倉內物料的填充率均勻，物料的內摩擦角變化不大，保持比較平衡，物料的內摩擦力變化不大，物料往下移動的速度變化不大，為科氏力粉體計量稱提供符合其設計要求的物料運動速度。當物料含氣率較高時，物料的內摩擦角變化很大，物料的內摩擦力變化很大，物料往下移動的速度變化很大，科氏力粉體計量稱處于不斷調整的狀態，調整速度跟不上含氣率變化的速度時，計量控制會出現振蕩，由此造成物料下料量大幅度波動，質量也隨之波動。（6）煤灰倉、礦粉倉實行多點下料，降低倉內積料高度，從而降低積料倒塌時產生的沖擊力。（7）改造穩流倉內部結構。因現場不具備施工條件，不予考慮增加倉容量方案，采取改造穩流倉內部結構的辦法，減少沖擊力，穩定穩流倉內物料的內摩擦角，提搞抗沖擊能力，降低穩流倉內物料流動速度，給下游設備——科氏力粉體計量稱提供緩慢、平穩、均勻的物料。（8）改變穩流倉出口物料流動模式。穩流倉下料手動閘板全部打開時，穩流倉內的物料流動狀態為質量流，在質量流狀態下，煤灰流動很快，很容易沖擊位于穩流倉下面的科氏力粉體計量稱，造成科氏力粉體計量稱計量波動。穩流倉下料手動閘板左80右100時，穩流倉內的物料流動狀態上部為質量流而下部為中心流，在質量流與中心流結合的流狀態下，ABC區和DEF區形成停滯區，在停滯區，從上部流下來的煤灰（礦粉）撞擊該區的煤灰（礦粉），撞擊后，煤灰（礦粉）的動能變小，煤灰（礦粉）流動速度變慢，停滯區越大，煤灰（礦粉）流動速度越慢，煤灰（礦粉）停滯時間增加，有利于排除煤灰（礦粉）中的空氣，煤灰（礦粉）中的空氣越少，其密度越均勻，動態內摩擦角越均勻，下料越穩定。煤灰（礦粉）對穩流倉下面的科氏力粉體計量稱沖擊力越小，科氏力粉體計量稱計量波動值越小，計量越穩定。

5 效果

實施對應措施前，最大波動百分比為300%，實施對應措施后，計量波動百分比最大為8.57%。最大波動百分比下降了291.43%，下降效果非常顯著。

6 結語

粉體的流動性隨著粉體的含氣量、含水量、壓實密度、顆粒大小、粒徑分布、料倉結構、開口尺寸等因素的變化而變化。在實踐工作中，必須根據上述因素的變化實施相應措施，才能確保粉體的流動速度及下料量均勻，為計量設備提供平穩均勻的物料，減少計量設備反饋值的波動。