回轉(zhuǎn)窯喂料和喂煤波動的分析

1 料倉內(nèi)物料的流動性
　　人們發(fā)現(xiàn)，除大顆粒物料屬自由流動外(不含細(xì)粉)，大部分物料都屬于不自由流動體。后者的特征是顆粒層中內(nèi)力的作用大于重力，內(nèi)力在流動開始以后會逐漸擾亂原有層面，并導(dǎo)致結(jié)管和結(jié)拱現(xiàn)象。內(nèi)力產(chǎn)生的原因在于固體常能或多或少地把周圍介質(zhì)中的物質(zhì)吸附向自由的表面。顆粒越小其比表面積越大，表面自由焓越高，顆粒間的作用力越大，內(nèi)力越強(qiáng)，表現(xiàn)出粉狀物料具有粘結(jié)性。隨著壓力和物料濕度的增加，物料更加密實(shí)。
　　一開始在下料口附近物料中心局部形成自由下落，同時(shí)下料口邊緣外始出現(xiàn)結(jié)拱條件，料拱形成下料中斷。在重力作用下，物料顆粒間形成剪力，并不斷增加，當(dāng)剪力超過料拱屈服強(qiáng)度時(shí)拱層出現(xiàn)崩塌，剪力減小拱層再穩(wěn)定，剪力再積累，這樣不斷循環(huán)，所以這種流動是不穩(wěn)定的。
　　為了提高料倉流動性應(yīng)采用詹尼克整體流動斗倉設(shè)計(jì)法。但是，由于設(shè)計(jì)資料中不能方便地找到其中要求的相關(guān)參數(shù)，所以在工程上很難應(yīng)用該方法，設(shè)計(jì)出流動性良好的料倉。我們可以采取如下一些措施來做定性的處理使料倉的流動性得到改善：
1)采用盡可能大的卸料口尺寸。
2)采用大長寬比的卸料口。比如用長寬比為3的卸料門，流動性比圓形卸料口提高1倍。
3)卸料口中心線與料倉中心線偏移。
4)采用嵌入體加大流動帶寬度，并破壞結(jié)拱條件。
5)倉壁內(nèi)使用襯板。一種是采用摩擦系數(shù)小的襯板，以促進(jìn)整體流動。也可分段使用，　　即對筒倉直筒部分可以不作處理或者將筒倉壁處理得更粗糙—些，對筒倉和錐斗之間的過渡帶使用倉壁摩擦系數(shù)最小的材料，而對于斗倉部分可以使用倉壁摩擦系數(shù)略大的材料。第二種方式是在斗倉內(nèi)采用粗糙和光滑相間的2種壁面。物料沿著2種不同壁面將產(chǎn)生不同的流動速度，從而降低結(jié)拱頻率。
6)采用大傾角斗倉或雙曲面斗倉。這種措施可以提高流動性，但是結(jié)構(gòu)變化大，會影響儲存能力，也會影響布置。

2 喂料機(jī)的不穩(wěn)定因素
　　中小型回轉(zhuǎn)窯多采用雙管螺旋喂料機(jī)喂生料和煤粉。雖然雙管喂料機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)很大的受料倉，以求提高上部料倉的流動性，但由于料倉內(nèi)給料螺旋為等徑等距螺旋，其中物料只能從后部約1個(gè)螺距的寬度上卸出，而前部不能卸出。原因是后部的1片螺旋由于進(jìn)入螺旋體的物料被推向前部，出現(xiàn)了新的裝料空間，料倉中的物料才能進(jìn)入該空間。而前部的螺旋體由于其空間被后部送來的物料充滿，卸料口前部的物料無法進(jìn)入螺旋體而不能卸出。所以沒有起到大卸料口的作用。干擾了喂料的穩(wěn)定。
　　另一方面雙管螺旋喂料機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)并非填充率Ψ=1，所以喂料時(shí)，每段等距螺旋體中的物料量不一定相等，這樣就會出現(xiàn)出料口的流量波動。若料倉流動不良，螺旋體的填充率會發(fā)生更大的變化。
解決的方法可考慮：
1)將倉內(nèi)螺旋體改為從后向前逐漸增大的變徑螺旋，這樣才能使料倉在卸料口整個(gè)寬度上卸料。
2)將喂料機(jī)出口的最后1片螺旋葉減小螺距形成前后輸送能力差，使圓管內(nèi)物料擠壓密實(shí)，以達(dá)到每段等距螺旋體中物料量相等，流量穩(wěn)定的目的。

3 漏風(fēng)影響
　　窯尾喂料氣力提升泵中料面偏低時(shí)漏風(fēng)嚴(yán)重。漏風(fēng)穿過穩(wěn)流螺旋干擾了計(jì)量設(shè)備，使計(jì)量失準(zhǔn)。反復(fù)標(biāo)定也不能解決問題，現(xiàn)場觀察沖板流量計(jì)有冒灰現(xiàn)象，說明計(jì)量失準(zhǔn)與漏風(fēng)有很大關(guān)系。
　　解決的方法應(yīng)考慮適當(dāng)控制充氣風(fēng)量，調(diào)整噴嘴與輸送管間距離，控制料面高度穩(wěn)定在三分之二泵高處。必要時(shí)可考慮穩(wěn)流螺旋的放風(fēng)措施。
　　喂煤螺旋泵在小流量情況下，漏風(fēng)更嚴(yán)重。目前使用的產(chǎn)品對螺旋泵進(jìn)行了結(jié)構(gòu)簡化，動力消耗大幅度下降，但是密封效果變差。改進(jìn)的螺旋泵卸料口為斜面，閥板靠自重密封，喂料管有相當(dāng)一部分伸入混合室，使該部位氣流壓縮，閥板周圍形成負(fù)壓區(qū)。閥板有開啟趨勢而造成漏風(fēng)。處理的方法可考慮增加閥面密封面積，增加閥板配重。應(yīng)使外閥面圓滑過渡以防止增加新的氣流于擾。
　　另外，在設(shè)計(jì)選型方面也存在規(guī)格過大問題。在實(shí)際生產(chǎn)中大多數(shù)情況使用流量遠(yuǎn)小于泵能力，所以螺旋體內(nèi)物料填充率偏低，起不到應(yīng)有的料封作用。小喂料量時(shí)的漏風(fēng)很明顯，造成氣流對計(jì)量的沖擊。
　　解決的方法可將拖動電動機(jī)改為雙速電動機(jī)。在小流量下使用12極，大流量時(shí)切換至6極接法。

4 測量滯后帶來的喂料不穩(wěn)定性
　　并非采用了自動控制系統(tǒng)喂料就一定能很好的穩(wěn)定下來。自動化的良好作用是需要一定的內(nèi)部和外部條件才能有效工作。
　　系統(tǒng)的主要干擾因素在于料倉卸料的不穩(wěn)定性，其流動有相當(dāng)?shù)臎_擊性，造成喂料機(jī)內(nèi)物料的填充率發(fā)生跳動，相當(dāng)于躍階干擾，使自動調(diào)節(jié)比較困難。物料進(jìn)入喂料機(jī)后從卸料口出來，對于Φ150mmx2500mm和φ250mmx 2500mm雙管螺旋喂料機(jī)最小輸送時(shí)間分別為16．4s和33．5s。在調(diào)速狀態(tài)下，最大輸送時(shí)間可能分別超過60s和120s。也就是說喂料機(jī)進(jìn)口出現(xiàn)的干擾要到16—120s后才能被測出。現(xiàn)場觀察，干擾出現(xiàn)的時(shí)間僅1—2s，而測得的數(shù)據(jù)是數(shù)十秒之前的。自動凋節(jié)過程一般需要3個(gè)周期的波動才能趨于穩(wěn)定，1個(gè)周期約需3～5s。即出現(xiàn)1個(gè)干擾，自動控制系統(tǒng)從開始到穩(wěn)定需要l0s左右的時(shí)間。這樣從干擾出現(xiàn)到完成調(diào)節(jié)需要30～130s。在這段時(shí)間內(nèi)已有多個(gè)干擾進(jìn)入，自動控制只能頻繁工作。況且，由于自動控制的滯后，系統(tǒng)只會越調(diào)越亂。
　　螺旋泵采用很短的喂料長度，很高的轉(zhuǎn)速。其喂料時(shí)間僅約0．6s，對改善測量滯后非常有利。而且，螺旋泵采用了變距螺旋，機(jī)內(nèi)物料比較密實(shí)，填充率恒定，從而保證了喂料的穩(wěn)定。若用螺旋泵的喂料方式改進(jìn)喂料機(jī)，可能是一個(gè)很好的思路，它有利于大幅度降低滯后的影響。
　　從自動化方面減少滯后影響的措施是調(diào)節(jié)器使用較大的比例度。另外，可考慮采用信號濾波以減少不必要的調(diào)節(jié)，從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
　　同時(shí)還應(yīng)確定適宜的積分時(shí)間常數(shù)。以防設(shè)置不當(dāng)造成新的于擾源。

5 改造效果
　　我們依據(jù)以上分析，對回轉(zhuǎn)窯喂料和喂煤系統(tǒng)實(shí)施了改造。首先，我們將窯頭和分解爐喂煤的螺旋泵出口閥板增重，閥板背面作了拋圓處理。這樣一方面增加了閥面壓力，另一方面減少了閥區(qū)渦流對閥板的影響，使密封效果改善。處理后，對喂料波動改善不大，但沖板流量計(jì)的冒灰現(xiàn)象得以消除。
　　第二步，我們將喂料和喂煤的雙管螺旋喂料機(jī)的受料倉內(nèi)等徑螺旋葉改為變徑的；將出口的最后1片螺旋葉螺距改為原螺距的80％，并將生料氣力提升泵前溢流螺旋輸送機(jī)出口、窯頭和窯尾輸煤螺旋泵進(jìn)口加掛排風(fēng)布袋。并將窯頭輸煤螺旋泵轉(zhuǎn)速降至原來的1／2。
　　通過以上處理，生料喂料的流量顯示跳動從原來的±35．5％下降到±6．6％；分解爐喂煤由于計(jì)量設(shè)備問題不便與改造前對比，改造后的流量顯示跳動為±11．5％；窯頭喂煤改造前流量顯示跳動±50％，改造后跳動的改善幅度不大，但是改變螺旋泵轉(zhuǎn)速之后流量跳動明顯下降，顯示跳動為±16．7％，而且螺旋泵進(jìn)口的排風(fēng)布袋變癟。說明螺旋泵的漏風(fēng)已被有效扼制。