粉體倉定量給卸料技術(shù)取得重大突破
2010-08-09 00:00
自水泥發(fā)明生產(chǎn)100多年來，工業(yè)粉體的倉儲(chǔ)定量給卸料技術(shù)就一直困擾著整個(gè)后續(xù)工藝的穩(wěn)定性。原因在于粉體因外部條件(如料位、水份、細(xì)度、粘性、倉口錐度、倉頂進(jìn)料等)的改變會(huì)處于流態(tài)固態(tài)或氣態(tài)的復(fù)雜狀況下， 卸放時(shí)在倉內(nèi)中心到邊壁的情況以及同垂直點(diǎn)從高到低呈現(xiàn)出明顯的從流態(tài)向固態(tài)的立體分布。特別在倉底出口處因錐形收口必然導(dǎo)致粉體收縮擠壓，當(dāng)粉體水份大且粘性較大時(shí)，極易在倉口附近形成拱架結(jié)圈，最終形成中心通孔式細(xì)長(zhǎng)喇叭形漏斗堆料，其中間的料流也稱為漏斗流。此種等同于沙漏計(jì)時(shí)的瓶頸效應(yīng)就產(chǎn)生了限流性，而且喇叭瓶頸通道因處于中心半流態(tài)區(qū)，其邊壁處于不穩(wěn)定的弱支撐狀態(tài)，會(huì)因倉頂進(jìn)料或上部下料的牽引沖擊而產(chǎn)生局部空洞垮脫，進(jìn)而造成喇叭口徑的經(jīng)常隨機(jī)性改變，最終必然造成出料的限流性和波動(dòng)性,對(duì)后續(xù)工藝的定量穩(wěn)定性需要種下了禍根。
生產(chǎn)過程中當(dāng)大型粉料倉從滿倉放空中部料后，倉內(nèi)周邊將形成高聳的喇叭圈料堆，對(duì)下部生產(chǎn)較大的落差勢(shì)能壓力，越上方的圈壁越脆弱。當(dāng)中上方圈壁出現(xiàn)局部空洞化支撐脆弱后，在倉頂進(jìn)料的擊發(fā)下空洞產(chǎn)生塌陷的粉料高速?zèng)_下，將更下部脆弱的支撐中圈壁擊潰為流態(tài)料，就會(huì)產(chǎn)生雪崩式連鎖垮塌，使整個(gè)高聳的喇叭圈料突然連料帶氣沖向倉底，形成瞬間的高流態(tài)高含氣高壓粉體，經(jīng)常造成倉口下接的給料設(shè)備如螺旋機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重的沖料自流情況。
為解決上述問題，人們開發(fā)出庫內(nèi)庫外各種輔助卸料手段。空氣炮技術(shù)算是其中一種，但是該技術(shù)要求料位超過炮口位置不能太高時(shí)使用，否則反可能將料震得更鐵實(shí)緊固。所以其安裝位置與放炮時(shí)機(jī)的選擇合理時(shí)才有效，且只能維持少量的時(shí)間，屬典型的治標(biāo)不治本方案。
流量不大(<40t/ h左右)時(shí)，有人采用小倉(一般5-10噸)稱重定料位上料控制的辦法，由大庫先自然不定量卸料輸出經(jīng)提升入小倉，通過對(duì)小倉料位的控制使得小倉內(nèi)流態(tài)性較高且倉口壓力相對(duì)穩(wěn)定，再由普通螺旋機(jī)后加計(jì)量（螺旋稱或沖量計(jì)）定量給出粉料?？梢娪谀撤N立窯預(yù)加水工藝和某些立窯均化配兌工藝中。雖然圈饒大了點(diǎn)，有一定效果，但僅限于小流量情況。
理論上，只有整體性卸料流才能滿足實(shí)際的生產(chǎn)需要，但上述事實(shí)告訴我們普通倉不可能實(shí)現(xiàn)之。顯然，在當(dāng)今日益發(fā)展的大型生產(chǎn)線的大流量的必然需求下，普通倉儲(chǔ)的漏斗流卸料根本不可能滿足實(shí)際工藝要求。
不知何時(shí)，以德國人為首的外國工程技術(shù)人員發(fā)展出氣動(dòng)卸料技術(shù)。采取庫內(nèi)特殊結(jié)構(gòu)下的全充氣流態(tài)化卸料方法，通過多管道引入庫底吹入高壓空氣，將倉底粉料氣化為粉氣混合體；并配套層疊中心發(fā)射狀多管空氣輸送斜槽，將氣化的粉料匯集到出口；再用復(fù)雜的特制流量閘閥通過控制開度卸放而出，此技術(shù)終于能解決放不出料的大問題。我國不少廠商開始仿造改進(jìn)并以較低的成本價(jià)格大力推廣之，目前在新型旋窯生產(chǎn)線大型粉磨站及部分立窯等方面獲得不少應(yīng)用，號(hào)稱為最先進(jìn)的卸料技術(shù)。但明顯的總體技術(shù)復(fù)雜，投資偏高，特別因?qū)ζ湫冻龅臍夤虄上嗟姆垠w無法直接準(zhǔn)確測(cè)量，加上調(diào)節(jié)閘閥的開度與流量的對(duì)應(yīng)線性和重復(fù)性都極差，對(duì)定量控制存在嚴(yán)重影響，因此在中小規(guī)模的水泥企業(yè)難免敬而遠(yuǎn)之。
我們認(rèn)為, 氣動(dòng)輸送技術(shù)僅適用于全開全關(guān)式卸放料的場(chǎng)合，如氣力罐裝車、裝船或遠(yuǎn)距離裝庫等，而且只需庫外采用風(fēng)送斜槽，空氣泵輸送等方式即可。而在大多數(shù)需要定量控制給料的場(chǎng)合，如生料煤粉定量入窯、分別粉磨定量配兌礦渣微粉、生料多庫定量搭配均化、多庫分標(biāo)號(hào)水泥定量配兌均化等等定量穩(wěn)定精度決定著工藝質(zhì)量與效率的地方，氣動(dòng)卸料技術(shù)在計(jì)量與控制上的天然缺陷引發(fā)的負(fù)作用太多。
在關(guān)鍵的旋窯生料煤粉定量入窯環(huán)節(jié)，西方國家開發(fā)出配套了更加復(fù)雜先進(jìn)的轉(zhuǎn)子流量定量給料技術(shù)，號(hào)稱高達(dá)０．３％的動(dòng)態(tài)控制精度。不知國內(nèi)使用的廠家實(shí)際效果如何，據(jù)說價(jià)格不菲，國內(nèi)仿制改進(jìn)者也見諸介紹不少，但從其介紹的技術(shù)原理來看，其計(jì)量上采取了間接測(cè)量方法,實(shí)現(xiàn)的技術(shù)構(gòu)造復(fù)雜必然帶來運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)件的快速磨損與維護(hù)的困難，流量越大越嚴(yán)重并會(huì)影響到測(cè)量精度，設(shè)備成本與維護(hù)成本很高，其高昂的運(yùn)行代價(jià)令不少企業(yè)望而卻步。
在生產(chǎn)規(guī)模日益提升的旋窯生料入窯定量環(huán)節(jié)，由于臺(tái)時(shí)產(chǎn)量高達(dá)200噸以上，普通螺旋稱直接因計(jì)量原理難以保證就被淘汰出局。只見密封式皮帶稱+雙螺旋給料機(jī)組合，普通沖板流量計(jì)加雙螺旋給料機(jī)組合, 普通沖板流量計(jì)加氣動(dòng)閘閥開度卸料式組合等等方式應(yīng)用。但其中雙螺旋式給料機(jī)的前端面臨倉內(nèi)拱阻不出料的必然危害, 而氣動(dòng)閘閥開度卸料又面臨計(jì)量不準(zhǔn)控制調(diào)節(jié)度差的必然襲擾。生料與煤粉的定量穩(wěn)定意味著窯內(nèi)熱工效率與平衡的高低，其結(jié)果直接影響到產(chǎn)量與質(zhì)量的經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)，對(duì)號(hào)稱最先進(jìn)的新型干發(fā)生產(chǎn)工藝而言是真正的難言之隱。
經(jīng)查核，除水泥工業(yè)外的工業(yè)粉體均同樣存在上述問題，尚未發(fā)現(xiàn)對(duì)粉體給卸料的更經(jīng)濟(jì)合理又實(shí)用的技術(shù)手段，這意味著它是一個(gè)普遍性的世界難題，期待著革命性的突破。
2007年7月起，昆明艾克工業(yè)自動(dòng)化公司在全國推廣立窯小火狐技術(shù)的過程中開始注意到此問題，經(jīng)認(rèn)真分析發(fā)現(xiàn)值得進(jìn)行深入研發(fā)。2008年7月正式啟動(dòng)了粉流掣的研發(fā)工作。我們觀察到:國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)方法都是針對(duì)問題的表面現(xiàn)象而展開事后處理，治標(biāo)不治本，有些干脆千山萬水繞圈地將簡(jiǎn)單問題復(fù)雜化，完全違背了工業(yè)技術(shù)應(yīng)是將復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化的宗旨。
我們把中華文明的易經(jīng)文化與西方現(xiàn)代科學(xué)相結(jié)合，用陰陽五行的自然相克相生原理來理解把握粉體在倉內(nèi)卸放的復(fù)雜靜動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化本質(zhì)與規(guī)律；用粉體工程學(xué)來分析其物理變化的動(dòng)力學(xué)關(guān)系，配以各種現(xiàn)有技術(shù)手段進(jìn)行大量反復(fù)的實(shí)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算，我們終于發(fā)現(xiàn)了倉內(nèi)拱架結(jié)圈的根本形成機(jī)制與演化過程，進(jìn)而自然摸索找到了相應(yīng)的根治方法。采用中醫(yī)行血運(yùn)氣自然疏通經(jīng)絡(luò)的手法，以4兩撥千斤的太極拳借力打力理念，采取了特殊的多通道流態(tài)化動(dòng)態(tài)平衡空間結(jié)構(gòu)和高效微動(dòng)力助卸相結(jié)合的復(fù)合設(shè)計(jì)，真正研發(fā)出無氣無動(dòng)力自行整體流卸放的粉體卸料錐，可方便地安裝接于任何形式的倉底出口，利用粉料自身的高位勢(shì)能下卸時(shí)的動(dòng)能實(shí)現(xiàn)任意流量的穩(wěn)定自然連續(xù)卸放，根本上杜絕了漏斗流所產(chǎn)生的限流性和阻塞波動(dòng)等問題。由于破解的思想源于中華古代文明的易經(jīng)原理，固命名為“太極錐”
艾克公司用太極錐標(biāo)本兼治地徹底解決了粉體大倉的自然卸料問題，而對(duì)后續(xù)的給料技術(shù)同樣采取全新的設(shè)計(jì)理念。采取了分段包容彈性緩沖手段，研發(fā)出專用給料裝置л絞刀，能最大限度地對(duì)倉內(nèi)卸出料壓的動(dòng)態(tài)波動(dòng)進(jìn)行削峰挫谷，能避免大流量動(dòng)態(tài)急停時(shí)造成的沖擊性高固態(tài)(俗稱鐵實(shí))塞結(jié)，具備低負(fù)荷高鎖定特性，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速與輸出流量的較好線性化，大幅提高了給料裝置的可控制調(diào)節(jié)域，為高精度定量控制奠定了良好的執(zhí)行基礎(chǔ)。
對(duì)于粉體的計(jì)量方面，艾克公司早在2002年就開發(fā)出獨(dú)家專利技術(shù)--新型沖量流量計(jì)，已在全國范圍小火狐項(xiàng)目中成功應(yīng)用了數(shù)百套之多。其綜合測(cè)量精度達(dá)0.3%，具備寬流量測(cè)量、抗潮濕耐震動(dòng)、環(huán)境工作溫度寬(-20º-90ºC)、零點(diǎn)漂移小等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可工作于正負(fù)壓場(chǎng)合，而且安裝維護(hù)簡(jiǎn)便，其動(dòng)態(tài)計(jì)量的實(shí)踐優(yōu)勢(shì)獲得了“沖量王”的美譽(yù)。
太極錐,，л絞刀加沖量王的有機(jī)組合，構(gòu)成了粉流掣粉體定量給卸料技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)核心基礎(chǔ)，將卸料、給料、計(jì)量三大環(huán)節(jié)分別給予了最佳解決，三者有機(jī)的配套整合奠定了簡(jiǎn)單可靠而又高效的粉體定量給卸整體方案。在其上配以專業(yè)的高智能微機(jī)控制系統(tǒng)—電控核，該電控系統(tǒng)具備10路任意編5個(gè)組，每組可設(shè)為定量臺(tái)時(shí)配比或主從跟蹤配比方式，具備欠料報(bào)警自動(dòng)排堵助卸功能，計(jì)量信號(hào)的多段非線性校正，智能pid調(diào)節(jié)及實(shí)時(shí)過程曲線等等人機(jī)界面功能，可使流量定量精度輕松控制在1%以內(nèi)。
由于粉流掣將卸料、給料、計(jì)量三大環(huán)節(jié)都真正融入了低碳高效的現(xiàn)代技術(shù)理念，是真正的中國創(chuàng)造技術(shù)，它的推出為工業(yè)粉體定量給卸料技術(shù)帶來了革命性的重大突破。
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