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1、. . . . 目前新型干法水泥厂中常用的计量设备按其用途大致分为三类: 一是配料计量用:构成生料或水泥的各种原料按设定比例配好后入磨,借助于控制系统对各种物料流量大小与时进行调节控制,以满足生料质量性能指标的要求以与水泥标号和品种的要求。配料计量用多为固体物料,常采用的设备为定量给料机。 二是入窑生料与煤粉喂料计量用:对入窑生料和煤粉实现准确计量、与时调节和稳定喂料。计量物料为粉体物料,生料喂料计量常采用生料计量仓,在仓底配流量控制阀加固体流量计系统。煤粉喂料计量则可采用科立奥利秤、环状天平计重机、转子秤等。 三是生产过程中各种物料的计量:用于工厂对各个生产过程中产量的考核。常采用的设备为通
2、过式电子皮带秤、链斗秤和核子秤等。 1.定量给料机 主要是用于块状、颗粒状与粉状物料的自动连续称量、定量给料与配料计量控制装置。 1)工作原理当称量段上的物料通过皮带、称量托辊和称量架时,物料重量由装于称量架的荷重传感器检测并发出相应的信号;速度变量由一个脉冲发生器测出,皮带的速度对应脉冲数,根据公式Q=q.v,将重量和速度乘积可求得瞬时流量。因此控制输送带速度,即可控制流量。如果称量段上的重量负荷发生变化,通过改变速度,使设定的流量值不变。流量设定值由控制系统设定,并与瞬时流量值比较,其偏差值经过微机运算后,输出控制量,由调速装置调整电机转速,改变输送带的速度,使瞬时流量值跟踪、保证设定值。
3、 2)设计选型从结构和计量原理看,物料的重量测量和皮带的速度测量是影响该秤计量精度的主要原因。因此要求皮带的力和平直度要均匀一致,皮带具有较好的挠性。测量皮带速度要保证所测的带速与称量段的带速严格一致。另外,在使用过程中,当给料量较小时,物料的粒度和湿度对计量的准确也影响较大。因为物料的粒度和湿度较大时,会造成出料不均匀或出料困难等现象,对称重产生明显影响。 设计选型中应根据设备给料能力和所承受负荷情况,分别采用重型或轻型定量给料机。重型定量给料机其滚筒直径和托辊直径均较大,轻型定量给料机其滚筒直径和托辊直径均较小。 设计选型中还应根据不同物料的流动特性选择适宜的料斗,才能保证连续稳定的物料流
4、,使定量给料机实现精确的给料、配料。V型系列振动料斗适用于水分较大、流动性较差、易起拱堵料的物料。该料斗设有自动振动装置,可按设定围自动振动或连续振动。S型系列料斗适用于流动性好的粉状物料。对于水分大,流动性极差、仓底出料困难的物料,一般通过改变料仓锥角,加大开孔,仓底采用调速式板式喂料机或叶轮卸料器作为预给料机,把物料从仓中强制卸出,落到下部的定量给料机上,预给料机与定量给料机同步调速,采用此种方式经实践证明有效可行。 3)实践中应注意的问题在选型布置时,皮带应尽量水平,且不应过长。另外上游设备物料的给料应平稳均匀。当给料量小,物料的粒度和湿度均较大时,易出现给料波动,生产中一般采用加板喂机
5、或叶轮卸料器的方式,做到均匀给料。皮带的带速应尽量低,皮带的自重和力要均匀,使用中需经常对秤体进行调整和维护,并经常进行调整实物标定。 2.固体流量计 主要用于对散粒状物料进行自动连续定量给料、计量与配料。适用于较大瞬时流量物料的计量控制。目前在新型干法水泥厂中,多用于生料入窑喂料的计量,与生料计量仓和仓出口的流量控制阀配合使用,实现对窑系统的计量喂料。 1)工作原理它利用牛顿第二运动定律原理,当被测物料其降落高度为一定值,其在重力作用下流入固体流量计的测量溜槽,由于溜槽的偏转而产生的垂直分力作用在荷重传感器上,通过电阻应变式传感器输出信号,使得测量力和物料的流量成正比。将测得的物料实际流量与
6、预先设定的喂料流量相比较,用所得的偏差值来调节喂料装置,按设定的喂料速率进行喂料。带有荷重传感器的生料计量仓可起到稳定喂料的作用,并可对固体流量计的精度进行在线校正。 2)使用时应注意的问题使用中固体流量计上游的计量生料计量仓中的物料,应保持合理的仓位,如仓位合理,出仓物料就相对稳定。调节信号与物料实际增、减量之间的正比关系就更贴近,下料时波动围也就小。一般仓料位保持在1/32/3量限较好。 正常使用时,固体流量计壳体的气流、外力与振动均可能对测量精度造成影响,一般应保证使壳体有微负压,即在出料口位置加收尘风管,但应避免收尘器振打时的瞬时正压对测量结果造成影响。同时固体流量计与其上下连接的设备
7、应用软连接断开,保证不受力,还应保证基础不受外界影响。 3.科立奥利计量喂料系统 用于生料、煤粉、水泥与粉煤灰等粉状物料的计量和喂料。针对不同的物料特性,计量秤的部配置与结构也不同,但用于喂煤计量系统最为广泛。 1)科立奥利秤的计量原理科立奥利秤的核心部分是一个测量轮,由一根轴驱动。当被测物料从测量轮中心上方进入测量轮,经过锥形的转向装置后,形成散料流,被以恒角速度旋转的测量轮甩出,物料对测量轮的叶片产生一个力,即科立奥利力。该力的大小与物料的数量成正比,因此只要测出该力的大小,便可得出物料的量。在科立奥利秤中,被测的是驱动测量轮的驱动扭矩,因为测量轮的半径是固定的,所以测出扭矩,即得出科氏力
8、。物料微粒和测量轮之间,或者不同速度物料层之间的摩擦,对测量结果均无影响。 由于该计量装置测的是瞬时扭矩,因此对应的是瞬时的流量。同时其测的是扭矩,不会受任何外力的影响,保证了其测量精度。它也不受物料性质、风压波动以与外力、基础振动的影响。 2)科立奥利秤各组成部分的构造与特点科立奥利秤体:它以一个恒定角速度带动测量盘旋转,下端配测力矩传感器与速度传感器,有自己一套独立的传动装置。水平星形给料机:由科立奥利秤测得的实际流量在控制系统中与设定流量进行比较,输出信号,借助变频调速电机调整水平星形给料机的转速,实现流量控制。水平星形给料机上部有一机械搅拌器,作用是防止仓煤粉起拱、起块,均化并均匀向星
9、形给料器的各室填料,还可起到库与煤粉主输送管线锁风与强制预给料的作用。控制系统:由Shenck(申克)公司配套的控制系统没有专门的控制柜,为模块式结构,高度集成化,可任意扩充,调节简便。 由于进料口较大,直径为700mm,加上置搅拌器,物流畅通。另外科立奥利秤计量喂煤系统还配有一煤粉输送管线气压补偿系统。借助此套系统,使水平星形给料机煤粉入口处压力高于煤粉进入输送管线处的压力,从而将煤粉压入输送管线。由于水平星形给料机叶轮与壳体之间的间隙很小,因此这部分压力不能进入煤粉仓,而只能向下进入输送管线。采用这种气压补偿系统,下料更为顺畅。 4.环状天平计重机 引进日本技术制造。在我国多个水泥厂中投入
10、使用,主要用于煤粉的定量喂料计量。 1)工作原理定量供给机的煤粉受到搅拌翼、转子、搅拌体的作用,以稳定的密度填充到叶轮,旋转半周后,送到流量计重机。流量计重机的煤粉进入到叶轮,经过叶轮的旋转,从出料口排出。流量计重机半周的煤粉重量由荷重传感器检测,再经过与转速演算,变为流量信号。煤粉被送料锁气装置顺利地送到输送管,并解决了输送风的反风问题。 2)各组成部分的构造与特点定量供给机专门用于流动性粉体的连续定量供给,它采用了特殊的非刚性密封技术,使煤粉、粉煤灰等粉体可稳定精确供给。供给机由调压机构、计量机构、调节机构三部分组成。调压机构作用是使仓的出料粉体不受仓压影响,使给料机的粉体自动调压;计量机
11、构保证了煤粉自由堆积,以稳定的堆积密度填充到受盘里,通过叶轮的旋转,进行精确、均匀稳定的供给。供给量通过调节机构控制转速,可以进行精确的无级调节。 流量计重机采用环状天平结构。其径向两端有两个支点,其支点的同轴线上有进料口和出料口。荷重传感器能精确的测出通过供给盘半周的粉体重量,其自动控制系统根据测得的流量信号与设定值之差来控制叶轮转数,实现自动定量控制。 送料锁气装置,粉体通过均压罐填充到锁气阀,经锁气阀转子旋转锁风到出料口,进入输送管道。由于转子叶片与壳体间密封材料的密封和减压作用,输送管中压缩空气不会窜入均压罐,即使有少量空气窜入均压罐,均压罐设置的抽气口可将气体排出,保证了环状天平计重
12、机的正常运转。同时锁气装置的排出口采用了喷嘴结构,有利于煤粉能顺畅的进入输送管。 3)系统优点集供料、计量、输送、锁风于一体,计量方式连续。只计量粉体的供给重量,不发生零点变化。由于独特的非刚性结构,不会发生粉体的喷流现象,对磨损与温度变化也非常安全可靠。 5.转子喂料秤 又称作为入窑煤粉计量喂料系统,在我国众多水泥厂中使用已经屡见不鲜。转子秤在我国已有300多台在运行,基本运行情况良好。 1)结构与原理转子平放在转子腔,上下用密封板密封,将转子沿圆周方向均匀分割成若干行与列小格子,散状物料由转子直接从仓卸出,带入称重区,在电机的驱动下,转子靠这些格子携带物料转过260(从转子秤的加料点至物料
13、送出点),其间通过称重点。被称重后的物料直接进入气力输送管路,在物料送出点下方由罗茨风机提供的压缩空气被引入输送用风并进风管,被称重后的物料经气力输送管路送至窑头喷煤管与分解炉。 为了限制物料的运动,壳体设置了上下密封板,保证加入的物料都被计量和被计量过的物料都能送出,其中确定转子与密封板的间隙并与时调整间隙大小是转子秤稳定操作的关键。 称量轴线通过物料的卸料点与气力管道和转子之间的弹性连接点,可补偿压力波动造成的二次受力反应,并使物料的计量结果不受影响。凡通过转子称重区的物料重量均由称重装置计量下来。用荷重传感器测转子转过的单位角度时物料的重量,物料的流量和测得的转子速度与重量成正比。物料重
14、量与所在位置都储存在喂料秤的电子系统,即在物料卸出之前既已知道转子各部位的荷重情况。把测量流量和设定流量不断比较,通过调节转速达到控制流量的目的。 为使预先确定的设定值和存储在存储器的物料量相适应,在卸料点处要求的转子角速度已预先计算出来,并由转子驱动装置完成。采用这种先期控制原理,转子喂料秤可对任何波动给予校正,并给出短期高精确度。 采用转子秤时,对其上游煤粉仓下部锥体也有要求,如采用不锈钢材料,锥体角度应70,仓外锥体设置环状风管,定时吹入压缩空气,可起活化作用,增加煤粉的流动性,避免仓煤粉粘挂壁,形成结皮,长期滞留,自燃结焦与仓着火,也可避免喂煤不稳定。 2)转子秤的特点从喂料仓直接卸料
15、,无单独的喂料设备。不需要锁风设备和螺旋泵,可直接将物料喂入气力输送管路。通过平稳的测定重量的操作,可达到瞬时高精确度和可重复性,而不受输送系统压力影响。 6.失重称计量 是一种好的粉体物料计量方式,由于采用断续进料,连续出料,静态称量,动态喂料,能保证较好的长期精度。 失重仓主要由仓和卸料装置组成,仓由荷重传感器支撑,用螺旋输送机卸料。仓的装料按一定周期间歇进行。但每次的装料时间愈短,对精度影响愈小。在重量计量阶段,单位时间由螺旋输送机卸出的物料为测量流量,其不断和设定流量比较,通过改变螺旋输送机的转速来调节流量。但该方式结构复杂,造价高,安装空间高,调试难度大,而且喂料量有一定限制,对进料
16、控制阀门要求动作灵敏可靠,因此未得到广泛采用。 7.核子秤 是一种非接触式连续动态测量系统,主要用于对物料进行自动连续计量,目前在水泥厂中,多用于熟料的计量。 它与给料输送设备分开,只称量输送设备上物体的重量而不改变原设备的输送方式。无称体和机械计量部分,让被测量的物料通过放射源和接收探测器之间的射线照射区即可。放射源一般采用Co,其发出的射线穿过输送设备上的物料后产生有规律的衰减,所穿过物料越多,衰减的幅度越大,探测器接收到的射线强度越小。根据探测器输出信号大小的变化,就可测出输送机上物料的多少。同时测出输送设备的输送速度,则物料的变化与速度之积就是该秤的瞬时流量。 该秤计量精度不受皮带的力
17、、振动冲击、惯性、物料水分、粒度、环境、温度等因素影响,但是料流断面几何形状和化学组成变化对计量精度有较大的影响。因此,其只适合料流断面和化学成分相对稳定的地方。 引言现代水泥工业，以其特有的原料、产品和生产方式，使其与计量控制特别是粉状物料的计量控制有着密不可分的联系。近年来随着计算机控制技术和测量技术的迅速发展，现代科学技术的相互渗透，水泥工业中粉体物料的计量控制技术也得到了很大的发展。目前现代工艺流程设计的水泥厂中，一个先进的粉体物料控制系统已涵盖了现代电子称重计量、现代控制系统工程理论等多学科理论和交叉知识。在现代新型干法水泥生产中，回转窑窑尾生料粉输送计量控制、窑头和分解炉的煤粉输送
18、计量控制等一些粉体物料的计量控制，对水泥工业产品的产量、质量起着至关重要的作用。因此如何保证粉状物体在计量控制过程中的稳定性、快速的响应能力和长短期精度，是目前每个水泥企业所必须面对和解决的问题。、粉体特性、工艺流程与计量控制由于通过研磨后的粉体物料与它在块状或散粒状态下的物理特性有着很大的不同，因此了解粉体物料状态下的基本物理特性以与了解现代水泥工艺过程对粉体物料仓储、输送的形式和特点，是粉体物料计量控制的一个重要的基础。经过研磨的粉状物料在物料的流动性和自然堆积角这两个方面，明显的与块状或散粒状物料不同。在水泥生产中使用的大多数粉状物料的流动性受到水分和气压的影响最为强烈。通常物料水分增加
19、使得粉体物料的流动性变差，表现在物料趋于粘聚并有较大的附着性，水分越大其附着性越强，流动性越差；而干燥或伴有气流的粉状物料的流动性极强，表现为物料趋于自溢（自流性），含气量越大，其流动性越强。水泥工业中粉体物料的过程仓储作为整个工艺流程的一个过渡环节，对粉体物料的计量控制往往直接串级在这个过渡环节之后。因此不仅从计量控制上而且从工艺流程的要求上，都要求保证过程仓粉体物料的能够顺利卸料。过程仓粉体物料的流动性指标是物料能否流经过渡仓顺利卸料的一个重要参数。通常经过干燥的煤粉或粉煤灰基本不具有附着性，一个设计合理的过程卸料仓，间或辅以少量的仓侧充气进行“破拱”，一般仓料拱无法形成，物料在仓的流动通
20、常表现为整体流（仓物料整体流动），这类物料的卸料可以由物料的重力通过仓底自然卸料。然而经过研磨后的生料粉体，在常态下带由一定的附着性，加之生料仓储库容较大，表现为过程仓储时间较长，也就是实压时间常数较大，一般来说其流动性能较差，对于这类流动性较差的粉体物料的卸料，在实际中经常采用库侧充气破拱和库底充气助卸结合的方式，来保证仓物料的顺利卸料。由于粉体物料卸料方式的不同，造成了实际粉体物料在出仓时的流动性的巨大差异，也就是计量控制设备在受料时物料的流动性差异。对于需要充气助卸然的粉体物料，充气量的大小和气流的速度对粉体物料的流动性影响都是非常之大的。在一些气源变化频繁的场合，有些传统的粉体计量控制
21、设备通常会产生波动，严重时会出现振荡以至于无法工作。因此从系统的角度去对待粉体物料的计量控制是现代粉体计量控制的一个很重要的特点。、粉状物料计量控制的发展和应用传统的带有时滞特性的采用调速螺旋绞刀（或调速分格轮或电动调节阀）加上固体流量计组成的简单单回路调节的粉体计量控制系统在我国的水泥工业中有许多。其主要的计量控制方法是根据流量计（冲板、滑槽或冲板加滑槽方式）检测出粉体物料的瞬时（或平均）流量，同时将测量出流量值与设定值比较，其偏差通过PID或其变种算法来调节螺旋绞刀的转速，使物料的流量与设定值保持一致。从控制的角度上看，通常此类调节装置的稳料性能一般较差，往往导致调节时的非线性；对于流态化
22、较强的粉体物料甚至可能出现调节失控现象。另外对于这样一种具有时间滞后的追踪控制系统由于调节装置与计量装置的分离，造成流量计测量出的偏差在调节时物理上的时滞，并且如果物料流动性由于外部因素的干扰而产生变化时，其滞后时间往往亦将发生变化（尤其对电动流量阀与流量计组成的系统），使得系统在调节时除了考虑调节装置非线性，还将考虑它的时变性。诚然这一切可以通过经常性的人为改变其工况和过程调节参数得以修正，但明显的作为现代工业计量控制系统它有着明显的缺陷。由于以上出现的调节装置的非线性和计量与控制的分离而产生时滞这两个问题，为了解决粉体物料的计量控制，人们开始从两个方面开始着手研究，其一是改进调节装置使其能
23、在各种工况下保证粉体物料在调节方面的线性化或准线性化。其二是将计量装置与调节控制装置合二为一或保证在输出“点”的合二为一。目前具有代表性的两大改进之一是采用密封式分隔转子的粉体物料线性调节装置。其基本原理是利用密封的水平分隔转子抑制粉状物体的自流动，粉体物料的运动完全由这个密封的分隔转子的转速来决定，通过调整分隔转子的转速来决定喂料量的大小。由此可以看出在保证物料容重（比重）一定时，喂料量与这个转子的转速成线性关系。尽管在此类喂料机的形式和结构上一些生产厂家稍有差别，但究其根本还是力图使粉体物料在调节环节线性化；改进之二是采用预给料的粗调环节，串级一个定量计量的精调环节，将计量与控制在输出时合
24、二为一的双闭环调节系统。由于采用的预给料仅作为定性的粗调环节，因此对预给料机的要求就比较宽松，它可以是调速螺旋绞刀亦可以是电动流量阀，当粉体计量控制系统的精度指标和快速响应等指标要求更加严格时它还可以采用前述的线性化转子喂料机。由于针对粉体物料计量控制的这两个改进在实际应用获得了成功，因此目前亦由此针对水泥工业不同的场合而演变出众多组合的粉状物料计量控制系统。、测量技术的发展与粉体物料的计量控制计量控制的一个重要任务就是在单位时间对物料质量进行测量。一个实用而准确的测量模型不仅是粉体物料计量控制的基础，也是所有与测量有关的设备和系统的基础。然而众所周知，质量是一个特征量，它无法直接测量，以往对
25、质量的测量往往是通过物体在重力场下的重力测量而间接求得的。目前我们所使用的绝大部分的计量设备（衡器）的测量模型多建立于杠杆原理或弹性原理。然而无论是由杠杆还是由弹性原理建立的模型，其平衡方程都是建立在静力平衡的基础之上。在实际工业生产中，我们遇到的大多数的过程计量都在物料运动过程中实现的，对此通常我们只能通过其他手段来降低运动过程对静力平衡的影响或者用定性方法给予一定的补偿。采用这种以静代动的测量方法虽然可以解决大多工业过程计量问题，但从根本上说它无法解决动摩擦、本机谐振与其它振动问题对于测量的影响，因此严格意义上说就是没有从根本上解决动态测量的问题。近年来国外的一些学者为从根本上解决动态测量
26、这一问题，开展了大量的研究工作。其基本思想就是解决用工程动力学来代替工程静力学建立测量模型。因为动是绝对的，静只是动的一个特例。根据牛顿第二定律F=ma如果能够测得力F和加速度a，即可求得物体的质量m的大小，这是一个不受被测物体是静态还是动态而且是一个不受重力场g大小影响的质量测量方法，这种测量方法被称为动态质量测量方法。尽管动态质量测量目前尚处于研究阶段，但其测量理论已然确立，随着研究的深入和发展，未来的动态测量衡器必将会给称重测量带来一场革命。、控制理论的发展与粉体物料的计量控制PID回路控制着大部分工业装置的自动化过程，水泥工业也是如此。PID（比例-积分-微分）控制作为最早的实用化的控
27、制方法已有50年的历史，由于其控制方法简单易懂，使用中不需精确的系统模型而成为工业控制中应用最为广泛的一种控制方法。但是并不是所有的工业过程都可以用PID回路来控制。对于多变量、非线性、大滞后、强耦合、时变等复杂过程都需要或者说更适合采用其它更为先进的控制技术。大多数粉体计量控制都在不同程度上表现出非线性、滞后、时变等特性，对一些特定的系统如前述的粗精串级双回路调节系统，还会出现粗精回路之间的耦合特性。因此对于粉体物料的计量控制仅采用常规的PID回路控制已不能满足现代水泥工业的要求。除了对传统的计量控制设备进行改进外，研究和应用先进的控制技术也是粉体物料计量控制的一项迫切的任务。自适应控制、鲁
28、棒控制、预测控制、智能控制等都是为解决以上复杂或特定过程而发展起来的一些控制方法。自适应控制可以看作是一个能够根据过程特性的变化自动调整自身特性或参数的反馈控制系统。自适应控制的形式较多，最常见有基于参数的自适应控制与基于模型的自适应。所谓基于参数的自适应就是系统根据不同的过程特性调整适合自己当前工作状态的PID参数。而基于模型的自适应控制提供了更为精确的控制算法。其控制决策建立在对过程的经验模型上，把输入输出的关系量化为一个微分方程。在连续控制过程的同时，它可以根据新的输入输出的数据优化和提炼模型。一个较好的经验模型能够产生满意的控制效果。需要注意的是过程模型的建立需要有相当的实践经验，一个
29、与实际过程相差较大时会导致系统振荡严重时会失控。鲁棒控制是一个着重控制算法可靠性研究的设计方法。鲁棒控制适用于以稳定性和可靠性为首要目标的系统，一般要求对动态过程已知且不确定因素的变化围可以预估。预测控制是一种根据预测的过程模型的控制算法，它根据过程的历史信息判断将来的输入和输出。它注重的是模型函数对于如状态方程、传递函数、阶跃响应等都可作为预测模型。预测控制是一种最优控制算法。它根据性能函数计算将来的控制动作。预测控制是一种反馈控制的算法。预测控制可以补偿控制误差和在线校正系统模型参数。智能控制是现代控制技术的一个主要研究方向。目前在过程控制领域中最为常见的当属模糊控制和神经网络控制。模糊控
30、制是基于模糊数学理论的一种控制方法。它能够对一些无法建立精确数学模型的复杂过程进行有效的控制。模糊控制主要包括模糊化处理、模糊推理和精确控制三个环节。通常过程控制的模糊化处理就是把误差与其变化率等输入变量映射到一个响应论域，把这些连续的精确量离散化为适当的模糊集合语言。模糊推理就是根据一定的规则推理出模糊量。精确控制就是将模糊推理出的模糊量转化为精确量输出控制，其转化方法有很多，如最大隶属度法、中心法、面积平均法等。模糊控制还可和其它控制方法结合组成复合控制，如模糊自适应控制、专家模糊控制、神经模糊控制等。神经网络控制是模拟人脑控制的一种方法。神经网络模型是以神经元的数学模型为基础的控制模型。
31、人工神经网络由于其特有的高度并行分布处理能力、非线性映射能力、自适应和自学习能力等特点，目前在工业过程控制中被认为是对有关多边量、非线性、滞后和时变等复杂系统的最有效控制方法。、结束语随着水泥工业的不断发展，人们对生产中粉体物料的计量控制的要求越来越高。如何系统地解决粉体物料的计量和控制问题，以满足现代水泥生产的要求显得尤为迫切。KXT科氏力秤煤粉计量与控制系统的研究摘要:“KXT科氏力秤煤粉计量与控制系统”是水泥研究自主研发的高技术产品，是科研人员历时八年艰苦努力，靠自己的聪明才智，通过技术创新取得的研究成果。没有走引进消化的途径，是真正意义上的自主创新。该项成果分别荣获2006年度国家建材
32、科技进步一等奖。 众所周知，在水泥生产过程中，煤粉计量与控制对稳定窑的热工制度，提高熟料的产、质量，降低能耗，提高自动化水平和管理水平起到极其重要的作用。窑系统喂煤量波动失控，会导致煤粉不完全燃烧，不仅造成能源浪费，同时使一氧化碳超标，给窑尾收尘系统安全运行带来隐患。因此，必须选用计量准确，喂煤量稳定、可调，响应速度快，对煤粉特性（煤种、细度、水分等）适应能力强的计量与控制系统，以期达到高产稳产、节约能源，降低成本的目标。本研究旨在开发具有国际先进水平，性能价格比高，有自主知识产权，为新型干法水泥生产线配套的入窑煤粉计量与控制系统。 KXT科氏力秤煤粉计量与控制系统（以下简称“KXT系统”）由
33、稳流给料机、科氏力粉体计量秤、新型输送泵、与控制装置组成。稳流给料机安装在煤粉仓下方，其作用是给计量装置-科氏力粉体计量秤（以下简称“科氏力秤”）提供流量稳定的煤粉，故称之为“稳流给料机”。煤粉经稳流给料机进入科氏力秤，控制装置根据科氏力秤瞬时流量测定值与设定值比较结果反馈调节稳流给料机转速，使瞬时值始终跟踪设定值，从而实现对喂煤量的计量与控制。计量后的煤粉通过新型输送泵进入煤粉输送管道。 二、主要研究容 （一）科氏力秤的研制水泥厂煤粉计量与控制系统必须具备计量准确，喂煤量稳定、可调，响应速度快等功能，而这些功能的实现首先要建立在计量准确基础之上。科氏力秤是组成KXT系统的关键设备，是通过自主
34、创新研发的粉体物料计量装置，是本研究项目的技术核心。 1、科氏力秤计量原理与基本结构 1.1 计量原理科氏力秤应用科里奥利力学原理计量粉体物料的质量流量。在力学研究中，物体的运动需在某个确定的参照系中加以描述。本研究涉与的力学原理是以物体在均匀转动参照系中作相对运动为条件的。质点在均匀转动参照系中作相对径向运动时，受到的真实力由三部分组成，即惯性离心力、向心摩擦力和科里奥利力。科里奥利力是沿切向的。科里奥利力的矢量表达式为：Fc=-2mv，式中为转动角速度，v为相对速度，m为质量。 由于质点是在均匀转动参照系中作径向运动，角速度不变，质点在任意一位置上的相对速度v为确定值（且不受质量影响）。因
35、此表达式中科里奥利力Fc的量值变化只与质量相关。因此，通过精确测量Fc的量值即可获得物料的准确流量。 1.2基本结构根据物体在均匀转动参照系中运动时受到科里奥利力作用的描述，科氏力秤设有测量盘，测量盘上径向设置数块测量叶片，如图6所示，测量盘在电机主轴的驱动下作高速回转。需计量的物料落到测量盘中心，经过分料锥改变流向后，被叶片捕获，在离心力的作用下沿径向向外缘运动。在运动过程中，物料受到了径向的摩擦力Fr和反向的离心力Fx，以与沿切向的科氏力Fc的作用，Fc引起一个反作用运动力矩M，而Fr、Fx对驱动轴不会产生反作用力矩。通过测量科里奥利力Fc对测量盘的作用力矩即可获得物料的质量流量。其计算公
36、式为： M = QR2 式中：M- 测量盘受到的力矩； Q- 物料流量； - 角速度； R- 测量盘半径。 2、科氏力秤核心技术研究与创新 2.1、重要技术参数的研究应用科里奥利力学原理计量粉体物料，首先是以物料在均匀转动参照系中径向运动为条件。因此，科氏力秤在理论上要符合下面两个基本条件：（1）测量盘转速必须是恒定的；（2）物料必须由测量盘中心向外径向运动。在理论上满足这些条件并不困难，关键是如何体现在最佳结构设计上。根据计算公式M = QR2可知 ：必须确定测量盘有效转速围，并从有效转速围中优选出理想转速；必须确定测量盘理想半径，与测量叶片设置数量和尺寸等诸多相关技术参数。本研究在理论指导
37、下，根据计算公式，通过大量实验研究，获得了经验公式，用以指导秤的结构设计。 2.2、 测量盘理想转速的研究测量盘转速关系到物料的流速、流量，科氏力量值。测量盘转速研究是本项目的重要容之一，是科氏力秤结构设计必不可少的技术参数。根据科氏力矢量表达式Fc=-2mv，测量盘转速（或称作角速度）关系到质点相对速度v，决定了质点受到的科氏力Fc量值。 本项目在模拟试验和理论分析基础上，首先确定了测量盘有效转速围。但有效转速研究只解决了角速度的取值围，不能为设计提供具体参数和依据。为了获得理想转速参数，在半工业性试验中，通过实验样机分别对煤粉、粉煤灰、生料粉进行实物计量，在采样分析基础上获得了测量盘理想转
38、速。 2.3、 测量盘理想半径研究质点在测量盘上运动的相对位置不同，受到的科氏力量值也不同，因此，测量盘半径与科氏力Fc的量值相关，测量盘理想半径研究关系到科氏力秤结构的合理尺寸、计量能力，传感器量程、功率配置、结构优化、与系列化设计。理论公式不可能提供测量盘理想半径，只有通过试验研究方能建立起与科氏力秤优化设计相符的经验公式。 如前所述，测量盘上设有径向测量叶片，落到测量盘中心的物料在分料锥作用下运动到叶片处，被叶片捕捉后，沿叶片向外径向运动，并受到科氏力作用。鉴于物料被叶片捕捉后才受到科氏力作用，故从受力角度，测量盘应分为有效测量区和无效测量区,设有测量叶片部分为有效测量区。物料在无效测量
39、区没有受到科氏力作用，也可称之为测量盲区。因此，测量盘半径应分为有效半径和无效半径两部分，有效半径与叶片长度相等。这使测量盘理想半径研究变得较为复杂，因为理想半径由合理的有效半径和无效半径两部分构成。在反复实验基础上获得了修正系数，推导并建立了经验计算公式，用以指导不同规格科氏力秤测量盘优化设计。 （二）稳流给料装置的研制喂煤量稳定可调是新型干法生产线喂煤系统的基本要求，本项目将稳定给料技术与装置的研制放到重要位置，摒弃了以往重视计量技术，忽视给料装置的理念。首先有针对性分析了物料特性和工艺条件对给料机性能影响和要求。给料装置设在煤粉仓底部，煤粉仓料位变化、煤粉仓进料时料流冲击力均会影响给料稳
40、定性。煤粉细度细，水分低，容重小，流动性好，尤其是无烟煤烧成工艺，煤粉细度通常在1%以下，使稳定给料变得更为困难。煤粉水分对稳定给料有一定影响。水分偏大会带来煤粉起拱、沾料、下料不畅等问题。尤其在雨季，或回转窑点火升温期间，很多水泥厂煤粉水分不符合工艺条件要求。因此，给料机结构设计要考虑在水分偏高时的适应能力。水泥烧成系统压力变化也会间接影响给料机下料稳定性。系统工况不正常时，输煤管道压力有时会发生波动，严重时会导致给料机下料不畅或无法运行。 1、稳流给料机结构研究与工作原理通过物料特性和工艺条件研究分析，本项目采取与传统给料装置完全不同的设计方案，研制开发了全新结构的给料装置- WD型水平回
41、转式稳流给料机（以下简称“稳流给料机”）。稳流给料机结构见示意图。如图所示，稳流给料机由减压仓（1）、均压仓（2）、稳流腔（3）组成。减压仓设有减压装置，使进入均压仓的物料不受仓压影响。均压仓设有搅器（4），使物料充分活化，避免物料起拱、沾壁、消除物料死区。由于均压仓料压均匀，为物料在一样容重条件下进入转子腔创造了条件。稳流腔设有水平回转分格轮，每转一周输送一样容积的物料。稳流给料机由轴装式减速机和电机驱动，采用变频器调节电机转速，变频器受控于PLC。PLC根据瞬时流量检测值与流量设定值比较结果，实时调控给料机转速，使瞬时流量始终跟踪设定流量，实现定量给料目的。减压仓、均压仓、稳流腔的进料口和
42、出料口均呈180错位布置，物料在稳流给料机经迷宫式流动方能离开给料机。此外，转子腔水平回转分格轮叶片上采用了弹性密封材料，实现零间隙。因此，有效解决了高流动性物料在料压变化和自重力作用下产生跑料、冲料问题。 2、稳流给料机技术性能- 给料均匀稳定，不受仓压，物料特性影响；- 适应工艺系统压力变化能力强；- 给料量稳定可调；- 结构合理，性能可靠，维护简单。 （三）新型螺旋泵的研制 1、螺旋泵在系统中的作用螺旋泵在系统中起到输送和锁风作用，在有效克服输煤管道系统压力前提下，将科氏力秤计量后的煤粉快速、均匀的送入输煤管道中。当管道压力变化或输送风压力波动时，螺旋泵必需能有效阻断煤粉返窜，出料不畅性
43、能，为计量设备提供正常工作条件。 2、新型螺旋泵技术特点新型螺旋泵采用简单的传动结构，采用变节距螺旋设计，应用喷射器原理，使泵出料端工作氛围基本呈负压状态，有效解决了输煤管道系统压力变化对螺旋泵出料带来的影响；轴端密封采取气体密封、油封、机械密封相结合的技术方案，满足了耐油、耐高温、耐磨要求，密封性能优越；将有自主知识产权的耐磨材料技术，应用于泵的设计与制造过程，达到在同等输送能力条件下，螺旋叶片使用寿命高出“富乐泵”堆焊技术2倍以上；采用外置可调式配重，可以根据不同的工况条件，改变阻尼阀的受力大小，从而很好的解决了料栓合理的密实度问题；设手动黄油泵，运动件润滑加油简便易行。新型螺旋输送泵综合
44、了传统螺旋泵和引进富乐泵的合理成分，增加了独特的创新技术，性能可靠，结构新颖，维护简单，运行费用低，满足计量与控制系统要求。 （四）、系统控制 1、控制原理控制装置根据科氏力秤瞬时流量测定值与设定值比较结果反馈调节稳流给料机转速，使瞬时值始终跟踪设定值，计量后的煤粉通过新型输送泵进入煤粉输送管道。KXT系统采用PLC控制（可编程控制器），传感器采集的信号传输至变送器，经变送器处理，转换成PLC能够接受的标准信号（420mA），满足与PLC通讯要求。由PLC完成运算、判定、补偿、设定、调节、显示等任务，同时实时显示过程动态图形。 2、系统功能KXT控制系统以控制柜为核心，构成一个完整独立的控制单
45、元，即可受控于用户中央控制室（或称DCS系统），也可通过控制柜本身完成煤粉计量与控制所需的全部功能。控制柜集中了与控制有关的电气设备，如PLC、人-机界面（触摸屏）、变送器、变频器、断路器、接触器、隔离变压器、开关电源、继电器等。系统功能包括： 自动调节功能；操作功能（中控自动方式、中控手动方式、本机操作方式），零点自动校正功能，自动标定功能，显示功能，通信功能，参数修改和密码设定功能。 3、应用控制软件对应KXT系统控制功能，开发了下述应用控制软件： 3.1 自动调节，定量给料软件 3.2 系统操作软件 3.3 计量秤零点自动校正软件 3.4 自动标定软件 3.5 显示软件 3.6 参数修改
46、和密码设定软件 3.7 产量累计软件 3.8 人机界面（触摸屏）软件。 三、项目完成的技术经济指标 - 计量准确度0.5% - 控制准确度1% - 适应物料水份 2% - 允许物料细度 1%（4900孔筛筛余） - 耐磨件使用寿命 3.5年 - 与窑系统同步安全运转率100% - 计量过程基本不受煤粉仓仓压变化、煤粉细度、煤粉水分、输煤管道压力变化影响。 四、KXT系统应用实例 1、用于新线建设乌兰水泥公司四条2500t/d新型干法水泥生产线均选用KXT科氏力秤煤粉计量与控制系统。2005年10月，该公司一条5000t/d新线也签约选用KXT科氏力秤煤粉计量与控制系统；金隅水泥公司，汝州天瑞集
47、团水泥公司3200t/d新型干法水泥生产线均选用KXT科氏力秤煤粉计量与控制系统。 2、用于老厂改造乌兰水泥公司前期建设的2500t/d新型干法水泥生产线用KXT科氏力秤煤粉计量与控制系统取代进口溜槽式流量计。华新水泥公司经考察后，2000t/d水泥生产线喂煤改造项目选用KXT科氏力秤煤粉计量与控制系统，取代进口转子秤。启新水泥公司2000t/d水泥生产线改造选用KXT科氏力秤煤粉计量与控制系统，取代进口冲板流量计。三龙水泥公司1200t/d水泥生产线改造选用KXT科氏力秤煤粉计量与控制系统，取代进口冲板流量计。三水世纪创新水泥公司2000t/d水泥生产线改造选用KXT科氏力秤煤粉计量与控制系
48、统，取代原计量设备。 3、用于无烟煤煅烧工艺冀东水公司、圣塔水泥公司、广英水泥公司、恒威水泥公司等1500-2500t/d生产线均采用无烟煤煅烧工艺，煤粉细度小于1%，流动性好。采用KXT科氏力秤煤粉计量与控制系统均取得良好使用效果。 4、高寒地区应用实例华新水泥公司（项目）1500t/h干法生产线建于海拔3500m，最低气温-30的藏南地区，选用KXT科氏力秤煤粉计量与控制系统，使用结果表明，科氏力秤适应高海拔高寒工况，喂煤稳定、计量准确、运行可靠。 五、结束语本研究在国首次将科里奥利力学原理应用于粉体物料计量领域，基于该原理的KXT科氏力秤煤粉计量与控制系统性价比高，实现了高准确度快速计量与控制，运行稳定可靠，其主要技术经济指标达到国外同类设备先进水平，全部部件实现了国产化，已批量出口，标志着我国煤粉计量设备正式走向国际市场。能满足5