浅析降低科氏力粉体计量称反馈波动值

周建设

（广西华宏建材有限公司，广西 南宁 530200）

我公司年产60万t水泥粉磨站采用分别粉磨工艺。各种物料分别单独粉磨或易磨性相近的几种物料共同粉磨至相应细度，然后，按设定的比例计量配料并混合均匀即可形成产品。这种分别粉磨工艺具有以下优点：（1）能够适应易磨性差别较大或粒度差别较大的物料粉磨；（2）磨内物料的粉磨速度基本一致，因而过粉磨现象较少，可有效提高粉磨效率，降低粉磨电耗；（3）物料的粉磨细度调整互不影响，因而既可获得粒度分布范围宽的配合料，也可获得粒度分布范围窄的配合料。采用分别粉磨工艺，按设定的比例计量配料并混合均匀时，计量设备的稳定运行和准确计量控制是影响水泥产品质量的关键因素。

1 存在的问题

我公司年产60万t水泥粉磨站水泥复配工艺流程如图1所示。

图1 水泥复配工艺流程

图1中，科氏力粉体计量称的量程为0～90t，型号为KXT(K)。投入使用后，发现其反馈值不稳定，变化幅度大。尤其给定值小于20t/h时（小量程），只要提升机提料，其反馈值就大幅度波动，最大波动百分比为300%，严重影响水泥产品的质量。

2 现场情况

2.1 矿粉仓、煤灰仓

矿粉仓和煤灰仓的结构尺寸相同，筒仓高度21m，直径10m，鱼背仓低，设计有5个下料口，但实际只使用一个下料口。下料口呈圆锥体，出料口直径为0.5m。没有减压锥，有空气助流箱，助流压缩空气为0.4MPa，压缩空气，没有除水；下料口与空气输送斜槽之间使用气动圆弧阀连接，但圆弧阀只有开和关两个位置，无法调节物料流量。

2.2 稳流仓

矿粉和煤灰共同使用图1中的稳流仓。现场发现仓内呈正压，气体往外喷、冒烟。稳流仓为圆筒与圆锥结合的对称结构，圆筒直径2m，圆筒高度为1.45m；圆锥高度为1m，圆锥斗与水平线夹角为49°，出料口直径为0.5m，容积为6.35m3，仓内有减压锥。

2.3 下料

2021年8月30 日，观察情况配制煤灰。用手摸煤灰仓下料口溜子，很烫，温度约40°；摸斜槽，较烫，说明流下来的煤灰温度较高，其流动性较高，应该不用吹气助流都能均匀下料，但是，实际情况是需要吹气助流才能比较均匀下料。

3 原因分析

3.1 矿粉仓、煤灰仓起拱，下料堵塞，仓内物料倒塌

（1）仓内起拱，下料堵塞。煤灰仓和矿粉仓直径为10m，高21m，容积约1500m3,容积较大，能够贮存的煤灰（矿粉）较多，工作周期长。在煤灰（矿粉）贮存期间，其所含的空气不断被挤压出来，贮存时间越长，煤灰（矿粉）的含气量越少，其流动性越差。随着贮存时间的延长，煤灰（矿粉）的压实密度增大，煤灰（矿粉）颗粒之间的啮合力增加，其流动性进一步降低。由于下料口没有减压锥，在这种情况下，容易产生漏斗流，使下料不稳定。

下料口的结构是圆锥体，在重力挤压作用下，物料颗粒在下料口受到的作用力有锥体的反作用力、重力、上层物料压力、下方气体及物料反作用力，当上述作用力平衡时，下料口出现结拱、堵塞，拱下面的物料卸出后形成空穴便造成堵料断流。破坏其受力平衡状态即可破拱。破拱的途径有两种：一是减少锥体对物料的反作用力；二是改变下方气体及物料的反作用力。本文中，矿粉仓、煤灰仓采用压缩空气助流破拱方式，即向下料口吹入一定压力值的压缩空气，打破下料口物料平衡状态。下料口物料平衡状态一旦被打破，物料就往下流动。现场调查中，发现煤灰需要吹气助流才能比较均匀下料，证明了前述判断的正确性。

（2）水分的影响。由于助流压缩空气所含的水份较大，水分在库内与煤灰（矿粉）交汇后极易产生水露凝结，库内煤灰（矿粉）间隙存在的液体在颗粒表面的毛细管凝缩作用下，容易导致颗粒之间形成的液桥，进而产生液桥力，增加颗粒系统的强度。随着水分的增加，库内与煤灰（矿粉）的流动性会减小，流动能力变差。下料变得困难，会出现结拱甚至下料停止的现象。

（3）仓内物料倒塌。煤灰的安息角为15～20°，矿粉的安息角约35°，料仓直径为10m，高度为21m，仅使用一个下料口下料，仓内边壁积料很高。积料的平衡状态一旦被破坏，积料就会倒塌，积料倾泻而下涌进下料口，瞬时下料量过多，给下游设备产生冲击，也给科氏力粉体计量称造成冲击，引起反馈值波动。

（4）吹气压力影响。物料颗粒在下料口受到的作用力有锥体的反作用力、重力、上层物料压力、下方气体及物料反作用力。当煤灰（矿粉）压实密度、含气量、含水量、料位高度、颗粒形状、颗粒表面粗糙度、粒径分布数等发生变化时，上层物料压力随之发生变化，破拱所需的压力也必须随之改变。若破拱压力过低，则无法破拱。若破拱压力过高，即助流压缩空气压力过高，库内积料大量倒塌，积料倾泻而下涌进下料口，瞬时下料量过多，给下游设备产生冲击，也给科氏力粉体计量称造成冲击，引起反馈值波动。

3.2 稳流仓容量小

KXT(K)科氏力粉体计量称的使用说明书中要求，稳流仓容量为喂料量的3倍，仓容量小，会导致工作周期过短，料位和仓压变化过快，造成卸料波动不稳定。本文中稳流仓的容积为6.35m3，粉煤灰的密度一般是0.7t/m3，0.7×6=4.2t。粉煤灰最小喂料量为5～10t/h,4.2/5=0.84＜1，无法满足3倍喂料量容积要求。矿粉的密度一般是0.8t/m3，0.8×6=4.8t，矿粉最小喂料量为10t/h，4.8/10=0.48＜1，无法满足3倍喂料量容积要求。

3.3 稳流仓内气体干扰

稳流仓内为正压，物料颗粒之间的气体无法压出来，填充率不均匀，物料动态内摩擦角变化大，稳流仓内物料往下移动速度变化大，科氏力粉体计量称振荡，计量不稳，质量波动。

3.4 减压锥内气体干扰

由于稳流仓内减压锥和锥斗之间的截面积越从上到下逐渐变小，锥斗的煤灰（矿粉）流经该截面时受到挤压，随着煤灰（矿粉）不断往下流动，其压缩量越来越大，如图所示。在压缩过程中，煤灰（矿粉）之中所含的气体也随之不断地被挤压出来。当煤灰（矿粉）到达截面最小处时，煤灰（矿粉）压缩量达到最大值，煤灰（矿粉）中的含气量达到最小值。煤灰（矿粉）通过截面最小处后，截面突然扩大，被压缩的煤灰（矿粉）突然膨胀。煤灰（矿粉）膨胀过程中，颗粒之间的距离不断增大，相邻颗粒之间的空隙不断增大，这些增大的空隙需要空气快速补充才能维持煤灰（矿粉）的膨胀过程。如果空气补充速度不稳定或空气量不稳定，就会影响膨胀过程的稳定，煤灰（矿粉）在膨胀区域的流动速度就不稳定。由于减压锥的排气管与稳流仓、提升机相连通，提升机料斗卸料时其气压不稳定，减压锥内的气压随之不稳定，导致膨胀区域内煤灰（矿粉）膨胀过程不稳定，煤灰（矿粉）从该区域向下流动速度不稳定，对下游的科氏力粉体计量称产生冲击，造成科氏力粉体计量称反馈值波动。

3.5 科氏力粉体计量称内气体干扰

科氏力粉体计量称给料机由由调压层、缓压层、均压层、容积计量层组成。理论上该给料机的结构设计有效地解决了流动性粉体物料在料压和自重力作用下产生的跑料和冲料问题,达到了稳定料流的目的。该给料机稳定计量的关键条件之一是均压仓内料压均匀,容重一定,物料在相同容重条件下进入转子计量区。但是，本文中的稳流仓处于正压状态而压力变化很大，稳流仓中的煤灰（矿粉）所含的气体很难排出，进入科氏力粉体计量称的煤灰（矿粉）含气量大；稳流仓减压锥处于正压状态，在科氏力粉体计量称调压、均压过程中，煤灰（矿粉）所排出来的气体无法从减压锥和稳流仓内腔流走，只有携带颗粒往容积计量层流动，产生冲料、跑料；同时，气体使科氏力粉体计量称均压仓内料压不均匀,容重产生变化,物料在不同容重条件下进入转子计量区，导致给料量波动大、计量反馈波动大。

4 对策、措施

（1）在煤灰仓和矿粉仓的下料口安装机械限位器，通过械限位器限制下料口圆弧阀的开度，开度有30%、50%、70%、100%4种。根据需要调节圆弧阀最大开度，控制物料最大瞬时流量，进而控制进入稳流仓的物料最大瞬时流量，从而控制物料进入稳流仓内时所产生的冲击力。（2）调整助流压缩空气压力，原来的压力值是0.4MPa,通过多次试验，调整为0.17～0.25MPa,在这个压力值范围内，既可以达到吹气助流的目的，又可以避免煤灰仓和矿粉仓内的物料大量崩塌。（3）使用干燥的压缩空气。改造煤灰仓和矿粉仓的助流压缩空气管路，接入经过冷却除水的干燥压缩空气，避免压缩空气携带水分进入煤灰仓和矿粉仓。（4）保持稳流仓处于负压状态。把稳流仓内的空气抽入相邻设备的收尘器，保持该收尘器处于良好的工作状态，保持稳流仓内较高的负压值，作用有几个：①把承压排气区内煤灰颗粒之间的空气快速排出，增加颗粒之间的内摩擦力，增大内摩擦角，增加颗粒之间的互锁能力，使填充密度均匀并增加，提高其抗冲击能力。②把科氏力粉体计量称均压区压出来的气体快速抽走，避免该气体停留在膨胀区，该区域没有空气，可以减慢煤灰的膨胀速度，降低煤灰（矿粉）流动速度，减少煤灰（矿粉）的下料率；使均压仓内料压均匀,容重一定,物料在相同容重条件下进入转子计量区。③把膨胀压内煤灰（矿粉）所含的气体快速抽走，避免该气体停留在膨胀区，该区域没有空气，可以减慢煤灰的膨胀速度，降低煤灰流动速度，减少煤灰（矿粉）的下料率。④在坠落悬浮区，形成向上的曵力，减慢煤灰（矿粉）颗粒下降速度，起到刹车作用，减少该区域煤灰颗粒对承压排气区煤灰的冲击力，保持承压排气区煤灰（矿粉）稳定。见图所示。（5）保持稳流仓内物料处于高仓位运行。高仓位运行是指稳流仓仓位下降到50%时，开始提料，稳流仓仓位上升到90%左右，停止提料。使用矿粉、煤灰时，稳流仓必须高仓位运行（不低于50%），这样，稳流仓内的物料才能有充足的时间把颗粒之间的气体压出来，使稳流仓内物料的填充率均匀，物料的内摩擦角变化不大，保持比较平衡，物料的内摩擦力变化不大，物料往下移动的速度变化不大，为科氏力粉体计量称提供符合其设计要求的物料运动速度。当物料含气率较高时，物料的内摩擦角变化很大，物料的内摩擦力变化很大，物料往下移动的速度变化很大，科氏力粉体计量称处于不断调整的状态，调整速度跟不上含气率变化的速度时，计量控制会出现振荡，由此造成物料下料量大幅度波动，质量也随之波动。（6）煤灰仓、矿粉仓实行多点下料，降低仓内积料高度，从而降低积料倒塌时产生的冲击力。（7）改造稳流仓内部结构。因现场不具备施工条件，不予考虑增加仓容量方案，采取改造稳流仓内部结构的办法，减少冲击力，稳定稳流仓内物料的内摩擦角，提搞抗冲击能力，降低稳流仓内物料流动速度，给下游设备——科氏力粉体计量称提供缓慢、平稳、均匀的物料。（8）改变稳流仓出口物料流动模式。稳流仓下料手动闸板全部打开时，稳流仓内的物料流动状态为质量流，在质量流状态下，煤灰流动很快，很容易冲击位于稳流仓下面的科氏力粉体计量称，造成科氏力粉体计量称计量波动。稳流仓下料手动闸板左80右100时，稳流仓内的物料流动状态上部为质量流而下部为中心流，在质量流与中心流结合的流状态下，ABC区和DEF区形成停滞区，在停滞区，从上部流下来的煤灰（矿粉）撞击该区的煤灰（矿粉），撞击后，煤灰（矿粉）的动能变小，煤灰（矿粉）流动速度变慢，停滞区越大，煤灰（矿粉）流动速度越慢，煤灰（矿粉）停滞时间增加，有利于排除煤灰（矿粉）中的空气，煤灰（矿粉）中的空气越少，其密度越均匀，动态内摩擦角越均匀，下料越稳定。煤灰（矿粉）对稳流仓下面的科氏力粉体计量称冲击力越小，科氏力粉体计量称计量波动值越小，计量越稳定。

5 效果

实施对应措施前，最大波动百分比为300%，实施对应措施后，计量波动百分比最大为8.57%。最大波动百分比下降了291.43%，下降效果非常显著。

6 结语

粉体的流动性随着粉体的含气量、含水量、压实密度、颗粒大小、粒径分布、料仓结构、开口尺寸等因素的变化而变化。在实践工作中，必须根据上述因素的变化实施相应措施，才能确保粉体的流动速度及下料量均匀，为计量设备提供平稳均匀的物料，减少计量设备反馈值的波动。