回轉窯喂料和喂煤波動的分析

1 料倉內物料的流動性
　　人們發(fā)現，除大顆粒物料屬自由流動外(不含細粉)，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力的作用大于重力，內力在流動開始以后會逐漸擾亂原有層面，并導致結管和結拱現象。內力產生的原因在于固體常能或多或少地把周圍介質中的物質吸附向自由的表面。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，內力越強，表現出粉狀物料具有粘結性。隨著壓力和物料濕度的增加，物料更加密實。
　　一開始在下料口附近物料中心局部形成自由下落，同時下料口邊緣外始出現結拱條件，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，當剪力超過料拱屈服強度時拱層出現崩塌，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采用詹尼克整體流動斗倉設計法。但是，由于設計資料中不能方便地找到其中要求的相關參數，所以在工程上很難應用該方法，設計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，并破壞結拱條件。
5)倉壁內使用襯板。一種是采用摩擦系數小的襯板，以促進整體流動。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最小的材料，而對于斗倉部分可以使用倉壁摩擦系數略大的材料。第二種方式是在斗倉內采用粗糙和光滑相間的2種壁面。物料沿著2種不同壁面將產生不同的流動速度，從而降低結拱頻率。
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，但是結構變化大，會影響儲存能力，也會影響布置。

2 喂料機的不穩(wěn)定因素
　　中小型回轉窯多采用雙管螺旋喂料機喂生料和煤粉。雖然雙管喂料機設計了一個很大的受料倉，以求提高上部料倉的流動性，但由于料倉內給料螺旋為等徑等距螺旋，其中物料只能從后部約1個螺距的寬度上卸出，而前部不能卸出。原因是后部的1片螺旋由于進入螺旋體的物料被推向前部，出現了新的裝料空間，料倉中的物料才能進入該空間。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設計時并非填充率Ψ=1，所以喂料時，每段等距螺旋體中的物料量不一定相等，這樣就會出現出料口的流量波動。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寬度上卸料。
2)將喂料機出口的最后1片螺旋葉減小螺距形成前后輸送能力差，使圓管內物料擠壓密實，以達到每段等距螺旋體中物料量相等，流量穩(wěn)定的目的。

3 漏風影響
　　窯尾喂料氣力提升泵中料面偏低時漏風嚴重。漏風穿過穩(wěn)流螺旋干擾了計量設備，使計量失準。反復標定也不能解決問題，現場觀察沖板流量計有冒灰現象，說明計量失準與漏風有很大關系。
　　解決的方法應考慮適當控制充氣風量，調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。必要時可考慮穩(wěn)流螺旋的放風措施。
　　喂煤螺旋泵在小流量情況下，漏風更嚴重。目前使用的產品對螺旋泵進行了結構簡化，動力消耗大幅度下降，但是密封效果變差。改進的螺旋泵卸料口為斜面，閥板靠自重密封，喂料管有相當一部分伸入混合室，使該部位氣流壓縮，閥板周圍形成負壓區(qū)。閥板有開啟趨勢而造成漏風。處理的方法可考慮增加閥面密封面積，增加閥板配重。應使外閥面圓滑過渡以防止增加新的氣流于擾。
　　另外，在設計選型方面也存在規(guī)格過大問題。在實際生產中大多數情況使用流量遠小于泵能力，所以螺旋體內物料填充率偏低，起不到應有的料封作用。小喂料量時的漏風很明顯，造成氣流對計量的沖擊。
　　解決的方法可將拖動電動機改為雙速電動機。在小流量下使用12極，大流量時切換至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，其流動有相當的沖擊性，造成喂料機內物料的填充率發(fā)生跳動，相當于躍階干擾，使自動調節(jié)比較困難。物料進入喂料機后從卸料口出來，對于Φ150mmx2500mm和φ250mmx 2500mm雙管螺旋喂料機最小輸送時間分別為16．4s和33．5s。在調速狀態(tài)下，最大輸送時間可能分別超過60s和120s。也就是說喂料機進口出現的干擾要到16—120s后才能被測出。現場觀察，干擾出現的時間僅1—2s，而測得的數據是數十秒之前的。自動凋節(jié)過程一般需要3個周期的波動才能趨于穩(wěn)定，1個周期約需3～5s。即出現1個干擾，自動控制系統(tǒng)從開始到穩(wěn)定需要l0s左右的時間。這樣從干擾出現到完成調節(jié)需要30～130s。在這段時間內已有多個干擾進入，自動控制只能頻繁工作。況且，由于自動控制的滯后，系統(tǒng)只會越調越亂。
　　螺旋泵采用很短的喂料長度，很高的轉速。其喂料時間僅約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，機內物料比較密實，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喂料機，可能是一個很好的思路，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節(jié)，從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
　　同時還應確定適宜的積分時間常數。以防設置不當造成新的于擾源。

5 改造效果
　　我們依據以上分析，對回轉窯喂料和喂煤系統(tǒng)實施了改造。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，但沖板流量計的冒灰現象得以消除。
　　第二步，我們將喂料和喂煤的雙管螺旋喂料機的受料倉內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出口、窯頭和窯尾輸煤螺旋泵進口加掛排風布袋。并將窯頭輸煤螺旋泵轉速降至原來的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％；分解爐喂煤由于計量設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，但是改變螺旋泵轉速之后流量跳動明顯下降，顯示跳動為±16．7％，而且螺旋泵進口的排風布袋變癟。說明螺旋泵的漏風已被有效扼制。