現(xiàn)代化的水泥儲存和檢測計量技術(shù)

　　一．   概述

　　物料存儲是水泥工業(yè)生產(chǎn)過程中必須的中間環(huán)節(jié)，隨之我國水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的步伐加快，水泥生產(chǎn)線規(guī)模越來越大，物料存儲所用的均化堆場、庫、倉的容量也越來越大，型式也各不同，有長方形和圓形堆場；有圓庫和帳篷庫等，一種圓形庫在國外也開始在水泥行業(yè)應(yīng)用；這些庫大部分是混凝土結(jié)構(gòu)，也有鋼結(jié)構(gòu)；另一方面由于水泥干法工藝過程越來越趨于成熟，為節(jié)約投資，要求中間環(huán)節(jié)的存儲周期盡量縮短，所用的庫、倉的容量也不應(yīng)無限的擴大，通過在線分析控制礦山的開采面，堆料和取料作業(yè)，原料的預(yù)調(diào)配等，確保生料成分的穩(wěn)定和煅燒的穩(wěn)定，盡量使庫和倉的數(shù)量和容量降低到最小值。 

　　庫卸料側(cè)和計量裝置裝在一起，為確保卸料和計量裝置連續(xù)工作，庫也必須安裝檢測裝置。本文將討論各種型式庫和檢測計量裝置如何協(xié)調(diào)并評估幾種新型計量裝置。

　　二．水泥生產(chǎn)線的存儲庫 

　　水泥生產(chǎn)線的存儲庫有：

　　1．原料存儲庫：其數(shù)量和規(guī)模取決于規(guī)模、原料品種和原材料的輸送周期，為適應(yīng)原料配料和輸送的要求，原料存儲庫在工藝設(shè)計中也作為原料調(diào)配庫，在庫底設(shè)置定量給料機，由生料質(zhì)量控制系統(tǒng)輸出信號，改變其設(shè)定值，自動調(diào)節(jié)輸送到原料磨的流量，這種設(shè)計方案比早期的磨頭倉方案，簡化了工藝流程和投資。有的廠礦山開采方式為民采，為節(jié)省預(yù)均化系統(tǒng)，采用了碎石庫或其他形式的倉或堆場；有的廠為節(jié)約投資，輔助原料儲存還采用聯(lián)合儲庫。

　　2．均化庫：均化庫是干法水泥生產(chǎn)最重要的工藝和中間環(huán)節(jié)，均化庫將出磨的生料充氣攪拌，使均化后的生料各種性能指標(biāo)，如石灰石飽和系數(shù)等生料的質(zhì)量指標(biāo)能滿足入窯生料的要求。典型的TP型均化庫的結(jié)構(gòu)特點是：庫底中心有一個大圓錐， 庫壁和圓錐之間的環(huán)形區(qū)劃分為六個由羅茨風(fēng)機充氣的充氣區(qū)，由六個流量控制閥控制卸料量。在同一時間內(nèi)至少有兩個卸料口開放。每個卸料口在卸料過程中都形成漏斗狀料柱，切割料層，產(chǎn)生重力混合均化作用。卸出的生料粉經(jīng)電動流量控制閥后由斜槽送入計量倉。計量倉及其卸料裝置也由羅茨風(fēng)機充氣卸料，生料由卸料裝置卸出后由斜槽送至提升設(shè)備，在提升機與斜槽之間設(shè)有固體流量計或其他計量裝置，用來控制和計量生料喂料量。均化庫要滿足生料均化和卸料的要求，也要滿足計量倉的入料和卸料的要求。目前均化庫名目繁多，如IBAU庫、CF庫等，但均化的效果還不夠理想，有些均化庫幾乎僅作為存儲只要之用，作者認為均化庫投資大，運行成本高，且效益不是很理　　想，在水泥生產(chǎn)線規(guī)模越來越大的今天，不應(yīng)盲目增大均化庫庫容，應(yīng)盡量使出磨的生料率值波動降到最低來做文章，以節(jié)省投資和運行成本。

　　3．熟料庫：熟料庫在熟料生產(chǎn)線是作為最終產(chǎn)品的儲庫，在水泥生產(chǎn)線是作為中間產(chǎn)品的儲庫；在粉磨站是作為原料的儲庫。熟料庫大多是圓庫，在大型水泥生產(chǎn)線現(xiàn)普遍采用帳篷庫，帳篷庫類似于堆場，從熟料鏈斗輸送機進入中間的小庫，但能自動堆取料，形成一定的休止角，它比圓庫可節(jié)省較多的土建投資。當(dāng)前使水泥廠家困惑的在淡季生產(chǎn)時，如何解決庫容量不足的矛盾。作者認為大型水泥廠最好有備用的熟料堆場或者有配套的粉磨站，以緩解此矛盾。

　　4．水泥庫：水泥庫除保證出廠水泥有一定的存儲周期外，還起到調(diào)整水泥品種和倒庫的作用。要根據(jù)市場的需要和可選用的混合材確定水泥品種，如生產(chǎn)規(guī)模大，水泥品種多，要求存儲周期長，則水泥庫數(shù)量多和容量相對要大。散裝庫是為了汽車和其他散裝運輸工具而設(shè)置的，與其相配套是計量裝置，目前在江浙一帶，散裝水運已較為普遍，但精度高，密封性好的連續(xù)計量裝置還有待開發(fā)。

　　5．原煤倉和煤粉倉
　　煤粉制備部分有原煤倉和煤粉倉，煤粉倉倉重除了和計量裝置配套，滿足至窯頭和分解爐的喂料量，煤粉倉設(shè)計必須考慮防爆，同時配套有CO分析和CO2
滅火裝置。

　　三．.庫和倉的物位的測量

　　1．物位測量綜述

　　水泥工業(yè)中主要是固體物料的物位測量，液位測量則很少。固體物料種類繁多，有塊料、顆粒狀、粉料，這些物料的介電常數(shù)、容重、溫度、水分含量也各不相同。接觸式測量是過去測量物位的主要手段，如電容式、重錘式、音叉式、阻旋式等測量方法，由于測量時儀表和物料是接觸的，在使用過程中往往會出現(xiàn)各種問題，如電容的掛料；重錘的斷錘、埋錘；音叉的堵料等，且日常的維護量很大。到20世紀90年代，水泥工業(yè)開始采用非接觸的物位測量，較早成熟的非接觸的測量技術(shù)有超聲波技術(shù)和核輻射技術(shù)（γ射線），核輻射技術(shù)因有放射源，在應(yīng)用上受到限制。 

　　超聲波技術(shù)近幾年來發(fā)展很快，是目前應(yīng)用最廣泛的非接觸式測量方法，特別在液位測量。在水泥廠超聲波物位測量已較普遍應(yīng)用在原料調(diào)配庫、原煤庫、熟料庫等，但超聲波必須借助于媒質(zhì)傳播，如在水泥廠的儲庫物位測量通常以空氣作為傳播介質(zhì)，而空氣的溫度、濕度、組分等的變化會影響超聲波傳播速度，空氣中的粉塵也將衰減超聲波的傳播信號；當(dāng)前超聲波物位測量僅用于測量塊料或顆粒狀的物料，對粉倉料位的測量，由于粉倉料位表面在下料時非常疏松，對超聲波信號有較強的衰減，故至今還沒有測粉倉料位成功的先例。

　　九十年代末期，在過程檢測領(lǐng)域出現(xiàn)了高性能、低價格的微波物位計即雷達料位計，所謂微波是電磁波，其頻率范圍為300MHz~300GHz, 微波的傳播速度為3x108 m/s, 如設(shè)頻率為5. 8GHz, 在大氣中波長約為52μm，其穿透力強，傳播速度不受粉塵、蒸汽及介質(zhì)組分的影響，傳播衰減也很??；對被測固體物料除要求其介電常數(shù)ε>1.8外，物料的溫度、壓力、密度等幾乎不影響對其準確的測量；現(xiàn)有雷達料位計在天線設(shè)計和形狀確保了接受回波的能量；另外現(xiàn)場調(diào)試也十分簡單，通過專用的軟件，能把正確的回波迅速找到，并立即換算為物位值。由于比超聲料位計有其更卓越的性能，近幾年來，雷達料位計迅速、大量進入了過程檢測儀表的市場，在各行業(yè)普遍使用。在水泥行業(yè)也幾乎由雷達料位計統(tǒng)占物位測量的領(lǐng)域，據(jù)統(tǒng)計近幾年來新設(shè)計的大型水泥廠和粉磨站的各類庫和倉近90%采用了各種類型的雷達料位計。

　　3．選型參照表   

　　以上為典型2500t/d生產(chǎn)線各種類型庫，其中庫高為設(shè)定值，庫高一般為庫直徑的2.4 倍，選擇量程時應(yīng)根據(jù)庫的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，按實際物料的堆積高度和休止角決定量程；所選型號由水泥廠信息反饋根據(jù)天威公司樣本推薦，僅作為參考；為節(jié)省電氣投資，應(yīng)盡可能選用二線制，倉裝有荷重傳感器則不需連續(xù)測量。
四．庫底出料物料流的計量 

　　庫底出料物料流的計量裝置主要有：用于原料和水泥調(diào)配的定量給料機（調(diào)速皮帶秤），用于窯尾喂料的沖板流量計或定量給料機（也有推薦用轉(zhuǎn)子秤），由于煤粉計量和輸送是大型干法燒成工藝非常重要環(huán)節(jié)，早期用于煤粉計量和輸送的沖板流量計、分格輪和氣力輸送泵等已幾乎不用，近些年來轉(zhuǎn)子秤，科里奧利秤，粉研秤是煤粉計量和輸送的首選。

　　1.    科里奧利煤粉計量秤 

　　科里奧利秤是利用流體在直線運動的同時處于一旋轉(zhuǎn)系中，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利原理制成的一種直接式的物料流計量。用科里奧利力計量質(zhì)量流量，在石化行業(yè)等其他應(yīng)用領(lǐng)域已廣泛使用，德國申克公司基于“科里奧利’力原理而設(shè)計開發(fā)出的申克Multicor-K型喂煤計量系統(tǒng)在水泥行業(yè)已取得較好 的業(yè)績，如拉發(fā)基都江堰水泥公司3臺煤粉計量設(shè)備， 江蘇京陽（5500t/d）、安徽巢湖（2000t/d）、冀東磐石（4000t/d）、河北金牛（2000t/d）等均采用了該喂煤計量系統(tǒng)，并已分別正常運行了1~7年。這種計量秤集計量和輸送為一體，結(jié)構(gòu)緊湊，它直接將煤粉送入煤粉氣力輸送管線，輸送距離可達200米；計量精度高，正常工作精度<±0.5%；秤測的是每一個瞬時的扭矩，由此測出為實際瞬時流量；計量穩(wěn)定性極高，由于測的是軸扭矩，不受任何外力影響，反饋控制速度僅為0.1s；進料采用了大直徑(Ø700mm)入料口，內(nèi)置式攪拌器，保證進料均勻、通暢不堵料，不受外力或粉塵堆積的影響；系統(tǒng)密封性好，不需配套收塵設(shè)施，不污染環(huán)境，環(huán)保性能好；電氣模塊設(shè)計：省投資，易安裝、易維護，沒有配置電氣控制柜，靠通訊完成所有的設(shè)定和控制功能。目前國內(nèi)也有些院所開發(fā)了科里奧利秤，但由于某些專利技術(shù)還未掌握，運行可靠性、連續(xù)性、計量和控制精度還有待進一步提高。

　　2．環(huán)狀天平計量秤和轉(zhuǎn)子秤

　　近幾年來， 新建投產(chǎn)的大中型水泥廠在喂煤系統(tǒng)中，使用這兩種秤占有一定比例，其機理都是采用天平式計量原理；在結(jié)構(gòu)上也全是集供料、計量、輸送和鎖風(fēng)為一體，密封性好；在控制上采用微機控制，可連續(xù)計量和改變設(shè)定值，它們和煤粉倉、羅茨風(fēng)機組成喂煤系統(tǒng)。轉(zhuǎn)子秤在我國已有三百多臺在運行，基本運行情況良好，但價格較貴，另由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，維護也是一個問題。環(huán)狀天平計量秤價格較低，但鎖風(fēng)和控制精度還不理想。目前國內(nèi)有些院所也有環(huán)狀天平計量秤產(chǎn)品。

　　3．庫卸料流量控制

　　庫卸料流量控制在穩(wěn)定生料和熟料質(zhì)量起到非常重要的環(huán)節(jié)，目前在水泥廠通常采用設(shè)定點控制，有手動和自動方式。流量控制閥大多是電動控制，由電動執(zhí)行器控制流量閥?，F(xiàn)在BMH 有一種新型的由氣電控制的調(diào)節(jié)閥，它由氣電定位器和一個執(zhí)行器組成一個閉環(huán)控制回路, 氣電定位器的功能是作為一個預(yù)先設(shè)定的五步控制器，執(zhí)行器的所在位置經(jīng)由伺服電位計采集，并作為當(dāng)前值X返回，設(shè)定值W由一個電流值加到氣電定位器, 它輸出值為±Δý，用以操作集成控制閥。這些定位信號使執(zhí)行器殼體內(nèi)的壓力差值變化，因而去調(diào)整執(zhí)行器，直到系統(tǒng)的偏差為零。這種氣電控制的調(diào)節(jié)閥有更強的監(jiān)視和報警功能，電路簡單，沒有電氣控制箱，設(shè)定和反饋信號采用了二線制接線，特別適用于在計算機控制系統(tǒng)的監(jiān)視和操作。

　　五．結(jié)論

　　1．  為降低大規(guī)模的水泥生產(chǎn)線基建投資，要求中間環(huán)節(jié)的存儲周期盡量縮短， 占有較高投資比例的庫和倉的投資就可減少，通過應(yīng)用在線分析儀控制礦山的開采面，堆料和取料作業(yè)，原料的預(yù)調(diào)配等，確保生料成分的穩(wěn)定和煅燒的穩(wěn)定，是當(dāng)今大規(guī)模的水泥生產(chǎn)線建設(shè)時必須要面臨的問題。

　　2．  庫的檢測，卸料的計量和流量控制在保證生料穩(wěn)定，節(jié)約能耗，提高熟料的質(zhì)量起很重要作用，為此選擇性能價格比高的檢測、計量和流量控制裝置至關(guān)重要。

　　3．  均化庫的投資大，均化效果不夠理想，不應(yīng)再盲目增大均化庫庫容，應(yīng)盡量使出磨的生料率值波動降到最低來做文章。