水泥熟料燒成系統(tǒng)煤粉計(jì)量中的鎖風(fēng)問題

　　由于煤粉輸送過程中，管道的阻力、豎直管道上物料勢(shì)能的提高、管道彎頭的壓力損失、噴煤管的壓力損失以及煤粉分送幾個(gè)用煤點(diǎn)時(shí)，人為增加阻力，以保持幾個(gè)供煤點(diǎn)的阻力平衡，使得羅茨風(fēng)機(jī)的出口阻力往往達(dá)到30～50kPa；而煤粉出料口入風(fēng)道處風(fēng)壓在0.5～10kPa左右(取決于煤粉管道的長(zhǎng)度、高度、彎頭個(gè)數(shù)和轉(zhuǎn)彎半徑等參數(shù)，也取決于管道中是否設(shè)置了旨在降低鎖風(fēng)設(shè)備出口風(fēng)壓的噴射管)。鎖風(fēng)設(shè)備鎖風(fēng)能力如不過關(guān)，往往造成大量的一定壓力的空氣作用在計(jì)量系統(tǒng)的出口，影響計(jì)量設(shè)備的穩(wěn)定。為此，通常在工藝線計(jì)量系統(tǒng)的進(jìn)出口，設(shè)置有排風(fēng)管。通過泄壓，使計(jì)量系統(tǒng)的上下料口處于基本平衡的風(fēng)壓條件下，從而保持了計(jì)量系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。相當(dāng)數(shù)量的系統(tǒng)因鎖風(fēng)狀態(tài)并不十分完好，需要排除的風(fēng)量很大，又往往因?yàn)槌龎m器工作狀態(tài)的變化(正常的收塵狀態(tài)和反吹風(fēng)的狀態(tài)等)造成計(jì)量系統(tǒng)的波動(dòng)。即使鎖風(fēng)設(shè)備的功能良好，有效地隔離了漏風(fēng)的影響，但因鎖風(fēng)設(shè)備傳動(dòng)軸密封作用失效可能性較大，或因風(fēng)的泄漏帶來煤粉對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染，或因攜帶煤粉的風(fēng)泄漏進(jìn)鎖風(fēng)設(shè)備的軸承腔，而導(dǎo)致軸承早期損壞。鎖風(fēng)裝置密封狀況的惡化，往往破壞了計(jì)量系統(tǒng)的正常工作狀況。因此必須對(duì)煤粉計(jì)量和輸送系統(tǒng)在設(shè)備和工藝上考慮更為完善的方案。

　　2 平行平板中氣體的間隙流動(dòng)
　　平板間氣體的間隙流動(dòng)是研究設(shè)備密封中的漏風(fēng)現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)。可以借用這一理論，分析鎖風(fēng)系統(tǒng)的漏風(fēng)問題。如果不考慮平板速度對(duì)于漏風(fēng)的影響，根據(jù)伯努利方程，兩塊相隔很近的平行布置的平板間的漏風(fēng)量Q與平板間的縫隙寬度b的一次冪、與縫隙高度h的三次冪、與空氣壓力p的二次冪成正比，而與縫隙長(zhǎng)度l的一次冪成反比，即，Q∝bh3p2/l。如何在工藝設(shè)計(jì)中，優(yōu)化這幾個(gè)參數(shù)，對(duì)于鎖風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)備選擇和設(shè)計(jì)有著重要意義。這一表達(dá)式在具體應(yīng)用時(shí)，對(duì)于葉輪給料機(jī)和螺旋輸送機(jī)等，由于形式、規(guī)格和參數(shù)上的差異，表達(dá)式的部分形式和參數(shù)系數(shù)會(huì)產(chǎn)生變化。對(duì)于剛性葉輪給料機(jī)而言，如縫隙的長(zhǎng)度l可以表現(xiàn)為給料機(jī)各個(gè)葉片厚度的累計(jì)，縫隙的寬度b表現(xiàn)為給料機(jī)的寬度，縫隙的厚度h表現(xiàn)為剛性葉輪給料機(jī)的葉片與殼體之間的間隙。但無論是何種設(shè)備，漏風(fēng)量與風(fēng)壓差之間、與設(shè)備形式和參數(shù)之間基本的函數(shù)關(guān)系已確定，這些是我們?cè)O(shè)計(jì)或選擇鎖風(fēng)設(shè)備、確定鎖風(fēng)設(shè)備參數(shù)的主要原則，也是我們確定鎖風(fēng)工藝系統(tǒng)的基本原則。在設(shè)計(jì)和加工時(shí)，對(duì)于以上參數(shù)，應(yīng)在價(jià)格和加工可以接受的條件下，盡量予以優(yōu)化。

　　3 幾種機(jī)械鎖風(fēng)設(shè)備
　　煤粉計(jì)量系統(tǒng)采用鎖風(fēng)的設(shè)備通常有剛性(彈性)葉輪給料機(jī)、螺旋泵和溢流螺旋輸送機(jī)。

　　3.1 葉輪給料機(jī)
　　葉輪給料機(jī)是連續(xù)給料裝置中最簡(jiǎn)單的設(shè)備。有的剛性葉輪給料機(jī)，在設(shè)計(jì)和制造加工時(shí)，軸承的游隙、殼體與葉片之間的間隙超出0.5～1mm，往往造成不可容忍的空氣泄漏，導(dǎo)致計(jì)量系統(tǒng)正常狀態(tài)的破壞。為了加強(qiáng)密封而采用剛性葉輪給料機(jī)，但除非采用特殊的密封材料(可以隨著磨損而得到補(bǔ)償)，否則隨著葉片和殼體的磨損，葉片與殼體之間的間隙將日漸變大，最終導(dǎo)致空氣的大量泄漏，造成計(jì)量系統(tǒng)狀態(tài)的惡化。80年代初期進(jìn)口的水泥成套設(shè)備配置的剛性葉輪給料機(jī)，在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總是放置1臺(tái)備用，任何一次短暫的停窯，就會(huì)以搶修的速度更換剛性葉輪給料機(jī)。然后就是維修、減小間隙，再將備用設(shè)備運(yùn)至生產(chǎn)設(shè)備旁邊，準(zhǔn)備第二次搶修。因此只有在鎖風(fēng)裝置進(jìn)出料口的壓差比較小的條件下，也就是鎖風(fēng)裝置的出料口的壓力不超過500Pa時(shí)，才能考慮葉輪給料機(jī)的使用。在葉輪給料機(jī)的應(yīng)用上，要保證在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，有較小的葉片與殼體的間隙，要適當(dāng)增加葉片數(shù)量和采用端面封閉的葉輪，以及在不影響煤粉的進(jìn)入和卸出時(shí)，加大葉片端部的寬度。對(duì)于采用密封材料的葉輪給料機(jī)，應(yīng)采用調(diào)整裝置，使密封材料磨損后，得以及時(shí)的補(bǔ)償。

　　3.2 螺旋泵
　　螺旋泵和引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的富勒泵均屬于依靠在出料口處增加阻尼，減緩粉體物料的流速，從而在輸送機(jī)的葉片中形成一段料封的方式，實(shí)現(xiàn)螺旋泵進(jìn)出料口空氣的隔離。從原理上講，螺旋泵應(yīng)該有很強(qiáng)的鎖風(fēng)能力，但在煤粉計(jì)量系統(tǒng)實(shí)際使用中并不理想，常常存在以下問題:1)由于螺旋泵出口閥板的密封狀況并不理想，而且隨著閥板和閥板座的磨損，密封狀況進(jìn)一步惡化，對(duì)于煤粉這種流動(dòng)性極好的物料，在料封沒有形成之前，已經(jīng)形成氣流的“短路”，而且“短路”一旦形成，料封也就很難再形成了。2)工藝設(shè)計(jì)選型不當(dāng)，螺旋泵的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于計(jì)量系統(tǒng)的流量使料封難于形成。由于以上原因，在出料口處風(fēng)壓過大的條件下，在螺旋泵內(nèi)很難形成有效的料封，使鎖風(fēng)失敗。在煤粉計(jì)量系統(tǒng)中，采用這種設(shè)備有成功的，但也有一定數(shù)量的設(shè)備因沒有形成有效的鎖風(fēng)，使煤粉計(jì)量系統(tǒng)在較高風(fēng)壓的影響下，出現(xiàn)了振蕩，甚至因風(fēng)壓過大，造成煤粉倉供煤的中斷。

　　3.3 溢流螺旋輸送機(jī)
　　溢流螺旋輸送機(jī)是粉狀物料氣力輸送系統(tǒng)中的鎖風(fēng)、輸送專用設(shè)備。由于在溢流螺旋輸送機(jī)中粉狀物料是從端部上翻后卸出的，物料的輸出，總是要依靠后續(xù)物料的擠壓和推動(dòng)而完成。為此料柱的形成是在煤粉進(jìn)入管道，而導(dǎo)致管道和鎖風(fēng)設(shè)備出口壓力上升之前。因此輸送機(jī)內(nèi)總是保持著一個(gè)穩(wěn)定的料柱，形成有效的料封。這一料封的穩(wěn)定性不因設(shè)備的輸送能力和實(shí)際流量是否匹配而改變，也不會(huì)因螺旋葉片的磨損而降低，因而鎖風(fēng)的可靠性比較高。早期設(shè)計(jì)中為了提高其鎖風(fēng)的可靠性，在上方出料口上設(shè)置了閥板，但從多年使用的情況看，可做簡(jiǎn)化削減。這種溢流螺旋輸送機(jī)，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于增濕塔下部、氣力提升泵和回轉(zhuǎn)窯煤粉計(jì)量系統(tǒng)的鎖風(fēng)。但在早期的設(shè)備中，對(duì)于軸端的密封設(shè)計(jì)不夠完善，導(dǎo)致了粉體的溢出和軸端軸承的污染。在以后的設(shè)計(jì)中，這種溢流螺旋輸送機(jī)的出料端的軸承密封將作進(jìn)一步的改進(jìn)，會(huì)使鎖風(fēng)和設(shè)備的可靠性進(jìn)一步提高。

　　3.4 噴射泵的研制和應(yīng)用
　　中國建筑材料科學(xué)研究院從文丘里管的原理入手，經(jīng)過試驗(yàn)和測(cè)試，優(yōu)選參數(shù)，研制出系列噴射泵和與之相關(guān)的設(shè)計(jì)軟件。采用噴射泵由于設(shè)置噴口加大了送煤系統(tǒng)阻力，根據(jù)輸送管道的阻力和風(fēng)機(jī)壓力的情況，縮口阻力損失通?？稍O(shè)計(jì)為10～15kPa，但它的應(yīng)用大大降低了鎖風(fēng)設(shè)備出料口的壓力，從而降低了設(shè)備對(duì)鎖風(fēng)能力的要求，從另一個(gè)角度反應(yīng)了入窯煤粉計(jì)量的成功。噴射泵縮口的斷面應(yīng)保證其風(fēng)速為3～6倍的管道輸送風(fēng)速，其軸向應(yīng)能進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)，以使鎖風(fēng)裝置出料口的負(fù)壓值可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)選。

　　4 輸送管道系統(tǒng)對(duì)于鎖風(fēng)的影響
　　由于我們現(xiàn)在所采用的鎖風(fēng)裝置還不能完全解決風(fēng)壓對(duì)于計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量和正常輸送的干擾問題，因此管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否合理，是否在鎖風(fēng)裝置的出料口有超出鎖風(fēng)裝置能力的壓風(fēng)作用，對(duì)于計(jì)量系統(tǒng)的鎖風(fēng)有著重要的影響。但這個(gè)重要的問題，又往往被人們所忽略。一旦由于過高的風(fēng)壓影響了計(jì)量和正常的輸送，人們往往埋怨計(jì)量或鎖風(fēng)系統(tǒng)，而沒有從系統(tǒng)中找原因，使管道系統(tǒng)趨向合理。

　　4.1 氣力輸送的幾種狀態(tài)
　　與粉狀物料的垂直氣力輸送不同，煤粉輸送管道中，由于有相當(dāng)長(zhǎng)度的水平管道，水平管道內(nèi)粉狀物料的濃度在垂直方向上的差異，使煤粉管道的氣力輸送有所不同。水平氣力輸送依照煤粉的濃度大致可以分為:稀相輸送(又稱為穩(wěn)流輸送)和雙相輸送。隨著煤粉濃度的進(jìn)一步加大(或風(fēng)速的降低)，水平煤粉輸送管道底部的煤粉濃度將超出稀相輸送的范圍，形成上部為稀相，下部為濃相的雙相輸送。隨著風(fēng)速的進(jìn)一步降低(或煤粉濃度的進(jìn)一步加大)，水平輸送管道下部將出現(xiàn)斷續(xù)的煤粉沉積，氣體的阻力出現(xiàn)一定程度的振蕩，輸送將進(jìn)而演變成脈沖輸送和塞流輸送。在這2種狀態(tài)下，氣體阻力將大幅度增加，并出現(xiàn)較大幅度的振蕩(見圖2)。

圖2 氣力輸送幾種狀態(tài)

　　由于后2種狀態(tài)下氣體阻力的振蕩之大，已經(jīng)超出了煤粉輸送對(duì)于穩(wěn)定性的工藝要求，在具體實(shí)施中應(yīng)避免這種狀態(tài)出現(xiàn)。為保證正常輸送狀態(tài)，各個(gè)公司依據(jù)自己的試驗(yàn)，參數(shù)上略有出入，但基本趨近于煤粉質(zhì)量與輸送空氣質(zhì)量的比應(yīng)不大于2.5∶1，管道的風(fēng)速應(yīng)為25～30m/s。在輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)考慮海拔等對(duì)于空氣密度的影響。在稀相輸送階段，煤粉管道的壓降比較低，輸送系統(tǒng)也比較穩(wěn)定，但風(fēng)料比較高，輸送不十分經(jīng)濟(jì)。雙相輸送較稀相輸送經(jīng)濟(jì)，風(fēng)料比較低。因而在生產(chǎn)中，總是在稀相和雙相輸送的范圍內(nèi)，追求較低的風(fēng)料比。但對(duì)于較長(zhǎng)的水平輸送的煤粉管道而言，在阻力增加或在部分管道工況風(fēng)速降低的狀況下，會(huì)產(chǎn)生煤粉的沉積。此時(shí)一旦煤粉計(jì)量系統(tǒng)在瞬時(shí)間有較多的煤粉注入輸送系統(tǒng)，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖輸送，在脈沖輸送狀態(tài)下，管道系統(tǒng)阻力將快速上升，并呈現(xiàn)一定幅度的振蕩狀態(tài)，如果風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓不足以克服阻力，輸送能力將直線下降，甚至造成輸送管道一定程度的堵塞。而且這種加大并振蕩的氣體阻力，將使鎖風(fēng)設(shè)備的出口出現(xiàn)較高的正壓，加大鎖風(fēng)設(shè)備的壓力，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)計(jì)量的紊亂，嚴(yán)重時(shí)輸送管道堵塞，干擾了計(jì)量系統(tǒng)正常的下料。從控制的穩(wěn)定性和可靠性出發(fā)，煤粉的輸送應(yīng)該介于稀相和雙相輸送之間，以兼顧輸送的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

　　4.2 管道系統(tǒng)對(duì)于輸送濃度狀態(tài)的影響
　　管道系統(tǒng)對(duì)于輸送狀態(tài)的影響并不僅僅是管道公稱直徑。某一段管道里煤粉的輸送狀態(tài)取決于這一段管道內(nèi)的工況風(fēng)速(不是標(biāo)態(tài)風(fēng)速)。工況風(fēng)速較高時(shí)，煤粉濃度較稀。由于管道各處的靜壓不同，從整個(gè)煤粉的輸送管道看，工況風(fēng)速是有差別的。在氣力輸送管道的出口，工況風(fēng)速最高；而在煤粉入口處，管道工況風(fēng)速最低。要有效的控制煤粉的輸送狀態(tài)，應(yīng)該優(yōu)選工況風(fēng)速值，使煤粉入口處，保持必要的工況風(fēng)速，使輸送維持在稀相與雙相輸送狀態(tài)之間的臨界狀態(tài)。當(dāng)然在實(shí)際操作時(shí)，為了保持控制的穩(wěn)定性和抗干擾能力，應(yīng)將實(shí)際濃度控制在稍低于臨界狀態(tài)的程度。在生產(chǎn)線的實(shí)際操作時(shí)，當(dāng)然不必顧及每個(gè)狀態(tài)的細(xì)微變化，但我們?cè)谳斔退焦艿谰嚯x長(zhǎng)、彎道多的條件下，應(yīng)注意靜壓變化給工況風(fēng)速帶來的影響，并注意以下幾點(diǎn)：

　　1)選擇合適的輸送管道的管徑，在保證輸送前提下，盡量降低管道風(fēng)速和減少彎頭個(gè)數(shù)，應(yīng)盡量加大管道的曲率半徑，最大限度的降低管道阻力。

　　2)煤粉輸送的風(fēng)料比不應(yīng)一成不變。在管道輸送阻力較大的前提下，由于煤粉入口處工況風(fēng)速下降，濃度提高，同時(shí)羅茨風(fēng)機(jī)機(jī)內(nèi)泄露也有所提高。因此對(duì)于輸送管道阻力較大時(shí)，除提高羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)壓外，應(yīng)適當(dāng)提高羅茨風(fēng)機(jī)的輸出風(fēng)量(其修正系數(shù)應(yīng)該為1.1上下)，從而降低輸送的風(fēng)料比。

　　3)對(duì)于高海拔地區(qū)，應(yīng)對(duì)通常在低海拔地區(qū)采用的每立方米空氣輸送多少千克煤粉的概念，根據(jù)空氣密度的變化，做出修正。

　　4.3 分風(fēng)問題的影響
　　隨著分解爐的大型化，分解爐多點(diǎn)進(jìn)煤的要求給氣力輸送系統(tǒng)的管道帶來了新問題。為了平衡各個(gè)分管道之間不同的管道阻力，各個(gè)分管道上設(shè)置的閥門應(yīng)精心調(diào)整，在各個(gè)分風(fēng)道阻力盡可能平衡的前提下，應(yīng)努力使管道系統(tǒng)的總阻力為最低。但要使各分管道處于基本相同的輸送狀態(tài)，并非易事。實(shí)際操作中結(jié)果往往是有的分管道處于雙相甚至脈沖輸送狀態(tài)，而另一分管道則處于高于必要風(fēng)速的稀相輸送狀態(tài)，而整個(gè)管道系統(tǒng)的阻力則大大高于理想的、狀態(tài)單一的計(jì)算值，所需風(fēng)量也將有所提高。在鎖風(fēng)裝置的出口造成了很高的風(fēng)壓。從而給煤粉的鎖風(fēng)裝置和計(jì)量系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)造成了很大的壓力。因此，對(duì)于兩個(gè)以上的供煤點(diǎn)，為了保證各個(gè)管道基本相似的暢通輸送狀態(tài)，除需提高羅茨風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，使其超出計(jì)算值約10%～20%外，風(fēng)量也需適當(dāng)加大，不均勻修正系數(shù)應(yīng)約為1.2～1.3。

　　不考慮管道條件的不同，照搬其他生產(chǎn)線現(xiàn)成的風(fēng)量風(fēng)壓配置(使用效果很好)，也有可能造成鎖風(fēng)設(shè)備和計(jì)量系統(tǒng)的問題。而由此將問題歸罪于計(jì)量系統(tǒng)和鎖風(fēng)裝置，不但不能解決問題，顯然也有失公允。

　　5 優(yōu)選的煤粉計(jì)量系統(tǒng)的鎖風(fēng)系統(tǒng)
　　如圖3所示，采用溢流螺旋輸送機(jī)和噴射泵組成鎖風(fēng)系統(tǒng)，同時(shí)在溢流螺旋輸送機(jī)的入口處(設(shè)備的出口處)和計(jì)量設(shè)備的進(jìn)口處分別設(shè)置通風(fēng)管道，并以閥門與收塵設(shè)備相連。這樣既將計(jì)量設(shè)備的出口風(fēng)壓降低至零壓或微正壓，又平衡了計(jì)量設(shè)備的進(jìn)出料口風(fēng)壓，從而確保了計(jì)量設(shè)備工作狀態(tài)的穩(wěn)定。使煤粉計(jì)量控制系統(tǒng)的工作保持穩(wěn)定。

圖3 一種煤粉計(jì)量系統(tǒng)配置