煤粉輸送管道的工藝配置對(duì)轉(zhuǎn)子秤的影響

　　煤粉計(jì)量與控制系統(tǒng)配置失衡也是造成轉(zhuǎn)子秤體系運(yùn)行不穩(wěn)的一個(gè)原因。例如：羅茨風(fēng)機(jī)和煤粉輸送管道配置失誤；煤粉倉(cāng)、進(jìn)料溜子設(shè)計(jì)不合理；錐體和溜子銹蝕等。這些不起眼的問(wèn)題往往就是煤粉計(jì)量與控制系統(tǒng)難以穩(wěn)定的真正原因。但大多數(shù)時(shí)候人們只著眼于煤粉計(jì)量控制設(shè)備轉(zhuǎn)子秤上面。

　　1）煤粉輸送系統(tǒng)的基本原理

　　與粉狀物料的氣力輸送不同，煤粉輸送管道中，有相當(dāng)長(zhǎng)度的水平管道。因在水平管道內(nèi)的垂直方向上，粉狀物料濃度存在差異，存在不可避免的沉降現(xiàn)象。因此煤粉管道的氣力輸送與其它物料垂直輸送系統(tǒng)有所不同。

　　煤粉的水平氣力輸送依照其在豎直方向上的濃度差異大致可分為：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，氣體的阻力會(huì)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（見圖7）。

　　在脈沖輸送和塞流輸送狀態(tài)下，氣體阻力將大幅度增加，并出現(xiàn)較大幅度的振蕩，這樣的情況對(duì)于煤粉計(jì)量和控制系統(tǒng)而言是破壞性的。因此在生產(chǎn)過(guò)程中，我們需要煤粉輸送系統(tǒng)總是在稀相和雙相輸送的工作范圍內(nèi)進(jìn)行，追求高的煤風(fēng)比。對(duì)于較長(zhǎng)的水平輸送的煤粉管道而言，如風(fēng)速不足，會(huì)產(chǎn)生煤粉的沉積。系統(tǒng)將轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖輸送，長(zhǎng)管道中的脈沖輸送會(huì)使管道系統(tǒng)阻力快速上升，并呈現(xiàn)較大幅度的振蕩狀態(tài)。此時(shí)如果風(fēng)機(jī)的壓頭不足以克服助力，風(fēng)速將下降，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)較高的大幅度波動(dòng)的正壓，加大煤粉計(jì)量系統(tǒng)鎖風(fēng)設(shè)備的壓力，甚至導(dǎo)致計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量的紊亂；嚴(yán)重時(shí)輸送管道堵塞，“氣體反吹”，以至于干擾了計(jì)量系統(tǒng)的正常下料。對(duì)于高硫和高揮發(fā)分的煤粉而言，還存在自燃自爆的可能性。從控制的穩(wěn)定性和可靠性出發(fā)，輸送羅茨風(fēng)機(jī)的配置和煤粉輸送系統(tǒng)的管道，應(yīng)該根據(jù)不同的條件（包括輸送距離－水平和垂直、彎頭的數(shù)量、煤粉輸送量、煤風(fēng)混合物的重度、噴煤管的阻力和風(fēng)速要求、計(jì)量與控制設(shè)備對(duì)于風(fēng)壓的接受能力、所在地區(qū)的海拔高度、）優(yōu)化羅茨風(fēng)機(jī)和管道的設(shè)置，以較小的代價(jià)，確保煤粉輸送的狀態(tài)介于稀相和雙相輸送之間，以兼顧煤粉氣力輸送的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

　　圖1 煤粉水平氣力輸送四種形態(tài)示意圖

　　2）輸送用氣量和管道配置的參數(shù)優(yōu)化

　　煤粉輸送系統(tǒng)的基本參數(shù)：一是煤粉輸送量與輸送風(fēng)的質(zhì)量比（又稱煤粉輸送率）；二是煤粉管道輸送時(shí)的管道風(fēng)速。前者是羅茨見機(jī)的選型基礎(chǔ)，后者是管道的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；并由此計(jì)算出管道系統(tǒng)的阻力。羅茨風(fēng)機(jī)的壓頭將依此取值，并有一定的富余量。

　　煤粉與輸送幾的質(zhì)量比

　　煤粉與輸送風(fēng)的質(zhì)量比，一般是2.5：1左右。對(duì)于水平管道較短的管道（或者水平投影較短的管道），取值可高于此值。因?yàn)檩^短的水平管道，即使出現(xiàn)了振蕩現(xiàn)象，由于幅度比較低，只要在計(jì)量控制系統(tǒng)可能接受的范圍內(nèi)，可以忽略。在生產(chǎn)線規(guī)模趨大的前提下，隨著管道阻力系數(shù)的降低、管道風(fēng)速的提高，此參數(shù)的取值有放大的趨勢(shì)。各個(gè)公司依據(jù)自己的試驗(yàn)，參數(shù)上略有出入，2000t/d以上的規(guī)模生產(chǎn)線，此值可達(dá)（2.5-3.5）：1。對(duì)于水平管道的長(zhǎng)度可以忽略的條件下，此值還可以進(jìn)一步提高。

　　輸送管道的風(fēng)速

　　為避免出現(xiàn)脈沖和塞流輸送現(xiàn)象，輸送管道風(fēng)速通?？刂圃?5m/s以上?？紤]脈沖和塞流造成的壓力波動(dòng)的程度與水平管道的長(zhǎng)度有關(guān)，對(duì)于短管道，風(fēng)速可以取低些；而對(duì)于長(zhǎng)管道，風(fēng)速應(yīng)該取稍高些的值。

　　對(duì)于輸送量較大的系統(tǒng)，隨著管道斷面的加大，管道斷面的上下煤粉密度差別增大；加之大管道的截面面積與圓周線長(zhǎng)度之比較大，管道阻力系數(shù)較??；管道輸送過(guò)程中的這兩個(gè)因素的變化，會(huì)推動(dòng)風(fēng)速取值增大。正因?yàn)槿绱?，隨著生產(chǎn)線規(guī)模的擴(kuò)大，輸送管道的風(fēng)速也應(yīng)該提高。

　　輸送系統(tǒng)的風(fēng)壓

　　輸送系統(tǒng)的風(fēng)壓是保證系統(tǒng)正常輸送風(fēng)速的重要參數(shù)，也是以上兩個(gè)參數(shù)確定后，根據(jù)輸送系統(tǒng)的實(shí)際情況得出的導(dǎo)出參數(shù)。為保證煤粉正常的輸送和計(jì)量系統(tǒng)的穩(wěn)定，應(yīng)有足夠的風(fēng)壓儲(chǔ)備，防止出現(xiàn)可能的煤粉流量波動(dòng)。當(dāng)煤粉濃度增大時(shí)，煤粉與風(fēng)的混合物重度加大，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增加。一旦阻力超出了見機(jī)的壓力，管道風(fēng)速就會(huì)下降，就會(huì)造成脈沖或塞流輸送狀態(tài)的出現(xiàn)，甚至?xí)l(fā)生堵塞。由于煤粉的流量的波動(dòng)，難于安全避免，因此風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的選擇應(yīng)該考慮必要的富余量。

　　在煤粉計(jì)量控制系統(tǒng)的出口，有的設(shè)置中有噴射泵，利用噴射泵的射流效應(yīng)，降低煤粉計(jì)量系統(tǒng)出口處的正壓，減輕煤粉計(jì)量系統(tǒng)的鎖風(fēng)和卸壓的壓力，確保計(jì)量控制系統(tǒng)的正常工作。因而計(jì)算風(fēng)壓時(shí)也要考慮噴射泵帶來(lái)的壓降影響。

　　系統(tǒng)的煤粉濃度和氣壓的共振現(xiàn)象

　　有些人將煤粉輸送管道錯(cuò)誤地類比于除塵管道的設(shè)置，采用管道寧大勿小的策略。在除塵管道系統(tǒng)中，隨著沉積的加大，管道截面積的減小，風(fēng)速提高，使沉積穩(wěn)定在一定的水平上，從而系統(tǒng)在一個(gè)較高的風(fēng)速條件下，取得新的平衡。但在煤粉輸送系統(tǒng)中并非如此。一是煤粉的注入量（多數(shù)煤粉計(jì)量和控制系統(tǒng)，均是格狀單元，由于計(jì)量滯后于控制，也使下料呈一定程度的波動(dòng)狀態(tài)）的波動(dòng)。使煤粉與風(fēng)的氣固太混合物的重度呈現(xiàn)振蕩養(yǎng)；二是沉降的煤粉也并不是穩(wěn)定的，它也不斷的在輸送和沉降中實(shí)現(xiàn)角色的變換。隨著煤粉與風(fēng)的氣固態(tài)混合物的重度加大，管道輸送風(fēng)速降低，計(jì)量系統(tǒng)煤粉出口處的正壓升高，煤粉的正常卸出也受到不利的影響。但此時(shí)噴射泵縮口處的工況風(fēng)速降低，縮口壓降損失相應(yīng)降低，縮口出口處的靜壓升高，又給輸送管道風(fēng)速的再次升高創(chuàng)造了條件。這就使得煤粉計(jì)量控制系統(tǒng)在煤粉流量稍大并出現(xiàn)一定波動(dòng)時(shí)，管道系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)壓力也呈現(xiàn)一定周期性的循環(huán)波動(dòng)。這兩者之間的有一定時(shí)間間隔的循環(huán)波動(dòng)，在一定條件下，將形成“共振”，導(dǎo)致煤粉的輸送量和氣壓均呈現(xiàn)大幅度的變異，以至增大到窯系統(tǒng)和煤粉計(jì)量與控制系統(tǒng)無(wú)法接受的程度。

　　計(jì)量與控制系統(tǒng)對(duì)出口處正壓的接受程度

　　由于自身的結(jié)構(gòu)和下部鎖風(fēng)裝置能力的差異，計(jì)量與控制系統(tǒng)在一定正壓條件下自身計(jì)量與控制精度的變化，也是在考慮煤粉輸送管道系統(tǒng)時(shí)應(yīng)予考慮的因素。由于以上幾個(gè)參數(shù)的取值有較大的彈性，因此，煤粉輸送的起點(diǎn)的不同帶來(lái)水平管道長(zhǎng)度的差異，就會(huì)直接影響羅茨風(fēng)機(jī)的參數(shù)取值。當(dāng)煤粉輸送的起點(diǎn)設(shè)置在窯尾時(shí)，羅茨風(fēng)機(jī)窯頭和窯尾在煤粉輸送量上雖有較大差別，但有可能取同樣的風(fēng)機(jī)或稍有差別，但在電機(jī)的配置上，窯尾風(fēng)機(jī)配置較大，以取得較高的風(fēng)壓輸送較多的煤粉。這樣的配置可使備用風(fēng)機(jī)的配置變得較為簡(jiǎn)單，而且可以較好地適應(yīng)窯頭窯尾兩次羅茨風(fēng)機(jī)的配置。當(dāng)煤粉輸送的起點(diǎn)高在窯頭時(shí)，羅茨風(fēng)機(jī)的參數(shù)取值差別很大。

　　3）常見問(wèn)題分析

　　管道曲率半徑不加優(yōu)化，風(fēng)機(jī)壓力配置與管道的實(shí)際情況不符

　　由于風(fēng)機(jī)的壓頭無(wú)法滿足不加優(yōu)化的管道系統(tǒng)，造成輸送能力達(dá)不到額定輸送量。當(dāng)煤粉輸送量超過(guò)其輸送能力時(shí)，將造成脈沖或塞流輸送狀態(tài)，并有可能進(jìn)一步造成煤粉輸送管道的完全堵塞。

　　某廠一1000t/d的生產(chǎn)線，窯頭系統(tǒng)配置的羅茨風(fēng)機(jī)，其風(fēng)量為29.4m3/min, 風(fēng)壓為49kPa. 而煤粉管道的直徑為155mm，系統(tǒng)煤粉輸送率不到2：1，有較大的富余，管風(fēng)速約為32m/s，雖略偏高，但基本可行。但窯頭噴煤管前的橡膠軟管過(guò)長(zhǎng)且有多個(gè)彎頭，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)阻力較大。煤粉計(jì)量系統(tǒng)設(shè)置的噴嘴縮口直徑為60mm，在煤粉輸送量低于1.5t/h時(shí)，系統(tǒng)正常且穩(wěn)定。但當(dāng)煤粉輸送量超過(guò)2t/h時(shí)，煤粉在輸送管道中沉積，直至基本堵塞。此時(shí)，羅茨風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓就基本上全部作用于煤粉計(jì)量系統(tǒng)，并導(dǎo)致煤粉計(jì)量系統(tǒng)也出現(xiàn)了堵塞，除四處噴煤粉之外，系統(tǒng)基本不出煤粉，在關(guān)閉煤粉計(jì)量和控制系統(tǒng)之后，隨著噴煤管繼續(xù)有煤粉噴出，計(jì)量系統(tǒng)出口正壓慢慢降低。過(guò)幾分鐘后，煤粉計(jì)量系統(tǒng)的給料設(shè)備又可以啟動(dòng)，但一旦煤粉供應(yīng)量加大，上述現(xiàn)象將出現(xiàn)。不得已將噴射泵的噴口直徑加大到120mm，降低了噴口處的壓降，煤粉輸送基本正常，壓力波動(dòng)也基本平緩，但由于噴射泵在出口處的減壓作用減弱，隨之出現(xiàn)了較大的正壓，最后不得不采用一些別的方式來(lái)維持系統(tǒng)正常工作。

　　煤粉輸送系統(tǒng)管道直徑偏小

　　煤粉輸送管道直徑偏小，輸送管道風(fēng)速過(guò)高，阻力過(guò)大，輸送不經(jīng)濟(jì)；在風(fēng)機(jī)壓頭不足時(shí)會(huì)造成煤粉管道的堵塞，使作業(yè)被迫停止。在放大管道管徑后，可以解決此問(wèn)題，但由于管道安裝作為高空安裝作業(yè)，一旦完成后，更換管道就非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力了。

　　管道直徑過(guò)大

　　有些水泥廠對(duì)于管道的配置，抱著寧大勿小的想法，缺少精確的計(jì)算。如果管道直徑過(guò)大，輸送風(fēng)速過(guò)低，在水平管道比較長(zhǎng)的情況下，煤粉輸送會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的管道煤粉沉積。隨著煤粉的沉降和重新被吹起，煤粉的管道內(nèi)氣體與煤粉混合物的重度會(huì)出現(xiàn)大幅度的變化，導(dǎo)致輸送系統(tǒng)脈沖或塞流現(xiàn)象的出現(xiàn)，煤粉輸送量和風(fēng)壓的振蕩加大。這樣對(duì)窯系統(tǒng)的熱工工況的穩(wěn)定極為不利，對(duì)窯系統(tǒng)的產(chǎn)量和質(zhì)量的影響都比較大。

　　某廠因自行改造管徑超出了設(shè)計(jì)值的1.2倍，使得輸送管道風(fēng)速過(guò)低，除了煤粉計(jì)量系統(tǒng)出現(xiàn)較高的正壓外，煤粉輸送管道出現(xiàn)了脈沖和塞流現(xiàn)象，導(dǎo)致煤粉計(jì)量和輸送氣壓大幅度振蕩，并出現(xiàn)了煤粉在管道中的大量沉積，影響了窯系統(tǒng)熱工狀態(tài)的穩(wěn)定。而煤粉計(jì)量和控制系統(tǒng)停運(yùn)后，管道里沉積的煤粉持續(xù)噴出，又使工廠懷疑是計(jì)量和控制系統(tǒng)完全被“擊穿”而失控。最后遷怒于煤粉計(jì)量設(shè)備的生產(chǎn)廠家。

　　某廠5000t/d生產(chǎn)線的煤粉計(jì)量和控制系統(tǒng)，采用了進(jìn)口的菲斯特轉(zhuǎn)子秤。其煤粉計(jì)量點(diǎn)位于窯尾，而窯尾的羅茨風(fēng)機(jī)配置為風(fēng)量93.51m3/min，風(fēng)壓59.6KPa，電機(jī)132KW，其輸送管道管徑為275mm（內(nèi)徑），運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。但幾乎一樣配置的另一廠家卻不一樣。這廠不同之處是把煤粉計(jì)量系統(tǒng)設(shè)置在窯頭，這樣煤粉計(jì)量并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)預(yù)期的穩(wěn)定狀態(tài)，煤粉輸送系統(tǒng)的流量和壓力大幅度波動(dòng)。當(dāng)煤粉輸送量達(dá)到設(shè)計(jì)量時(shí)，煤粉瞬時(shí)流量波動(dòng)范圍高達(dá)12-22t/h，大大超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)；所配的羅茨風(fēng)機(jī)壓力也在25-65KPa間頻繁波動(dòng)。這對(duì)燒成系統(tǒng)的產(chǎn)量和質(zhì)量產(chǎn)生了很不利的影響。最后檢查知道窯尾所要求管道內(nèi)徑為201mm，而實(shí)際管道內(nèi)徑放大到了253mm。使得原設(shè)計(jì)的水平管道的輸送風(fēng)速大大低于設(shè)計(jì)風(fēng)速，導(dǎo)致煤粉輸送的脈動(dòng)和塞流現(xiàn)象，并連帶引起喂煤量和管道風(fēng)壓的超范圍波動(dòng)。

　　盲目追求大風(fēng)量的輸送

　　有的水泥廠盲目追求計(jì)量和輸送系統(tǒng)的“保險(xiǎn)”，追求大風(fēng)量、低風(fēng)速輸送。在煤粉計(jì)量和輸送問(wèn)題上，確實(shí)取得了保險(xiǎn)的效果。但過(guò)大的煤粉輸送風(fēng)量，也帶了想不到的問(wèn)題。如某廠在配置羅茨風(fēng)機(jī)時(shí)，其煤粉輸送率不足2：1.在管道的配置上，又按25m/s風(fēng)速的下限，選用了大大超出實(shí)際需要的輸送管徑。這種對(duì)煤粉計(jì)量和輸送系統(tǒng)而言是保險(xiǎn)的，但對(duì)燒成系統(tǒng)不利。由于一次風(fēng)量過(guò)大，造成窯頭火焰控制困難，不但造成回轉(zhuǎn)窯噴煤管火焰的拉長(zhǎng)，而且使噴煤管內(nèi)部的耐磨件早期磨損。

　　通過(guò)這幾個(gè)實(shí)例的分析，可以看出煤粉輸送系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)煤粉計(jì)量輸送系統(tǒng)的影響，切實(shí)把握煤粉輸送系統(tǒng)的合理參數(shù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)煤粉計(jì)量控制和輸送系統(tǒng)的優(yōu)化，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。