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水泥生產廠的磨機配料的給料計量設備控制，是水泥生產工藝過程控制和質量控制的關鍵環(huán)節(jié)之一。尤其是各種干法和立窯生產方式，生料質量控制尤為重要。同時，它也是實現(xiàn)生產過程自動化、企業(yè)的科學管理、安全穩(wěn)定生產和節(jié)能降耗的重要技術手段。因此，優(yōu)化設計選配技術先進、設備成熟、經濟實用的給料稱重計量設備至關重要。
由于我國水泥生產的工藝方式多種多樣，水泥廠數量眾多，生產規(guī)模和技術裝備水平相差懸殊，以及過去給料計量技術裝備自身發(fā)展的不成熟，造成磨機配料系統(tǒng)的給料計量設備也多種多樣。但是，隨著水泥工業(yè)技術的進步，新型給料計量設備的完善和成熟，那些技術落后，計量控制精度低，工作不夠穩(wěn)定可靠、污染環(huán)境的給料設備必將逐步淘汰。因此，對國內水泥廠配料系統(tǒng)常用的計量設備分析比較，科學評介，推薦技術先進、工作穩(wěn)定可靠、適應性強、操作維護方便的給料計量設備具有重要經濟技術意義。
1　國內磨機配料常用的給料計量設備
基于水泥生料質量控制和磨機配料過程自動化的要求，我國建材行業(yè)從1972年開始從事新型電子式和機電式給料計量設備的研制開發(fā)。80年代以后相繼出現(xiàn)了多種多樣的給料計量設備，并在水泥廠較廣泛地應用。特別是控制儀表微機化和全面引進、消化德國等國外先進技術裝備，使我國的給料計量技術裝備水平有了快速發(fā)展。當前，許多產品已達到或接近國際先進水平，品種基本齊全，基本滿足水泥工業(yè)和相關工業(yè)生產部門的需求。但同時，一些技術落后，計量控制精度低、穩(wěn)定性差、故障率高、噪聲粉塵較大的給料計量設備還在應用及生產。因此，更新淘汰落后設備，推薦優(yōu)化技術先進、經濟實用設備是一項迫切任務。
1.1　簡易料斗秤和簡易皮帶秤
簡易料斗秤和簡易皮帶秤是機電結合式的定值控制給料計量設備。其由臺秤與料斗或小皮帶輸送機及控制開關、儀表組成。
這類給料計量設備，70年代后期開始在立窯水泥廠應用，80年代有較廣泛地應用。其主要特點:設備結構簡單、制造容易、維護技術簡單、價格便宜。簡易料斗秤采用靜態(tài)稱重、斷續(xù)給料工作方式。簡易皮帶秤一般為連續(xù)給料、動態(tài)稱重。但都是定值控制、累加計量方式。
設備主要缺點:實際控制精度低，尤其穩(wěn)定可靠性很差，工作噪聲和粉塵大，僅適用于中小流量計量控制(一般在20t/h以下為宜)。主要原因是臺秤屬于斷續(xù)工作的商用靜態(tài)秤，在惡劣的工業(yè)生產環(huán)境，刀刃易磨損、杠桿機構不穩(wěn)定、秤臺容易積灰積料，造成零點變化大，靈敏度降低?？刂崎_關故障率高，料斗容易粘料、積料，閘門容易卡料、漏料，造成事故頻繁，計量不準。電振機給料的噪聲大，揚塵大。因此，應該逐步淘汰。特別是隨著水泥工業(yè)生產規(guī)?；夹g裝備現(xiàn)代化，這種給料計量設備無法滿足使用要求。
1.2　恒速定量給料秤
恒速定量給料秤(又稱懸臂式電子皮帶秤，以下簡稱恒速秤)，是電子式連續(xù)自動定量給料設備，但亦可采用斷續(xù)工作方式。系統(tǒng)由預給料機(一般采用電振給料機)、秤體、稱重傳感器和稱重控制器等組成。
筆者于1972年首先研制開發(fā)出這種給料計量裝置/設備，并在較廣泛地應用中不斷完善提高。恒速秤主要特點:秤體結構簡單、輕小，制造容易，安裝方便，價格較便宜。比較適應干、松散性塊粒狀物料的中小流量(40t/h以下)給料計量。而且應確保操作、維護管理條件較好，工作環(huán)境較好的場合。由于一般采用電振機做預給料，所以不適應粘濕性物料和粉狀物料，且控制特性不理想，調節(jié)范圍較窄，工作噪聲較大，易揚塵。由于整個秤體和物料均由支點和稱重傳感器支承，即整個秤體均為稱量段，所以，秤體上積灰積料、減速機油量和秤架任何零部件重量、位置變化等都會造成皮重零點變化，從而直接影響計量精度，而在水泥廠的環(huán)境條件很難避免上述問題。另外，多數恒速秤沒有速度補償環(huán)節(jié)。因此，電網頻率和電壓的變化會使電機轉數變化，使帶速變化，從而造成不可忽略的計量誤差?；谑褂铆h(huán)境、條件限制和上述問題，恒速秤往往不能很好的適應磨機配料過程的給料計量要求，因而，從90年代后逐步被調速定量給料秤取代。
1.3　雙懸臂電子皮帶秤
雙懸臂電子皮帶秤，是一種連續(xù)控制，斷續(xù)給料、準靜態(tài)稱重、按批量法給料配料的恒速定量給料秤，適用小流量(20t/h以下)計量控制。系統(tǒng)由預給料的電振給料機、皮帶輸送機與雙懸臂機構組合的秤體、稱重傳感器和稱重控制器等組成。
雙懸臂電子皮帶秤雖然秤體比恒速秤稍復雜，高度稍大，但其結構仍比較簡單、制造容易，操作、維護技術簡單。由于采用電振機做預給料，同樣不適應粘濕性和粉狀物料，控制特性不理想、工作噪聲大、易揚塵。但由于準靜態(tài)稱重，斷續(xù)給料，批量法配料，可避免積灰積料、皮重變化和帶速變化的影響。因此可達到較高的計量和控制精度，較穩(wěn)定的物料配比。所以，一些小水泥廠使用效果較好，而且也只能用于小型水泥廠。
1.4　減量法斗式秤
減量法斗式秤(即失重式配料秤)，早在60年代后期國內就有應用，但到80年代末期才在水泥行業(yè)應用。它是采用負秤累加計量控制、準靜態(tài)稱重、斷續(xù)給料工作方式。僅適用小流量(一般在25t/h以下)的給料配料設備系統(tǒng)。其由上料電振機、稱量料斗、下料電振機、稱重傳感器和稱重控制器等組成。
減量法斗式秤的主要特點:設備簡單、沒有傳動裝置，制造、安裝、操作、維護簡單容易，價格便宜，能夠適應高溫物料。同樣，由于靜態(tài)稱重、斷續(xù)工作，可避免零點、皮重變化影響，沒有動態(tài)干擾。所以，計量精度較高，穩(wěn)定性也較好。但物料的適應性受電振給料機的限制，由于采用兩臺電振機，工作噪音、粉塵更大，設備占空間高度也較大。有的下料電振機改用閘門，但這樣會由于閘門容易卡料、漏料，造成故障率高，計量精度難以保證，下料沖擊振動粉塵更大。減量法斗式秤僅能適應小型水泥廠采用。
1.5　圓盤秤
圓盤秤(又稱轉子給料機)是在圓盤喂料機和轉子秤基礎上設計開發(fā)的連續(xù)、動態(tài)給料計量設備。90年代中期開始在國內水泥廠應用。系統(tǒng)主要包括:圓盤秤體、稱重傳感器和稱重控制器。
其主要特點:雖設備空間高度稍高，但進出料口縱向距離小，能適應高溫物料和惡劣環(huán)境，操作維護也比較簡單，設備價格稍高。進出料口的料重容易偏心，稱重測量的力學半徑較小，重力慣性較大，料流在圓盤上滯留量隨機性變化，從而造成零點波動較大，稱重測量精度往往難以保證。另外，進料口容易卡料、堵料，圓盤、擋料板易磨損。因此，主要適用在進出料口相距較短，原采用圓盤給料機給料和物料溫度大于200℃的特殊場合。
1.6　核子皮帶秤
核子皮帶秤(以下簡稱核子秤)是根據朗伯特-比爾(Lanbert-Beers)定律，當γ射線通過物料時產生有規(guī)律的衰減的原理設計的，是一種非接觸性間接測重的連續(xù)計量控制設備。系統(tǒng)主要包括:框架、放射源、探測器、測速機構、稱重控制器和皮帶給料輸送機。
核子秤本身設備結構十分簡單，不占用特殊空間位置，安裝、維護簡單方便，給料輸送機的皮帶張力，剛度等狀態(tài)變化不直接影響計量精度。稱重計量與給料輸送基本是各自獨立設備。物料吸收γ射線的輻射強度，即測量精度取決于放射源同位素的強度、被測物料化學成分和料流截面幾何形狀的穩(wěn)定程度。只有物料種類性質不變，料流狀態(tài)和斷面幾何形狀、粒度基本穩(wěn)定不變的條件下才能保證足夠的測量精度。并且，系統(tǒng)需要很好的線性化處理設計，否則測量結果有很大的非線性。如果把給料輸送機包括在內，其設備價格較高。另外，更重要是放射性同位素屬于核污染物質，需要特殊安全保護和管理，并增加了日常維護費用。因此，對于磨機配料計量控制環(huán)節(jié)，一般不應該采用核子秤。國外工業(yè)發(fā)達國家的水泥廠和引進先進技術裝備的水泥廠，均沒有采用核子秤做配料系統(tǒng)的給料計量設備。
1.7　調速定量給料秤
調速定量給料秤(又稱定量給料機或稱重給料機，以下簡稱調速秤)是集給料輸送、稱重計量和定量控制功能為一體，機電一體化連續(xù)給料動態(tài)計量控制的給料計量設備。系統(tǒng)由秤體、稱重和測速傳感器、稱重控制器等組成。對于粘濕性和粉狀物料，尚需配置預給料機。
筆者等于70年代末在國內首先研制開發(fā)成功調速秤，并用于天津市水泥廠等。80年代末又從德國引進調速秤等連續(xù)計量設備的制造技術，從而使該項技術達到了國際水平，產品品種規(guī)格基本齊全，并成為水泥廠磨機配料系統(tǒng)和類似工業(yè)生產部門理想的給料計量設備。調速秤具有以下主要特點:
1)是一種連續(xù)給料、動態(tài)計量控制的機電一體化給料計量設備。其響應特性快、控制精度高，工作平穩(wěn)、不污染環(huán)境。具有瞬時流量、累計流量和狀態(tài)參數顯示，數據打印、越限報警、遠距通訊、與上位機聯(lián)網和手動自動控制等多方面功能。
2)具有廣泛的使用場合和較強的適應性。它即可用于散狀塊粒狀物料，亦可用于粉狀、流態(tài)化物料；即可用于干松散性物料，亦可用于粘濕性物料。流量小到500kg/h，大到1000t/h以上均可適用。而且，物料的成分、粒度、容重、濕度和狀態(tài)變化均不影響稱重計量的準確性。對物料中含有夾雜物，以及高粉塵等惡劣的工業(yè)環(huán)境，仍有較好的適應性。
3)給料量具有很寬的調節(jié)范圍和很好的線性度。對于一般的塊粒狀物料給料計量，可通過調整料斗出料口的高度改變皮帶負荷，也可調節(jié)皮帶速度改變物料流速。所以，瞬時給料量可以在很寬的范圍調節(jié)。尤其變頻調速和直流調速，本身就具有較寬(10∶1或更大)的調節(jié)范圍。調速秤在正常運行時，是通過改變帶速(即料流速度)調節(jié)給料量，而速度的測量完全是線性的，所以，給料計量有很好的線性度。上述這些是其它給料計量設備無法相比的。
4)整個秤體，只有稱重區(qū)內的重量、負荷變化對稱重計量有影響。傳動機構和秤體其它部分的積灰、積料、重量狀態(tài)變化不會直接影響計量精度。而檢測物料負荷的稱量架，結構簡單、輕小，力學慣性小、靈敏度高，并全部置于皮帶下的秤體內，受到良好保護，基本沒有積灰積料等影響?？沙退俣冗\行，有利于厚料層和運行平穩(wěn)，從而可以達到較高的計量精度和運行穩(wěn)定性。
5)調速秤系統(tǒng)中如果稱重傳感器、微機控制器等電氣部分發(fā)生故障，只要秤體傳動系統(tǒng)和調速控制器正常(這部分有很高的可靠性)，仍可根據電機轉速與物料流量的關系，采用手動控制操作來維持生產運行。而且在物料化學成分比較均勻穩(wěn)定，物料粒度均齊較小的情況下，可以取得比較滿意的配料效果。這對生產用戶是很有好處的。而各種斷續(xù)式給料秤任何部分損壞，均無法運行。
當然，調整秤系統(tǒng)結構相對復雜一些(與核子秤相差不大)，價格稍貴，要求維護技術水平也稍高一些，特別要求應有一定水平的微電子技術力量。但綜合比較，調速秤確是磨機配料系統(tǒng)較理想的給料計量設備。
2　磨機配料系統(tǒng)給料計量設備的選擇
給料計量設備的選擇，主要包括兩個方面，即設備方案的選擇和產品技術質量水平的選擇。這是決定使用效果，甚至成敗的基礎環(huán)節(jié)。
2.1　調速秤為首選設備
大、中、小型水泥廠磨機配料的給料計量設備，一般均應把調速秤作為首選設備。但是，有些小型水泥廠，如果對噪聲、粉塵控制要求不高，維護水平有限或受資金限制等，選用斷續(xù)給料的恒速秤、雙懸臂電子皮帶秤或減量法斗式秤，均可滿足生產工藝和質量控制要求，有些也獲得很好的效果。但對于大中型水泥廠，采用調速秤最為理想。工業(yè)發(fā)達國家和我國引進技術裝備的水泥廠，一般均采用調速秤就是很好的說明。
2.2　要注重調速秤的技術水平和制造質量
值得注意的是設備方案選擇正確，仍不能保證設備準確、穩(wěn)定可靠的運行。尤其目前國產產品的設計、制造技術質量水平千差萬別，80年代設計開發(fā)的老式產品仍在生產。所以，必須注意產品本身的技術水平和制造質量。實踐表明，引進申克公司技術的DEL/DEM型定量給料機和消化吸收申克技術國內設計開發(fā)的調速秤大都取得滿意的使用效果。尤其像TDG(Ⅲ)型等國內設計和生產的調速秤，更具有物美價廉的特點。采用懸吊式道斯麥得(Dosimat)給料機也應慎重考慮。
2.3　調速方式的選擇
調速秤的拖動系統(tǒng)有電磁調速、直流調速和變頻調速三種方式。電磁調速系統(tǒng)最簡單，設備價格低，但調速性能差，調節(jié)范圍窄，尤其容易受粉塵影響。直流調速系統(tǒng)復雜，設備價格高，調速性能好，調節(jié)范圍較寬，也容易受粉塵影響。變頻調速系統(tǒng)比較簡單，設備價格稍高，調速性能好，調節(jié)范圍最寬，而且不怕粉塵環(huán)境，并具有節(jié)能效果。所以，一般采用變頻調速方式更理想。而選用進口變頻調速器，其可靠性會更高。
2.4　預給料裝置的選擇
采用調速秤計量控制塊粒狀物料和流動性差的粉狀物料，不需設置預給料裝置，物料經料斗從倉內直接由皮帶拖出，系統(tǒng)很簡單。但對于粘濕性塊粒狀物料和自流性好的粉狀物料，均需配置預給料裝置。塊狀物料一般采用板式給料機、特種皮帶給料機等。粉粒狀物料一般采用流量控制閥、葉輪給料機或管螺旋給料機等。前種多用于流量在80m3/h以上的場合，而后兩種用于80m3/h以下的使用場合。
一般國產的葉輪給料機，往往結構設計不理想，不能有效地控制住流動性好的粉料，甚而漏料沖料。所以必須選用于給料控制的密封葉輪給料機。另外，帶預給料裝置系統(tǒng)，工作狀態(tài)參數選擇匹配，也是保證系統(tǒng)穩(wěn)定正常運行的關鍵因素之一。
2.5　影響精度的其它因素
選用調速秤時，盡量采用寬一些的皮帶、慢一些的帶速、大一些的料層厚度，對保證較好的計量精度和運行穩(wěn)定極有必要。美國拉姆齊(RAMSEY)公司規(guī)定:帶寬500mm皮帶最低線負荷須大于12kg/m，帶寬650mm皮帶最低線負荷須大于20kg/m，帶寬800mm皮帶最低線負荷須大于30kg/m等等，才能保證精度指標。
另外，選用金屬波紋管密封充氮稱重傳感器和頻率數字式測速傳感器是十分必要的。過低的稱重設備價格必然導致設備和配套件質量低劣，從而造成更大的經濟損失，必須引起注意。

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