PWF轮辐转子式计量系统在水泥生产线上的应用

郭 剑

（合肥水泥研究设计院 合肥固泰自动化有限公司，安徽 合肥 230051）

PWF轮辐转子式计量系统在水泥生产线上的应用

郭 剑

（合肥水泥研究设计院 合肥固泰自动化有限公司，安徽 合肥 230051）

0 引言

传统的粉体计量装置，如冲击式流量计、皮带式定量给料机、国产科氏力流量计等，均难以满足稳定、准确定量喂料的要求。为此，合肥水泥研究设计院固泰自动化有限公司开发了一种结构紧凑、运行稳定、能耗低的转子式粉体定量给料系统，进一步提高了粉体计量的稳定性，满足准确定量喂料的要求。本文以现有粉体物料给料系统及其工艺特点为依据，从技术层面探讨该系统的技术原理、结构组成和创新点。

1. 常见的粉体物料给料系统及其工艺特点

1.1 冲击式流量计

冲击式流量计包括冲板式和溜槽式。具有设备简单、全封闭、投资低、可在线或旁路标定等优点。但冲击式流量计是检测物料冲击产生的垂直分力，是间接测量物料重量，因此受检测物料的特性和工况影响较大。粉体物料的湿度、水分及流量状态变化对计量都有影响；对冲击震动敏感，受物料反弹扰动和冲击影响较大；风压和气流变化对计量精度影响非常明显，因此难于满足平稳喂料的要求。

1.2 科里奥利(Coriolis)流量计

科里奥利流量计是通过对物料所受科里奥利力的测量得到物料的流量。配合适当的可调式给料装置，在水泥厂常用于煤粉和入窑生料等粉状物料的计量和喂料。流量计只起瞬时流量计量作用，是被动检测而不能主动调节流量。流量计必须与计量稳流仓和仓出口的给料设备配合使用，才能实现对物料的定量给料及用于定量配料的场合。因此系统稳定性完全依赖于给料装置，物料流量的大小通过调节上方的给料装置的给料速度和开度来实现，所以属于滞后控制调节。

1.3 皮带式定量给料机

可调速皮带式定量给料机,用于水泥行业入窑生料计量等。但用于粉体物料的计量与定量给料存在以下问题：一是粉体物料（如生料、粉煤灰、矿渣粉）比重轻，流动性好，易冲料，系统的预给料机一旦出现冲料现象，皮带式定量给料机不具备防冲料的功能，物料将会快速通过式定量给料机，进入下一级设备。在冲料发生的情况下，定量给料机解决不了冲料问题。二是定量给料机不是全密封的计量设备，粉体物料从秤体的连接处漏料，造成环境污染。三是占用空间大。四是为了减少下料点物料的冲击对计量的影响，皮带式定量给料机一般比较长，皮带拉伸极易造成皮带跑偏，维护工作量大。所以总体运行效果不太理想，应用范围越来越小。

1.4 螺旋定量给料机

螺旋定量给料机简单的说就是在螺旋输送机上加装调速装置和称重传感器。目前，国内的螺旋定量给料机大体可分为两种：一种是自平衡结构式，即计量螺旋秤体以支点为轴左右自重平衡(包括配重)，荷重传感器测量的主要是计量螺旋秤内的物料重量。但由于荷重传感器的量程上限较小，测量灵敏度较高。一般不适于粉煤灰等物料的给料计量。另一种是悬浮吊架结构式，即全荷或半荷式计量螺旋秤。其秤体支点为悬挂或下支承，此悬挂支点又分为设置或不设置荷重传感器两种。出料口侧由2只或1只荷重传感器吊挂或支承，计量螺旋秤处于悬浮吊挂状态。因此，计量螺旋秤可较长，有利于控制料流和冲跑料现象。

螺旋定量给料机设备简单，占用空间高度小，但纵向尺寸较大，系统密封性好，价格便宜，维护简单，可靠性较好。但是，由于粉体物料在螺旋给料机内填充率的不同，其转速与喂料量不是成线性关系，螺旋转速不能代表物料实际料量，且没有稳定比例关系；电网的负荷、频率、电压波动变化，使计量螺旋秤不能保持恒速运行；螺旋轴、叶片黏附物料和间隙窜料造成零点变化不稳；皮重过大使测量灵敏度较低等因素影响，致使螺旋定量给料机计量精度往往很低，且不够稳定。生产螺旋定量给料机企业较多，但目前主要用在一些简易的生产线上。

1.5 环状天平转子秤

该设备采用天平式计重原理，在环状天平的直径两端设有支点，支点的一端是入口，另一端是出口的水平旋转型计量秤。物料进入转子秤后由荷重传感器连续检测通过半周的粉体重量，连同环状天平的转速信号进入控制器。

环状天平转子秤有以下优点：容器是天平构造，附着在固定部分的粉体也被环状天平的旋转自动抵消，经常处于左右均等状态，不会出现零点变化；完全密封构造，不会出现漏粉等现象；采用连续的检测流量方式，和减量方式不同，可不间断地进行检测与控制。可用于对粉体物料进行自动连续计量，适用于较小瞬时流量物料的计量，目前在新型干法水泥厂中，多用于窑头和分解炉煤粉的计量与定量给料、与喂料机结合，对小流量的粉煤灰等粉体物料进行计量与定量给料。

环状天平转子秤自身结构存在诸多问题。如转子结构及其支撑方式对于大流量粉体物料计量，设备要做得很庞大笨重、灵敏度较差、计量精度低；采用毛毡或其它材料密封，磨损严重，一般情况下需定期更换密封材料，维护工作量大；弹簧片或刀口支撑形式，对于大型化设备，阻力大，传力不灵敏，导致计量精度降低；铆焊结构，加工精度低，使用过程中容易变形，设备使用寿命低等。所以难以满足大流量粉体物料计量与定量给料。

2 轮辐转子原理及组成

2.1 技术原理

轮辐转子式粉体计量装置是利用密封的轮辐转子抑制粉状物体的自流动，粉体物料的运动完全由这个密封的轮辐转子的转速来决定，通过调整轮辐转子的转速来决定喂料量的大小。粉体物料经预给料单元落入轮辐转子的扇区中，变频调速电机通过减速箱和主轴将动力传至轮辐转子，带动轮辐转子转动。随着轮辐转子的转动，粉体填充到轮辐转子的各扇区中。当充有粉体的扇区转到出料口处时，落入下级工艺设备。由于轮辐转子本身是悬挂结构，而且轮辐转子和密封板经过高精度加工后形成一个封闭的空间，采用可调节式间隙锁风技术，而非普通的毛毡密封，阻尼小，磨损小，不需要更换毛毡，可在线调整；轮辐转子支撑采用主轴锁紧，支撑在减速机上的悬空支撑方式，而非转子直接支撑在壳体上的方式，摩擦小，使用寿命长。

2.2 结构组成

轮辐转子式粉体定量给料系统由两个环节组成，预给料装置和计量装置。预给料装置如图1。在预给料装置上方是过程稳流标定仓，过程稳流标定仓作为整个工艺流程的一个过渡环节，其出料口的料压必须稳定。为此，需对过程仓的料面高度和内部料阻实施有效控制。系统工作过程中，根据粉体物料的特性可以选用流量调节阀、叶轮给料机、螺旋给料机、水平回转式喂料机等，其作用是给轮辐转子粉体计量装置提供流量稳定的粉体，同时可以进行流量的粗调。粉体经预给料单元进入轮辐转子计量装置，控制装置根据转子式粉体定量给料装置瞬时流量测定值与设定值比较结果，控制轮辐转子转速，使瞬时值始终跟踪设定值，从而实现对粉体的准确计量与稳定控制。

3 系统的创新点

（1）驱动轴和轮辐转子的连接采用独特的轴头连接，相比键连接的强度要高，寿命要长。独特的结合形式，转子与下密封板间隙可调，并非直接接触，因而从结构上保证了设备的长寿命。

(2)轴承的密封采用密封支架形式的结构，容易更换密封件，共采取五道密封措施和观测孔结合的形式，在轴承最后一道密封前设置观测孔，当前面四道密封件损坏，粉体从观测孔流出秤体，提醒维修人员更换密封件，从而保证了轴承自身的终身使用寿命。

（3）系统将任何时刻通过轮辐转子称重区的粉体重量都由称重装置计量下来。粉体重量及其所在的位置都储存在控制系统内。为了使预先确定的设定值和储存在存储器内的物料量相适应，在卸料点处要求的转子角速度已预先计算出来，并由转子驱动装置来完成。通过这种前馈控制原理，转子式粉体定量给料装置可对任何波动给予校正并给出短期高精确度。

（4）称重采用了一次杠杆原理，零点非常稳定，标定调校后基本不需经常标定，运行一直非常稳定准确。系统可靠性高、抗干扰能力强，保证了运行的稳定性和准确性，计量控制范围宽，有效地稳定了喂料量，调校容易。

（5）转子支撑采用主轴锁紧，支撑在减速机上的悬空支撑方式，而非普通转子秤的转子直接支撑在壳体上的方式，摩擦小，使用寿命长。高精度加工的轮辐转子和密封板形成封闭空间，抑制粉体物料的自流动。采用可调节式间隙锁风技术，而非普通转子秤的毛毡密封，阻尼小，磨损小，无需更换毛毡，可在线调整。

（6）可调节式重载支撑装置，克服了现有同类转子秤的支撑装置（弹簧片或刀口支撑）在大载荷条件下灵敏度下降和称重轴线不可调整等不足。可调节式重载支撑装置不仅保证大载荷支撑条件下旋转灵敏度，而且可调整支点位置，保证称重轴线，从而保证在大给料量程时计量精度，最大量程可达到800m3/h。

4 远程监测系统

我们通过GPRS网络将每台PWF轮辐转子粉体计量装置中重要运行数据实时发送至厂区相关管理人员或者数据监控中心，实现对分布在不同地区的设备运行状态监测和设备运行安全管理。设备及工艺专家可以及时诊断及解决生产期间出现的问题，进一步提高了生产效率。此外，对于生产期间的突发事件及重要数据可以设置短信通知发送至指定手机，提高了公司管理者的全局掌控力。如图2轮辐转子式计量系统远程监控系统示意图。

5 应用实例

轮辐转子粉体定量给料系统已在中国联合水泥集团在沂南中联、新泰中联、泰安中联等多条5000t/d水泥生产线上应用。主要用于入窑生料、矿渣微粉、粉煤灰等物料的计量及定量给料。其中泰安中联日产5000吨新型干法水泥暨世界低能耗示范线是目前国内同行业中最环保、最节能、技术最先进、机械化程度最高的。该生产线两套入窑生料计量都采用了我公司轮辐转子粉体计量装置PWF1930，系统量程为50～500t/h。实际使用效果表明，系统的计量准确度和控制准确度均达到预期技术指标。自运行投产以来，无任何故障，计量准确、定量给料稳定，生料投料总量稳定在380t/h左右。

在运行曲线图3中，红色、蓝色曲线（上3、4）为1号、2号提升机电流反馈，上部的两条曲线为喂料量反馈（上1、2）其余曲线为转子物料荷重、流量阀调节反馈等。由图中曲线可知整个喂料流量跟踪稳定、流量阀调节快速，提升机电流比较稳定。

6 结束语

对于应用企业，粉体定量给料系统的优劣，直接关系到产品的质量与品质，直接关系到企业产品的销售价格。过程中的计量精度和稳定性及配料精度、配料速度与稳定性，影响着整个生产的质量和产量。目前，PWF轮辐转子粉体计量装置已有近百套投入运行,成功应用于国内外各个行业。其中水泥行业从应用于2500～5000t/d各种规模生产线，同时也在冶金、球团、石灰石、耐火材料等其他行业开始广泛应用，均取得令人满意的使用效果。

TQ172

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1007-6344（2015）10-0013-02