科里奧利喂煤計量系統在水泥行業的應用

圖1　科里奧利原理示意
　　隨著傳感檢測技術和電子技術的發展，使得測力和速度處理等變得簡單容易。因此科里奧利原理在測量散狀物料中得到了廣泛應用。
　　測量原理的實現需要一個以恒定速度轉動的旋轉測量圓盤(測輪)，其基本結構如圖2所示。由電機拖動的測輪被葉片分成數個導流槽，散狀物料由測輪中心上方進入測輪，經過錐形的轉向裝置后，形成散料流，進入導向葉片之間的導流槽中，并被以恒定角速度ω旋轉著的導向葉片虜獲，物料因離心力FZ的作用而向測輪外邊緣運動，直至離開測輪被拋出。通過對物料所受科里奧利力FC的測量可得到物料的流量，工程中是通過測量FC對測輪的反作用力矩而測得物料流量的，這個力矩由測輪的驅動電機來補償(離心力FZ和摩擦力FR都不能在測輪徑向上產生力矩)。其計算式為：M=mωR2
式中：M──測輪所受力矩，N·m；
　　　m──物料流量，t/h；
　　　ω──測輪角速度，1/s；
　　　R──測輪半徑，m。

圖2　測輪的基本結構示意
2　科里奧利質量流量計基本結構型式
　　在實際生產應用中，科里奧利質量流量計僅作為計量控制設備，一般需采用電動閥門、螺旋輸送機或葉輪給料機等作預給料設備。
　　為適應生料、煤粉和煤粉灰等不同物料對秤體的磨損及不同的生產工藝條件，測輪驅動電機及秤體可有不同的布置方案。如圖3(a、b)分別是生料喂料及煤粉喂料系統的秤體和驅動電機布置，料粉進入秤體后，被秤體中心的錐形轉向裝置分散，落入不同的導流槽，從而進行流量控制及計量。圖3a結構優點是結構緊湊，便于調整及維護，電機散熱好；缺點是電機出軸過長，進料時會對測輪產生沖擊。圖3b結構優點是抗來料沖擊能力強，缺點是測輪轉軸需加裝輔助支承。
　　在喂煤系統中，根據生產需要，可以是一個料倉配備一套計量系統，也可以是一個料倉配兩套計量系統，分別去窯頭及分解爐(如圖4a、b所示)。

圖3　秤體與驅動電機布置方案

圖4　兩種煤粉喂料系統方案

3　科里奧利喂煤計量系統簡介
　　圖5為申克公司應用科里奧利原理開發的一種煤粉喂料計量系統。煤粉由煤粉倉進入葉輪給料機時，首先經過內置攪拌器，被充分流態化，使其暢通，由葉輪給料機實現穩定喂料，進入科里奧利質量流量計被計量后進入煤粉輸送管道，輸送至窯頭或分解爐。測得的流量信號(實際值)輸入MULTICONT測控系統，實際值與設定值在系統中進行比較，及時輸出反饋信號，調節葉輪給料機轉速，實現穩定喂料。
　　煤粉由流量計流出后，經過一段彎管進入輸煤管道，由于噴嘴兩邊的正負壓差(噴嘴位置需在安裝調試時確定)，這樣煤粉可以較容易地被輸送。同時，從噴嘴靠風機端引出一條正壓管線，對葉輪給料機內施加一個小的氣壓(葉輪給料機與流量計出料管間壓差約5000Pa)，使下料更為順暢，凈風的風壓僅需50000Pa即可將煤粉送出，不需設螺旋泵。葉輪與外殼間隙僅0.2mm，被煤粉填充，可以保持葉輪給料機上下的壓差，保證下料流暢及穩定。該喂煤系統的葉輪給料機與煤粉倉出料管之間用法蘭聯接，流量計與葉輪給料機出料管之間、流量計出料管與煤粉輸送管線之間也用法蘭聯接，無需其它安裝支架，安裝高度低，安裝和折卸維修方便；密封性能好，保持煤粉倉下的環境。

圖5　煤粉喂料計量系統

　　該系統有以下特點：
　　1)由于物料與測輪間的摩擦或不同速度的物料層間的摩擦對測量結果幾乎沒有影響，故該方法與其它力學方法(如沖板流量計、溜槽流量計)測物料流量相比，受外界干擾能力強，計量精度高。
　　2)長期及短期精度高，尤其是短期精度高(10s內精度可達0.5%)，對窯內熱工制度的穩定有利。
　　3)設備間只用法蘭螺栓聯接，結構簡單，安裝維護方便。
　　4)噴嘴的應用，可使流量計出口處無需使用螺旋泵等鎖風松緊裝置，并可降低風機功率。
4　應用情況
　　1993年，德國蘭德霍夫水泥公司在750t/d的Φ4.2m×70m立波爾窯生產線改造中首次應用該系統代替失重秤喂煤系統，獲得成功。它使喂煤更加穩定，喂料量標準偏差減小，減少了煤粉輸送動力損耗，穩定了窯熱工制度，減小了NOX的排放。兩種喂煤系統情況對比見表1。
表1　兩種喂煤系統對比

　　由于該系統效果好，該公司又在3200t/d生產線的入窯煤粉計量中應用了科里奧利喂煤計量系統，并且因其長期、短期精度高，運行穩定而受到水泥行業的重視。目前，該煤粉喂料系統已在我國寧國、英德、三德等水泥企業使用。
　　1995年廣東南華水泥有限公司(英德水泥廠)新建5號窯時，應用了兩套申克公司科里奧利喂料計量控制系統，實現對窯尾分解爐和窯頭噴煤管煤粉的計量及控制。該窯為Φ3.5m×47m濕磨干燒窯，日產熟料1700t/d，配套煤磨型號Φ2.8m×5m+3m，生產能力16～17t/h。秤體型號都是MULTICOR-40K，攪拌器、葉輪給料機及科里奧利質量流量計所配電機功率分別是：2.2kW、3kW和0.37kW。1997年11月8日正式投入使用，工作正常，計量準確，控制可靠。其簡單工藝流程如圖6，實際生產數據見表2及表3。

圖6　煤粉喂料系統工藝流程簡圖

表2　某日生產實際數據

注：表中為1998年10月20日科里奧利喂煤系統采集的實際生產數據，由于煤質波動差異，噸熟料的實際用煤量的波動也較大。
　　工藝流程是：從煤磨制備的煤粉進入1、2號煤粉倉(85m3，可對煤粉進行稱重計量，以便成本核算)，經攪拌器攪拌后，由葉輪給料機喂入科里奧利質量流量計，流量計下端帶有力矩傳感器及速度傳感器，測得扭力與轉速信號，輸入MULTICONT系統，計算出實際流量，實現流量計量；并且與設定值進行比較，調節葉輪轉速(變頻調速)，實現流量控制。
　　其電氣自控系統主要由數據測量與采集單元、控制單元和執行單元三部分組成。采集的力矩、速度和倉重信號先在數據測量和采集單元內處理，由一根電纜傳送至控制單元，減少了信號干擾、電纜成本及維護費用。控制單元由PLC控制，其接口模件為串行通訊接口，由通訊電纜連至中央控制室，實現遠程控制；機旁的編程器可以進行現場程序設計。執行單元就是通過控制攪拌器、葉輪給料機和流量計電機的運轉，實現對煤粉的計量和流量控制。
　　存在的問題：使用以來，有時煤粉中含有顆粒物料，卡在葉輪和外殼間，致使流量計機械卡死，引起數次電氣跳閘保護，并且有2次使流量計配套0.37kW電機燒壞，因此除加強煤粉制備中的技術管理外，擬在以后增大電機功率。