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    科氏力秤煤粉計量系統(tǒng)在水泥生產(chǎn)線的應用

科里奧利秤（簡稱科氏力秤）煤粉計量系統(tǒng)的研制與應用，打破了我國新型干法水泥生產(chǎn)線煤粉計量與控制長期被國外產(chǎn)品壟斷的局面，對水泥生產(chǎn)計量與控制裝備的國產(chǎn)化起到了積極的引導作用。筆者就該系統(tǒng)基本工作原理及其應用與維護做簡單介紹。

    1 科氏力秤原理

    科氏力秤是以物體在均勻轉動參照系中作相對運動為條件、應用科里奧利（Coriolis）力學原理來計量粉體物料的質(zhì)量流量。

    科氏力秤流量計內(nèi)設置1個測量盤，其徑向均勻布置一定數(shù)量的測量葉片，測量盤在電動機主軸的驅(qū)動下作勻速旋轉（圖1）。

圖1 科氏力秤煤粉計量結構原理

    物料落到測量盤中心，經(jīng)過分料錐改變流向后，被葉片捕獲，在離心力的作用下沿徑向向外緣運動。物料在運動過程中，其徑向摩擦力Fr、反向離心力Fx不對驅(qū)動軸產(chǎn)生反作用力矩，而沿切線方向的科里奧利力Fc則會對測量盤葉片產(chǎn)生力矩M，通過測量該力矩，即可獲得物料的質(zhì)量流量，其計算公式為：

 

    式中：

    M———測量盤受到的力矩；

    Q——物料流量；

    ω——角速度；

    R——測量盤半徑。

    2 系統(tǒng)構成

    煤粉計量系統(tǒng)由WD穩(wěn)流給料機、KL（M）科氏力秤流量計、NL氣力螺旋輸送泵及控制裝置組成，其系統(tǒng)構成見圖2。

圖2 科氏力秤煤粉計量系統(tǒng)構成

    其中，WD水平回轉式穩(wěn)流給料機由減壓倉、均壓倉和轉子腔組成。減壓倉內(nèi)設有減壓裝置，以消除煤粉倉倉壓影響，為均壓倉均壓提供條件。均壓倉內(nèi)設有攪拌器，使物料充分活化，避免物料起拱、黏壁，消除物料死區(qū)。轉子腔內(nèi)設有水平回轉分格輪，每轉一周輸送相同容積的物料，根據(jù)給料量由PLC自動調(diào)節(jié)轉子速度，在穩(wěn)定料流的同時，實現(xiàn)對流量計的定量給料。

    KL（M）科氏力秤流量計主要由驅(qū)動電動機、力矩傳感器和測量盤組成，經(jīng)過計量的物料進入氣力螺旋輸送泵后，被送入輸煤管道中；該泵同時具有鎖風作用。

 

    控制裝置負責整個系統(tǒng)的信號采集、狀態(tài)判斷、誤差校正、運行處理、數(shù)據(jù)顯示、系統(tǒng)調(diào)節(jié)和系統(tǒng)通訊等。其控制原理框圖見圖3。

 

    我公司2500t/d生產(chǎn)線中，采用的KXT（M）-Ⅱ型科氏力秤煤粉計量系統(tǒng)，主要由WD-Ⅱ給料機、KL（M）-Ⅱ流量計和NL20V螺旋氣力輸送泵組成。計量范圍為1~10t/h，輸送能力可達25m³/h。

 

 

    3 控制系統(tǒng)主要參數(shù)代碼描述

    科氏力秤煤粉計量系統(tǒng)控制單元人機對話觸摸屏操作，界面友好、人性化。了解熟悉各窗口提供的參數(shù)代碼含義，對該秤的應用和維護有著重要的指導意義。由于設備生產(chǎn)廠家沒有在相關資料中提供參數(shù)代碼表，因此必須通過咨詢和溝通去了解和熟知它們。設定窗口、監(jiān)視窗口和參數(shù)窗口主要參數(shù)代碼描述見表1。

 

    4 應用中出現(xiàn)的問題及處理措施

    4.1 工作時裝置呈正壓狀態(tài)，停止時呈負壓狀態(tài)科氏力秤調(diào)試期間，瞬時流量波動較大，并發(fā)現(xiàn)裝置呈正壓狀態(tài)，煤粉從各縫隙噴出，而停止給料時，裝置又呈負壓狀態(tài)。檢查各閥門位置均正常，管道沒有堵塞，且收塵風機也在運轉。由于該收塵管道同時與2個煤粉倉相連接，懷疑是風量分配的問題。將煤粉倉的2個收塵管道閥門*關閉，再啟動煤粉秤，還是呈正壓狀態(tài)。后檢查除塵器，發(fā)現(xiàn)安裝問題造成風機反轉，處理后科氏力秤運行正常，并可通過收塵管道上的閥門調(diào)節(jié)其壓力。

    分析此故障沒有在*時間查出的原因，主要有兩點：一是該布袋除塵器結構簡單、技術含量低，又是由廠方人員調(diào)試的，發(fā)生故障時大家均主觀認為除塵器系統(tǒng)沒有問題；二是感覺上的偏差影響了判斷，即科氏力秤停止工作時，用手在觀察孔感到的負壓，實際是收塵風管的“拔風”作用。

    4.2 煤粉實際流量與顯示值嚴重不符

    2003年11月，尾煤秤瞬時流量突然出現(xiàn)大幅度波動，范圍在4.6～6.3t/h間，送煤壓力11～20kPa，已無法維持正常生產(chǎn)。在此期間，由于分解爐的溫度一直偏低，操作人員就將流量設定值逐步升高，直至上限為止，盡管瞬時流量顯示值也跟著升高，分解爐溫度仍然偏低。維護人員打開秤體觀察門，簡單檢查轉子腔后判斷可能是傳感器出了問題，并測量記錄了有關參數(shù)（見表2）。

 

    從表2可以看出，采樣周期T值正常，信號變送器輸入與輸出數(shù)據(jù)及與力矩檢測值（M0＋M，zui大值4095）相吻合，可以基本判斷變送器和PLC系統(tǒng)工作正常。M0＋M已達到zui大值，M0為2500是因為維護人員在M值始終偏高的情況下，試圖通過切除不正常的初始值來保證檢測值的真實性，但這樣的設定也導致了Wh1不能正確反映此時的報警狀態(tài)信息。從V1-V2的阻值看，該傳感器的內(nèi)部線圈是完好的（廠家提供的V1－V2阻值數(shù)據(jù)為120～150Ω）。綜合分析故障，可能存在的原因主要有兩點：

    ①傳感器“應力”機構發(fā)生偏差；②計量秤轉子“堵轉”。

    徹查計量秤轉子是否有“堵轉”現(xiàn)象，必須拆掉進料管和打開轉子腔，這需要一定的時間。利用這段時間，將該傳感器小心拆下，在不連接計量轉子情況下，手動轉動傳感器轉軸，測量輸出數(shù)據(jù)基本正常，與流量計電動機連接，采用系統(tǒng)設定速度（23Hz）運行，測量傳感器輸出數(shù)據(jù)也正常，由此可以判斷，該傳感器*，確是“堵轉”造成的影響。

    拆開進料管道，發(fā)現(xiàn)一個用于固定“U”形螺旋輸送機蓋板的鐵夾子卡在秤體進料口和轉子分料錐之間，而此部位正好是觀察孔的盲區(qū)，通過觀察孔也無法手摸到此處。因分料錐設計的合理性，該鐵夾子無法卡實轉子，從而使傳感器沒有受到損害。

    取出鐵夾子，將進料管道、傳感器等全部安裝就位，啟動流量計電動機，監(jiān)測M0，逐步下降至450，切除該值后（除零點）開機，煤粉秤系統(tǒng)恢復正常工作。

    4.3 瞬時流量有指示，但實際無煤粉送出

    在一次點火升溫時，設定窯頭煤粉流量0.8t/h，瞬時流量顯示也達到了設定值，但從窯頭監(jiān)控視頻上看不到有煤粉噴出，送煤壓力也明顯偏低。經(jīng)現(xiàn)場檢查，給料機確實沒有運轉。調(diào)出設定窗口查看參數(shù)，發(fā)現(xiàn)M值檢測數(shù)據(jù)為260，與瞬時流量0.8t/h顯示值相符，但M0卻為0。原來是電氣維護人員利用停窯時間檢查煤粉秤的初始力矩M值，忘記了恢復M0數(shù)據(jù)，導致始終有一個假的瞬時流量顯示值。通知中控室停止給料（設定值為0），將M值改為10（調(diào)整M0為250，相當于“去皮”，而預留10是保證M值不為負值），重新設定瞬時流量0.8t/h，給料機開始給料，燃燒器噴出煤粉，送煤壓力正常。

    4.4 瞬時流量波動異常，送煤壓力不穩(wěn)定

    2004年4月，在一次對分解爐煤粉計量秤電動機例行維護保養(yǎng)后，瞬時流量波動異常，送煤壓力不穩(wěn)定，現(xiàn)場給料變頻器的速度變化頻繁。由于恰好在該段時間窯頭2臺一次風機剛進行了變頻調(diào)速改造，維護人員首先懷疑是變頻器干擾所致，遂對傳感器等有關重要電纜線路進行重新布置，在原橋架布置的基礎上加穿鋼管，以確保屏蔽可靠，但采取措施后仍沒有效果。經(jīng)設備生產(chǎn)廠家的提醒，并仔細查閱資料，分析認為是流量計電動機保養(yǎng)后將極性接反，導致力矩傳感器反轉，從而產(chǎn)生計量的波動和送煤壓力的不穩(wěn)定。調(diào)整方向后計量秤工作正常。

    該力矩傳感器為科氏力秤特殊研制，與其它轉矩、力矩傳感器有所區(qū)別。工業(yè)試驗及現(xiàn)場實際應用表明，在某一固定旋轉方向下，傳感器的性能達到*，并由制造廠通過反復標定試驗，在傳感器上標明。

    4.5 系統(tǒng)頻繁跳停

    系統(tǒng)在正常運行過程中突然跳停，因運行電流穩(wěn)定無異常，現(xiàn)場簡單檢查后操作人員啟動系統(tǒng)，系統(tǒng)工作正常。但不久后，系統(tǒng)再次跳停。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，是由于螺旋泵電動機的運行信號突然消失而引起的系統(tǒng)跳停。

    分析系統(tǒng)控制裝置原理圖，其它開關信號均直接來源于小型密封繼電器的動合觸頭或通過其放大、轉換，并送給裝置控制單元和DCS系統(tǒng)，只有螺旋泵的運行信號取自控制該電動機的交流接觸器輔助觸頭，由于該接觸器不密封，經(jīng)長時間的粉塵污染，觸頭接觸不良，引起系統(tǒng)頻繁跳停。于是，在該接觸器的線圈上并聯(lián)一只小型密封繼電器，取其一組常開觸頭作為螺旋泵的運行信號，解決了此問題。

    5 日常維護

    科氏力秤煤粉計量系統(tǒng)綜合了煤粉給料、計量和輸送等功能，保障措施包括潤滑、氣密封、氣吹掃和收塵等，做好日常維護保養(yǎng)工作是保障科氏力秤煤粉計量系統(tǒng)長期正常穩(wěn)定運行的重要措施和手段。

    1）每次停窯時，均要檢查清除流量計測量盤和測量葉片上雜物和積垢（清理時應使傳感器免受外力的沖擊），清除傳感器室積聚的煤粉，檢查傳感器上下聯(lián)接法蘭的松緊及軸承的潤滑情況。注意觀察測量盤和測量葉片上雜物清除前后M值的變化情況，并做好記錄；

    2）停窯檢修時，檢查保養(yǎng)流量計電動機； 

 

    3）定期檢查螺旋氣力輸送泵出口擋料板動作是否靈活，有無脫落現(xiàn)象；

    4）每班檢查收塵風管是否暢通，及時清理風管彎處的積灰，保證系統(tǒng)處于負壓工作狀態(tài)；

    5）定期敲擊輸煤管道，特別是拐彎處，防止管道及管道彎處積灰，引起送煤壓力波動；

    6）經(jīng)常檢查各氣動元件和壓力表是否完好，及時清除過濾器積液；檢查流量計內(nèi)部傳動軸密封氣壓是否在0.05～0.075MPa之間，其它氣路壓力是否在0.1～0.17MPa之間，以確保密封和清灰效果。有條件的，可在系統(tǒng)氣壓單元總進氣管前加裝一臺0.5m³/min油水分離器，以減輕各氣路過濾器的工作負擔，保證供氣質(zhì)量；

    7）按照隨機資料的要求，對各潤滑點及時補充潤滑油，按時更換減速器及螺旋泵軸承座潤滑機油；

    8）定期噴吹清理系統(tǒng)控制裝置灰塵，特別是變頻器內(nèi)部的灰塵，應保證裝置通風散熱良好。