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    科氏力秤煤粉計(jì)量系統(tǒng)在水泥生產(chǎn)線(xiàn)的應(yīng)用

科里奧利秤（簡(jiǎn)稱(chēng)科氏力秤）煤粉計(jì)量系統(tǒng)的研制與應(yīng)用，打破了我國(guó)新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)煤粉計(jì)量與控制長(zhǎng)期被國(guó)外產(chǎn)品壟斷的局面，對(duì)水泥生產(chǎn)計(jì)量與控制裝備的國(guó)產(chǎn)化起到了積極的引導(dǎo)作用。筆者就該系統(tǒng)基本工作原理及其應(yīng)用與維護(hù)做簡(jiǎn)單介紹。

    1 科氏力秤原理

    科氏力秤是以物體在均勻轉(zhuǎn)動(dòng)參照系中作相對(duì)運(yùn)動(dòng)為條件、應(yīng)用科里奧利（Coriolis）力學(xué)原理來(lái)計(jì)量粉體物料的質(zhì)量流量。

    科氏力秤流量計(jì)內(nèi)設(shè)置1個(gè)測(cè)量盤(pán)，其徑向均勻布置一定數(shù)量的測(cè)量葉片，測(cè)量盤(pán)在電動(dòng)機(jī)主軸的驅(qū)動(dòng)下作勻速旋轉(zhuǎn)（圖1）。

圖1 科氏力秤煤粉計(jì)量結(jié)構(gòu)原理

    物料落到測(cè)量盤(pán)中心，經(jīng)過(guò)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(yùn)動(dòng)。物料在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其徑向摩擦力Fr、反向離心力Fx不對(duì)驅(qū)動(dòng)軸產(chǎn)生反作用力矩，而沿切線(xiàn)方向的科里奧利力Fc則會(huì)對(duì)測(cè)量盤(pán)葉片產(chǎn)生力矩M，通過(guò)測(cè)量該力矩，即可獲得物料的質(zhì)量流量，其計(jì)算公式為：

 

    式中：

    M———測(cè)量盤(pán)受到的力矩；

    Q——物料流量；

    ω——角速度；

    R——測(cè)量盤(pán)半徑。

    2 系統(tǒng)構(gòu)成

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

圖2 科氏力秤煤粉計(jì)量系統(tǒng)構(gòu)成

    其中，WD水平回轉(zhuǎn)式穩(wěn)流給料機(jī)由減壓倉(cāng)、均壓倉(cāng)和轉(zhuǎn)子腔組成。減壓倉(cāng)內(nèi)設(shè)有減壓裝置，以消除煤粉倉(cāng)倉(cāng)壓影響，為均壓倉(cāng)均壓提供條件。均壓倉(cāng)內(nèi)設(shè)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(zhuǎn)子腔內(nèi)設(shè)有水平回轉(zhuǎn)分格輪，每轉(zhuǎn)一周輸送相同容積的物料，根據(jù)給料量由PLC自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子速度，在穩(wěn)定料流的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量計(jì)的定量給料。

    KL（M）科氏力秤流量計(jì)主要由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、力矩傳感器和測(cè)量盤(pán)組成，經(jīng)過(guò)計(jì)量的物料進(jìn)入氣力螺旋輸送泵后，被送入輸煤管道中；該泵同時(shí)具有鎖風(fēng)作用。

 

    控制裝置負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)采集、狀態(tài)判斷、誤差校正、運(yùn)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(jiàn)圖3。

 

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

 

 

    3 控制系統(tǒng)主要參數(shù)代碼描述

    科氏力秤煤粉計(jì)量系統(tǒng)控制單元人機(jī)對(duì)話(huà)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(duì)該秤的應(yīng)用和維護(hù)有著重要的指導(dǎo)意義。由于設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)家沒(méi)有在相關(guān)資料中提供參數(shù)代碼表，因此必須通過(guò)咨詢(xún)和溝通去了解和熟知它們。設(shè)定窗口、監(jiān)視窗口和參數(shù)窗口主要參數(shù)代碼描述見(jiàn)表1。

 

    4 應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題及處理措施

    4.1 工作時(shí)裝置呈正壓狀態(tài)，停止時(shí)呈負(fù)壓狀態(tài)科氏力秤調(diào)試期間，瞬時(shí)流量波動(dòng)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(shí)，裝置又呈負(fù)壓狀態(tài)。檢查各閥門(mén)位置均正常，管道沒(méi)有堵塞，且收塵風(fēng)機(jī)也在運(yùn)轉(zhuǎn)。由于該收塵管道同時(shí)與2個(gè)煤粉倉(cāng)相連接，懷疑是風(fēng)量分配的問(wèn)題。將煤粉倉(cāng)的2個(gè)收塵管道閥門(mén)*關(guān)閉，再啟動(dòng)煤粉秤，還是呈正壓狀態(tài)。后檢查除塵器，發(fā)現(xiàn)安裝問(wèn)題造成風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)，處理后科氏力秤運(yùn)行正常，并可通過(guò)收塵管道上的閥門(mén)調(diào)節(jié)其壓力。

    分析此故障沒(méi)有在*時(shí)間查出的原因，主要有兩點(diǎn)：一是該布袋除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)含量低，又是由廠(chǎng)方人員調(diào)試的，發(fā)生故障時(shí)大家均主觀認(rèn)為除塵器系統(tǒng)沒(méi)有問(wèn)題；二是感覺(jué)上的偏差影響了判斷，即科氏力秤停止工作時(shí)，用手在觀察孔感到的負(fù)壓，實(shí)際是收塵風(fēng)管的“拔風(fēng)”作用。

    4.2 煤粉實(shí)際流量與顯示值嚴(yán)重不符

    2003年11月，尾煤秤瞬時(shí)流量突然出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，范圍在4.6～6.3t/h間，送煤壓力11～20kPa，已無(wú)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(shè)定值逐步升高，直至上限為止，盡管瞬時(shí)流量顯示值也跟著升高，分解爐溫度仍然偏低。維護(hù)人員打開(kāi)秤體觀察門(mén)，簡(jiǎn)單檢查轉(zhuǎn)子腔后判斷可能是傳感器出了問(wèn)題，并測(cè)量記錄了有關(guān)參數(shù)（見(jiàn)表2）。

 

    從表2可以看出，采樣周期T值正常，信號(hào)變送器輸入與輸出數(shù)據(jù)及與力矩檢測(cè)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(dá)到zui大值，M0為2500是因?yàn)榫S護(hù)人員在M值始終偏高的情況下，試圖通過(guò)切除不正常的初始值來(lái)保證檢測(cè)值的真實(shí)性，但這樣的設(shè)定也導(dǎo)致了Wh1不能正確反映此時(shí)的報(bào)警狀態(tài)信息。從V1-V2的阻值看，該傳感器的內(nèi)部線(xiàn)圈是完好的（廠(chǎng)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(diǎn)：

    ①傳感器“應(yīng)力”機(jī)構(gòu)發(fā)生偏差；②計(jì)量秤轉(zhuǎn)子“堵轉(zhuǎn)”。

    徹查計(jì)量秤轉(zhuǎn)子是否有“堵轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，必須拆掉進(jìn)料管和打開(kāi)轉(zhuǎn)子腔，這需要一定的時(shí)間。利用這段時(shí)間，將該傳感器小心拆下，在不連接計(jì)量轉(zhuǎn)子情況下，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器轉(zhuǎn)軸，測(cè)量輸出數(shù)據(jù)基本正常，與流量計(jì)電動(dòng)機(jī)連接，采用系統(tǒng)設(shè)定速度（23Hz）運(yùn)行，測(cè)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(zhuǎn)”造成的影響。

    拆開(kāi)進(jìn)料管道，發(fā)現(xiàn)一個(gè)用于固定“U”形螺旋輸送機(jī)蓋板的鐵夾子卡在秤體進(jìn)料口和轉(zhuǎn)子分料錐之間，而此部位正好是觀察孔的盲區(qū)，通過(guò)觀察孔也無(wú)法手摸到此處。因分料錐設(shè)計(jì)的合理性，該鐵夾子無(wú)法卡實(shí)轉(zhuǎn)子，從而使傳感器沒(méi)有受到損害。

    取出鐵夾子，將進(jìn)料管道、傳感器等全部安裝就位，啟動(dòng)流量計(jì)電動(dòng)機(jī)，監(jiān)測(cè)M0，逐步下降至450，切除該值后（除零點(diǎn)）開(kāi)機(jī)，煤粉秤系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。

    4.3 瞬時(shí)流量有指示，但實(shí)際無(wú)煤粉送出

    在一次點(diǎn)火升溫時(shí)，設(shè)定窯頭煤粉流量0.8t/h，瞬時(shí)流量顯示也達(dá)到了設(shè)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(chǎng)檢查，給料機(jī)確實(shí)沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)。調(diào)出設(shè)定窗口查看參數(shù)，發(fā)現(xiàn)M值檢測(cè)數(shù)據(jù)為260，與瞬時(shí)流量0.8t/h顯示值相符，但M0卻為0。原來(lái)是電氣維護(hù)人員利用停窯時(shí)間檢查煤粉秤的初始力矩M值，忘記了恢復(fù)M0數(shù)據(jù)，導(dǎo)致始終有一個(gè)假的瞬時(shí)流量顯示值。通知中控室停止給料（設(shè)定值為0），將M值改為10（調(diào)整M0為250，相當(dāng)于“去皮”，而預(yù)留10是保證M值不為負(fù)值），重新設(shè)定瞬時(shí)流量0.8t/h，給料機(jī)開(kāi)始給料，燃燒器噴出煤粉，送煤壓力正常。

    4.4 瞬時(shí)流量波動(dòng)異常，送煤壓力不穩(wěn)定

    2004年4月，在一次對(duì)分解爐煤粉計(jì)量秤電動(dòng)機(jī)例行維護(hù)保養(yǎng)后，瞬時(shí)流量波動(dòng)異常，送煤壓力不穩(wěn)定，現(xiàn)場(chǎng)給料變頻器的速度變化頻繁。由于恰好在該段時(shí)間窯頭2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)剛進(jìn)行了變頻調(diào)速改造，維護(hù)人員首先懷疑是變頻器干擾所致，遂對(duì)傳感器等有關(guān)重要電纜線(xiàn)路進(jìn)行重新布置，在原橋架布置的基礎(chǔ)上加穿鋼管，以確保屏蔽可靠，但采取措施后仍沒(méi)有效果。經(jīng)設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)家的提醒，并仔細(xì)查閱資料，分析認(rèn)為是流量計(jì)電動(dòng)機(jī)保養(yǎng)后將極性接反，導(dǎo)致力矩傳感器反轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生計(jì)量的波動(dòng)和送煤壓力的不穩(wěn)定。調(diào)整方向后計(jì)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(zhuǎn)矩、力矩傳感器有所區(qū)別。工業(yè)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用表明，在某一固定旋轉(zhuǎn)方向下，傳感器的性能達(dá)到*，并由制造廠(chǎng)通過(guò)反復(fù)標(biāo)定試驗(yàn)，在傳感器上標(biāo)明。

    4.5 系統(tǒng)頻繁跳停

    系統(tǒng)在正常運(yùn)行過(guò)程中突然跳停，因運(yùn)行電流穩(wěn)定無(wú)異常，現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)單檢查后操作人員啟動(dòng)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(dòng)機(jī)的運(yùn)行信號(hào)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(kāi)關(guān)信號(hào)均直接來(lái)源于小型密封繼電器的動(dòng)合觸頭或通過(guò)其放大、轉(zhuǎn)換，并送給裝置控制單元和DCS系統(tǒng)，只有螺旋泵的運(yùn)行信號(hào)取自控制該電動(dòng)機(jī)的交流接觸器輔助觸頭，由于該接觸器不密封，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)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(xiàn)圈上并聯(lián)一只小型密封繼電器，取其一組常開(kāi)觸頭作為螺旋泵的運(yùn)行信號(hào)，解決了此問(wèn)題。

    5 日常維護(hù)

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

    1）每次停窯時(shí)，均要檢查清除流量計(jì)測(cè)量盤(pán)和測(cè)量葉片上雜物和積垢（清理時(shí)應(yīng)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(rùn)滑情況。注意觀察測(cè)量盤(pán)和測(cè)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(shí)，檢查保養(yǎng)流量計(jì)電動(dòng)機(jī)； 

 

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

    4）每班檢查收塵風(fēng)管是否暢通，及時(shí)清理風(fēng)管彎處的積灰，保證系統(tǒng)處于負(fù)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(dòng)；

    6）經(jīng)常檢查各氣動(dòng)元件和壓力表是否完好，及時(shí)清除過(guò)濾器積液；檢查流量計(jì)內(nèi)部傳動(dòng)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?jiǎn)卧傔M(jìn)氣管前加裝一臺(tái)0.5m³/min油水分離器，以減輕各氣路過(guò)濾器的工作負(fù)擔(dān)，保證供氣質(zhì)量；

    7）按照隨機(jī)資料的要求，對(duì)各潤(rùn)滑點(diǎn)及時(shí)補(bǔ)充潤(rùn)滑油，按時(shí)更換減速器及螺旋泵軸承座潤(rùn)滑機(jī)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(yīng)保證裝置通風(fēng)散熱良好。