摘 要：水泥生产工艺中，入窑生料系统给料的稳定性，对熟料质量、窑热工制度稳定性，以及水泥成品质量等都有影响。针对某水泥厂生料计量系统中存在的下料不畅、流量不稳和计量不准等问题进行系统性地改造，包括更换卸料系统、增加稳流给料机和升级计量秤等方式，改造后入窑生料进料稳定性大大提高，系统运行稳定。

关键词：水泥；生料；计量系统

0 引言

入窑生料计量作为水泥生产中至关重要的一环，其精确性、稳定性和环保要求成为生产过程中的焦点。传统的冲板流量计、振动式给料机以及称重式转子秤等喂料方式在生产过程中由于其计量精度波动较大、系统受来料量波动影响大、现场粉尘得不到有效控制，无法满足快速响应、精确配比和稳定给料的要求中。因此，对这类生料计量系统进行优化升级，能在一定程度上提高生产质量和效率。本文针对某水泥厂生料计量系统中存在的问题，提出具体改造方案，并介绍其有效提升生料计量系统效率和准确性的机理。

01 原生料计量系统存在的问题及影响

原生料计量系统采用“流量阀+扭矩式转子秤”计量方式，喂料能力最大150t/h，系统工艺如图1所示，现场如图2所示。该系统存在下料不畅、流量不稳和计量不准等问题。

图1 改造前工艺布置图

图2 改造前现场图

1.1 原卸料系统的不足

原生料仓环吹管径偏小，不便于物料流化因设备使用年限较长，库底卸料阀开关不灵敏、生料仓因闸板阀锈蚀未开到位以致仓内蓬料，致使出现无法下料且跑灰漏灰的情况，调试中首次开启设备时入窑提升机无反馈电流，生料秤无流量反馈，现场环境污染严重。

1.2 原计量设备的不足

精度和准确性是生料计量系统中关键的问题之一，原计量设备为扭矩式转子秤，其对环境中的振动和扰动更为敏感，设备随着时间的推移出现老化，导致性能下降，计量准确性降低，致使需要频繁维护和校准计量系统，包括清洁、零点调整和检查机械磨损。

1.3 稳料设备缺失

原生料计量系统无稳流给料装置，流量调节依靠单一的流量阀开度调节，无法应对不稳定的来料状况，导致生料喂料波动大，流量不稳。

1.4 对熟料烧成的影响

这些问题直接影响窑炉的热工系统稳定性导致熟料质量不稳定，黄心料生过多，游离钙合格率低，限制了窑系统的日常产量和能耗等关键性指标。

02 改造措施

我司针对该厂生料计量系统存在问题提出相应改造方案，即用科氏力生料计量系统替换原有全套装备。

系统测量设备科氏力秤是依据质点在均匀转动参照系中与系统相对运动时受到科里奥利力(Coriolis Force)的力学原理设计的，通过测量物料的质量来实现对粉状物料流量的准确计量。科氏力秤内设有测量盘，测量盘上径向布置数块测量叶片，测量盘在电机主轴驱动下作高速旋转。粉料进入秤体后，落到测量盘中心，经过分料锥改变流向后，被测量叶片捕获，在离心力的作用下沿叶片向外缘运动，瞬间离开测量盘。如图3所示，在运动过程中，物料受到了径向摩擦力Fr和反向离心力Fz，以及沿切向的科氏力Fc的作用，Fc引起一个反作用运动力矩M，而Fr、Fz对驱动轴不产生反作用力矩。通过测量科里奥利力Fc对测量盘的反力矩即可获得物料的质量流量。将测得的流量反馈给控制系统，控制系统依据反馈量调节给料机转速以获得精确稳定给料的效果。

图3 科氏力秤计量原理图

相比于振动给料机、冲板流量计以及称重式转子秤等设备，科氏力计量原理利用物体在旋转参考系中所受到的科氏力进行测量，这种测量方式不受重力且不受外部干扰(如振动、冲击等)影响抗干扰性较强，可以在各种恶劣环境下稳定工作。

系统组成如图4所示。科氏力生料计量系统由卸料系统、稳流给料机、计量秤和控制系统构成。

图4 系统组成示意图

2.1 卸料装置

为了解决下料不畅、不稳定和环境污染问题，系统配置专有卸料装置。装置由开式充气箱和卸料阀组组成。开式充气箱能够平衡库内外的压力，使下料过程中的压力保持相对稳定，从而避免因压力波动引起的物料流动不稳定。配合使用库侧卸料阀组和开式充气箱还可以实现下料量均匀，提高卸料的稳定性。

2.2 稳流给料机

稳流给料机结构如图5所示，内设分料和搅拌装置，有效活化物料，确保料压和容重均匀，同时保证物料均匀、稳定地输送至计量秤。相较于其他设备如流量阀、螺旋输送机、竖直回转分格轮，稳流给料机具有良好密封性、灵敏调节和低维护成本等优点。解决了高流动性物料的跑料和冲料问题，消除了库内物料压力对给料的影响。

2.3 科氏力秤

科氏力秤的基本结构如图6所示，科氏力秤内设有测量盘，测量盘上径向布置一组测量叶片。测量盘通过传动机构在电机驱动下恒速回转。物料经进料口落到测量盘中心，经分料锥改变流向，在离心力作用下沿测量叶片向测量盘外缘运动，运动过程中受到科氏力作用，并引起一个与物料流量成正比的反作用力矩。测量机构负责测量与该反作用力矩成正比的驱动转矩的量值，该测量信号和测量盘转速信号提供给控制装置。离开测量盘的物料经计量秤出料口进入下一道工艺环节，实现对物料质量流量的动态计量。

图5 稳流机基本结构

图6 科氏力秤基本结构

2.4 控制系统

控制流程如图7所示，系统通过对科氏力秤传感器力矩信号采集及运算处理，将粉料的瞬时流量和累计量进行显示，同时判断出系统的状态以及实际流量偏差，及时对稳流给料装置的转速进行调节，使得系统的实际流量与设定流量一致，从而实现系统的准确计量和定量给料，实现闭环控制。

03 使用效果

改造后现场如图8所示，为了进一步展示改造效果，我们分别选取改造前和改造后在同样的时间段，相同设定量情况下瞬时流量数据波动情况进行对比，结果见图9、图10所示。分析数据如表1所示。同样设定109 t/h左右的情况下，改造前波动幅值最高最低差接近14 t/h，而改造后减小至2t/h，样本方差是衡量样本数据离散与波动情况的典型统计量，改造前瞬时流量方差达到1.75，而改造后方差减小至0.033。通过对比可以看出改造后生料计量系统给料均匀稳定，计量精确可控，运行稳定可靠，有效保证了成品水泥的质量稳定。

图7 简易控制原理图

图8 改造后现场图

图9 改造前流量曲线图

图10 改造后流量曲线图

表1 流量波动情况对比表

04 结束语

本文针对某水泥厂生料计量系统中存在的问题，提出了具体的改造方案并实施。实践证明，该改造方案采用的稳流给料机与科氏力计量秤具有出色的卸料性能和稳定的给料能力，不仅实现了对生料的高精度计量，还改善了现场粉尘污染的工作环境，尤其是喂料方式的稳定性有助于窑内热工制度的稳定和熟料产质量的提高。

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作者：杨勇，鲍海峰

单位：中建材(合肥)机电工程技术有限公司

来源：新世纪水泥导报2024年第3期