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昆明艾克工業(yè)自動化有限公司 2017-04-17 點擊1778次
一、問題背景
水泥工業(yè)是最大的粉體工業(yè)，生產流程三分之二以上都是粉體工藝環(huán)節(jié)，但在大量粉體庫的卸放控制上，卻普遍存在著嚴重的問題：斷料、沖料、波動等現(xiàn)象此起彼伏。很多環(huán)節(jié)還不得不采用最原始的開環(huán)卸放模式，比如大量水泥庫，居然依靠看提升機電流來控制卸放；而且由于極不合理的氣動卸放技術方案的大量流行使用，常造成庫內積流板結堵塞，特別是水泥庫，在雨季空氣水分偏高時期，吹入庫內的含水空氣極易在庫內流竄通路上促成冷熱性水凝板結，進而促成了停機清庫的必要與困難；另外由于高庫位料壓增大導致出料困難，不少粉庫不敢裝料到較高庫位運行，也大大降低了設計庫容的有效利用率。
總之，號稱先進的的各型生產線，在大量粉體的卸放控制環(huán)節(jié)上，存在極其嚴重的技術缺陷。除了生料煤粉等關鍵工藝采用了復雜高成本技術方案勉強解決外，還有很多粉庫工藝定量控制環(huán)節(jié)質量精度低，大量非工藝定量控制環(huán)節(jié)也低級粗糙效率差，明顯導致輸送提升匹配效率低下。嚴重時要么引發(fā)沖料堵死停產故障，要么發(fā)生斷料停產損失，不但帶來大量無效人工清理勞動量，還極易造成相關工序間的協(xié)調管理矛盾，最終變相大幅增加生產成本。這些技術缺陷事實上對相關工藝質量、工藝效率、工藝平衡造成了極大的影響和損害；而且，較為先進的分別粉磨配兌工藝也無法有效推廣應用。
顯然，這已成為世界水泥工業(yè)普遍存在的瓶頸性技術難題，亟待獲得廣泛的徹底地解決。
二、問題的成因分析
經過認真研究分析與大量實驗，我們發(fā)現(xiàn)工業(yè)粉體具有的特殊物理力學特性是導致問題復雜化的根源。首先是流動性變化，粉體含氣量多少會呈現(xiàn)不同力學傳導特性，含氣量越高流動性越強，繞流擴張性越強，反之流動性越低，阻流支撐性越強，多數(shù)情況下粉體處于半流動性狀態(tài)，呈現(xiàn)半繞流半支撐特性。隨庫位升高粉料受壓上升，會加速料中含氣的析出上逸而趨于固化。自然靜態(tài)儲存也會隨料重沉積促使料中含氣逐漸析出上逸，庫位越深越易受壓趨于固化，因此中下庫位邊壁易形成掛壁滯留效應，若長期不能移動下卸將形成半固化板結，并逐漸增長擴大直至有效庫容收窄變小，最終完全失效。
還有，粉體在大庫內的儲存與卸放均會發(fā)生多種力學自然動態(tài)平衡作用，第1種是垂直方向上的重力拱架作用，通過逐級層疊效應將上方料重經過拱架外傳到庫下部庫邊壁；第2種是沿庫邊壁形成的環(huán)形合成料壓力在庫底折返庫中的應力平衡拱作用，通過對向及側向的自然擠壓形成杠桿式應力平衡拱，一般產生在庫底部分，形成對中上部粉料的重力支撐和料流阻隔；第3種是粉料在庫底出口形成的動態(tài)收縮拱作用，由于出口上部粉料同時向同一方向匯聚，從而在環(huán)出口區(qū)域自動形成立體半球狀拱結區(qū)，造成料流阻塞。
正是庫內粉料受3種力學拱的動態(tài)作用交互影響，只要出口驅動卸料，內部各種成拱與垮塌交互作用必然造成了庫內粉料不可能自然連續(xù)穩(wěn)定地卸放出來。而且，由于各種拱在出庫口中心匯聚，會自然產生從庫口底部向上逐步擴大的環(huán)形低壓力區(qū)，形成瓶頸性限流漏斗流，庫內只有少量軟性流動料可自然從其流出。
實際生產時，粉料的流動性還受到庫位、水分、比重、庫型等等影響，最終都會表現(xiàn)為庫內的供給性變化波動。綜合各項因素，可見這是一個多變量多關聯(lián)的復合性系統(tǒng)難題。
三、現(xiàn)狀面臨的困難局面
現(xiàn)實情況是，人們在缺乏對粉體庫內的物理特性足夠充分研究了解的情況下，選擇了較為局部的技術路徑與手段來處理卸放控制需要。
一是直接采用空庫，在庫底用錐狀出口吹入空氣助卸，庫口下接入各種給料設備進行卸放控制。常見有轉子稱，螺旋稱，流量閘加沖量計等幾種類型。
二是在庫內設置減壓錐，庫底鋪滿充氣箱陣及分區(qū)管路，通過大功率羅茨風機和循環(huán)分配器，對庫內進行循環(huán)掃描式吹氣卸料，再在庫口下接入各種給料設備進行卸放控制，常見也是轉子稱，螺旋稱，流量閘加沖量計等幾種類型。
三是采用更復雜的中分反錐型蛋殼庫方式，在外環(huán)庫壁內設置氣動裝置，實施6-8點多路氣動閘控制的匯聚式卸放控制。
事實上，無論采用哪種卸放工作方式，均不能獲得持續(xù)穩(wěn)定的控制效果，本質在于均不能有效消除庫內動態(tài)應力拱和收縮拱造成的阻斷與垮塌性沖擊波動效應，根本無法在庫內形成均勻的整體流，而往往自然產生不規(guī)則的各種漏斗流復合體，最終造成庫內形成積結固化偏流結構，長期增長積累則導致庫料硬化縮容乃至阻塞性限流斷料。
顯然，上述各種實際工作方式的核心均是吹入空氣排堵助卸，但事實表明氣動處理具有巨大的后遺癥，一是出料壓力難以穩(wěn)定控制；二是氣化料高流動性對后續(xù)控制調節(jié)的機械裝置密封要求極高；三是吹入空氣所含水分竄入庫內易產生冷凝水結露促成固化板結；四是無法形成真正理想的整體流均化卸放。
可以說，現(xiàn)有一切技術手段均屬治標不治本的無奈之舉。
如今在中國每年20億噸以上的巨大產能背后，大量的水泥粉體生產卸放控制需求遇到了巨大的瓶頸性的技術障礙。
粉流掣的突破路徑
粉流掣自立項起，就確定走非氣動半流態(tài)控制的總路線，為此必須深入研究粉庫內的持續(xù)穩(wěn)定卸放的各種可能，針對此目標反復展開理論分析研究和大量各種單項物理特性實物實驗；同時我們發(fā)現(xiàn)，行業(yè)嚴重缺乏對庫內粉體工程學的全面深入理論分析與實踐經驗借鑒。為了實現(xiàn)自然半流動性整體流卸放的理想目標，我們展開了大量實驗，并從中總結和汲取了逐漸清晰的粉體儲存與運動的實際物理動力學模型，并通過有目的的專項實驗反復加以驗證核實。如此這般，經過長達3年的不斷折騰和試用，終于全面攻克了粉庫無動力整體流卸放控制的世界性難題。使得人類在工業(yè)粉體卸放控制領域取得了重大突破。
其中，太極錐的發(fā)明首先突破了粉體庫自然整體流卸放的巨大難題。如圖所示，我們根據(jù)易經的陰陽卦象匹配原理，在庫出口上方設計了針對粉庫底部復雜力學拱阻作用的破解結構，采用多級環(huán)形鋼圈塔錐制成，因其外觀暗和陰陽交錯的爻卦之象，故稱為太極錐。運行時，埋在粉庫里的太極錐在垂直方向形成多級環(huán)形柱狀多點進料通道，當出口外主動驅動料流后，太極錐內部將產生逐級衰減的下拉負壓，錐外粉料則在足夠庫位料壓的重力推擠下，自行按先低后高的自然排序實現(xiàn)粉料向錐內的交錯匯聚運動，結果完成了底部各種拱結的自動破除，從而在錐上部導致了自平衡整體流的產生。
五、粉流掣的成果與意義
由于粉流掣是一套系統(tǒng)性全新技術組合整體解決方案，它兼顧了庫內外各種工況的粉體物理特性解決手段和配套方案，特別針對了中國國情條件下較為復雜的具體運行條件，通過非常緊密相關的卸放，驅動，計量和控制四大部分形成了有機統(tǒng)一的系統(tǒng)合成，最終實現(xiàn)粉體大庫卸放的技術瓶頸突破。
經過近30套粉流掣在不同大小庫容不同原料不同工況的多達2年以上的成功應用，充分證明具有下列重大效果與價值：
真正實現(xiàn)無動力整體流卸放，較常見的帶減壓錐庫底鋪充氣箱羅茨風送方式節(jié)電近90%，并大幅降低現(xiàn)場噪聲分貝；
自然整體流卸料不但大大提升均化效果，還能實現(xiàn)對環(huán)型庫壁的全面自動清理除積，從本質上消除庫內不均衡運動造成的淤積板結可能，而且徹底避免向庫內吹入大量含水分空氣引發(fā)的水凝板結，大大延長令人頭疼的清庫周期；
基于太極錐工作原理，料庫工作在中高庫位條件下控制穩(wěn)定精度更高，能大大提升庫容的有效利用率和工藝調度自由度。
對庫容和庫型的要求非常簡單，安裝空間也極緊湊，既易于改造老舊庫，也易于快速建造新庫應用。
系統(tǒng)既有單機中控版，也有一主多從兼容中控的動態(tài)聯(lián)鎖自動配比跟蹤版，可充分滿足分別粉磨工藝的高精度高可靠配兌混合需要。
整機系統(tǒng)既提供1%高精度的定量控制型，也提供5%普通精度的經濟輸送型，可充分滿足水泥工藝不同應用需求。
整機設計的通過性和可靠性極高，維護性也很高，基本能實現(xiàn)免維護長期無人干預運行。
8. 不但基本消除堵塞沖料等極端情況，特別是過沖引發(fā)的后續(xù)輸送提升環(huán)節(jié)的過載堵塞停機故障，還可大大降低常見的大幅控制波動引發(fā)的工藝質量下降。
六、應用面的擴展與開發(fā)
目前，粉流掣在水泥工業(yè)有3類應用已經非常成熟：一是粉煤灰的精確定量控制摻兌應用，已成為國內首項真正成功應用技術。二是大量水泥庫底的經濟型無氣動定量卸放控制應用，是大幅改善水泥庫淤積板結阻塞問題，并大幅降低卸放能耗的實用新技術。三是分別粉磨工藝急需的高精度主從式聯(lián)鎖跟蹤多路配兌技術，可兼容中控實現(xiàn)雙重配兌比例質量保險，是高效混兌水泥工藝的先進技術保障。
有關入窯生料與煤粉定量控制，以及水泥定量裝車控制等幾類應用也將盡快逐步分批進行開發(fā)，預計到2018年將完全覆蓋水泥工業(yè)所有粉體應用領域。
對于原有各種已生產使用的大庫，均可采用粉流掣技術進行徹底改造，也可根據(jù)工藝需要配套快速建造新庫，實現(xiàn)目標粉料穩(wěn)定精確的定量卸放控制，進而促進粉庫卸放工藝之間實現(xiàn)高質量高效率的定量化動態(tài)平衡銜接，真正實現(xiàn)所有粉庫生產的完全數(shù)字化自動控制與管理。
可以肯定，粉流掣技術的出現(xiàn)，為廣大水泥生產企業(yè)打開粉庫運行質量與效率大幅提升的新空間，讓每個企業(yè)有機會在相關領域全面應用最終帶來巨大的經濟與社會效益。