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昆明艾克工業(yè)自動(dòng)化有限公司 2017-04-17 點(diǎn)擊1611次
一、問(wèn)題背景
水泥工業(yè)是最大的粉體工業(yè)，生產(chǎn)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(kù)的卸放控制上，卻普遍存在著嚴(yán)重的問(wèn)題：斷料、沖料、波動(dòng)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(kù)，居然依靠看提升機(jī)電流來(lái)控制卸放；而且由于極不合理的氣動(dòng)卸放技術(shù)方案的大量流行使用，常造成庫(kù)內(nèi)積流板結(jié)堵塞，特別是水泥庫(kù)，在雨季空氣水分偏高時(shí)期，吹入庫(kù)內(nèi)的含水空氣極易在庫(kù)內(nèi)流竄通路上促成冷熱性水凝板結(jié)，進(jìn)而促成了停機(jī)清庫(kù)的必要與困難；另外由于高庫(kù)位料壓增大導(dǎo)致出料困難，不少粉庫(kù)不敢裝料到較高庫(kù)位運(yùn)行，也大大降低了設(shè)計(jì)庫(kù)容的有效利用率。
總之，號(hào)稱先進(jìn)的的各型生產(chǎn)線，在大量粉體的卸放控制環(huán)節(jié)上，存在極其嚴(yán)重的技術(shù)缺陷。除了生料煤粉等關(guān)鍵工藝采用了復(fù)雜高成本技術(shù)方案勉強(qiáng)解決外，還有很多粉庫(kù)工藝定量控制環(huán)節(jié)質(zhì)量精度低，大量非工藝定量控制環(huán)節(jié)也低級(jí)粗糙效率差，明顯導(dǎo)致輸送提升匹配效率低下。嚴(yán)重時(shí)要么引發(fā)沖料堵死停產(chǎn)故障，要么發(fā)生斷料停產(chǎn)損失，不但帶來(lái)大量無(wú)效人工清理勞動(dòng)量，還極易造成相關(guān)工序間的協(xié)調(diào)管理矛盾，最終變相大幅增加生產(chǎn)成本。這些技術(shù)缺陷事實(shí)上對(duì)相關(guān)工藝質(zhì)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(jìn)的分別粉磨配兌工藝也無(wú)法有效推廣應(yīng)用。
顯然，這已成為世界水泥工業(yè)普遍存在的瓶頸性技術(shù)難題，亟待獲得廣泛的徹底地解決。
二、問(wèn)題的成因分析
經(jīng)過(guò)認(rèn)真研究分析與大量實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)工業(yè)粉體具有的特殊物理力學(xué)特性是導(dǎo)致問(wèn)題復(fù)雜化的根源。首先是流動(dòng)性變化，粉體含氣量多少會(huì)呈現(xiàn)不同力學(xué)傳導(dǎo)特性，含氣量越高流動(dòng)性越強(qiáng)，繞流擴(kuò)張性越強(qiáng)，反之流動(dòng)性越低，阻流支撐性越強(qiáng)，多數(shù)情況下粉體處于半流動(dòng)性狀態(tài)，呈現(xiàn)半繞流半支撐特性。隨庫(kù)位升高粉料受壓上升，會(huì)加速料中含氣的析出上逸而趨于固化。自然靜態(tài)儲(chǔ)存也會(huì)隨料重沉積促使料中含氣逐漸析出上逸，庫(kù)位越深越易受壓趨于固化，因此中下庫(kù)位邊壁易形成掛壁滯留效應(yīng)，若長(zhǎng)期不能移動(dòng)下卸將形成半固化板結(jié)，并逐漸增長(zhǎng)擴(kuò)大直至有效庫(kù)容收窄變小，最終完全失效。
還有，粉體在大庫(kù)內(nèi)的儲(chǔ)存與卸放均會(huì)發(fā)生多種力學(xué)自然動(dòng)態(tài)平衡作用，第1種是垂直方向上的重力拱架作用，通過(guò)逐級(jí)層疊效應(yīng)將上方料重經(jīng)過(guò)拱架外傳到庫(kù)下部庫(kù)邊壁；第2種是沿庫(kù)邊壁形成的環(huán)形合成料壓力在庫(kù)底折返庫(kù)中的應(yīng)力平衡拱作用，通過(guò)對(duì)向及側(cè)向的自然擠壓形成杠桿式應(yīng)力平衡拱，一般產(chǎn)生在庫(kù)底部分，形成對(duì)中上部粉料的重力支撐和料流阻隔；第3種是粉料在庫(kù)底出口形成的動(dòng)態(tài)收縮拱作用，由于出口上部粉料同時(shí)向同一方向匯聚，從而在環(huán)出口區(qū)域自動(dòng)形成立體半球狀拱結(jié)區(qū)，造成料流阻塞。
正是庫(kù)內(nèi)粉料受3種力學(xué)拱的動(dòng)態(tài)作用交互影響，只要出口驅(qū)動(dòng)卸料，內(nèi)部各種成拱與垮塌交互作用必然造成了庫(kù)內(nèi)粉料不可能自然連續(xù)穩(wěn)定地卸放出來(lái)。而且，由于各種拱在出庫(kù)口中心匯聚，會(huì)自然產(chǎn)生從庫(kù)口底部向上逐步擴(kuò)大的環(huán)形低壓力區(qū)，形成瓶頸性限流漏斗流，庫(kù)內(nèi)只有少量軟性流動(dòng)料可自然從其流出。
實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，粉料的流動(dòng)性還受到庫(kù)位、水分、比重、庫(kù)型等等影響，最終都會(huì)表現(xiàn)為庫(kù)內(nèi)的供給性變化波動(dòng)。綜合各項(xiàng)因素，可見(jiàn)這是一個(gè)多變量多關(guān)聯(lián)的復(fù)合性系統(tǒng)難題。
三、現(xiàn)狀面臨的困難局面
現(xiàn)實(shí)情況是，人們?cè)谌狈?duì)粉體庫(kù)內(nèi)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(shù)路徑與手段來(lái)處理卸放控制需要。
一是直接采用空庫(kù)，在庫(kù)底用錐狀出口吹入空氣助卸，庫(kù)口下接入各種給料設(shè)備進(jìn)行卸放控制。常見(jiàn)有轉(zhuǎn)子稱，螺旋稱，流量閘加沖量計(jì)等幾種類型。
二是在庫(kù)內(nèi)設(shè)置減壓錐，庫(kù)底鋪滿充氣箱陣及分區(qū)管路，通過(guò)大功率羅茨風(fēng)機(jī)和循環(huán)分配器，對(duì)庫(kù)內(nèi)進(jìn)行循環(huán)掃描式吹氣卸料，再在庫(kù)口下接入各種給料設(shè)備進(jìn)行卸放控制，常見(jiàn)也是轉(zhuǎn)子稱，螺旋稱，流量閘加沖量計(jì)等幾種類型。
三是采用更復(fù)雜的中分反錐型蛋殼庫(kù)方式，在外環(huán)庫(kù)壁內(nèi)設(shè)置氣動(dòng)裝置，實(shí)施6-8點(diǎn)多路氣動(dòng)閘控制的匯聚式卸放控制。
事實(shí)上，無(wú)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(zhì)在于均不能有效消除庫(kù)內(nèi)動(dòng)態(tài)應(yīng)力拱和收縮拱造成的阻斷與垮塌性沖擊波動(dòng)效應(yīng)，根本無(wú)法在庫(kù)內(nèi)形成均勻的整體流，而往往自然產(chǎn)生不規(guī)則的各種漏斗流復(fù)合體，最終造成庫(kù)內(nèi)形成積結(jié)固化偏流結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)期增長(zhǎng)積累則導(dǎo)致庫(kù)料硬化縮容乃至阻塞性限流斷料。
顯然，上述各種實(shí)際工作方式的核心均是吹入空氣排堵助卸，但事實(shí)表明氣動(dòng)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(dòng)性對(duì)后續(xù)控制調(diào)節(jié)的機(jī)械裝置密封要求極高；三是吹入空氣所含水分竄入庫(kù)內(nèi)易產(chǎn)生冷凝水結(jié)露促成固化板結(jié)；四是無(wú)法形成真正理想的整體流均化卸放。
可以說(shuō)，現(xiàn)有一切技術(shù)手段均屬治標(biāo)不治本的無(wú)奈之舉。
如今在中國(guó)每年20億噸以上的巨大產(chǎn)能背后，大量的水泥粉體生產(chǎn)卸放控制需求遇到了巨大的瓶頸性的技術(shù)障礙。
粉流掣的突破路徑
粉流掣自立項(xiàng)起，就確定走非氣動(dòng)半流態(tài)控制的總路線，為此必須深入研究粉庫(kù)內(nèi)的持續(xù)穩(wěn)定卸放的各種可能，針對(duì)此目標(biāo)反復(fù)展開理論分析研究和大量各種單項(xiàng)物理特性實(shí)物實(shí)驗(yàn)；同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，行業(yè)嚴(yán)重缺乏對(duì)庫(kù)內(nèi)粉體工程學(xué)的全面深入理論分析與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)借鑒。為了實(shí)現(xiàn)自然半流動(dòng)性整體流卸放的理想目標(biāo)，我們展開了大量實(shí)驗(yàn)，并從中總結(jié)和汲取了逐漸清晰的粉體儲(chǔ)存與運(yùn)動(dòng)的實(shí)際物理動(dòng)力學(xué)模型，并通過(guò)有目的的專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)反復(fù)加以驗(yàn)證核實(shí)。如此這般，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)3年的不斷折騰和試用，終于全面攻克了粉庫(kù)無(wú)動(dòng)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(lǐng)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(kù)自然整體流卸放的巨大難題。如圖所示，我們根據(jù)易經(jīng)的陰陽(yáng)卦象匹配原理，在庫(kù)出口上方設(shè)計(jì)了針對(duì)粉庫(kù)底部復(fù)雜力學(xué)拱阻作用的破解結(jié)構(gòu)，采用多級(jí)環(huán)形鋼圈塔錐制成，因其外觀暗和陰陽(yáng)交錯(cuò)的爻卦之象，故稱為太極錐。運(yùn)行時(shí)，埋在粉庫(kù)里的太極錐在垂直方向形成多級(jí)環(huán)形柱狀多點(diǎn)進(jìn)料通道，當(dāng)出口外主動(dòng)驅(qū)動(dòng)料流后，太極錐內(nèi)部將產(chǎn)生逐級(jí)衰減的下拉負(fù)壓，錐外粉料則在足夠庫(kù)位料壓的重力推擠下，自行按先低后高的自然排序?qū)崿F(xiàn)粉料向錐內(nèi)的交錯(cuò)匯聚運(yùn)動(dòng)，結(jié)果完成了底部各種拱結(jié)的自動(dòng)破除，從而在錐上部導(dǎo)致了自平衡整體流的產(chǎn)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(shù)組合整體解決方案，它兼顧了庫(kù)內(nèi)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(duì)了中國(guó)國(guó)情條件下較為復(fù)雜的具體運(yùn)行條件，通過(guò)非常緊密相關(guān)的卸放，驅(qū)動(dòng)，計(jì)量和控制四大部分形成了有機(jī)統(tǒng)一的系統(tǒng)合成，最終實(shí)現(xiàn)粉體大庫(kù)卸放的技術(shù)瓶頸突破。
經(jīng)過(guò)近30套粉流掣在不同大小庫(kù)容不同原料不同工況的多達(dá)2年以上的成功應(yīng)用，充分證明具有下列重大效果與價(jià)值：
真正實(shí)現(xiàn)無(wú)動(dòng)力整體流卸放，較常見(jiàn)的帶減壓錐庫(kù)底鋪充氣箱羅茨風(fēng)送方式節(jié)電近90%，并大幅降低現(xiàn)場(chǎng)噪聲分貝；
自然整體流卸料不但大大提升均化效果，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)型庫(kù)壁的全面自動(dòng)清理除積，從本質(zhì)上消除庫(kù)內(nèi)不均衡運(yùn)動(dòng)造成的淤積板結(jié)可能，而且徹底避免向庫(kù)內(nèi)吹入大量含水分空氣引發(fā)的水凝板結(jié)，大大延長(zhǎng)令人頭疼的清庫(kù)周期；
基于太極錐工作原理，料庫(kù)工作在中高庫(kù)位條件下控制穩(wěn)定精度更高，能大大提升庫(kù)容的有效利用率和工藝調(diào)度自由度。
對(duì)庫(kù)容和庫(kù)型的要求非常簡(jiǎn)單，安裝空間也極緊湊，既易于改造老舊庫(kù)，也易于快速建造新庫(kù)應(yīng)用。
系統(tǒng)既有單機(jī)中控版，也有一主多從兼容中控的動(dòng)態(tài)聯(lián)鎖自動(dòng)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(jī)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(jīng)濟(jì)輸送型，可充分滿足水泥工藝不同應(yīng)用需求。
整機(jī)設(shè)計(jì)的通過(guò)性和可靠性極高，維護(hù)性也很高，基本能實(shí)現(xiàn)免維護(hù)長(zhǎng)期無(wú)人干預(yù)運(yùn)行。
8. 不但基本消除堵塞沖料等極端情況，特別是過(guò)沖引發(fā)的后續(xù)輸送提升環(huán)節(jié)的過(guò)載堵塞停機(jī)故障，還可大大降低常見(jiàn)的大幅控制波動(dòng)引發(fā)的工藝質(zhì)量下降。
六、應(yīng)用面的擴(kuò)展與開發(fā)
目前，粉流掣在水泥工業(yè)有3類應(yīng)用已經(jīng)非常成熟：一是粉煤灰的精確定量控制摻兌應(yīng)用，已成為國(guó)內(nèi)首項(xiàng)真正成功應(yīng)用技術(shù)。二是大量水泥庫(kù)底的經(jīng)濟(jì)型無(wú)氣動(dòng)定量卸放控制應(yīng)用，是大幅改善水泥庫(kù)淤積板結(jié)阻塞問(wèn)題，并大幅降低卸放能耗的實(shí)用新技術(shù)。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(shù)，可兼容中控實(shí)現(xiàn)雙重配兌比例質(zhì)量保險(xiǎn)，是高效混兌水泥工藝的先進(jìn)技術(shù)保障。
有關(guān)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(yīng)用也將盡快逐步分批進(jìn)行開發(fā)，預(yù)計(jì)到2018年將完全覆蓋水泥工業(yè)所有粉體應(yīng)用領(lǐng)域。
對(duì)于原有各種已生產(chǎn)使用的大庫(kù)，均可采用粉流掣技術(shù)進(jìn)行徹底改造，也可根據(jù)工藝需要配套快速建造新庫(kù)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)粉料穩(wěn)定精確的定量卸放控制，進(jìn)而促進(jìn)粉庫(kù)卸放工藝之間實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量高效率的定量化動(dòng)態(tài)平衡銜接，真正實(shí)現(xiàn)所有粉庫(kù)生產(chǎn)的完全數(shù)字化自動(dòng)控制與管理。
可以肯定，粉流掣技術(shù)的出現(xiàn)，為廣大水泥生產(chǎn)企業(yè)打開粉庫(kù)運(yùn)行質(zhì)量與效率大幅提升的新空間，讓每個(gè)企業(yè)有機(jī)會(huì)在相關(guān)領(lǐng)域全面應(yīng)用最終帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。