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定量給料機(jī)儀表系統(tǒng)的給料設(shè)備和控制方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2019-11-27 08:44:00 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

0 引言

定量給料機(jī)儀表系統(tǒng)的給料設(shè)備和控制方案多種多樣,應(yīng)用中存在一些問題。 尤其隨著生產(chǎn)規(guī)模大型化和自動(dòng)化水平的提高,對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定可靠性和運(yùn)轉(zhuǎn)率提出更高的要求;另一方面,隨著立磨等新設(shè)備的廣泛應(yīng)用和替代原材料的多種多樣,工藝上對(duì)物料水分、粒度明顯放寬,物性變化較大,這都使給料計(jì)量控制難度加大、問題較多。因此,優(yōu)化給料設(shè)備和控制方案已成為散狀固體物料的給料計(jì)量、配料控制技術(shù)發(fā)展的重要課題。

1 定量給料秤的給料方式

總體可分為兩種:一種叫“拖料給料”方式。 即在供給料倉與秤體皮帶之間設(shè)有進(jìn)料斗,通過皮帶運(yùn)行把倉下料斗中的物料直接拖出,再經(jīng)過稱重測(cè)量輸送到下一級(jí)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。進(jìn)料斗出料口閘門一般由人工控制開度,從而調(diào)節(jié)皮帶上的料層厚度(即皮帶負(fù)荷)。在出料閘門開度一定的條件下,通過調(diào)節(jié)皮帶運(yùn)行速度來調(diào)節(jié)給料秤的瞬間流量和定量控制。拖料給料方式是集給料輸送、稱重計(jì)量和定量控制功能為一體的高度集約化的給料計(jì)量方式。

另一種叫“預(yù)給料給料”方式。即在供料倉與定量給料秤之間設(shè)有預(yù)給料裝置,通過預(yù)給料裝置把供料倉的物料送到給料秤皮帶上,通過調(diào)節(jié)控制預(yù)給料裝置的瞬時(shí)流量來調(diào)節(jié)定量給料秤的基本流量,即預(yù)給料給料方式是在一個(gè)系統(tǒng)中把給料和計(jì)量功能分由兩個(gè)設(shè)備完成。

2 給料方式選擇的主要依據(jù)和注意的問題

定量給料秤的給料方式主要依據(jù)物料的流動(dòng)和黏滯性程度特點(diǎn)確定,但有時(shí)也與具體工藝條件甚至設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)習(xí)慣有關(guān)。 據(jù)此,筆者把散狀固體物料分為四類 [1] ,即自由流動(dòng)物料、黏滯性物料、傾瀉性物料和流態(tài)化物料。其中自由流動(dòng)物料一般都采用拖料給料方式, 其余三類物料一般都需采用預(yù)給料方式,而且根據(jù)其流動(dòng)性不同導(dǎo)流機(jī)構(gòu)往往也有所不同。同一類物料的流動(dòng)性和黏滯性也往往有較明顯差異,有的工藝條件下堵卡料成主要問題,有的工藝條件下沖跑料成為主要問題。 所以,必須根據(jù)具體情況選擇給料方式和給料設(shè)備,但凡是可以采用拖料給料的都應(yīng)優(yōu)先選用拖料給料方式。

3 松散自由流動(dòng)物料的給料計(jì)量設(shè)備系統(tǒng)

水泥工業(yè)生產(chǎn)中,大部分塊、粒狀和水分稍大的粉體物料都屬于松散自由流動(dòng)物料,一般均采用拖料給料方式。 系統(tǒng)由供料倉 + 定量給料秤及其電控設(shè)備組成。 這種拖料給料方式,系統(tǒng)設(shè)備少,布置緊湊,占用空間高度小,給料控制特性好,容易保證較高的穩(wěn)定性和使用精度,建設(shè)和設(shè)備投資少,安裝維護(hù)簡單經(jīng)濟(jì)。 設(shè)計(jì)選用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)

1 )確保供料倉連續(xù)、穩(wěn)定、順暢下料,不起拱棚倉、不塌倉沖料,基本以整體流方式下料是系統(tǒng)正常連續(xù)運(yùn)行的基礎(chǔ), 是保證良好控制精度的前提條件,這也是目前實(shí)際生產(chǎn)中問題較多而重視不夠的問題。為此筆者建議:供料倉的容量適宜,最好為最大給料量 1~3h 的料量,最大不超過 8h 的料量。 如果工藝上已設(shè)計(jì)為大庫供料,則其錐體與水平方向成 70° 角左右為好,必要時(shí)在錐體內(nèi)壁加裝高分子聚乙烯板或不銹鋼板等光滑材料,以減少下料阻力和防止物料黏附倉壁,同時(shí),料倉出料口亦盡量大一些。

2 )定量給料秤一般采用“普通進(jìn)料斗”,盡量避免采用“振動(dòng)進(jìn)料斗”。 普通進(jìn)料斗常見有兩種結(jié)構(gòu):一種是上口大,下口小,三側(cè)或四側(cè)面傾斜呈錐形的漏斗型結(jié)構(gòu)。 其優(yōu)點(diǎn)是上進(jìn)料口大,使得料倉下料口也較大,對(duì)料倉下料有利。 但錐形結(jié)構(gòu)容易造成物料在料斗中起拱堵料,下料阻力也較大,尤其當(dāng)料斗高度較大時(shí)這一問題更為突出。 另外,如果皮帶較寬時(shí)上述優(yōu)點(diǎn)也就不明顯了。另一種是三側(cè)面鉛直而后側(cè)面傾斜的 T 型進(jìn)料斗。 這種料斗結(jié)構(gòu)對(duì)下料沒有阻力,更不會(huì)起拱堵料,在此基礎(chǔ)上改進(jìn)的 TK 型進(jìn)料斗采用前寬后窄梯形截面和鍥形傾斜底邊結(jié)構(gòu),能有效地克服堵卡料和劃傷皮帶等常見難題,后側(cè)面傾斜有效地減少了物料倉壓,尤其適用于皮帶較寬的情況。

3 )拖料給料計(jì)量控制系統(tǒng)主要有兩種控制方案:一是“現(xiàn)場(chǎng)控制”,即根據(jù)生產(chǎn)要求由現(xiàn)場(chǎng)操作人員采用內(nèi)給定的設(shè)定方式操作。定量給料秤運(yùn)行中瞬時(shí)流量的測(cè)量值除顯示外,同時(shí)與設(shè)定值比較運(yùn)算,所得的偏差值作為調(diào)節(jié)量輸入給調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu),使其根據(jù)調(diào)節(jié)量的大小和方向調(diào)節(jié)控制皮帶速度,從而使定量給料秤的瞬時(shí)流量趨近和達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)值,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定量給料控制儀表。 二是“中控室控制”方式,即定量給料秤運(yùn)行的流量等狀態(tài)參數(shù)輸送給中控室,由中控室操作人員根據(jù)生產(chǎn)要求確定流量設(shè)定目標(biāo)值,采用自動(dòng)或手動(dòng)以外給定的方式輸送給定量給料秤的控制器,經(jīng)過類似上述運(yùn)算和調(diào)節(jié)控制過程,實(shí)現(xiàn)定量給料秤自動(dòng)定量給料控制。這種大閉環(huán)調(diào)節(jié)控制方式主要有利于中控室全面了解各環(huán)節(jié)情況,統(tǒng)籌掌控配料系統(tǒng),便于各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)配合。 但系統(tǒng)相對(duì)較復(fù)雜,并需做好中控室與操作現(xiàn)場(chǎng)良好配合,而且應(yīng)該采取完全閉環(huán)自動(dòng)控制。有的企業(yè)采用中控室人工操作、手動(dòng)控制,容易造成人機(jī)不協(xié)調(diào),系統(tǒng)控制紊亂,甚至不能穩(wěn)定正常運(yùn)行。

4 黏濕物料的給料計(jì)量設(shè)備系統(tǒng)

黏濕性物料由于黏滯性強(qiáng)流動(dòng)性很差等特性,在料倉和給料輸送過程容易發(fā)生起拱棚倉、堵卡料和黏附設(shè)備,是固體物料給料計(jì)量和流量控制難度較大的一種物料,一般均采用預(yù)給料的給料方式。 常用的預(yù)給料設(shè)備主要有:板式給料機(jī)(即板喂機(jī))、圓盤給料機(jī)、筒倉卸料器和皮帶給料機(jī)等。 在水泥行業(yè)采用最多的是板喂機(jī),常見的典型系統(tǒng)方案如下:

1 )供料倉 + 板喂機(jī) + 定量給料秤系統(tǒng)。 對(duì)于供料倉的要求基本與上述介紹類似,不再重復(fù)。

由于物料的黏滯性程度不同等原因,定量給料秤所采用的進(jìn)料斗有以下兩種:一種是“普通進(jìn)料斗”。主要適應(yīng)水分和黏滯性相對(duì)較小的物料。要求在滿足最大料層厚度(即最大閘門開度)的條件下,使進(jìn)料斗的高度也盡量小一些,進(jìn)料口大一些。 從而使進(jìn)料更順暢,減少物料在料斗內(nèi)黏附堵料,減輕板喂機(jī)下料對(duì)秤體皮帶的沖擊,對(duì)提高皮帶使用壽命和系統(tǒng)計(jì)量精度十分有利。 尤其在皮帶寬度為 1200mm 以上時(shí),進(jìn)料斗的進(jìn)料口可以達(dá)到足夠大,對(duì)黏濕性物料的適應(yīng)性明顯提高,此時(shí)應(yīng)盡量考慮選用普通進(jìn)料斗。

另一種是“振動(dòng)進(jìn)料斗”。 適用水分較大、黏附性很強(qiáng)的物料,不采用振動(dòng)難以保證物料從進(jìn)料斗中連續(xù)順暢拖出。振動(dòng)進(jìn)料斗為上口大、下口小,三側(cè)面或四側(cè)面傾斜呈錐體漏斗型結(jié)構(gòu)。 其上進(jìn)料口較大(一般為 1.0m×1.0m 左右), 高度較大 (一般為 1.3m 左右),設(shè)有振動(dòng)器,通過振動(dòng)保證物料連續(xù)排出。 但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、質(zhì)量大、成本高、安裝維護(hù)較復(fù)雜,尤其是板喂機(jī)下料高度較大,物料對(duì)秤體皮帶造成較大沖擊,容易沖損皮帶和影響定量給料秤穩(wěn)定運(yùn)行及計(jì)量精度。 因此,在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)應(yīng)使料斗中始終保持一定量的物料,以減輕沖擊影響。另外,在定量給料秤停止運(yùn)行時(shí),必須連鎖停止振動(dòng)器振動(dòng),否則將振實(shí)物料,起相反作用。

2 )供料倉 + 板喂機(jī) + 穩(wěn)流料斗(倉) + 定量給料秤系統(tǒng)。 增設(shè)中間穩(wěn)流料斗(倉)的目的是保證出料連續(xù)、均勻、穩(wěn)定。 但由于所在空間位置往往有限,一般穩(wěn)流料斗的容量僅有 1.5~2m 3 。為此板喂機(jī)的給料速率必須與定量給料秤的給料速率很好跟蹤匹配。 常見有兩種跟蹤控制方式:一種是按速度比例跟蹤,該系數(shù)主要靠操作人員摸索經(jīng)驗(yàn)確定,并隨物料性質(zhì)、流量等工況變化做適當(dāng)調(diào)整。 另一種跟蹤控制方式是根據(jù)穩(wěn)流料斗的料位或料重控制。即在穩(wěn)流料斗上安裝料位計(jì)或稱重裝置,由料位計(jì)或稱重裝置根據(jù)目標(biāo)值控制板喂機(jī)給料。 當(dāng)物料性質(zhì)、流量和給料狀態(tài)比較穩(wěn)定時(shí)這種給料方式容易滿足使用要求,但當(dāng)這些因素變化時(shí),很容易發(fā)生紊亂,不能協(xié)調(diào)匹配。尤其因?yàn)榉€(wěn)流料斗容量很小,往往起不了穩(wěn)流和保障給料連續(xù)穩(wěn)定功能。 因此筆者認(rèn)為應(yīng)慎重采用。

3 )黏濕性物料給料計(jì)量設(shè)備的新方案

上述板喂機(jī)預(yù)給料方式是一種傳統(tǒng)的廣泛采用的方式,其系統(tǒng)設(shè)備較復(fù)雜,占用空間位置特別是高度大,設(shè)備相互匹配和控制較復(fù)雜,建設(shè)和設(shè)備投資較大,相對(duì)故障率較高、穩(wěn)定性較差,維護(hù)工作量較大,實(shí)際使用控制精度不高。隨著鏈板式稱重給料(機(jī))秤和皮帶式強(qiáng)制給料定量給料(機(jī))秤研制成功和應(yīng)用,采用集給料輸送、稱重計(jì)量和定量控制一段式拖料給料計(jì)量方案使黏濕性物料計(jì)量控制更為理想。其系統(tǒng)簡單,運(yùn)行穩(wěn)定,控制優(yōu)良,高度降低(可以降低 3m左右)。其設(shè)備方案分兩種:一是供料倉 + 鏈板稱重給料秤,如土耳其某水泥廠采用某公司的深槽板式稱重給料秤, 合肥院設(shè)計(jì)的沙特 Najran 水泥廠采用某公司的鏈板定量給料秤等。在實(shí)際運(yùn)行中完全滿足使用要求,取得很滿意的效果。 另一種是供料倉 + 強(qiáng)制給料定量給料(皮帶)秤。 主要是秤體設(shè)計(jì)方面考慮了較大料倉下料口和采用特殊給料皮帶等新技術(shù),實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定順暢出料。 這種方式在海南某水泥廠應(yīng)用取得十分滿意的效果。這種強(qiáng)制給料定量給料秤與鏈板式給料秤相比較,設(shè)備質(zhì)量輕、高度小、價(jià)格低一半左右,安裝維護(hù)更簡單方便,運(yùn)行更穩(wěn)定可靠,控制精度高,給料速度可以較高。

5 傾瀉性流態(tài)化粉體物料的給料計(jì)量系統(tǒng)

對(duì)于這類自由流動(dòng)性極強(qiáng)的粉體物料,不能靠出料口閘門開度調(diào)節(jié)控制料流,必須設(shè)置預(yù)給料設(shè)備調(diào)節(jié)控制流量。 一般常用回轉(zhuǎn)葉輪給料機(jī)、管螺旋給料機(jī)、水平刮板給料機(jī)和給料斜槽 + 流量閥等預(yù)給料裝置給料。 葉輪給料機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、布置安裝方便,在國內(nèi)外多被采用。但值得注意:國產(chǎn)一般的葉輪給料機(jī)由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造精度等原因,往往不能嚴(yán)格控制住料流流量,容易發(fā)生漏料、沖跑料或堵卡料,而且流量調(diào)節(jié)范圍較窄,不夠平緩。據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn),管螺旋給料機(jī)雖然長度尺寸較大,但其設(shè)備高度小,對(duì)物料物性和環(huán)境條件適應(yīng)性強(qiáng),可靠性高,流量調(diào)節(jié)范圍較大且平滑。尤其可根據(jù)實(shí)際物料特性和工藝布置要求選配螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)備尺寸,所以,推薦作為首選預(yù)給料設(shè)備。 這兩種預(yù)給料機(jī)屬于強(qiáng)制給料方式給料,控制特性較穩(wěn)定,受干擾因素少,適合給料量在 150~200m 3 /h 以下的中小流量場(chǎng)合。 對(duì)于在 200m 3 /h 以上的大流量場(chǎng)合,推薦優(yōu)先選用給料斜槽上設(shè)流量閥的預(yù)給料方案。在物料特性、斜槽傾角和送料風(fēng)量、風(fēng)壓等條件一定時(shí),瞬時(shí)給料量取決于流量閥閥門的開度,物料是靠自重和料流的側(cè)壓力“自然”流出。所以,流量閥的開度越大,越有利料流均勻、穩(wěn)定、順暢。 因此,大流量時(shí)給料更容易穩(wěn)定,控制效果更好。 另外,在物料流動(dòng)性極好、受倉壓等影響較大,采用一級(jí)預(yù)給料裝置仍然容易發(fā)生沖跑料時(shí),可以采用雙級(jí)預(yù)給料方式。 如:供料倉 + 葉輪給料機(jī) + 螺旋給料機(jī) + 定量給料秤, 或供料倉 + 葉輪給料機(jī) + 給料斜槽上設(shè)流量閥 + 定量給料秤系統(tǒng)等。 顯然這類給料計(jì)量系統(tǒng)設(shè)備多、高度大、控制系統(tǒng)較復(fù)雜、安裝維護(hù)也較麻煩。

6 預(yù)給料方式計(jì)量系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制方式

1 )物料流量的調(diào)節(jié)方式

預(yù)給料方式給料計(jì)量系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)方式可分為兩種,一種是定量給料秤皮帶恒速運(yùn)行,通過調(diào)節(jié)控制預(yù)給料裝置瞬時(shí)給料量實(shí)現(xiàn)定量給料控制的“單調(diào)節(jié)控制”; 另一種是把預(yù)給料裝置的給料量作為主要調(diào)節(jié)控制對(duì)象,同時(shí)對(duì)定量給料秤的皮帶速度進(jìn)行同步跟蹤調(diào)節(jié)控制,實(shí)現(xiàn)定量給料的“雙調(diào)節(jié)控制”。文獻(xiàn) [1] 對(duì)兩種控制方式的特點(diǎn)做了詳細(xì)的介紹。

2 )物料流量的控制方式

預(yù)給料方式計(jì)量系統(tǒng)可以采用現(xiàn)場(chǎng)控制或中控室控制方式, 現(xiàn)代化企業(yè)采用中控室控制方式較多??刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

① 推薦優(yōu)先選用雙調(diào)節(jié)(包括多調(diào)節(jié))方式,并且必須把能夠直接調(diào)節(jié)物料流量一級(jí)預(yù)給料執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為主控對(duì)象,二級(jí)預(yù)給料機(jī)構(gòu)和皮帶速度只作為隨動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)控制對(duì)象,以保證系統(tǒng)運(yùn)行比較穩(wěn)定和較好的控制精度。

② 預(yù)給料裝置與稱重計(jì)量裝置須統(tǒng)一組成完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng), 不得采用人工單獨(dú)控制給料裝置,或給料裝置與進(jìn)料斗倉組合控制而定量給料秤另行單獨(dú)閉環(huán)調(diào)節(jié)控制的分別控制方式。國內(nèi)雖有此類方式應(yīng)用,但實(shí)際難以保證兩部分穩(wěn)定協(xié)調(diào)配合,因?yàn)槎拷o料秤單獨(dú)成閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)際上使其缺失了調(diào)節(jié)流量的執(zhí)行機(jī)構(gòu),從而往往造成系統(tǒng)不能穩(wěn)定正常運(yùn)行。

③ 預(yù)給料計(jì)量系統(tǒng)是長滯后反饋控制系統(tǒng),出倉物料只有“流”到定量給料秤的稱重段才被測(cè)重稱量進(jìn)行反饋控制調(diào)節(jié)。 所以,生產(chǎn)時(shí)保持料流連續(xù)均勻穩(wěn)定是保證較高計(jì)量精度和穩(wěn)定正常運(yùn)行的必要條件,應(yīng)足夠重視。

7 結(jié)束語

定量給料秤的給料和控制方案,必須根據(jù)實(shí)際物料的流動(dòng)、 黏滯等特性程度和設(shè)備組成精細(xì)考慮確定,優(yōu)先選用拖料給料方式和新型給料技術(shù)設(shè)備。 對(duì)于預(yù)給料系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)節(jié),必須包括流量調(diào)節(jié)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),并把一級(jí)預(yù)給料機(jī)構(gòu)作為主控對(duì)象,采用雙調(diào)節(jié)方式。 避免采用人機(jī)手動(dòng)與自動(dòng)混合控制方式。 合理匹配的給料控制系統(tǒng)是保障和提高系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、完好運(yùn)轉(zhuǎn)率和計(jì)量精度的基礎(chǔ), 隨著生產(chǎn)規(guī)模大型化、生產(chǎn)過程自動(dòng)化和現(xiàn)代化管理水平的提高,優(yōu)化設(shè)計(jì)給料計(jì)量控制系統(tǒng)更顯重要。

參考文獻(xiàn) :

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[3] 王先進(jìn) . 根據(jù)定量給料機(jī)的負(fù)荷率自動(dòng)調(diào)節(jié)喂料機(jī)速度 [J]. 水泥 ,2007(12):45-46. ( 編輯 孫衛(wèi)星)

 

 

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