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現(xiàn)代水泥工業(yè)生產(chǎn)中，有著諸多涉及粉體物料的過(guò)程計(jì)量控制，如干電石渣粉、粉煤灰等的配料計(jì)量控制；入窯生料粉的計(jì)量控制；窯頭和分解爐的煤粉計(jì)量控制等。 而這些環(huán)節(jié)的穩(wěn)定控制和精確計(jì)量，不僅對(duì)水泥工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量、 質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，也對(duì)水泥工業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生巨大的影響。

1 粉體物料計(jì)量控制的幾個(gè)主要環(huán)節(jié)

帶有自流性的粉體物料的計(jì)量控制有別于普通塊狀和散粒狀固體物料的計(jì)量控制。 一般來(lái)說(shuō)，粉體物料的計(jì)量控制需要解決好以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

首先要解決好粉體物料在計(jì)量前的過(guò)程倉(cāng)儲(chǔ)的穩(wěn)定卸料。因此一個(gè)設(shè)計(jì)良好的儲(chǔ)料倉(cāng)和穩(wěn)定的卸料方式是粉體物料計(jì)量系統(tǒng)使用良好的基礎(chǔ)。而穩(wěn)定可控的粉體卸料則要求一個(gè)良好的適應(yīng)于計(jì)量設(shè)備的預(yù)給料裝置。 常見(jiàn)的預(yù)給料裝置有很多，如流量調(diào)節(jié)閥、葉輪給料機(jī)、螺旋給料機(jī)以及水平旋轉(zhuǎn)喂料機(jī)等。這些預(yù)給料裝置都是可調(diào)節(jié)裝置，但它們的使用條件以及調(diào)節(jié)參量與目標(biāo)量的線性關(guān)系則差別很大。因此不同的粉體計(jì)量控制系統(tǒng)所選用的預(yù)給料裝置不同。

其次是選用合適的粉體計(jì)量設(shè)備或計(jì)控一體化設(shè)備。 由于使用場(chǎng)合、設(shè)計(jì)量程以及精度等級(jí)的要求不同，選用的粉體計(jì)量或計(jì)控一體化的設(shè)備也就有所不同。粉體計(jì)量設(shè)備有很多，如單純用于計(jì)量的沖板流量計(jì)、恒速螺旋秤、旋轉(zhuǎn)流量計(jì)和恒速皮帶秤；又如集計(jì)控一體的調(diào)速螺旋秤、定量給料機(jī)和轉(zhuǎn)子秤等。

另外，無(wú)論選擇什么樣的預(yù)給料裝置和計(jì)量設(shè)備（或計(jì)控一體化設(shè)備），都需要一個(gè)合理、有效的控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的 PID 回路控制已有 50 年的歷史，由于其控制方法簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型而成為工業(yè)控制中應(yīng)用最為廣泛的一種控制方法。但對(duì)于大多數(shù)粉體計(jì)量控制系統(tǒng)而言，都在不同程度上表現(xiàn)出非線性、滯后、耦合、時(shí)變等特性。 因此采用其他更為先進(jìn)的控制技術(shù)，在粉體計(jì)量控制系統(tǒng)上顯得尤為重要。 如自適應(yīng)控制、魯棒控制、預(yù)測(cè)控制、智能控制等都是為解決以上復(fù)雜或特定過(guò)程而發(fā)展起來(lái)的一些控制方法。

2 定量給料機(jī)用于粉體計(jì)量控制時(shí)的改進(jìn)

定量給料機(jī)具有計(jì)量準(zhǔn)確、響應(yīng)快速、計(jì)量范圍較寬及性價(jià)比較高等多種優(yōu)點(diǎn)。但作為粉體物料的計(jì)量控制時(shí)，要充分考慮粉體物料的傾瀉自流特性。 為此在使用定量給料機(jī)作為粉體物料計(jì)量控制系統(tǒng)時(shí)，不僅要解決粉體物料的穩(wěn)定卸料和預(yù)給料控制問(wèn)題，還要在定量給料機(jī)本身上進(jìn)行一些適合粉體計(jì)量控制的改進(jìn)。

定量給料機(jī)適用于采用充氣助卸方式的流態(tài)化粉體物料的計(jì)量控制。所以預(yù)給料裝置大多采用流量調(diào)節(jié)閥。對(duì)于不便采用充氣助卸方式的情況，也可以考慮采用葉輪給料機(jī)卸料后再對(duì)粉體物料充氣使之流態(tài)化。

采用充氣流態(tài)化后的粉體物料的流動(dòng)性被大大地增強(qiáng)了， 所以定量給料機(jī)的受料料斗要有所改進(jìn)，普通的直通式 T 型料斗已經(jīng)不適合用于此場(chǎng)合了，需要配置粉體專(zhuān)用的阻尼 S 型料斗，其內(nèi)部設(shè)置防沖跑料的擋板。 除此之外，充氣后的粉體物料的流動(dòng)自溢性很強(qiáng)、休止角很小。 所以在粉體物料行程中需要有防止物料向皮帶兩側(cè)自溢的密封約束箱；而為了有效防止粉體物料在行進(jìn)方向上的竄動(dòng)，盡量減少定量給料機(jī)的中心距長(zhǎng)度，在密封箱內(nèi)的物料阻尼裝置也有改進(jìn)的必要；密封箱內(nèi)的整流裝置可以使得粉體物料在通過(guò)定量給料機(jī)稱(chēng)量段時(shí)非常規(guī)則，有利于提高定量給料機(jī)荷重采集的精度，提高整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)量精度。

3 粉體定量給料機(jī)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模式

粉體定量給料機(jī)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)不同于普通的預(yù)給料調(diào)節(jié) ＋ 固定（恒速）測(cè)量環(huán)節(jié)組成的單回路粉體計(jì)量控制系統(tǒng)，而是以定量給料機(jī)這個(gè)小慣性線性流量測(cè)控環(huán)節(jié)，取代單純的測(cè)量環(huán)節(jié)（如固體流量計(jì)或各類(lèi)恒速秤）， 將流量調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)功能變?yōu)槎拷o料機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)功能的穩(wěn)流預(yù)給料的粗調(diào)環(huán)節(jié)。這樣就形成了一個(gè)由流量調(diào)節(jié)閥為穩(wěn)流粗調(diào)環(huán)、定量給料機(jī)為流量精調(diào)環(huán)組成的粗、精雙回路控制系統(tǒng)，來(lái)解決粉體物料計(jì)量控制的穩(wěn)定控制和準(zhǔn)確計(jì)量的問(wèn)題。

由流量調(diào)節(jié)閥門(mén)與定量給料機(jī)的負(fù)荷組成一個(gè)閉合的穩(wěn)流環(huán)節(jié)，考慮到流量調(diào)節(jié)閥的非線性，將其與定量給料機(jī)負(fù)荷組成一個(gè)定性調(diào)節(jié)的負(fù)荷粗調(diào)環(huán)節(jié)，它的調(diào)節(jié)作用是在一定范圍內(nèi)保證定量給料機(jī)負(fù)荷的相對(duì)穩(wěn)定，避開(kāi)了由于流量調(diào)節(jié)閥的非線性因素對(duì)整個(gè)計(jì)量控制系統(tǒng)的影響。充分利用定量給料機(jī)的小慣性和流量線性調(diào)節(jié)功能，避開(kāi)了流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)的非線性和調(diào)節(jié)滯后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。

這里特別需要強(qiáng)調(diào)的是， 采用流量調(diào)節(jié)閥 ＋ 定量給料機(jī)方式的粉體計(jì)量控制系統(tǒng)的一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是其控制調(diào)節(jié)模式。由于定量給料機(jī)的引入主要是為了解決單回路控制模式的預(yù)給料調(diào)節(jié)裝置輸出的非線性及快速響應(yīng)問(wèn)題。將流量調(diào)節(jié)閥的作用由原來(lái)對(duì)流量的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)定量給料機(jī)負(fù)荷的調(diào)節(jié)，而定量給料機(jī)則擔(dān)負(fù)起系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)的任務(wù)。這樣一個(gè)由流量調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)和負(fù)荷調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的雙閉環(huán)回路組成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在調(diào)節(jié)流量時(shí)定量給料機(jī)速度的變化會(huì)影響到流量調(diào)節(jié)閥的輸出—— — 定量給料機(jī)的負(fù)荷，反之亦然。 負(fù)荷環(huán)與流量環(huán)之間存在很強(qiáng)的耦合，這可以抽象地將該系統(tǒng)看作是一個(gè)雙入、雙出的多回路強(qiáng)

耦合系統(tǒng)。 對(duì)于這樣一個(gè)存在強(qiáng)耦合的多回路系統(tǒng)，采用經(jīng)過(guò)解耦的控制算法就成為該系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制模式必要條件。 而貿(mào)然采用未經(jīng)解耦的常規(guī)控制模式時(shí)，就會(huì)使系統(tǒng)發(fā)生震蕩，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

4 定量給料機(jī)在粉體系統(tǒng)的典型應(yīng)用

4.1 入窯生料計(jì)量控制系統(tǒng)

水泥工業(yè)中定量給料機(jī)在粉體計(jì)量控制系統(tǒng)上的成功應(yīng)用，最先是在入窯生料系統(tǒng)上獲得的。 受困于傳統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)閥 ＋ 固體流量計(jì)組成的入窯生料計(jì)量系統(tǒng)，在穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性方面的不足，將定量給料機(jī)取代固體流量計(jì)引入入窯生料計(jì)量控制系統(tǒng)，可以大幅改善入窯生料的穩(wěn)定性和計(jì)量精度。如圖 1 所示，典型的入窯生料計(jì)量控制系統(tǒng)是由帶稱(chēng)重的穩(wěn)流校正倉(cāng)、流量調(diào)節(jié)閥門(mén)組、帶有 S 型粉體受料料斗的全密封的定量給料機(jī)以及專(zhuān)門(mén)的控制系統(tǒng)等組成。

稱(chēng)重穩(wěn)流倉(cāng)底部和側(cè)面帶有經(jīng)過(guò)計(jì)算的布風(fēng)充氣箱，生料粉經(jīng)充氣流態(tài)化后，經(jīng)流量閥門(mén)組的預(yù)給料調(diào)節(jié)， 由 S 型料斗緩沖受料落在定量給料機(jī)上，由阻尼整流密封箱的約束和整流，生料粉無(wú)竄動(dòng)的經(jīng)過(guò)定量給料機(jī)的稱(chēng)量段時(shí)，由稱(chēng)重傳感器檢測(cè)出其負(fù)荷與帶速作積分后得到實(shí)際生料粉的流量。

該系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo)和計(jì)量精度較一般的“流量閥 ＋ 固體流量計(jì)”組成的系統(tǒng)有極大的提高。系統(tǒng)實(shí)際使用的計(jì)量精度可達(dá) 0.5% ， 穩(wěn)定性指標(biāo)可達(dá) 1% 以內(nèi)。 目前在安徽皖維、寧國(guó)水泥廠、福建建福水泥廠、南京三龍、馬鋼桃沖、天水祁連山等眾多水泥企業(yè)均有成功應(yīng)用的實(shí)例。

4.2 電石渣（粉煤灰）計(jì)量控制系統(tǒng)

隨著水泥工業(yè)中對(duì)干電石渣粉和粉煤灰的綜合利用的力度加大， 采用預(yù)給料裝置 ＋ 定量給料機(jī)組成的粉體計(jì)量系統(tǒng)，也逐步被各水泥企業(yè)用于大量程的電石渣粉或粉煤灰計(jì)量控制中。

一般的水泥企業(yè)大流量電石渣（粉煤灰）計(jì)量系統(tǒng)在實(shí)際工藝流程中往往不另加一個(gè)過(guò)渡穩(wěn)流稱(chēng)重倉(cāng)，而是從儲(chǔ)料倉(cāng)（庫(kù)）底直接卸料。 物料不易直接在儲(chǔ)料庫(kù)底進(jìn)行充氣流態(tài)化。這時(shí)系統(tǒng)的組成需要增加一個(gè)可防止沖料的半強(qiáng)制性的葉輪給料機(jī)進(jìn)行受料，再增加一個(gè)連接于葉輪給料機(jī)和流量閥之間的過(guò)渡儲(chǔ)料充氣箱，物料在過(guò)渡儲(chǔ)料充氣箱內(nèi)得以充氣流態(tài)化。

需要注意的問(wèn)題是，由于系統(tǒng)前級(jí)的過(guò)程儲(chǔ)料倉(cāng)（庫(kù)） 的不同， 使得粉體卸料和流態(tài)化的位置有所差異，粉體物料在儲(chǔ)料倉(cāng)（庫(kù)）不是直接流態(tài)化，因此要充分考慮倉(cāng)（庫(kù)）內(nèi)物料的結(jié)拱以及塌料現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)的斷料和沖料問(wèn)題。這里采用葉輪給料機(jī)受料就是基于系統(tǒng)穩(wěn)定受料和防止儲(chǔ)料倉(cāng)（庫(kù)）塌料所產(chǎn)生的沖料問(wèn)題。

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