煤粉輸送管道的工藝配置對轉子秤的影響

　　煤粉計量與控制系統(tǒng)配置失衡也是造成轉子秤體系運行不穩(wěn)的一個原因。例如：羅茨風機和煤粉輸送管道配置失誤；煤粉倉、進料溜子設計不合理；錐體和溜子銹蝕等。這些不起眼的問題往往就是煤粉計量與控制系統(tǒng)難以穩(wěn)定的真正原因。但大多數(shù)時候人們只著眼于煤粉計量控制設備轉子秤上面。

　　1）煤粉輸送系統(tǒng)的基本原理

　　與粉狀物料的氣力輸送不同，煤粉輸送管道中，有相當長度的水平管道。因在水平管道內的垂直方向上，粉狀物料濃度存在差異，存在不可避免的沉降現(xiàn)象。因此煤粉管道的氣力輸送與其它物料垂直輸送系統(tǒng)有所不同。

　　煤粉的水平氣力輸送依照其在豎直方向上的濃度差異大致可分為：稀相輸送（又稱為穩(wěn)流輸送）和雙相輸送。隨著煤粉濃度的進一步加大（或風速的降低），水平煤粉輸送管道底部的煤粉濃度將超出稀相輸送的范圍，形成上部為稀相，下部為濃相的雙相輸送。隨著風速進一步降低（或煤粉濃度的進一步加大），水平輸送管道下部將出現(xiàn)斷續(xù)的煤粉沉積，氣體的阻力會出現(xiàn)一定程度的振蕩，輸送將進而演變成脈沖輸送和塞流輸送（見圖7）。

　　在脈沖輸送和塞流輸送狀態(tài)下，氣體阻力將大幅度增加，并出現(xiàn)較大幅度的振蕩，這樣的情況對于煤粉計量和控制系統(tǒng)而言是破壞性的。因此在生產(chǎn)過程中，我們需要煤粉輸送系統(tǒng)總是在稀相和雙相輸送的工作范圍內進行，追求高的煤風比。對于較長的水平輸送的煤粉管道而言，如風速不足，會產(chǎn)生煤粉的沉積。系統(tǒng)將轉變?yōu)槊}沖輸送，長管道中的脈沖輸送會使管道系統(tǒng)阻力快速上升，并呈現(xiàn)較大幅度的振蕩狀態(tài)。此時如果風機的壓頭不足以克服助力，風速將下降，輸送能力將直線下降，甚至造成輸送管道一定程度的堵塞。而且這種加大并振蕩的氣體阻力，將使鎖風設備的出口，出現(xiàn)較高的大幅度波動的正壓，加大煤粉計量系統(tǒng)鎖風設備的壓力，甚至導致計量系統(tǒng)計量的紊亂；嚴重時輸送管道堵塞，“氣體反吹”，以至于干擾了計量系統(tǒng)的正常下料。對于高硫和高揮發(fā)分的煤粉而言，還存在自燃自爆的可能性。從控制的穩(wěn)定性和可靠性出發(fā)，輸送羅茨風機的配置和煤粉輸送系統(tǒng)的管道，應該根據(jù)不同的條件（包括輸送距離－水平和垂直、彎頭的數(shù)量、煤粉輸送量、煤風混合物的重度、噴煤管的阻力和風速要求、計量與控制設備對于風壓的接受能力、所在地區(qū)的海拔高度、）優(yōu)化羅茨風機和管道的設置，以較小的代價，確保煤粉輸送的狀態(tài)介于稀相和雙相輸送之間，以兼顧煤粉氣力輸送的可靠性和經(jīng)濟性。

　　圖1 煤粉水平氣力輸送四種形態(tài)示意圖

　　2）輸送用氣量和管道配置的參數(shù)優(yōu)化

　　煤粉輸送系統(tǒng)的基本參數(shù)：一是煤粉輸送量與輸送風的質量比（又稱煤粉輸送率）；二是煤粉管道輸送時的管道風速。前者是羅茨見機的選型基礎，后者是管道的設計基礎；并由此計算出管道系統(tǒng)的阻力。羅茨風機的壓頭將依此取值，并有一定的富余量。

　　煤粉與輸送幾的質量比

　　煤粉與輸送風的質量比，一般是2.5：1左右。對于水平管道較短的管道（或者水平投影較短的管道），取值可高于此值。因為較短的水平管道，即使出現(xiàn)了振蕩現(xiàn)象，由于幅度比較低，只要在計量控制系統(tǒng)可能接受的范圍內，可以忽略。在生產(chǎn)線規(guī)模趨大的前提下，隨著管道阻力系數(shù)的降低、管道風速的提高，此參數(shù)的取值有放大的趨勢。各個公司依據(jù)自己的試驗，參數(shù)上略有出入，2000t/d以上的規(guī)模生產(chǎn)線，此值可達（2.5-3.5）：1。對于水平管道的長度可以忽略的條件下，此值還可以進一步提高。

　　輸送管道的風速

　　為避免出現(xiàn)脈沖和塞流輸送現(xiàn)象，輸送管道風速通常控制在25m/s以上。考慮脈沖和塞流造成的壓力波動的程度與水平管道的長度有關，對于短管道，風速可以取低些；而對于長管道，風速應該取稍高些的值。

　　對于輸送量較大的系統(tǒng)，隨著管道斷面的加大，管道斷面的上下煤粉密度差別增大；加之大管道的截面面積與圓周線長度之比較大，管道阻力系數(shù)較小；管道輸送過程中的這兩個因素的變化，會推動風速取值增大。正因為如此，隨著生產(chǎn)線規(guī)模的擴大，輸送管道的風速也應該提高。

　　輸送系統(tǒng)的風壓

　　輸送系統(tǒng)的風壓是保證系統(tǒng)正常輸送風速的重要參數(shù)，也是以上兩個參數(shù)確定后，根據(jù)輸送系統(tǒng)的實際情況得出的導出參數(shù)。為保證煤粉正常的輸送和計量系統(tǒng)的穩(wěn)定，應有足夠的風壓儲備，防止出現(xiàn)可能的煤粉流量波動。當煤粉濃度增大時，煤粉與風的混合物重度加大，會導致系統(tǒng)阻力增加。一旦阻力超出了見機的壓力，管道風速就會下降，就會造成脈沖或塞流輸送狀態(tài)的出現(xiàn)，甚至會發(fā)生堵塞。由于煤粉的流量的波動，難于安全避免，因此風機風壓的選擇應該考慮必要的富余量。

　　在煤粉計量控制系統(tǒng)的出口，有的設置中有噴射泵，利用噴射泵的射流效應，降低煤粉計量系統(tǒng)出口處的正壓，減輕煤粉計量系統(tǒng)的鎖風和卸壓的壓力，確保計量控制系統(tǒng)的正常工作。因而計算風壓時也要考慮噴射泵帶來的壓降影響。

　　系統(tǒng)的煤粉濃度和氣壓的共振現(xiàn)象

　　有些人將煤粉輸送管道錯誤地類比于除塵管道的設置，采用管道寧大勿小的策略。在除塵管道系統(tǒng)中，隨著沉積的加大，管道截面積的減小，風速提高，使沉積穩(wěn)定在一定的水平上，從而系統(tǒng)在一個較高的風速條件下，取得新的平衡。但在煤粉輸送系統(tǒng)中并非如此。一是煤粉的注入量（多數(shù)煤粉計量和控制系統(tǒng)，均是格狀單元，由于計量滯后于控制，也使下料呈一定程度的波動狀態(tài)）的波動。使煤粉與風的氣固太混合物的重度呈現(xiàn)振蕩養(yǎng)；二是沉降的煤粉也并不是穩(wěn)定的，它也不斷的在輸送和沉降中實現(xiàn)角色的變換。隨著煤粉與風的氣固態(tài)混合物的重度加大，管道輸送風速降低，計量系統(tǒng)煤粉出口處的正壓升高，煤粉的正常卸出也受到不利的影響。但此時噴射泵縮口處的工況風速降低，縮口壓降損失相應降低，縮口出口處的靜壓升高，又給輸送管道風速的再次升高創(chuàng)造了條件。這就使得煤粉計量控制系統(tǒng)在煤粉流量稍大并出現(xiàn)一定波動時，管道系統(tǒng)的驅動壓力也呈現(xiàn)一定周期性的循環(huán)波動。這兩者之間的有一定時間間隔的循環(huán)波動，在一定條件下，將形成“共振”，導致煤粉的輸送量和氣壓均呈現(xiàn)大幅度的變異，以至增大到窯系統(tǒng)和煤粉計量與控制系統(tǒng)無法接受的程度。

　　計量與控制系統(tǒng)對出口處正壓的接受程度

　　由于自身的結構和下部鎖風裝置能力的差異，計量與控制系統(tǒng)在一定正壓條件下自身計量與控制精度的變化，也是在考慮煤粉輸送管道系統(tǒng)時應予考慮的因素。由于以上幾個參數(shù)的取值有較大的彈性，因此，煤粉輸送的起點的不同帶來水平管道長度的差異，就會直接影響羅茨風機的參數(shù)取值。當煤粉輸送的起點設置在窯尾時，羅茨風機窯頭和窯尾在煤粉輸送量上雖有較大差別，但有可能取同樣的風機或稍有差別，但在電機的配置上，窯尾風機配置較大，以取得較高的風壓輸送較多的煤粉。這樣的配置可使備用風機的配置變得較為簡單，而且可以較好地適應窯頭窯尾兩次羅茨風機的配置。當煤粉輸送的起點高在窯頭時，羅茨風機的參數(shù)取值差別很大。

　　3）常見問題分析

　　管道曲率半徑不加優(yōu)化，風機壓力配置與管道的實際情況不符

　　由于風機的壓頭無法滿足不加優(yōu)化的管道系統(tǒng)，造成輸送能力達不到額定輸送量。當煤粉輸送量超過其輸送能力時，將造成脈沖或塞流輸送狀態(tài)，并有可能進一步造成煤粉輸送管道的完全堵塞。

　　某廠一1000t/d的生產(chǎn)線，窯頭系統(tǒng)配置的羅茨風機，其風量為29.4m3/min, 風壓為49kPa. 而煤粉管道的直徑為155mm，系統(tǒng)煤粉輸送率不到2：1，有較大的富余，管風速約為32m/s，雖略偏高，但基本可行。但窯頭噴煤管前的橡膠軟管過長且有多個彎頭，導致整個系統(tǒng)阻力較大。煤粉計量系統(tǒng)設置的噴嘴縮口直徑為60mm，在煤粉輸送量低于1.5t/h時，系統(tǒng)正常且穩(wěn)定。但當煤粉輸送量超過2t/h時，煤粉在輸送管道中沉積，直至基本堵塞。此時，羅茨風機的風壓就基本上全部作用于煤粉計量系統(tǒng)，并導致煤粉計量系統(tǒng)也出現(xiàn)了堵塞，除四處噴煤粉之外，系統(tǒng)基本不出煤粉，在關閉煤粉計量和控制系統(tǒng)之后，隨著噴煤管繼續(xù)有煤粉噴出，計量系統(tǒng)出口正壓慢慢降低。過幾分鐘后，煤粉計量系統(tǒng)的給料設備又可以啟動，但一旦煤粉供應量加大，上述現(xiàn)象將出現(xiàn)。不得已將噴射泵的噴口直徑加大到120mm，降低了噴口處的壓降，煤粉輸送基本正常，壓力波動也基本平緩，但由于噴射泵在出口處的減壓作用減弱，隨之出現(xiàn)了較大的正壓，最后不得不采用一些別的方式來維持系統(tǒng)正常工作。

　　煤粉輸送系統(tǒng)管道直徑偏小

　　煤粉輸送管道直徑偏小，輸送管道風速過高，阻力過大，輸送不經(jīng)濟；在風機壓頭不足時會造成煤粉管道的堵塞，使作業(yè)被迫停止。在放大管道管徑后，可以解決此問題，但由于管道安裝作為高空安裝作業(yè)，一旦完成后，更換管道就非常費時費力了。

　　管道直徑過大

　　有些水泥廠對于管道的配置，抱著寧大勿小的想法，缺少精確的計算。如果管道直徑過大，輸送風速過低，在水平管道比較長的情況下，煤粉輸送會出現(xiàn)較為嚴重的管道煤粉沉積。隨著煤粉的沉降和重新被吹起，煤粉的管道內氣體與煤粉混合物的重度會出現(xiàn)大幅度的變化，導致輸送系統(tǒng)脈沖或塞流現(xiàn)象的出現(xiàn)，煤粉輸送量和風壓的振蕩加大。這樣對窯系統(tǒng)的熱工工況的穩(wěn)定極為不利，對窯系統(tǒng)的產(chǎn)量和質量的影響都比較大。

　　某廠因自行改造管徑超出了設計值的1.2倍，使得輸送管道風速過低，除了煤粉計量系統(tǒng)出現(xiàn)較高的正壓外，煤粉輸送管道出現(xiàn)了脈沖和塞流現(xiàn)象，導致煤粉計量和輸送氣壓大幅度振蕩，并出現(xiàn)了煤粉在管道中的大量沉積，影響了窯系統(tǒng)熱工狀態(tài)的穩(wěn)定。而煤粉計量和控制系統(tǒng)停運后，管道里沉積的煤粉持續(xù)噴出，又使工廠懷疑是計量和控制系統(tǒng)完全被“擊穿”而失控。最后遷怒于煤粉計量設備的生產(chǎn)廠家。

　　某廠5000t/d生產(chǎn)線的煤粉計量和控制系統(tǒng)，采用了進口的菲斯特轉子秤。其煤粉計量點位于窯尾，而窯尾的羅茨風機配置為風量93.51m3/min，風壓59.6KPa，電機132KW，其輸送管道管徑為275mm（內徑），運轉平穩(wěn)。但幾乎一樣配置的另一廠家卻不一樣。這廠不同之處是把煤粉計量系統(tǒng)設置在窯頭，這樣煤粉計量并沒有實現(xiàn)預期的穩(wěn)定狀態(tài)，煤粉輸送系統(tǒng)的流量和壓力大幅度波動。當煤粉輸送量達到設計量時，煤粉瞬時流量波動范圍高達12-22t/h，大大超過設計指標；所配的羅茨風機壓力也在25-65KPa間頻繁波動。這對燒成系統(tǒng)的產(chǎn)量和質量產(chǎn)生了很不利的影響。最后檢查知道窯尾所要求管道內徑為201mm，而實際管道內徑放大到了253mm。使得原設計的水平管道的輸送風速大大低于設計風速，導致煤粉輸送的脈動和塞流現(xiàn)象，并連帶引起喂煤量和管道風壓的超范圍波動。

　　盲目追求大風量的輸送

　　有的水泥廠盲目追求計量和輸送系統(tǒng)的“保險”，追求大風量、低風速輸送。在煤粉計量和輸送問題上，確實取得了保險的效果。但過大的煤粉輸送風量，也帶了想不到的問題。如某廠在配置羅茨風機時，其煤粉輸送率不足2：1.在管道的配置上，又按25m/s風速的下限，選用了大大超出實際需要的輸送管徑。這種對煤粉計量和輸送系統(tǒng)而言是保險的，但對燒成系統(tǒng)不利。由于一次風量過大，造成窯頭火焰控制困難，不但造成回轉窯噴煤管火焰的拉長，而且使噴煤管內部的耐磨件早期磨損。

　　通過這幾個實例的分析，可以看出煤粉輸送系統(tǒng)對于整個煤粉計量輸送系統(tǒng)的影響，切實把握煤粉輸送系統(tǒng)的合理參數(shù)，實現(xiàn)整個煤粉計量控制和輸送系統(tǒng)的優(yōu)化，保證系統(tǒng)的正常運行。