國產(chǎn)煤粉計量系統(tǒng)在燃用無煙煤生產(chǎn)線上的應(yīng)用
2010-04-26 00:00
0 前言
近年來，受煤炭資源、市場價格、運輸成本等影響，使用無煙煤作燃料，或改用無煙煤、劣質(zhì)煤、煙煤無煙煤混燒的新型干法水泥生產(chǎn)線逐漸增多。以福建地區(qū)為例，近幾年新建的生產(chǎn)線大多燃用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)的無煙煤。福建永安謀成、福建龍巖春馳兩條2500 t/d生產(chǎn)線均用無煙煤作燃料，2007年上半年相繼投入運行，喂煤系統(tǒng)均選用合肥水泥研究設(shè)計院研發(fā)的波特蘭KXT科氏力秤煤粉計量系統(tǒng)。本文以這兩條生產(chǎn)線為例，進(jìn)行影響煤粉計量系統(tǒng)的因素分析，并介紹國產(chǎn)煤粉計量系統(tǒng)在燃用無煙煤生產(chǎn)線上的使用情況。
1煤粉細(xì)度對計量過程的影響
1.1對穩(wěn)定喂煤的影響
對煤粉計量系統(tǒng)的使用性能要求通?？捎梅€(wěn)、準(zhǔn)、快來概括。即穩(wěn)定給料、準(zhǔn)確計量、快速調(diào)節(jié)、穩(wěn)定給料是最基本要求．而按設(shè)定量穩(wěn)定給料是建立在準(zhǔn)確計量和快速調(diào)節(jié)基礎(chǔ)之上的。要實現(xiàn)穩(wěn)定喂煤。首先要求給料裝置具有良好的密封性能，不沖料，不跑料，料流連續(xù)、均勻、穩(wěn)定。這也是控制系統(tǒng)對給料裝置的要求。否則會引起系統(tǒng)反饋調(diào)節(jié)震蕩，導(dǎo)致喂煤量頻繁大幅波動。
新型干法工藝燃用的無煙煤，對煤粉細(xì)度有嚴(yán)格要求，通常需控制在1%以內(nèi)，這樣的煤粉體積質(zhì)量低，流動性好，增加了煤粉計量系統(tǒng)穩(wěn)定給料、準(zhǔn)確計量與控制的難度。
KXT科氏力秤煤粉計量系統(tǒng)采用水平回轉(zhuǎn)式穩(wěn)流給料機作為喂料裝置。穩(wěn)流給料機由減壓倉、均壓倉、穩(wěn)流轉(zhuǎn)子腔組成。減壓倉內(nèi)設(shè)有減壓轉(zhuǎn)子，使進(jìn)入均壓倉內(nèi)的物料不受煤粉倉料壓影響。均壓倉內(nèi)設(shè)有攪拌臂。使物料充分活化，避免物料起拱、沾壁，消除物料死區(qū)。由于均壓倉內(nèi)料壓均勻，為物料在相同體積質(zhì)量條件下進(jìn)人穩(wěn)流轉(zhuǎn)子腔創(chuàng)造了條件。穩(wěn)流腔內(nèi)設(shè)有水平回轉(zhuǎn)分格輪，每轉(zhuǎn)一周輸送相同容積的物料。穩(wěn)流給料機由軸裝式減速機和電機驅(qū)動。采用變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，變頻器受控于PLC。PLC根據(jù)瞬時流量檢測值與流量設(shè)定值比較結(jié)果，實時調(diào)控給料機轉(zhuǎn)速，使瞬時流量始終跟蹤設(shè)定流量．達(dá)到定量給料目的。減壓倉、均壓倉、穩(wěn)流腔的進(jìn)料口和出料口均呈180度錯位布置。物料在穩(wěn)流給料機內(nèi)經(jīng)迷宮式流動方能離開給料機。
為了應(yīng)對無煙煤燒成工藝，XT科氏力秤煤粉計量系統(tǒng)在給料機穩(wěn)料性能上作了重大改進(jìn)。在轉(zhuǎn)子腔水平回轉(zhuǎn)分格輪轉(zhuǎn)子和葉片上均采取彈性密封措施，實現(xiàn)全密封、零間隙。密封件采用特殊材料制作，具有良好的耐磨、耐溫性能，使用壽命2年以上。不需拆卸轉(zhuǎn)子，即可更換密封板，維護十分方便。彈性密封技術(shù)不僅從根本上解決了高流動性、高細(xì)度煤粉跑料、沖料問題；同時，解決了剛性葉輪磨損后必須整體更換問題，節(jié)約了維護成本和時間。
技術(shù)升級后的穩(wěn)流給料機在上述兩條生產(chǎn)線上取得了良好的使用效果。實際觀察表明，在煤粉細(xì)度<1%的條件下，沒有跑料沖料現(xiàn)象，料流均勻、連續(xù)、穩(wěn)定。在設(shè)定值不變的前提下，給料機變頻器最大調(diào)節(jié)幅度始終保持在1 Hz左右．為系統(tǒng)穩(wěn)定給料和準(zhǔn)確控制提供了必備條件。
1.2對輸送過程的影響
在KXT系統(tǒng)中，經(jīng)科氏力秤計量后的煤粉進(jìn)入螺旋輸送泵。螺旋泵在系統(tǒng)中起到輸送和鎖風(fēng)作用。在克服輸煤管道系統(tǒng)一定壓力的條件下，將科氏力秤計量后的煤粉快速、均勻送入輸煤管道中。尤其當(dāng)管道內(nèi)壓力變化或輸送風(fēng)壓力波動時，螺旋泵必須具備有效阻斷輸送風(fēng)返竄和正常輸送煤粉的功能，為計量設(shè)備提供正常工作條件。
眾所周知，對同一規(guī)格型號的螺旋泵，其輸送能力在很大程度上取決于煤粉顆粒間內(nèi)摩擦力大小。燃用無煙煤時，煤粉細(xì)度控制遠(yuǎn)低于煙煤(通常在：1%以下)，由于煤粉比表面積增加，體積質(zhì)量降低，流動性更好，煤粉顆粒間內(nèi)摩擦力大幅度減小，因此使螺旋泵輸送能力受到較大影響。并對設(shè)備密封性能提出更高要求。為滿足煤粉細(xì)度1%以下的使用要求，波特蘭研發(fā)了全新結(jié)構(gòu)的新型螺旋泵。
新型螺旋輸送泵綜合了傳統(tǒng)螺旋泵和富樂泵的合理成分。采用簡單的傳動結(jié)構(gòu)，變節(jié)距螺旋設(shè)計，應(yīng)用噴射原理。使螺旋泵出料端工作氛圍基本呈負(fù)壓狀態(tài)，有效解決了輸煤管道系統(tǒng)壓力變化對螺旋泵出料帶來的影響；軸端密封采取氣體密封、油封、機械密封相組合的技術(shù)方案，密封性能優(yōu)越；將自主知識產(chǎn)權(quán)的耐磨材料技術(shù)用于泵螺旋的設(shè)計與制造過程，螺旋葉片使用壽命3年以上；采用外置可調(diào)式配重，可以根據(jù)不同的工況條件，改變配重大??；設(shè)手動黃油泵，使運動件潤滑加油簡便易行。使用效果表明，新型螺旋泵結(jié)構(gòu)更加合理可靠。維護簡單，適應(yīng)工藝系統(tǒng)壓力變化能力強，完全滿足高細(xì)度、高流動性煤粉輸送要求。
1.3煤粉倉內(nèi)料位變化及進(jìn)料的影響
計量設(shè)備安裝在煤粉倉底部，煤倉進(jìn)煤時，料流的沖擊力會給穩(wěn)定喂煤帶來不利影響。尤其倉內(nèi)料位過低時進(jìn)煤，料流落差大。對倉內(nèi)料層的沖擊力大。當(dāng)該沖擊力與倉底卸料形成的向下拉力對接時，通常會出現(xiàn)沖料、跑料現(xiàn)象，導(dǎo)致計量系統(tǒng)喂煤量波動、失控。性能差的給料設(shè)備，甚至存在停止喂煤后仍有煤粉沖瀉現(xiàn)象。即使密封性能良好的計量設(shè)備也會因磨損而間隙變大。穩(wěn)料效果降低，必須適時調(diào)整間隙或更換部件。為此，無論是進(jìn)口計量設(shè)備還是國產(chǎn)設(shè)備，作為使用條件，幾乎都要求煤粉倉內(nèi)保有合理料位。因此，建議在選擇性能優(yōu)良計量設(shè)備的同時，工程設(shè)計中應(yīng)考慮合理的倉容。使用無煙煤時，由于煤粉顆粒間內(nèi)摩擦力小。煤倉進(jìn)煤時，料流對倉內(nèi)料層沖擊深度加深，倉容相對還要更大些。在條件允許的前提下，以盡量加大倉的高徑比為好。
經(jīng)過研究探討，采取緩沖、減壓、排氣等具體措施后，波特蘭KXT系統(tǒng)已有效解決了這一難題。在永安謀成、龍巖春馳燃用無煙煤的兩條2500砌生產(chǎn)線實際使用效果表明，煤粉倉料位變化，即使倉內(nèi)料位偏低時進(jìn)煤，對KXT系統(tǒng)穩(wěn)定給料和準(zhǔn)確控制幾乎沒有影響。不存在沖料、跑料、計量系統(tǒng)喂煤量波動等現(xiàn)象，減少磨機啟停頻次，有利于生產(chǎn)調(diào)度和操作管理，有利于減少啟動電耗和電網(wǎng)安全。
2 KXT系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)
龍巖春馳2500 t/d生產(chǎn)線調(diào)試期和正常生產(chǎn)期KXT科氏力秤系統(tǒng)秤運行數(shù)據(jù)分別見表1和表2。
表1春馳生產(chǎn)線調(diào)試期KXT科氏力秤系統(tǒng)秤運行數(shù)據(jù)
1.設(shè)定值和顯示值單位為：t/h；2.偏差值為此兩值平均值之差；3.控制；準(zhǔn)確度為偏差值與設(shè)定均值之比；4.統(tǒng)計時間為2007年6月3日；5．煤熱值(2．51~2．63)xl04kJ/kg
表2春馳生產(chǎn)線正常運行期KXT科氏力秤系統(tǒng)秤運行數(shù)據(jù)
1.設(shè)定值和顯示值單位為：t/h；2.偏差值為此兩值平均值之差；3.控制準(zhǔn)確度為偏差值與設(shè)定均值之比；4.統(tǒng)計時間為2007年6月9日；5．煤熱值(2．51～2．63)xl04kJ/kg
表1和表2運行數(shù)據(jù)表明。KXT煤粉計量系統(tǒng)在燃用無煙煤水泥生產(chǎn)線上取得了令人滿意的使用效果。為此，龍巖春馳水泥公司現(xiàn)在建的第二條2500 t/d生產(chǎn)線同樣選用了KXT科氏力秤煤粉計量系統(tǒng)。
3 結(jié)語
眾所周知，在水泥生產(chǎn)過程中煤粉計量與控制對穩(wěn)定窯的熱工制度，提高熟料產(chǎn)、質(zhì)量，降低能耗，提高自動化水平和管理水平起到極其重要的作用。窯系統(tǒng)喂煤量波動失控，會導(dǎo)致煤粉不完全燃燒。不僅造成能源浪費，同時使一氧化碳超標(biāo)，給窯尾收塵系統(tǒng)安全運行帶來隱患。因此，必須選用計量準(zhǔn)確，喂煤量穩(wěn)定、可調(diào)，響應(yīng)速度快，對煤粉特性(煤種、細(xì)度、水分等)適應(yīng)能力強的計量與控制系統(tǒng)。以期達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、節(jié)約能源，降低成本的目標(biāo)。
隨著我國水泥工業(yè)快速發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，國產(chǎn)煤粉計量技術(shù)與裝備走向成熟。KXT科氏力秤煤粉計量與控制系統(tǒng)是通過技術(shù)創(chuàng)新取得的研究成果，是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)技術(shù)裝備，該系統(tǒng)榮獲2006年度國家建材科技進(jìn)步一等獎。目前，已有320余套一、二、三代不同技術(shù)級別的KXT系統(tǒng)運行在1000—5000t/d規(guī)模新型干法生產(chǎn)線上，產(chǎn)品遍布全國，市場占有率逐年上升，打破了我國水泥工業(yè)煤粉計量技術(shù)產(chǎn)品長期依賴進(jìn)口的格局。30多臺配套對外工程總包出口國外，開創(chuàng)了我國煤粉計量技術(shù)與裝備出口的先河。
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