粉粒物料的计量方式

现代水泥工业，以其特有的原料、产品和生产方式，使其与计量控制特别是粉状物料的计量控制有着密不可分的联系。水泥工业中粉体物料的计量控制涵盖了现代电子称重计量、现代控制系统工程理论和现代工艺流程设计等全方位的理论和知识。在现代新型干法水泥生产中，回转窑窑尾生料粉输送计量控制、窑头和分解炉的煤粉输送计量控制、PS、PF等水泥中粉煤灰添加的计量控制，以及在现代新型建材超细粉和添加剂的计量控制等等，对这些粉体物料的计量控制，无一不对水泥工业产品的产量、质量起着至关重要的作用。因此如何保证粉状物料在计量控制过程中的稳定性、快速的响应能力和长短期精度，是水泥行业发展至今一直所必须面对和解决的问题。

1、粉体特性、工艺流程与计量控制

由于通过研磨后的粉体物料与它在块状或散粒状态下的物理特性有着很大的不同，因此了解粉体物料粉态下的基本物理特性以及了解现代水泥工艺过程对粉体物料仓储、输送的形式和特点，是粉体物料计量控制的一个重要的基础。

在生产中，粉体物料常是贮存在料仓或料库中，粉体物料在料仓中的贮存和卸出，都会导致粒子与粒子之间、粒子与仓壁材料之间的摩擦行为，从而构成力学现象。对于仓内整个粉体层而言，我们希望在卸出时能够均匀地整体向下移动。这种流动形式称为整体流，其特点是符合物料“先进先出”的原则。

但是，大多数粉状物料的流动性受到水分和充气的影响。通常由于物料囤积吸附水分使得粉体物料的流动性变差，表现在物料趋于粘聚并有较大的附着性，水分越大其附着性越强，流动性越差，使得仓内粉体层的流动区域常常呈现漏斗状，即只有料仓中央部分形成料流，而其他区域的粉体或料流顺序紊乱或停滞不动，产生先加入的物料后流出的“先进后出”的现象，这种流动形式称为漏斗流。漏斗流会引起偏析、冲料、结块、下料容重变化等不良现象，这些现象均会造成计量精度的极大误差。另一方面，干燥或伴有气流的粉状物料的流动性极强，表现为物料趋于自溢（自流性），含气量越大，其流动性越强。

水泥工业中粉体物料的过程仓储作为整个工艺流程的一个过渡环节，对粉体物料的计量控制往往直接串级在这个过渡环节之后。因此不仅从计量控制上而且从工艺流程的要求上，都要求保证过程仓内粉体物料能够顺利卸料。过程仓内粉体物料的流动性指标是物料能否流经过渡仓顺利卸料的一个重要参数。通常经过干燥的煤粉或粉煤灰基本不具有附着性，一个设计合理的过程卸料仓，间或辅以少量的仓侧充气进行“破拱”，一般仓内料拱无法形成，物料在仓内的流动通常表现为整体流，这类物料的卸料可以由物料的重力通过仓底自然卸料。然而经过研磨后的生料粉体，在常态下带由一定的附着性，加之生料仓储库容较大，表现为过程仓储时间较长，也就是实压时间常数较大，一般来说其流动性能较差，对于这类流动性较差的粉体物料的卸料，在实际经常采用库侧充气破拱和库底充气助卸结合的方式，来保证仓内物料的顺利卸料。

由于粉体物料卸料方式的不同，造成了实际粉体物料在出仓时的流动性的巨大差异，也就是计量控制设备在受料时物料的流动性差异。对于需要充气助卸的粉体物料，充气量的大小和气流的速度对粉体物料的流动性影响都是非常之大的。在一些气源变化频繁的场合，有些传统的粉体计量控制设备通常会产生波动，严重时会出现振荡以至于无法工作。为此，粉体计量控制的发展，也是我们从系统的角度对粉状物料的特性及其仓储、输送、工艺过程充分理解和认识的发展。

2、测量技术的发展与粉体物料的计量控制

计量控制的一个重要任务就是在单位时间内对物料质量进行测量。然而众所周知，质量是一个特征量，它无法直接测量，以往对质量的测量往往是通过物体在重力场下的重力测量而间接求得的。

物料的计量控制如翻斗秤、失重秤、调速定量秤等绝大部分的计量设备（衡器）的测量模型多建立于杠杆原理，然而其模型，都是建立在静力平衡的基础之上。也有采用射线测量技术，其实际上只能测量物料流的载荷密度。在实际工业生产中，我们遇到的大多数的过程计量都是在物料运动过程中实现的，对此通常我们只能通过其他手段来降低运动过程对静力平衡的影响或者用定性方法给予一定的补偿。采用这种以静代动的测量方法虽然可以解决大多工业过程计量问题，但从根本上说它无法解决动摩擦、本机谐振及其它振动问题对于测量的影响，因此严格意义上说就是没有从根本上解决动态测量的问题。

近年来国外的一些学者为从根本上解决动态测量这一问题，开展了大量的研究工作。其基本思想就是解决用工程动力学来代替工程静力学建立测量模型。因为动是绝对的，静只是动的一个特例。根据牛顿第二定律F=ma如果能够测得力F和加速度a，即可求得物体的质量m的大小，这是一个不受被测物体是静态还是动态而且是一个不受重力场g 大小影响的质量测量方法，这种测量方法被称为动态质量测量方法。尽管动态质量测量尚处于研究阶段，但其测量理论已然确立，随着研究的深入和发展，未来的动态测量衡器将会给称重测量带来一场革命。德国申克公司、美国EI公司CentriFlow Meter都有基于动态质量测量原理而建模的相关产品。

目前也有用于气固两相混合物的流量计量设备的产品开发，所有新型计量设备的研发都给我们提供一个新的平台，从而使粉体控制系统不断向前发展。

3、粉体计量控制系统的构成

粉体计量控制系统发展至今其系统组成主要由过程（称重）仓、（预）给料单元、计量单元、输送及电气控制单元组成。当然也有将给料、计量结合在一起新型测控装置面世。

3.1 （预）给料单元

现阶段（预）给料单元的设备有阀门、钢性（或弹性）叶轮机、管式螺旋给料机、胶带给料机、溢流螺旋给料机、转子式给料机等。

阀门装置简单，在大流量的条件下，它的设备重量和动力配置较其它装置小得多。但是阀门适于控制的线性范围比较小，它的控制要求与液体流量计量的要求类似，因此，仓内粉体物料必须处理为“类液体”，其“粘度”必须保持恒定，从而工艺上要求最好有一个较好的流态化仓作为储存环节。由于阀门自身的对于储料单元的料压变化十分敏感，它的截面选择应合适，其工作段就维持在阀门截面面积与流量线性关系较好的一段。同时，由于阀门的开度往往是非线性的，因此必须使计量与控制之间的时间滞后尽可能地短，从而阀门利用它可以快速开启的特点，随着计量装置的反馈信号快速调整阀门的开度，通过有效地控制阀门的截面积，达到稳定流量的目的。

叶轮给料机作为给料设备时，轴承的游隙，壳体与叶片之间的间隙，往往造成大量的空气泄漏导致计量系统正常状态的破坏。如果不能采用特殊的密封材料或特殊的结构设计使叶片与壳体间的磨损得到补偿，将导致控制品质的恶化。则在实际使用中又会受到很大限制。

实际应用中为了提高管式螺旋给料机的锁料性，管式螺旋给料机的长径比应大于8:1，最好为10:1，其螺旋叶与管壁的间隙应小于1.5mm，在工艺设计时，可视条件，将管式螺旋给料机的轴线沿料流运动方向上仰，最大可达25。为了控制管式螺旋给料机的长度并加大进料口的面积，相比之下，双管螺旋给料机有着明显的技术优势。为了有效抑制窜料，管式螺旋给料机的进料螺旋应为变径或变距螺旋，使其进料口处呈现整体截面下料，增加其可控性。