粉煤灰的计量与控制

粉煤灰是以燃煤为燃料发电的火力发电厂排出的一种工业废渣，由于其自身具有一定的火山灰质特性，因此粉煤灰已作为活性混合材料广泛应用于水泥生产过程。由于粉煤灰是容重只有0.7t/m3、水分<1%的极细粉末，因而粉煤灰具有易流动的物理特性。在水泥生产过程中，对粉煤灰的计量与配比控制具有一定的难度。我厂在生料配料和水泥配料中均使用了粉煤灰，以下根据我厂的使用经验谈一谈水泥厂对粉煤灰的计量与配比控制。  

1　粉煤灰固体流量计计量与控制系统简介 

　　我厂水泥工段有两个粉煤灰库，最初设计使用两台固体冲击流量计量机构，控制仪表共用一台FC0431单板机控制装置，如图1所示。 
　　 




　　图1　粉煤灰固体流量计计量与控制系统 

1.1　控制原理 
　　
根据生产需要选择使用1号库或2号库，计量控制系统将对荷重传感器的流量负荷信号和变频调速器三相交流输出进行切换。在控制仪表FC0431内，对实际流量和来自上位机的设定值比较运算后产生偏差信号控制变频调速器的输出频率，通过调节刚性叶轮给料机的转速，使粉煤灰的实际流量跟踪设定值。 

1.2　系统特点 
　　
1)该系统机械结构简单实用，使用星形摆线减速电机，出轴端为链轮结构连接，机械故障少，便于维护。 
　　
2)电气部分由两套荷重传感器共用一台德国申克公司FC0431单板机控制仪表；两台刚性叶轮给料机驱动电机共用一台变频调速器，操作简单，设备硬件少。固体冲击流量计易于标定。 

1.3　系统缺点 
　　
1)两套流量计计量装置共用一台控制仪表，荷重传感器输出的毫伏级荷重信号使用中间继电器接点切换，信号损失较大且不稳定，极易造成实际流量漂移，计量精度难以保证。 
　　
2)系统除尘器产生的负压作用于固体流量计的冲板上对传感器输出的荷重信号产生干扰，造成粉煤灰流量信号产生计量误差，且随着生产工况的变化而变化，该控制系统很难消除这种干扰。 
　　
3)当粉煤灰库内物料发生棚库时，会造成粉煤灰不下料，需要对库内进行充气。充气量过小，效果不好；充气量过大，又容易造成塌库跑料，严重时跑料达几十吨，很难处理。 

1.4　系统使用小结 
　　
综上所述，我厂使用粉煤灰固体流量计计量控制装置，在水泥生产过程中粉煤灰的掺加量难以控制，配比合格率较低。为保证水泥产品质量，迫使我们降低粉煤灰的掺加量，无形中增加了水泥制造成本。同时该流量计抗干扰能力差，容易造成粉煤灰实际流量计量不准，需要技术人员经常对固体冲击流量计进行检查和标定，增加了工作量。 

2　定量给料机的粉煤灰计量控制系统 

　　鉴于粉煤灰的特性和固体流量计计量装置在粉煤灰使用控制中的不足，我们决定对该系统进行改造，在使用定量给料机计量和控制粉煤灰流量的基础上增加了一套预给料装置，取代原有系统。 
　　
该系统的最大特点是增加了一套带物料缓冲料箱的预给料控制装置，缓解了因粉煤灰库塌料而造成的跑料冲击。而且又因为使用了定量给料机计量和控制粉煤灰的喂料，配比稳定，粉煤灰的掺加量控制适当。 
　　定量给料机粉煤灰计量控制系统包括带缓冲料箱的预给料装置和定量给料机，如图2所示。 
　　 




　　图2　定量给料机计量控制系统框图 

2.1　粉煤灰预给料控制原理 
　　
预给料的核心部分是在定量给料机秤体给料端上悬架一个S型缓冲料箱，在料箱高度1/2处安装一台膜式料位开关，动作十分灵敏。最初的状态是缓冲料箱内无料，料位开关使用常闭触点，接通刚性叶轮给料机驱动电机的接触器线圈电源，驱动电机得电，使粉煤灰库内的物料经刚性叶轮给料机及下料溜子进入缓冲料箱内。当缓冲料箱内的粉煤灰达到设定的料位时引起膜式料位开关动作，其输出接点信号由常闭变为常开，使接触器线圈失电，刚性叶轮给料机的驱动电机电源被切断，停止粉煤灰的下料。随着定量给料机的连续喂料，缓冲料箱内的粉煤灰逐渐减少，料位下降，当料位低于缓冲料箱1/2高度时，膜式料位开关开始释放；其输出接点控制信号由常开变为常闭，使得接触器线圈带电吸合，刚性叶轮给料机驱动电机得电，粉煤灰恢复下料。周而复始，使缓冲料箱内的粉煤灰总能保持一定的储量。 
　　
缓冲料箱料位控制原理见图3所示。 
　　 




　　图3　缓冲料箱料位控制电气原理图 

2.2　定量给料机计量和控制原理 
　　
定量给料机计量控制系统的核心是FC0421智能控制仪表。由上位机输出的设定值和荷重传感器测得的粉煤灰负荷信号及测速传感器测得的皮带速度信号三个模拟量通过输入接口板FIK-E和模数转换板FAD转换为数字信号后，送到微处理机板FMC。通过软件，粉煤灰负荷信号和皮带速度信号做乘法运算得到粉煤灰实际流量，并与设定值进行比较得到偏差信号再经PID运算处理后，送至FDA板进行数模转换，通过输出接口板FIK-W送至可控硅直流调速器GCB，调整输出到直流电机的电枢电压。通过调整定量给料机皮带的速度达到粉煤灰实际流量跟踪设定值的目地。 

2.3　定量给料机计量控制系统的特点 
　　
1)由于采用了带缓冲料箱的预给料装置，使得皮带上的粉煤灰布料连续均匀，长期使用观察，其料流截面呈矩形结构，非常稳定。皮带上料流截面的大小取决于缓冲料箱出料口闸板的位置，闸板位置可依据粉煤灰喂料量设定值的大小进行调整。根据我们的经验，从计量角度来看，皮带上物料使计量仪表负荷显示值在80%～100%之间最佳，在这种工况下计量准确，控制系统稳定。 
　　2)我厂的定量给料机计量控制系统使用直流电机调整皮带速度，进口部分关键设备，系统十分可靠，粉煤灰掺加量的控制较为理想。在工况稳定的情况下，粉煤灰掺加量合格率可达到100%。 

3　结束语 

　　从我厂在粉煤灰的计量和控制中，由固体流量计到定量给料机的选型改变可以看出，水泥生产过程中粉状物料的计量和定量给料控制是个难题。不同的计量设备原理、不同的检测机构及对物料的适应性不同，造成其计量控制精度及稳定性和可靠性不同。因此在粉状物料计量和定量给料设备选型时，需充分考虑本企业的工艺特点，选择适合本厂实际情况的计量和定量给料设备。