物料計量與定量給料作為一項重要的技術(shù)與裝備，伴隨著我國水泥工業(yè)的成長而發(fā)展。物料計量和定量給料在穩(wěn)定水泥生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能耗、降低成本等方面起著至關(guān)重要的作用，是每個水泥企業(yè)關(guān)心的問題。同時，在節(jié)能減排、資源綜合利用等方面也有重要作用。目前，我國水泥工業(yè)物料計量和定量給料已經(jīng)實現(xiàn)了大型新型干法生產(chǎn)線對物料計量和定量給料的基本要求，實現(xiàn)了國產(chǎn)技術(shù)和裝備與國外同類先進產(chǎn)品的同臺競爭

物料計量與定量給料技術(shù)與裝備貫穿著整個水泥生產(chǎn)過程。按照功用分類可分為兩種:一是商業(yè)與管理用途的計量與定量給料:商業(yè)用的原材料(包括燃料)進廠、水泥(或熟料)出廠及以生產(chǎn)考核為目標的用料、產(chǎn)量等，它對生產(chǎn)過程沒有或較少產(chǎn)生影響。二是生產(chǎn)用途的計量與定量給料:原料配料、生料定量喂料、煤粉定量喂煤等生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，它直接影響生產(chǎn)過程，是生產(chǎn)流程中一個不可或缺的節(jié)點。

一、原材料、燃料進廠的計量

對于大宗原料和燃料進廠，采用汽車或火車運輸?shù)钠髽I(yè)大多采用軌道衡；用長皮帶輸送物料進廠的則較多采用皮帶秤。從商業(yè)計量要求分析，由于軌道衡是靜態(tài)計量，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，只要合理安裝和使用，并加強管理，其使用準確度和效果能夠滿足要求。目前，有許多企業(yè)實現(xiàn)了軌道衡的實時聯(lián)網(wǎng)，提高了管理水平。皮帶秤用于商業(yè)計量，其長期使用準確度是一個技術(shù)難點，考慮到皮帶輸送機本身的振動、皮帶跑偏、松緊程度、物料黏結(jié)以及外部氣候、環(huán)境的變化等，都會對皮帶秤的計量準確度造成不利影響。要達到商業(yè)計量要求，不但對皮帶秤本身的技術(shù)和設(shè)計制造有較高要求，而且安裝要符合規(guī)范、日常維護要加強、定時標定必不可少。

二、生料制備工段中的計量與定量

水泥生產(chǎn)配料用的定量給料裝置有斗式秤(簡易斗式秤、減量法斗式秤)、圓盤秤、懸臂秤(懸臂式恒速皮帶秤、雙懸臂秤)、螺旋絞刀秤、核子皮帶秤和調(diào)速皮帶定量給料秤等。調(diào)速皮帶定量給料秤以其系統(tǒng)準確度高、運行穩(wěn)定、占用空間小、使用維護簡便、物料適應(yīng)性強等優(yōu)點，成為水泥生產(chǎn)配料系統(tǒng)的理想選擇。特別是對于目前的新型干法工藝生料配料的常規(guī)物料，調(diào)速皮帶定量給料秤幾乎是**選擇。

隨著新型干法水泥生產(chǎn)線規(guī)模的增大，又出現(xiàn)了新的問題:大流量的石灰石會導(dǎo)致皮帶嚴重磨損、打滑，倉壓過大還會影響皮帶定量給料機的準確度；較大流量的黏土等黏濕性原料或大塊原料出倉時下料不暢，皮帶無法將其從倉中直接拉出來；大流量定量給料機要配用較寬的皮帶，導(dǎo)致皮帶運行不穩(wěn)、負荷分布不均，從而引起較大的測量誤差等。

采用以下改進措施后，調(diào)速皮帶定量給料機基本能滿足2500t/d規(guī)模生產(chǎn)線的配料要求。改造原料倉及下料斗的結(jié)構(gòu)，可以改善原料下料不暢的問題。改變定量給料秤主滾筒設(shè)計:加大滾筒直徑，提高皮帶與滾筒的接觸面，從而提高摩擦力。為進一步防止皮帶打滑，對主滾筒進行包膠處理，以保證秤體的剛性和制造準確度。同時采用雙側(cè)壓力傳感器的測壓系統(tǒng)

5000t/d及以上生產(chǎn)線生料配料中典型問題是石灰石和黏土的定量給料。直接使用皮帶定量給料秤會出現(xiàn)皮帶打滑、倉壓過大影響準確度、皮帶無法把黏濕性原料或大塊原料從倉中拉出以及石灰石秤皮帶磨損過大等問題。國內(nèi)設(shè)計采用在料倉與皮帶定量給料秤之間加一臺板式喂料機，但實際使用效果普遍不太理想。國外設(shè)計較多直接采用裙板式定量給料機，這是板式喂料機和皮帶定量給料機的結(jié)合。裙板式定量給料機動態(tài)準確度為1%，能夠滿足大型水泥生產(chǎn)線配料要求。

三、熟料燒成工藝中的計量與定量給料

1.窯尾生料定量喂料系統(tǒng)

在新型干法生產(chǎn)工藝中，穩(wěn)定、準確的生料粉喂入，是保證燒成系統(tǒng)工況穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和節(jié)能降耗的*主要因素之一，也是窯尾生料定量喂料系統(tǒng)追求的目標。經(jīng)過多年的實踐和探索，目前，窯尾生料定量喂料系統(tǒng)已經(jīng)形成了一些較為成熟的設(shè)計和應(yīng)用，概括起來由3個關(guān)鍵環(huán)節(jié)組成:穩(wěn)流系統(tǒng)、給料裝置和計量設(shè)備。這3個部分是一個系統(tǒng)組合，任何一個環(huán)節(jié)的設(shè)計不合理或匹配不當，都可能破壞生料粉穩(wěn)定、準確喂入燒成系統(tǒng)的目標，從而影響燒成系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

(1)穩(wěn)流系統(tǒng)

均化庫通過充氣達到均化生料的效果，所以帶氣生料粉的流動性較強，而且均化庫的庫容大、庫壓高，所以出庫的生料粉流量不易準確控制。為此，生料粉在實現(xiàn)定量給料前，**要進行穩(wěn)流處理。在均化庫卸料到定量給料裝置之間，一般設(shè)有穩(wěn)流的中間倉或帶回流的供料裝置。目前，*常見的工藝方案是采用稱重中間倉，通過適當控制均化庫的卸料，使稱重倉內(nèi)的生料保持在一定的料位范圍，這是一個相對獨立的系統(tǒng)。無論采用何種形式的生料計量和定量給料設(shè)備，保持中間稱重倉內(nèi)一定量的生料，對于穩(wěn)定生料計量和定量給料系統(tǒng)都具有舉足輕重的作用。稱重倉同時還能用于下級的窯尾生料定量喂料系統(tǒng)的標定。

(2)給料裝置

常用的生料給料裝置包括葉輪給料機、螺旋給料機、水平旋轉(zhuǎn)喂料機和電動流量控制閥等。流量控制閥以其使用簡單、投資省、流量控制范圍大等優(yōu)點在大型新型干法生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。

(3)計量設(shè)備(見表1)

表1 計量設(shè)備

2.煤粉定量喂煤控制系統(tǒng)

穩(wěn)定、準確的定量喂煤也是保證新型干法燒成系統(tǒng)工況穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和節(jié)能降耗的主要因素之一。相比生料喂料，煤粉定量喂煤有兩個主要不同點:煤粉的比重更輕，流態(tài)化更好，也更容易受氣流的影響；煤粉通過氣力輸送進入燒成系統(tǒng)的窯頭和分解爐，正壓氣體對煤粉定量喂煤系統(tǒng)的作用和影響十分巨大，成為影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行的主要因素。定量喂煤的4個環(huán)節(jié):穩(wěn)流系統(tǒng)、給料裝置、計量設(shè)備和輸送鎖風裝置，缺一不可而且又相互作用，其中穩(wěn)流系統(tǒng)相對獨立和一致。其余3個部分根據(jù)其不同的功能組合，可以分為3種主要類型:給料裝置、計量設(shè)備和輸送鎖風裝置3個環(huán)節(jié)分別處理；給料裝置、計量設(shè)備合成一個環(huán)節(jié)，獨立的輸送鎖風裝置；給料裝置、計量設(shè)備和輸送鎖風裝置3個環(huán)節(jié)一體化。

(1)給料、計量和輸送鎖風3個環(huán)節(jié)分別處理

3個環(huán)節(jié)組成:給料裝置大多采用調(diào)速的葉輪給料機、螺旋給料機和水平旋轉(zhuǎn)喂料機等；煤粉計量常用沖板流量計、科里奧利流量計等；鎖風裝置采用螺旋泵、分格輪(水平或垂直)、噴射泵等形式。這種形式組成的系統(tǒng)各部分功能明確，但是各個環(huán)節(jié)相互影響，特別是有些形式的給料裝置和流量計對正壓氣流十分敏感。為消除氣流影響，系統(tǒng)對鎖風和排氣需求較高；這種結(jié)構(gòu)形式定量喂煤系統(tǒng)的給料調(diào)節(jié)為單回路純滯后控制，即在流量計發(fā)現(xiàn)喂煤量偏離給定值時再調(diào)整給料裝置，已經(jīng)無法及時糾偏，只能事后補償。目前的典型應(yīng)用就是由科里奧利流量計組成的系統(tǒng)。

(2)給料、計量合成一個環(huán)節(jié)，輸送鎖風獨立

煤粉計量過程中可以同時調(diào)節(jié)喂煤量，如采用調(diào)速的雙管螺旋絞刀秤、環(huán)狀天平轉(zhuǎn)子秤等。這種結(jié)構(gòu)形式使給料和計量同步實施，解決了給料調(diào)節(jié)滯后、實際控制準確度低等問題。對于氣力輸送過程中的正壓氣流對給料和計量的影響，仍然需要單獨考慮復(fù)雜的鎖風環(huán)節(jié)。為了提高實際控制準確度，往往設(shè)置預(yù)給料裝置，與定量給料秤組成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。目前的典型應(yīng)用就是由環(huán)狀天平轉(zhuǎn)子秤組成的系統(tǒng)。

(3)給料、計量和輸送鎖風3個環(huán)節(jié)一體化

把喂煤、計量和輸送鎖風3個環(huán)節(jié)集成在一臺裝置上，可以減少系統(tǒng)的復(fù)雜程度和相互之間的影響，提高控制準確度。對于一體化的煤粉定量喂煤系統(tǒng)本身的技術(shù)要求較高，風、煤平衡、鎖風準確度及材料耐磨性要求等技術(shù)難度大大增加。目前的典型應(yīng)用就是由分格轉(zhuǎn)子秤組成的系統(tǒng)。

3.熟料產(chǎn)量計量

水泥企業(yè)從生產(chǎn)操作指導(dǎo)和管理的角度，希望能在線實時對熟料產(chǎn)量進行計量。由于熟料在線計量環(huán)境條件惡劣，出篦冷機的熟料特性不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)高溫紅料，至今沒有研發(fā)出簡便、可靠的計量手段。鏈板秤、鏈斗秤及核子秤等各種形式的計量方法均做過嘗試，但至今沒有合適的解決方案，大型新型干法生產(chǎn)線上應(yīng)用較少。目前，大多通過生料喂料計量折算成熟料產(chǎn)量。

4.煤磨喂煤計量

煤磨磨頭的原煤定量喂煤可以控制煤磨的產(chǎn)量，皮帶定量給料機，也有采用調(diào)速圓盤喂料機的。早期采用圓盤喂料機，計量與給料準確度太低，大型新型干法生產(chǎn)線已經(jīng)較少使用。現(xiàn)在大多采用皮帶定量給料機使用方便，計量與定量給料的準確度較高。考慮到環(huán)保要求，應(yīng)采用封閉式皮帶定量給料機。

5.水泥磨頭配料

水泥制成工藝中*主要的計量與定量給料是水泥配料的控制。與生料配料情況相似，調(diào)速皮帶定量給料機是目前國內(nèi)*主要的水泥磨頭配料計量設(shè)備，可以滿足水泥配料和磨機負荷的控制。由于新型干法工藝和篦冷機技術(shù)的成熟，高溫熟料對調(diào)速皮帶定量給料機的影響越來越小，獨立粉磨站更不存在高溫熟料燒皮帶的問題。

6.水泥細粉配料

對于采用各種材料分別粉磨的水泥制成工藝，也就是熟料與混合材分別粉磨，再配料均混的工藝，由于專門進行分別粉磨處理可以獲得較高比表面積的超細粉，利用超細顆粒的合理級配發(fā)揮其高活性，從而降低水泥熟料的使用量，大幅提高礦渣、粉煤灰、石灰石礦山廢渣、脫硫石膏等工業(yè)廢渣的利用率，近年來有越來越多的企業(yè)采用此工藝。在這種水泥制成工藝中，需要采用不同流量規(guī)格的粉體定量喂料裝置進行配比控制，其計量與定量給料類似于生料喂料系統(tǒng)。由于該工藝推廣時間短，尚未普遍應(yīng)用，各種形式的定量喂料裝置均有用于粉體配比控制，如分格轉(zhuǎn)子定量喂料機、皮帶定量喂料機、流量計及絞刀秤等。

四、產(chǎn)品出廠的計量

產(chǎn)品出廠的計量一般為商業(yè)計量，計量準確度應(yīng)在0.5%以上。袋裝水泥計量一般集成在水泥包裝機中，采用直接稱重的方式，計算機控制可調(diào)節(jié)裝袋流量，計量準確度可以控制在0.5%以上。散裝水泥的計量一般采用汽車或火車軌道衡。有些企業(yè)在散裝機上安裝粉體流量計，計量準確度一般在1%左右，由此可以提高管理水平與裝車效率。

五、節(jié)能減排、資源綜合利用中的計量與定料給料

水泥工業(yè)是能源、資源消耗性行業(yè)，是我國節(jié)能減排的重點行業(yè)。同時，水泥生產(chǎn)工藝在節(jié)能減排、資源綜合利用方面有其獨特的優(yōu)勢，這就對計量與定料給料提出了新的要求，同時也是新的發(fā)展機遇。

1.低品位資源的綜合利用

如低熱值煤、煤矸石、低品位礦石等。它們的物理特性與正常品位資源基本一致，可以直接利用或稍加修改就可利用現(xiàn)有計量與定量給料的單機與系統(tǒng)技術(shù)。

2.粒狀工業(yè)廢渣的綜合利用

如鋼渣、硫酸渣、鍋爐爐渣等工業(yè)爐渣。經(jīng)過簡單處理后，它們與水泥工業(yè)常用物料有相似的物理特性，計量與定量給料易于實現(xiàn)。

3.粉狀工業(yè)廢料的綜合利用

如粉煤灰、干電石渣粉等。粉煤灰是目前水泥企業(yè)綜合利用較普遍的資源，它的成分具有火山灰質(zhì)特性，在生料配料中常作為硅質(zhì)原料或鋁質(zhì)校正原料使用，以替代日益緊張的黏土資源；也廣泛用作混合材料加入水泥粉磨系統(tǒng)，因其具有較大的活性而受到用戶歡迎。粉煤灰具有比重低、流動性大、磨損性強等特點，但具體參數(shù)差距較大，如水分、細度等各廠都不同，所以，同樣的計量與定量給料系統(tǒng)在不同的廠可能會產(chǎn)生完全不同的結(jié)果。總體而言，粉煤灰的物理特性接近煤粉，但流動性比煤粉更好，粉煤灰的計量與定量給料系統(tǒng)組成與煤粉相類似，考慮到經(jīng)濟性，對大多數(shù)粉煤灰應(yīng)用的計量與定量給料系統(tǒng)比煤粉簡單。

4.其他目前尚未廣泛采用的廢物綜合利用

如工業(yè)廢物、生活垃圾等。工業(yè)廢棄物種類繁多，只能視具體情況設(shè)計相應(yīng)的計量與定量給料系統(tǒng)。生活垃圾在其他的垃圾處理場所，如垃圾發(fā)電廠等，其計量與定量給料大多采用皮帶定量給料機，但實際使用中還是有不少問題，如污染問題等。目前，國內(nèi)開始探討水泥生產(chǎn)線處理生活垃圾，有些特別的問題，如污染、腐蝕等是原水泥生產(chǎn)線計量中不存在的，因此生活垃圾的計量與定量給料問題有待在實際需要時解決。

六、水泥工業(yè)物料計量與定量給料技術(shù)展望

計量與定量給料系統(tǒng)是典型的機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品，它廣泛涉及物理、流體動力、材料、機械、電子、計算機、自動控制等技術(shù)和學(xué)科。全面、系統(tǒng)地考慮物料計量與定量給料的問題，它不僅僅是機械、計量與自動化專業(yè)的技術(shù)問題，同時也是工藝、材料等其他專業(yè)的技術(shù)問題。積*探索應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新材料，有創(chuàng)新才能有發(fā)展，才能滿足現(xiàn)代水泥生產(chǎn)的迫切需要。

1.運用新的物料計量技術(shù)與方法

目前的物料計量技術(shù)主要還是基于稱重或測力等傳統(tǒng)方式，測量方法直觀但受干擾因素多，特別是對氣力輸送的粉狀物料，如煤粉系統(tǒng)，現(xiàn)有的計量與定量給料系統(tǒng)比10年前有很大提高，但是系統(tǒng)太復(fù)雜，且穩(wěn)定性、適應(yīng)性較差。能否通過其他更直接的方法測量氣固兩相的流量，已成為許多科研機構(gòu)和技術(shù)人員研究的內(nèi)容。

2.結(jié)合新的IT技術(shù)與應(yīng)用

計量與定量給料系統(tǒng)充分利用IT技術(shù)，特別是計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以更好地提高計量與定量給料系統(tǒng)的可靠性、可維護性和投運率。

3.信號傳輸?shù)陌l(fā)展過程

點對點通信:模擬信號mV、mA，開關(guān)信號24VDC、220VAC。

鏈路層標準串行通信:RS232，RS485。

用戶層的現(xiàn)場總線:Profibus、CANBUS、Lonworks。

4.無線傳輸應(yīng)用

遠程監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用可以為更精細的企業(yè)管理提供先進平臺，從而提高生產(chǎn)和設(shè)備管理的水平。IT技術(shù)對提高應(yīng)用與管理效率有重要作用。

5.先進控制技術(shù)應(yīng)用

目前的計量與定量給料系統(tǒng)中，無論是單回路還是雙回路控制，都僅僅采用基本的PID控制方法，雖然相對簡單、易操作。但是，對于非線性、純滯后等復(fù)雜耦合、時變的過程僅采用常規(guī)的PID控制已不能滿足要求。研究、采用先進、成熟的控制技術(shù)也是計量與定量給料技術(shù)發(fā)展的一個方向。如自適應(yīng)控制、魯棒控制、優(yōu)化控制等都是為解決復(fù)雜過程的一些控制技術(shù)。

七、結(jié)束語

為與我國水泥工業(yè)處于國際**地位相適應(yīng)，我國的水泥工業(yè)物料計量與定量給料技術(shù)及裝備應(yīng)朝兩個方面發(fā)展:其一，不斷實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新；其二，不斷提升裝備質(zhì)量。