煤粉输送管道的工艺配置对转子秤的影响

　　煤粉计量与控制系统配置失衡也是造成转子秤体系运行不稳的一个原因。例如：罗茨风机和煤粉输送管道配置失误；煤粉仓、进料溜子设计不合理；锥体和溜子锈蚀等。这些不起眼的问题往往就是煤粉计量与控制系统难以稳定的真正原因。但大多数时候人们只着眼于煤粉计量控制设备转子秤上面。

　　1）煤粉输送系统的基本原理

　　与粉状物料的气力输送不同，煤粉输送管道中，有相当长度的水平管道。因在水平管道内的垂直方向上，粉状物料浓度存在差异，存在不可避免的沉降现象。因此煤粉管道的气力输送与其它物料垂直输送系统有所不同。

　　煤粉的水平气力输送依照其在竖直方向上的浓度差异大致可分为：稀相输送（又称为稳流输送）和双相输送。随着煤粉浓度的进一步加大（或风速的降低），水平煤粉输送管道底部的煤粉浓度将超出稀相输送的范围，形成上部为稀相，下部为浓相的双相输送。随着风速进一步降低（或煤粉浓度的进一步加大），水平输送管道下部将出现断续的煤粉沉积，气体的阻力会出现一定程度的振荡，输送将进而演变成脉冲输送和塞流输送（见图7）。

　　在脉冲输送和塞流输送状态下，气体阻力将大幅度增加，并出现较大幅度的振荡，这样的情况对于煤粉计量和控制系统而言是破坏性的。因此在生产过程中，我们需要煤粉输送系统总是在稀相和双相输送的工作范围内进行，追求高的煤风比。对于较长的水平输送的煤粉管道而言，如风速不足，会产生煤粉的沉积。系统将转变为脉冲输送，长管道中的脉冲输送会使管道系统阻力快速上升，并呈现较大幅度的振荡状态。此时如果风机的压头不足以克服助力，风速将下降，输送能力将直线下降，甚至造成输送管道一定程度的堵塞。而且这种加大并振荡的气体阻力，将使锁风设备的出口，出现较高的大幅度波动的正压，加大煤粉计量系统锁风设备的压力，甚至导致计量系统计量的紊乱；严重时输送管道堵塞，“气体反吹”，以至于干扰了计量系统的正常下料。对于高硫和高挥发分的煤粉而言，还存在自燃自爆的可能性。从控制的稳定性和可靠性出发，输送罗茨风机的配置和煤粉输送系统的管道，应该根据不同的条件（包括输送距离－水平和垂直、弯头的数量、煤粉输送量、煤风混合物的重度、喷煤管的阻力和风速要求、计量与控制设备对于风压的接受能力、所在地区的海拔高度、）优化罗茨风机和管道的设置，以较小的代价，确保煤粉输送的状态介于稀相和双相输送之间，以兼顾煤粉气力输送的可靠性和经济性。

　　图1 煤粉水平气力输送四种形态示意图

　　2）输送用气量和管道配置的参数优化

　　煤粉输送系统的基本参数：一是煤粉输送量与输送风的质量比（又称煤粉输送率）；二是煤粉管道输送时的管道风速。前者是罗茨见机的选型基础，后者是管道的设计基础；并由此计算出管道系统的阻力。罗茨风机的压头将依此取值，并有一定的富余量。

　　煤粉与输送几的质量比

　　煤粉与输送风的质量比，一般是2.5：1左右。对于水平管道较短的管道（或者水平投影较短的管道），取值可高于此值。因为较短的水平管道，即使出现了振荡现象，由于幅度比较低，只要在计量控制系统可能接受的范围内，可以忽略。在生产线规模趋大的前提下，随着管道阻力系数的降低、管道风速的提高，此参数的取值有放大的趋势。各个公司依据自己的试验，参数上略有出入，2000t/d以上的规模生产线，此值可达（2.5-3.5）：1。对于水平管道的长度可以忽略的条件下，此值还可以进一步提高。

　　输送管道的风速

　　为避免出现脉冲和塞流输送现象，输送管道风速通常控制在25m/s以上。考虑脉冲和塞流造成的压力波动的程度与水平管道的长度有关，对于短管道，风速可以取低些；而对于长管道，风速应该取稍高些的值。

　　对于输送量较大的系统，随着管道断面的加大，管道断面的上下煤粉密度差别增大；加之大管道的截面面积与圆周线长度之比较大，管道阻力系数较小；管道输送过程中的这两个因素的变化，会推动风速取值增大。正因为如此，随着生产线规模的扩大，输送管道的风速也应该提高。

　　输送系统的风压

　　输送系统的风压是保证系统正常输送风速的重要参数，也是以上两个参数确定后，根据输送系统的实际情况得出的导出参数。为保证煤粉正常的输送和计量系统的稳定，应有足够的风压储备，防止出现可能的煤粉流量波动。当煤粉浓度增大时，煤粉与风的混合物重度加大，会导致系统阻力增加。一旦阻力超出了见机的压力，管道风速就会下降，就会造成脉冲或塞流输送状态的出现，甚至会发生堵塞。由于煤粉的流量的波动，难于安全避免，因此风机风压的选择应该考虑必要的富余量。

　　在煤粉计量控制系统的出口，有的设置中有喷射泵，利用喷射泵的射流效应，降低煤粉计量系统出口处的正压，减轻煤粉计量系统的锁风和卸压的压力，确保计量控制系统的正常工作。因而计算风压时也要考虑喷射泵带来的压降影响。

　　系统的煤粉浓度和气压的共振现象

　　有些人将煤粉输送管道错误地类比于除尘管道的设置，采用管道宁大勿小的策略。在除尘管道系统中，随着沉积的加大，管道截面积的减小，风速提高，使沉积稳定在一定的水平上，从而系统在一个较高的风速条件下，取得新的平衡。但在煤粉输送系统中并非如此。一是煤粉的注入量（多数煤粉计量和控制系统，均是格状单元，由于计量滞后于控制，也使下料呈一定程度的波动状态）的波动。使煤粉与风的气固太混合物的重度呈现振荡养；二是沉降的煤粉也并不是稳定的，它也不断的在输送和沉降中实现角色的变换。随着煤粉与风的气固态混合物的重度加大，管道输送风速降低，计量系统煤粉出口处的正压升高，煤粉的正常卸出也受到不利的影响。但此时喷射泵缩口处的工况风速降低，缩口压降损失相应降低，缩口出口处的静压升高，又给输送管道风速的再次升高创造了条件。这就使得煤粉计量控制系统在煤粉流量稍大并出现一定波动时，管道系统的驱动压力也呈现一定周期性的循环波动。这两者之间的有一定时间间隔的循环波动，在一定条件下，将形成“共振”，导致煤粉的输送量和气压均呈现大幅度的变异，以至增大到窑系统和煤粉计量与控制系统无法接受的程度。

　　计量与控制系统对出口处正压的接受程度

　　由于自身的结构和下部锁风装置能力的差异，计量与控制系统在一定正压条件下自身计量与控制精度的变化，也是在考虑煤粉输送管道系统时应予考虑的因素。由于以上几个参数的取值有较大的弹性，因此，煤粉输送的起点的不同带来水平管道长度的差异，就会直接影响罗茨风机的参数取值。当煤粉输送的起点设置在窑尾时，罗茨风机窑头和窑尾在煤粉输送量上虽有较大差别，但有可能取同样的风机或稍有差别，但在电机的配置上，窑尾风机配置较大，以取得较高的风压输送较多的煤粉。这样的配置可使备用风机的配置变得较为简单，而且可以较好地适应窑头窑尾两次罗茨风机的配置。当煤粉输送的起点高在窑头时，罗茨风机的参数取值差别很大。

　　3）常见问题分析

　　管道曲率半径不加优化，风机压力配置与管道的实际情况不符

　　由于风机的压头无法满足不加优化的管道系统，造成输送能力达不到额定输送量。当煤粉输送量超过其输送能力时，将造成脉冲或塞流输送状态，并有可能进一步造成煤粉输送管道的完全堵塞。

　　某厂一1000t/d的生产线，窑头系统配置的罗茨风机，其风量为29.4m3/min, 风压为49kPa. 而煤粉管道的直径为155mm，系统煤粉输送率不到2：1，有较大的富余，管风速约为32m/s，虽略偏高，但基本可行。但窑头喷煤管前的橡胶软管过长且有多个弯头，导致整个系统阻力较大。煤粉计量系统设置的喷嘴缩口直径为60mm，在煤粉输送量低于1.5t/h时，系统正常且稳定。但当煤粉输送量超过2t/h时，煤粉在输送管道中沉积，直至基本堵塞。此时，罗茨风机的风压就基本上全部作用于煤粉计量系统，并导致煤粉计量系统也出现了堵塞，除四处喷煤粉之外，系统基本不出煤粉，在关闭煤粉计量和控制系统之后，随着喷煤管继续有煤粉喷出，计量系统出口正压慢慢降低。过几分钟后，煤粉计量系统的给料设备又可以启动，但一旦煤粉供应量加大，上述现象将出现。不得已将喷射泵的喷口直径加大到120mm，降低了喷口处的压降，煤粉输送基本正常，压力波动也基本平缓，但由于喷射泵在出口处的减压作用减弱，随之出现了较大的正压，最后不得不采用一些别的方式来维持系统正常工作。

　　煤粉输送系统管道直径偏小

　　煤粉输送管道直径偏小，输送管道风速过高，阻力过大，输送不经济；在风机压头不足时会造成煤粉管道的堵塞，使作业被迫停止。在放大管道管径后，可以解决此问题，但由于管道安装作为高空安装作业，一旦完成后，更换管道就非常费时费力了。

　　管道直径过大

　　有些水泥厂对于管道的配置，抱着宁大勿小的想法，缺少精确的计算。如果管道直径过大，输送风速过低，在水平管道比较长的情况下，煤粉输送会出现较为严重的管道煤粉沉积。随着煤粉的沉降和重新被吹起，煤粉的管道内气体与煤粉混合物的重度会出现大幅度的变化，导致输送系统脉冲或塞流现象的出现，煤粉输送量和风压的振荡加大。这样对窑系统的热工工况的稳定极为不利，对窑系统的产量和质量的影响都比较大。

　　某厂因自行改造管径超出了设计值的1.2倍，使得输送管道风速过低，除了煤粉计量系统出现较高的正压外，煤粉输送管道出现了脉冲和塞流现象，导致煤粉计量和输送气压大幅度振荡，并出现了煤粉在管道中的大量沉积，影响了窑系统热工状态的稳定。而煤粉计量和控制系统停运后，管道里沉积的煤粉持续喷出，又使工厂怀疑是计量和控制系统完全被“击穿”而失控。最后迁怒于煤粉计量设备的生产厂家。

　　某厂5000t/d生产线的煤粉计量和控制系统，采用了进口的菲斯特转子秤。其煤粉计量点位于窑尾，而窑尾的罗茨风机配置为风量93.51m3/min，风压59.6KPa，电机132KW，其输送管道管径为275mm（内径），运转平稳。但几乎一样配置的另一厂家却不一样。这厂不同之处是把煤粉计量系统设置在窑头，这样煤粉计量并没有实现预期的稳定状态，煤粉输送系统的流量和压力大幅度波动。当煤粉输送量达到设计量时，煤粉瞬时流量波动范围高达12-22t/h，大大超过设计指标；所配的罗茨风机压力也在25-65KPa间频繁波动。这对烧成系统的产量和质量产生了很不利的影响。最后检查知道窑尾所要求管道内径为201mm，而实际管道内径放大到了253mm。使得原设计的水平管道的输送风速大大低于设计风速，导致煤粉输送的脉动和塞流现象，并连带引起喂煤量和管道风压的超范围波动。

　　盲目追求大风量的输送

　　有的水泥厂盲目追求计量和输送系统的“保险”，追求大风量、低风速输送。在煤粉计量和输送问题上，确实取得了保险的效果。但过大的煤粉输送风量，也带了想不到的问题。如某厂在配置罗茨风机时，其煤粉输送率不足2：1.在管道的配置上，又按25m/s风速的下限，选用了大大超出实际需要的输送管径。这种对煤粉计量和输送系统而言是保险的，但对烧成系统不利。由于一次风量过大，造成窑头火焰控制困难，不但造成回转窑喷煤管火焰的拉长，而且使喷煤管内部的耐磨件早期磨损。

　　通过这几个实例的分析，可以看出煤粉输送系统对于整个煤粉计量输送系统的影响，切实把握煤粉输送系统的合理参数，实现整个煤粉计量控制和输送系统的优化，保证系统的正常运行。