水泥工業(yè)中的煤粉計(jì)量環(huán)節(jié)之后，是煤粉的氣力輸送。由于氣力輸送過程中風(fēng)壓的波動(dòng)往往對(duì)煤粉計(jì)量產(chǎn)生影響，因而也使水泥行業(yè)中煤粉的計(jì)量，有別于一般的粉狀物料計(jì)量。水泥行業(yè)通常用鎖風(fēng)的辦法，即采用一定的工藝設(shè)備或一定的工藝環(huán)節(jié)，隔離輸送環(huán)節(jié)與計(jì)量環(huán)節(jié)的風(fēng)壓影響，以保持粉狀物料流量計(jì)量的穩(wěn)定。若設(shè)備或工藝并不十分合理，造成鎖風(fēng)的失敗，將會(huì)導(dǎo)致煤粉計(jì)量的失敗。本文就水泥計(jì)量和輸送中的鎖風(fēng)問題進(jìn)行探討。
1 煤粉的計(jì)量輸送過程
圖1是一個(gè)比較典型的煤粉計(jì)量輸送系統(tǒng)的流程圖。
圖1 煤粉計(jì)量輸送系統(tǒng)的流程
由于煤粉輸送過程中，管道的阻力、豎直管道上物料勢(shì)能的提高、管道彎頭的壓力損失、噴煤管的壓力損失以及煤粉分送幾個(gè)用煤點(diǎn)時(shí)，人為增加阻力，以保持幾個(gè)供煤點(diǎn)的阻力平衡，使得羅茨風(fēng)機(jī)的出口阻力往往達(dá)到30～50kPa；而煤粉出料口入風(fēng)道處風(fēng)壓在0.5～10kPa左右(取決于煤粉管道的長(zhǎng)度、高度、彎頭個(gè)數(shù)和轉(zhuǎn)彎半徑等參數(shù)，也取決于管道中是否設(shè)置了旨在降低鎖風(fēng)設(shè)備出口風(fēng)壓的噴射管)。鎖風(fēng)設(shè)備鎖風(fēng)能力如不過關(guān)，往往造成大量的一定壓力的空氣作用在計(jì)量系統(tǒng)的出口，影響計(jì)量設(shè)備的穩(wěn)定。為此，通常在工藝線計(jì)量系統(tǒng)的進(jìn)出口，設(shè)置有排風(fēng)管。通過泄壓，使計(jì)量系統(tǒng)的上下料口處于基本平衡的風(fēng)壓條件下，從而保持了計(jì)量系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。相當(dāng)數(shù)量的系統(tǒng)因鎖風(fēng)狀態(tài)并不十分完好，需要排除的風(fēng)量很大，又往往因?yàn)槌龎m器工作狀態(tài)的變化(正常的收塵狀態(tài)和反吹風(fēng)的狀態(tài)等)造成計(jì)量系統(tǒng)的波動(dòng)。即使鎖風(fēng)設(shè)備的功能良好，有效地隔離了漏風(fēng)的影響，但因鎖風(fēng)設(shè)備傳動(dòng)軸密封作用失效可能性較大，或因風(fēng)的泄漏帶來煤粉對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染，或因攜帶煤粉的風(fēng)泄漏進(jìn)鎖風(fēng)設(shè)備的軸承腔，而導(dǎo)致軸承早期損壞。鎖風(fēng)裝置密封狀況的惡化，往往破壞了計(jì)量系統(tǒng)的正常工作狀況。因此必須對(duì)煤粉計(jì)量和輸送系統(tǒng)在設(shè)備和工藝上考慮更為完善的方案。
2 平行平板中氣體的間隙流動(dòng)
平板間氣體的間隙流動(dòng)是研究設(shè)備密封中的漏風(fēng)現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)?？梢越栌眠@一理論，分析鎖風(fēng)系統(tǒng)的漏風(fēng)問題。如果不考慮平板速度對(duì)于漏風(fēng)的影響，根據(jù)伯努利方程，兩塊相隔很近的平行布置的平板間的漏風(fēng)量Q與平板間的縫隙寬度b的一次冪、與縫隙高度h的三次冪、與空氣壓力p的二次冪成正比，而與縫隙長(zhǎng)度l的一次冪成反比，即，Q∝bh3p2/l。如何在工藝設(shè)計(jì)中，優(yōu)化這幾個(gè)參數(shù)，對(duì)于鎖風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)備選擇和設(shè)計(jì)有著重要意義。這一表達(dá)式在具體應(yīng)用時(shí)，對(duì)于葉輪給料機(jī)和螺旋輸送機(jī)等，由于形式、規(guī)格和參數(shù)上的差異，表達(dá)式的部分形式和參數(shù)系數(shù)會(huì)產(chǎn)生變化。對(duì)于剛性葉輪給料機(jī)而言，如縫隙的長(zhǎng)度l可以表現(xiàn)為給料機(jī)各個(gè)葉片厚度的累計(jì)，縫隙的寬度b表現(xiàn)為給料機(jī)的寬度，縫隙的厚度h表現(xiàn)為剛性葉輪給料機(jī)的葉片與殼體之間的間隙。但無論是何種設(shè)備，漏風(fēng)量與風(fēng)壓差之間、與設(shè)備形式和參數(shù)之間基本的函數(shù)關(guān)系已確定，這些是我們?cè)O(shè)計(jì)或選擇鎖風(fēng)設(shè)備、確定鎖風(fēng)設(shè)備參數(shù)的主要原則，也是我們確定鎖風(fēng)工藝系統(tǒng)的基本原則。在設(shè)計(jì)和加工時(shí)，對(duì)于以上參數(shù)，應(yīng)在價(jià)格和加工可以接受的條件下，盡量予以優(yōu)化。
3 幾種機(jī)械鎖風(fēng)設(shè)備
煤粉計(jì)量系統(tǒng)采用鎖風(fēng)的設(shè)備通常有剛性(彈性)葉輪給料機(jī)、螺旋泵和溢流螺旋輸送機(jī)。
3.1 葉輪給料機(jī)
葉輪給料機(jī)是連續(xù)給料裝置中最簡(jiǎn)單的設(shè)備。有的剛性葉輪給料機(jī)，在設(shè)計(jì)和制造加工時(shí)，軸承的游隙、殼體與葉片之間的間隙超出0.5～1mm，往往造成不可容忍的空氣泄漏，導(dǎo)致計(jì)量系統(tǒng)正常狀態(tài)的破壞。為了加強(qiáng)密封而采用剛性葉輪給料機(jī)，但除非采用特殊的密封材料(可以隨著磨損而得到補(bǔ)償)，否則隨著葉片和殼體的磨損，葉片與殼體之間的間隙將日漸變大，最終導(dǎo)致空氣的大量泄漏，造成計(jì)量系統(tǒng)狀態(tài)的惡化。80年代初期進(jìn)口的水泥成套設(shè)備配置的剛性葉輪給料機(jī)，在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總是放置1臺(tái)備用，任何一次短暫的停窯，就會(huì)以搶修的速度更換剛性葉輪給料機(jī)。然后就是維修、減小間隙，再將備用設(shè)備運(yùn)至生產(chǎn)設(shè)備旁邊，準(zhǔn)備第二次搶修。因此只有在鎖風(fēng)裝置進(jìn)出料口的壓差比較小的條件下，也就是鎖風(fēng)裝置的出料口的壓力不超過500Pa時(shí)，才能考慮葉輪給料機(jī)的使用。在葉輪給料機(jī)的應(yīng)用上，要保證在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，有較小的葉片與殼體的間隙，要適當(dāng)增加葉片數(shù)量和采用端面封閉的葉輪，以及在不影響煤粉的進(jìn)入和卸出時(shí)，加大葉片端部的寬度。對(duì)于采用密封材料的葉輪給料機(jī)，應(yīng)采用調(diào)整裝置，使密封材料磨損后，得以及時(shí)的補(bǔ)償。
3.2 螺旋泵
螺旋泵和引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的富勒泵均屬于依靠在出料口處增加阻尼，減緩粉體物料的流速，從而在輸送機(jī)的葉片中形成一段料封的方式，實(shí)現(xiàn)螺旋泵進(jìn)出料口空氣的隔離。從原理上講，螺旋泵應(yīng)該有很強(qiáng)的鎖風(fēng)能力，但在煤粉計(jì)量系統(tǒng)實(shí)際使用中并不理想，常常存在以下問題:1)由于螺旋泵出口閥板的密封狀況并不理想，而且隨著閥板和閥板座的磨損，密封狀況進(jìn)一步惡化，對(duì)于煤粉這種流動(dòng)性極好的物料，在料封沒有形成之前，已經(jīng)形成氣流的“短路”，而且“短路”一旦形成，料封也就很難再形成了。2)工藝設(shè)計(jì)選型不當(dāng)，螺旋泵的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于計(jì)量系統(tǒng)的流量使料封難于形成。由于以上原因，在出料口處風(fēng)壓過大的條件下，在螺旋泵內(nèi)很難形成有效的料封，使鎖風(fēng)失敗。在煤粉計(jì)量系統(tǒng)中，采用這種設(shè)備有成功的，但也有一定數(shù)量的設(shè)備因沒有形成有效的鎖風(fēng)，使煤粉計(jì)量系統(tǒng)在較高風(fēng)壓的影響下，出現(xiàn)了振蕩，甚至因風(fēng)壓過大，造成煤粉倉供煤的中斷。
3.3 溢流螺旋輸送機(jī)
溢流螺旋輸送機(jī)是粉狀物料氣力輸送系統(tǒng)中的鎖風(fēng)、輸送專用設(shè)備。由于在溢流螺旋輸送機(jī)中粉狀物料是從端部上翻后卸出的，物料的輸出，總是要依靠后續(xù)物料的擠壓和推動(dòng)而完成。為此料柱的形成是在煤粉進(jìn)入管道，而導(dǎo)致管道和鎖風(fēng)設(shè)備出口壓力上升之前。因此輸送機(jī)內(nèi)總是保持著一個(gè)穩(wěn)定的料柱，形成有效的料封。這一料封的穩(wěn)定性不因設(shè)備的輸送能力和實(shí)際流量是否匹配而改變，也不會(huì)因螺旋葉片的磨損而降低，因而鎖風(fēng)的可靠性比較高。早期設(shè)計(jì)中為了提高其鎖風(fēng)的可靠性，在上方出料口上設(shè)置了閥板，但從多年使用的情況看，可做簡(jiǎn)化削減。這種溢流螺旋輸送機(jī)，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于增濕塔下部、氣力提升泵和回轉(zhuǎn)窯煤粉計(jì)量系統(tǒng)的鎖風(fēng)。但在早期的設(shè)備中，對(duì)于軸端的密封設(shè)計(jì)不夠完善，導(dǎo)致了粉體的溢出和軸端軸承的污染。在以后的設(shè)計(jì)中，這種溢流螺旋輸送機(jī)的出料端的軸承密封將作進(jìn)一步的改進(jìn)，會(huì)使鎖風(fēng)和設(shè)備的可靠性進(jìn)一步提高。
3.4 噴射泵的研制和應(yīng)用
中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院從文丘里管的原理入手，經(jīng)過試驗(yàn)和測(cè)試，優(yōu)選參數(shù)，研制出系列噴射泵和與之相關(guān)的設(shè)計(jì)軟件。采用噴射泵由于設(shè)置噴口加大了送煤系統(tǒng)阻力，根據(jù)輸送管道的阻力和風(fēng)機(jī)壓力的情況，縮口阻力損失通?？稍O(shè)計(jì)為10～15kPa，但它的應(yīng)用大大降低了鎖風(fēng)設(shè)備出料口的壓力，從而降低了設(shè)備對(duì)鎖風(fēng)能力的要求，從另一個(gè)角度反應(yīng)了入窯煤粉計(jì)量的成功。噴射泵縮口的斷面應(yīng)保證其風(fēng)速為3～6倍的管道輸送風(fēng)速，其軸向應(yīng)能進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)，以使鎖風(fēng)裝置出料口的負(fù)壓值可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)選。