水泥库12大问题解决方案

作者:陈立明 时间:2021-01-13 11:52:32

导言

  水泥库是水泥工业应用最多的粉体大库,随着水泥生产规模日益发展壮大,水泥库数量不断增多,水泥建造的、钢板建造的、带减压锥的、不带减压锥的、多点出料的等等形式多样,而且直径越来越大,库容量也不断增大,在日常生产运行中出现的问题越来越多。在我们推广水泥库粉流掣技术改造及运用的过程中,发现人们对水泥库存储卸放技术认识存在一些偏差,特此提出一系列常见问题与大家探讨分析。

1、为什么水泥库大量采取气动减压锥设计运行方式?

  答:中国现代水泥工业技术都是从国外引进的,本身对大库粉体动力学就缺乏深入细致的系统性研究,已知的粉体工程学理论均缺乏大库存储的静、动态动力学研究,只有模糊含混的一些概念堆积,但既不能解释问题,也不能指导问题的解决,而设计院或相关高校也没有开展专门的深入研究。结果只能根据气动促进粉体流动性的简单直接工程实践。无论是设计院、水泥企业还是筒仓设计单位都在有限经验条件下摸索前进,不断尝试。尽管都做了一些改进但结果都不理想未能完全解决问题。

  实际应用中,人们发现普遍存在偏库、死料、抽芯、漏斗流问题,而且库越大问题越多,但从没有认真审视其背后的真正动力学原因,特别是系统性忽视了最最关键的多种粉体力学拱作用,结果只能简单把问题原因归结到气槽安装加工质量和运行维护管理上。

2、为什么水泥库经常需要周期性清库作业?

  答:正是因为采取了错误的库底气动卸放工艺设计,等压气源的库底气化槽阵总是自然形成走软不走硬的局部中心汇聚作用,使水泥库的运行只能形成非均衡单个或多个漏斗流卸放,环库底边壁的硬料往往从慢流变不流,最后形成大量死料堆积。而库底气槽的滤布在持续长期运行后自然也会存在磨损及水化阻塞。另外,水泥库为平衡生产与销售的需要经常不定时间长的存储停顿,所以总有大量水泥静态沉积促成库内水泥含气的上逸析出,使环库壁硬化度逐步扩张发展,也会促成死料生长。如果死料长期积累增长,轻则大幅挤占库容,重则全面阻塞料路,吹气也不出料,最后不得不全面清库。

  究其根本原因,在于水泥的库底气动卸放模式,注定不可能实现整体流均衡下卸;而水泥生产必须的调度存储停顿不能保证持续动态运行,停用时的静态沉积又会造成底壁水泥硬化加剧,最终由偏流到长期持续积累形成死料最后全面死料阻塞,无论如何管理运行,周期长点短点迟早都会出现。

3、为什么水泥库都采取简单开环控制方式?

  答:由于水泥库仅仅用于存储卸放,人们对卸放出料似乎不需要进行精确的定量控制,所以大大简化了出库的控制设计。往往只会采用调节闸阀开度的简单操控模式,压根就没考虑到对出库流量的实时计量监测反馈控制,中控室的画面上仅仅提供启停状态的显示,实际卸放流量仅能依靠后续提升机电流量大致判断。

  这种粗放简单的开环控制方式能节省一定的设备投资,却换来巨大的生产隐患。因为库内粉体流动性在不同库位工况下波动极大,导致固定开度或转速下的出料量具有很大的随机变化性,欠料、断料、冲料等等异常情况在所难免,现场环境即使有人看着调节也非常困难,只能牺牲斜槽、提升机等中间输送设备的效率,最终严重影响到水泥库的高效稳定运行。

4、为什么很多技术人员认为水泥库顶进料是飘落散布进行的?

  答:在水泥库进行粉流掣改造安装过程中,我们发现很多水泥客户的技术管理人员,对水泥库顶入料冲击性存在非常相似的错误认知,他们都误认为水泥会天女散花般飘落到库底部。从而严重忽略了高落差进料对库底的巨大动能冲击破坏作用。

之所以产生许多错误认知,是因为大家认为水泥粉体非常细软易飘,同时库内封闭很难直接观察验证。但只要认真根据牛顿动力学原理推导,大落差自由落体入料,在库内根本不会自动散开,而是会形成重力加速快速落下。以下是根据自由落体公式推算的不同高度落差料速:

   10米落差时 v=14米/秒,相当于50公里/小时;

   20米落差时 v=19.8米/秒,相当于71公里/小时;

   30米落差时 v=24米/秒,相当于87公里/小时;

   40米落差时 v=28米/秒,相当于100公里/小时;

  一般水泥库空高都在30米以上,当库底设备露出时,将遭受入料流量的持续高速射流随机冲击,特别在安装太极锥的水泥库中,如果入料口不加装变向打散器,低库进料时的直接高动能冲击将引发支撑机械共振,并对锥顶产生严重冲击摩擦损坏。有些水泥库发生减压锥冲损破洞其实也是同样原因。

5、为什么很多人认为水泥库是等密度均匀分布?

  答:正是因为缺乏明确的大库粉体动力学研究,封闭的库内环境又很难进行观察验证,人们往往会主观认为粉体在大库内是均匀密度分布,甚至按流体动力学方法来错误推算库内压力。事实上,粉体具有独特的动力学特征,仅仅凭一般性观察很难发现其内在规律,昆明艾克工业自动化公司通过大量针对性实验发现,由于不可压缩性和不透气性,流动的粉体受压会形成暂态的分层弱重力拱将料压向库壁传递支撑,并在库壁形成垂直叠加,所以库内压力与密度呈不均匀分布,库底壁受压最大,导致其含气量被挤压上逸出去,呈环杯状硬度分布,如图1所示;水泥库打入料位越高沉积时间越长其密度变化越大,含气量高的料软密度低,含气量低的料硬密度高。总体看中间软四周硬。


  这样的粉体自然硬软密度分布规律对气动卸料是根本性的灾难,因为等压空气吹入库底硬料区,最后必然自动汇聚到中部软料区,造成中上部位软料优先形成中心漏斗流,边壁硬料区运动将日益变慢停滞。一般设计减压锥或依堡库估计就是为了避开中心漏斗流,而不是为了减压,但结果除了变成多个漏斗流,本质上不可能实现整体流。

6、为什么有人担心库内太极锥流动受力压力巨大?

  答:由于水泥库内自然的封闭结构,粉流掣的太极锥安装在库底出口之上。在水泥库库位较高,库容高达5000-10000吨时,有人认为巨大的料压会作用于太极锥上,如果太极锥抗击强度不足,会造成关键结构的损坏倒伏,最终失去整体流破拱作用。

实际上太极锥设计为高强度环形钢制多级栅格透空式竖笼结构,外部具有极强的抗挤压力,而且粉体被设计成垂直分级多点环周平衡破拱进入模式,每个进料方向的分散流入量也较小,即使满库条件下锥内锥外压差很小,导致钢栅实际受力非常小,根本不存在巨大压力作用。成千上万吨的料压绝大部分实际由粉体重力拱自然均匀分布平衡传递到库底壁,只有极少料重能传递到太极锥上。实际应用中,我们通过在太极锥顶部空腔加设空心钢管引出库外,真实测试到卸料运行时锥顶位置的气压大都只在较低的约10千帕的正负压间波动,说明库内锥顶周围料压也只在1个大气压附近,远非想象如液态料那样的几十个大气压情况,彻底证明了库内太极锥外存在周期性弱重力拱与收缩拱的间断型压力拱架隔阻与垮塌交替动力学作用。由于太极锥运行时,是环锥多级自动适应均衡入料,能从根本上产生环库壁自然整体流运动,不会发生偏流挂壁现象,也不会发生相应的大型偏库拱垮冲击破坏。而且卸放运行时水泥粉体在金属接触面会形成分层滑膜绕流运动,对钢结构不会产生直接摩擦作用,也就不存在对应磨损情况,有用户使用半年后放空检查,发现太极锥外环油漆依然可见,足以证明一切。


事实上,有用户为测试卸空情况,放空库料露出太极锥顶时再进料,这时的高落差大动能随机冲击,对太极锥及其支撑有严重破坏作用,所以粉流掣要求库顶入料口必须安装入料打散装置,避免低空库露锥时直接冲击太极锥组件。


7、水泥库如何防止出料结块现象?

  答:库内水泥结块存在多种原因,一是粉磨时随混合材和石膏中带入的结晶水高温冷凝释放;二是长时间存储冷却过程自然水气凝结;三是库外雨水渗漏造成水泥自吸水化反应;四是气动卸料时外部吹入大量低温含水分空气遇热蒸发渗透。

  所以建议出窑熟料不直接高温入磨,尽量采用冷却熟料以降低水泥出磨温度。严格控制源头混合材与石膏的绝对水分含量,全面杜绝雨水渗漏,采用先进的粉流掣无气动自然卸放技术。

  采用粉流掣技术的水泥库,可彻底避免外加空气水分的进入,同时出料时其环库壁产生的整体流卸料运动可大大加速库内边壁积块的持续动态自动排出,可最大幅度延缓改善水泥结块的积累生长。另外,库内钢制太极锥的栅格结构尺寸设计,能有效自动剪切破解各类大型低强度水泥结块,而不会造成阻塞断料,非常有利于用户以集中力量从源头控制消除结块现象。

8、如何理解粉流掣水泥库中的自然放空尾料?

  答:粉流掣技术是完全基于利用粉体料重作为原动力的自然整体流卸放运行原理,在常见的径高比2.0左右的大库中,当水泥放空到太极锥顶部露出后,基本上就达到自然卸空的极限,所剩尾料会形成自然堆积中心漏斗状,尾料高度取决于库内水泥的综合流动性。如果是热库运行,其流动性自然高而堆积角低,如果是长期沉积静态冷库卸放,则其流动性自然低而堆积角高;无论高低,所有尾料都将在新进料后被自动推挤出库,而非像气动卸放时变成永久不动的死料。冷库高尾料只需设法再新进几十吨料,利用高落差动能冲击效应就能大大改善库内流动性,从而降低尾料。

  粉流掣实际正常运行中应尽量采取8米以上中高库位运行,才能形成水平料面的均匀整体流卸放,此工作点范围的水泥出料具有混合均化度高,流量稳定的最佳效果。

 

9、水泥库如何引进粉流掣技术?

  答:粉流掣技术是完全基于全新的粉体动力学整体流理论组织而来的,整个工艺设计非常简单,只要求大型水泥库底部呈低锥度近似平底,中部出料口上直接安装太极锥即可,所以带减压锥的老水泥库改造必须完全拆除原减压锥,保证太极锥的粉体自然动力学工作环境。事实证明拆除原减压锥后对水泥库的力学强度没有任何影响,每年销售淡季安排了清库计划的水泥库最宜进行粉流掣改造。

  新建水泥库,无论是钢板库,还是混凝土库,就非常简单按平底库设计建造即可,一般建议直径空高比在2.0以上,可以单路或多路出料设计,不再需要劳力费事地设计建造减压锥,库体设计强度与原设计不需增加任何东西,因此新建库的工期与成本均可大幅降低。

  

10、如何早日奠定水泥库的无人智能化基础?

  答:为了高效运行,如今水泥行业开始追求全厂智能化无人化,但大量水泥库的现实技术状况却明显严重脱节,仍然大量采用气动开环卸放控制方式进行生产,不但存在偏库死料的持续困扰,对欠料、断料、冲料等异常工况缺乏最基本的闭环实时反馈监测,实际上不但无法脱离大量人工的干预和操作,连基本的自动化调节运行效果都达不到。

  只有对水泥库实施全面的自动化技术升级改造,才能与两磨一窑的水泥工艺实现全面无缝连接,进而真正奠定无人化智能化基础。

  而粉流掣水泥库技术正是应运而生的水泥库技术升级的不二选择。

   

11、如何判断识别水泥库技术改造的价值?

  答:问题所在,往往就是价值所在。水泥库技术改造的价值就是要实现各种固有顽疾与缺陷的解决。每年淡季很多企业习惯于周期性清库,却未进一步思考,是选择不断地发生周期性偏库死料后处理问题,还是选择根本性改进水泥库卸放控制工艺技术,彻底根治偏库死料问题。如果采取全新的粉流掣技术改造水泥库,由于可实现无动力整体流卸放,通过消除偏库死料的发生能大幅释放水泥库有效库容,同时可定量控制出料量实现多库搭配和实现稳定工艺匹配,一次到位实现安全科学节能无人化,达到水泥库运转最优的先进地步。

  水泥库带病运行已经是行业的普遍情况,很多水泥厂都是2-3年一清,水泥库问题成水泥厂一大雷区,能否高瞻远瞩利用清库修复时机逐步展开根治性技术改造,往往考验企业领导人的价值战略决策水平与胆识。

  在粉流掣推广使用的过程中很多人在问改了以后三年会怎么样?五年会怎么样?十年又会怎么样?往往选择性的忘记了自己2-3年一清的事实,忘记了多延长一年清库就多赚到一年这样简单的道理。何况粉流掣技术采用无气无动力卸料停用罗茨风机(常见为37KW),减少粉尘,延长收尘器使用年限,减少人员,提高输送设备、提升机等设备的使用效率,降低了每发运一吨水泥所需的成本。

  每个水泥企业都拥有多个水泥库,用于生产与销售之间进行动态缓冲存储平衡和调度,如果每个库的库容没有足够的调节空间,运行效率又低下,不但本身增加了运行成本,如死料,卡堵、电耗、粉尘、清库等等内耗,也会严重制约水泥产能的潜力发挥,销售旺季时错失出货量市场收益机会,变相大幅提升生产成本。反之,则可大大降低运行成本。

  所以,尽量提升每个水泥库的技术含量,才能宏观大幅提升水泥企业赢利能力。

12、为什么说水泥库粉流掣是软件系统装备?

  答:水泥生产大都是机械化成套连续工艺生产,所以水泥技术人员对各种运行机械技术非常熟悉,但也往往容易形成硬件性技术思维,把技术装备的技术焦点集中到流量质量的匹配上,有时易忽略生产技术条件波动变化造成的软件柔性适应,形象可比喻为关注炮火口径与数量,而忽视射击精度稳定保持。

  粉流掣的前端虽然呈现给人们以机械系统的表象,实际上却是大系统机电信息技术的复合体。库内的太极锥装置,实际是为粉体大库自然整体流量身定制的自动运行程序代码,与库外卸料器、冲量计等装置有机联系构成了硬软结合的工艺过程闭环控制系统,包括配套的气动开关闸阀和气动排堵电磁阀等,都通过后端专门配套的电控计算机系统统一形成了本质上的工况自适应软件系统。每个硬件环节实际都是粉流掣软件系统的数据形成与运算处理环节,所以才能与水泥库工况充分融合准确自动计算调节控制,最终达到高效稳定的目的。那些东拼西凑的机械山寨组合思路根本就达不到粉流掣的综合效果的高度。

  如果说原有水泥库技术是传统硬性直射惯性武器系统,粉流掣技术则是水泥库的现代精确曲射导弹武器系统。与机械思维的粗笨重大火力覆盖相比,软件思维讲究的是精巧短小一发命中。水泥生产本质上也投入产出比的战争,先进的技术装备肯定以更优异的战损比而获得胜算。


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