科氏力秤煤粉计量系统在水泥生产线的应用

科里奥利秤（简称科氏力秤）煤粉计量系统的研制与应用，打破了我国新型干法水泥生产线煤粉计量与控制长期被国外产品垄断的局面，对水泥生产计量与控制装备的国产化起到了积极的引导作用。笔者就该系统基本工作原理及其应用与维护做简单介绍。

    1 科氏力秤原理

    科氏力秤是以物体在均匀转动参照系中作相对运动为条件、应用科里奥利（Coriolis）力学原理来计量粉体物料的质量流量。

    科氏力秤流量计内设置1个测量盘，其径向均匀布置一定数量的测量叶片，测量盘在电动机主轴的驱动下作匀速旋转（图1）。

图1 科氏力秤煤粉计量结构原理

    物料落到测量盘中心，经过分料锥改变流向后，被叶片捕获，在离心力的作用下沿径向向外缘运动。物料在运动过程中，其径向摩擦力Fr、反向离心力Fx不对驱动轴产生反作用力矩，而沿切线方向的科里奥利力Fc则会对测量盘叶片产生力矩M，通过测量该力矩，即可获得物料的质量流量，其计算公式为：

    式中：

    M———测量盘受到的力矩；

    Q——物料流量；

    ω——角速度；

    R——测量盘半径。

    2 系统构成

    煤粉计量系统由WD稳流给料机、KL（M）科氏力秤流量计、NL气力螺旋输送泵及控制装置组成，其系统构成见图2。

图2 科氏力秤煤粉计量系统构成

    其中，WD水平回转式稳流给料机由减压仓、均压仓和转子腔组成。减压仓内设有减压装置，以消除煤粉仓仓压影响，为均压仓均压提供条件。均压仓内设有搅拌器，使物料充分活化，避免物料起拱、黏壁，消除物料死区。转子腔内设有水平回转分格轮，每转一周输送相同容积的物料，根据给料量由PLC自动调节转子速度，在稳定料流的同时，实现对流量计的定量给料。

    KL（M）科氏力秤流量计主要由驱动电动机、力矩传感器和测量盘组成，经过计量的物料进入气力螺旋输送泵后，被送入输煤管道中；该泵同时具有锁风作用。

    控制装置负责整个系统的信号采集、状态判断、误差校正、运行处理、数据显示、系统调节和系统通讯等。其控制原理框图见图3。

    我公司2500t/d生产线中，采用的KXT（M）-Ⅱ型科氏力秤煤粉计量系统，主要由WD-Ⅱ给料机、KL（M）-Ⅱ流量计和NL20V螺旋气力输送泵组成。计量范围为1~10t/h，输送能力可达25m³/h。

    3 控制系统主要参数代码描述

    科氏力秤煤粉计量系统控制单元人机对话触摸屏操作，界面友好、人性化。了解熟悉各窗口提供的参数代码含义，对该秤的应用和维护有着重要的指导意义。由于设备生产厂家没有在相关资料中提供参数代码表，因此必须通过咨询和沟通去了解和熟知它们。设定窗口、监视窗口和参数窗口主要参数代码描述见表1。

    4 应用中出现的问题及处理措施

    4.1 工作时装置呈正压状态，停止时呈负压状态科氏力秤调试期间，瞬时流量波动较大，并发现装置呈正压状态，煤粉从各缝隙喷出，而停止给料时，装置又呈负压状态。检查各阀门位置均正常，管道没有堵塞，且收尘风机也在运转。由于该收尘管道同时与2个煤粉仓相连接，怀疑是风量分配的问题。将煤粉仓的2个收尘管道阀门*关闭，再启动煤粉秤，还是呈正压状态。后检查除尘器，发现安装问题造成风机反转，处理后科氏力秤运行正常，并可通过收尘管道上的阀门调节其压力。

    分析此故障没有在*时间查出的原因，主要有两点：一是该布袋除尘器结构简单、技术含量低，又是由厂方人员调试的，发生故障时大家均主观认为除尘器系统没有问题；二是感觉上的偏差影响了判断，即科氏力秤停止工作时，用手在观察孔感到的负压，实际是收尘风管的“拔风”作用。

    4.2 煤粉实际流量与显示值严重不符

    2003年11月，尾煤秤瞬时流量突然出现大幅度波动，范围在4.6～6.3t/h间，送煤压力11～20kPa，已无法维持正常生产。在此期间，由于分解炉的温度一直偏低，操作人员就将流量设定值逐步升高，直至上限为止，尽管瞬时流量显示值也跟着升高，分解炉温度仍然偏低。维护人员打开秤体观察门，简单检查转子腔后判断可能是传感器出了问题，并测量记录了有关参数（见表2）。

    从表2可以看出，采样周期T值正常，信号变送器输入与输出数据及与力矩检测值（M0＋M，zui大值4095）相吻合，可以基本判断变送器和PLC系统工作正常。M0＋M已达到zui大值，M0为2500是因为维护人员在M值始终偏高的情况下，试图通过切除不正常的初始值来保证检测值的真实性，但这样的设定也导致了Wh1不能正确反映此时的报警状态信息。从V1-V2的阻值看，该传感器的内部线圈是完好的（厂家提供的V1－V2阻值数据为120～150Ω）。综合分析故障，可能存在的原因主要有两点：

    ①传感器“应力”机构发生偏差；②计量秤转子“堵转”。

    彻查计量秤转子是否有“堵转”现象，必须拆掉进料管和打开转子腔，这需要一定的时间。利用这段时间，将该传感器小心拆下，在不连接计量转子情况下，手动转动传感器转轴，测量输出数据基本正常，与流量计电动机连接，采用系统设定速度（23Hz）运行，测量传感器输出数据也正常，由此可以判断，该传感器*，确是“堵转”造成的影响。

    拆开进料管道，发现一个用于固定“U”形螺旋输送机盖板的铁夹子卡在秤体进料口和转子分料锥之间，而此部位正好是观察孔的盲区，通过观察孔也无法手摸到此处。因分料锥设计的合理性，该铁夹子无法卡实转子，从而使传感器没有受到损害。

    取出铁夹子，将进料管道、传感器等全部安装就位，启动流量计电动机，监测M0，逐步下降至450，切除该值后（除零点）开机，煤粉秤系统恢复正常工作。

    4.3 瞬时流量有指示，但实际无煤粉送出

    在一次点火升温时，设定窑头煤粉流量0.8t/h，瞬时流量显示也达到了设定值，但从窑头监控视频上看不到有煤粉喷出，送煤压力也明显偏低。经现场检查，给料机确实没有运转。调出设定窗口查看参数，发现M值检测数据为260，与瞬时流量0.8t/h显示值相符，但M0却为0。原来是电气维护人员利用停窑时间检查煤粉秤的初始力矩M值，忘记了恢复M0数据，导致始终有一个假的瞬时流量显示值。通知中控室停止给料（设定值为0），将M值改为10（调整M0为250，相当于“去皮”，而预留10是保证M值不为负值），重新设定瞬时流量0.8t/h，给料机开始给料，燃烧器喷出煤粉，送煤压力正常。

    4.4 瞬时流量波动异常，送煤压力不稳定

    2004年4月，在一次对分解炉煤粉计量秤电动机例行维护保养后，瞬时流量波动异常，送煤压力不稳定，现场给料变频器的速度变化频繁。由于恰好在该段时间窑头2台一次风机刚进行了变频调速改造，维护人员首先怀疑是变频器干扰所致，遂对传感器等有关重要电缆线路进行重新布置，在原桥架布置的基础上加穿钢管，以确保屏蔽可靠，但采取措施后仍没有效果。经设备生产厂家的提醒，并仔细查阅资料，分析认为是流量计电动机保养后将极性接反，导致力矩传感器反转，从而产生计量的波动和送煤压力的不稳定。调整方向后计量秤工作正常。

    该力矩传感器为科氏力秤特殊研制，与其它转矩、力矩传感器有所区别。工业试验及现场实际应用表明，在某一固定旋转方向下，传感器的性能达到*，并由制造厂通过反复标定试验，在传感器上标明。

    4.5 系统频繁跳停

    系统在正常运行过程中突然跳停，因运行电流稳定无异常，现场简单检查后操作人员启动系统，系统工作正常。但不久后，系统再次跳停。经观察发现，是由于螺旋泵电动机的运行信号突然消失而引起的系统跳停。

    分析系统控制装置原理图，其它开关信号均直接来源于小型密封继电器的动合触头或通过其放大、转换，并送给装置控制单元和DCS系统，只有螺旋泵的运行信号取自控制该电动机的交流接触器辅助触头，由于该接触器不密封，经长时间的粉尘污染，触头接触不良，引起系统频繁跳停。于是，在该接触器的线圈上并联一只小型密封继电器，取其一组常开触头作为螺旋泵的运行信号，解决了此问题。

    5 日常维护

    科氏力秤煤粉计量系统综合了煤粉给料、计量和输送等功能，保障措施包括润滑、气密封、气吹扫和收尘等，做好日常维护保养工作是保障科氏力秤煤粉计量系统长期正常稳定运行的重要措施和手段。

    1）每次停窑时，均要检查清除流量计测量盘和测量叶片上杂物和积垢（清理时应使传感器免受外力的冲击），清除传感器室积聚的煤粉，检查传感器上下联接法兰的松紧及轴承的润滑情况。注意观察测量盘和测量叶片上杂物清除前后M值的变化情况，并做好记录；

    2）停窑检修时，检查保养流量计电动机； 

    3）定期检查螺旋气力输送泵出口挡料板动作是否灵活，有无脱落现象；

    4）每班检查收尘风管是否畅通，及时清理风管弯处的积灰，保证系统处于负压工作状态；

    5）定期敲击输煤管道，特别是拐弯处，防止管道及管道弯处积灰，引起送煤压力波动；

    6）经常检查各气动元件和压力表是否完好，及时清除过滤器积液；检查流量计内部传动轴密封气压是否在0.05～0.075MPa之间，其它气路压力是否在0.1～0.17MPa之间，以确保密封和清灰效果。有条件的，可在系统气压单元总进气管前加装一台0.5m³/min油水分离器，以减轻各气路过滤器的工作负担，保证供气质量；

    7）按照随机资料的要求，对各润滑点及时补充润滑油，按时更换减速器及螺旋泵轴承座润滑机油；

    8）定期喷吹清理系统控制装置灰尘，特别是变频器内部的灰尘，应保证装置通风散热良好。