一、水泥庫(kù)為何成為焦點(diǎn)
隨著環(huán)保錯(cuò)峰停產(chǎn)的持續(xù)調(diào)控，水泥生產(chǎn)連續(xù)性難以維系，水泥銷(xiāo)售價(jià)格上漲，影響水泥庫(kù)運(yùn)轉(zhuǎn)效率的大量問(wèn)題開(kāi)始引發(fā)企業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注。究其根源，在于水泥庫(kù)具有以下特點(diǎn)：
1.均采用大功率羅茨風(fēng)機(jī)吹氣卸放，偏庫(kù)、死料現(xiàn)象嚴(yán)重，需要周期性進(jìn)行清庫(kù)作業(yè)。
2.受制于市場(chǎng)需求，經(jīng)常滿庫(kù)停頓沉積。
3.簡(jiǎn)陋的開(kāi)環(huán)氣動(dòng)閘閥控制，斷料，沖料波動(dòng)頻繁。
行業(yè)內(nèi)外均習(xí)以為常的這些問(wèn)題開(kāi)始嚴(yán)重制約企業(yè)經(jīng)營(yíng)發(fā)展。以清庫(kù)為例：6個(gè)庫(kù)3年一清，一次清2個(gè)庫(kù)，一個(gè)庫(kù)清2月，每年近半年的時(shí)間都在進(jìn)行極其危險(xiǎn)的清庫(kù)工作，僅清庫(kù)一項(xiàng)就占用管理層及安全員過(guò)多的精力。但多年來(lái)，一直找不到有效的解決辦法，我們發(fā)現(xiàn)全部問(wèn)題的核心在于沒(méi)有真正抓住：粉體的收縮拱。
二、收縮拱
大量實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，粉體卸放運(yùn)動(dòng)中存在收縮拱阻力，并且由4大因素構(gòu)成：
F拱=k*V*H*SKG
其中，k為粉體特征拱架系數(shù)，主要由料出口的空間布局結(jié)構(gòu)決定。
V為粉體粘黏度值（Viscosity），主要由水分含量和水泥的膠黏性決定，正常粉體一般為1-1.5，較差的為2-3，最差的為4-5，吹入空氣后會(huì)明顯降低該值。
H為硬度值(Hardness)，一般由含氣量決定，高庫(kù)位沉積會(huì)造成含氣量快速析出變硬，飽和軟料硬度約為0.1，高軟料硬度約為0.5，中軟料硬度約為1，中硬料約為3，高硬料約為6，飽和硬料接近10。
SKG為粉體收縮度(Shrinkage)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論采取下出口還是側(cè)出口，大庫(kù)粉體流動(dòng)的收縮度均可分解為平面收縮度與正交面收縮度疊加復(fù)合而成。
圖1.粉體運(yùn)動(dòng)收縮度定義
大庫(kù)出料的平面向心收縮度是必然的，可以隱含定義為1，而其正交收縮度才是影響最大的因素，存在10倍的杠桿擠壓效應(yīng)。
SKG=平面收縮度+正交收縮度=1+10Tan（β）
其中β為等效正交收縮角，顯然β越大SKG越大，這才是大庫(kù)粉體流動(dòng)的基因性元兇。
三、傳統(tǒng)減壓錐水泥庫(kù)料流分析
傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)技術(shù)是采用大功率羅茨風(fēng)機(jī)將空氣強(qiáng)制吹入大庫(kù)底部，造成V與H大幅下降而降低收縮拱阻出料，反而使人們嚴(yán)重忽略了結(jié)構(gòu)k與收縮度SKG的影響，是典型的頭疼醫(yī)頭的方法。一旦空氣斜槽上方架空或斜槽堵塞破損，就會(huì)大幅降低出料效率。
正是粉體的收縮拱構(gòu)成復(fù)雜，而氣動(dòng)方式又能表面上快速消除拱阻卸放，就誤導(dǎo)了人們長(zhǎng)期陷入氣動(dòng)助流的巨大陷阱之中。
圖2.傳統(tǒng)帶減壓錐氣動(dòng)卸放的料路情況
根據(jù)收縮度公式，可以明顯看出傳統(tǒng)減壓錐設(shè)計(jì)的水泥庫(kù)，其料路存在明顯的三維立體收縮拱，特別是減壓錐底部的開(kāi)口和中心，通過(guò)向庫(kù)底布設(shè)的大量空氣斜槽吹氣，可以使V和H值大幅下降，比如將V從2降為0.5，H從飽和硬度10降為0.3，則F拱將大幅下降約130倍，造成料F重＞F拱，自然能引發(fā)料流，而一旦停止吹氣，其V值與H值將迅速恢復(fù)原值，F(xiàn)重＜F拱，所以馬上就會(huì)斷料。
以此收縮拱公式分析其它類(lèi)型水泥庫(kù)，均存在無(wú)解的共同基因性技術(shù)缺陷。
圖3.減壓錐氣動(dòng)卸放極易形成死料偏庫(kù)
正是因?yàn)闅鈩?dòng)的作用明顯，就引導(dǎo)人們嚴(yán)重忽視了k要素和SKG要素，長(zhǎng)期以來(lái)，水泥工業(yè)就像吸海洛因一樣，沾上了氣動(dòng)的毒癮而不自知。
氣動(dòng)方式存在如下嚴(yán)重的后遺癥：
1.等壓氣源吹入庫(kù)底，低密度的空氣必然走軟不走硬，結(jié)果自然向中上軟料區(qū)匯聚發(fā)展，而不可能均勻滲透作用于邊壁硬料區(qū)，造成料流速度的自然極化分離，最后必然在中部形成一個(gè)或多個(gè)漏斗流，而邊壁硬料越走越慢，直至停頓變?yōu)樗懒希懒喜粩嘣鲩L(zhǎng)發(fā)展為偏庫(kù)情況。
2.羅茨風(fēng)機(jī)吹入的空氣必然含有水分，與庫(kù)內(nèi)溫度不同粉料混合必然引發(fā)水分蒸發(fā)冷凝作用，部分物料發(fā)生水化，在走走停停之間對(duì)斜槽濾布產(chǎn)生阻塞和腐蝕破壞作用，長(zhǎng)期運(yùn)行必然進(jìn)一步造成斜槽作用的不斷衰減，直至完全失效。
四、粉流掣的整體流設(shè)計(jì)
我們通過(guò)一系列粉體流動(dòng)性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了收縮拱的存在，開(kāi)始嚴(yán)重懷疑氣動(dòng)作用掩蓋的其他深度拱阻因素，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)改變粉體料流的K和SKG降低拱阻力。針對(duì)大庫(kù)必然存在卸放收縮運(yùn)動(dòng)規(guī)律，我們把著眼點(diǎn)放在出料口的技術(shù)改造上，根據(jù)公式：
F拱=K*V*H*SKG
發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)多級(jí)鋼錐籠，垂直架設(shè)在出口之上，因思路受啟發(fā)于易經(jīng)的陰陽(yáng)太極概念，故叫作太極錐。將原來(lái)的單一水平面出口變換擴(kuò)張為多個(gè)垂直面出口，從而實(shí)現(xiàn)多級(jí)分層360度水平向心進(jìn)料匯合，鋼籠的占空比尺寸保證了每個(gè)口的拱架系數(shù)K非常小，然后垂直重力疊加無(wú)阻力自然下行。
圖4.太極錐形成的自然整體流及流量比
有了太極錐，造成庫(kù)料整體自然分層平行無(wú)收縮垂直下行，然后各自在對(duì)應(yīng)層級(jí)受落差重力推動(dòng)轉(zhuǎn)向90度變?yōu)樗较蛐膮R聚運(yùn)動(dòng)，大大降低了每個(gè)入口的3維立體收縮度SKG（實(shí)際僅為1.6左右），比傳統(tǒng)自然立體收縮運(yùn)動(dòng)要減小20倍左右，而太極錐鋼籠的水平與垂直占空比設(shè)計(jì)也確保其每級(jí)拱架系數(shù)K比單一出口方式要減少10倍左右，最終通過(guò)減少K和SKG使太極錐的F拱值大大減少200倍左右。換言之，通過(guò)太極錐的安裝，就能保證F拱大大變小，不用吹氣改變V和H，也可使料F重>F拱，獲得出料運(yùn)動(dòng)。
太極錐的結(jié)構(gòu)與硬軟料的自然分層形成逐級(jí)對(duì)應(yīng)，保證底部硬料最優(yōu)先進(jìn)入，最外層硬料對(duì)應(yīng)最底層入口，中心最軟料被自然對(duì)應(yīng)在最高層入口，運(yùn)行時(shí)只要卸料，太極錐內(nèi)的料重產(chǎn)生下拉真空吸附力F吸（約有1-2噸重），與錐外的料位垂直重力疊加擠推力F重，里應(yīng)外合共同作用，破除其收縮拱而產(chǎn)生持續(xù)進(jìn)料流動(dòng)：
(F重+F吸)>F拱 也可表達(dá)為：(F重+F吸)-F拱>0
入太極錐的料流速度主要由料重F重決定，如此自然形成了外部硬料最快的落差力反饋平衡。實(shí)踐運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，太極錐可自然引發(fā)庫(kù)內(nèi)料面平行整體流下行，實(shí)際出料由各級(jí)料面統(tǒng)一按比例匯聚而出，我們可通過(guò)計(jì)算各環(huán)級(jí)的料面積之比，獲得非常精確的自然匹配等差級(jí)數(shù)比例分布，如下所示：
太極錐整體流分布
太極錐產(chǎn)生的整體流特征非常明顯：最外環(huán)部分硬度最高，垂直料重占比最大達(dá)23.4%，也是最先進(jìn)入太極錐的最大流量23.4%，前4級(jí)的底部最硬料部分合計(jì)高達(dá)75%流量，后4級(jí)的中硬料合計(jì)僅占25%流量，最中心部分的軟料只占1.6%，完全區(qū)別于氣動(dòng)卸放的中心漏斗軟料優(yōu)先方式，形成了典型的外快內(nèi)慢等差流量分布，而外圍硬料大料流自然形成了對(duì)庫(kù)壁及底部的自動(dòng)清理，根本沒(méi)有死料偏庫(kù)發(fā)生的機(jī)會(huì)。
安裝了太極錐后，受料位高度，含氣量及使用情況的影響，料位下降到一定高度后，由于對(duì)應(yīng) F重變小，導(dǎo)致 (F重+F吸)＜F拱，就會(huì)形成邊壁部分料流流動(dòng)變慢，而中部軟料繼續(xù)維持整體流，結(jié)構(gòu)變成部分整體流，兩者高差逐步擴(kuò)大，逐步形成尾料。
圖5. 較低庫(kù)位出現(xiàn)部分整體流（左）圖6. 徹底放空呈現(xiàn)自然堆積尾料（右）
圖7.水泥庫(kù)安裝情況
五、粉流掣對(duì)大庫(kù)硬度擾動(dòng)的閉環(huán)控制
粉流掣在水泥庫(kù)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于水泥庫(kù)壁的冷凝結(jié)露及雨水滲漏加上停頓沉積等等不利因素積累影響，在庫(kù)內(nèi)中高部位有時(shí)會(huì)造成隨機(jī)應(yīng)力分布失衡，產(chǎn)生非均衡積料次生拱，隨整體流移動(dòng)會(huì)引發(fā)其拱垮沖擊，造成局部粉料硬、軟度不等的料流擾動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致料流的硬度分布發(fā)生變化，進(jìn)而影響到太極錐入料收縮拱阻力的變化；當(dāng)大量硬料接近太極錐時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)生錐外拱塞欠料現(xiàn)象，必須通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)比流量與驅(qū)動(dòng)速度的關(guān)系進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)計(jì)算，要及時(shí)自動(dòng)進(jìn)行錐底外加脈沖壓縮空氣積極干預(yù)吹入，通過(guò)短時(shí)強(qiáng)制氣化排除硬料拱架進(jìn)而恢復(fù)均衡的整體流運(yùn)行，最終維持整體流的平穩(wěn)持續(xù)運(yùn)行。
圖8.粉流掣擾動(dòng)自動(dòng)校正運(yùn)行畫(huà)面
而較小的一般性硬軟度波動(dòng)，或者庫(kù)位變化及停頓造成的硬度變化，粉流掣控制系統(tǒng)可以通過(guò)PID驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)完成定量自適應(yīng)控制。
圖9.粉流掣正常穩(wěn)定控制運(yùn)行畫(huà)面
由于構(gòu)成了閉環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)遠(yuǎn)程中控設(shè)定目標(biāo)流量，使水泥庫(kù)實(shí)現(xiàn)多庫(kù)搭配均化的同時(shí)，還能保持與后續(xù)輸送系統(tǒng)（如提升機(jī)）的最佳功率匹配。
六、結(jié)語(yǔ)
粉流掣通過(guò)太極錐對(duì)收縮拱的破解，充分利用了料重作為原動(dòng)力實(shí)現(xiàn)了對(duì)水泥大庫(kù)自然整體流的卸放，簡(jiǎn)單方便地實(shí)現(xiàn)了無(wú)氣無(wú)動(dòng)力整體流閉環(huán)定量卸放控制，徹底實(shí)現(xiàn)了安全、綠色、智能的先進(jìn)水泥卸放控制。為廣大水泥庫(kù)徹底擺脫傳統(tǒng)原始落后的開(kāi)環(huán)操控，避免周期性復(fù)雜危險(xiǎn)的清庫(kù)工作，提供了全新技術(shù)解決途徑。
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