现代水泥工业生产中，有着诸多涉及粉体物料的过程计量控制，如干电石渣粉、粉煤灰等的配料计量控制；入窑生料粉的计量控制；窑头和分解炉的煤粉计量控制等。 而这些环节的稳定控制和精确计量，不仅对水泥工业产品的产量、 质量起着至关重要的作用，也对水泥工业的经济效益产生巨大的影响。

1 粉体物料计量控制的几个主要环节

带有自流性的粉体物料的计量控制有别于普通块状和散粒状固体物料的计量控制。 一般来说，粉体物料的计量控制需要解决好以下几个方面的问题。

首先要解决好粉体物料在计量前的过程仓储的稳定卸料。因此一个设计良好的储料仓和稳定的卸料方式是粉体物料计量系统使用良好的基础。而稳定可控的粉体卸料则要求一个良好的适应于计量设备的预给料装置。 常见的预给料装置有很多，如流量调节阀、叶轮给料机、螺旋给料机以及水平旋转喂料机等。这些预给料装置都是可调节装置，但它们的使用条件以及调节参量与目标量的线性关系则差别很大。因此不同的粉体计量控制系统所选用的预给料装置不同。

其次是选用合适的粉体计量设备或计控一体化设备。 由于使用场合、设计量程以及精度等级的要求不同，选用的粉体计量或计控一体化的设备也就有所不同。 粉体计量设备有很多，如单纯用于计量的冲板流量计、恒速螺旋秤、旋转流量计和恒速皮带秤；又如集计控一体的调速螺旋秤、定量给料机和转子秤等。

另外，无论选择什么样的预给料装置和计量设备（或计控一体化设备），都需要一个合理、有效的控制调节系统。传统的 PID 回路控制已有 50 年的历史，由于其控制方法简单易懂，使用中不需精确的系统模型而成为工业控制中应用最为广泛的一种控制方法。但对于大多数粉体计量控制系统而言，都在不同程度上表现出非线性、滞后、耦合、时变等特性。 因此采用其他更为先进的控制技术，在粉体计量控制系统上显得尤为重要。 如自适应控制、鲁棒控制、预测控制、智能控制等都是为解决以上复杂或特定过程而发展起来的一些控制方法

2 定量给料机用于粉体计量控制时的改进

定量给料机具有计量准确、响应快速、计量范围较宽及性价比较高等多种优点。但作为粉体物料的计量控制时，要充分考虑粉体物料的倾泻自流特性。 为此在使用定量给料机作为粉体物料计量控制系统时，不仅要解决粉体物料的稳定卸料和预给料控制问题，还要在定量给料机本身上进行一些适合粉体计量控制的改进。

定量给料机适用于采用充气助卸方式的流态化粉体物料的计量控制。所以预给料装置大多采用流量调节阀。对于不便采用充气助卸方式的情况，也可以考虑采用叶轮给料机卸料后再对粉体物料充气使之流态化。

采用充气流态化后的粉体物料的流动性被大大地增强了， 所以定量给料机的受料料斗要有所改进，普通的直通式 T 型料斗已经不适合用于此场合了，需要配置粉体专用的阻尼 S 型料斗，其内部设置防冲跑料的挡板。 除此之外，充气后的粉体物料的流动自溢性很强、休止角很小。 所以在粉体物料行程中需要有防止物料向皮带两侧自溢的密封约束箱；而为了有效防止粉体物料在行进方向上的窜动，尽量减少定量给料机的中心距长度，在密封箱内的物料阻尼装置也有改进的必要；密封箱内的整流装置可以使得粉体物料在通过定量给料机称量段时非常规则，有利于提高定量给料机荷重采集的精度，提高整个系统的计量精度。

3 粉体定量给料机控制调节系统的模式

粉体定量给料机控制调节系统不同于普通的预给料调节 ＋ 固定（恒速）测量环节组成的单回路粉体计量控制系统，而是以定量给料机这个小惯性线性流量测控环节，取代单纯的测量环节（如固体流量计或各类恒速秤）， 将流量调节阀的流量调节功能变为定量给料机负荷调节功能的稳流预给料的粗调环节。这样就形成了一个由流量调节阀为稳流粗调环、定量给料机为流量精调环组成的粗、精双回路控制系统，来解决粉体物料计量控制的稳定控制和准确计量的问题。

由流量调节阀门与定量给料机的负荷组成一个闭合的稳流环节，考虑到流量调节阀的非线性，将其与定量给料机负荷组成一个定性调节的负荷粗调环节，它的调节作用是在一定范围内保证定量给料机负荷的相对稳定，避开了由于流量调节阀的非线性因素对整个计量控制系统的影响。充分利用定量给料机的小惯性和流量线性调节功能，避开了流量调节阀调节的非线性和调节滞后对整个系统的影响。

这里特别需要强调的是， 采用流量调节阀 ＋ 定量给料机方式的粉体计量控制系统的一个非常关键的环节是其控制调节模式。由于定量给料机的引入主要是为了解决单回路控制模式的预给料调节装置输出的非线性及快速响应问题。将流量调节阀的作用由原来对流量的调节转变为对定量给料机负荷的调节，而定量给料机则担负起系统流量调节的任务。这样一个由流量调节环节和负荷调节环节的双闭环回路组成的调节系统，在调节流量时定量给料机速度的变化会影响到流量调节阀的输出—— — 定量给料机的负荷，反之亦然。 负荷环与流量环之间存在很强的耦合，这可以抽象地将该系统看作是一个双入、双出的多回路强耦合系统。 对于这样一个存在强耦合的多回路系统，采用经过解耦的控制算法就成为该系统调节控制模式必要条件。 而贸然采用未经解耦的常规控制模式时，就会使系统发生震荡，甚至导致系统崩溃。

4 定量给料机在粉体系统的典型应用

4.1 入窑生料计量控制系统

水泥工业中定量给料机在粉体计量控制系统上的成功应用，最先是在入窑生料系统上获得的。 受困于传统的流量调节阀 ＋ 固体流量计组成的入窑生料计量系统，在稳定性和准确性方面的不足，将定量给料机取代固体流量计引入入窑生料计量控制系统，可以大幅改善入窑生料的稳定性和计量精度。典型的入窑生料计量控制系统是由带称重的稳流校正仓、流量调节阀门组、带有 S 型粉体受料料斗的全密封的定量给料机以及专门的控制系统等组成。

称重稳流仓底部和侧面带有经过计算的布风充气箱，生料粉经充气流态化后，经流量阀门组的预给料调节， 由 S 型料斗缓冲受料落在定量给料机上，由阻尼整流密封箱的约束和整流，生料粉无窜动的经过定量给料机的称量段时，由称重传感器检测出其负荷与带速作积分后得到实际生料粉的流量。

该系统的稳定性指标和计量精度较一般的“流量阀 ＋ 固体流量计”组成的系统有极大的提高。系统实际使用的计量精度可达 0.5% ， 稳定性指标可达 1% 以内。 目前在安徽皖维、宁国水泥厂、福建建福水泥厂、南京三龙、马钢桃冲、天水祁连山等众多水泥企业均有成功应用的实例。

4.2 电石渣（粉煤灰）计量控制系统

随着水泥工业中对干电石渣粉和粉煤灰的综合利用的力度加大， 采用预给料装置 ＋ 定量给料机组成的粉体计量系统，也逐步被各水泥企业用于大量程的电石渣粉或粉煤灰计量控制中。

一般的水泥企业大流量电石渣（粉煤灰）计量系统在实际工艺流程中往往不另加一个过渡稳流称重仓，而是从储料仓（库）底直接卸料。 物料不易直接在储料库底进行充气流态化。这时系统的组成需要增加一个可防止冲料的半强制性的叶轮给料机进行受料，再增加一个连接于叶轮给料机和流量阀之间的过渡储料充气箱，物料在过渡储料充气箱内得以充气流态化。

需要注意的问题是，由于系统前级的过程储料仓（库） 的不同， 使得粉体卸料和流态化的位置有所差异，粉体物料在储料仓（库）不是直接流态化，因此要充分考虑仓（库）内物料的结拱以及塌料现象出现时的断料和冲料问题。这里采用叶轮给料机受料就是基于系统稳定受料和防止储料仓（库）塌料所产生的冲料问题。

该类系统可以满足流量在 80～500m 3 /h 粉体物料的精确计量和稳定控制问题，是解决大流量电石渣粉( 粉煤灰 ) 计量控制的一个比较合适的方案。 目前在智利蒙特利粉磨站和牡丹江天马都有成功应用的实例。

5 引入定量给料机时的误区

引入计控一体的定量给料机代替单纯计量装置的目的是解决单回路粉体控制系统的调节装置的非线性问题以及调节滞后问题。如果忽略了引入定量给料机的初衷，或没有合适的多回路解耦控制的算法模式的话，那么采用定量给料机计量粉体物料，可能带来的是灾难性的后果。其中最具典型代表的是以下两种情况。

1 ）引入的不是定量给料机，而是恒速皮带秤。 它只是将一种单纯的测量模式（如固体流量计）替换成另一种单纯的测量模式（如恒速皮带秤）。这种系统首先没有解决流量调节阀门的非线性问题；其次在以流量调节阀作为流量调节主回路时，作为计量环节的恒速皮带秤比固体流量计具有更大的滞后性，这样会使整个系统的滞后时间常数加大，给系统的动态性能带来更大的麻烦。

2 ）引入的尽管是定量给料机，但控制模式上却采用所谓的同步调节或比例调节模式。即按一定的比例关系或函数关系同时增加流量阀门开度和定量给料机的转速。

这种控制方式的缺点：首先，因其也是以流量调节阀作为流量调节主回路，没有解决流量调节阀的非线性问题；其次，由于它忽略了流量调节阀门的调节与定量给料机调节的耦合关系，使得任意一个阶跃响应或微弱的扰动也会影响系统的稳态平衡。特别是需要改变流量设定时，要么其过渡过程将十分漫长且过渡过程中流量偏差巨大，要么系统振荡。 这种模式甚至比上述流量阀 ＋ 恒速皮带秤的模式危险性更高。

以上这两种模式的粉体计量系统的实际使用效果， 在大多情况下不及采用流量调节阀 ＋ 固体流量计模式的系统，更不用说和采用解耦多回路控制模式的流量调节阀 ＋ 定量给料机系统相比较。因此，对粉体定量给料机系统正确的配置，并采取适宜的控制调节方案，是发挥其作用的前提。

 

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