如何從底層破解水泥庫偏庫清庫難題

作者:陈立明 时间:2019-05-09 13:49:30

   如今水泥行业的错峰停产停窑,造成市场供需平衡转变为难得的高价行情。但水泥库却常常被偏库运行干扰,同时2018年水泥业多次发生清库作业重大安全事故,造成了多人死伤惨剧,令各级领导谈清库色变;可见水泥库的偏库清库问题,严重制约了企业高效益市场机会的捕捉,进而逼迫我们设法解决这一瓶颈难题。

一. 为什么总会发生死料堆积与增长

目前中國水泥早已進入大規模旋窯生産階段,對應的匹配水泥粉體大庫的存儲卸放,卻因直徑與空高的增加引發了日益嚴重的偏庫清庫困擾。

長期的經驗與慣性思維,使人們總是忙于檢討自己的技術細節與管理流程,從不質疑源于國外的粉體存儲卸放技術理論,更沒人去深入研究形成這些問題的根源與真相。

形勢逼迫我們不得不問:爲什麽會偏庫?爲什麽要清庫?

   只要一深入思考就不难发现,问题出在死料的产生与生长;而更底层的原因,在于整个行业就没搞清楚粉体大库内的力学传导与密度分布特征,都简单采用库底充气箱阵吹气驱动模式,全然不顾头重脚轻的力学发散匹配关系;结果只要直径超过10米的大库,总会导致中部气路自然汇聚抽心式漏斗偏流卸放,而边壁及库底硬固料越走越慢,最后停滞不动变成死料,且都是因偏流导致死料不断累积生长形成偏库。由于偏库的存在,实际运行就更不敢将库装满,以防料重增高导致偏流区出料路受压堵死。事实上,各种形式的粉库都是带病低效率偏流运行,特别是碰上雨季空气水分偏高、水泥滞销等情况下,就会很快发展到彻底堵死的地步,然后只好启动清库流程,再重新进入又一个低级轮回。

   究其本质,是全行业粉体动力学理论的模糊不清,压根就没发现粉体重力拱、收缩拱、反射拱的客观存在与力学作用特征,错误认为大库粉体是均密度等压分布;同时受到吹气排堵技术局部效果快速的诱惑,严重忽视了气动技术的自然力学缺陷和严重后遗症,导致全行业底层驱动力学设计采用了轻重倒置的错误匹配。特别是多数企业的减压锥的设计,不仅严重导致偏流和偏库,而且清库时形成了无法避免的高危排料障碍,事实证明是极其错误的工艺设计。

二. 如何根本消除死料形成

   经过我们大量研究实验发现,粉体在库中因重力压迫横向膨胀,会形成平行多层弱稳定拱架,也称为重力拱。它在环库壁的重力垂直叠加作用下,产生了类似电流在导体上的集肤效应,使环库壁粉料受较大挤压变硬,最后形成环库壁垂直支撑平衡;而中部粉料密度较低,料压也较低;却远非我们想象的均匀重力分布作用,因而边壁易产生硬固性挂壁滞留效应。粉料在底部出口会因同时向心收缩形成环球型收缩拱阻塞,只有出口上方中垂线等径区域的非收缩区会形成一瓶颈性通道,并随上行收缩度降低而逐步扩张形成漏斗软料区,自然形成中心瓶颈性漏斗限流的局面,而处于边壁的支撑硬固料区将被环形收缩拱阻塞逐步成为死料。

   实验发现,如果库底采用大锥度收口设计,必然引发自然粉体下卸运动水平收缩,产生收缩拱阻架构;同时环锥内壁的高位料重力还会产生收缩性反射平衡拱阻,最终形成严重的混合自锁性拱阻。所以从成拱力学作用考虑,粉体库应彻底避免锥型收口设计,一般应采用15度以下收锥或直接平底库设计。

   显然,只有让环边壁硬固料全部同步下行运动形成整体流,全面消除偏流,才能彻底消除死料存在的温床,并阻断其增长。而这需要在库底出料口消除一切收缩拱,并优先保证库底硬料整体平衡卸放,引导库壁硬料自动递补跟进。

 

三. 基于底层的动力学分析与研究设计

   根据上述力学分析,可以明确收缩拱是整个粉体卸放的核心障碍,只要全面有效破解收缩拱,就可能实现料重力的自然推动卸放。            

先看傳統氣動減壓錐改流的設計,由于采用多個環底部進口,必然引發收縮拱的存在;雖然吹氣可消除部分收縮拱,但空氣走軟不走硬的自然特性,必然會導致氣路上逸,形成中上部流動性較高的軟料優先擠入出口,而底層硬料的向心收縮拱阻依然存在,最後必然形成多股上擴式中心漏鬥流卸放。無論庫底部如何鋪設氣槽陣列,均不可能用氣動方式全面破解庫底收縮拱,無法促使庫壁硬料全面先行卸放,也就不可能形成全庫整體流活化下卸。下圖一、圖二爲常見中空減壓錐庫的偏流發展到偏庫示意圖。

           

圖一                                                                             圖二

   显然,在库底硬料密闭重压环境下,采用任何其他有动力方式(电动或液压动)来破除收缩拱更不可行。

我們從無動力方向思考,發明設計出無動力太極錐裝置。采用立式多級環形鼠籠結構設計,充分利用庫內粉體料重高位勢能爲外部原動力,而太極錐內下卸産生的真空負壓産生內吸拉力,形成太極錐內拉外推的粉體入料驅動作用,與封閉區外向阻擋力形成了自然剪切力破解收縮拱機制;而且使受重力推動最大的底層硬固料排在最前,所以自然形成了硬料優先機制,最終實現了無動力無死區自然整體流卸料。由于其力學分布作用與庫壁密度分布正好形成自動糾偏的平衡反饋機制,最終達到大庫邊運行卸放邊自我清理庫壁的理想作用(如圖三)。

圖三

   其中,太极锥的任务就是通过固定导流钢结构,将通常从库底出口的半球型向心大流量单点收缩进料,变换为环形多级多点(6级锥为24点)水平小流量慢进料,通过加长垂直段形成的进口段上延扩升,大幅降低每个单口收缩度,从而大大弱化减小每个收缩拱阻力,最后在锥内自然汇聚成垂直性大流量的单向等径非收缩性出料流,真正借力打力实现无动力自适应卸放,所以谓之太极锥。如圖四,各级钢圈的阻挡使其在太极锥外产生了水平间隔性静态相对硬固缓冲区(颜色偏深部分),自然逼使粉料水平汇聚进入太极锥,不但最底层硬料优先进入,最顶部软料也被逼从侧向最后绕入,从而产生了大辐射化均化性极好的自然平衡性整体流。

圖四

   在太极锥的每个进口水平截面上,也同理被四根垂直支撑角钢完成了对水平收缩拱的交错破解。由于硬料在底部靠前,自然形成了硬料优先的自适应填入方式,低流速的硬料自然占据最外围部分,次硬级随后,高位进入的软料因流动性好会被自动吸附到填充相对中心部位。下图是出口锥内各种密度料自然排序汇聚而成的正常分布情况(如圖五)。

圖五

四. 粉流掣的实际应用释疑

1、 担心粉料运行下卸会严重摩擦太极锥,持续磨损会造成太极锥工作寿命缩短。

實際上錐殼的外部靜態阻擋區形成了完好的自然覆蓋防護和粉體繞流引導,錐殼根本不會與粉體産生直接摩擦作用。而其內壁受力很小,且其表面與粉體間會産生多層附著膜自然防護,所以根本不存在想象中的直接摩擦磨損。用戶運行中曾專門放空庫檢查,發現其油漆都完好無痕,運行維護成本幾乎爲零。

2、 怀疑粉流掣只是部分整体流卸放,认为不能放空自然堆积尾料中存在一定的死料,并担心死料会不断增长最终导致堵塞运行失效。

人們多會直覺認爲沈積庫底的粉料,特別是邊壁部分,在上部巨大料重壓力作用下,必然會形成硬固性死料堆積,並不斷增長以致埋壓太極錐。然而長期實際運行表明,無論如何運行,太極錐都完全可以放空到頂部進料口露出一至二級,等于用事實邏輯反證了無死料整體流的存在,只不過其移動速度會因庫底硬料的水分含量不同導致阻力差異有快有慢而已。

3、 当雨季长期高水分满库重压存储积淀变硬后,怀疑会形成不可化解修复的堵死。

經過萬噸水泥庫雨季實際滿庫長期存儲後首次卸放表明,庫壁會形成高位較厚的硬固圈尾料,而中部軟料會形成整體直筒式卸放,充分證明了重力拱的集膚硬固支撐效應。由于該沈積料只有相對硬固性,只需再次入庫少量新料,利用中空部分的高落差入料大動能沖擊,就可輕易在庫底部通過新料水平濺射産生的沖擊,迅速從底部擊垮其支撐體,造成環庫壁整體垮塌陷落;在垮塌陷落過程完成全部硬料的空氣混合沖擊軟化,形成新軟料存儲。所以不存在全庫硬化板結堵死的可能性。

4、 担心库内细微渗漏形成的库壁板结硬块,会下卸运动到库底太极锥处形成堆积阻塞积累,最终导致料路完全阻断失效。

太極錐的力學設計,保證了邊壁板結硬塊必然會順整體流料路從底部向太極錐底層彙聚運動,而太極錐的孔口設計,保證了硬塊在入口被自然擠壓破碎爲小塊進入錐內隨料下卸。實際運行表明,庫內因雨水滲漏沈積産生的硬固塊體,均能被強大的整體流正常全部卸放出庫,不會在庫內阻塞積累,反而是卸出的大量硬塊料會常常引發庫下空氣輸送斜槽的堵塞。

5、當水泥庫放空到太極錐露出頂部進口後,擔心庫壁自然堆積的邊高尾料成爲死料,特別對長期儲存變硬的沈積料卸空後形成較高聳堆積的尾料不滿意。

粉流掣的整體流力學運行規律表明,只要料面覆蓋太極錐頂,就能保證出口有料卸出,但當料面到最高級孔口露出于空氣中後,太極錐內就失去較大的自然下卸真空吸附力,此時入料僅靠料壓推動,而庫壁料壓已經大幅降低,實際底部粉料已停止運動卸放,僅僅靠中部粉料的流動性的自然流動入料,已經沒有整體流,當達到自然堆積角後將停止流入。這種工況是粉流掣的自然力學下限,一般不建議放空到如此低位。反之,建議運行在中高庫位,反而會形成整體流卸放。而放空後自然形成的堆積尾料不會成爲死料,只要重新補滿新料,將被環庫壁整體流循環擠出。

6、擔心大庫高庫位儲存運行,造成料重高壓力擠壓庫底拱死。

粉流掣的運行規律是環庫壁硬料支撐料重,所以庫位越高邊壁料的重力推動越大,越有利于強力擠壓底部向心出料運動形成穩定的整體流,而低庫位反而容易使底部硬料推動力不足減緩甚至停頓硬料卸放,只産生中部半整體流;特別當太極錐頂露空後將使去錐內下行真空吸附力作用,僅靠部分軟料的不穩定垮邊陷落沖擊入料,出料密度與流量將大幅波動。所以運行在中高庫位才是最佳工藝效果的技術狀態。

五. 结论

   粉流掣多个水泥库应用表明,整体流是从底层根治偏库清库的关键。采用太极锥技术能自然破除收缩拱,充分利用重力拱形成的强大推力引导环库壁硬料获得优先卸放,并与库位料压形成自适应动平衡运动下卸,进而形成全库整体流卸放,真正彻底摆脱偏库清库困扰。