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废弃物转化生物质粉体燃料准确计量技术研究

摘要：在人类生产和生活中产生大量有机废弃物，将有机废弃物转化为生物质粉体燃料耦合燃煤锅炉发电是一种有效的处理方式。为了保证燃煤锅炉掺烧生物质粉体燃料能够稳定燃烧，需要对生物质粉体燃料进行准确称量。文章针对现有粉体物料计量技术进行分析，选取转子秤作为生物质粉体燃料最佳计量技术。通过自行搭建转子秤称量试验系统，得到转子称最大计量精度偏差为0.141%，满足项目要求。

1背景

生物质在替代煤燃烧过程中产生的碳排放与其生长过程中吸收的CO2可视为相互抵消，因此燃煤电厂耦合生物质发电是降低碳排放的一种有效方式[1]。

为避免生物质粉体燃料掺烧过多影响燃煤锅炉稳定燃烧，需要对生物质粉体燃料进行准确测量。生物质粉体燃料的计量与控制一直是个难题。由于粉体燃料的形态、粒度分布以及表面形态等原因，导致粉体燃料的物理特性在固态和液态之间转换。粉体燃料在储存过程中容易产生气体，在粉体燃料间静电和水分作用下，随着气体排出，粉体燃料间内摩擦增加，导致团聚和板结，粉体燃料表现为固体特征。在运输过程中由于螺旋输送机叶片的搅动，导致粉体燃料发生膨胀，粉体燃料间的内摩擦急剧下降，表现为液体特征。

粉体燃料的流量控制计量与固体、液体的流量控制计量存在比较大的差异，在工艺和装备上，需要分别考虑。单纯采用绞刀秤、流量计、失重秤或皮带秤等传统的计量技术，存在计量不准、给料不稳、冲料、跑料等问题[2]。

文章主要针对现有粉体计量技术进行分析，选取出生物质粉体燃料最佳计量技术。通过自行搭建转子秤称量试验系统对该技术计量精度进行验证，保证生物质粉体燃料准确计量。

2生物质粉体燃料计量方式

流量测量技术是一种迅速发展的科学技术，广泛应用于工业、交通和商业等领域。流量测量技术主要分为传统流量测量技术和直接计量质量流量技术。传统流量测量技术主要针对流体体积流量进行测量，随着工业的迅速发展，人们对流量测量的精度要求越来越高，传统的流量测量技术已无法满足需求。直接计量质量流量技术的出现突破了传统流量测量的局限，满足人们对流量测量的精度要求，近年来得到广泛应用[2]。

目前，粉体固体质量流量测量仪器主要包括失重秤、皮带秤、转子称和冲击式流量计等。失重秤流量测量技术起源于传统称重料斗技术。传统称重料斗主要用于称量料斗中的物料重量，失重秤在传统称重料斗原有功能上进一步升级，对料斗中物料的质量流量进行测量和控制。失重秤的测量精度可以达到0.5%～1.0%。皮带秤称量技术是一种对物料进行连续自动称重的流量计量技术。在皮带输送物料过程中，皮带输送机对输送物料进行连续自动称重计量，通常不需要操作人员干预。转子秤称量技术通过载料转子对物料质量流量进行测量，具有较高的计量精度。冲击式流量计通过测量物料对挡板的冲击力对物料的质量流量进行计量。冲击式流量计冲击力有多种测量方式，主要包括铅锤分力测量、水平分力测量以及法向分力测量等。目前，水平分力测量拥有较好的测量效果为主要应用方式，部分采用法向分力测量。冲击式流量计的测量精度优于±2%[2]。

皮带秤的使用精度容易受到秤架结构形式、传感器精度和性能、电压和载荷波动、物料附着、皮带磨损、张力变化以及振动等因素影响，其实际使用精度很低。失重秤容易受到间歇填充计量斗、动态称量、安装和周围环境等因素影响，精度无法保证。冲击式流量计的测量方法定量分析比较复杂，具有较多影响测量精度的不确定因素，并且其理论计算公式与实际标定时的参数具有较大的差异，在实际使用过程中以物料实际标定参数为准，经验公式作为参考。冲击式流量计在短时间内无法突破原理上的缺陷。

转子秤主要由上下滑板、减速箱、机壳、计量装置、料口和传动装置等组成。转子秤通过吊装轴承（起到称量轴作用）和称重点（起到称重作用）悬吊在机壳上。吊装轴承位于出料口和进料口的中心线上，采用软接头将进出料管与系统中其他相应部位进行连接。在管道上安装弹性补偿器防止外力影响转子秤称量。转子的主轴与减速机的出轴连接，电机前端通过齿形皮带连接减速机，编码器安置在电机后端。

隔仓中存在一定数量的叶片，叶片将隔仓空间划分为一定数量旋转的扇形空间。物料在高压风嘴和自身重力作用下由入料口进入隔仓。变频器调节电机带动减速机和转子主轴转动，随着转子转动物料填满隔仓中的扇形空间。当物料转动至出料口时，在风管和重力作用下被送到下一个工序。

在转子秤运转的整个过程中，称量轴将隔仓一分为二，一半作为物料下料仓时刻充满物料，另一半与出料口相连，在出料口时已经进入下一道工序。因此，转子秤内部物料不平衡，导致称重点受力，对秤体内部的物料质量可以进行实时监测，并且监测结果与转子秤设定值相比可得到转子速率。

采用控制仪表对转子速度以及物料测量进行调节。物料