专利名称：煤粉流量监测器及其控制系统的制作方法
技术领域：
本发明，一般说来，涉及到对输送固体颗粒流体流量的监测和控制，特别是涉及到用于精确监测和控制煤粉炉中煤粉总流量的一种新的和有效的装置和方法。
在煤粉炉中，通常采用一台或多台磨煤机，用来将碎煤块研磨成具有一定要求细度的，分布状态的颗粒。通常用直径为8″-24″的输送管道将气载悬浮的煤粉(PC)输送至每个燃烧室。一台磨煤机所供应燃烧室的数量在任何地方都可以为2～13个，这些燃烧室由同样多的载有煤粉的管道进行传送。
在一台具有多个燃烧室的锅炉运行中，为了提高热效率，非常希望在所有燃烧室之间保持良好的均衡燃烧，并且保持对炉身辐射进行严密的控制。为了在几个燃烧室之间达到均衡运行，煤粉流量是唯一的最重要的需要进行控制的可调变量。为了使各燃烧室均衡工作，需要对输送至每个燃烧室的煤粉流量以及一次气流和二次气流的流量进行测量和控制。燃烧室的均衡运行，要求通至燃烧室的所有管道内的空气和煤粉二者的总流量在一定的运行限度内是相同的。安装在磨煤机和燃烧室之间的每条输送管道或传送管道一般均具有一定的流体阻力，由于每条管路总长度的不同，以及用于每条管路的弯管形式和数量的不同，使得上述阻力多多少少是有差异的。管路阻力的这些变化，可以在煤粉输送诸管路之间造成一次空气流量和煤粉流量的不均衡。为了保证有效的燃烧，这种不均衡需要进行调整。
工业上通常的作法，是在比所要求的阻力具有较小阻力的管路内，加入一个具有固定阻力的管口，或者加进具有小直径的管段。然后，在没有煤粉流的情况下，利用皮氏流速测定管测量每条管路的流速，以确认每条管路内一次气流的平衡。然而，由于在磨煤机出口处气流的非对称分布和气载悬浮固体流的奇特性，单是一次气流的平衡不一定能保证系统内煤粉流量的平衡。
尽管需要性很明确，可是由于两条基本的理由使得煤粉流量监测和控制装置的开发受到了严重阻碍。具有强烈磨损作用的煤粉流使得采用任何插入装置是不可能的，此外，非常不均匀和不稳定的煤粉流与大多数试验过的非插入方法也是相抵触的，并且妨碍通过这种方法达到可接受的测量精度等级。
过去许多年，曾经试过多种方法来测量管路内流动煤粉的总流量，这些方法包括插入式的，如采用压差式、质量作用式、涡轮式流量计和哥氏总流量计。非插入方法包括热学的、核子的、电学的、磁学的、光学的、声学的和超声波等方法。
本受让人所拥有的美国专利No.4830287公开了一种煤粉流量控制系统，该控制系统装有连接到输送管道内弯管外壁上的抽气器。该抽气器从输送管道内抽出一定量的混合物，并将混合物再喷射回磨煤机。结果，可以通过输送管道对流动混合物进行控制。
上述的煤粉流量控制系统需要转换控制的旁路管线，这种情况的安装费用可能很高。
本受让人还拥有美国专利No.4903901，并特此引入进行参考，该专利公开了一种采用一定数量喷口的煤粉流量控制器，这些喷口喷出一种流体，如压缩空气，以干扰正常的一次气流。一次气流的减弱用流体的喷射压力来控制。一次气流的减弱导致煤粉流量的减少，从而可以使各燃烧室均衡。
为了控制连接在公共磨煤机上输送到各燃烧室的煤粉流量的分配情况，在进行修正工作之前，必须知道当前煤粉的分布情况。所以，必须测量确定每条输送管道内的煤粉的流量。
因此，需要一个可以确定每条管道内煤粉流量的综合系统，并且进而控制每条管道内煤粉的流量，这样就可使输送到各燃烧室内煤粉流量的均衡分布。
本发明提供一个综合系统来监测和控制输送固体颗粒流体的流量，从而解决了与先有技术相关的诸课题。本发明提出的装置和方法，可以确定多条输送管道中每条管道内的混合物和气体的流量，从而可以确定出包含在每条管道内所输送的固体颗粒总流量的差别。一旦知道了所有管道内的总流量，根据当前流量不均衡的程度，可以用某种可控制的方式向某一管道内喷射流体，如空气，使得管道内的气体阻力较比连接到公共磨煤机上的其它管道来说有所增加。这样，以一个与所施加的喷射压力成比例的小量，可以造成该管道内所输送的固体颗粒的总流量有减少，从而导致其它管道内流量的增加。这一过程在所有或某些管道内重复不断地进行，直到在所有管道内达到所要求的流量平衡度为止。
因此，本发明的一个目标旨在研制一种用来监测和控制输送固体颗粒流体流量的方法和装置。
本发明的另一目标旨在研制一种煤粉流量监测器及其控制系统。
本发明的进一步目标是提供一种设计简单，结构坚固，制造便宜的煤粉流量监测器及其控制系统。
本发明的各种新颖的特点在附加权利要求中加以详细说明，并且构成本专利公开的一部分。为了更好地了解本发明和应用它所取得的工作效益，下面要涉及到附图及说明材料，在那里将叙述本发明的最佳实施例。
在附图中根据本发明，
图1为煤粉流量监测器及其控制系统的示意图，该系统装有一组监测器/控制器的经过放大的剖面图;
根据本发明，图2为气流流量计的局部剖示图，该流量计用于输送管道部分;
图3为图2的横断面示图;和按照本发明，图4为表示煤粉流量控制器运行特性的曲线图，该控制器适用于锅炉操作人员。
参看附图，在这些附图中，类似的参考码表示全部几个示图上类似和相应的部件，具体地说，说明了在其中具有磨轮(未示出)的磨煤机(10)，在那里研磨煤，而煤从煤源沿管道(12)输送到磨煤机。一次气流(14)被送入磨煤机(10)，用气力来悬浮容器(10)内所产生的固体煤粉颗粒。固体煤粉颗粒通过输送管道(16)从容器(10)内送出，而输送管道(16)最终通到炉子或锅炉(20)的燃烧室(18)。为了保证完全燃烧，二次气流(22)通常输送至燃烧室(18)。在每一条输送管道(16)内都要安置用(24)表示的煤粉流量监测器及其控制系统。
煤粉流量监测器及其控制(PCMAC)系统(24)由一个煤粉流量监测器(26)和煤粉流量控制器(28)所组成。煤粉流量监测器(26)包含煤气混合物流量计(30)和气体流量计(32)。下面将详细讨论这三个部件中的每一部件。三个部件是气体流量计(32)，气/煤混合物流量计(30)和煤粉流量控制器(28)，并且由它们组成本发明的综合系统。
在操作人员采取任何控制操作之前，必须清楚各输送管道(16)内当前的流量状况。因此，操作人员对于监测连接到公共磨煤机(10)上的所有各输送管道(16)内煤粉流量是感兴趣的。所监测到的各输送管道(16)内的煤粉的流量，必要时，可以用来作为进行修正操作的基础。在本发明中，这些监测工作分两步来完成(1)确定煤/气混合物的总流量，(2)分别测量气体的流量。从混合物的流量减去气体的流量，可以求出煤粉的总流量。
在煤/气混合物流量计(30)内，从气源来的压缩空气沿管路(34)被输送到许多小孔、狭缝或喷口(36)内，压缩空气从这里喷入每条输送管道(16)。喷入的空气具有预先规定的由压力调节阀(38)所供给的恒压，例如15个表压(PSig)磅/吋2，该调节阀可以手动操作，也可用沿管路(42)上的过程控制计算机(40)进行遥控。压缩空气最好以45°的倾角向气流喷射，这样，气流可以干扰流动的煤粉和一次空气，从而产生一个与混合物总流量成比例的压降。该压降可以用一对分别放置在空气喷口(36)的进气端和出气端的静压传感器(44、46)进行测量。压差用压差转换器(48)沿管路(50)传递到过程控制计算机(40)。煤/气混合物的总流量可用存贮在过程控制计算机(40)内的校准方程式加以确定，而它的信号指示可以由计算机保存在存储器40AC里。
在接入煤/气混合物流量计(30)的情况下，如图2所示，当阀(52)用手动方式或遥控方式打开时，空气流量计(32)被开启。阀(52)以恒压供给一种流体，如压缩空气，并沿管路(56)送进设置在气流通路或凹槽(60)一侧的空气喷口或孔口(58)，如图2和图3所示。由空气喷口(58)供给的空气将从通路内如箭头A所示的空气流而沿曲线(62)所示的方向偏斜。气流通路(60)最好作成矩形的，并且设置在直管(16)的一段上，如同在弯管后面那样，在直管的一段上壕沟状(entrechment)或绳结状(roping)煤粉流都是不大可能的。“绳结”这个术语是精于这门技术的人员所熟知的，该术语表示发生于恶劣空间的和短暂的分布不均匀的一种形式，这种形式是具有各成分密度相差悬殊的混合物流体所诱发的。在这种情况下，煤粉流的大部分以带状方式沿管路(16)的一侧进行流动。由于这种不稳定和不可预见性的固有的工况，所以没有什么成功的方法来解释“绳结”现象。被通路(60)内的气流所偏斜的空气(62)产生一个依赖于压力传感器(64、66)之间的压差的速度，两传感器分别置于空气喷口(58)的进气端和出气端。压力转换器(68)通过管路(70)将压差传递至过程控制计算机(40)，而计算机(40)利用存贮于其中的校准方程式确定出空气的流量。计算机(40)产生一个表示空气流量的信号，并且将其存贮于存储器(40A)。然后，利用测出的混合物流量(40Ac)与空气流量(40A)之差，过程控制计算机(40)在存贮器(40C)内建立起一个表示煤粉流量的控制信号。
在连接到磨煤机(10)上的所有输送管道(16)的煤粉总流量决定之后，便开始流量平衡过程。参看图1，根据当前流量不平衡的程度和要求修正的程度，过程控制计算机(40)自动地或手动地沿管路(72)传递一个控制信号到压力调节阀(74)。从流体源沿管路(76)供给一种流体，如空气，并由压力调节阀(74)加以控制，在调节阀处，空气在位于围绕管道圆周方向上的许多个孔口，狭缝或喷口(78)喷出。喷口(78)供给空气的冲量，并以此来干扰输送管道(16)内煤粉的流量，通过压力调节阀(74)增加或减少喷射空气的压力，可以改变从喷口(78)输入的冲量。这个干扰气流使得在输送管道(16)内的气体阻力较比连接在公共磨煤机(10)上的其它输送管道(16)来说有所增加。因此，管路中煤粉(煤粉+空气)总流量减少一个与所施加的喷射压力成比例的小量△m，并且其它输送管道(16)内的流量在理论上增加了△m/n，这里的n是输送管道(16)的数量。这一控制过程在所有或某些输送管道(16)内重复进行，直至达到所要求的流量平衡程度为止。
按照本发明，图4是一个供锅炉操作人员使用的，表示煤粉流量控制器运行的特性曲线图。例如，如果要求在某一个特定输送管道(16)中减少5%的流量，则过程控制计算机(40)或操作人员将控制器气压阀门(74)调至5个表压(PSig)磅/吋2。
虽然本发明初始设想是为解决锅炉设备内与气载煤粉颗粒有关的问题，但是该发明在任何运载固体颗粒的流体输送系统中，均具有广泛的应用价值。流体可以为气体，也可以为液体。当使用液体的流体系统时，液体泵产生喷射压力来减少液体流动。另一种办法，也可用气体降低输送固体颗粒的液体流的流量。特别地，是在流动介质具有强侵蚀性和系统不允许压降明显增加，以及要求长期可靠运行的地方，本发明将出现特殊的效用和实用价值。在石油化学工业，食品加工工业和制药工业的许多工艺过程中，都用压缩空气输送粉状固体颗粒。固体颗粒的流量往往需要在管路中对其进行控制。
虽然已经说明了本发明的一个具体实施例，并详细叙述了本发明的使用情况和工作原理，但对那些技术上有经验的人员，在阅读了前述说明之后，会发现某些修正和改进。因此，应当说明，为了简明及易读起见，所有这些修正和改进均被删除，只是适当地保留一些在下述权利要求范围以内。这样的一个修正的实例是使得引至输送管道(16)内壁上的气流通路(60)的出气端逐渐缩小，以防止过度侵蚀。
权利要求
1.煤粉流量监测器及其控制系统系统其特征是包括至少一台用于研磨煤粉的磨粉机，每个磨煤机装盛带有悬浮煤粉颗粒的一次气体的混合物；连接到每台磨煤机的用来为炉子输送混合物流体的许多个输送管道；设置在每条输送管道中用于测量一次气体流量并由此产生信号指示的装置；设置在每条输送管道中用于测量混合物流量并由此产生信号指示的装置；由混合物总流量和气体流量之差确定每条输送管道内煤粉流量的装置，所述确定装置提供一个煤粉流量的控制信号指示；和敏感于控制信号的变化用于调整每条输送管道煤粉流量的装置。
2.按照权利要求1中所述的煤粉流量监测器及其控制系统，其特征是所述一次气体流量测量装置包括每条输送管道，该管道具有设置于其上的一个气流通路，还包括设置在气流通路一侧的气体喷口，所述气流喷口连接到一个气流源上，和至少两个装在所述气体喷口对应侧用来确定压差的压力传感器，该压差与一次气体的流量有关。
3.按照权利要求2中所述的煤粉流量监测器及其控制系统，其特征是所述气流通路的出口端逐渐变细。
4.按照权利要求1中所述的煤粉流量监测器及其控制系统，其特征是所述混合物流量测量装置包括在每条输送管道中以预定恒压喷射气体的装置和至少两个安置在其中的压力传感器，一个传感器位于喷气装置的进口端而另一个位于出口端，由此来检测压差。
5.按照权利要求1中所述的煤粉流量监测器及其控制系统，其特征是所述确定装置包括一个在其中存贮有校准方程式的过程计算机，所述计算机能够接受一次气体流量信号和混合物流量信号，用来确定煤粉流量，并由此产生控制信号指示。
6.按照权利要求1中所述的煤粉流量监测器及其控制系统，其特征是所述调整装置包括多个围绕每条输送管道沿圆周方向上的气体喷口，这些喷口敏感于控制信号而进行喷气。
全文摘要
提出了一种用于监测和控制输送煤粉流体流量的装置和方法。同时公开了利用流体，例如空气，以一种非插入方式监测和控制煤粉流量的综合系统。为了达到锅炉各燃烧室中所要求的流量平衡，可以调整每条输送管道中的煤粉流量。
文档编号F23K3/02GK1088852SQ9311644
公开日1994年7月6日 申请日期1993年8月18日 优先权日1990年3月14日
发明者雷蒙德·K·金 申请人:巴布考克和威尔科斯公司