專利名稱：從細粒至粉狀的燃料在部分氧化[制取煤氣]時，確定和控制燃料流量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定和控制燃料流量的方法，燃料流量是在從細粒至粉狀的燃料在部分氧化(制取煤氣)情況下，輸入一臺至少有兩個燒嘴的煤氣發(fā)生爐的。采用了一種輻射式燃料密度計以及使用過程計算機進行必要的計算工作，燃料借助于一種氣體介質(zhì)從一個中央給料器輸往煤氣發(fā)生爐的各燒嘴。
固體燃料，例如褐煤或煙煤和石油焦炭，它們在部分氧化時，必須設(shè)法使從細粒至粉狀的燃料與氣態(tài)或霧狀反應(yīng)介質(zhì)一起，以均勻的和數(shù)量上準確確定的流量輸入煤氣發(fā)生爐，必要時通過一臺前置的粉碎機，將燃料加工到所要求大小的顆粒。那樣做是必要的，以便使煤氣發(fā)生爐中具有恒定不變的工作條件，從而保證所生產(chǎn)的部分氧化氣有均勻的質(zhì)量和數(shù)量?？煽紤]采用氧氣和空氣，或富氧的空氣以及有時附加以水蒸汽作為氣態(tài)或霧狀的反應(yīng)介質(zhì)。若煤氣發(fā)生爐中的反應(yīng)混合氣中所含燃料組分太少，則由于這種情況使所形成的氧與燃料之比過高而導(dǎo)致煤氣發(fā)生爐中的工作溫度不恰當?shù)卦龈?。若反之，在煤氣發(fā)生爐中反應(yīng)混合器中的燃料組分太多，則會引起燃料與氧化劑反應(yīng)不完全。于是便存在著這種可能性，即在煤氣發(fā)生爐中未轉(zhuǎn)變的燃料顆粒發(fā)生沉積。或隨生產(chǎn)的煤氣一起，從煤氣發(fā)生爐排出。此外，在某些情況下可能會引起中斷反應(yīng)過程。輸入煤氣發(fā)生爐燃料流量的波動也必然會影響到設(shè)在它們后面的煤氣消耗設(shè)備的工作。尤其是當例如所產(chǎn)生的部分氧化氣，應(yīng)當用來作為設(shè)在煤氣發(fā)生爐后面的燃氣輪機發(fā)電廠和蒸汽輪機發(fā)電廠中的燃氣透平的可燃氣時，便是這種情況。在那里必須注意要絕對保證均勻和無干擾的電廠運行，一方面要始終提供燃氣透平工作所需要的足夠的可燃氣量，另一方面當燃氣透平功率調(diào)低時，應(yīng)能盡快和無摩擦地削減可燃氣輸入，并因而限制煤氣發(fā)生爐的功率。
因此，根據(jù)上面所闡明的原因，有必要盡可能精確地確定和控制供入煤氣發(fā)生爐各燒嘴的燃料流量。應(yīng)當從以下所述這一點出發(fā)來考慮，即如今最新的煤氣發(fā)生爐至少配備有兩個沿反應(yīng)器周圍均勻分布的燒嘴，它們必須平均地供應(yīng)燃料。
在DE-OS3316368中已提出了一種確定和監(jiān)視輸入煤氣發(fā)生爐燃料流量的方法，在此方法中，煤氣發(fā)生爐的每一個燒嘴分別用管道與輸入燃料用的中央給料器相連。在每一條這種管道中，對與液化氣一起輸送的燃料進行輻射式密度測量，并緊接著進行壓差測量。由這些測量裝置所測得的數(shù)據(jù)與進出給料器的流化氣數(shù)據(jù)一起，在過程計算機中確定燃料流量。
然而在此對比文件中所闡述的方法，只限于確定和監(jiān)視輸入煤氣發(fā)生爐各燒嘴的燃料流量。有關(guān)控制此燃料流量的問題在上述公開文件中并沒有說明。此外，該文件中所闡明的方法中，儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)相當復(fù)雜，因為在每一條導(dǎo)向煤氣發(fā)生爐燒嘴的管道中，都必須進行輻射式密度測量。
因此本發(fā)明的目的是，簡化現(xiàn)有方法中的儀器設(shè)備，并進一步發(fā)展此方法，使之考慮到前面所說明的要求，可以對燃料向煤氣發(fā)生爐各個燒嘴的輸入進行控制。
按本發(fā)明，達到此目的采用的本文開始所述類型方法的特征是采用了下列措施a)燃料經(jīng)由唯一的一根輸出管，從中央給料器輸出并進入分配器，通向煤氣發(fā)生爐各燒嘴的輸入管與此分配器連接，輻射式密度測量僅僅在從給料器到分配器的輸出管中進行。
b)通向各燒嘴的這些輸入管中的燃料流量，根據(jù)在此管中測得的流速和在輸出管中測出的密度來確定，在各輸入管中沒有向燃料中添加另外的輸送氣體，因此將在那里所確定的燃料流量在過程計算機中加起來，便得出從給料器輸入煤氣發(fā)生爐的總?cè)剂狭髁?以及c)在煤氣發(fā)生爐中生產(chǎn)的荒煤氣量，用來作為分級調(diào)節(jié)總?cè)剂狭髁康闹鲗?dǎo)參量。
與現(xiàn)有已知的工作方式不同，按本發(fā)明的方法，燃料從給料器輸出只經(jīng)過唯一的一根輸出管，在此管道中進行輻射式密度測量。這根管道通向一個分配器，通向煤氣發(fā)生爐各燒嘴的輸入管與此分配器連接。在這些輸入管中測量在一種氣體載體中的流化了的燃料流速度，由此得出的值再加上在給料器輸出管中用輻射式密度計測得的密度值，按以下關(guān)系式來確定各輸入管中的燃料流量M＝SR·W·F·c，式中各符號的意義為SR＝輸出管中的輸送流密度，W＝各輸入管中的流速，F(xiàn)＝進行流速測量的各輸入管中測試段橫截面積，以及c＝考慮被輸送燃料的材料特征和補償所用測量儀器的測量精度的修正系數(shù)。
在這里規(guī)定，SR的單位為kg/m3，W為m/S以及F為m2。然后在一臺過程計算機中將各輸入管中確定的燃料流量加起來得出總的燃料流量。
因為向煤氣發(fā)生爐燒嘴輸入的總?cè)剂狭髁康拇笮?，顯然會影響煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)的荒煤氣量，因此也可以反過來利用這一荒煤氣量來作為總?cè)剂狭髁康闹鲗?dǎo)參量。為此，按本發(fā)明規(guī)定了以下的分級調(diào)節(jié)a)當所生產(chǎn)的荒煤氣量的變化數(shù)量級為±10%時，所要求的總?cè)剂狭髁康母淖?，通過改變在這些輸入管中設(shè)置的調(diào)節(jié)閥的給定值來達到b)當所生產(chǎn)的荒煤氣量的變化數(shù)量級大于±10%而≤50%時(額定功率為100%)，所要求的總?cè)剂狭髁康母淖?，通過改變在各輸入管中所設(shè)置的調(diào)節(jié)閥的給定值，并同時通過分級改變給料器和煤氣發(fā)生爐之間的壓差來達到，以及c)當所生產(chǎn)的荒煤氣量的變化數(shù)量級＞50%時(額定功率為100%)，所要求的總?cè)剂狭髁康母淖?，通過切斷向個別燒嘴的燃料輸入并停止這些燒嘴的工作來達到。
與此同時，在煤氣發(fā)生爐的廢熱鍋爐中所生產(chǎn)的蒸汽量，可以用來作為在制取煤氣時氧和燃料之比的修正參量。
本發(fā)明的方法的進一步詳情，由提出的從屬權(quán)利要求中給出，并利用附圖
所表示的流程圖在下面加以闡述，流程圖中表示了一種實施本發(fā)明方法的設(shè)備。
要進行制取煤氣的燃料經(jīng)管道1進入給料器2，燃料周期性地從閘式容器或連續(xù)地通過壓熱器輸送機輸入，這些設(shè)備未在圖中表示。在給料器2中，燃料在某一個壓力下流化，此壓力略高于煤氣發(fā)生爐15的工作壓力。為此，所需之氣流經(jīng)過管道3和調(diào)壓閥4，并經(jīng)管道5從燃料裝料裝置上方輸入給料器2。此處所述之氣體可以用N3、CO2或一種可燃氣，例如所生產(chǎn)的部分氧化氣的分流。從管道3分叉出管道6，氣體分流通過管道6在漏斗狀變窄的出口區(qū)沿多個平面進入給料器2。以此來避免從給料器2排出時燃料架成橋。調(diào)壓閥7用來調(diào)節(jié)此氣體分流。管道6中的氣體分流量取決于煤氣發(fā)生爐15的功率。在其最小功率時，此氣體分流量約等于燃料氣動給料所需耗量的100%。在這種情況下關(guān)閉調(diào)壓閥4，并通過調(diào)壓閥33排出小量剩余氣體。在煤氣發(fā)生爐15滿功率時，管道6中的氣體分流大約滿足燃料氣動給料和保持給料器2之壓力所需要的三分之一。管道6中經(jīng)調(diào)壓閥7的氣體分流根據(jù)測量裝置26所測定的荒煤氣量進行調(diào)節(jié)，并通過過程計算機28調(diào)整比例關(guān)系。因此，通過脈沖線49將過程計算機28與調(diào)壓閥7連系起來?？偲饋砜矗瑢⑤斎虢o料器2的氣體量，調(diào)整為使漏斗形變窄的給料器2排出口處的燃料一氣體混合物的均勻輸送流密度為燃料堆密度的80-90%。從給料器出來的燃料一氣體混合物，經(jīng)輸出管8進入分配器9。在輸出管8處安裝有輻射式密度計。該處所測出的值可通過脈沖線13控制管道11中的調(diào)壓閥12，另一股氣體分流是從管道3通過此管道11進入給料器2排出口最下部的。因此在輸出管8中，輸出的燃料一氣體混合物的密度，在所用燃料的大約40-90%燃料堆密度的范圍內(nèi)連續(xù)變化，并同時改善了密度的均勻性。必須始終有一股足以避免在此區(qū)域使物料架成橋的最小量的氣體分流，通過管道11流入給料器2出口的最下部。
輸入管14從分配器來到煤氣發(fā)生爐15的各燒嘴。燃料經(jīng)分配器9至少均勻地分成兩根輸入管14，煤氣發(fā)生爐功率加大時，可直至分成八根輸入管，在這些輸入管14中不再添加別的輸送氣體。在附圖所示的流程圖中共設(shè)有四根輸入管14。測量裝置16測出經(jīng)輸入管14流動的燃料一氣體混合物的流速，所測得的值經(jīng)脈沖線17輸入過程計算機18。在過程計算機18中還經(jīng)脈沖線19輸入輻射式密度計10測得的數(shù)據(jù)，因此，在輸入管14中的燃料流量，便可根據(jù)前面所說明的關(guān)系，在過程計算機18中加以確定。在附圖所示的流程圖中，測量裝置16和其所屬的脈沖線17只表示在一根輸入管14中。當然，其余的輸入管14也均以同樣方式配備這些裝置，所以，也同樣可以按以上所述來確定那些輸入管中的燃料流量。所得之這些值，在過程計算機18中加算成總的燃料流量。
在每根輸入管14測量裝置16的后面，各裝有一個調(diào)節(jié)閥20，通過它來調(diào)節(jié)各輸入管14中的燃料流量，并能保持預(yù)先規(guī)定的給定值不變。
配屬于調(diào)節(jié)閥20的有一個壓差計21，它可以測出調(diào)節(jié)閥20處的壓差。不允許壓差超過某一個最大值，這一方面是為了避免增加調(diào)節(jié)閥20的磨損，另一方面是避免輸入管14發(fā)生堵塞。
在煤氣發(fā)生爐15中，燃料以現(xiàn)有已知的方式與氧或一種氧與蒸汽的混合物，通過部分氧化，轉(zhuǎn)換成一種部分氧化荒煤氣，經(jīng)適當?shù)睦鋮s和氣體處理后，它可用作合成氣或可燃氣。煤氣發(fā)生爐15的結(jié)構(gòu)可按現(xiàn)有形式，在煤氣發(fā)生爐中例如制取煤氣，是在溫度高于爐渣熔點時在煙塵云體中進行的。所需之反應(yīng)介質(zhì)(氧、水蒸汽)通過管道22輸入煤氣發(fā)生爐15的各燒嘴。在那里所產(chǎn)生的部分氧化荒煤氣，經(jīng)廢熱鍋爐23進入煤氣凈化器24，并接著經(jīng)管道25供往其它煤氣使用裝置，例如用作燃氣輪機廠和蒸汽輪機廠的燃氣透平的可燃氣，或經(jīng)適當?shù)臍怏w處理后用作合成氣。如在前面已闡明的那樣，由測量裝置26所測出的荒煤氣量用作主導(dǎo)參量來分級調(diào)節(jié)輸入煤氣發(fā)生爐的燃料總流量。為此，應(yīng)將測量裝置26所測出的數(shù)據(jù)，經(jīng)脈沖線27輸入過程計算機28，過程計算機28與過程計算機18組成一個統(tǒng)一體，或通過數(shù)據(jù)傳輸線29與過程計算機18連接。在過程計算機28中儲存著所使用燃料的特征值和所有其它為實施此方法所需的重要數(shù)據(jù)。
當由測量裝置26測出荒煤氣量的變化為數(shù)量級±10%時，通過脈沖線30操縱輸入管14中的調(diào)節(jié)閥20，使之在荒煤氣量下降時開大閥門，而在荒煤氣量上升時進一步節(jié)流，從而可在一定界限內(nèi)，調(diào)節(jié)供入煤氣發(fā)生爐15的燃料總流量。
當所生產(chǎn)的荒煤氣量的變化為數(shù)量級大于±10%而≤50%時(額定功率為100%，則上述通過調(diào)節(jié)閥20來對燃料輸入進行調(diào)節(jié)已不夠用了。在這種情況下，必須通過分級改變給料器2和煤氣發(fā)生爐15之間的壓差，來造成所需的總流量的改變。如已知的那樣，給料器2中的壓力略高于煤氣發(fā)生爐15中的壓力，所以借助于這一壓差可使燃料在不添加別的輸送氣的情況下，通過輸入管14輸入煤氣發(fā)生爐15。給料器2和煤氣發(fā)生爐15之間的壓差取決于燃料流量和輸送流密度。由測量裝置26測出的值，在過程計算機28中轉(zhuǎn)換成壓差計32的控制指令，并通過脈沖線31傳輸給壓差計。壓差計32測量給料器2和煤氣發(fā)生爐15之間的壓差，并通過脈沖線34控制調(diào)壓閥4和33。若要提高壓差，并因而增大輸入煤氣爐15的燃料總流量，則應(yīng)進一步打開在管道3中的調(diào)壓閥4，此時調(diào)壓閥33保持關(guān)閉。因此增加了向給料器2的氣體輸入量，并相應(yīng)提高了壓差。相反，打開調(diào)壓閥33可使多余的氣體從給料器2經(jīng)管道34流出，從而可降低壓差。當分級改變壓差時，例如減小0.5巴，調(diào)節(jié)閥20首先企圖通過進一步打開維持在此以前已調(diào)好的給定值。但在調(diào)壓閥20處的壓差卻因此而向零的方向收斂。所以在將給料器2和煤氣發(fā)生爐15之間的壓差調(diào)整為所希望的值后，必須通過過程計算機18，調(diào)整調(diào)節(jié)閥20的給定值。此給定值調(diào)整量的大小，取決于正在進行工作的燒嘴數(shù)量以及所選擇的在給料器2和煤氣發(fā)生爐15之間壓差的改變量。在這一給定值調(diào)整后，重新關(guān)小調(diào)節(jié)閥20，將調(diào)節(jié)閥20處的壓差重新調(diào)到一個不超過最大允許的值。
當所生產(chǎn)的荒煤氣量猛減為數(shù)量級＞50%時(額定功率為100%)，所要求的燃料總流量的改變，最終通過切斷向個別燒嘴供入燃料以及停止這些燒嘴的工作來實現(xiàn)。當增加所生產(chǎn)的荒煤氣量為數(shù)量級＞50%時(額定功率為100%)，則相反，應(yīng)使另外的燒嘴投入工作。
在關(guān)閉或停止個別燒嘴的工作時，為了不影響整個設(shè)備預(yù)定的工藝過程，特別是能夠穩(wěn)定地保持給料器2的輸出管8中燃料流量和輸送流密度不變，按本發(fā)明，設(shè)置中間倉35。通過從一根或多根輸入管14，經(jīng)管道36將燃料輸入中間倉35，可以使輸出管8中的燃料流量和輸送流密度有所要求的穩(wěn)定性。中間倉35配備有氣體輸入管37和氣體排出管38，在這兩根管道中間裝設(shè)調(diào)壓閥39和40。借助于用脈沖線42與調(diào)壓閥39和40連接的壓差計41，可以使中間倉35相對于煤氣爐15具有一個恒定的壓差。因此，中間倉35可以在設(shè)備起動以及設(shè)備的功率發(fā)生數(shù)量級＞50%的顯著改變時，調(diào)節(jié)所需的燒嘴入口壓，并可以無壓力沖擊地接通各個燒嘴。多余的燃料可經(jīng)管道43從中間倉35排出。
還可以利用中間倉35來共同參與確定前面所述確定燃料流量的關(guān)系式中的修正系數(shù)C。此修正系數(shù)C由兩個分系數(shù)按下式合成C＝C1×C2分系數(shù)C1對所有的輸入管14相同，并按一定的時間間隔，例如每天一次，通過比較向給料器2輸入的總?cè)剂狭亢驮谶^程計算機18中算出的經(jīng)輸入管14向煤氣發(fā)生爐15輸入的燃料總流量來確定。分系數(shù)C1主要用來補償燃料品質(zhì)對燃料流量的具體影響。
相反，分系數(shù)C2對各輸入管14很可能不相同。此系數(shù)用來補償例如所使用的測量密度和流速的儀器的不準確性。為了確定在各輸入管14中的分系數(shù)C2，將在此輸入管中流動的燃料經(jīng)管道16導(dǎo)入中間倉35。然后，通過比較所確定的在輸入管14中流動的燃料流量值與設(shè)在中間倉35處的接收式稱重裝置50的數(shù)據(jù)，來確定分系數(shù)C2。
在結(jié)構(gòu)上可與煤氣發(fā)生爐15合為一體的廢熱鍋爐23所產(chǎn)生的蒸汽，經(jīng)管道44排出。產(chǎn)生的蒸汽量可由測量裝置45測定，所測出的值經(jīng)脈沖線46傳輸給過程計算機28，并在計算機中將它用作制取煤氣時的氧與燃料之比的修正參量。若所測出的值與預(yù)先儲存在過程計算機28中的給定值不同，則通過脈沖線47操縱管道22中的調(diào)節(jié)閥48，以相應(yīng)地修正氧的輸入量。
管道22和36在圖中只表示了一次。當然，實際上如同輸入管14那樣，對每一個燒嘴均配有同樣的這些管道。在所給出的實施例中，所談到的涉及輸入管14與管道22和36的全部內(nèi)容，完全適用于每一條這種管道，而這些管道的數(shù)量總是與所使用的燒嘴數(shù)量相等的。
權(quán)利要求
1.確定并控制燃料流量的方法，燃料流量是在從細粒至粉狀的燃料在部分氧化(制取煤氣)情況下輸入一臺至少有兩個燒嘴的煤氣發(fā)生爐的，采用了一種輻射式燃料密度計以及使用過程計算機進行必要的計算工作，燃料借助于一種氣體介質(zhì)，從一個中央給料器輸往煤氣發(fā)生爐的各燒嘴，其特征為采用了下列措施a)燃料經(jīng)由唯一的一根輸出管，從中央給料器輸出并進入分配器，通向煤氣發(fā)生爐各燒嘴的輸入管與此分配器連接，輻射式密度測量僅僅在從給料器到分配器的輸出管中進行；b)通向各燒嘴的這些輸入管中的燃料流量，根據(jù)在此管中測得的流速和在輸出管中測出的密度來確定，在各輸入管中沒有向燃料中添加另外的輸送氣體，因此將在那里所確定的燃料流量在過程計算機中加起來，便得出從給料器輸入煤氣發(fā)生爐的總?cè)剂狭髁恳约癱)在煤氣發(fā)生爐中生產(chǎn)的荒煤氣量，用來作為分級調(diào)節(jié)總?cè)剂狭髁康闹鲗?dǎo)參量。
2.按照權(quán)利要求2所述之方法，其特征為輸入管中輸往燒嘴的燃料流量(M)按下列關(guān)系式確定M＝SR·W·F·c，式中各符號的意義為SR＝輸出管中的輸送流密度，W＝各輸入管中的流速，F(xiàn)＝進行流速測量的各輸入管中測試段橫截面積，以及c＝考慮被輸送燃料的材料特征和補償所用測量儀器的測量精度的修正系數(shù)。
3.按照權(quán)利要求1和2所述之方法，其特征為總?cè)剂狭髁康姆旨壵{(diào)節(jié)按以下所述進行a)當所生產(chǎn)的荒煤氣量變化數(shù)量級為±10%時，所要求的總?cè)剂狭髁康母淖?，通過改變在這些輸入管中設(shè)置的調(diào)節(jié)閥給定值來達到b)當所生產(chǎn)的荒煤氣量變化數(shù)量級為大于±10%而≤50%時(額定功率為100%)，所要求的總?cè)剂狭髁康母淖儯ㄟ^改變在各輸入管中所設(shè)置的調(diào)節(jié)閥的給定值，并同時通過分級改變給料器和煤氣發(fā)生爐之間的壓差來達到，以及c)當所生產(chǎn)的荒煤氣量的變化數(shù)量級＞50%時(額定功率為100%)，所要求的總?cè)剂狭髁康母淖?，通過切斷向個別燒嘴的燃料輸入并停止這些燒嘴的工作來達到。
4.按照權(quán)利要求1至3所述之方法，其特征為給料器的輸出管中具有均勻的燃料-氣體混合物輸送流密度，它等于所使用的燃料堆密度的40-90%。
5.按照權(quán)利要求1至4所述之方法，其特征為在燒嘴輸入管中的調(diào)節(jié)閥旁邊設(shè)壓差計，可通過它調(diào)節(jié)閥門位置，以避免堵塞輸入管和避免增加閥門的磨損。
6.按照權(quán)利要求1至5所述之方法，其特征為當切斷或關(guān)閉個別燒嘴和設(shè)備起動時，從輸入管輸往各燒嘴的燃料-氣體混合物轉(zhuǎn)向中間倉，中間倉相對于煤氣發(fā)生爐有一個恒定的壓差。
7.按照權(quán)利要求1至6所述之方法，其特征為在煤氣發(fā)生爐的廢熱鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽量，可以利用來作為制取煤氣時氧和燃料之比的修正參量。
全文摘要
在本方法中，燃料從中央給料器經(jīng)唯一的一根輸出管排出，并進入分配器，通向煤氣發(fā)生爐各燒嘴的輸入管與此分配器連接，在這些輸入管中的燃料流量，根據(jù)在此管中測得的流速和在輸出管中用輻射式密度計測出的密度來確定。為了控制燃料流量，規(guī)定了根據(jù)煤氣發(fā)生爐中產(chǎn)生的荒煤氣量進行分級調(diào)節(jié)的方法。
文檔編號C10J3/50GK1039835SQ8910477
公開日1990年2月21日 申請日期1989年7月13日 優(yōu)先權(quán)日1988年7月14日
發(fā)明者漢斯·里查德·伯門, 阿道夫·林克, 伊伯哈德, 卡斯克, 漢斯·雷尼·斯云曼思 申請人:克魯普克普斯有限公司