固体的分离控制0德惠

固体的分离控制

固体的分离控制 2011年12月04日 来源： 如果与粉状燃料流量相关的三个关键数据被测量并理想控制，燃煤发电厂的燃烧效率可以得到提高。这三个关键数据为固体流速、管道间的固体分布或“分离率”及颗粒尺寸。该文描述了在两个40mm内径的动力传送机间的固体分布控制的初步调查，每个动力传送机配有一个无源静电粉状燃料流量计。这两个40mm的传送机由一个 63mm直径的传送机送料。结果表明准确的分离可控制在最大可达初始流量值的(30%到一个对应于等量质量流量的±0%的设定值。下一步计划在电厂满量程范围内重复测试。下述是ECSC在PF控制应用方面的一个项目，该项目是英国洁净煤技术规划的一部分。 ABB固体流量传感器 图1显示了两个ABB固体流量传感器，直径分别为15" (DN380) 和1" (DN25)。流量传感器是一个无磨损、含有一个电极排的坚固密封件，含有一个浓度电极和两个速度电极。采用两个狭窄的具有固定距离的环形电极可测得固体流速的绝对值。

图1：ABB 固体流量传感器

这些电极感应出与通过传感器的瞬间固体数量成比例的信号，而这些信号与测量两个环型之间的固体通过的时间相关联。基于数字信号处理器的PC机包含一个能从多个传感器同时测量实时固体流速的多参数关联的设备。该传感器测量一个移动表面速度的精度在全量程范围内至少为0.2%。该固体的质量流速采用一个独特的结合有特殊信号处理技术的电极排测量。计算机可采用棒图形式显示，以表明在任何管路中的瞬间流速，同时各管路间的固体分配也可以通过棒图显示。另外，显示器可采用滚动图表的形式显示最后60分钟或其他用户选择的时段内流量的趋势图。在这里描述的工作中，安装有两个直径40 mm的PF流量计，在每个分支中的流量计可给出固体质量流速的直接测量，流量计的质量流量输出可被用于计算实际的分配率。空气质量流速、固体质量流速以及在两个并联管路中每部分的固体分配率可被连续显示。管路中的气体温度指示也可通过传感器中的温度传感器给出。 PF流量计特点 该系统能够操作的精度是非常重要的。为了保证流量计的精度，接收料斗需配有测压元件用于在仪表测得的质量流速和测压元件测得的流速间直接比较。漏斗称重的变化，例如固体流速，与仪表的示值相比较，并在固体流速范围从15m/s到30m/s之间记录结果。图2为仪表性能的示例。对于这个测试，参考质量流速通过测压元件对应于时间的差值决定。这个差值产生“参考”信号噪声，同时一些平均值被用于“平滑”参考流速。

图2：PF流量计在一个宽范围的传输中的性能 图3：PF流量计在一个宽范围的传输中的性能

图3显示由测压元件测得的总的固体质量与PH流量计测得的总的质量流量的比较结果非常一致，尽管传输速率有很大变化。 两种测试都能满足通过改变固体气体比例和PF传送速度引起的宽测量范围。值得注意的是，尽管ABB PF流量计没有声称能够给出绝对质量流速输出而仅是相对值，但是流量计是在一个给定的流量状态下进行标定的。图4显示对于实验室内的试验条件下标定的稳定性和线性，尽管它只是基于“质量范围”的单点标定。

图4：在一个宽范围的气体与煤粉比和传输速度下的PF 流量计运行性能

测试设备 低挥发无烟煤粉被作为运输材料，垂直向上的煤粉流由一个来自煤斗的63mm直径的传送机供给。从每个40mm传送机流出的煤粉被送入单独的配有测压元件的料斗，从而每个传送机输送的质量流量可以被测量。初始固体分配可通过一个流量分离器设置，并且分离值可通过传输机上的可调蝶阀控制。相关的质量流量信号可从两个ABB PF静电流量计获得并被送到控制器，同时控制器的输出调整蝶阀，从而改变流量限制值。目的是使分离器在设置值为x%时产生的分离可均衡到±0%。所采用的固体浓度范围是发电应用中的典型值。 图5显示测试部分的通常布局。PC 处理来自流量计的用于计算每个传送机固体质量流速的信号。输出信号提供给控制装置以改变流量限制器（一可调蝶阀），从而使分离率达到预先的设定值。

图5测试部分：蝶阀、ABB PF流量计、双分支、分离器

该项目计划作为在发电厂采用大的流量计和流量控制制动器进行大规模煤粉控制的序曲。 控制系统 采用的控制器是可提供多种控制策略的ABB Commander 355 “先进过程控制器”。控制的目标值是从预先定义的干扰状态恢复到正常50:50的分离。“目标分离值”是ABB commander 355上的就地设置值。这里的过程变量是由PH流量计输出并被连接到控制器的4-20mA 信号计算出的分离值。在控制器里，过程变量通过内部PID算法与设定值和偏差比较，从而控制驱动蝶阀的调节器以使分离保持在设定值。图6是该系统的图形表示。当该系统被用在大工厂或作为另外一个控制系统的一部分时，分离可采用远程设置。

图6：PF分离控制测试装置框图

控制结果 首先在“流量限制器”蝶阀被改变时测试装置的每个分支上的流速被测量。这在图7中被阐明。

图7：蝶阀位置对应PF流速的效果

对于一个给定的“流量分离位置”，流量控制“限制器”用于PF分离的效果被测量并显示在图8中。

图8：对应PF分离度的蝶阀位置效果图

该系统在测试装置的满操作量程范围15m/s到30m/s内测量。在固体装载的满量程范围内控制是可行的，并且流速可被维持在确保安全运输的状态内。 图9、10、11重复给出了回路闭合时的特征。它显示固体与气体的比例为0.77:1，并阐释尽管PF质量流量是被自动控制的，并通过闭环回路平衡在(0%分离率，但测试的动态结果与PF流速是不一致的，如图11所示。快速响应传感器允许调节器在五分钟内均衡质量流速。设置在PID控制回路中的积分时间常数会导致相对慢的响应时间，该时间会由于测试回路中较差的PF流量稳定性而受到明显滞后。

图9：PF分离轻载下的闭环控制效果 图10：质量流速的闭环控制效果，轻装载

图11：PF传送速率的闭环控制效果，重装载 图12：PF分离率的闭环控制效果，重装载

对于固体与气体比例为0.95:1的较重固体装载，闭环回路控制的结果显示在图12～14中。这里测试开始阶段的不平衡性较大，但是控制回路很快会将PF质量流速调整到两个管路间的分配率为50:50的平衡状态。控制回路的响应时间是一个干扰产生的3分钟内PF流量计被优化并维持的时间。在图12 和13中，被观察到的少量控制过量可通过进一步调整控制器来消除。这些较重负载测试状态下质量流速的优化平衡也能与平均固体传送速率保持一致，如图14所示。

图13：质量流速的闭环控制效果，重装载 图14：PF传送速率的闭环控制效果，重装载

不规则的质量流量 在气动传输系统中，固体流速很少是常数并且这正是该测试装置采用的情况。尽管如此，该系统仍不受不规则流量的影响。 结论 该实验项目确认采用结合了可调流量限制器的质量流量计可作为控制来自同一分离器的两路传输机的固体分离的一种解决方案。这里的小量程控制系统很容易被扩展到商业发电厂的大管径的应用。(end)

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