CN102270003A - 控制输送固体燃料的干法进料系统的控制系统及控制方法 - Google Patents

控制输送固体燃料的干法进料系统的控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了控制输送固体燃料的干法进料系统的控制系统及控制方法。控制系统包括传感器、充压气控制器、辅助气控制器及气体流量控制阀。传感器生成表示干法进料系统特征的数个测量信号。充压气控制器基于测量信号确定的固体质量流量计算进料罐压力偏差和充压气流量偏差中的一个或者两者均计算；且基于计算获得值生成至少一个第一控制信号。辅助气控制器基于测量信号确定的固气比计算辅助气偏差；且基于辅助气偏差生成至少一个第二控制信号。气体流量控制阀在所述第一控制信号和第二控制信号其中之一或者两者联合驱动下，通过调节实时充压气流量以及实时辅助气流量来控制固体燃料。本发明控制系统仅采用气体流量控制阀进行调节，降低了成本。

Description

控制输送固体燃料的干法进料系统的控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及将固体燃料气力输送到至诸如气化炉的容器内的干法进料系统的控制系统和控制方法。
背景技术
干法进料系统通常包括进料罐以及数条管道。进料罐通过管道接收固体燃料和载气，且输出固体燃料和载气混合形成的固气混合物。管道包括一条连接进料罐和气化炉用于输送固气混合物的混合物管道。固体燃料稳定、可控的流动对气化炉的气化性能有重要影响。因此，需要采用控制系统对固体燃料的输送进行控制。对于控制系统而言，固气混合物中的固体质量流量是一个监控和调整固体燃料流动的重要参数。
在一个现有的控制系统中，固体质量流量是通过调整进料罐的压力(称为“进料罐压力”)进行控制的。在另一现有的控制系统中，混合物管道上安装有若干个固体控制阀。这些固体控制阀通过响应基于实时固体质量流量产生的控制信号来调整固体质量流量。尽管与前一个现有控制系统相比，后一个现有控制系统可以获得更稳定的固体质量流量，但是由于固体燃料可能严重磨损固体控制阀，所以固体控制阀通常要求采用耐磨材料制造。这种材料方面的要求导致固体控制阀的生产成本较高。
因此，需要提供一种改进的、经济的控制系统和控制方法，其可控制固体燃料稳定地输送。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种控制输送固体燃料的干法进料系统的控制系统。该控制系统包括：数个传感器、充压气控制器、至少一个辅助气控制器以及数个气体流量控制阀。该传感器生成表示干法进料系统特征的数个测量信号。该充压气控制器基于由至少一个测量信号确定的固气混合物中的固体质量流量(SR)计算进料罐压力偏差、充压气流量偏差或者进料罐压力偏差以及充压气流量偏差；且基于所述进料罐压力偏差、充压气流量偏差或者进料罐压力偏差以及充压气流量偏差生成至少一个第一控制信号。该辅助气控制器基于由至少一个测量信号确定的固气混合物中的固气比(SLR)计算辅助气偏差；且基于所述辅助气偏差生成至少一个第二控制信号。气体流量控制阀在所述第一控制信号、第二控制信号或者第一控制信号以及第二控制信号联合驱动下，通过调节实时充压气流量以及实时辅助气流量来控制固气混合物中的固体燃料。
本发明的另一实施例还提供了一种气力输送系统。该气力输送系统包括：干法进料系统以及控制该干法进料系统输送固体燃料的控制系统。该干法进料系统包括：接收固体燃料和充压气且在其内形成固气混合物的进料罐；至少一条用于向进料罐输送充压气的充压气管道；至少一条用于将固气混合物从进料罐输出的混合物管道；以及至少一条将补充气引入位于混合物管道内的固气混合物的补充气管道。该控制系统包括数个传感器、充压气控制器、补充气流量控制器以及安装在每一充压气管道和补充气管道上的至少一个气体流量控制阀。该传感器生成表示干法进料系统特征的数个测量信号。该充压气控制器基于由至少一个测量信号确定的固气混合物中的SR计算进料罐压力偏差、充压气流量偏差或者进料罐压力偏差以及充压气流量偏差；且基于所述进料罐压力偏差、充压气流量偏差或者进料罐压力偏差以及充压气流量偏差生成至少一个第一控制信号。该补充气流量控制器基于由至少一个测量信号确定的固气混合物中的SLR计算补充气流量偏差；且基于所述补充气偏差生成至少一个第二控制信号。气体流量控制阀在第一控制信号、第二控制信号或者第一控制信号和第二控制信号联合的驱动下，通过改变充压气管道内的实时充压气流和补充气管道内的实时补充气来调整固体混合物中的固体燃料。
本发明其他另一实施例提供了一种控制输送固体燃料的干法进料系统的控制方法。该控制方法包括：通过数个传感器生成表示所述干法进料系统特征的数个测量信号；通过充压气控制器基于由至少一个测量信号确定的固气混合物的SR计算进料罐压力偏差、充压气流量偏差或者进料罐压力偏差以及充压气流量偏差；通过所述进料罐压力偏差、充压气流量偏差或者进料罐压力偏差以及充压气流量偏差生成至少一个第一控制信号；通过至少一个辅助气控制器基于由至少一个测量信号确定的固气混合物中的SLR来计算辅助气偏差；通过所述至少一个辅助气控制器基于所述辅助气偏差生成至少一个第二控制信号；以及由第一控制信号、第二控制信号或者第一控制信号以及第二控制信号联合驱动数个气体流量控制阀通过改变实时充压气流量和实时辅助气流量来调整固气混合物中的固体燃料。
附图说明
通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，以期更好地理解本发明，在附图中：
图1为本发明一个实施例的气力输送系统的结构示意图；该气力输送系统包括干法进料系统以及控制该干法进料系统输送固体燃料的控制系统。
图2为本发明另一实施例的控制系统的结构示意图。
图3为本发明其他另一实施例的控制系统应用的计算实时固气比(SLR)的方法流程图。
图4为本发明其他另一实施例的控制系统的结构示意图。
图5为本发明其他另一实施例的控制系统的结构示意图。
图6为本发明其他另一实施例的控制系统的基于SR的期望进料罐压力计算单元的结构示意图。
图7为本发明其他另一实施例的控制系统的进料罐压力控制单元的结构示意图。
具体实施方式
图1示意了本发明的一个实施例：气力输送系统10。气动输送系统10包括干法进料系统(未标示)和控制系统(未标示)。干法进料系统用于将固体燃料(固体颗粒)输入诸如气化炉12的容器中。控制系统用来控制干法进料系统输送固体燃料。干法进料系统包括固体加压输送泵14、进料罐16、气体源18以及相关联的管道。在一个实施例中，固体燃料是煤粉。然而，应当理解的是本发明并不排除该干法进料系统输送诸如生物燃料的其他类型的固体燃料，也不排除输送本身含有一定水分的固体燃料。
在图1所示的实施例中，管道包括一条固体管道20、三条气体管道(一条充压气管道22、一条流化气管道24和一条补充气管道26)以及一条混合物管道28。可以理解的是，每一类管道20、22、24、26、28均可设置多条。固体管道20连接固体加压输送泵14和进料罐16以将固体燃料输入进料罐16内。充压气管道22连接气体源18和进料罐16以将充压气输入进料罐16内。充压气在进料罐16内形成高压状态，且与固体燃料混合形成固气混合物。充压气也称为载气。在干法进料系统中，进料罐16和气化炉12之间的压差促使固体燃料流向气化炉12。
流化气管道24从气体源18连接至进料罐16以向进料罐16输入用于调整固气混合物的一股辅助气(称为“流化气”)。
补充气管道26从气体源18连接至混合物管道28的前端以输入另一股辅助气(称为“补充气”)。补充气通过改变混合物管道28中的气体体积来调整固体质量流量(SR)或者固气比(SLR)，或者SR和SLR两者均被调整。流化气和补充气在充压气的下游位置处注入，其通过改变气体管道24和26内的气体流量来改变固气混合物中的气体体积。固气混合物中气体体积的适当变化可改善固气混合物中固体燃料的输送性能。
本发明并不局限于充压气、流化气和补充气三者来自同一气体源18的系统，如图1所示。
另外，混合物管道28连接进料罐16和气化炉12，用以输送固气混合物至气化炉12内。
参阅图1所示，该控制系统包括数个传感器、充压气控制器30、辅助气控制器32以及数个气体流量控制阀。在本文中，术语“气体流量控制阀”是指安装在管道上且控制流经该管道的气体流量的控制阀。SR和SLR可以反映固体燃料的输送性能，相应地，这些方面可以用作固体燃料性能的参考值。当SR和SLR显示出没有达到期望的性能时，控制过程就会做出调整直至从这些数值看系统是在期望的范围内运行。
传感器与该干法进料系统的各部件结合，且生成数个表示各种特性的测量信号。控制系统基于这些测量信号获取诸如SR、SLR、气体流量以及进料罐压力的各种特性的实时值。在一个实施例中，实时值由测量信号直接给出。在另一实施例中，实时值基于测量信号表示的信息计算获得。
充压气控制器30基于由至少一个测量信号31确定的固气混合物的SR，计算进料罐压力偏差或充压气流量偏差，或二者均予以计算，并生成至少一个第一控制信号33。辅助气控制器32基于由至少一个测量信号35确定的固气混合物的SLR，计算辅助气偏差，并基于辅助气偏差生成分别用于控制流化气流量和补充气流量的第二控制信号37和第三控制信号39。在一个实施例中，辅助气控制器32设置为用于生成第二控制信号37或者第三控制信号39。
这些气体流量控制阀在第一、第二和第三控制信号33、37、39的驱动下通过改变充压气以及流化气和补充气中一个或者两个的流量来调整固体燃料的流动。
在一个实施例中，SR和SLR两个参数均用于监控和调整输送过程中的固体燃料流动，据此提高了控制系统的控制精度。另外，该控制系统典型地仅使用气体流量控制阀来保持固体燃料稳定的输送。由于气体不会对气体流量控制阀造成严重磨损，因此常规材料就可以用于制造这些气体流量控制阀，这样就降低了阀的生产成本。
在图1所示的实施例中，这些传感器包括两个分别安装进料罐16和气化炉12上的表压传感器34、35、一个安装在混合物管道28上的SR传感器36以及三个安装在对应气体管道22、24、26上的气体流量传感器(即充压气流量传感器38、流化气流量传感器40和补充气流量传感器42)。
在一个实施例中，这些传感器还包括安装在进料罐16上的重量传感器和温度传感器。重量传感器和温度传感器产生的信号连同表压传感器34产生的信号一起用于计算实时SR。将计算获得的实时SR与通过SR传感器36直接获得测量的实时SR求平均或者根据预定的算法建立函数，以获得更准确的实时SR值。在另一实施例中，数个表压传感器和压差传感器成对地安装在混合物管道28的不同位置上，用于计算实时SR值。在其他另一实施例中，图1所示的每种传感器至少具有两个，这样通过对大量的测量值求平均或者根据预定算法建立的函数以获得更准确的实时值。
在本文中，术语“传感器”包括但不限于传感元件、仪表(计)、以及任何可以测定目标的温度、表压、重量或其他特征，并能产生测量信号输出这种特征的测量设备。尽管前述或者以下的实施例中没有特别提到，但是可以理解的是传感器一般产生的是模拟信号，这些模拟信号在用于计算或者其他处理步骤之前要先转化为数字信号。
从传感器和气体流量控制阀收集和输出测量数据是通过输入/输出模块实现的。输入/输出模块包括模拟输入/输出模块和数字输入/输出模块。在一个实施例中，人工监控界面(HMI)用来提高该控制系统的可操作性。
在图1所示的实施例中，这些气体流量控制阀包括充压气体流量控制阀44、流化气体流量控制阀46和补充气体流量控制阀48。在另一实施例中，每一气体管道22、24、26均安装有两个或者数个对应的气体流量控制阀例如44、46、48。在其他的另一实施例中，这些气体流量控制阀还包括安装于进料罐16上的排气体流量控制阀(未图示)。当实时进料罐压力大于期望进料罐压力时，该排气体流量控制阀打开对进料罐16减压。应当注意的是该气体流量控制阀包括但不限于调节气体流量大小的控制阀和迅速接通或切断气体的开闭型阀。
在一个实施例中，气动输送系统10进一步包括喷嘴47以及与喷嘴47连接用于控制气体进入气化炉12的喷嘴控制器49。喷嘴47用于向气化炉12注入固气混合物和氧气。喷嘴控制器49基于实时SR和气化炉12内的氧原子和碳原子(O/C)的比值来计算期望氧气流量。接下来，喷嘴控制器49基于期望氧气流量和实时氧气流量之间的氧气偏差生成控制信号。输送氧气的管道(未图示)安装有至少一个测量实时氧气流量的气体流量传感器(未图示)。
图2示意了本发明的另一实施例：控制系统50。在一个实施例中，控制系统50用于控制图1所示的干法进料系统输送固体燃料。参阅图1和图2所示，控制系统50包括一个或数个传感器52、充压气控制器54、辅助气控制器56和数个气体流量控制阀58。
在一个实施例中，充压气控制器54划分为诸如SR辅助控制单元60、基于SR的修正单元62和进料罐压力偏差控制单元64的数个单元。每一单元与至少一个传感器52操作性连接以获取干法进料系统的特性信息。
在前述和下述实施例中提到诸如充压气控制器54、辅助气控制器56的控制器包括一个或数个诸如处理器或微处理器的运算装置。该运算装置可以包括或者与存有可执行计算机程序的软件的计算机可读存储介质连接。在一个实施例中，计算机可读存储介质是物理存储器，例如驱动器、硬盘、随机存取存储器、只读存储器或者其他的物理存储装置。
参阅图2结合图1所示，SR辅助控制单元60接收实时SR 66和期望SR值68，且基于实时SR值66和期望SR值68之间的SR偏差产生气化炉12和进料罐16之间的辅助压差70。
应当注意的是本文中的实时值是指实时确定或者测量的真实值。在以下的实施例中，实时值称为真实值，例如，实时SR 66称为真实SR 66。真实SR 66可以基于传感器52(例如SR传感器36)产生的至少一个测量信号(未图示)确定。在另一实施例中，充压气控制器54还包括基于诸如表压传感器、重量传感器、压差传感器的多种传感器计算真实SR 66的SR计算单元(未图示)。应当理解的是本发明并不限定于任何特定方式或者传感器类型来计算真实SR 66。另外，SR是衡量固体燃料输送性能的重要参数之一，因此期望SR 68可以由系统要求确定。
基于SR的修正单元62接收从SR辅助控制单元60输出的辅助压差70、期望压差74和气化炉压力76，且将所接收的三个值70、74、76相加获得期望进料罐压力72。期望压差74可以根据系统要求来确定，气化炉压力76可以由诸如表压传感器41的传感器52的至少一个测量信号确定。
进料罐压力偏差控制单元64接收期望进料罐压力72和真实进料罐压78，且基于接收期望进料罐压力72和真实进料罐压力78之间的进料罐压力偏差产生至少一个控制信号77。该控制信号77促使如充压气体流量控制阀44的至少一个气体流量控制阀58通过改变充压气流量来调整真实SR 66。
在充压气控制器54中，SR偏差被用于对期望进料罐压力值进行补偿，这样可以减少系统错误，从而提高控制精度。
在图2所示的实施例中，辅助气控制器56包括SLR辅助控制单元80、基于SLR的修正单元82，期望辅助气流量生成器84、流化气流量偏差控制单元86和补充气流量偏差控制单元88。
SLR辅助控制单元80接收真实SLR 90和期望SLR 82，且提供混合物管道28中固气混合物的辅助表观气速94。真实SLR 90基于传感器52产生的测量信号获得。此外，SLR是衡量固体燃料输送性能的另一重要参数，因此期望SLR 92也可以根据系统要求确定。
期望表观气速96也由系统要求确定。期望表观气速96输入基于SLR的修正单元82内进行补偿。辅助表观气速94从SLR辅助控制单元80获得，然后与期望表观气速96相加获得总表观气速98。期望辅助气流量生成器84设置成基于总表观气速98来生成期望流化气流量102和期望补充气流量104。在一个实施例中，期望辅助气流量生成器84产生期望流化气流量102或者期望补充气流量104。
在一个实施例中，真实进料罐压力78和真实充压气流量100输入期望辅助气流量生成器84。期望流化气流量102是基于真实进料罐压力78计算获得的。关于期望补充气流量104，首先基于总表观气速98计算得出全部需要的气体流量(未图示)，然后从全部需要的气体流量中减去真实充压气流量100和真实流化气流量102，从而获得期望补充气流量104。
接下来，流化气流量偏差控制单元86接收从传感器52获得的真实流化气流量106以及期望流化气流量值102，且基于真实流化气流量值106和期望流化气流量值102之间的流化气流量偏差生成至少一个控制信号110以激发至少一个例如流化气体流量控制阀46的气体流量控制阀58。
补充气流量偏差控制单元88接收从传感器52获得的真实补充气流量108以及期望补充气流量值104，且基于真实补充气流量值108和期望补充气流量值104之间的补充气流量偏差生成至少一个控制信号112以激发至少一个例如补充气体流量控制阀48的气体流量控制阀58。在一个实施例中，辅助气控制器56包括流化气流量偏差控制单元86和补充气流量偏差控制单元88中的其中一个。
在一个实施例中，辅助气控制器56还包括提供真实SLR 90的SLR计算单元(未图示)。图3示意了一种在SLR计算单元内执行的计算方法114。参阅图2和图3所示，在步骤116中，根据如下公式(1)和(2)计算进料罐16的气体体积，Vga，sending。
Vs+Vg＝Vvessel                               (1)
ρsVs+ρgVg＝Wc                              (2)
其中，Vvessel表示进料罐体积，是一个预设值；ρs表示固体燃料的密度，其与表观密度大致相同。例如，一种煤样的密度是1390Kg/m3。Wc表示进料罐中固气混合物的重量，其可以通过重量传感器获得。ρg表示操作状态下的气体密度，可基于如下公式(3)获得。
ρ g = ( P s + 0.101325 ) · ρ 0 T 0 0.101325 · ( T s + T 0 ) - - - ( 3 )
其中，Ps和Ts分别表示是进料罐的气压和温度，可以分别通过表压传感器和温度传感器获得。ρ0和T0是标准大气压(氮气的标准大气压为1.2504Kg/m3)和标准温度(273.15℃)。
将进料罐16的气体体积，Vgas，sending，转换为标准条件下的值。标准条件下的气体体积(称为“标准气体体积”)表示为：Vg-SC，标准气体体积在时间t1和t2分别表示为：Vg1-SC(t1)和Vg2-SC(t2)。
在步骤118中，在t1至t2时间段内进入进料罐16的总气体体积，Vg-SC(t1～t2)，通过将t1至t2时间段内充压气和流化气相加获得，如公式(4)所示：
V g 3 - SC ( t 1 - t 2 ) = Σ t 1 t 2 Q p + Σ t 1 t 2 Q f - - - ( 4 )
其中，充压气流量和流化气流量可以通过充压气流传感器38和流化气流量传感器40产生的测量信号获得。
在步骤120中，在t1至t2时间段内从进料罐16进入混合物管道28的总气体流量，QPF，可以根据如下公式(5)计算获得。
Q PF = V g 3 - SC + V g 2 - SC - V g 1 - SC t 2 - t 1 - - - ( 5 )
在本实施例中，补充气被注入混合物管道28内。补充气流量传感器36可以测量补充气的流量。这样包括混合物管道28内补充气的总气体流量，QFM，可根据公式(6)计算获得。
Q FM = Q PF + Σ t 1 t 2 Q s t 2 - t 1 RT - - - ( 6 )
其中，Qs表示补充气流量，R表示混合物管道28的半径，T表示混合物管道28中的温度，该温度约等于进料罐中的温度，可以通过安装在进料罐16上的温度传感器来获得。
在步骤122中，真实SLR 90基于真实SR值66和总气体流量，QFM，计算获得的，如公式(7)所示：
SLR = SR n · Mg - - - ( 7 )
其中，SR表示真实SR 66，可以通过SR传感器36直接获得。Mg表示充压气的摩尔质量。
图4示意了本发明其他的另一实施例：控制系统124。该控制系统124与图2所示的控制系统50相似。不同之处在于控制系统124还包括运行模型126。
参阅图1和图4所示，在一个实施例中，运行模型126设置成表示SR、SLR、气化炉12和进料罐16之间的压差以及固气混合物的表观气速四个元素之间的关系。这四个元素中任何两个元素已知，通过运行模型126都可以获得其他另外两个元素。在一个实施例中，运行模型包括包括数个公式。在另一实施例中，运行模型126是一个根据大量实验数据所绘制的四维模型。
在控制系统124中，期望SR 68和期望SLR 92是系统要求确定的。接下来，将期望SR 68和期望SLR 92输入运行模型126以获得期望压差74和期望表观气速96。由于运行模型126是通过大量实验数据推导获得的，因此提高了期望压差74和期望表观气速96的精度，进而提高了控制系统124的控制精度。
图5示意了本发明其他的另一实施例：控制系统128。在一个实施例中，控制系统128用于调整图1所示的干法进料系统中固体燃料的流动。控制系统128包括数个传感器130、充压气流量控制器132、补充气流量控制器134、流化气流量控制器136以及数个气体流量控制阀138。
这些传感器130与三个气体流量控制器132、134、136相连，并通过生成的测量信号向三个气体流量控制器132、134、136提供干法进料系统的各种信息。这三个气体流量控制器132、134、136生成控制信号，这些控制信号驱动气体流量控制阀138通过改变相应的气体流量来调整固体燃料的流动。
参阅图1和图5所示，充压气体流量控制器132包括基于SR的期望进料罐压力计算单元137、进料罐压力控制单元140以及充压气流量偏差控制单元142。基于SR的期望进料罐压力计算单元137设置成基于至少一个测量信号146来计算期望进料罐压力144。在一个实施例中，基于SR的期望进料罐压力计算单元137设置成如6所示的结构，包括SR比较器148和选择性计算单元150。
SR比较器148具有三个输入数据：期望SR 152，SRd、真实SR 154，SRa以及期望SR控制精度156，ACCSR。期望SR 152和期望SR控制精度156可以根据系统要求预先确定。真实SR 154可以从如图1所示的SR传感器36直接获得。在另一实施例中，真实SR 154基于数个传感器获得。
SR比较器148设置成将真实SR 154与期望SR 152和(1-ACCSR)或(1+ACCSR)的乘积结果进行比较，并生成不同的选择信号158。选择性计算单元150被选择信号158激活以选择合适的运算算法来计算期望进料罐压力144。
在一个实施例中，选择性计算单元150，如图6所示，包括含有不同运算算法的第一、第二和第三模块160、162和164。第一模块160中的运算算法是通过真实进料罐压力
Figure GSA00000134621500111
和期望进料罐压力计算补充
Figure GSA00000134621500112
相加获得期望进料罐压力
Figure GSA00000134621500113
真实进料罐压力
Figure GSA00000134621500114
可以直接从如图1所示的表压传感器34获得。期望进料罐压力计算补充
Figure GSA00000134621500115
由系统要求确定。
第二模块162的运算算法表示如下：
P s d = P s a + K SR ( SR d - SR a )
其中，KSR表示SR控制比例，由系统要求确定。第三模块164的运算算法是从真实进料罐压力
Figure GSA00000134621500117
中减去期望进料罐压力计算补充来获得期望进料罐压力
Figure GSA00000134621500119
在一个实施例的运行过程中，当真实SR154小于期望SR 152与(1-ACCSR)的乘积(表示为“SRd×(1-ACCSR)”)时，选择信号158激活第一模块160。当真实SR 154大于期望SR 152与(1+ACCSR)的乘积(表示为“SRd×(1+ACCSR)”)时，选择信号158激活第三模块164。当真实SR 154位于SRd×(1-ACCSR)和SRd×(1+ACCSR)之间时，选择信号158激活第二模块162。
再次参阅图1和图5所示，进料罐压力控制单元140设置成基于期望进料罐压力144、由传感器130产生的至少一个测量信号(未图示)所表示的实时信息以及其他系统预定参数来计算期望充压气流量166。
图7示意了进料罐压力控制单元140的一个实施例。在该实施例中，进料罐压力控制单元140包括进料罐压力比较器168、充压速度计算单元170、SR辅助控制单元172、基于SR的修正单元174以及释放单元176。
在一个实施例中，进料罐压力比较器168有三个输入数据：期望进料罐压力
Figure GSA000001346215001110
真实进料罐压力
Figure GSA000001346215001111
以及期望进料罐控制精确度180ACCp。进料罐压力比较器168设置成将
Figure GSA000001346215001112
与
Figure GSA000001346215001113
和
Figure GSA000001346215001114
进行比较，并生成选择信号182。该选择信号182用来控制充压速度计算单元170输出进料罐压力的充压速度184。
 在充压速度计算单元170中，当真实进料罐压力
Figure GSA000001346215001115
小于
Figure GSA000001346215001116
时，充压速度184由系统要求确定。当真实进料罐压力
Figure GSA000001346215001117
位于
Figure GSA000001346215001118
和
Figure GSA000001346215001119
之间时，充压速度184基于进料罐压力偏差确定。一旦真实进料罐压力
Figure GSA000001346215001120
大于
Figure GSA000001346215001121
释放单元176被来自进料罐压力比较器168的控制信号186激活，促使至少一个排气体流量控制阀(未标出)释放进料罐中的气压。
在一个实施例中，进料罐压力控制单元140包括进料罐压力比较器168、充压速度计算单元170、SR辅助控制单元172以及基于SR的修正单元174。进料罐压力比较器168设置成当真实进料罐压力大于
Figure GSA00000134621500122
时，生成至少一个控制信号。该至少一个控制信号驱动安装在充压气管道22上的至少一个开关型阀(未图示)以迅速切断输入进料罐16的充压气，参考如图1所示。
基于SR的修正元件174设置成基于真实SR 118和真实进料罐压力178提供补偿值190。在基于SR的修正单元174内，首先，基于充压速度184获得初始期望充压气流量，然后，使用补偿值190对初始期望充压气流量进行补偿，从而获得期望充压气流量166。
再次参阅图1和图5所示，在控制系统128中，期望充压气流量166作为一个输入数据输入充压气流量偏差控制单元142内，并且与另一个输入数据真实充压气流量192进行比较，获得充压气流量偏差。真实充压气流量192可以从传感器130中的一个传感器例如充压气流量传感器38(见图1)获得。接下来，充压气流量偏差控制单元142基于充压气流量偏差生成至少一个控制信号194。该控制信号194激发至少一个气体流量控制阀138，例如充压气体流量控制阀44，通过改变充压气流量来调整真实SR。
在一个实施例中，补充气流量控制器134包括期望补充气流量计算单元196、饱和控制器198以及补充气流量偏差控制单元200。期望补充气流量计算单元196设置成基于真实流化气流量204、真实充压气流量192、真实SR146以及期望SLR 220提供期望补充气流量202。期望补充气流量计算单元196与传感器130相连，且通过传感器130生成的测量信号获得真实流化气流量204、真实补充气流量220以及真实SR 146。在一个实施例中，补充气流量控制器134还包括计算单元，该计算单元基于传感器传感器130生成的测量信号依据合适的运算算法计算真实流化气流量204、真实充压气流19和真实SR 146。此外，期望SLR206可以由系统要求确定。
接下来，期望补充气流量202进入饱和控制器198对其进行限制。在图5所示的实施例中，补充气流量控制器134还包括为饱和控制器198提供补充气流量的期望阈值的表观气速计算单元208。表观气速计算单元208接收真实流化气流量204、真实充压气流量192、真实SR 146以及期望表观气速的最大值210Ugmax和最小值212Ugmin，且基于这些接收的数值输出进入饱和控制器198的期望补充气流量的最大值
Figure GSA00000134621500131
和最小值
Figure GSA00000134621500132
其中Ugmax和Ugmin可由系统要求确定。饱和控制器198对期望补充气流量202进行限制，且输出的最终的期望补充气流量218。该最终的期望补充气流量218可以等于期望补充气流量202、期望补充气流量的最小值216或者期望补充气流量的最大值214。
补充气流量偏差控制单元200接收期望补充气流量218以及真实补充气流量220，且基于期望补充气流量218与真实补充气流量220之间的补充气流量偏差生成至少一个控制信号222。该至少一个控制信号222驱动至少一个气体流量控制阀138，例如补充气体流量控制阀48，通过调整补充气流量来保持固体燃料在下游输送中的稳定地流动。
在一个实施例中，流化气流量控制器136包括期望流化气流量控制单元224以及流化气流量偏差控制单元226。流化气流量控制器136通过改变图1中注入进料罐的流化气流量来控制固体燃料的流动。期望流化气流量控制单元224接收真实进料罐压力192，且设置成基于真实进料罐压力192且依据预定的计算公式提供期望流化气流量228。
流化气流量偏差控制单元226接收期望流化气流量228和真实流化气流量230，且基于流化气流量期望值228和真实值230之间的流化气流量偏差生成至少一个控制信号232。该至少一个信号232驱使至少一个气体流量控制阀138，例如流化气体流量控制阀46，调整流化气流量以保持固体燃料稳定流动。在一个实施例中，仅使用控制器132和134保持控制精确度。
在控制系统128中，固体燃料的流动是基于真实SR、真实SLR、真实进料罐压力和其他相关参数，通过对充压气流量、流化气流量和补充气流量的联合控制进行调整的，因此提高了控制精度。另外，在控制过程中仅采用了气体流量控制阀进行控制，进而降低了生产成本。
此外，安全设备及紧急停机系统是相对于基本控制系统的独立系统。安全设备及紧急停机系统用于实时监控系统的状态，当不正常情况发生时，发出警报，甚至关闭干法进料系统。
虽然结合特定的实施例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以对本发明作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书意图覆盖在本发明真正构思范围内的所有这些修改和变型。

Claims (15)

1.一种控制输送固体燃料的干法进料系统的控制系统，包括：
数个传感器，所述传感器生成表示干法进料系统特征的数个测量信号；
充压气控制器，所述充压气控制器基于由至少一个测量信号确定的固气混合物中的固体质量流量(SR)计算进料罐压力偏差、充压气流量偏差或者进料罐压力偏差以及充压气流量偏差；且基于所述进料罐压力偏差、充压气流量偏差或者进料罐压力偏差以及充压气流量偏差生成至少一个第一控制信号；
至少一个辅助气控制器，所述辅助气控制器基于由至少一个测量信号确定的固气混合物中的固气比(SLR)计算辅助气偏差；且基于所述辅助气偏差生成至少一个第二控制信号；
数个气体流量控制阀，所述气体流量控制阀在所述第一控制信号、第二控制信号或者第一控制信号以及第二控制信号联合驱动下，通过调节实时充压气流量以及实时辅助气流量来控制固气混合物中的固体燃料。
2.如权利要求1所述的控制输送固体燃料的干法进料系统的控制系统，其中所述至少一个辅助气控制器包括补充气流量控制器，所述补充气流量控制器计算期望补充气流量和实时补充气流量之间的补充气流量偏差，且基于所述补充气流量偏差生成至少一个控制信号以驱动至少一个气体流量控制阀来改变进入所述干法进料系统的混合物管道中的实时补充气流量。
3.如权利要求2所述的控制输送固体燃料的干法进料系统的控制系统，其中所述期望补充气流量基于期望SLR和实时SLR之间的SLR偏差进行补偿。
4.如权利要求2所述的控制输送固体燃料的干法进料系统的控制系统，其中所述期望补充气流量是基于期望SLR、实时充压气流量、实时补充气流量和实时SR计算获得的；其中所述补充气流量控制器包括限制期望补充气流量的饱和控制器以及表观气速计算单元，所述表观气速单元基于实时充压气流量、实时补充气流量、实时SR、以及固气混合物的期望表观气速的最大值和最小值向所述饱和控制器提供期望补充气流量的最大值和最小值。
5.如权利要求1或者2所述的控制输送固体燃料的干法进料系统的控制系统，其中所述至少一个辅助气体控制器包括流化气流量控制器，所述流化气流量控制器基于实时进料罐压力计算流化气流量偏差，且生成至少一个第三控制信号以驱动至少一个气体流量控制阀来改变引入所述干法进料系统的进料罐中的至少一个流化气流量。
6.如权利要求1所述的控制输送固体燃料的干法进料系统的控制系统，其中所述充压气流量偏差通过期望充压气流量和实时充压气流量获得；所述期望充压气流量基于干法进料系统进料罐的充压速率计算获得且基于实时SR和实时进料罐压力进行补偿，其中所述充压速率基于进料罐压力偏差获得。
7.如权利要求1至6其中之一所述的控制输送固体燃料的干法进料系统的控制系统，还包括设置成基于期望SR和期望SLR提供期望进料罐压力和固气混合物的期望表观气速的运行模型。
8.一种气力输送系统，包括：
干法进料系统，包括：
接收固体燃料和充压气且在其内形成固气混合物的进料罐；
至少一条用于向进料罐输送充压气的充压气管道；
至少一条用于将固气混合物从进料罐输出的混合物管道；以及
至少一条将补充气引入位于混合物管道内的固气混合物的补充气管道；以及
控制输送固体燃料的干法进料系统的控制系统，包括：
数个传感器，所述传感器生成表示干法进料系统特征的数个测量信号；
充压气控制器，所述充压气控制器基于由至少一个测量信号确定的固气混合物中的固体质量流量(SR)计算进料罐压力偏差、充压气流量偏差或者进料罐压力偏差以及充压气流量偏差；且基于所述进料罐压力偏差、充压气流量偏差或者进料罐压力偏差以及充压气流量偏差生成至少一个第一控制信号；
补充气流量控制器，所述补充气流量控制器基于由至少一个测量信号确定的固气混合物中的固气比(SLR)计算补充气流量偏差；且基于所述补充气偏差生成至少一个第二控制信号；
每一充压气管道和补充气管道上安装有至少一个气体流量控制阀，所述气体流量控制阀在第一控制信号、第二控制信号或者第一控制信号和第二控制信号联合的驱动下，通过改变充压气管道内的实时充压气流量和补充气管道内的实时补充气流量来调整固体混合物中的固体燃料。
9.如权利要求8所述的气力输送系统，其中所述干法进料系统还包括：从进料罐引入流化气的流化气管道以及安装在所述流化气管道上的用于控制流化气流量的至少一个气体流量控制阀；其中所述控制系统还包括流化气流量控制器，所述控制器基于实时进料罐压力生成至少一个第三控制信号以驱动气体流量控制阀通过改变流化气流量来调整固体燃料。
10.一种控制输送固体燃料的干法进料系统的控制方法，包括：
通过数个传感器生成表示所述干法进料系统特征的数个测量信号；
通过充压气控制器基于由至少一个测量信号确定的固气混合物的固体质量流量(SR)计算进料罐压力偏差、充压气流量偏差或者进料罐压力偏差以及充压气流量偏差；
通过所述进料罐压力偏差、充压气流量偏差或者进料罐压力偏差以及充压气流量偏差生成至少一个第一控制信号；
通过至少一个辅助气控制器基于由至少一个测量信号确定的固气混合物中的固气比(SLR)来计算辅助气偏差；
通过所述至少一个辅助气控制器基于所述辅助气偏差生成至少一个第二控制信号；以及
由第一控制信号、第二控制信号或者第一控制信号以及第二控制信号联合驱动数个气体流量控制阀通过改变实时充压气流量和实时辅助气流量来调整固气混合物中的固体燃料。
11.如权利要求10所述的控制输送固体燃料的干法进料系统的控制方法，其中通过充压气控制器基于由至少一个测量信号确定的固气混合物的固体质量流量(SR)计算进料罐压力偏差、充压气流量偏差或者进料罐压力偏差以及充压气流量偏差的步骤，包括：
提供用于计算进料罐压力偏差的期望进料罐压力和实时进料罐压力；以及
基于期望SR和实时SR之间SR偏差或者实时SR和实时进料罐压力的结合对期望进料罐压力进行补偿。
12.如权利要求10所述的控制输送固体燃料的干法进料系统的控制方法，其中基于由至少一个测量信号确定的固气混合物中的固气比(SLR)来计算辅助气偏差的步骤，包括：
基于期望SLR、实时充压气流量以及实时SR来计算期望补充气流量；以及
计算所述期望补充气流量和实时补充气流量之间的补充气流量偏差。
13.如权利要求12所述的控制输送固体燃料的干法进料系统的控制方法，其中基于由至少一个测量信号确定的固气混合物中的固气比(SLR)来计算辅助气偏差的步骤，还包括：在计算所述期望补充气流量和实时补充气流量之间的补充气流量偏差的步骤之前，通过饱和控制器限制期望补充气流量。
14.如权利要求12所述的控制输送固体燃料的干法进料系统的控制方法，其中基于固气混合物的固气比(SLR)来计算辅助气偏差的步骤，包括：
提供实时SLR、期望SLR以及固气混合物的期望表观气速；
基于期望SLR和实时SLR之间的SLR偏差对期望表观气速以输出总期望表观气速；
基于总期望表观气速和实时补充气流量计算补充气流量偏差。
15.如权利要求10-14其中之一所述的控制输送固体燃料的干法进料系统的控制方法，还包括：
基于实时进料罐压力和实时流化气流量提供期望流化气流量；
通过流化气流量控制器计算所述期望流化气流量和实时流化气流量之间的流化气流量偏差；
基于所述流化气流量偏差生成至少一个第三控制信号以驱动至少一个气体流量控制阀来改变实时流化气流量；以及
通过改变实时流化气流量调整固气混合物中的固体燃料。
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