CN102853882A - 一种石灰窑煤气流量检测补偿系统及补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明的提供一种全新的检测系统，所述补偿系统包括孔板流量计、超声波流量计，所述的孔板流量计包括设置在主管上的主管孔板流量计及设置在支管上支管孔板流量计，所述的主管孔板流量计及支管孔板流量计通过A/D与PLC相连接后连接上位机将示数加以显示，所述的超声波流量计设置在总管上。其赋予了检测系统数字补偿功能，使之读数更为精确；同时本发明公开了其具体的补偿方法。

Description

一种石灰窑煤气流量检测补偿系统及补偿方法

技术领域

本发明涉及一种检测补偿系统，确切的说，是一种石灰窑煤气的检测补偿系统，同时本发明公开了系统使用的补偿方法。 

背景技术

石灰窑站是为转炉炼钢提供优质活性石灰的生产单元，其生产工艺主要通过燃烧煤气获得石灰石分解所需的热量，在窑内通过热气流与石灰石的热量交换完成石灰的煅烧过程。国外大部分石灰窑使用单一煤气，成份稳定，密度相对一定，流量测量值与实际值准确一致；国内的套筒窑是使用转煤为基础，所有流量检测设备均是基于在使用转煤情况下，在实际生产中在使用转煤时因回收转煤热值过低，无法满足窑体煅烧所需要的燃料热值要求。所以会在转煤中添加城市煤气来提高热值，有时会使用高煤、焦煤的混合煤气，配比会有一定的波动，成分与转煤相差加大。现有流量检测设备均是基于差压原理测量的孔板流量计，孔板测量要求介质成分必须稳定，密度一定，所以利用现有的孔板在测量时测量值与实际值之间存在很大误差，给正常的生产造成不便。 

发明内容

本发明的目的是提供一种全新的检测系统，并赋予了检测系统数字补偿功能，使之读数更为精确；同时本发明公开了其具体的补偿方法。 

本发明采用如下技术方案加以实现： 

一种石灰窑煤气流量检测补偿系统，所述补偿系统包括孔板流量计、超声波流量计，所述的孔板流量计包括设置在主管上的主管孔板流量计及设置在支管上支管孔板流量计，所述的主管孔板流量计及支管孔板流量计通过A/D与PLC相连接后连接上位机将示数加以显示，所述的超声波流量计设置在总管上。

一种利用上述补偿系统的补偿方法，其特征在于：包括以下步骤： 

1）利用总管孔板测量计得到主管流量测量值Q₀，利用支管孔板计得到测量支管流量测量值Q_n（n=1，2 … 11，12）；

2）利用超声波流量计测量总管流量真值Q₀’；

3）利用公式Q_n’= Q₀’/ Q₀*Q_n计算矫正后支管流量Q_n’，而后送入上位机加以显示。

所述混合煤气流量的综合在线补偿包括以下步骤： 

1）设定设计压力P₀、温度T₀；

2）测定工作压力P、工作温度T、总管孔板流量计煤气流量Q’、超声波所测流量Q，支管孔板流量计所测流量q_n（n=1,2…11,12）；

3）利用公式 

计算实际流量q₁。

本发明利用超声波流量计作为测量基准，进而实现对各支管煤气流量进行在线补偿的方法，分析推导了石灰窑混合煤气流量检测的在线密度补偿算法，进而制定了多参数补偿的混合煤气流量计量检测方案，并进一步构建混合煤气流量在线补偿检测系统。 

附图说明

图1为本发明补偿系统结构示意图。 

具体实施方式

下面通过具体的例子来对本发明进行进一步说明： 

补偿系统设计方案如图1所示（图中仅以支管1进行说明，其余支管补偿原理相同）。在煤气总管上增加一台高精度的流量计作为基准流量计用以测量总管的煤气流量。根据总管上基准流量计所测煤气流量、总管上孔板流量计所测煤气流量以及支管上孔板流量计所测煤气流量可以推算出流过支管1的煤气实时流量。

目前石灰窑燃气进气总管经切断阀控制管分12个支管送给12个烧嘴进上下燃烧室。在总管和12个烧嘴支管路上各安装一台孔板流量计，总计13台。由于混合煤气组分和密度的变化，13台孔板流量计的计量值偏差较大。为提高流量检测精度，在不更换现有流量计的前提下，在安装有孔板流量计的总管管路上安装超声波流量计对煤气流量进行检测，实现对2#石灰窑现有13台孔板流量计的计量值进行矫正。由于超声波流量计受检测气体组分密度影响较小，因而可以将其测量结果作为计量基准，来矫正同一组分和密度下的所有孔板流量计的计量值。 

设原系统13台孔板流量计测量值分别为：总管

；上燃烧室1~6个烧嘴支路为

； 下燃烧室1~6个烧嘴支路为

。 

现在混合煤气进气总管的流量真值由超声波流量计测量得到，设为

。用

来矫正12个支管的测量值，矫正后各支管流量值为

矫正计算公式如下：

    

以上计算在PLC中完成，然后用替换

（此时

）上传给上位机，在intouch画面显示矫正后的13个流量值。

所选超声波流量计型号为GF868，共有体积流量、质量流量、分子量和信号强度4路输出信号，信号输出均为4～20mA标准信号。其中：信号强度输出到仪表主机，体积流量、质量流量和分子量3路输出到控制室PLC。 

本项目矫正只需体积流量信号1路，故用一个根两芯电缆线把这1路信号从流量计二次仪表传送给控制室PLC即可。为保证PLC控制系统的稳定运行，在信号进入PLC前要增加隔离器对信号隔离。 

下面详细陈述补偿的具体算法： 

通过以上对孔板流量计的误差分析可知，影响其检测精度的主要因素是检测对象的密度及差压。差压的精度孔板流量计本身可以保证，因此影响孔板流量计测量精度的主要因素就是密度。下面分析密度变化时以超声波流量计为基准的优化补偿算法，以实现各支管煤气流量的在线修正。

1）密度补偿 

设总管上超声波流量计所测混合煤气流量是

，而总管上孔板流量计所测流量为

，当煤气是以设计状态(此时煤气的密度设为

)流经孔板时，孔板产生差压

，此时的瞬时流量（实际流量）设为

。总管上孔板流量计所测煤气流量的计算是以密度

来计算的，因此此时，总管上孔板流量计所测煤气流量

为：

                                  (2-9)

当煤气偏离设计状态（设此时的煤气密度为

）流经孔板时，孔板产生差压仍然是

，此时的实际流量应该是瞬时流量

，但是这时，总管上的孔板流量计显示的流量仍然是

，但实际流量

应该用下面的公式(2-7)来计算，

即

                    (2-10)

孔板流量计的计量精度理论上可以达到1% 但是通过大量的实践证明，由于孔板流量计抗干扰能力较差,现场精度最高能达到2% ，一般情况下在3% 左右。而超声波流量计的现场精度可以达到0.5% 甚至更高^[38]。所以可认为超声波流量计所测流量即为混合煤气的实际流量，即

。 (2-10) 式比(2-9)式可得：

                                                (2-11)

因为总管在输送煤气的过程中，煤气的温度，压力变化都比较小，那么从总管输送到各支管的煤气密度基本上就不会变化，所以其余12个支管内的煤气密度仍可假设为ρ，再设其余12条支管上的孔板流量计所测的煤气流量分别为

，相对应的实际流量分别为

，现仅以支管1为例（其余支管补偿方式相同，以下不再赘述）则根据公式(2-11)有：

                                           (2-12)

变换公式(2-12)可得：

                                           (2-13)

公式(2-13)中：

为支管1所用孔板流量计测得的煤气流量，

为超声波流量计所测总管煤气流量

为总管孔板流量计所测煤气流量，

支管1的实际煤气流量。所以用公式(2-13)可以实现对所有支管煤气流量的在线补偿。

2）压力、温度补偿。 

对于一般的气体，在温度不太高和压力不太大的情况下可将其视为理想气体。理想气体的状态方程：PV=nRT  (2-14) 

P为气体压力；V为气体体积；n为气体物质的量；R为摩尔气体常量；T为绝对温度。其中n=m/M，m为气体的质量，M为气体的摩尔质量。把n=m/M代入公式(2-14)可得：PV=mRT/M 

变换上式可得：

  即

 (2-15)

设孔板流量计设计工况时的密度、压力、温度分别为ρ ₀ ，P ₀ ， T ₀ ，则满足方程

                                                  (2-16)

公式(7)比(8)可得：

                                                      (2-17)

由公式(2-11)(2-17)可得：

                                  (2-18)

由公式(2-11)和公式(2-18)可得：

                          (2-19)

公式(2-19)即为压力、温度变化时的流量补偿公式。

3）综合补偿 

上面两节分析并推导了混合煤气的密度补偿算法以及压力、温度变化时混合煤气流量的补偿算法，而在实际工作过程中这三种情况一般是同时发生的。由公式(2-11)和公式(2-19)，可得到密度、压力、温度都变化时的补偿算法：

                               (2-20)

目前，很多石灰窑的煤气流量检测已采用计算机系统采集检测数据，设计压力P ₀ ，温度T ₀ 这两个参数是已知的，可由人工输入计算机系统，工作压力P和工作温度T以及总管孔板流量计所测煤气流量Q'、超声波所测流量Q、支管1孔板流量计所测流量q ₁这些实时变化参数可通过相应传感器仪表进行在线检测，由模拟量输入模块送入计算机系统，这时检测系统的设计方案只需在支管上加压力和温度检测装置就可以实现对混合煤气流量的综合在线补偿。

Claims (4)

1.一种石灰窑煤气流量检测补偿系统，其特征在于：所述补偿系统包括孔板流量计、超声波流量计，所述的孔板流量计包括设置在主管上的主管孔板流量计及设置在支管上支管孔板流量计，所述的主管孔板流量计及支管孔板流量计通过A/D与PLC相连接后连接上位机将示数加以显示。

2.根据权利要求1所述的石灰窑煤气流量检测补偿系统，其特征在于：所述的超声波流量计设置在总管上。

3.一种利用权利要求1所述补偿系统的补偿方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）利用总管孔板测量计得到主管流量测量值Q₀，利用支管孔板计得到测量支管流量测量值Q_n（n=1，2 … 11，12）；

2）利用超声波流量计测量总管流量真值Q₀’；

3）利用公式Q_n’= Q₀’/ Q₀*Q_n计算矫正后支管流量Q_n’，而后送入上位机加以显示。

4.根据权利要求4所述的补偿方法，其特征在于：所述混合煤气流量的综合在线补偿包括以下步骤：

1）设定设计压力P₀、温度T₀；

2）测定工作压力P、工作温度T、总管孔板流量计煤气流量Q’、超声波所测流量Q，支管孔板流量计所测流量q_n（n=1,2…11,12）；

3）利用公式                                                

计算实际流量q₁。

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