CN1039835A - 从细粒至粉状的燃料在部分氧化[制取煤气]时，确定和控制燃料流量的方法 - Google Patents

Abstract

在本方法中，燃料从中央给料器经唯一的一根输出管排出，并进入分配器，通向煤气发生炉各烧嘴的输入管与此分配器连接，在这些输入管中的燃料流量，根据在此管中测得的流速和在输出管中用辐射式密度计测出的密度来确定。为了控制燃料流量，规定了根据煤气发生炉中产生的荒煤气量进行分级调节的方法。

Description

本发明涉及一种确定和控制燃料流量的方法，燃料流量是在从细粒至粉状的燃料在部分氧化（制取煤气）情况下，输入一台至少有两个烧嘴的煤气发生炉的。采用了一种辐射式燃料密度计以及使用过程计算机进行必要的计算工作，燃料借助于一种气体介质从一个中央给料器输往煤气发生炉的各烧嘴。

固体燃料，例如褐煤或烟煤和石油焦炭，它们在部分氧化时，必须设法使从细粒至粉状的燃料与气态或雾状反应介质一起，以均匀的和数量上准确确定的流量输入煤气发生炉，必要时通过一台前置的粉碎机，将燃料加工到所要求大小的颗粒。那样做是必要的，以便使煤气发生炉中具有恒定不变的工作条件，从而保证所生产的部分氧化气有均匀的质量和数量。可考虑采用氧气和空气，或富氧的空气以及有时附加以水蒸汽作为气态或雾状的反应介质。若煤气发生炉中的反应混合气中所含燃料组分太少，则由于这种情况使所形成的氧与燃料之比过高而导致煤气发生炉中的工作温度不恰当地增高。若反之，在煤气发生炉中反应混合器中的燃料组分太多，则会引起燃料与氧化剂反应不完全。于是便存在着这种可能性，即在煤气发生炉中未转变的燃料颗粒发生沉积。或随生产的煤气一起，从煤气发生炉排出。此外，在某些情况下可能会引起中断反应过程。输入煤气发生炉燃料流量的波动也必然会影响到设在它们后面的煤气消耗设备的工作。尤其是当例如所产生的部分氧化气，应当用来作为设在煤气发生炉后面的燃气轮机发电厂和蒸汽轮机发电厂中的燃气透平的可燃气时，便是这种情况。在那里必须注意要绝对保证均匀和无干扰的电厂运行，一方面要始终提供燃气透平工作所需要的足够的可燃气量，另一方面当燃气透平功率调低时，应能尽快和无摩擦地削减可燃气输入，并因而限制煤气发生炉的功率。

因此，根据上面所阐明的原因，有必要尽可能精确地确定和控制供入煤气发生炉各烧嘴的燃料流量。应当从以下所述这一点出发来考虑，即如今最新的煤气发生炉至少配备有两个沿反应器周围均匀分布的烧嘴，它们必须平均地供应燃料。

在DE-OS3316368中已提出了一种确定和监视输入煤气发生炉燃料流量的方法，在此方法中，煤气发生炉的每一个烧嘴分别用管道与输入燃料用的中央给料器相连。在每一条这种管道中，对与液化气一起输送的燃料进行辐射式密度测量，并紧接着进行压差测量。由这些测量装置所测得的数据与进出给料器的流化气数据一起，在过程计算机中确定燃料流量。

然而在此对比文件中所阐述的方法，只限于确定和监视输入煤气发生炉各烧嘴的燃料流量。有关控制此燃料流量的问题在上述公开文件中并没有说明。此外，该文件中所阐明的方法中，仪器设备的结构相当复杂，因为在每一条导向煤气发生炉烧嘴的管道中，都必须进行辐射式密度测量。

因此本发明的目的是，简化现有方法中的仪器设备，并进一步发展此方法，使之考虑到前面所说明的要求，可以对燃料向煤气发生炉各个烧嘴的输入进行控制。

按本发明，达到此目的采用的本文开始所述类型方法的特征是采用了下列措施：

a）燃料经由唯一的一根输出管，从中央给料器输出并进入分配器，通向煤气发生炉各烧嘴的输入管与此分配器连接，辐射式密度测量仅仅在从给料器到分配器的输出管中进行。

b）通向各烧嘴的这些输入管中的燃料流量，根据在此管中测得的流速和在输出管中测出的密度来确定，在各输入管中没有向燃料中添加另外的输送气体，因此将在那里所确定的燃料流量在过程计算机中加起来，便得出从给料器输入煤气发生炉的总燃料流量;以及

c）在煤气发生炉中生产的荒煤气量，用来作为分级调节总燃料流量的主导参量。

与现有已知的工作方式不同，按本发明的方法，燃料从给料器输出只经过唯一的一根输出管，在此管道中进行辐射式密度测量。这根管道通向一个分配器，通向煤气发生炉各烧嘴的输入管与此分配器连接。在这些输入管中测量在一种气体载体中的流化了的燃料流速度，由此得出的值再加上在给料器输出管中用辐射式密度计测得的密度值，按以下关系式来确定各输入管中的燃料流量：

M＝S_R·W·F·c，

式中各符号的意义为：

S_R＝输出管中的输送流密度，

W＝各输入管中的流速，

F＝进行流速测量的各输入管中测试段横截面积，以及

c＝考虑被输送燃料的材料特征和补偿所用测量仪器的测量精度的修正系数。

在这里规定，S_R的单位为kg/m³，W为m/S以及F为m²。然后在一台过程计算机中将各输入管中确定的燃料流量加起来得出总的燃料流量。

因为向煤气发生炉烧嘴输入的总燃料流量的大小，显然会影响煤气发生炉生产的荒煤气量，因此也可以反过来利用这一荒煤气量来作为总燃料流量的主导参量。为此，按本发明规定了以下的分级调节：

a）当所生产的荒煤气量的变化数量级为±10%时，所要求的总燃料流量的改变，通过改变在这些输入管中设置的调节阀的给定值来达到：

b）当所生产的荒煤气量的变化数量级大于±10%而≤50%时（额定功率为100%），所要求的总燃料流量的改变，通过改变在各输入管中所设置的调节阀的给定值，并同时通过分级改变给料器和煤气发生炉之间的压差来达到，以及

c）当所生产的荒煤气量的变化数量级＞50%时（额定功率为100%），所要求的总燃料流量的改变，通过切断向个别烧嘴的燃料输入并停止这些烧嘴的工作来达到。

与此同时，在煤气发生炉的废热锅炉中所生产的蒸汽量，可以用来作为在制取煤气时氧和燃料之比的修正参量。

本发明的方法的进一步详情，由提出的从属权利要求中给出，并利用附图所表示的流程图在下面加以阐述，流程图中表示了一种实施本发明方法的设备。

要进行制取煤气的燃料经管道1进入给料器2，燃料周期性地从闸式容器或连续地通过压热器输送机输入，这些设备未在图中表示。在给料器2中，燃料在某一个压力下流化，此压力略高于煤气发生炉15的工作压力。为此，所需之气流经过管道3和调压阀4，并经管道5从燃料装料装置上方输入给料器2。此处所述之气体可以用N₃、CO₂或一种可燃气，例如所生产的部分氧化气的分流。从管道3分叉出管道6，气体分流通过管道6在漏斗状变窄的出口区沿多个平面进入给料器2。以此来避免从给料器2排出时燃料架成桥。调压阀7用来调节此气体分流。管道6中的气体分流量取决于煤气发生炉15的功率。在其最小功率时，此气体分流量约等于燃料气动给料所需耗量的100%。在这种情况下关闭调压阀4，并通过调压阀33排出小量剩余气体。在煤气发生炉15满功率时，管道6中的气体分流大约满足燃料气动给料和保持给料器2之压力所需要的三分之一。管道6中经调压阀7的气体分流根据测量装置26所测定的荒煤气量进行调节，并通过过程计算机28调整比例关系。因此，通过脉冲线49将过程计算机28与调压阀7连系起来。总起来看，将输入给料器2的气体量，调整为使漏斗形变窄的给料器2排出口处的燃料一气体混合物的均匀输送流密度为燃料堆密度的80-90%。从给料器出来的燃料一气体混合物，经输出管8进入分配器9。在输出管8处安装有辐射式密度计。该处所测出的值可通过脉冲线13控制管道11中的调压阀12，另一股气体分流是从管道3通过此管道11进入给料器2排出口最下部的。因此在输出管8中，输出的燃料一气体混合物的密度，在所用燃料的大约40-90%燃料堆密度的范围内连续变化，并同时改善了密度的均匀性。必须始终有一股足以避免在此区域使物料架成桥的最小量的气体分流，通过管道11流入给料器2出口的最下部。

输入管14从分配器来到煤气发生炉15的各烧嘴。燃料经分配器9至少均匀地分成两根输入管14，煤气发生炉功率加大时，可直至分成八根输入管，在这些输入管14中不再添加别的输送气体。在附图所示的流程图中共设有四根输入管14。测量装置16测出经输入管14流动的燃料一气体混合物的流速，所测得的值经脉冲线17输入过程计算机18。在过程计算机18中还经脉冲线19输入辐射式密度计10测得的数据，因此，在输入管14中的燃料流量，便可根据前面所说明的关系，在过程计算机18中加以确定。在附图所示的流程图中，测量装置16和其所属的脉冲线17只表示在一根输入管14中。当然，其余的输入管14也均以同样方式配备这些装置，所以，也同样可以按以上所述来确定那些输入管中的燃料流量。所得之这些值，在过程计算机18中加算成总的燃料流量。

在每根输入管14测量装置16的后面，各装有一个调节阀20，通过它来调节各输入管14中的燃料流量，并能保持预先规定的给定值不变。

配属于调节阀20的有一个压差计21，它可以测出调节阀20处的压差。不允许压差超过某一个最大值，这一方面是为了避免增加调节阀20的磨损，另一方面是避免输入管14发生堵塞。

在煤气发生炉15中，燃料以现有已知的方式与氧或一种氧与蒸汽的混合物，通过部分氧化，转换成一种部分氧化荒煤气，经适当的冷却和气体处理后，它可用作合成气或可燃气。煤气发生炉15的结构可按现有形式，在煤气发生炉中例如制取煤气，是在温度高于炉渣熔点时在烟尘云体中进行的。所需之反应介质（氧、水蒸汽）通过管道22输入煤气发生炉15的各烧嘴。在那里所产生的部分氧化荒煤气，经废热锅炉23进入煤气净化器24，并接着经管道25供往其它煤气使用装置，例如用作燃气轮机厂和蒸汽轮机厂的燃气透平的可燃气，或经适当的气体处理后用作合成气。如在前面已阐明的那样，由测量装置26所测出的荒煤气量用作主导参量来分级调节输入煤气发生炉的燃料总流量。为此，应将测量装置26所测出的数据，经脉冲线27输入过程计算机28，过程计算机28与过程计算机18组成一个统一体，或通过数据传输线29与过程计算机18连接。在过程计算机28中储存着所使用燃料的特征值和所有其它为实施此方法所需的重要数据。

当由测量装置26测出荒煤气量的变化为数量级±10%时，通过脉冲线30操纵输入管14中的调节阀20，使之在荒煤气量下降时开大阀门，而在荒煤气量上升时进一步节流，从而可在一定界限内，调节供入煤气发生炉15的燃料总流量。

当所生产的荒煤气量的变化为数量级大于±10%而≤50%时（额定功率为100%，则上述通过调节阀20来对燃料输入进行调节已不够用了。在这种情况下，必须通过分级改变给料器2和煤气发生炉15之间的压差，来造成所需的总流量的改变。如已知的那样，给料器2中的压力略高于煤气发生炉15中的压力，所以借助于这一压差可使燃料在不添加别的输送气的情况下，通过输入管14输入煤气发生炉15。给料器2和煤气发生炉15之间的压差取决于燃料流量和输送流密度。由测量装置26测出的值，在过程计算机28中转换成压差计32的控制指令，并通过脉冲线31传输给压差计。压差计32测量给料器2和煤气发生炉15之间的压差，并通过脉冲线34控制调压阀4和33。若要提高压差，并因而增大输入煤气炉15的燃料总流量，则应进一步打开在管道3中的调压阀4，此时调压阀33保持关闭。因此增加了向给料器2的气体输入量，并相应提高了压差。相反，打开调压阀33可使多余的气体从给料器2经管道34流出，从而可降低压差。当分级改变压差时，例如减小0.5巴，调节阀20首先企图通过进一步打开维持在此以前已调好的给定值。但在调压阀20处的压差却因此而向零的方向收敛。所以在将给料器2和煤气发生炉15之间的压差调整为所希望的值后，必须通过过程计算机18，调整调节阀20的给定值。此给定值调整量的大小，取决于正在进行工作的烧嘴数量以及所选择的在给料器2和煤气发生炉15之间压差的改变量。在这一给定值调整后，重新关小调节阀20，将调节阀20处的压差重新调到一个不超过最大允许的值。

当所生产的荒煤气量猛减为数量级＞50%时（额定功率为100%），所要求的燃料总流量的改变，最终通过切断向个别烧嘴供入燃料以及停止这些烧嘴的工作来实现。当增加所生产的荒煤气量为数量级＞50%时（额定功率为100%），则相反，应使另外的烧嘴投入工作。

在关闭或停止个别烧嘴的工作时，为了不影响整个设备预定的工艺过程，特别是能够稳定地保持给料器2的输出管8中燃料流量和输送流密度不变，按本发明，设置中间仓35。通过从一根或多根输入管14，经管道36将燃料输入中间仓35，可以使输出管8中的燃料流量和输送流密度有所要求的稳定性。中间仓35配备有气体输入管37和气体排出管38，在这两根管道中间装设调压阀39和40。借助于用脉冲线42与调压阀39和40连接的压差计41，可以使中间仓35相对于煤气炉15具有一个恒定的压差。因此，中间仓35可以在设备起动以及设备的功率发生数量级＞50%的显著改变时，调节所需的烧嘴入口压，并可以无压力冲击地接通各个烧嘴。多余的燃料可经管道43从中间仓35排出。

还可以利用中间仓35来共同参与确定前面所述确定燃料流量的关系式中的修正系数C。此修正系数C由两个分系数按下式合成：

C＝C₁×C₂

分系数C₁对所有的输入管14相同，并按一定的时间间隔，例如每天一次，通过比较向给料器2输入的总燃料量和在过程计算机18中算出的经输入管14向煤气发生炉15输入的燃料总流量来确定。分系数C₁主要用来补偿燃料品质对燃料流量的具体影响。

相反，分系数C₂对各输入管14很可能不相同。此系数用来补偿例如所使用的测量密度和流速的仪器的不准确性。为了确定在各输入管14中的分系数C₂，将在此输入管中流动的燃料经管道16导入中间仓35。然后，通过比较所确定的在输入管14中流动的燃料流量值与设在中间仓35处的接收式称重装置50的数据，来确定分系数C₂。

在结构上可与煤气发生炉15合为一体的废热锅炉23所产生的蒸汽，经管道44排出。产生的蒸汽量可由测量装置45测定，所测出的值经脉冲线46传输给过程计算机28，并在计算机中将它用作制取煤气时的氧与燃料之比的修正参量。若所测出的值与预先储存在过程计算机28中的给定值不同，则通过脉冲线47操纵管道22中的调节阀48，以相应地修正氧的输入量。

管道22和36在图中只表示了一次。当然，实际上如同输入管14那样，对每一个烧嘴均配有同样的这些管道。在所给出的实施例中，所谈到的涉及输入管14与管道22和36的全部内容，完全适用于每一条这种管道，而这些管道的数量总是与所使用的烧嘴数量相等的。

Claims (7)

1、确定并控制燃料流量的方法，燃料流量是在从细粒至粉状的燃料在部分氧化(制取煤气)情况下输入一台至少有两个烧嘴的煤气发生炉的，采用了一种辐射式燃料密度计以及使用过程计算机进行必要的计算工作，燃料借助于一种气体介质，从一个中央给料器输往煤气发生炉的各烧嘴，其特征为：采用了下列措施：

a)燃料经由唯一的一根输出管，从中央给料器输出并进入分配器，通向煤气发生炉各烧嘴的输入管与此分配器连接，辐射式密度测量仅仅在从给料器到分配器的输出管中进行；

b)通向各烧嘴的这些输入管中的燃料流量，根据在此管中测得的流速和在输出管中测出的密度来确定，在各输入管中没有向燃料中添加另外的输送气体，因此将在那里所确定的燃料流量在过程计算机中加起来，便得出从给料器输入煤气发生炉的总燃料流量：以及

c)在煤气发生炉中生产的荒煤气量，用来作为分级调节总燃料流量的主导参量。

2、按照权利要求2所述之方法，其特征为：输入管中输往烧嘴的燃料流量（M）按下列关系式确定：

M＝S_R·W·F·c，

式中各符号的意义为：

S_R＝输出管中的输送流密度，

W＝各输入管中的流速，

F＝进行流速测量的各输入管中测试段横截面积，以及

c＝考虑被输送燃料的材料特征和补偿所用测量仪器的测量精度的修正系数。

3、按照权利要求1和2所述之方法，其特征为：总燃料流量的分级调节按以下所述进行：

a）当所生产的荒煤气量变化数量级为±10%时，所要求的总燃料流量的改变，通过改变在这些输入管中设置的调节阀给定值来达到：

b）当所生产的荒煤气量变化数量级为大于±10%而≤50%时（额定功率为100%），所要求的总燃料流量的改变，通过改变在各输入管中所设置的调节阀的给定值，并同时通过分级改变给料器和煤气发生炉之间的压差来达到，以及

c）当所生产的荒煤气量的变化数量级＞50%时（额定功率为100%），所要求的总燃料流量的改变，通过切断向个别烧嘴的燃料输入并停止这些烧嘴的工作来达到。

4、按照权利要求1至3所述之方法，其特征为：给料器的输出管中具有均匀的燃料-气体混合物输送流密度，它等于所使用的燃料堆密度的40-90%。

5、按照权利要求1至4所述之方法，其特征为：在烧嘴输入管中的调节阀旁边设压差计，可通过它调节阀门位置，以避免堵塞输入管和避免增加阀门的磨损。

6、按照权利要求1至5所述之方法，其特征为：当切断或关闭个别烧嘴和设备起动时，从输入管输往各烧嘴的燃料-气体混合物转向中间仓，中间仓相对于煤气发生炉有一个恒定的压差。

7、按照权利要求1至6所述之方法，其特征为：在煤气发生炉的废热锅炉中产生的蒸汽量，可以利用来作为制取煤气时氧和燃料之比的修正参量。