CN86105523A - 控制流体混合物比例的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种用于控制流体混合物比例的装置和方法包括一个装置，用于对最终混合物需要量和理想流量以及组分流量比较，使得，当需要量增加时，流体组分之一的流量优先增加，当需要量减少时，另一流体组分的流量则优先减少。因此保证了一组分对于另一组分的最终比例将既不会超过也不会低于一个理想比例。

Description

本发明是用于控制一个流体混合物中组分比例方面的装置。更具体地说，本发明是关于一种控制体系，确保一个流体混合物里组分比例不超出或不跌于一个预定最大或最小比例。

已有许多用于在一个流体混合物里控制组分比例的范例。最为普通的运用是同用于燃烧的各种气体混合和各种化合物配制有关。在控制组分的已有技术体系里，通常只能在一个理想比例区域或容限周围的范围来控制其比例。有时对于一个荷载水平的改变，所得混合物所需要量有一个变化时，其最终比例常常在理想比例周围波动。理想比例周围区域的宽度能够随着使用的系统而变化。这变比是控制器的总体设计和安装以及其最小区域的结果，所获得的最小区域通常与使用的特殊控制器的精度和准确度有关。然而这些体系不能确保最终比例不超过理想的最大比例或者不下跌于所理想的最小比例。

在某些运用中，人们期望不仅能够控制组分的比例，而且能确保根据一个荷载水平的改变，流体的比例也将不超出或不下跌于一个预定理想的最大或最小比例。这更特别被期望于特殊运用在合成煤气的制备里。在合成煤气的制备中，对于气化器的反应温度有一个最适宜幅度。如果，允许反应温度提升超过那个幅度的最大温度的话，那么设备就因某些不良的影响而受损害，这是由于渣穿透材料而引起耐火材料受到分裂的结果，例如气化器的耐火材料的损坏。相反，如果允许反应温度下跌于那幅度的最小温度的话，气化工艺就要遭受如对渣的处理等引起的问题。低的反应物的产生的问题是很容易解决的，并且它通常不会象那些超出最适宜幅度的最大温度的温度而造成这昂贵设备的过度摩损。因此，人们期望能防止反应温度超出某一最大温度。

反应温度完全取决于流入反应室的燃料（它是一种煤浆）的氧气比例并且同其成比例。如果正是这样，在Pool里描述的体系不能担保最终比例将不下跌于反理想的值。因此这样系统不适用于在合成气体制备里使用。

本发明是关于用于控制一个流体混合物里组分比例的装置。本发明的装置提供了一个控制系统，用于控制二个流体的混合物，混合物中，一个流体的比例对于另外一个大体上保持恒定，并且最终比例即不会超出也不会下跌于一个理想比例。

本发明维持混合物里的组分流体的最终比例为如此形式，即同时在维持最终比例大体上恒定时，使得流体的最终比例不超出或下跌于一个理想比例。本发明包括一个用于最终混合物的需要量和期望流量比较的装置，组份的流量是这样的，当需要量增加时，流体组分之一的流量最好也增加;当需要量减低时，另一流体组分的流量最好是减低，这样就确保了一个流体的最终比例相对于另一流体来说，它即不会超过也不会低于一个理想的比例。

本发明包括：一个用于测定第一流体和第二流体流量的装置，这第一和第二流体的比例是需控制的和一个输入期望比例的装置。把实际流量和期望流量通过一些适当的装置来对其进行比较，从而测定出流体的期望流量。一个对于最终混合物输入需要量的装置还伴随一个对需要量和第二流体期望流量进行比较和输送到一控制装置的装置，该控制装置能够调节第二流体流量，一直调节到第二流体的流量大体上同输出的一样为止。

根据需要把第二流体的流量输入到一个装置，该装置是借助于一个测量第一流体的期望流量的适当装置来用于比较这二个（流体）和比较输出期望比例。期望的流量被输入到另一个控制装置，这控制装置能够调节第一流体的流量，一直调节到流量大体上和期望流量一样。

结果，流体的比例维持接近恒量和能调节即不超出也不低于一个理想比例。因此，本发明的一个目的就是提供一种装置和方法来控制一个流体混合物的比例，使得这流体混合物的组分比例几乎为恒量，并且其最终比例将即不会超出也不会低于一个理想比例。

图1为本发明一个最佳实施例的示意图，在这里最终比例不会超出一个理想值。

图2是本发明的一个最终比例不会低于一理想比例的最佳实施例示意图。

图3是结合本发明用于煤气化学工艺的一个控制系统示意图。

在一个最终混合物里控制流体组分比例是一个动态操作。但为了容易地了解本发明装置和方法，下面最佳实施例是从静态观点进行描述。但这必须要记，在实际应中里，相对于荷载水平需要量改变时，信号值也将是不断地改变的。

参照图1，它描述一个控制系统，该系统是确保混合物里的二组分最终比例不会超出一个理想最大比例。一个第一流体F1和第二流体F2为二组分，他们组合形成一个具有最终比例F1/F2的流体混合物。在这系统里，流体混合物的需要量的改变是取决于第二流体的流量。用于测定第二流体需要量和产生一个需要量信号Sq2的方法能通过任何常规装置来达到，这对于该领域的训练有素人员来说是显而易见的，并且这方法能根据使用来进行变化。例如，当根据一个供应管道里压力的变化，来增加和减低流体的需要量时，可以使用一个压力传感器来测定。该传感器那里便传一个适当的信号给一个标准控制器。这传感器能为气动的、电动的、或液压的，仅只要它能输出一个适当的成比例信号来指出压力的增加或减少，即能依次来反映出需要量的变化。

理想最大比例是取决于具体的使用，并且最大比例的测定和其信号q1/q2的产生对于本领域技术人员是显而易见的。下面将对于在合成煤气制备中，测定最大比例的方法作更全面描述。

采用一种测定第一流体流量的合适的装置，在这最佳实施例中，采用一个第一流量计。第一流量计FE1产生一个第一流量信号Q1来表示第一流体流量。流量计可以是任何常规型号，例如一个磁性流量计，一个跨在流孔上的压差转换器，或者一个压力和温度补偿流量装置。

把第一流量信号Q1输入给一装置，该装置通过最大比例q1/q2分离第一流量信号，测定第二流体F2的理想流量和建立一个第二流体的理想流量信号q2。在这最佳实施例中，采用一个分配器10来测定第二流体的流量信号q2。这分配器能为任何能够进行分离功能的标准模拟组件。例如，一个标准XY/Q倍增器/分离器组件同Y输入仪器作为一整体一起被使用。

第一流量信号Q1也被输入给一装置，该装置是控制第一流体F1的流量的。在这最佳实施例中，使用由一个第一控制器C1和一个第一阀组成的一个第一控制阀。这控制器C1可为任何标准型号的控制器，他们具有上面已概述的整数的和成比例的区域调节，例如，一个具有3-15psi输出的气动控制器。

第二流体的理想流量信号q2和需要量信号Dq2输入到一个装置里，该装置用于测定较大的一个第二流体的理想流量信号q2和需要量信号Dq2。在这最佳实施例中，用一个第一高/低信号选择器20来测定这二个信号中量较大的一个。这第一高/低信号选择器20输出这二个信号中量较大的一个，建立一个高信号HS。这第一高/低信号选择器20可为任何标准的模拟组件，它们具有选择这二个输入信号中量较大的和输出这二个信号中量较大的成比例的一个信号。一个拥有高选择的高/低信号选择器模拟组件装置是适合的。

高信号HS输入到一个控制第二流体F2流量的装置。在这最佳实施例里，这控制第二流体F2流量装置是一个第二控制阀，它是由一个第二控制器C2和一个第二阀V2组成。正如第一控制器C1一样，这第二控制器可为任何常规类型的控制器，这第二阀V2可为任何类型的自动控制阀。

用于测定第二流体F2流量的一个合适装置产生一个第二流量信号Q2，它表示第二流体F2的流量。在最佳实施例中，使用一个第二流量计FE2。如同第一流量计FE1一样，能使用任何同其它系统不矛盾的标准流量测量装置。这第二流量信号Q2和高信号HS一起输入到控制器C2。相应于这些信号，控制器C2通过开启或关闭第二阀V2来调节第二流体F2的流量，一直节到第二流量信号Q2大体上同高信号HS一样。

第二流量信号Q2和需要量信号Sq2都输入到一个装置里，该装置用来测定较小的需要量信号Dq2和第二流量信号Q2，产生一个低信号LS。在最佳实施例中，一个第二高/低信号选择器30建立低信号LS。这第二高/低信号选择器30能为任何常规模拟组件类型，它能够比较这二个信号和输出一个信号来表示这二个输入信号中较小的。还使用一个用于低选择的高/低信号选择器模拟组件装置。

低信号LS和最大比例信号q1/q2输入到一个装置里，该装置能够放大这二个信号和建立第一流体理想流量信号q1。在最佳实施例中，使用放大器40建立第一流体流量信号q1。正如分配器10一样，任何能够放大输入的标准模拟组件都能使用。一个标准XY/Z放大器/分配器同Z输入仪器作为一个整体一起使用。

第一流体理想流量信号q1和第一流量信号Q1输入到控制器C1，该控制器C1通过第一阀V1调节第一流体F1的流量，调节到第一流量信号Q1大体上同节一流体理想流量信号q1相同。

当体系的需要量信号为平衡时，第二流体理想流量q2和第二流量Q2是相等的，并且最终混合物比例F1/F2等于最大比例q1/q2。在操作过程中，响应于荷载水平变化（这荷载水平变化增大了需要量信号Dq2，并使此信号大于第二流体理想流量信号q2），第一高/低信号选择器20将输出一个表示新需要量信号Dq2的高信号到第二控制器C2。这第二控制器C2将传送一个信号给第二阀V2，这样开启第二阀V2，增加第二流体F2的流量。第二流量计FE2上将观察到这个变化和传送这新的第二流量信号Q2给第二控制器C2。这第二控制器C2和第二阀V2将不断操作来增加第二流体F2的流量，它一直增加到高信号HS和第二流量Q2大体上相等。

当第二流量信号Q2增加时，第二高/低信号选择器30把它同需要量信号Dq2进行比较并传送一个新的低信号LS给放大器40。由于需要量增加了，这需要量信号将大于第二流量信号，并且低信号选择器30输出一个代表第二流量信号Q2的信号。这就确保了在需要第二流体F2流量增加时，它将在第一流体F1流量以前得到增加。因此，保证了最终混合物比例F1/F2不会增加。

第一流体理想流量信号q1传送到第一控制器C1，在那里同第一流量信号Q1进行比较，并且开启第一阀V1一直到这二个信号值大体上相同。因此，当荷载水平变化需要在最终混合物里增加时，第二流体流量将优先地增加，保证了最终比例F1/F2不超过最大比例q1/q2。

相反的，如果操作过程中荷载水平变化要求对于最终产品量的减少，则第一流体将优先地减少，这样再一次保证了最终比例F1/F2不超出最大比例q1/q2。对于需要量信号Dq2的一个减少，高信号HS不发生改变。当需要量信号Dq2减少时，第二流体理想流量q2起动将保持不变。因此，这第二流体流量信号q2便成为这二个信号中高的一个。另一方面，低信号LS将会变化，这是因为需要量信号Dq2将仍不小于第二流量信号Q2，这样第二高/低信号选择器30输出一个新的低信号，该信号表示减少的需要量信号Dq2。第一流体F1的流量减少引起了第一流量信号Q1的减低，从而引起了第二流体理想流量信号q2的减低。这现象将一直进行到系统里再一次平衡，和需要量Dq2，第二流量信号和第二流体理想流量信号q2相等回止。

图2描述了一个控制系统，在这系统里，利用本发明来保证最终比例F1/F2将不低于一个理想比例q1/q2。在这个配置里，第一高/低选择器301输出低信号LS和第二高/低选择器201输出高信号HS。在配置里，根据需要量增加第一流体将优先增加，根据需要量减少时，则第二流体将优先减少。

在对用于控制一个流体混合物比例的装置进行描述以后，现在接着对一种用于控制流体混合物的方法详细描写。该方法包括这些步骤：产生一个需要量信号Dq2，产生一个理想比例q1/q2，测定一个第一流体流量建立一个第一流量信号Q1。任何常规的装置都能来实现上述测定流体流量的方法。在这最佳实施例中使用一个流量计FE1。

第一流量信号由比例信号分开，建立一个第二理想流量信号q2。根据本发明的已使用操作来建立这比例信号q1/q2（下面将更全面描述）。这进行比较能由任何控制器来完成，这控制器如同上面提到的是能够整数控制的。

对第二流体理想流量信号q2和需要量信号进行比较。如果本发明被用于一个最终比例不超出理想比例q1/q2的操作中，那么两个信号中高的信号被输出建立一个高信号HS。如果本发明用在一个最终比例不低于理想比例q1/q2的操作中时，那么两个信号中较低的信号被输出建立一个低信号LS。

测定第二流体流量从而建立一个第二流量信号Q2。如同对于第一流量信号Q1来说一样，它是通过使用一个标准流量计来建立信号的。控制第二流体的流量，使第二流量信号Q2大体上同高信号HS（或者低信号LS）一样。在这最佳实施例中，由一个第二控制阀来控制第二流体的流量，这控制阀由一个第二控制器C2和一个第二阀组成。

测定了第二流体流量后，必须要确定第一流体的流量。这可以由这样来完成，测定需要量信号中较小的（或在一个最小比例运用中较大的）和第二流量信号，来建立一个低信号LS（高信号HS），根据比例信号q1/q2，放大低信号LS（高信号HS）来建立一个第一流体理想流量信号q1。最后，控制第一流体流量，使这第一流量信号Q1大体上同第一流体理想流量信号q1相同。如同第二流体一样，这最佳实施例的第一流体流量由一个第一控制阀来控制，这控制阀有一个第一控制器和一个第一阀所组成。

为了能更容易了解本发明，现给出本发明如何用于煤气化工艺的详细说明，该工艺是在合成煤气化制备中控制相之于燃料的氧气的比例。

图3是一个给合本发明的一个控制系统示意图，该系统是用于控制在煤气化中相对于燃料的氧气比例。氧气和燃料（燃料在这操作中是一种燃浆）供入到气化器的反应室，在那里进行燃烧。因为反应室里的温度完全取决于氧/燃料比例，并且温度超过一个理想操作范围里最大温度将引起气化设备的损害，所以氧/燃料比例不超出这一比例，即不会引起温度超出最大反应温度是很重要的。

在测定这最大比例中，是采用氧气对于碳的比例，这是由于这个比例提供了更精确的控制理想温度，因为煤浆密度是变化的，以及煤的碳含量和其产生的热量也是变化的，氧气的纯度也可能是变化的。

所有的输入信号以手控和联机的输入到微信息处理机控制器。给这控微信息处理机控制器编程序完成必要的计算和提供必要的输出信号。

在ML1手控地输入理想最大比例O/C，在ML2手控地输入浆密度SD，在ML3手控地输入氧气纯度OP，在ML4手控地输入煤的碳含量。

温度TT，压力PT和跨在一个氧气流孔FT上的压差被输入到微信息处理机控制器。这微信息处理机控制器计算氧气的压力和温度补偿质量流量，并通过氧纯度ML3，放大那个结果来得到纯氧气流量Q1。一个单独的压力和温度补偿流量计FE1也能用来获得相同结果。氧气流量是由微信息处理机控制器的一个第一控制器FC1来控制。

气化器燃料需要量GDq2象煤浆流量CQ2一样被输入到微信息处理机控制器。由一个磁性流量计FE2测量煤浆流量。微信息处理机控制器的第二控制器控制一个变速马达M。

微信息处理机控制器通过进行下面的计算来计算理想煤浆流量Cq2：

OQ1/K2＝Cq2

此处的的K2＝0/C×SD×CC×K1

K1是表示ft/gal;百分比;氧/碳原子重量比和分钟/小时的转换常数。

微信息处理机控制器对理想浆流量Cq2和气化器燃料需要量GDq2进行对比，产生一个高信号HS来表示二个信号中较高的一个。这个高信号被输出给第二控制器FC2。

微信息处理机控制器对煤浆流量CQ2和气化器燃料需要量GDq2进行对比，产生一低信号LS表示二个信号中较低的一个。

微信息处理机控制器通过进行下面计算式对理想氧气流量Oq1进行计算：

LS×K2＝Oq1

这个信号被输出到第一控制器FC1。

使用了这样一个控制系统后，氧气对于碳的比例就不会超出理想最大比例O/C，这样也就保证了反应温度不会超出最佳温度范围里的最大温度。

这里我们揭示了一种用于控制一个流体比例的装置和其方法，它保证了在维持最终比例接近恒量时，最终比例将即不超过也不低于一个理想比例。虽然已显示了本发明的实施例和运用和进行了描述，但对于那些本技术领域的技术人员来说这是很明白的，即可以不从这里描述的本发明概含出发来进行许多改进和运用。因此，除了本发明的权利要求外，本发明不受任何限制。

Claims (21)

1、一种用于控制一个流体混合物比例的装置，其包括：

一个装置，用来产生一个需要量信号，

一个装置，用来产生一个比例信号，

一个装置，用于测定一个第一流体流量，建立一个第一流量信号，

一个装置，用于测定一个第二流体流量，建立一个第二流量，

一个装置，用于比较所说第一流量信号和一个比例信号，建立一个第二流体理想流量信号，

一个装置，用于比较所说第二流体理想流量信号和所说需要量信号，利用输出来控制第二流体流量，

一个装置，用于比较所说需要量信号和所说第二流量信号，和比较输出和所说比例信号，建立一个第一流体理想流量信号，

一个装置，用于控制所说第一流体流量，它是一直控制到所说第一流量信号大体上同所说第一流体理想流量信号相同。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于比较所说第二流体理想流量信号和所说需要量信号的装置包括，一个能够选择一个高信号或低信号的模拟组件。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于比较所说需要量信号和所说第二流量信号的装置包括，一个能够选择一个高信号或低信号的模拟组件。

4、一种用于控制一个流体混合物比例的装置，其包括：

一个装置，用于产生一个需要量信号。

一个装置，用于产生一个最大比例的信号。

一个装置，用于测定一个第一流体流量，建立一个第一流量信号。

一个装置，用于测定一个第二流体流量，建立一个第二流量信号。

一个装置，用于所说第一流量信号和最大比例信号比较，建立一个第二流体理想流量信号。

一个装置，用于比较所说第二流体理想流量信号和所说需要量信号，和利用输出来控制第二流体流量。

一个装置，用于比较所说需要量信号和所说第二流量信号，和比较输出和所说最大比例信号，建立一个第一流体理想流量信号，

一个装置，用于控制所说第一流体流量，它是一直控制到所说第一流量信号大体上同所说第一流体理想流量信号相同。

5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，用于比较所说第二流体理想流量信号和所说需要量信号的装置包括，一个能够选择一个高信号的高信号选择器模拟组件。

6、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，用于比较所说需要信号和第二流量信号的装置包括，一个能够选择一个低信号的低信号选择器模拟组件。

7、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，用于所说第一流量信号和最大比例信号比较的，建立一个第二流体理想流量信号的装置包括，一个能够输出至少二个输入信号的商。

8、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，用于比较所说需要量信号和所说第二流量信号，和比较输出和所说最大比例信号，建立一个第一流体理想流量信号的装置包括，一个能够选择一个低信号的低信，号选择器模拟组件和一个能够输出二个输入的乘积的模拟组件。

9、一种用于控制一个流体混合物比例的装置，包括：

一个装置，用于产生一个需要量信号，

一个装置，用于产生一个最小比例信号，

一个装置，用于测定一个第一流体流量，建立一个第一流量信号，

一个装置，用于测定一个第二流体流量，建立一个第二流量信号，

一个装置，用于所说第一流量信号和所说最小比例信号比较，建立一个第二流体理想流量信号，

一个装置，用于比较所说第二流体理想流量信号和所说需要量信号，和利用输出来控制第二流体流量，

一个装置，用比较所说需要量信号和所说第二流量信号，和比较输出和所说最小比例信号，建立一个第一流体理想流量信号，

一个装置，用于控制所说第一流体流量，它一直控制到第一流量信号大体上同所说第一流体理想流量信号相同。

10、根据权利要求9所述的装置，其特征在于，用于比较所说第二流体理想流量信号和所说需要量信号的装置包括，一个能够选择一个低信号的低信号选择器模拟组件。

11、根据权利要求9所述的装置，其特征在于，用于比较所需量信号和所述第二流量信号的装置包括，一个能够选择一个高信号的高信号选择模拟组件。

12、根据权利要求9所述的装置，其特征在于，用于所述第一流量信号和所述最小比例信号比较的，建立一个第二流体理想流量信号的装置包括，一个能够输出至少二个输入信号的商。

13、根据权利要求9所述的装置，其特征在于，用于比较所述需要量信号和所述第二流量信号，和比较输出和所述最小比例信号来建立一个第一流体理想流量信号的装置包括，一个能够选择一个高信号的高，信号选择器模拟组件和一个能够输出二个输入的乘积的模拟组件。

14、一种用于控制一个流体混合物比例的装置，包括：一个第一控制阀，一个第二控制阀，一个第一高/低信号选择器，一个第二高/低信号选择器，一个第一流量计，一个第二流量计，一个分配器，和一个放大器，其中来自所述第一流量计的所述输出被输入到所述分配器和所述第一控制阀，一个用于输入一个比例给所说分配器和所述放大器的第一输入装置，所述分配器的输出被输入到所述第一高/低信号选择器，一个用于输入所述第二流体需要量给所说第一高/低信号选择器和所述第二高/低信号选择器的装置，所述第一高/低信号选择器的输出被输入给所述第二控制阀，所述第二流量计的输出被输入给所述第二控制阀和所述第二高/低信号选择器，所述控制阀能够调节第二流体流量一直到所述第二流量计的输出大体上同所述第一高/低信号选择器的输出相同，所述第二高/低信号选择器的输出被输入给所述放大器，所述放大的输出被输入给所述第一控制阀，所述第一控制阀能够调节第一流体流量一直到所述第一流量计的输出大体上同所述放大器的输出相同。

15、根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述放大器包括一个具有Z输入仪器成一体的XY/Z模压组件。

16、根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述分配器包括一个具有Y输入仪器成一体的XY/Z模压组件。

17、根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第一高/低选择器是用于高选择的仪器和所述第二高/低选择器为用于低选择的仪器。

18、根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第一高/低选择器是用于低选择的仪器，所述第二高/低选择器为用于高选择仪器。

19、一种用于控制一个流体混合物比例的方法，其包括：

产生一个需要量信号，

产生一个比例信号，

产生一个代表一个第一流体流量的第一流量信号，

产生一个代表一个第二流体流量的第二流量信号，

比较第二流量信号和比例信号，建立第二流体理想流量信号，

比较第二流体理想流量信号和需要量信号，利用输出来控制第二流体流量，

比较需要量信号和第二流量信号，比较输入和比例信号，建立一个第一流体理想流量信号，

控制第一流体流量到第一流量信号大体上同第一流体理想流量信号相同。

20、一种用于控制一个流体混合物比例的方法，其包括：

产生一个需要量信号，

产生一个最大比例信号，

产生一个代表一个第一流体流量的第一流量信号，

产生一个代表一个第一流体流量的第二流量信号，

比较第一流量信号和最大比例信号，建立一个第二流体理想流量信号，

测定第二流体理想流量信号和需要量信号较大的一个，建立一个高信号，

控制第二流体流量至第二流量信号大体上同高信号相同，

测定需要量信号和第二流量信号较小的一个，建立一个低信号，

比较低信号和最大比例信号，建立一个第一流体理想流量信号，

控制第一流体流量至第一流量信号大体上同第一流体理想流量信号相同。

21、一种用于控制一个流体混合物比例的方法，其包括：

产生一个需要量信号，

产生一个最小比例信号，

产生一个代表一个第一流体流量的第一流量信号，

产生一个代表一个第二流体流量的第二流量信号，

比较第一流量信号和最小比例信号，建立一个第二流体理想流量信号，

测定第二产体理想流量和需要量信号较小的一个，建立一个高信号，

控制第一流体流量至第二流量信号大体上同低信号相同，

测定需要量信号和第二流量信号较小的一个，建立一个高信号，

比较高信号和最小比例信号，产生一个第一流体理想流量信号，

控制第一流体流量至第一流量信号大体上同第一流体理想流量相同。

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