DE2757032C2

DE2757032C2 -

Info

Publication number: DE2757032C2
Application number: DE19772757032
Authority: DE
Inventors: Manfred Foerster; Adolf 4300 Essen De Linke; Ulrich 4355 Waltrop De Geidies
Original assignee: Krupp Koppers 4300 Essen De GmbH
Current assignee: Krupp Koppers 4300 Essen De GmbH
Priority date: 1977-12-21
Filing date: 1977-12-21
Publication date: 1988-01-21
Also published as: ZA787131B; DE2757032A1; US4270558A; BR7808352A

Description

Verfahren zur Ermittlung und Steuerung des bei der Partialoxidation von feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffen dem Vergaser zugeführten Brennstoffstromes.

Zusatz zum Patent DE 26 42 537 C2.

Das Hauptpatent DE 26 42 537 C2 betrifft ein Verfahren zur Ermittlung und Steuerung des bei der Partialoxidation (Vergasung) von feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffen dem Vergaser zugeführten Brennstoffstromes, wobei der in einem gas- bzw. dampfförmigen Medium suspendierte feinkörnige bis staubförmige feste Brennstoff unmittelbar vor dem Eintritt in den Vergaser einer radiometrischen Dichtemessung unterworfen wird und der hierbei gemessene Wert für die Gesamtdichte zusammen mit den gemessenen Werten für den Volumenstrom der gas- bzw. dampfförmigen Reaktionsmedien in eine Rechenschaltung eingespeist wird, in der aus diesen Werten ein Massenstromsignal für die Brennstoffzufuhr errechnet wird, welches auf eine Steuereinrichtung übertragen wird, die die Sicherheitsverriegelung des Vergasers steuert.

Das Hauptpatent beschreibt dabei insbesondere die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Fall, in dem der feinkörnige bis staubförmige feste Brennstoff zur Einführung in den Vergaser in den gas- bzw. dampfförmigen Reaktionsmedien - Sauerstoff bzw. Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft und Wasserdampf - suspendiert wird. Die ermittelten Werte für den Volumenstrom der gas- bzw. dampfförmigen Reaktionsmedien sowie der bei der radiometrischen Dichtemessung des Brennstoffes erhaltene Wert für die Gesamtdichte ( p _ges. ) werden dabei in eine Rechenschaltung eingegeben, in der sie gemäß einer bestimmten mathematischen Beziehung in ein Massenstromsignal für die Brennstoffzufuhr umgerechnet werden, welches als Steuergröße für die Sicherheitsverriegelung des Vergasers dient. Hierbei wird allerdings der Volumenstrom der Kohle als vernachlässigbar angesehen und geht nicht in die Meßschaltung ein.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß eine solche Annahme nur dann gerechtfertigt ist, wenn die Beladung des gas- bzw. dampfförmigen Mediums mit feinkörnigem bzw. staubförmigem Brennstoff nur bis etwa 2 kg Brennstoff/m³ Gas beträgt. Andererseits hat sich jedoch ergeben, daß in vielen Fällen der genannte Wert überschritten werden muß, beispielsweise wenn der Vergaser unter erhöhtem Druck betrieben werden soll. Die Werte für die Beladung können daher tatsächlich in der Größenordnung von 300 kg Brennstoff/m³ Gas und darüber liegen. In diesen Fällen kann jedoch der Volumenstrom des Brennstoffes nicht mehr vernachlässigt werden und muß in der Meßschaltung berücksichtigt werden.

Im Gegensatz zu der im Hauptpatent beschriebenen Arbeitsweise wird außerdem in vielen Fällen der feinkörnige bis staubförmige Brennstoff nicht in den gas- bzw. dampfförmigen Reaktionsmedien Sauerstoff bzw. Luft und Wasserdampf, sondern in einem inerten Trägergas, vorzugsweise Stickstoff, suspendiert.

Die vorliegende Erfindung betrifft deshalb eine Ausgestaltung des Verfahrens nach dem Hauptpatent, bei der einerseits der Volumenstrom des Brennstoffes in der Meßschaltung berücksichtigt werden soll und andererseits der Brennstoff in einem inerten Trägergas, vorzugsweise Stickstoff, suspendiert werden soll.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens nach dem Hauptpatent ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß der feinkörnige bis staubförmige Brennstoff anstelle in den gas- bzw. dampfförmigen Reaktionsmedien in einem inerten Trägergas suspendiert wird, wobei in der entsprechenden Zuführungsleitung der Volumenstrom des Trägergases (V _N₂ ) sowie die Dichte des Trägergases ( ρ _N₂ ) gemessen werden, worauf die erhaltenen Meßwerte ebenso wie das zuvor ermittelte und als konstante Größe verwendete spezifische Gewicht des Brennstoffes ( ρ _K ) und der bei der radiometrischen Dichtemessung des Brennstoffstromes gemessene Wert für die Gesamtdichte ( ρ _ges. ) in eine Rechenschaltung eingegeben werden, in der aus diesen Werten ein Massenstromsignal für die Brennstoffzufuhr (M _K ) gemäß der mathematischen Beziehung

berechnet wird.

Der vorstehenden Formel liegen dabei folgende Beziehungen zugrunde, wobei die angewandten Symbole folgende Bedeutung haben:

Die Abbildungen zeigen folgendes:

Fig. 1 eine Schaltskizze für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Durchführung der radiometrischen Dichtemessung.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll nachfolgend an Hand der in Fig. 1 wiedergegebenen Schaltskizze erläutert werden. Die Vorrichtung 1 zur radiometrischen Dichtemessung ist dabei zu beiden Seiten der Zuführungsleitung 2 für das Brennstoff-Trägergasgemisch vor dem Eintritt in den Vergaser 4 angeordnet. Bezüglich der Wirkungsweise der Vorrichtung 1 wird auf die Ausführungen im Hauptpatent sowie die dort zitierte Literaturstelle aus "Elektroanzeiger", 1974, Nr. 7, S. 132-134, verwiesen. In Fig. 2 ist außerdem eine bevorzugte Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung dargestellt. In das durch die Zuführungsleitung 2 strömende Trägergas wird der aus dem Bunker 11 entnommene feinkörnige bis staubförmige Brennstoff über die Leitung 12 eingespeist. Als Trägergas dient vorzugsweise Stickstoff. Es kann aber gegebenenfalls auch ein anderes geeignetes Trägergas verwendet werden. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Trägergas zunächst durch die Meßeinrichtung (Meßblenden) 3 geleitet, in der der Volumenstrom V _N₂ nach dem Prinzip der Differenzdruckmessung ermittelt wird. Der erhaltene Meßwert wird über den Meßwertumformer 5 auf den Rechenoperator 6 übertragen. Der Meßwertumformer 5 formt zunächst den sich in der Meßeinrichtung (Meßblenden) 3 bildenden Differenzdruck entsprechend dem Meßbereich in ein äquivalentes pneumatisches oder elektrisches Einheitssignal um, welches als Wert für V _N dient. Im Rechenoperator 6 wird dann dieser Wert für V _N mit dem Wert für das spezifische Gewicht des Brennstoffes ρ _K multipliziert. Dieses wird dabei separat ermittelt und bleibt bei gleichbleibender Brennstoffzusammensetzung längere Zeit konstant. Die Eingabe von ρ _K in den Rechenoperator 6 erfolgt über einen sogen. Faktoreinsteller 7, der eine Dichteskala enthält, an der mittels eines Drehknopfes der separat ermittelte Wert für ρ _K eingestellt wird. Der Faktoreinsteller 7 gibt ebenfalls ein entsprechendes pneumatisches oder elektrisches Einheitssignal ab, das im Rechenoperator 6 als Wert für ρ _K dient.

Das durch die Zuführungsleitung 2 strömende Trägergas wird anschließend in der Meßeinrichtung 8 einer Dichtemessung unterworfen. Über den Meßwertumformer 9 wird der erhaltene Wert für ρ _N₂ in den Rechenoperator 10 eingespeist. Die Gasdichtemessung wird dabei nach bekannten Arbeitsprinzipien, wie Gasdichtewaage oder Schlendergebläse, durchgeführt und der Meßwertumformer 9 dient wiederum dazu, den Meßwert aus der Meßeinrichtung 8 in ein entsprechendes pneumatisches oder elektrisches Einheitssignal umzuformen, das als Rechengröße für ρ _N₂ im Rechenoperator 10 dient.

Gleichzeitig wird in den Rechenoperator 10 über den Meßwertumformer 13 der durch die radiometrische Dichtemessung in der Vorrichtung 1 erhaltene Wert für die Gesamtdichte ρ _ges. eingespeist, wobei im Rechenoperator 10 die Differenz ρ _N₂-ρ _ges. gebildet wird. Der erhaltene Wert für ρ _ges. wird außerdem in den Rechenoperator 14 übertragen, in den außerdem der Wert des spezifischen Gewichtes des Brennstoffes ρ _K eingegeben wird, worauf die Differenz ρ _ges.- ρ _K gebildet wird.

Die Ergebnisse der Rechenoperatoren 10 und 14 werden anschließend in den Rechenoperator 15 eingespeist, in dem der Quotient

gebildet wird. Dieser Quotient wird schließlich im Rechenoperator 16 mit dem aus dem Rechenoperator 6 kommenden Wert für V _N₂ · ρ _K multipliziert, so daß gemäß der weiter oben angegebenen Formel der Wert M _K für den Massenstrom des Brennstoffes erhalten wird. Entsprechend dem Hauptpatent wird dieser Wert auf die Steuereinrichtung 17 übertragen, die die Sicherheitsverriegelung des Vergasers 4 steuert. Anstelle der einzelnen Rechenoperatoren 6, 10, 14, 15 und 16 kann natürlich auch ein einziger Prozeßrechner üblicher Bauart eingesetzt werden, der die einzelnen Rechenoperationen in der vorbeschriebenen Programmfolge ausführt.

Wie beim Verfahren nach dem Hauptpatent ist auch hier die Anwendbarkeit der beschriebenen Arbeitsweise nicht auf die Partialoxidation von Brennstoffen beschränkt. Das Verfahren kann selbstverständlich auch dort angewandt werden, wo hinsichtlich der Einschleusung eines Brennstoffstromes in einen Reaktionsraum ähnliche Bedingungen vorliegen wie bei der Partialoxidation. Beispiele hierfür sind die einer Kokerei vorgeschaltete Kohlevorwärmung oder die Kohleinjektion in den Hochofen.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung zur Durchführung der radiometrischen Dichtemessung kann vorteilhafterweise sowohl beim vorliegenden Verfahren als auch beim Verfahren nach dem Hauptpatent zur Anwendung gelangen. Die Vorrichtung besteht dabei aus dem Strahlenbehälter 18 und dem Detektor 19, zwischen denen die Zuführungsleitung 2 angeordnet ist, in der sich das Meßgut befindet. In dem Strahlenbehälter 18 ist ein geeigneter radioaktiver Strahler, z. B. Strontium 90, untergebracht. Die durch das Fenster 20 austretende Strahlung durchdringt, wie die Pfeile andeuten, das in der Zurührungsleitung 3 befindliche Meßgut und wird im Detektor 19, der mit einer Ionisationskammer versehen ist, aufgefangen. Im vorliegenden Falle sind der Strahlenbehälter 18 und der Detektor 19 an dem Meßbügel 21 befestigt, der höhenverstellbar an einer senkrecht stehenden Rollschiene 22 angebracht ist.

Es ist aber auch eine hier nicht dargestellte Konstruktion möglich, bei der der Strahlenbehälter und der Detektor über bzw. unter der Zuführungsleitung an einem senkrecht stehenden Meßbügel befestigt sind, der auf einer waagerecht angeordneten Rollschiene seitlich verschiebbar ist. Durch diese Möglichkeiten der Verschiebbarkeit der Messvorrichtung ist man jederzeit in der Lage, diese aus der Meßposition herauszubewegen, falls an der Zuführungsleitung Reparaturen erforderlich sind.

Claims

Verfahren zur Ermittlung und Steuerung des bei der Partialoxidation (Vergasung) von feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffen dem Vergaser zugeführten Brennstoffstromes, wobei der in den gas- bzw. dampfförmigen Reaktionsmedien suspendierte feinkörnige bis staubförmige Brennstoff unmittelbar vor dem Eintritt in den Vergaser einer radiometrischen Dichtemessung unterworfen wird und der hierbei gemessene Wert für die Gesamtdichte zusammen mit den gemessenen Werten für den Volumenstrom der gas- bzw. dampfförmigen Reaktionsmedien in eine Rechenschaltung eingespeist wird, in der aus diesen Werten ein Massenstromsignal für die Brennstoffzufuhr errechnet wird, welches auf eine Steuereinrichtung übertragen wird, die die Sicherheitsverriegelung des Vergasers steuert, gemäß Patent DE 26 42 537 C2, dadurch gekennzeichnet, daß der feinkörnige bis staubförmige Brennstoff anstelle in den gas- bzw. dampfförmigen Reaktionsmedien in einem inerten Trägergas suspendiert wird, wobei in der entsprechenden Zuführungsleitung der Volumenstrom des Trägergases (V _N₂ ) sowie die Dichte des Trägergases ( ρ _N₂ ) gemessen werden, worauf die erhaltenen Meßwerte ebenso wie das zuvor ermittelte und als konstante Größe verwendete spezifische Gewicht des Brennstoffes (ρ _K ) und der bei der radiometrischen Dichtemessung des Brennstoffstromes gemessene Wert für die Gesamtdichte ( ρ _ges. ) in eine Rechenschaltung eingegeben werden, in der aus diesen Werten ein Massenstromsignal für die Brennstoffzufuhr (M _K ) gemäß der mathematischen Beziehung berechnet wird.