风送管道煤粉重量测量仪及多个管道均衡供粉控制系统的制作方法

本发明涉及风送物料重量测量，特别涉及多个风送管道煤粉重量测量及对多个送风管道均衡供粉调节控制。

背景技术：

燃煤锅炉，诸如电力锅炉、大型供热锅炉、水泥窑炉等，都以煤粉为燃料，并用风送管道给锅炉供煤粉。例如，大型电力锅炉是用多台磨煤机制粉、多个风送管道分层供粉，每一台磨煤机有多个风送管道给锅炉一层供粉。现以一层、一台磨煤机带有四个风送管道为例表述如下：

图1给出了现有一台磨煤机制粉、供粉主要设备示意图：

原煤仓(1)，用于存储燃煤；

输送机(2)，用于输送燃煤；

给煤机(3)，用于给磨煤机按重量供煤；

磨煤机(4)，用于将燃煤破碎、加热烘干、制粉；

风机(5)，用于通过风送管道将煤粉送至燃烧器(9)；

粗、细粉分离器(6)，用于将分离出粗粉，并将其返回磨煤机再研磨；将分离出的细粉送入煤粉分配器(7)；

煤粉分配器(7)，用于将煤粉分别送至各风送管道(8A、8B、8C、8D)；

风送管道(8)，用于输送煤粉；

燃烧器(9)，用于将煤粉喷入锅炉内燃烧；

锅炉(10)，用煤粉燃烧产生蒸汽发电。

一台大型电力锅炉，通常分三层-六层，用20个左右风送管道供粉。由于多个管道供粉的重量不均匀(有时偏差达20％，甚至到30％)，严重影响锅炉煤粉燃烧质量、效率以及炉内中心火焰不稳和偏移，甚至造成局部过热，引起锅炉水冷壁结渣而影响锅炉运行稳定性、安全性和经济性。

多年来，本领域的技术人员力求解决多个风送管道均匀供粉问题，有的采用可调式煤粉分配器，调节入各风送管道的煤粉重量，用以改善各管道煤粉重量偏差；有的试图研发风送管道煤粉计重装置，用以计量各风送管道的煤粉重量，来解决均匀供粉，但由于风送管道煤粉温度高、压力大、重量少、速度高、摩擦力大，又因电站长时不间断生产的特点，难以对仪器k值进行标定，故至今风送管道煤粉计重与调节控制尚未解决。

针对上述问题，本发明公开了一种“风送管道煤粉重量测量仪及多个管道均衡供粉控制系统”，用于测量风送管道煤粉重量及对多个风送管道煤粉重量的调节、控制，以达到降低各风送管道间的煤粉重量偏差，从而可实现各管道均衡供粉，最终达到提高锅炉运行的稳定性、安全性、经济性和降耗减排。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题有：

1、采用辐射式称重传感器和特制的管道连接器，解决对风送管道煤粉高压、高温、高速、高摩擦和重量小的测量问题；

2、利用在一段时间间隔内，进入磨煤机原煤重量Wi原煤和水分Mi值，计算出磨煤机输出煤粉重量W磨煤粉，并以此作为标准值，在锅炉工作状态下，完成对煤粉重量测量数学模型中系数k的标定。

3、采用自动标定系数k，即，设定自动标定时间间隔t1，每经过时间t1，仪器自动计算出磨煤机输出煤粉重量W磨煤粉，同时在t1时间内，煤粉测量仪的数学模型计算出煤粉重量W煤粉，并以W磨煤粉为标准值，计算出和k新＝Δk×k，用每次标定出的K新值代替称重数学模型中前次的k值，从而解决了仪器因长期工作时不能校零而造成零点漂移等因素对准确度的影响。

4、本发明将多个风送管道煤粉重量平均值作为煤粉重量设定控制值，对每个管道煤粉重量进行定值控制，以解决多个管道均衡供粉问题，从而可提高锅炉运行的稳定性、安全性和经济性。

本发明公开的“风送管道煤粉重量测量仪”，安装在现有锅炉制粉系统的风送管道上方(见图2)，其特点包括：

辐射式称重传感器(辐射源101和辐射探测器102)，辐射源(101)和辐射探测器(102)分别安装在风送管道(8)两侧的上方和下方，用于测量煤粉重量，给出重量信号Ui、U0；

安装支架(103)，用于安装辐射源(101)和辐射探测器(102)；

管道连接器(104)，置于射线测量区内，用法兰盘(105)连接测量区内两端的风送管道；

风速测量装置(106)安装在风送管道(8)上，用于测量风送管道内的风速(Vi)；

水分测量装置(108)，安装在原煤仓和磨煤机之间的输送带(2)的上方，用于测量原煤中的水分(Mi)；

称重装置(109)，安装在原煤仓和磨煤机之间输送带(2)的下方，用于测量原煤重量Wi原煤；

数据采集处理控制器(107)，用于接收来自辐射探测器的信号(Ui、U0)、风速测量装置信号Vi、称重装置重量信号Wi原煤、水分测量装置的水分信号Mi。

数据采集处理控制器(107)，根据重量信号Ui、U0、风速信号Vi，按称重数学模型算出煤粉重量Wi煤粉，该数学模型为：

式中Wi煤粉-瞬时重量；

W煤粉-累计重量；

K-标定系数；

U0-无煤粉时探测器输出信号；

Ui-有煤粉时探测器输出信号；

Δt-采集时间；

m-采集次数。

数据采集处理控制器(107)，根据水分信号Mi和重量信号Wi原煤，实时计算出进入磨煤机原煤重量W原煤、水分重量W水＝W原煤×Mi、磨煤机在制粉时间t2内存有原煤重量W磨煤机和输出煤粉重量W磨煤粉。

本技术方案特点还有：

1、公式中系数k的标定：

用现有技术，只能在停产时标定，具体标定方法是：先称量一定重量(W煤粉)煤粉，然后再将该煤粉送入风送管道，经“风送管道煤粉重量测量仪”测得重量Wi煤粉；或者在测量时间内，由“风送管道煤粉重量测量仪”按公式(1)(此时k＝1)测出重量W1煤粉，与此同时，将该煤粉收集起来称重得W煤粉，以称重重量W煤粉作为标准值与“风送管道煤粉重量测量仪”测得的重量(Wi煤粉)对比，得出标定系数k，即是：将k值带入(1)式，即完成标定。

该标定方法不适合电厂，因风送管道是连续工作的，难以停产对k进行标定，也就无法实现风送管道煤粉重量测量。

本发明的标定方法是：在测量时间t1内，根据进入磨煤机原煤重量W原煤、原煤含有水分重量W水、磨煤机在t2时间内存有原煤重量W磨煤机，计算出磨煤机输出煤粉重量W磨煤粉(见图3)。图4(a)给出了测量时间示意图，t1-测量时间(或标定时间)，t2-磨煤机制粉时间，t3-磨煤机输出煤粉时间；图4(b)给出了测量时间t1结束时，入磨煤机不含水分的原煤重量W煤＝W原煤(1-Mi)、在t1结束之前的t2时间内磨煤机存有原煤(不含水分)重量W磨煤机和在t1-t2时间内输出煤粉重量W磨煤粉，由此可得：W磨煤粉＝W原煤(1-Mi)-W磨煤机……(3)；

数据采集处理控制器，根据采集时间Δt和测量时间t1、t2，计算出(m是t1时间采集次数，n是t2时间采集次数)

风送管道将重量为W磨煤粉的煤粉送至“风送管道煤粉重量测量仪”所在测量区，按公式(2)(此时k＝1)测得煤粉重量W煤粉，即：

将W磨煤粉作为标准值与W煤粉相比，可求得将k值带入(1)、(2)式，即实现了不停产标定系数k。

2、由于风送管道是连续供粉，因而“风送管道煤粉重量测量仪”不能校正零点，便引起零点漂移，影响测量精度。

为解决仪器零点漂移，本发明设置了自动标定系数k，即设定自动标定时间t1，每经t1时间，仪器自动进入标定k程序；根据在t1时间内，进入磨煤机原煤重量W煤＝W原煤(1-Mi)，在t2时间内，磨煤机存有煤重量W磨煤机，计算输出煤粉重量W磨煤粉值，以该值作为标准值求得k新＝k×Δk，用k新替代前测量数学模型中的k值，从而解决了仪器零点漂移对测量精度的影响。

3、辐射式称重传感器，利用X射线或γ射线传感器测量物料重量已是成熟技术，但将其应用于风送管道煤粉重量测量时，则因风送管道直径大、壁厚、铸铁材料，以及煤粉的高温、高压、高速、高摩擦、煤量小等特点，仅就铸铁材料，壁厚约20mm管道就可将X射线或γ射线全部吸收掉，使测量无法进行。

本发明采用特制的管道连接器(见图5)，将其置于辐射称重传感器测量区内，以代替部分通风管道，该连接器选用吸收射线少的材料制成，并经过特殊结构设计和处理。此外，采用水冷措施等，使连接器具有耐高温、耐高压、摩擦力小、吸收射线少等特点，用以解决风送管道煤粉重量的测量问题。

本发明公开了一种“多个风送管道均衡供粉系统”，安装在现有电力锅炉煤粉制备系统某些设备上，用以调节控制各风送管道煤粉重量，使其多个风送管道内煤粉重量相接近，达到实现均衡供粉。

一种“多个风送管道均衡供粉控制系统”，其特点包括：

多个“风送管道煤粉重量测量仪”(100A，100B，100C，100D)或其他风送管道煤粉重量测量仪；

水分测量装置(110)，安装在原煤仓至磨煤机间的输送带(2)上方，用于测量原煤水分Mi；

具有调节皮带速度功能的称重装置(111)，安装在原煤仓和磨煤机之间的皮带下方，用于测量、调节控制入磨煤机的原煤重量Wi原煤；

具有调节功能的煤粉分配器(112)，用于调节进入风送管道煤粉重量Wi煤粉；

工业控制计算机(113)，用于接收来自“风送管道煤粉重量测量仪(100)，即(100A，100B，100C，100D)煤粉重量信号(WiA煤粉、WiB煤粉、WiC煤粉、WiD煤粉)、水分测量装置(110)水分信号Mi、测重装置(111)重量信号Wi原煤，并对煤粉分配器(112)、测重装置(111)发出控制信号。

工业控制计算机(113)，根据接收到的水分信号Mi、重量信号Wi原煤和原煤重量设定控制值(W原煤控)对入磨煤机原煤重量进行定值控制；根据接收到的WiA煤粉、WiB煤粉、WiC煤粉、WiD煤粉及煤粉重量设定控制值W煤粉控对WiA煤粉、WiB煤粉、WiC煤粉、WiD煤粉进行定值控制[见图8、图9]。

“多个风送管道供粉控制系统”其特点还在于：

WiA煤粉、WiB煤粉、WiC煤粉、WiD煤粉的测量数学模型为：

式中WiA煤粉、WiB煤粉、WiC煤粉、WiD煤粉为Δt时间重量的瞬时值，WA煤粉、WB煤粉、WC煤粉、WD煤粉为Δt×m＝t1时间的累计值，m-累计次数；

数学模型中的k是用经时间间隔(t1)，磨煤机输出煤粉的重量(W磨煤粉)，并将该值作为标准值与各风送管道煤粉重量测量值相对比得：

式中，

各风送管道煤粉重量瞬时值的平均值W煤粉平均为：

假设调节时间为t4，采集时间为Δt，则采集次数采集N1次的各风送管道煤粉重量累计值的平均值为：

将W煤粉平均作为各风送管道煤粉重量设定控制值W煤粉控，工业控制机根据各风送管道煤粉重量设定控制值和各管道煤粉重量测量值Wi煤粉计算出各管道的ΔW煤粉＝W煤粉控-Wi煤粉(或ΔW煤粉＝W煤粉控-W煤粉)；根据ΔW煤粉值调节煤粉分配器(112)内相应的112A、112B、112C、112D(见图7)，用以增加或减少各管道的煤粉重量Wi煤粉(或W煤粉)，从而可实现各管道均衡供粉[见图8]；

控制入磨煤机原煤重量的特点

1)原煤重量设定控制值(W原煤控)是根据锅炉热负荷确定的，并且随热负荷的变化而变化；

2)进入磨煤机原煤重量要扣除所含水分重量，即W煤＝W原煤(1-Mi)，工业控制机根据W原煤控和W煤计算出ΔW煤＝W原煤控-W煤，根据ΔW煤调节称重装置的皮带速度，用以增加或减少原煤重量，使W煤与W原煤控相接近，从而实现原煤重量定值控制。控制不含水分的原煤重量，可减少磨煤机输出煤粉的重量波动，提高供粉的稳定性。

3)自动校正系数k功能，仪器根据设定的自动标定时间t1，每经过t1时间间隔，自动进入标定程序，即计算出

以W磨煤粉作为标准值得：

k新＝Δk×k，将k新更换煤粉重量测量数学模型中的k，图9给出了自动校正系数k的框图。

附图说明

图1现有电力锅炉一台磨煤机制粉供粉系统主要设备示意图；

1——原煤仓；

2——输送带；

3——给煤机；

4——磨煤机；

5——风机；

6——粗细粉分离器；

7——煤粉分配器；

8A、8B、8C、8D——风送煤粉管道；

9A、9B、9C、9D——燃烧器；

10——锅炉；

图2风送管道煤粉重量测量仪示意图；

101——辐射传感器的辐射源；

102——辐射传感器的辐射探测器；

103——安装支架；

104——管道连接器；

105——管道连接器的法兰盘；

106——风速测量装置；

107——数据采集处理控制器；

108——水分测量装置；

109——称重装置；

图3入磨煤机原煤重量、制成煤粉重量和煤粉分配器、分配重量示意图；

图4磨煤机工作时间与制粉时间及其相应重量示意图；

图4(a)工作时间图；

t1——给磨煤机供原煤时间(测量时间或标定时间)；

t2——磨煤机从原煤进入到制成煤粉所需时间；

t3——磨煤机供粉时间；

图4(b)磨煤机在t1时间结束时，进入磨煤机原煤重量，在t2时间内，磨煤机存有的原煤重量及输出的煤粉重量。

图5管道连接器示意图；

图5(a)正视图，图5(b)侧视图，图5(c)A-A剖面图；

图6多个风送管道均衡供粉控制系统示意图；

100——风送管道煤粉重量测量仪，即100A，100B，100C，100D；

110——水分测量装置；

111——具有调节皮带速度功能的称重装置；

112——具有调节煤粉分配功能的煤粉分配器；

113——工业控制计算机；

图7具有调节煤粉分配功能的煤粉分配器示意图；

112A——调节管道8A的W8A煤粉；

112B——调节管道8B的W8B煤粉；

113C——调节管道8C的W8C煤粉；

114D——调节管道8D的W8D煤粉；

图8多个风送管道均衡供粉控制框图；

图8(a)将在调节时间t1内，各风送管道煤粉重量累计值的平均值作为煤粉重量设定控制值，进行定值控制的框图；

图8(b)将各风送管道测量煤粉重量的瞬时值的平均值作为煤粉重量设定控制值进行定值控制的框图；

图9入磨煤机原煤重量定值控制及自动校正系数k的框图。

具体实施方式

结合附图对本发明方案进一步说明：

图1是现有电力锅炉、一台磨煤机制粉、供粉系统的主要设备示意图，图2是“风送管道煤粉重量测量仪”，安装在现有制粉系统设备上示意图，该图给出了“风送管道煤粉重量测量仪”包括构成的主要装置和部件，其中(101)、(102)构成辐射式称重传感器。

现有辐射式称重传感器有γ射线称重传感器、X射线称重传感器，它们均属非接触式测量，不受煤粉高温、高压、高摩擦的影响。γ射线传感器与X射线传感器相比，γ射线辐射安全性差，如有遗失易造成大的安全事故，此外，γ射线能量高、鉴别力低，故本专利推荐采用X射线称重传感器，X射线源(101)选取低功率的，其高压＜50kv，电流＜2mA；X射线探测器(102)采用长电离室或阵列电离室、或半导体探测器、或闪烁探测器等，这里更推荐长电离室或阵列电离室。称重传感器当然也可选用其它非接触式传感器，如微波称重传感器，它也是成熟技术；风速测量装置有多种类型，如靠背管、笛形管、皮托管、双文丘里管等，推荐采用靠背管；水分测量装置选择微波水分测量仪；重量测量装置选用电子皮带秤，风送管道煤粉重量测量仪的构成有多种选择，本选择为优选方案。

解决不停产标定和在给定标定时间t1内的自动标定，是本专利的发明点。图4(a)给出了磨煤机运行的时间t1、t2、t3关系示意图，图4(b)给出了t1结束时，原煤重量、煤粉重量之间的关系示意图，不难求得在t3时间内，磨煤机输出煤粉重量W磨煤粉，并以该重量W磨煤粉为标准值实现按设定标定时间t1自动对仪器测量数学模型中的k进行标定和修正。

图5给出了本专利的管道连接器图，其长度l＝100～300mm，l越短，抗压性就强，当l长时，可在管壁上铺设加强筋，以提高抗压强度，连接器内径设计的要稍微大于风送管道内径(d1)，即d＝d1+Δd；Δd＝0.5～2mm，内径要抛光和特殊处理，用以降低摩擦力，管壁(b)要尽量薄，b＝2～6mm，以减少对X射线的吸收。此外，还采取水冷措施等，至此使连接器具有耐高温、耐高压、耐摩擦。以上措施对实现采用X射线传感对煤粉重量测量创造了有利条件。

图6给出了“多个风送管道的均衡供粉控制系统”示意图，需要说明的是：用具有调节功能的煤粉分配器(112)取代了图2中的煤粉分配器(7)，用具有调速功能的称重装置(111)取代了图2中的称重装置(109)。另外，还增加了工业控制机(113)，它与多个管道煤粉重量测量仪的数据采集处理控制器形成上位机和下位机结构。均衡供粉控制系统有两个控制回路：1)入磨煤机原煤重量定值控制和系数k的自动标定(见图9)；2)多个风送煤粉重量的均衡控制。图8(a)，8(b)给出了均衡供粉的控制框图，图7给出了可调节煤粉分配器示意图，它是利用调节分配器(112)内的叶栅(112A、112B、112C、112D)角度实现调节进入多个管道的煤粉量。图9给出了入磨煤机原煤控制框图。

本发明解决了多年来存在的多个风送管道供粉不均的问题，提高了锅炉煤粉燃烧质量和效率、防止锅炉内中心火焰偏移和降低水冷壁结渣，从而提高了锅炉运行的稳定性、安全性、经济性，对节能减排具有重要意义。