固体粉末控制系统的制作方法

专利名称:固体粉末控制系统的制作方法
本发明涉及控制系统，更具体地说，它涉及一种特别适合于同球磨机相配合，用于连续地测量多相的和多成分的流体(例如用空气气动输送的煤粉颗粒流)的质量(或体积)流率和细度，并且能够根据这种测量调整球磨机分粒器的参数设置或者球磨机其他控制参数的设置，以便使包含球磨机的工艺系统达到最佳化。
在许多生产过程中，重要的参数之一是颗粒尺寸。因此，在先有技术中人们早已知道要装备能够用于实现颗粒测量的装置。以致，先有技术充满各种类型的已经用于测量颗粒的装置的例子。在这方面，在许多情况下存在用于完成颗粒测量的技术方面的明显的差别。这些差别的存在又在很大程度上归因于与这种仪器具体的应用领域相联系的不同的功能要求。举例来说，在为特殊的应用选择待用装置的具体类型时，一个必须考虑的基本因素是构成待测颗粒的物质的性质。另一个必须考虑的因素是测量时待测颗粒存在于其中的物质的性质。再一个必须考虑的因素是待测颗粒的相对粒径。
迄今，先有技术中已经用于进行颗粒测量的某些技术包括声学技术，光计数技术，电计数技术，沉降技术，分选技术和表面测量技术。此外，试图用这些技术进行颗粒测量的颗粒种类包括诸如血液颗粒，食品颗粒，化学品颗粒，矿石颗粒以及其他颗粒。并且，当这些待测颗粒存在于各式各样的不同种类的流体物质中，例如各种气体和各种液体中时，已经设法用上述已经涉及的不同类型的技术进行颗粒测量。
然而，遗憾的是，已经发现迄今在先有技术中已存在的能够用于实现上面已经涉及的技术的装置都在一个或更多方面表现出缺点。所以，在那些为了生产与粒径有关的数据(这些数据能够按照需要被用于实行生产过程的调整)而已经设法把这样的装置用于涉及生产过程的应用场合，要利用先有技术这类装置来产生足够及时的和/或具有所要求的精确度的所需数据是不可能的。换句话说，已经证实，为了产生所要求的与粒径有关的数据，则要化费过份长的时间和/或需要非常大的努力，以致就其用于进行生产过程的及时调整而论，这种数值已不具备任何有效价值。这大部分基于以下的事实，即，以迄今已有的先有技术装置用于进行颗粒尺寸测量时，进行即时的现场测量已经不可能，因此，为了利用迄今已有的先有技术装置，通常需要从存在待测颗粒的媒质中收集样品;需要把该样品输送到将用于进行颗粒尺寸测量的装置;需要用该装置实际地进行颗粒尺寸的测量;最后，根据颗粒尺寸的测量结果对生产过程进行必要的调整，以保证这些颗粒确实有效地具有必要的尺寸，使得从中获取待测颗粒的特定的生产过程将成功地运行。
本申请为此先后参考了如下两份与此一道共同申请和共同转让的专利由请(1)美国专利申请序号C850610，1986年2月12日提交，题目是“颗粒尺寸的现场测量装置”，以詹姆斯M.尼齐奥里克(James M.Niziolek)和詹姆斯P.苏顿(James P.Sutton)为名申请;(2)美国专利申请序号C860010，申请日()，题目是“颗粒尺寸现场测量装置的固定组件和转动组件”以马克P.埃尔玛和约翰M.霍姆斯为名申请。
了解其中的颗粒尺寸对于生产过程的成功运行具有重要意义的一种生产过程是煤粉的燃烧。在煤粉燃烧方面，人们早就了解，将煤粉碎以便使煤变成适用于这种用途的设备是利用煤粉作燃料的任何蒸汽发生装置的一个主要组成部分。虽然先有技术中已经使用各种类型设备来进行煤的粉碎，但是经常用于这种目的的一种特殊的装置工业界通常称之为球磨机。球磨机的名称主要来源于以下事实在其内进行的煤的粉碎，即研磨，发生在其形状有点类似于球形的研表面上。
为了说明问题，可能必须参考美国专利第3，465，971号(它被转让给本发明的同一受让人)，用于给出球磨机的一种先有技术。这份专利包含球磨机结构特征和工作方式的启示，这种球磨机适合用于进行作为燃煤蒸汽发生器燃料的煤的粉碎。正如这份专利所教导的，这种球磨机的主要组成部分是壳体部分，即外壳，外壳中安装着可转动的研磨辊道;若干研磨辊，它们被彼此等间隔地支承着，以便同研磨辊道共同行动，使得能够用研磨辊将研磨辊道表面上待处理的煤研磨，即粉碎;供煤装置，用于将准备在球磨机中粉碎的煤输送到研磨辊道的表面;空气供给装置，用于给壳体部分的内部提供球磨机工作时所需要的空气;分粒器，能够对夹带在流入并穿过分粒器的空气中的煤粉颗粒进行分类。
为了满足普通结构的燃煤蒸汽发生器对煤粉的需求，一般需要采用多个前面介绍的专利中给出的那种型式的球磨机。关于这一点还要指出，这些球磨机每一个的单独通过能力可在每小时一百吨煤粉的范围内。除了具有工作在其最大负载量的能力之外，这些球磨机还必须具有在小于全负载量下(即在全负载量的某百分比，例如25%，50%，75%等)工作的能力。这相应地对球磨机提出了进一步的要求，即不管球磨机正以多大的输出速率工作，均必须能够将煤研磨到所要求的细度。这里应当指出，当研磨辊道的转速保持基本上不变时，通常用改变输送到研磨辊道的煤的数量的方法来达到改变球磨机输出量的目的。
煤粉的高效率的燃烧，特别是当煤粉作为蒸汽发生器系统的燃料时，要求煤的粒径保持接近于规定的粒径分布。具有代表性的是，对于中等反应能力的煤，这种粒径分布是70%穿过200目，1%不能穿过50目。根据对典型的500兆瓦燃煤蒸汽发生器电厂的经济核算，已经确定了以下结论通过保持规定的粒径分布来达到提高炭的转换率的方法，能够使上述规模的电厂的运行成本实现每年度几十万美元的重大节省。然而，任何用煤粉做燃料的具体的电厂借助将煤粉颗粒尺寸保持接近规定的粒径分布的方法而实际实现的这种节省显然将取决于许多因素，包括(1)煤的反应动力学，即所使用的特定煤的燃烧效率对粒径的敏感程度;(2)煤的可磨性;(3)煤的耐磨性;(4)如何恰当地和每隔多久对球磨机进行控制，以保持煤粒的最佳粒径分布;(5)如何恰当地维护球磨机。然而，在任何情况下，保持煤粒的粒径分布接近于最佳分布多少会导致燃料的节省。
对煤粒的粒径分布实行更好的控制也将带来另外的好处。在这方面应该指出的是，由于更好地控制煤粒的粒径分布将减少蒸汽发生器中的结渣。另外，如果煤粒的粒径分布偏离应有的值，那末能对球磨机的分粒器参数设置进行必要的调整，从而产生合适的煤粒的粒径分布。从已进行煤粒粒径测量所产生的数据可以被用来对球磨机的运转进行连续的控制。利用从煤粒粒径分布的测量所获取的数据的又一种可能性是用来得到煤输送管道中燃空比的指示，借助这种管道，以众所周知的方式，将煤粉颗粒从球磨机输送到煤粉颗粒在其中燃烧的蒸汽发生器中。
至此，在先有技术中已经证明需要一种新的和改进的、适合于同各种型式的研磨、压碎或其他种类的粉碎装置配合使用的控制系统;这些粉碎装置的功能是产生弥散的多相和多组分的流体，例如(作为例子而不是限制)煤，石灰，滑石和涂料。另外还证明了需要这样一种新的和改进的控制系统，即，当它同上述各种粉碎装置配合使用时，能够对在这些装置中被研磨、被压碎或被以其他方式粉碎的材料的粒径和分布进行连续的控制。此外，又证明了对这样一种新的和改进的控制系统的需要，即，它采用非插入型的测量方法，以便使由此产生的磨损减至最小。并且还要求这种新的和改进的控制系统应当具有下述特征，即，在考虑诸如与装置的运行相联系的能源成本和日常维护成本以及打算使用该产品的下游工序对该产品的特性的敏感程度的基础上，控制逻辑线路为被研磨，被压碎或被以其他方式粉碎的产品的最佳化作好准备。为此目的，最好这种新的和改进的控制系统不需长时间连续工作，而是通过利用合适的模夹具(jigs and fixturing)使它与相同设备中的不同装置或者不同设备中的不同装置一起，具有间歇地使用的能力。
因此，本发明的一个目的是提供一种适合于供各种研磨、压碎或者其他形式的粉碎装置使用的新的改进的控制系统。
本发明的另一个目的提供一种适合于供产生弥散的多相和多组分流体，〔例如(作为例子而不是限制)煤，石灰，滑石和涂料(paint pigments)〕的装置使用的控制系统。
本发明的又一个目的是提供这样一种控制系统，即，当它与研磨，压碎或者其他形式的粉碎装置一起使用时，能够对在这些装置中被研磨，被压碎或者被以其他方式粉碎的材料的粒径及其分布进行连续的控制。
本发明的进一步的目的是提供这样一种控制系统，它采用非插入的测量方法，使得由此产生的磨损减至最小。
本发明的更进一步的目的是提供这样一种控制系统，它进一步具有以下特征，即，在考虑诸如与装置的运行相联系的能源成本和日常维护成本以及打算使用该产品的下游工序对产品的特性的敏感程度等因素的基础上，控制系统的控制逻辑线路为被研磨、被压碎或者被以其他方式粉碎的产品的最佳化作好准备。
本发明的更进一步的目的是提供这样一种控制系统，它及时地、有效地检测设备的故障，例如在球磨机的情况下检测壳体内衬故障，分粒器节气阀(classifer vane)的故障等。
本发明还有另一个目的，即提供这样一种控制系统，它具有另外一种特征，即这种控制系统不需要长时间连续工作，而可通过采用合适的模夹具，使它与相同设备中的不同装置或者不同设备中的不同装置一起，具有间歇地工作的能力。
本发明又有另一个目的，即提供一种使用相对地简单并且将相对地便宜的控制系统。
根据本发明，提供一种计划用于控制碾磨机中(例如适合于磨碎煤炭的碾磨机)被研磨的颗粒的细度的控制系统。更具体地说，提供一种控制系统，它根据过程最佳化的策略，连续地测量多相和多组分的流体(例如用空气气动传输的煤颗粒)的细度和质量(或者体积)流率，并调整分粒器或者碾磨机的控制参数的设置。通过测量射穿流体束的一部分的光束的透射效率和衍射来进行颗粒细度及流体组分体积函数的测定。该控制系统(本发明的控制系统的工作以它为基础)是这样一个系统，即，其内的本发明的控制系统按照需要调整进料速率，气体调节风门以及分粒器和碾磨机的控制参数，以便根据过程成本(或者产品价值)实现产品细度，质量流率以及燃空比的最佳化。为此目的，本发明的控制系统包含一个运行最佳化逻辑组件和一个控制逻辑组件。运行最佳化逻辑组件被连接到与运送装置有关的电路(颗粒被研磨后，通过运送装置从碾磨机输送出来)，在这个电路中，产生对应固体细度和体积比例的信号，作为运行最佳化逻辑组件的输入信号。运行最佳化逻辑组件还接收另一种对应固体进料速率的输入信号。由运行最佳化逻辑组件产生一种输出信号，又把它以输入信号的形式提供给控制逻辑组件。对应分粒器参数设置和碾磨机控制参数设置的其他输入信号，以反馈定位信号的形式输送到控制逻辑组件。由控制逻辑组件产生的输出信号被馈送到分粒器控制参数设定装置以及用于对煤粉细度实行控制的碾磨机控制装置。
图1是配备有根据本发明构成的固体粉末控制系统的碾磨机的部分截面侧视图(同时拆除了某些部件);
图2是表示根据本发明构成的固体粉末控制系统并结合有关的碾磨机加以说明的示意图;
图3是颗粒运送装置和粒径测量装置彼此配合联系的第一方案的图解表示;
图4是颗粒运送装置和粒径测量装置彼此配合联系的第二方案的图解表示;
图5是颗粒运送装置和粒径测量装置彼此配合联系的第三方案的图解表示;
图6是颗粒运送装置和粒径测量装置彼此配合联系的第四方案的图解表示。
现在参考附图，更具体地说参考图1，其中描述了总的用标号10标明的一种球磨机。因为球磨机的结构特征和运行方式本来是本领域的技术人员所熟知的，所以认为没有必要在这里陈述图1中的所示的球磨机10的细节。而是，为了理解能够与本发明的控制系统配合联系的球磨机10(根据本发明的控制系统包含一种结构，依靠这种结构，控制系统能够连续测量多相和多组分的流体，例如用空气气动传输的煤粉颗粒流的细度和质量或体积流率，并且能够根据这种测量调整球磨机分粒器参数设定或者球磨机控制参数设定，以便实现包含球磨机10的过程系统的最佳化)认为仅仅描述球磨机10的与上述控制系统配合的部件的运行方式和结构特征就足够了。为了得到球磨机10的部件的运行方式和结构特征的更详细的描述(这里不详细描述)，可以参考先有技术，例如美国专利第3，465，971号(1966年9月9日颁发给J.F迪兰伯格(Delenberg)等人)和/或美国专利第4，002，299号(1977年1月11日颁发给C.J.斯科克(Skalka))。
再参考附图1，如图中所示，球磨机10包括一个基本上封闭的筛选机壳体12。研磨辊道14被安装在轴16上。轴16又同适当的传动装置(未示出)操作地连接，以便能被驱动旋转。研磨辊道14同以图1中所画的方式安置在筛选机壳体12内的上述部件一起，预定在顺时针方向上被驱动。
下面继续说明球磨机10。若干研磨辊18，即研碎器(按照普通惯例，最好是3个)被适当地支撑在筛选机壳体12内部，以便围绕壳体12的园周彼此等距离地隔开。请注意，为了保持图例的清晰度，图1中只画出一个研磨辊。
关于球磨机10的研磨辊，为了相对旋转，最好将每一根研磨辊支撑在一根适当的轴上，见图1中的20(参考附图1中所画的研磨辊18能最好地理解)。此外，每一根研磨辊(参考图1中的研磨道辊18能最好地理解)还被适当地支撑，以便相对于，如参考图1所看到的研磨辊道14的上表面而转动。为此目的，示于图1中的球磨机10的每一根研磨辊(包含辊18)具有一个与它配合的液压装置，在图1中总的用标号22标明。液压装置22能以球磨机领域的技术人员熟知的方式在与它相关联的研磨辊18上产生液压，从而使研磨辊18开始对被排列在研磨辊道14上的煤施加必要程度的力，用于完成所希望的煤的粉碎。
用任何适当的、普通形式的进料装置把将在球磨机中被粉碎的材料，例如煤装到球磨机中。关于这一点，作为例子，可以用于此目的的一种进料装置是传动带进料装置(未示出)。煤从进料装置(未示出)卸下时，借助(总的用标号24标明的)供煤装置而进入球磨机10，筛选机壳体12相应地配备了这种装置。根据图1中说明的球磨机10的实施例，供煤装置24包含一根适当尺寸的输送管26，其一端伸出筛选机壳体12并做成合适的形状，以便收集离开进料装置(未示出)的煤颗粒，并且在这之后将这些煤颗粒导入输送管26。供煤装置24的输送管26的另一端28能够将煤卸到研磨辊道14的表面。为此目的，如附图1中所示，最好用任何合适的普通的支撑装置(未示出)把输送管端28适当地支撑在筛选机壳体12中，使得输送管端28同支撑研磨辊道14(为使其旋转)的轴16同轴地对准;并且使输送管端28相对于配备在分粒器(总的用标号32标明)中的适当的输出口30保持一定间隔;进料期间，煤通过输出口30流到研磨辊道14的表面上。
依照具有图1中所画结构形式的球磨机的运行方式，为了从球磨机10卸料，使用一种气体，例如用空气进行煤粉的输送(从研磨辊道14通过筛选机壳体12的内部)。为此目的，这里所用的空气通过在壳体12上构成的相应的开口(未示出)进入筛选机壳体12。空气从上述位于筛选机壳体12中的开口(未示出)流入并通过一个环形通道(在图1中用标号34标明);此环形通道由研磨辊道14的园周和筛选机壳体12的内壁表面之间的环形空间构成。最好用叶轮装置(Vane wheel assembly)，(其构造根据美国专利第4，523，721的教导，此专利于1985年6月18日颁线发给T.V.马利以斯久斯基(Maliszewski)等人，并且转让给和本申请相同的受让人)把穿过环形通道34的空气偏向研磨辊道14。为了保持附图清晰，图中仅仅画出叶轮装置(它构成美国专利第4，523，721号的要点)的偏转板部分(在图1中用标号36标明)。而且，认为附图1中所画的偏转板部分36足以使人们能够得到(本申请所针对的)本发明要点的完整的了解。不过，如果想进一步获得图1中所示的球磨机10所具有叶轮装置的结构特征和(或者)运行方式的有关信息，则可参考美国专利第4，523，721号。
当空气沿着上述通道流通时，排列在研磨辊道14表面上的煤将被研磨辊18粉碎。当煤变成粉末时，由于离心力的作用，煤颗粒被从研磨辊道14的中心区域向外抛出。一到达研磨辊道14的园周区域，煤颗粒即被来自通道34的空气拾起，并夹带走。此后，空气和煤颗粒的组合流被根据美国专利第4，523，721号的启示构成的叶轮装置的偏转板部分36所捕获。这种捕获的结果将导致空气和煤颗粒的组合流被偏向研磨辊道14。这迫使空气和煤颗粒的组合流的流动路径改变方向。在改变方向的过程中，最重的煤颗粒由于它们具有较大的惯性而与空气流分离，并且落回研磨辊道14的表面，并在其上经受进一步的研磨。另一方面，比较轻的煤颗粒由于它们具有较小的惯性而继续被夹在空气中带走。
在离开(根据美国专利第4，523，721的启示而构成的叶轮装置的)上述偏转板部分36的影响力之后，由空气和留下的那些煤颗粒组成的组合流向分粒器32流动(关于分粒器32前面已经提到)。分粒器32依照普通惯例并以本领域技术人员熟悉的方式，对留在空气流中的煤颗粒进行进一步的分选。即，那些具有所要求的颗粒尺寸的煤粉颗粒穿过分粒器32，并同空气一起，通过为此目的而配备的输出口38，从球磨机10中排出。另一方面，那些尺寸大于所要求值的煤颗粒被回收到研磨辊道14的表面，并且在其上经过进一步的研磨。此后，这些煤颗粒经历上述的重复过程。
另外，在粉碎，即研磨方面，排列在研磨辊道14上的煤经受研磨辊18的作用;为了对煤进行所要求的程度的研磨而必须由研磨辊18施加的力的大小将随若干因素而改变。举例来说，在这方面的一个重要的考虑是煤本身的性质。即，将煤粉碎所需要的力的大小将是待粉碎的煤的可磨性。即煤的研磨性能的函数。在确定为了达到所要求程度的研磨而必须由研磨辊18施加力的大小时的另一个重要因素是排列在研磨辊道14上的煤的厚度;此厚度又是球磨机运行时的生产率的函数。
为了描述本发明的固体粉末控制系统(该固体粉末控制系统总的用标号40标明，预定同以图1的球磨机10的方式构成的球磨机配合使用)，现在具体地参考附图2。更准确地说，依照本发明，根据过程成本(或者产品价值)，固体粉末控制系统40有效地调整进料速率，气体调节风门，分粒器和粉碎机控制参数，以使产品细度和质量流率最佳化。如下面将更全面地描述的那样，此过程是这样进行的，即，固体粉末控制系统40根据从煤颗粒的细度和质量(或者体积)速率的测量所贮存的数据(这些煤颗粒在具有附图1中所画的结构和具有上述运行方式的球磨机中被研磨，即粉碎之后，用空气气动地输送)控制(即调整)分粒器参数设定和(或者)球磨机控制参数的设定。
进一步参考图2，依照本发明的最佳实施例，固体粉末控制系统40包含一个运行最佳化逻辑组件(在图2中概括地用标号42标明)和一个控制逻辑组件(在图2中概括地用标号44标明)。当为了根据过程成本(或者产品价值)而进行在球磨机10中被粉碎的煤颗粒的细度和质量流率的最佳化而包含上述组件时，依照根据本发明构成的固体粉末控制系统40的最佳实施例，运行最佳化逻辑组件42预定接收一对输入信号。更准确地说，表征固体进料速率的信号以第一信号的形式(在图2中用标号46标明)被提供给运行最佳化逻辑组件42。提供给运行最佳化逻辑组件42的另一个输入信号(在图2中用标号48标明)是对应固体细度和体积百分率的信号(如下面将更全面地描述的那样，通过使用，例如“粒径现场测量装置”来获得这种信号，此装置是根据美国专利申请(序号C850610)的启示构成的，它随同本发明同时申请)。
运行最佳化逻辑组件42又能够产生一种输出信号(在图2中用标号50标明)，它以输入信号的形式从运行最佳化逻辑组件42被馈送到控制逻辑组件44。现在将陈述用以导出上述输出信号50的逻辑线路。如上面已经描述的那样，为此目的，运行最佳化逻辑组件42接收如下的输入信号颗粒细度＝A，体积百分率＝Bv，和固体进料速率＝L。然后，这些输入信号被用来解下列方程(1)Ms＝Ks(L)，其中Ms＝固体质量流率，Ks＝固体质量流比例常数;(2)Mg＝MsBv ρg/ρs，其中Mg＝气体质量流率，ρg＝气体密度，ρs＝固体粒子密度。除此之外，还相应地给运行最佳化逻辑组件42提供下列常数和函数Ce＝能量成本，Pp＝粉碎机功率(并定义函数Pp＝f(A)f(Mg，Ms))，Cm＝设备保养成本，V＝价值函数和△T＝时间。把上面列举例的常数和函数代入公式(CePp △T+Cm-V)，求出(CePp △T+Cm-V)关于A和Bm的一个最小值。最后一个步骤是对A和Bv计算目标值。在得到这些目标值的基础上，由这些目标值组成输出信号50;从运行最佳化逻辑组件42把输出信号50以输入信号的形式馈送到控制逻辑组件44。
再来考虑控制逻辑组件44，它除了接收来自运行最佳化逻辑组件42的输出信号50之外，还接收另一个输出信号，即以其输入信号的形式提供的状态反馈信号(在图2中以标号52标明)，下文将进一步涉及这个信号。根据本发明的固体粉末控制系统40的最佳实施例而构成的控制逻辑组件42预定能够产生一对输出信号。其中之一是煤流控制信号(在图2中用标号54标明);而另一个是预定输送到球磨机10及其分粒器32的控制信号(在图2中用标号56标明)，用于按需要对球磨机10和(或)分粒器32实行控制。
现在将描述用以导出上述输出信号54和56的逻辑线路。为此目的，由控制逻辑组件44所接收的输入信号和上述来自运行最佳化逻辑组件42的输出信号50相对应(它已经如上所述被导出，并包含对于A和Bv的目标值以及对于Mg和实际的Bv的目标值)。此外，控制逻辑组件44还接收指示球磨机控制状态参数设置(为讨论起见，在此用字母R表示)和分粒器控制状态参数设置(为讨论起见，在此用字母D表示)的反馈信号。控制逻辑组件44还进一步配备有如下常数和函数A1＝f(△R)，A2＝f(△D)和△Mg＝f(△Bv，Mg)。利用上面列举的输入常数和函数，导出对于细度的控制参数优先次序，用控制信号△R和△D来表示它，并将它作为控制逻辑组件44的输出信号56。此外，上面列举的输入常数和函数还被用来解方程△Mg＝f(对(Bv-Bv的实际值)的目标值)，从而产生控制信号△Mg，将它作为控制逻辑组件44的输出信号54。
继续描述附图2中所画的固体粉末控制系统40的构造特征和运行方式。按其适用性，来自控制逻辑组件44的输出信号56预定被相应地输送到球磨机10进行粉碎部分，即研磨部分(在图2中用标号58表示)和(或者)分粒器部分(在图2中用标号60表示)。当球磨机10的粉碎部分58接收到信号时，作为输出信号56而离开控制逻辑组件44的该信号预定能够对其控制参数的设置进行必要的改变，例如(作为例子而不是限制)改变环到辊的所要求的间隙，以便使离开球磨机10的颗粒具有为实现产品细度最佳化的适当的细度，以过程成本(或者产品价值)为度的适当的质量流率以及适当的燃空比。与此相似，当球磨机10的分粒器部分60接收到信号时，作为输出信号56而离开控制逻辑组件44的该信号能够按照需要改变图1中的球磨机10的分粒器32的控制参数的设置;更准确地说，改变图1中的球磨机10的分粒器32的叶片(未示出)的状态参数的设置，以便保证从球磨机10出来的产品具有适合于使用的细度(该产品正是为了这种使用而在球磨机10中粉碎，即研磨)。最后，作为输出信号54而离开控制逻辑组件44的信号，以同输出信号56相似的方式，试图用于进行关于煤流量的调整(为满足使用根据本发明而构成的固体粉末控制系统的特殊应用的需要，这种调整是必要的)。为此，将输出信号54以操作关系相应地连接到(作为一种原理性的表示，在图2中用标号为62的箭头表示)普通的煤流量装置(未示出)。因此，概括地说，必须了解，来自控制逻辑组件44的输出信号54和56所依据的判断逻辑线路，可以以球磨机范围内的△P或者表征实际的控制参数设置的反馈信号为基础(这种信号以输入信号52的形式被控制逻辑组件44所接收)。
再参考附图2，根据其中所示，从球磨机10出来的煤颗粒，以已知方式从那里被送进普通的煤粉管道装置(在图2中做了示意性的表示，其中用标号64标明这种煤粉管道装置)。更准确地说，煤粉管道装置64能够以本领域技术人员熟悉的方式接收通过输出管38从球磨机10出来的煤颗粒(在附图1中已经说明，并且前面已经叙述)，然后把这些煤颗粒输送到其他某种装置，例如蒸汽发生器(未示出)，在那里，煤颗粒被用作起动蒸汽发生器(未示出)的燃料。
根据本发明的最佳实施例，最好在煤颗粒穿过煤粉管道装置64时进行粒径的测量(这种测量的目的是产生预定作为输入信号48馈送到运行最佳化逻辑组件42的信号)。为此目的，一种已知的适合用于当煤颗粒穿过煤粉管道装置64时进行上述煤粉粒径测量的装置构成美国专利申请(序号C850610)的要点(已经随同本发明同时申请)。没必要为了理解本发明所针对的固体粉末控制系统40而详细叙述构成美国专利申请(序号C850610)要点的粒径现场测量装置。相反，为了理解根据本发明构成的固体粉末控制系统40，承认以下事实已经足够，即，美国专利申请(序号C850610)所针对的粒径现场测量装置使用了一个光源和一个检测器。
正如参考图3，4，5和6将能最好地理解那样，光源(在图3，4，5和6中概括地用标号66标明)和检测器(在图3，4，5和6中概括地用标号68标明)彼此相关安置的方式基本上是待测颗粒所在流体的性质的函数。为此目的(正如前面指出的)，象构成美国专利申请(序号C850610)要点的粒径现场测装置之类的装置能够被用来测量煤粒的细度和流体成分的体积百分比(这些煤粒被用空气气动传送，通过煤粉管道装置64)，其测量结果又被变换成作为输入信号48被运行最佳化逻辑组件42所接收的信号。此外，当由光源66产生的光束穿过含有待测颗粒的流束部分，并在穿过之后被检测器68接收时，通过测量光束的透射效率和衍射来进行颗粒细度和流体成分体积百分比的测量。对于高密度组分(相对地不透明的物质)的浓度低和(或者)大颗粒(或者微滴)尺寸的流体，最好让来自光源66的光束横穿整个流体路径宽度而到达检测器68(附图3中所画的方式)，或者让来自光源66的光束横穿流体路径的大部分而到达检测器68(附图4中所画的方式)。另一方面，对于高密度物质的浓度高和(或者)小颗粒尺寸的流体，最好利用节流输送管对流体取样(附图5中所画的方式)，或者在希望把流束部分，以测量其中所含颗粒的那些场合，可以利用如附图6中所示的节流输送管。代替节流输送管方案的一种替代方法是以任何适当的方式，从主流道分离出一支分流。
现在将陈述构成本发明要点的固体粉末控制系统40的运行方式。为此目的，将更具体地参考附图2。依照本发明的固体粉末控制系统40的运行方式，通过利用象构成美国专利申请(序号C850610)要点的粒径现场测量装置之类的装置所产生的，对应固体细度和体积百分比的信号，被作为输入信号48馈送到运行最佳化逻辑组件42。此外，运行最佳化逻辑组件42接收对应固体进料速率的输入信号46。另外，根据所提供的输入信号46和48以及预先选定的、上面已经列举的常数和函数，运行最佳化逻辑组件42就会产生一种输出信号，即输出信号50。输出信号50又作为输入信号被馈送到控制逻辑组件44。控制逻辑组件44还具有馈送来的输入信号52，即对应球磨机10的粉碎部分58的控制元件以及分粒器部分60的控制元件的状态参数设置的状态反馈信号。和运行最佳化逻辑组件42一样，控制逻辑组件44根据所接收到的输入信号50和52以及本身相应配备的、上面已经列举的预先选定的常数和函数，就会产生出输出信号，即输出信号54和56。输出信号54是这样形式的信号，即当可能需要实行煤流量控制时，预定能实现各种变化。同样，输出信号56是这样形式的信号，即当分粒器部分60的控制元件(即图1中球磨机10的分粒器32的叶片(未示出))以及粉碎部分58的控制参数需要变化时，预定能实行各种变化。由此可见，固体粉末控制系统40具有这样的运行方式，即，其中预定连续地测量多相和多组分的流体，例如用空气气动传送的煤颗粒的细度和质量(或者体积)流率，并且根据这种测量结果，按照需要调整分粒器和(或者)球磨机控制参数设置，以便能完成过程最佳化策略。
概括地说，虽然已经发现，如上所描述的，并且如本申请的附图中所说明的固体粉末控制系统40特别适合用于对球磨机，例如图1中的球磨机10(更具体地说，球磨机10被预定用于把将用于作为起动蒸汽发生器(未示出)的燃料的煤研磨成颗粒)的运行进行控制，但是应该了解，本发明的固体粉末控制系统40还适合用于其他形式的生产过程而不脱离本发明的实质(在这些生产过程中希望利用粒径的测量对生产过程的运行实行控制，即，希望能够在利用有关粒径测量的基础上，实现过程最佳化对策)。然而，当象这里所述的那样将固体粉末控制系统用于控制球磨机(例如图1的球磨机10)时，存在很多可以加以控制的控制参数。在这方面(作为例子而不是限制)，这些控制参数包括下列参数气体流量，气体温度，分粒器叶片参数设置，环到辊的间隙和轴颈负载。然而，在这些控制参数中有三个是最经常的调节对象(这种调节是根据从粒径测量得到的数据)。这是调节(1)分粒器叶片参数设置;(2)气体流量和(3)气体温度。
这样，根据本发明，这里已经提供一种适合供各种类型的研磨、压碎或者其他形式的粉碎装置使用的新的改进的控制系统。此外，本发明的控制系统适合与这样的装置配合使用，这些装置用于生产弥散的多相和多组分的流体，例如(作为例子而不是限制)煤、石灰、滑石和涂料。另外，依照本发明提供了这样一种控制系统，当它与研磨、压碎或者其他粉碎装置协同使用时，它能够对在这些装置中被研磨、被压碎或者被以其他方式粉碎的材料的粒径和分布实行连续的控制。另外，本发明的控制系统具有这样的特征，即它使用非插入型的测量方法，使得由此产生的磨损减至最小。还有，根据本发明提供的控制系统还具有这样的特征，即，其控制逻辑线路在考虑象与装置运行相联系的能源成本和保养成本那种因素以及考虑想要使用该产品的下游工序对该产品的特性的敏感程度的基础上，为被研磨，被压碎或者被以其他方式粉碎的产品的最佳化作好准备。本发明的控制系统还具有这样的特征，即，它不需要长时间连续工作，而可通过利用适当形式的模夹具(jigs and fitti ngs)而具有与相同设备中的不同装置或者不同设备中的不同装置一起被周期性地使用的能力。而且，根据本发明已经提供一种使用比较简单和装备比较便宜的控制系统。
虽然这里只给出和描述了本发明的一个实施例，但是本领域的技术人员容易由此作出各种改进(其中有些在上文已提到)。因此，我们想通过所附权利要求
复盖本文中提到的改进以及所有不离开本发明的实质内容和范围的其他改进。
权利要求
1.一种用于根据对多相和多组分流体的测量结果来控制生产过程的控制系统，其特征在于包括a)用于提供表征多相和多组分流体测量结果的信号的第一信号装置；b)连接到与所述第一信号装置有关的电路，用于接受来自所述第一信号装置的信号的运行最佳化逻辑装置，(所述信号作为所述运行最佳化逻辑装置的输入信号)，所述运行最佳化逻辑装置具有预先设定的存储其内的有关生产过程运行最佳化的数据的存储单元；所述运行最佳化逻辑装置从所述第一信号装置一接收到信号，便能够确定对生产过程的过程参数做出修正的必要性；当认为存在对生产过程的过程参数做出修正的必要性时，所述运行最佳化逻辑装置进一步能产生反映所需过程参数修正量的输出信号；c)连接到与所述运行最佳化逻辑装置有关的电路、用于接收其输出信号的控制逻辑装置；所述控制逻辑装置具有预先设定的、存储在其中的有关生产过程运行控制的数据的存储单元；所述控制逻辑装置一俟收到所述运行最佳化逻辑装置的信号，能够立即确定需要对生产过程作出的控制修正的性质，所述控制逻辑装置能进一步产生反映所需控制修正量的输出信号。
2.如权利要求
1中所述的控制系统，其特征在于其中由所述第一信号装置提供的信号反映对存在于多相和多组分流体中的颗粒的测量结果。
3.如权利要求
2中所述的控制系统，其特征在于其中由所述第一信号装置提供的信号反映存在于多相和多组分流体中的颗粒的细度。
4.如权利要求
3中所述的控制系统，其特征在于其中由所述第一信号装置提供的信号进一步反映存在于多相和多组分流体中的颗粒的质量或者体积流率。
5.如权利要求
4中所述的控制系统，其特征在于其中来自所述控制逻辑装置的输出信号包含修正信号。
6.如权利要求
5中所述的控制系统，其特征在于其中由所述控制逻辑装置提供的修正信号包含对控制参数设置上的修正。
7.一种用于控制球磨机中研磨的颗粒的细度的控制系统，其特征在于包括a)用于提供反映对从球磨机中排出的颗粒的测量结果的信号的第一信号装置;b)连接到与所述第一信号装置有关的电路、用于接收来自所述第一信号装置的信号的运行最佳化逻辑装置，(所述信号作为所述运行最佳化逻辑装置的输入信号);所述运行最佳化逻辑装置具有预先设定的、存储在其中的有关球磨机中颗粒研磨的数据的存储单元;一旦从所述第一信号装置接收到信号，所述运行最佳化逻辑装置便能够确定对球磨机中进行的研磨操作做出调整的必要性;当认为存在对球磨机中进行的研磨操作做出调整的必要性时，所述运行最佳化逻辑装置能够进一步产生反映所需调整的输出信号;c)连接到与所述运行最佳化逻辑装置有关的电路、用于接收从那里来的输出信号的控制逻辑装置，所述控制逻辑装置具有预先设定的、存储在其中的有关球磨机的运行控制的数据的存储单元;一俟接收到来自所述运行最佳化逻辑装置的所述输出信号，所述控制逻辑装置能够立即确定对球磨机要做出的控制修正的性质，所述控制逻辑装置能进一步产生反映必需对球磨机做出的控制修正量的第一输出信号;d)连接到与所述控制逻辑装置及球磨机控制装置有关的电路的第一输出装置，所述第一输出装置能够把所述第一输出信号从所述控制逻辑装置传输到球磨机控制装置。
8.如权利要求
7中所述的控制系统，其特征在于其中由所述第一信号装置提供的信号反映从球磨机排出的颗粒的细度。
9.如权利要求
8中所述的控制系统，其特征在于其中由所述第一信号装置提供的信号进一步反映从球磨机排出的颗粒的质量或者体积流率。
10.如权利要求
9中所述的控制系统，其特征在于进一步包括连接到与所述运行最佳化逻辑装置有关的电路的第二信号装置;所述第二信号装置能够将反映固体颗粒进料速率的信号输送到所述运行最佳化逻辑装置，作为其输入信号。
11.如权利要求
10中所述的控制系统，其特征在于其中所述运行最佳化逻辑装置包含一个运行最佳化逻辑组件。
12.如权利要求
11中所述的控制系统，其特征在于其中预先设定的、存储在所述运行最佳化逻辑装置中的数据的存储单元包含适用于球磨机中颗粒研磨的预定常数和函数。
13.如权利要求
10中所述的控制系统，其特征在于其中所述的控制逻辑装置包括一个控制逻辑组件。
14.如权利要求
13中所述的控制系统，其特征在于其中预先设定的、存储于所述控制逻辑装置中的数据的存储单元包含适用于控制球磨机运行的预定常数和函数。
15.如权利要求
14中所述的控制系统，其特在于进一步包括连接到与所述控制逻辑装置有关的电路的状态反馈信号装置;所述状态反馈信号装置能够将反映球磨机的控制状态参数设置的信号以所述控制逻辑装置的输入信号的形式输送到所述控制逻辑装置。
16.如权利要求
10中所述的控制系统，其特征在于其中所述控制逻辑装置一俟接收到来自所述运行最佳化逻辑装置的所述输出信号，能够立即进一步确定要对煤流量所做的控制修正的性质，所述控制逻辑装置还能产生反映对煤流量，空气流量和空气温度要做的所需控制修正量的第二输出信号。
17.如权利要求
16中所述的控制系统，其特征在于进一步包括连接到与所述控制逻辑装置和煤流量控制装置有关的电路的第二输出装置;所述第二输出装置能够将来自所述控制逻辑装置的第二输出信号传输到煤流量控制装置。
18.一种根据多相和多组分流体的测量结果对生产过程实行控制控制的方法，其特征在于包括下列步骤a)提供预先设定的有关生产过程运行最佳化的数据的存储单元;b)提供表征对多相和多组分流体所作的测量结果的信号;c)把表征对多相和多组分流体所作的测量结果的信号同预先设定的数据存储单元信号作比较，以确定对生产过程的过程参数进行修正的必要性;d)当认定存在对过程参数进行修正的必要性时，产生与所需要的过程参数修正量相对应的输出信号;e)提供预先设定的有关生产过程运行控制的数据的存储单元;f)根据预先设定的有关生产过程运行控制的数据的存储单元确定所需要的控制修正的性质，以实行步骤d)的过程参数修正;和g)产生与所需的控制修正的性质相适应的输出信号，以实行步骤d)的过程参数修正。
19.一种根据对球磨机排出的颗粒所作测量的结果控制球磨机运行的方法，其特征在于包括下列步骤a)提供预先设定的关于球磨机中颗粒的研磨的数据的存储单元;b)提供表征对从球磨机排出的颗粒所作测量的结果的信号;c)把表征颗粒的测量结果的信号同预先设定数据的存储单元信号作比较，以确定对在球磨机中进行的研磨操作进行调整的必要性;d)当认定存在对在球磨机中发生的研磨操作进一步调整的必要性时，产生与所需要的调整相适应的输出信号;e)提供预先设定的关于球磨机运行控制的数据的存储单元;f)根据预先设定的关于球磨机运行控制的数据的存储单元确定所需要的对球磨机的控制的调整的性质，以实行对步骤d)的研磨操作的调整;g)产生与所需要的对球磨机的控制的调整性质相适应的输出信号，以实行对步骤d)的研磨操作的调整。
专利摘要
一种特别适合对在预定用于煤的粉化的球磨机(10)中被研磨，即对被粉化的颗粒的细度实行控制的控制装置(40)。本控制系统(40)被有效地连接到与输送装置(64)有关的电路[借助装置(64)，把在球磨机(10)中被研磨后的颗粒从球磨机(10)输送出去]。此外，本控制系统(40)还被有效地连接到球磨机(10)的控制装置(58，60)。因此，本控制系统能够对从球磨机(10)排出的颗粒进行测量，并且根据从这种测量获得的数据，按照需要改变球磨机(10)的控制参数的设置。
文档编号G05D5/06GK87100684SQ87100684
公开日1987年8月26日 申请日期1987年2月12日
发明者乔治·F·舒勒夫, 迈克尔·约翰·戴蒙特 申请人:燃烧工程有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan