專利名稱：管道傳輸煤粉流量檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及固體粉末測量技術(shù)，尤其是用于檢測管道內(nèi)傳輸?shù)拿悍蹨y量裝置。
煤是最重要的能源之一，如何更好地利用煤來為人類服務(wù)，這一直是在國際上受重視的重大課題，將煤碎成煤粉，在壓縮空氣驅(qū)動下，使它在管道內(nèi)傳輸，從而將煤變成《黑色的固體石油》，這是正在發(fā)展中的一種較理想的新型用煤方法。拌隨著此法的應(yīng)用推廣，也提出了“如何對管道中傳輸?shù)拿悍哿髁窟M行在線檢測”這樣一個重大的技術(shù)問題。解決這一重大技術(shù)問題，是人類合理使用煤粉的重要前提。
目前，國際上出現(xiàn)了一些單管煤粉流量計，歸納起來主要有兩類。一類是容積法測定煤粉的瞬態(tài)流量；一類是電容噪聲法測量煤粉的流量。在容積法煤粉管道流量計中，通常以螺旋為度量煤粉的量具，度量時，螺桿不停地旋轉(zhuǎn)，煤粉不斷地從螺桿的垂直方向進入螺距的空隙，并充滿螺旋的整個空間。這樣，通過旋轉(zhuǎn)的螺旋，把煤粉從螺旋的一端傳輸?shù)铰菪牧硪欢?，以實施管道煤粉流量的動態(tài)計量。這種以容積度量為基礎(chǔ)的流量計，計量精度顯然與煤粉自身的狀態(tài)有關(guān)，還有環(huán)境條件有關(guān)。例如，當(dāng)煤粉的容積相同時，對于不同顆粒度或濕度的煤粉，其重量和質(zhì)量將會有顯著差異；甚至外界機械振動(噪聲)改變時，也會引起計量精度的波動。使用這種流量計，對于不同的煤種在操作時要事先進行標(biāo)定。
電容噪聲管道煤粉流量計，把管道的測量段看作是一個電容器，把在管道中傳輸?shù)拿悍劭醋魇请娙萜鲀蓸O板之間的介質(zhì)。當(dāng)電容兩極板的形狀和相對位置都不變時，電容器的容量與煤粉在管道內(nèi)的密度分布有關(guān)。兩者的對應(yīng)關(guān)系，可以通過實驗來標(biāo)定。對于一定管道系統(tǒng)和一定的密度分布，煤粉在管道內(nèi)傳輸速度和管道的壓強分布有關(guān)，包括出口處的壓強。確定這種對應(yīng)關(guān)系，是一件相當(dāng)復(fù)雜的事。更重要的是，這種對應(yīng)關(guān)系還與煤粉自身的狀況有關(guān)，要確定管道內(nèi)煤粉的流量，必須實時檢測出管道內(nèi)煤粉的密度和流動速度。為此，必須同時檢測出測量段的電容量、管道內(nèi)的壓強分布，還要對煤粉自身的參數(shù)進行在線標(biāo)定。
總之，在現(xiàn)有的管道煤粉流量計量技術(shù)中，都要求對煤粉自身的參數(shù)進行在線標(biāo)定。這不僅在操作上是一種十分麻煩的事，而且破壞了檢測計量的連續(xù)性。此外，現(xiàn)有的管道煤粉流量計，測量精度也較低，通常誤差在2.5％以上。
由此可見，在管道煤粉流量檢測技術(shù)中，尋求一種對各種不同的煤粉均適用，不通過在線標(biāo)定就能精確地測定管道內(nèi)煤粉流量的新技術(shù)，這是目前國際上急待解決而尚未解決的重大課題。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在問題，提出另一種新的管道煤粉流量檢測系統(tǒng)，它適宜于任何一個種類的煤粉，不需要對不同的煤種進行在線標(biāo)定，就能精確地檢測出整個管道系統(tǒng)中各支管的煤粉瞬態(tài)流量；還能對各支管的流量進行自動控制，使其按預(yù)定的流量指標(biāo)進行傳輸。這是一種絕對測量與相對測量相結(jié)合的一種檢測方法，裝置的結(jié)構(gòu)原理如下煤塊由粉碎機粉碎，經(jīng)篩選后輸出煤粉。煤粉在高壓氣流的驅(qū)動下，在管道內(nèi)傳輸。煤粉的流量，取決于管道內(nèi)煤粉的平均密度和煤粉的流速。為了描述管道內(nèi)煤粉的平均密度，我們引入《電容噪聲》的概念，它定義為管道內(nèi)沒有煤粉時電容器的電容量于管道內(nèi)有煤粉時電容器的電容量之差，我們把第y個支管在t時刻的電容噪聲記為Cy(t)，把總管在t時刻的電容噪聲記為Co(t)。
對于一定的管道系統(tǒng)，當(dāng)煤粉在管道內(nèi)的密度分布一定時，煤粉在管道內(nèi)的傳輸速度，取決于管道入口與出口的氣流壓強差。壓強差越大，流速也越大。我們把第j個支管入口與出口之間在t時刻的壓強記為Pj(t)，把第j個支管煤粉在t時刻的流動速度記為Vj(t)，我們以Pj(t)為自變量，把Vj(t)展開成冪級數(shù)，即得Vj(t)=Σn=0+∞anPnj(t)----(1)]]>略去高次項，取一級近似，考慮到管道兩端設(shè)有壓強差時，氣體不會在管道內(nèi)流動，所以有當(dāng)Pj(t)＝0時，Vj(t)＝0，故一級近似表達式為
Vj(t)＝aPj(t) (2)我們把第j個支管內(nèi)單位長度的煤粉量記為mj(t)，把它表示成電容器噪聲C(t)的冪級數(shù)，即得mj(t)＝∑bnCnj(t) (3)按電容噪聲定義，當(dāng)mj(t)＝0時，Cj(t)＝0，故上式的一級近似表達式為mj(t)＝bCj(t) (4)其中b的取值與煤粉的種類有關(guān)。主要原因是，煤粉的介電常數(shù)ε與煤粉的種類有關(guān)。對于一定的煤種，b值是確定的；對于不同的煤種b值通常是不同的，而且其數(shù)值的變化范圍可能甚大。
若把第j個支管在t時刻單位時間內(nèi)的煤粉的瞬態(tài)流量記為Q(t)，則有Qj(t)＝mj(t)·Vj(t)＝abPj(t)Cj(t) (5)其中的系數(shù)a，與管道的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，對于一定的管道系統(tǒng)和定的流量范圍，a值可以通過實驗事先求出；而系數(shù)b的取值，與煤的介電常數(shù)ε有關(guān)，隨著煤種的改變而改變。
由(5)式可知，為了檢測出煤粉的單管瞬態(tài)流量Qj(t)，只須檢測出a、b、Pj(t)、Cj(t)這四個量。其中Pj(t)、Cj(t)是可測量的，可以通過適當(dāng)?shù)难b置把這兩個量的測量結(jié)果連續(xù)不斷地傳輸給計算機；a值可事先確定。可見，求出單管瞬態(tài)流量Qj(t)的關(guān)鍵，是處理好系數(shù)b的問題。先確定b再求Qj(t)，意味著要對各煤種的b值事先進行在線標(biāo)定，很麻煩。
由此可見，在管道煤粉流量檢測技術(shù)中，尋求一種對各種不同的煤粉均適用、不通過在線標(biāo)定就能精確地測定管道內(nèi)煤粉流量的新技術(shù)，這是目前國際上急待解決的重大技術(shù)問題。到現(xiàn)在為止，國際上尚沒有真正可推廣的煤粉流量計。本發(fā)明針對上述情況，提出了一種新型的煤粉流量檢測系統(tǒng)。它適宜于任何一個種類的煤粉。亦即不管那一種煤種，都不需要進行在線標(biāo)定，就能夠精確地檢測出整個管道系統(tǒng)中，各支管煤粉的瞬態(tài)流量；還能對各支管的流量進行自動控制，使其按預(yù)定的流量指標(biāo)進行傳輸。
下面將結(jié)合附圖對本實用新型所說的裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理作進一步的說明。


圖1表示所說檢測裝置的進料、儲料、秤重、控制部分示意圖。
圖2表示煤粉由
圖1所說裝置傳輸?shù)饺紵隣t的傳輸環(huán)管和支管設(shè)置示意圖。
本實用新型所說的檢測裝置主要包括進煤粉漏斗1，上閥門2，儲存罐4，電子秤5，下閥門6，三通管7、9、12，進氣閥門3、8，電容測量段10，總管11，總管第一、二出口13、14，環(huán)管15，環(huán)管與Nj個支管相連，每個支管，如第Nj支管18上設(shè)置氣膜控制閥16，支管電容測量段17。本裝置的第二部分的進料、儲料、秤重、和控制部分與第一部分的相應(yīng)部件結(jié)構(gòu)相同，用相同的附號加上一撇表示，如
圖1′、2′…8′分別表示第一部分的相應(yīng)部件1，2…8。
煤粉經(jīng)過漏斗1.1′，上閥門2.2′進入儲存罐4和4′，電子秤5.5′連續(xù)不斷地稱出儲存管的重量W4(t)和W4′(t)，并把所得的數(shù)據(jù)傳輸給計算機(圖未示)。儲存罐的入口和出口，都有閥門控制，當(dāng)下閥門6或6′關(guān)閉、上閥門2或2′啟開時，傳送帶(圖未示)向儲存罐4或4′輸送煤粉。當(dāng)上閥門2或2′關(guān)閉，下閥門6或6′啟開時，儲存罐4或4′內(nèi)的煤粉在壓縮空氣P或P′的驅(qū)動下，輸入總管11。上閥門2或2′和下閥門6或6′的啟開和關(guān)閉由計算機控制。當(dāng)儲存罐的重量減輕到Wm時，下閥門即自行關(guān)閉。儲存罐4的下閥門6關(guān)閉的同時，儲存罐4′的下閥門6′打開；儲存罐4′的下閥門6′關(guān)閉的同時，儲存罐4的下閥門6打開。亦即兩儲存罐的煤粉，通過一個裝有壓縮空氣控制閥8或8′的三通管7或7′，輪流輸入總管11。結(jié)構(gòu)參數(shù)要確保持傳送帶向儲存罐儲煤的速率高于儲存管向總管輸煤的速率，從而保證兩儲存罐連續(xù)不斷地輪流向總管輸送煤粉。
設(shè)總管的煤粉在使用時，其分配給Nj個支管，如j＝12。設(shè)Nj個支管等間隔地分布在一個圓形的環(huán)上，支管的軸線與環(huán)管的半徑方向一致，亦即所有支管均指向環(huán)管的圓心。環(huán)管上開兩個煤粉輸入口13、14，兩個輸入口分布在環(huán)管圍成的大圓直徑的兩個端點?？偣?1通過一個三通管12，把煤粉分流到兩管道中去即B、C方向，這兩管道分別與環(huán)管上的兩個輸入口相連接，連接方式要確保從兩輸入口進入環(huán)管的兩股煤粉流在環(huán)管內(nèi)沿著相同的方向傳輸。
等間隔地分布在環(huán)管上的Nj個支管，具有相同的結(jié)構(gòu)參數(shù)。每個支管都有一個電容測量段17，裝有電容噪聲法測量煤粉密度分布的噪聲容量顯示器(圖未示)，以及測量支管內(nèi)壁壓強的壓力傳感器，檢測的結(jié)果用數(shù)字傳輸給計算機(圖未示)。支管上還裝有控制每個支管流量的氣膜控制閥16，氣膜控制閥的氣流流量由計算機來控制。此外，在總管煤粉輸入端，也有一個電容測量段10，裝有電容噪聲法測量總管煤粉密度分布的噪聲容量顯示器(圖未示)，測量結(jié)果也用數(shù)字傳輸給計算機。
設(shè)儲存罐的重量為W(t)，當(dāng)儲存罐的下閥門啟開、上閥門關(guān)閉時，儲存罐內(nèi)的煤粉向總管傳輸。總管內(nèi)單位時間的煤粉流量Q(t)，應(yīng)等于儲存罐在單位時間內(nèi)減少的煤粉量，由此可得Q(t)＝
(△W(t))/(△t) ＝W′(t) (6)設(shè)總管測量段容量顯示器所得的噪聲電容量為Co(t)這樣，對于給定的煤粉傳輸系統(tǒng)，在當(dāng)時的工況條件下，總管測量段的噪聲電容量Co(t)與總管煤粉的瞬態(tài)流量W′(t)的對應(yīng)關(guān)系，可以通過曲線Co(t)┄t與W′(t)－t的對應(yīng)比較中找到。
由于給支管與環(huán)管兩煤粉輸入口的距離，彼此是有差異的，所以各支管輸入端與輸出端的壓強差Pj(t)也會有一定的差異，從而導(dǎo)致了各支管內(nèi)煤粉的流動速度Vj(t)也會有一定的差異。管道內(nèi)煤粉的流動速度，取決于管道輸入端與輸出端的壓強差，壓強差越大，流速也越大；壓強差越小，流速也越小。
電容器的容量C，與電容器兩極板之間的介質(zhì)的介電常數(shù)ε成正比。而對于煤粉的同一密度分布，當(dāng)煤的種類不同時，其介電常數(shù)ε通常也是不同的，有的甚至有顯著的差異。這樣，如果直接用第j個支管測量段的電容噪聲C(t)來描述支管內(nèi)煤粉的密度分布，就必須事先對該煤種的介電常數(shù)ε進行標(biāo)定，或進行在線標(biāo)定。這不僅是一件十分麻煩的事，而且還會影響操作的連續(xù)性。為了克服這一弊病，我們引入《相對流量》的概念。
在N個支管中，設(shè)j和k是其中的任意兩個支管，我們把比值 (Qj(t))/(Qk(t)) 稱為j對于k的相對流量，記為Q(t)，亦即Qjk(t)＝ (Qj(t))/(Qk(t)) (7)把(5)式代入，即得Qjk(t)＝ (Pj(t)Cj(t))/(Pk(t)Ck(t)) (8)
由于總管流量Q(t)，等于各支管流量Qj(t)之和，亦即Q(t)=Σj=1nQj(t)=Σj=1nabPj(t)Cj(t)=W′(t)----(9)]]>由此得b=w/a··(t)aΣk=1nPk(t)Ck(t)(10)]]>把上式代入(5)式，即得Qj(k)=Pj(t)Cj(t)aΣk=1nPk(t)Ck(t)W/a··(t)=W/a··(t)Σk=1nQjk(t)(11)]]>這一結(jié)果表明，只要檢測出Pj(t)、Cj(t)和W(t)，就可以按(9)式計算出第j個支管的流量Qj(t)。
對于一定的管道傳輸系統(tǒng)，在一定流量范圍內(nèi)，各支管輸入端與輸出端的壓強差Pj(t)，其值的比例關(guān)系，是相對穩(wěn)定的。所以，對比值 (Pj(t))/(Pk(t)) 只要事先作一次標(biāo)定，即可確定其值的相對分布，而無須連續(xù)不斷地對P(t)的數(shù)值進行檢測。這樣可以大大減少整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集量和計算量。
整個系統(tǒng)也可以實施預(yù)期的流量控制，使各支管煤粉的流量Qj(t)等于預(yù)期的值Qo。為此，就要引入控制煤粉流量的誤差函數(shù)δj(t)，它定義為δj(t)＝Qj(t)－Q0(12)支管中的煤粉流量，用《氣膜控制閥》中的氣體流量來控制。當(dāng)氣流量增大時，支管內(nèi)煤粉流的阻尼作用也增加，從而使煤粉流量減少；不然，則反之。我們用δj(t)的正負號，來控制《氣膜控制閥》中的氣流量增大或減小。當(dāng)δj(t)＞0時，氣流量增大，增大的幅度與δj(t)值成正比；當(dāng)δj(t)＜0時，其流量減小，減小的幅度也與δj(t)的絕對值成正比。
本實用新型管道傳輸煤粉流量檢測裝置，在試驗性階段已取得具體的實施參數(shù)和檢測效果，其主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下總管內(nèi)徑φ50mm，總管氣壓2－4kg／cm2，支管共12根，支管內(nèi)徑φ25.4mm，支管氣壓0.5－1.5kg／cm2，總管流量最大流量1噸／小時，最大流量4噸／小時，支管流量為總管流量的1／12，煤粉粒子大小平均為10μ，瞬態(tài)流量測量精度小于2％，整個測量由計算機自動控制，測量結(jié)果直接顯示，具有測量可靠、穩(wěn)定，精度高，可以廣泛地應(yīng)用于對管道中傳輸?shù)拿悍哿髁康脑诰€檢測，尤其是用于煉鋼高爐中煤粉流量的在線檢測。
權(quán)利要求1.一種管道傳輸煤粉流量檢測裝置，由相同的兩部分進料、儲料、秤重和控制部件以及計算機控制單元組成，其特征是，所述的進料、儲料、秤重和控制部件為進煤粉漏斗1，上、下閥門2、6，儲存罐4，電子秤5，三通管7、9、進氣閥門3、8，電容測量段10，總管11，總管第一，第二出口13、14，環(huán)管15，其中，環(huán)管15與Nj個支管相連，Nj個支管的每個支管上設(shè)置氣膜控制閥16以及支管電容測量段17。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征是，支管Nj的數(shù)量是j＝12，總管內(nèi)徑為φ＝45－55mm，總管氣壓為2－4kg／cm2，支管內(nèi)徑φ＝22.5－27.5mm，支管氣壓為0.5－1.5kg／cm2。
專利摘要本實用新型涉及一種管道傳輸煤粉流量檢測裝置，它主要包括進煤粉漏斗，上、下閥門，儲存罐，電子秤，三通管，進氣閥門，電容測量段，總管、支管，氣膜控制閥，支管電容測量段，利用儲存罐內(nèi)的煤粉重量變化，用計算機對入口，出口閥門控制，使兩個儲存罐內(nèi)的煤粉分別進入總管，由與總管相連的各個支管上的測量段和氣膜控制閥在計算機控制下對流經(jīng)支管的煤粉流量和流速進行在線控制和控制。能有效地提高煤粉的燃燒效率。
文檔編號B65G53/66GK2084465SQ90224079
公開日1991年9月11日 申請日期1990年11月26日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月26日
發(fā)明者王其祥, 徐天成 申請人:王其祥