DE3211045A1

DE3211045A1 - Verfahren zur regelung von massenstroemen

Info

Publication number: DE3211045A1
Application number: DE19823211045
Authority: DE
Inventors: Bernd DDR 7700 Hoyerswerda Kirsch; Horst Dipl.-Ing. Kretschmer; Jürgen Dipl.-Ing. Noack; Manfred Dr.-Ing. Schingnitz; Hans-Joachim Dipl.-Ing. Schweigel; Günter Dipl.-Ing. Tietze; Klaus Dipl.-Ing. DDR 9200 Freiberg Werner
Original assignee: Brennstoffinstitut Freiberg
Current assignee: Noell KRC Energie und Umwelttechnik GmbH
Priority date: 1981-07-17
Filing date: 1982-03-25
Publication date: 1983-02-03
Also published as: GB2103387A; DE3211045C2; JPS5824819A; FR2509702A1; FR2509702B1; SU1492184A1; HU193520B; US4521139A; YU151282A; DD206309A3; CS254104B1; YU43273B; GB2103387B; ATA140782A; AT384684B

Description

Titel der ürf iridur.g

verfahren i'.ur Regelung von Mass er. strömen

/U';vvendurn:st:eciet der ilrfiridung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von ÄiassensiTöincn und der LiehCe von staubförmigen und feinkörnigen, festen Brennstoffen, die mittels der pneumatischen Förderung bei beliebigen Feststoffkonz-entrationen ■aud Sy,si;eindrücken Vergauum-sreaktcrer: oder Brennern von Heiz- und Dampfkessel anlagen zugeführt werden.

Charakte.ri£5t.ii<: der bekannten technischen Lösungen

Die bekannt en technischen Losungen der Regelung des kasij en stromes oei der pneumatischen Förderung von staubförnügen sowie feinkörnigen, festen stoffen besitzen im wesentlichen alle die Verfahrensschritte

- Abziehen cder Herausdrücken des Feststoffes aus dem >3unlcer bzw. Dosiergefäß mit oder ohne Fluidisierung durch eine Druckregelung oder mit Drosselorganen

- Verdünrmrjg des dosierten Feststoffes bis zu sehr geringen ij'eststoffkcnzentrationen ( < 10 kg/nr) mit dem Ziel der rneßtochnisehen Erfaßbarkeit des Massenstrorces.

Die fehlenden Betriebsmeßverfahren für Zweiphasenströmungen oeliebiger i'eststofi'konzentration und mangelnde Erkenntnisse über die technologisch eindeutige Beeinflußbarkeit der Dichte sowie des zu dosierenden Massenstromes

führten zu komplizierten Lösungen der Regelung und die Verlagerung der Massenstrombestimmurig in den Dünnstrombereich, was aus den Patentschriften DE-25^4565, DE-2902911 (BRD) hervorgeht.

Die alleinige Regulierung des Massenstromes über die Pluidisierungsgasmenge des Dosiergefäßes, wie es in der Patentschrift DD-147188 ausgeführt ist, führt insbesondere bei großen Durchsatzleistungen zu starker gegenseitiger Beeinflussung von Dichte und Massenstrom.

Die in der Patentschrift DD-147933 angewendete Drosselregelung des Massenstromes vor Eintritt des Peststoffstromes in das Förderrohr besitzt eine relativ geringe Regelbreite und kann durch Stoßeffekte, Abbremsung des Peststoffes zu Unstetigkeiten des Massenstromes bei hohen Peststoffkonzentrationen und geringen Durchsätzen führen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist eine gesicherte Prozeßsteuerung und -überwachung der pneumatischen Förderung sowie Dosierung bei hohen Feststoffkonzentrationen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Auf der Basis bekannter, bereits entwickelten Meßverfahren für die iviassenstrombestismung

- Inj ektionsmethode

- Laufzeitmessung auf Basis aufgeprägter Dichteänderungen sollen Verfahren zur Massenstromregelung für die pneumatische förderung bei beliebigen Peststoffkonzentrationen und öystemdrücken gefunden werden.

Die wesentlichsten Zusammenhänge Gas-Peststoff sind bilanzmäßig in der Schüttung und Strömung zu finden, um einfache, eindeutige Regelgrößen und Regelverfahren daraus abzuleiten·

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ürfindungsgemäS kann ein definierter Zusammenhang zwischen dem aus einem Dosierbehälter ausströmenden Staubvoluinen und dem einströmenden Gasvolumen unter Berücksichtigung der Erzielung einer strömungstechnisch eri'orderlichen Fließdichte S^. im Porderrohr abgeleitet v;erden. Bs wurde gefunden und bestätigt, daß ausgehend von der Schüttdichte ζ _c, des Feststoffes im Dosierbehäi ter über einen Piuidisierboden die nach Gl. (1) zu ermittelnde Gasmenge V^/^\ zugeführt werden muß, um die geforderte !«'ließdichte $ ^ in der strömung für einen bestimmten Massenstrom ic_v zu erzielen.

V - _r

T, ρ stellen die Temperatur bzw. den Druck im Dosier-

gefäij dar;
V,, ist der auf den Betriebszustand und ^G(K) ^^{er aU}"^ ^^οη ^^orrnal^zus'^tan^ bezogene, gemessene

Pluidisierungsgasstrom;
i'_t , %_v sind die feststoff spezifischen Kennwerte Schütt-

Dzv;. Korndichte;
£.·. ist die Gasdichte im Betriebszustand.

Im stationären Betriebszustand bildet sich damit im Dosiergefaßunterteil eine partielle Wirbelschicht aus, weil das gesamte Fluidisierungsgas mit der Feststoffströmung das Dosiergefäß verläßt.

Zur Kompensation der über der Wirbelschicht nachrutschenden ochüttung und zur Aufrechterhaltung des stationären

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Pörderzustandes muß ein sogenanntes Kompensationsgas V_K£ zur eigentlichen Massenstromregelung zugeführt werden, das einfach nach Gleichung (2) ermittelt werden kann.

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N Hormalzustandsgrößen

V_KÜ Kompensationsgasmenge auf den Betriebszustand bezogen

Damit kann die Massenstromregelung auf die Regelung der einzigen Variablen V_KÜ reduziert werden, wenn die Pluidisierungsgasmenge V^ nach Gleichung (i) mit den Sollgrößen m^ ^₀TTJ ^f-x 2--Ί1 ^{und öen} ^⁰⁸^⁶^©^{11 fii}G(^) ' > -T₁ i" r, mittels Mikroprozessor· ermittelt und dem Pluidisierungsgasregler als i'estwertfüiirun^sgröüe eingegeben wird. Bei Massenstromschwankungen verändert sich die Fließdichte S £.. zwar mit, jedoch stabilisiert sie sicJa zwangsläufig mit der Itfachregelung des Massenstromes über das Kompensationsgas. Das Kompensationsgas muß über der Schüttung in das Dosiergefäß oder bei Pullstandskonstanz im Dosiergefäß mittels Zellenrad in die verbundene schleuse, aus der die Feststoffschüttung über das Zellenrad nachläuft, zugeführt werden.

Mittels einer Dichteregelung $ ^ kann auch trotz Massenstromänderungen bzw. -Schwankungen die Dichte konstant gehalten werden. Diese Regelung bietet hierbei keinen zusätzlichen Vorteil, lediglich Mehraufwand, und es kann sogar zu gegenseitiger Beeinflussung der Regelung kommen.

Diese vorgestellte Regelmöglichkeit ist anwendbar für

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große Einheitenleistungen, wo ein Pörderrohrmindestdurchmesser und eine davon abhängige Mindestfördergeschwindigkeit für einen stabilen, stetigen Dosierbetrieb gesichert sind (hohrdurchnesser - 10 mm, ν - 3,0 m/s bei Dichtstrom l'ür Braunkohl en staub) , und für ein Ein- und iuehrrohrregime bei Pörderrohren gleicher Fördercharakteristik und stets erforderlicher gleichbleibender Förderleistung.

bei kleinen Linnöitenieistungen, wo rait den kleinen Yorderrohrquerschnit beil bzw. bei i'iahl größerer Querschnitte unü damit unterschrixtener i.iindestföx'dergeschwindigkeiten kritische Forderbedingungen erreicht werden, und bei mehreren Vb'rderroiiren unterschiedlicher Förderleistungen müssen die Masseristrorcregelung sowie die Geschwindigkeitserhöhurife; im 'Kurd err ohr erfolgen, wobei aber stets Dichtstrom erhalten bleibt.

Bei dieser zv/e.iten Kegel Variante wird zwischen Dosiergef'äß und iieaktür ein Differonzdruck: PdC 1 mittels des Kompensationsgases V^q am Dosiergefäß konstant gehalten. Dieser DifferejszdrucK PdG 1 muß größer sein als für den maximalen Masserustrom erforderlicn ist. Die Drosselung des ivlasoenstromes m_v- jedes Pörderrohres erfolgt dann mittels einer bteuergasraenge V₁.-,, die über einen Mischapparat dem yörderrohr in Abhängigkeit einer Regelgröße, die sich aus dem Vergleich Ivoll-Ist-Massenstrom ergibt, zugegeben wird. Diese Zugabe an bteuergas V^q kann gleich zur lViassenstromennittlurjg nach der bekannten Injektionsmethode ausgenutzt werden, wobei darm stets eine bestimmte Grundlast VgQ auch bei maximaler Forderung anstehen muß, um die Massenstrommessung zu gewährleisten und um eine kritische minimale Fordergeschwindigkeit V^ nicht zu unterschreiten. Es ist bei dieser Regelung zweckmäßig, die Pließdichte i)*^ bis zur Massenstrorameßstrecke relativ hoch einzustellen, damit swecKs Erzielur.g einer großen Meßgenauigkeit am öteuer-

gas-Mischrohr eine große Dichteänderung ^⁵X.- - S^;|.p erreicht wird und trotzdem Dichtstrom erhalten bleibt. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, die Fluidisierungsgasmenge Vq nicht nach der gemessenen Dichte βψ^ zu regeln, denn bei einer hohen Dichte kann die Fluidisierungsg§£3-menge leicht nach UuIl gehen und eine kritische Fließdichte £ r.., verursachen, sondern gemäß Gl. (1) als Führungsgröße vorzugeben, so daß eine Fluidisierung gewährleistet bleibt.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung sei an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Dazu erfolgt die Darstellung nach den Figuren 1 und 2.

Figur 1: Vereinfachtes Blockschema der Massenstromregelung mittels Kompensationsgas

Figur 2: Vereinfachtes Blockschere der Massenstromregelung

1. Bei der Ausführung des Verfahrens nacn Figur sollen 3OOOO kg/h Braunkohlenstaub mit einer schüttdichte ^ g = 500 kg/m-³ und einer Korndichte £_K = HOO kg/m-⁵ aus dem Dosiergefäß 1, dessen Füllstand LICH mittels Zellenrad 11 konstant gehalter, wird, über die Förderleitung 8 zum Vergasungsreaktor 5 transportiert werden und zwischen 30 und 100 Vj regelbar sein. Die optimale Fließdichte des Förderstromes soll f ^- = 300 kg/iri betragen. Als Fluidisiergas 2 und Korapensationsgas 3 wird stickstoff mit einer Normdichte 'S qq^-n = 1,25 kg/m-' verwendet und die Zustandsgrößen im Dosiergefäß 1 betragen ρ = 3,0 MPa und T = 293 K. Die Meßsteiler· befinden sich unmittelbar am Ausgang des Dosiergefäßes 1.

Mit GIn. (1), (1.1), (1.2) wird am Prozeßrechner 4 die Fluidisiergasmenge gemäß der Massenstromregeibreite mit Vqq-n = 393 bis 1277 nri.N./h ermittelt und als Führungsgröße über den Variantenwahlschalter 13» Festwertregelung über Prozeßrechner oder Dichteregelung QIC

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mit Regler 7, α em Regelventil 12 eingegeben.

Gernäß Gin. (2), (2.1) ergibt sich dann für das Kompensationsgasregelventil 9 eine erforderliche Durchlaufenigkeit von V.,,,/.,, ν ~ 487 bis 1624 in i.Iv./h, die über die Rohrleitung 10 der mit dem Dosiergefäß im Verbund stehenden Schleuse zugeführt wird. Die Regelung des Koiiipensationsgcises 3 erfolgt mittels Kegler 6 und Kegelventil 14 unter Verwendung der Regel- und Lieiigroße

2» Bei der Ausführung ües Verfahrens nach Figur 2 sollen 800 kg/n Braunkohl ens taub mit einem Forderrohr c der lichten vieite von 14 :nsi aus dem Dosiergefäß 1 zur Herzanlage ^;j mittels Luft (^/'(m) = 1 ,293 kg/iri ) bei einem Jberciruck von 0,? ivi'Pa und einer Temperatur von 293 K gefördert weruen. Die Schüttdichte des Braunkohienütauoes Lü^rägt i,. - ^:^0ΰ kg/nr , die Korndichte *? _r = 'i 4üO Kg/m . Die Fiiejädichte nach dem Mischapparat 4 i _;.. soil mit Hücicsichx auf den geringen Pörderrohrqueriiohiiiot 260 kg/m"⁵ sein. Da mit dem vorgesehenen Prozeßrechner 6 gleich der Massenstroirr in^ ermittelt warden soll, wird über den Dichteregler 7 im Dosiergefälä 1 mittels Fiuidisierungsgas 2 sowie Regelventil 12 eine Piießdichte $ ~. - 400 kg/nr vor dem Mischapparat 4 eingestellt« Die !''ördergeschwindigkeit ν^ betragen vor dem Mischronr 4 3₅β m/s und danach 5_S6 m/s. Durcη Veränderung der bteuergasmenge V_s« zum Mischapparat 4 kann der Maosenstrom m-r, erhöht oder vermindert werden. Die erforderliche Kompensationsgasmenge V, ρ zur Aufrecht erhaltung eines konstanten Differenzdruckes PdC1 zwischen Dosierapparat 1 und Heizanlage -3 wird mittels dem Dosiergefäß 1 oder der Schleuse über Rohrleitung 10 zugeführt. Der Füllstand im Dosiergefäii 1 soll mittels Füllstandsregelung HCH und Zellenrad 11 konstant gehalten werden. Die Differenzdruckhöhe PdC1 ergibt sich aus dem maximalen Massenstrorn und der Förderrohrlänge.

Leerseite

Claims

Erfindungsansprüche

1./Verfahren zur Regelung von Massenströmen bei der pneu-"~" matischen Förderung und Dosierung fester, staubförmiger und feinkörniger Brennstoffe beliebiger Peststoffkonzentration und Sy st eindrücke, jedoch bevorzugt hoher Feststoffkonzentrationen, zu Vergasungsreaktoren oder Brennern von Heiz- sowie Dampfkessel-Anlagen und Messung der «iassenströ:ne in dem oder den Förderrohren nach bekannten Ivießaetnoden, dadurch gekennzeichnet, daß die,·,iJtaubstroniregelung allein mit einer sogenannten Kompensationsgasregelung V=.^ vorgenommen wird, wenn das zur Einstellung der strömungstechnisch erforderlichen Fließdichte 5^₁ im Förderrohr notwendige Fluidisierungsgas v\ nach der gefundenen Beziehung

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ö ' G^K!tf1 ^y G'

errechnet und direkt im Dosiergefäß de:;; mit Schüttdichte Υ .. vorliegendem Feststoff über einen Pluidisierungsboden zugeführt wird, so daß sich die l.'Iassenstrom regelung auf eine einfache Regelung des im Dosiergefäß oder in der mit ihr in Verbindung stehenden Vorratsschleuse zu kompensierenden Schüttvolumens V^q = a_K/S'_s reduziert, wobei die Sollwertvorgabe des Fluidisierungsgases, in Abhängigkeit des Massenstromsollwertes m„ mittels Prozeßrechner und Gl. (1) ermittelt, dem Gasmengenregler ständig als Führungsgröße eingegeben wird und wobei das Kompensationsgas Y-^ nicht in die Üchüttung in unmittelbarer Nähe des Fluidisierungs

bodens zugegeben wird.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Kompensationsregelung in Abhängigkeit eines maximal erforderlichen Differenzdruckes PdIC zwischen Dosiergefäß und Vergasungsreaktor bzw. Brenner einer Herzanlage dieser Differenzdruck zur sicherung des maximal erforderlichen Massendurchsatzes konstant gehalten wird und ein tatsächlich erforderlicher, niedrigerer Massendurchsatz m_Ki eines Förderrohres oder jedes beliebigen, anderen Förderrohres durch Zuführung von Steuergas VgQ^ in eine ivlischstelle der Förderrohre in Abhängigkeit des in den -oteuergasregler jedes Fördc-rrohres eingegebenen iaassenstromsollwertes indirekt proportional geregelt wird, wobei die Fluidisierungogasr;urage V,, im Dosiergefäß mittels Dichtemeßsonde $£+ eines Förderrohres und einem Fluidisierungsgasregler auf solch einen V/ert eingestellt wird, daß :nit der strömungstechnisch noch zulässigen, minimalen i'lielidichte im Förderrohr gefahren wird oder wobei die Piuidiüierungsgasmenge V^ gemäß Gl. 1 über einen iViikfoproZeiirechner in Abhängigkeit vom Massenstromsoliwert

η

errechnet und als Führungsgröße dem Fluidisierungsgasregelventil als Festwert vorgegeben wird, so daß die kritische, erforderliche Fluidisierungsgasmenge nicht unterschritten wird.

Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die atröraungstechnisch erforderliche Fließdichte !S_±,.. im Förderrohr mittels einer radiometrischen Dichteme&sonde und einem Fluidisierungsgasregler ständig geregelt wird und Dichteschwankungen durch Massenstromänderungen ausgleicht.

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4. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Dosiergefäß mit einer einheitlichen wirbelschicht mehrere Pörderrohre münden und zur Ermittlung der Fluidisierungsgasmenge V„ die Summe der· iviassenströme

¹³Ki

aller η .Ford err öhre eingesetzt wird und auch diese üumrae bei der KompensationGgaaregeiung

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^VKG * TT " Z_ ¹¹⁵Ki

eingeht und diese Gasmenge dem Dosiergefäß zugeführt werden.