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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Regelung des Betriebs eines Mahlwerks für feste
Brennstoffe mit variablem Feuchtigkeitsgehalt und zur
Trocknung dieser Stoffe, wobei das Mahlwerk mit den Brennstoffen
über Vortrocknungsmittel gespeist wird, unter Verwendung einer
Gasversorgung deren Temperatur in einem Bereich geregelt
werden kann, wobei das Gas in zwei Ströme aufgeteilt wird,
nämlich einen Gasstrom, der durch das Mahlwerk verläuft, und
einen anderen Teilstrom, der zu den Vortrocknungsmitteln
gesandt wird, wobei die Menge des Gasteilstroms Q&sub1; durch das
Mahlwerk proportional zur Menge Qc des zu mahlenden
Brennstoffs eingeregelt wird und die Menge Q&sub2; des die
Vortrockungsmittel durchströmenden Gases mit dem aus dem Mahlwerk zusammen
mit dem gemahlenen Gut austretenden Gasstrom Q&sub1; vereinigt wird
und das gesamte Gas mit dem gemahlenen Gut in
Transportschächte gesandt wird, wobei die Temperatur T des Gases und des
gemahlenen Guts in den Transportschächten gemessen wird und
die Temperatur des Speisegases abhängig vom Abstand zwischen
einer festen Temperatur T&sub1; und der gemessenen Temperatur T so
geregelt wird, daß die gemessene Temperatur T sich der
Temperatur T&sub1; annähert, wobei die Gasmenge des die
Vortrockungsmittel speisenden Teilstroms so geregelt ist, daß die
Gesamtmenge des Gases QA in den Transportschächten zwischen einem
Mindestwert QAm und einem Maximalwert QAM liegt.
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Ein solches Verfahren wird in dem Artikel von VERGNIOL
"Un broyeur unique par chaudière en chauffe directe"
beschrieben, der in der französischen Zeitschrift "Revue Alsthom" No
1, 1985, Seiten 31 bis 40 veröffentlicht wurde.
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In diesem bekannten Verfahren erfolgt die Regelung für
einen Brennstoff mit dem höchsten Feuchtigkeitsgehalt, der
normalerweise in dem betrachteten Heizkessel verwendbar sein
kann.
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Der Durchsatz in den Ausgangsschächten muß mindestens
gleich dem Mindestdurchsatz sein, da unterhalb dieses Werts
das zermahlene Gut nicht mehr korrekt transportiert wird. Auf
der anderen Seite darf dieser Durchsatz einen Maximalwert
nicht überschreiten, da oberhalb dieses Werts die Schächte
durch Erosion Schaden nehmen.
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Daraus folgt, daß für einen ganzen Brennstoffbereich
mit einem Feuchtigkeitsgehalt unterhalb dessen, für den der
Heizkessel ausgelegt ist, zum Erreichen der gewünschten
Ausgangstemperatur viel zu viel Gas in die Vortrocknungsmittel
eingespeist werden muß und die Temperatur des Speisegases
abgesenkt werden muß, was den Wirkungsgrad verschlechtert.
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Andererseits hat der Erfinder festgestellt, daß es
nützlich wäre, wenn man die Menge des gemahlenen Guts bis zu
einem möglichen Höchstwert steigert, den Durchsatz des Anteils
des Vortrocknungsgases Q&sub2; so niedrig wie möglich einzuregeln,
so daß der Gesamtdurchsatz QA in den Transportschächten gleich
oder nur wenig größer als der längstens mögliche
Mindestdurchsatz QAm wird, und von diesem Mindestdurchsatz dann, wenn
erforderlich, nur sowenig wie möglich abzuweichen.
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Der so erhaltene Wirkungsgrad steigt ebenfalls, und
außerdem erfolgt die Verbrennung mit einer verringerten
Bildung von Stickoxiden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch
gekennzeichnet, daß man eine Temperatur T&sub2; der Mischung aus Gas und
gemahlenem Gut festlegt, die unter T&sub1; liegt, wobei T&sub2; vom
Feuchtigkeitsgehalt des Brennstoffs abhängen kann, und daß im
Fall, daß die Mindestgasmenge QAm nicht ausreicht, um die
feste Temperatur T&sub2; zu erreichen, obwohl die Temperatur des
Speisegases auf den Höchstwert des Regelbereichs gebracht ist,
die Menge Q&sub2; des Gasteilstroms, der zu den
Vortrocknungsmitteln geschickt wird, um den Betrag vergrößert wird, der
notwendig ist, um die Temperatur T&sub2; zu erreichen.
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Die Erfindung betrifft weiter ein System zum Mahlen
eines festen Brennstoffs mit variablem Feuchtigkeitsgehalt und
zum Trocknen dieses Brennstoffs, mit einem Mahlwerk und
Trockenmitteln, mit Speisemitteln für den Brennstoff, mit
Vortrocknungsmitteln, die hinter den Speisemitteln angeordnet
sind und das Mahlwerk mit Brennstoff versorgen, mit ersten
Mitteln zum Einspeisen von Gas in das Mahlwerk, mit zweiten
Mitteln zum Einspeisen von Gas in die Vortrocknungsmittel, mit
Gaszuführmitteln, wobei das Gas in einem ersten den ersten
Einspeisemitteln zugeführten Teilstrom und einem den zweiten
Einspeisemitteln zugeführten Teilstrom aufgeteilt wird, mit
Mitteln zum Regeln der Temperatur des Speisegases in einem
gegebenen Regelbereich, mit Transportschächten, die von der
Mischung des aus den Vortrocknungsmitteln kommenden Gases und
des aus dem Mahlwerk kommenden Gases mit dem gemahlenen Gut
beschickt werden, mit Regelungsmitteln für die ersten
Einspeisemittel, um die Menge Q&sub1; des durch das Mahlwerk strömenden
Gasteilstroms proportional zur Menge Qc des zu mahlenden
Brennstoffs einzuregeln, mit Meßmitteln für die Temperatur T
der Mischung aus gemahlenem Gut und Gas in den
Transportschächten, mit Regelungsmitteln für die Temperatur des Gases
der Speisemittel abhängig von der Differenz zwischen einer
festen Temperatur T&sub1; und der gemessenen Temperatur T, derart,
daß T sich T&sub1; annähert, mit Regelungsmitteln, die Ventile für
die Steuerung des Durchsatzes der zweiten Einspeisemittel,
dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsmittel, die die
Steuerventile steuern, einerseits von einem Signal gesteuert
werden, das von der Differenz zwischen der von den Meßmitteln
gemessenen Temperatur T und einer Solltemperatur T&sub2; unterhalb
T&sub1; abhängt, wobei T&sub2; abhängig von der Feuchtigkeit des
Brennstoffs gewählt werden kann, wenn T unterhalb von T&sub2; liegt, so
daß die Menge Q&sub2; des Gasteilstroms, der zu den
Vortrocknungsmitteln gesandt wird, um die Menge vergrößert wird, die
notwendig ist, um die Ausgangstemperatur T&sub2; zu erhalten, und
andererseits durch Signale zur Begrenzung der Menge Q&sub2; des
Gasteilstroms aufgrund des ersten Signals gesteuert werden,
derart, daß die Gesamtgasmenge QA zwischen einem Höchstwert
QAM und einem Mindestwert QAm bleibt.
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Nachfolgend wird als Ausführungsbeispiel und unter
Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung ein Verfahren zur
Regelung des Betriebs eines Mahlwerks für Kohle mit variablem
Feuchtigkeitsgehalt beschrieben, wobei das Mahlwerk eine
senkrechte Achse besitzt, sowie ein System zur Durchführung
dieses Verfahrens.
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Figur 1 zeigt schematisch das ganze System.
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Figur 2 zeigt die Luftdurchsatzregelung in
Abhängigkeit von dem Kohlendurchsatz in dem bekannten Verfahren und
den bekannten Vorrichtungen.
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Figur 3 zeigt die Regelung des Luftdurchsatzes
abhängig vom Kohlendurchsatz nach dem erf indungsgemäßen Verfahren.
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In Figur 1 ist das drehende Kugelmahlwerk 1 mit
horizontaler Achse gezeigt, das in Lagerböcken 1A, 1B dreht,
welche zugleich die Zufuhr von Kohle und Trocknungsluft
gewährleisten. Der Gesamtluftdurchsatz wird im Durchsatzmesser 2
gemessen. Die Temperatur T der mit Kohlenstaub beladenen Luft
wird am Ausgang des Mahlwerks in den Transportschächten 10 und
11 durch die Sonde 3 gemessen. Die Luftmenge Q&sub1;, die in das
Mahlwerk über seine Lagerböcke durch die Leitungen 38A, 38B
eingespeist wird, wird durch Ventile 4A-4B mit PI-Reglern 37'
(Proportional-Integral) gesteuert.
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Diese Regler 37' werden vom Organ 37 zur Anzeige der
Lastanforderungen des mit der gemahlenen Kohle gespeisten
Heizkessels gesteuert. Andererseits regelt ein Mikroprozessor
35, der von den Meßsignalen der Sonde 3 gesteuert wird, über
die Sollwerte der Mindesttemperatur 32 (mit PI-Regelung) und
die Sollwerte des maximalen Luftdurchsatzes 33 und des
minimalen Luftdurchsatzes 34 über die Ventile 30 und 31, die in
Leitungen 39 und 40 liegen, den Teilstrom der Luft Q&sub2;
(Umgehungsluft), der unmittelbar den Separatoren 8, 9 über die
Mischgehäuse 16 und 17 zugeführt wird. Der Luftteilstrom Q&sub2;
führt in diesen Gehäusen 16 und 17 zu einer Vorerwärmung und
einer Vortrocknung des Materials.
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Die Speiseluft, die zum Trocknen und zum Transport
dient, wird durch den Ventilator 20 gefördert. Ein Teil
erwärmt sich in einem Wärmetauscher 21, der zugleich die
Erwärmung eines Bruchteils von durch den Ventilator 20A geförderter
und direkt zu den Brennern des Heizkessels geschickter
Sekundärluft gewährleistet. Ein anderer Teil wird nicht erwärmt und
umgeht diesen Wärmetauscher in einer Leitung 23. Diese beiden
kalten und warmen Luftströme werden durch die Ventile 24 und
25 geregelt, die vom Mikroprozessor 36 gesteuert werden, der
eine Proportional-Integral-Regelung mit einem
Temperatursollwert 36A durchführt und von der Temperatursonde 3 der mit
Kohlenstaub belasteten Luft am Ausgang des Mahlwerks
kontrolliert wird. Die Mengen an kalter und heißer Luft werden in der
Kanalisation 26 gemischt, die ein Verschlußventil 27 enthält.
Die Kanalisation 26 teilt sich in zwei Leitungen 28 und 29
auf, wobei die Leitung 28 sich wieder in zwei Leitungen 38A
und 39 und die Leitung 29 in zwei Leitungen 38B und 40
aufteilt.
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Die zu mahlende Kohle, die in die Trichter 12 und 13
geschüttet wird, wird durch die Förderer 14 und 15 in die
Mischgehäuse 16 und 17 eingespeist, wo der nicht in das
Mahlwerk eingespeiste Teil der von den Leitungen 28 und 29
kommenden Luft hinzugefügt wird. Die Kohle gelangt zum Mahlwerk
durch die Leitungen 18 und 19 und gelangt dann in das Mahlwerk
durch die Lagerböcke 1A und 1B koaxial zu der Luftmenge, die
in diese Böcke durch die Ventile 4A, 4B eingespeist wird.
Diese Ventile werden von PI-Reglern 37' gesteuert, die einen
Stellbefehl vom Anzeigeorgan 37 für die Lastanforderungen des
Kessels empfangen, wie oben angegeben.
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Der Teilstrom der mit Kohlenstaub belasteten Luft wird
aus dem Mahlwerk über die Lagerböcke 1A und 1B abgeführt und
dann nach Hinzufügen der Umgehungsluft, die von den
Mischgehäusen 16 und 17 kommt, durch die Leitungen 6 und 7 zu den
Separatoren 8 und 9 geleitet. Die Kohlenpartikel teilen sich
hier in große Partikel, die über die Leitungen 18 und 19 in
das Mahlwerk wieder eingespeist werden, und in feine partikel,
die zu den Brennern des Heizkessels gelangen. Die Temperatur
dieser Ausgangsluft wird wie oben angegeben von der Sonde 3
gemessen und zum Mikroprozessor 36 zur Festlegung des
Temperatursollwerts und der Mengensteuerung der heißen und der kalten
Luftmengen durch die Ventile 24 und 25 übertragen.
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Diese Temperatur wird auch an den Rechner 32
übertragen, der ein Steuersignal in Abhängigkeit von der Differenz
zwischen der gemessenen Temperatur und dem in 32A angezeigten
Sollwert ermittelt.
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Figur 2 zeigt die Regulierung der Luftmenge QA in den
Schächten 10 und 11 abhängig von dem Kohlendurchsatz Qc.
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Die Luftmenge Q&sub1; (Geradensegment 0E, E ist der
Abszissenpunkt 100), die das Mahlwerk durchströmt, ist proportional
zum Kohlendurchsatz. Die Menge QA muß gleich oder größer der
Mindestmenge QAm sein und darf nicht eine Maximalmenge QAM
überschreiten. Die Gesamtmenge QA (gleich Q&sub1; + Q&sub2;) abhängig
von Qc ist ein waagrechtes Segment BC mit der 0rdinate QAm,
dann ein geneigtes Segment CD mit dem Punkt D an der Ordinate
QAM und der Abszisse 100 (entsprechend dem Maximaldurchsatz an
gemahlener Kohle).
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Für eine Menge Qc von gemahlener Kohle, die durch die
Strecke 0N auf der Achse 0Qc repräsentiert wird, ergeben sich
also ein Luftdurchsatz durch das Mahlwerk Q&sub1; gleich PN (wobei
P der Punkt der Geraden OE mit der Abszisse ON ist) und eine
Luftmenge Q&sub2;, die die Vortrocknungsmittel 16 und 17 durchquert
(auch Umgehungsluft genannt), gleich PR (wobei R der Punkt des
Segments CD mit der Abszisse ON ist).
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Die Luftmenge Q&sub1; (PN), die das Mahlwerk durchströmt,
wird durch die Kette 37, 37' abhängig von Qc bestimmt.
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In dem bekannten System existiert die Kette 32, 33, 34
nicht. Der Rechner 35 steuert die Ventile 31 und 30 so, daß
die Menge von Umgehungsluft Q&sub2; = P ist, so daß man sich stets
auf der gebrochenen Linie BCD bewegt.
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Diese Linie wurde so gewählt, daß die Temperatur der
Luft am Ausgang gleich T&sub1; für die Kohle mit dem höchsten
Feuchtigkeitsgehalt wird, die man für den zugeordneten
Heizkessel mahlen kann, wenn die heißestmögliche Luft eingespeist
wird, d.h. wenn das Ventil 25 geschlossen ist.
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Wenn eine Kohle weniger feucht ist, dann nimmt die
Temperatur R am Ausgang zu und der Rechner 36, an dem bei 36A
die Temperatur T&sub1; angegeben wird, liefert ein Signal, um das
Kaltluftventil 24 zu öffnen und das Heißluftventil 25 zu
schließen, um die Temperatur der Speiseluft abzusenken, so daß
die Luft am Ausgang gleich T&sub1; gemessen wird.
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Figur 3 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren. Im
Diagramm Qc, QA wurde die gebrochene Linie BCD eingetragen, die
der Kohle mit dem höchsten Feuchtigkeitsgrad entspricht, die
in dem betrachteten Heizkessel verarbeitet werden kann.
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Wenn die Kohle eine geringere Feuchtigkeit hat, dann
entscheidet man sich für die gebrochene Linie BC'D'. Das
Segment BC' ist länger als BC und das Segment C'D' hat eine
geringfügig größere Steigung als das Segment CD, aber für die
Menge Qc entsprechend dem Höchstwert der zu behandelnden Kohle
erreicht man einen Punkt D', der unterhalb von D und oberhalb
von E liegt.
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Die Luftmenge, die das Mahlwerk abhängig von Qc
durchquert, wird stets durch das Geradensegment 0E repräsentiert.
So ist für eine Menge ON von Kohle die Luftmenge Q&sub1;, die das
Mahlwerk durchquert, durch PN bestimmt, aber dieser Luft muß
nur eine Menge Q&sub2; von Vortrocknungsluft gleich PR hinzugefügt
werden, die kleiner als PR ist. Befindet man sich auf dem
Segment 0E (oberhalb von QAm), dann wird die Menge Q&sub2; null.
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Um der Linie BC'D' folgen zu können, legt man eine
Temperatur T&sub2; unterhalb von T&sub1; fest, die an den Eingang 32A
des Rechners 32 gelangt. Der Rechner läßt das Minimalsignal
durch. Wenn also T geringer als T&sub2; ist, dann entspricht das
Ausgangssignal dem Wert T und die Sollwerte 33 und 34
bewirken, daß die in dem Rechner 35 übermittelte Steuerung nicht zu
einer Luftmenge QA unterhalb des Mindestwerts QAm oder
oberhalb des Maximalwerts QAM liegt,.Die Luftmenge QA nimmt zu,
bis man die Temperatur T&sub2; erreicht, die dem Zweig B'C'
entspricht.
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Da T&sub1; größer als T&sub2; ist, öffnet der Rechner 36 das
Heißluftventil 24 ganz und schließt das Kaltluftventil 25. So
ergibt sich eine Versorgungsluft mit der höchsten Temperatur
des Regelbereichs, und aufgrund des Rechners 35 schickt man
eine Mindestmenge Q&sub2;(PR') dieser Heißluft durch die
Vorwärmmittel.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ersetzt man das
Segment CD durch die gebrochene Linie CC'D'.
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Man kann auf diese Weise die heißestmögliche
Speiseluft verwenden, um eine Ausgangstemperatur T&sub2; der Luft zu
erreichen und um die Umgehungsluft soweit wie möglich zu
beschränken. Anstatt die Umgehungsluftmenge Q&sub2; zu beschränken,
wenn die Kohle weniger feucht ist, sendet man in dem bekannten
Verfahren die gleiche Menge Umgehungsluft und senkt die
Temperatur, was einerseits für den Wirkungsgrad nachteilig ist und
andererseits die Gesamtluftmenge QA erhöht und damit eine von
der Erzeugung von Stickoxiden begleitete Verbrennung
herbeiführt.
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Je trockener die Kohle ist, umso länger kann die Stufe
BC' sein und umso niedriger liegt der Punkt D' bei gleicher
Solltemperatur T&sub2;.
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Die Erfindung betrifft in erster Linie die Regelung
des Betriebs eines Mahlwerks für fossile Brennstoffe wie
Kohle, aber sie kann auch auf das Mahlen von nicht brennbaren
Stoffen wie z.B. Erzen Anwendung finden.