DD206309A3 - Verfahren zur regelung von massenstroemen - Google Patents

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DD206309A3 DD81231889A DD23188981A DD206309A3 DD 206309 A3 DD206309 A3 DD 206309A3 DD 81231889 A DD81231889 A DD 81231889A DD 23188981 A DD23188981 A DD 23188981A DD 206309 A3 DD206309 A3 DD 206309A3
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Juergen Noack
Hans-Joachim Schweigel
Manfred Schingnitz
Klaus Werner
Bernd Kirsch
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Kretschmer Horst
Guenter Tietze
Juergen Noack
Schweigel Hans Joachim
Manfred Schingnitz
Klaus Werner
Bernd Kirsch
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Abstract

DIE ERFINDUNG BETRIFFT EIN VERFAHREN ZUR REGELUNG VON MASSENSTROEMEN UND DER DICHTE VON STAUBFOERMIGEN UND FEINKOERNIGEN, FESTEN BRENNSTOFFEN, DIE MITTELS DER PNEUMATISCHEN FOERDERUNG BEI BELIEBIGEM FESTSTOFFKONZENTRATIONEN UND SYSTEMDRUECKEN VERGASUNGSREAKTOREN ODER BRENNERN VON HEIZ- UND DAMPFKESSELANLAGEN ZUGEFUEHRT WERDEN. AUF DER BASIS BEKANNTER, BEREITS ENTWICKELTER MESSVERFAHREN FUER DIE MASSENSTROMBESTIMMUNG SOLCHEN VERFAHREN ZUR MASSENSTROMREGELUNG FUER DIE PNEUMATISCHE FOERDERUNG BEI BELIEBIGEN FESTSTOFFKONZENTRATIONEN UND SYSTEMDRUECKEN GEFUNDEN WERDEN. ERFINDUNGSGEMAESS WERDEN MESSGROESSEN ALS REGELGROESSEN BEI DER PNEUMATISCHEN FOERDERUNG UND DOSIERUNG EINGESETZT.

Description

Titel der Erfindung
Verfahren zur Regelung von Massenströmen
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von Massenströmen und der Dichte von staubförmigen und feinkörnigen, festen Brennstoffen, die mittels der pneumatischen Förderung bei beliebigen Feststoffkonzentrationen und Systemdrücken Ver.gasungsreaktoren oder Brennern von Heiz- und Dampfkesselanlagen zugeführt werden.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Die bekannten technischen Lösungen der Regelung des Massen-stromes bei der pneumatischen Förderung von staubförmigen sowie feinkörnigen, festen Stoffen besitzen im wesentlichen alle die Verfahrensschritte
- Abziehen oder Herausdrücken des Feststoffes aus dem Bunker bzw. Dcsiergefäß mit oder ohne Fluidisierung durch eine Druckregelung oder mit Drosselorganen
- Verdünnung das dosierten Feststoffes bis au sehr geringen Feststoffkonzentrationen ( ^C 10 kg/a"") mit dem Ziel der meßtechnischen Erfaßbarkeit des Massenstromes.
Die fehlenden Betriebsssßverfahran für Zweiphasenströmungen beliebiger Feststoffkonzentration und mangelnde Erkenntnisse über die technologisch eindeutige Beeinflußbarkeit der Dichte sowie des su dosierenden Massenstromes führten zu komplizierten Lösungen der Regelung und die Verlagerung der Massenstrombestimrnung in den Dunnstrcmbereich, was aus den Patent-
2 3 1 8 8 S 1
Schriften DE-255A-565, DS-2902911 (3RD) hervorgeht.
Die alleinige Regulierung des Massenstromes über die Fluidisierungsgasmenge des Dosiergefäßes, wie es in der Patentschrift DD-14-7188 ausgeführt ist, führt insbesondere bei großen Durchsatzleistungen zu starker gegenseitiger Beeinflussung von Dichte und Massenstrom.
Die in der Patentschrift DD-14-7933 angewendete Drosselrege- lung des Massenstromes vor Eintritt des Feststoffstromes in das Förderrohr besitzt eine relativ geringe Regelbreite und kann durch Stoßeffekte, Abbremsung des Feststoffes zu Unstetigkeiten des Massenstromes bei hohen Feststoffkonzentrationen und geringen Durchsätzen führen.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung ist eine gesicherte Prozeßsteüerung und -überwachung der pneumatischen Förderung sowie Dosierung bei hohen Feststoffkonzentrationen.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Auf der Basis bekannter, bereits entwickelten Meßverfahren für die Massenstrombestimmung
- Injektionsmethode
- LaufZeitmessungen auf Basis aufgeprägter Dichteänderungen sollen Verfahren zur Massenstromregelung für die pneumatische Förderung bei beliebigen Feststoffkonzentrationen und Systemdrücken gefunden v/erden.
Die wesentlichsten Zusammenhänge Gas-Feststoff sind bilanzmäßig in der Schüttung und Strömung zu finden, um einfache, eindeutige Regelgrößen und Regelverfahren daraus abzuleiten.
Sriindungsgemäß kann ein definierter Zusammenhang zwischen dem aus einem Dosierbehälter ausströmenden Staubvolumen und dem einströmenden Gasvolumen unter Berücksichtigung der Erzielung einer strömungstechnisch erforderlichen Fließdichte ^-p s im Förderrohr abgeleitet v/erden. Es wurde gefunden und be-
16 1883 1
stätigt, daß ausgehend von der Schüttdichte Q „ des Feststoffes im Dosierbehälter über einen Fluidisierboden die nach Gl. (1) zu ermittelnde Gasmenge V , . zugeführt werden muß, um die geforderte Fließdichte (^ „ in der Strömung für einen bestimmten Massenstrom m zu erzielen.
\ a?sf1
φ - > G(N) ρΝ T C1
T, ρ stellen die Temperatur bzv/. den. Druck im Dosiergefäß dar; V^ ist der auf den Betriebszustand und V_,,j^ der auf den Normalzustand bezogene, gemessene Fluidisie-
rungsgasstrom; ^ c, ^ sind die feststoff spezifischen Kennwerte Schutt- bzv/.
O Δ. - . ".".· . :'
Korndichte; S r ist die Gasdichte im Betriebszustand.
Im stationären Betriebszustand bildet sich damit im Dosiergefäßunterteil eine partielle Wirbelschicht aus, weil das gesamte Fluidisierungsgas mit der Feststoffströmung das Dosiergefäß verläßt.
Zur Kompensation der über der Wirbelschicht nachrutschenden Schüttung und zur Aufrechterhaltung das .stationären Fördersu- Standes muß ein sogenanntes Kompensationsgas VT,„ zur eigentlichen Massenstromregelung zugeführt v/erden, das einfach nach Gleichung (2) ermittelt werden kann.
2 3 18 8 9 1
VKG(N) ~ KG pN T ^
N - Normzustandsgrößen
V„_ Kompensationsgasmenge auf den Betriebszustand bezogen
Damit kann die Massenstromregelung auf die Regelung der einzigen Variablen VT,_ reduziert werden, wenn die Fluidisierungs gasmenge Tn nach Gleichung (1) mit den 3ollgrö\ßen mT _ ,., ^ und den Festwerten ^ n(n)> ' v> ς ^"^*315 Mikro prozessor ermittelt und dem Fluidisierungsgasregler als Festwertführungsgröße eingegeben wird. Bei Massenstromschwankungen verändert sich die Fließdichte *=> o zwar mit, jedoch
α Ί
stabilisiert sie sich zwangsläufig mit der Fachregelung des Massenstromes über das Kompensationsgas. Das Kompensationsgas muß über der Schüttung in das Dosiergefäß oder bei Füllstandskonstanz im Dosiergefäß mittels Zellenrad in die verbun dene Schleuse, aus der die Feststoffschüttung über·das Zellenrad nachläuft, zugeführt werden.
Mittels einer Dichteregelung ) „ kann auch trotz Massen-.Stromänderungen bzw.- -Schwankungen die Dichte konstant gehalten werden. Diese Regelung bietet hierbei keinen zusätzlichen Vorteil, lediglich Mehraufwand, und es kann sogar zu gegenseitiger Beeinflussung der Regelungen kommen.
Diese vorgestellte Regelmöglichkeit ist anwendbar für große Sinheitenleistungen, wo ein Förderrohrmindestdurchmesser und eine davon abhängige Mindestfördergeschwindigkeit für einen stabilen, stetigen Dosierbetrieb gesichert sind (Rohrdurchmesser - 10 mm, ν - 3)0 o/s bei Dichtstrom für Braunkohlenstaub), und für ein Sin- und Mehrrohrregime bei Förderrohren gleicher Fördercharakteristik und stets erforderlicher gleich bleibender Förderleistung.
3ei kleinen Sinhaitanlaistungen, v/o mit den kleinen Fördsrrohrquerschnittan bzw» bei'¥ahl größerer Querschnitte und damit unterschrittener Mindestfördergsschviindigkeitan kritische Förderbedingungen erreicht werden, und bei mehreren Förderroh
231889 1
ren unterschiedlicher Förderleistungen müssen dia Massenstromregelung sowie die Geschvindigkeitserhöhung im Förderrohr erfolgen, wobei aber stets Dichtstrom erhalten bleibt.
Bei dieser zweiten Regelvariante wird zwischen Dosiergefäß und Reaktor ein Differenzdruck PdC1 mittels des Xompensationsgases V am Dosiergefäß konstant gehalten. Dieser Differenzdruck PdC1 muß größer sein als für den maximalen Massenstrom erforderlich ist. Die Drosselung des Massenstromes mTr. jedes Förderrohr es erfolgt dann mittels einer Steuergasmenge V„, die über einen Mischapparat dem Förderrohr in Abhängigkeit einer Regelgröße, die sich aus dem Vergleich Soll-Ist-Massenstrom ergibt, zugegeben wird. Diese Zugabe an Steuergas V„_ kann gleich zur Massenstromermittlung nach der bekannten Injektionsmethode ausgenutzt werden, wobei dann stets eine bestimmte Grundlast V auch bei maximaler Förderung anstehen muß, um die Massenstrommessung zu gewährleisten und um eine kritische minimale Fördergeschwindigkeit V nicht zu unterschreiten. Es ist bei dieser Regelung zweckmäßig, die Fließdichte 's „„ bis zur Massenstrommeßstrecke relativ hoch einzustellen, damit zwecks Erzielung einer großen Meßgenauigkeit am Steuergas-Mischrohr eine große Dichteänderung ir „ - ^ ^9 erreicht wird und trotzdem Dichtstrom erhalben bleibt. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, die Flüidisierungsgasmenge V_ nicht nach der gemessenen Dichte (ζ „ zu regeln, denn bei einer hohen Dichte kann die Fluidisierungsgasmenge leicht nach Mull gehen und eine kritische Fließdichte (^ verursachen, sondern gemäß Gl, (1) als Führungsgröße vorzugeben, so daß eine Fluidisierung gewährleistet bleibt·.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung sei an zwei Ausführungsbaispielen erläutert. Dazu erfolgt die Darstellung nach den Figuren 1 und 2.
Figur 1: Vereinfachtes Blockschema der Massenstromregelung mittels Kompensationsgas
Figur 2: Vereinfachtes Blockschere dar Massenstromregelung mittels 3teuere;as
23 188 9 1
1. Bei der Ausführung des Verfahrens nach Figur sollen 30000 kg/h Braunkohlenstaub mit einer Schüttdichte Q, c = 500 kg/m und
7 3
einer Korndichte y = 14-00 kg/m aus.dem Dosiergefäi3 1, dessen Füllstand LICH mittels Zellenrad 11 konstant gehalten wird, über die Förderleistung 8 zum Vergasungsreaktor 5 transportiert werden und zwischen 30 und 100 % regelbar sein. Die optimale Fließdichte des. Förderstromes soll ) , = 300 kg/m betragen. Als Fluidisiergas 2 und Kompensationsgas 3 wird Stickstoff mit einer Normdichte tf r,„._- 1,25 kg/m verwen
,„.
det und die Zustandsgrößen im Dosiergefäß 1 betragen ρ = 3,0 MPa und T = 293 K. Die Meßstellen befinden sich unmittelbar am Ausgang des Dosiergefäßes 1.
Mit GIn. (1), (1.1), (1.2) wird am Prozeßrechner 4- die Fluidisiergasmenge gemäß der Massenstromregelbreite mit V_^,T, = .383 bis 1277 m i»H»/h ermittelt und als Führungsgröße über . den Variantenwahlschalter 13, Festwertregelung über Prozeßrechner oder Dichteregelüng QIC mit Regler 7j dem Regelventil 12 eingegeben.
Gemäß GIn. (2), (2.1) ergibt sich dann für das Kompensationsgasregelventil 9 eine erforderliche Durchlaßfähigkeit von ν«_/ΛΤ. = 4-87 bis 1624- nri.ST./h, die über die Rohrleitung 10 der mit dem Dosiergefäß im Verbund stehenden Schleuse zugeführt wird. Die Regelung des Kompensationsgases 3 erfolgt mittels Regler 6 und Regelventil 14- unter Verwendung der Regel- und Meßgröße m.. »
2. Bei der Ausführung des Verfahrens nach Figur 2 sollen . 8OO. kg/h Braunkohlenstaub mit einem Förderrohr 3 der lichten Weite von 14- mm aus dem Dosiergefäß 1 zur Heizanlage 5 mittels Luft ( £>,.- > = 1,293 kg/m ) bei einem'überdruck von 0,2 MPa und einer Temperatur von 293 K gefördert werden. Die Schüttdichte des Braunkohlenstaubes beträgt ^ „ = 500 kg/m'', die Korndichte Y . = 14-00 kg/m . Die Fließdichte nach dem MischapDarat ^Q soll mit Rücksicht auf den geringen För-
I ic
derrohrquerschnitt 2oO kg/m sein. Da mit dem vorgesehenen Prozeßrechner ο gleich der Massenstrom mTr ermittelt werden
Λ.
231889 1
soll, wird über den Dichteregler 7 im Dosiergefäß 1 mittels Fluidisierungsgas 2 sowie Regelventil 12 eine Fließdichte (7 = A-OO kg/m vor dem Mischapparat A- eingestellt. Die Fördergeschwindigkeitan ν<, betragen vor dem Mischrohr A- 3>6 m/s und danach 5»6 m/s. Durch Veränderung der Steuergasmenge V-,^ zum Mischapparat A- kann der Massenstrom av erhöht oder vermindert werden. Die erforderliche Kompensationsgasmenge
V zur Aufrechterhaltung eines konstanten Differenzdruckes PdC1 zwischen Dosierapparat 1 und Heizanlage 5 wird mittels dem Dosiergefäß 1 oder der Schleuse über Rohrleitung 10 zugeführt. Der Füllstand im Dosiergefäß 1 soll mittels Füllstandsregelung LICH und Zellenrad 11 konstant gehalten wer-· den. Die Differenzdruckhöhe PdC1 ergibt sich aus dem maximalen Massenstrom und der Förderrohrlänge.

Claims (1)

  1. 231
    Erfindungsansprüche
    1. Verfahren zur Regelung von Massenströmen bei der pneumatischen Förderung und Dosierung fester, staubförmiger und feinkörniger Brennstoffe beliebiger Feststoffkonzentration, und Sy st eindrücke, jedoch bevorzugt hoher Feststoff konzentrationen, zu Vergasungsreaktoren oder Brennern von Heiz- sowie Dampfkessel-Anlagen und Messung der Massenströme in dem oder den Förderrohren nach bekannten Meßmethoden, dadurch gekennzeichnet, daß die Staubstrcmregelung allein mit einer sogenannten Kompensationsgasregelung
    V _ vorgenommen wird, wenn das zur Einstellung der strö-
    mungstechnisch erforderlichen Fließdichte ) a. im Förderrohr notwendige Fluidisierungsgas V_ nach der gefundenen Beziehung
    \ = *z G1·1
    ' ii. O vJT -i. 1 \U
    errechnet und direkt im Dosiergefäß dem mit Schüttdichte j „ vorliegendem Feststoff über einen Fluidisierungsboden zugeführt wird, so daß sich die Massenstromregelung auf eine einfache Regelung des im Dosiergsfäß oder in der mit ihr in Verbindung stehenden Vorratsschieusa zu kompensierenden Schüttvolumens VTrr, = mT /; q reduziert, wobei die Sollwertvorgabe des Fluidisisrungsgases, in Abhängigkeit des Massenstromsollwertes m.r mitteis Prozeßrechner und Gl. '1 er-.mittalt, dem Gasmengenregler ständig als Führungsgröße eingegeben wird und v/ob ei das Kompensationsgas V nicht in die Schüttung in unmittelbarer Näha des Fluidisierungsbodens zugegeben wird.
    231889 1
    Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Kompensationsgasregelung 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 . eines För-
    Kl
    derrohres oder jedes beliebigen, anderen Förderrohres durch
    Zuführung von Steuergas V„,. in eine Mischstelle der För-
    D C? I.
    derrohre in Abhängigkeit des in den Steuergasregler jedes Förderrohres eingegebenen Massenstromsollwertes indirekt proportional· geregelt wird, wobei die Fluidisierungsgasmenge V_ im Dosiergefäß mittels Dichtemeßsonde K „ eines Förderrohres und einem Fluidisierungsgasregler auf solch einen Wert eingestellt wird, daß mit der strömungstechnisch noch zulässigen, minimalen Fließdichte im Förderrohr gefahren
    i
    wird oder wobei die Fluidisierungsgasmenge V_ gemäß Gl. 1 über einen Mikroprozeßrechner in Abhängigkeit vom Massenstromsollwert
    errechnet und als Führungsgröße dem Fluidisierungsgasregelventil als Festwert vorgegeben wird, so daß die kritische, erforderliche Fluidisierungsgasmenge nicht unterschrittenwird.
    3· Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strömungstechnisch erforderliche Fließdichte (^ _„ im Förderrohr mittels einer radiometrischen Dichtemeßsonde und einem Fluidisierungsgasregler ständig geregelt wird und Dichteschwankungen durch Massenstroraänderungen ausgleicht.
    4-. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Dosiergefäß mit einer einheitlichen Wirbelschicht mehrere Förderrohre münden und zur Ermittlung der Fluidisierungsgasmenga Yn dia Summe der Mass enströse
    ι —Λ
    231 889 1
    aller η Förderrohre eingesetzt wird und auch diese Summe bei der Kompensationsgasregelung
    eingeht und diese Gasmenge dem Dosiergefäß zugeführt werden.
    Hierzu 2i_.Seiten Zeichnungen
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