CN1011076B - 量热系统 - Google Patents

Abstract

一种特别适合于联机连续测量煤的热值的量热系统，该系统可以提供用于公用事业发电厂中燃煤锅炉控制的热值数据，它有一个带有燃烧器和一个混合器的热量计，该系统有粉碎煤的设备和向燃烧器提供煤粉的重量给料器，还装有使燃烧器预热以及可起动里面的煤不需进一步加入维持性燃料气体而进行自持性燃烧的装置，系统中的仪器配置可测量冷却空气，一次和二次燃烧空气等的流量，以及输入燃烧器的煤的质量流率。一个设有输入/输出装置的计算机负责为在起动燃烧时控制煤和燃料气的给人而设的测量仪器(热电偶及压力计)并计算煤的热值。

Description

本发明是关于一个量热系统的，特指连续直接测量煤等固体矿物燃料的燃烧热值，以将其结果联机用于该种燃料燃烧过程控制的量热系统。

本发明特别适用于燃煤的公用事业发电厂中联机测量该种发电厂中锅炉用煤的热值。本发明的某些方面也可用来改进燃烧的量热技术。

煤等固体燃料的燃烧热一般是用一种弹式热量计测量的。弹式热量计是一种由样品燃烧推算热量的绝对而直接的方法。它将热力学第一定律用于原始样品的质量和热量计的温升，由单位质量样品释放的热来计算热值。弹式热量计仍然是测量固体或液体燃料热值的最新式的仪器。但这种测量必须脱机进行，并且不属于可以控制类似公共发电厂中控制蒸汽发生器点火系统那样的连续过程的类型。

连续流量热术长期来已被用来测量气体燃料燃烧的热，例见1930年首次出版的Sears    and    Zemansky著大学物理第二版（第二章16-7）。这种系统有时按照热力学第一定律工作，测量由气体释出的热对其它流体系统的影响。参考下列美国专利可以获得有关此类气体量热系统的进一步情报：Schmidt，1，869，585，1932年8月2日颁发;Keith，2，026，179，1935年12月31日颁发;Pinkerton，2，349，517，1944年5月23日颁发;Toyota等，3，472，071，1969年10月14日颁发;Grey，3，665，763，1972年5月30日颁发;以及Calvet等，4，500，214， 1985年2月19日颁发。其它量热技术不包括绝对和直接的测量，而是依靠对气体燃烧的物理及化学分析。这类间接气体量热技术记载于下列美国专利：Haas，3，988，926，1976年11月2日颁发;Stewart，4，115，862，1978年9月19日颁发;Wilson等，4，345，463，1982年8月24日颁发;及Kude等，4，386，858，1983年6月7日颁发。下述资料中曾讲述了一种商业用连续流热量计：“产品通报”“FLO-CaL”（TM）高速热量计通报NO.20：FC-1流体数据公司出版，美国11556，纽约，莫里克（通报日期为9-84）。

这类依靠燃烧的气体热量计的测量精度可受热损失的严重影响。由热损失引起的误差必须被校正，並且高度依赖于周围环境的温度和压力。

煤的精确量热技术问题由于煤的变化多样的化学成分而变得更加困难了。这些复杂成分影响了对每种组份和它们在煤的总质量中的份额的热容量的精确估量。热损失以及由环境温度和压力的变化引起的对稳定状态的破坏性影响，使测量变得更加困难。煤的量热术的另一个问题是煤的自持性燃烧的维持。这包括在热量计中起始和连续测量时向燃烧器的供煤问题。

因此，本发明的主要目的是提供一种改进的量热系统。这种系统特别适用于在直接和连续的基础上测量煤等固体燃料的热值或燃烧热，以适于联机使用以提供工程过程控制所需的数据。这些过程包括固体燃料的燃烧，特别是公用发电厂中燃煤的蒸汽发生器。

本发明的另一目的是提供一种改进的根据热力学第一定律工作的量热系统。办法是通过一种其热值尚待测定的燃料的燃烧和燃烧气与 冷却空气的混合。燃烧气与冷却空气的混合方法可将燃烧及混合时的热损失降至最低，以便减少未料到的热损失和使环境条件的扰动趋于稳定。

本发明的进一步的目的是提供一种改进的煤和其它固体燃料的量热术，它可以通过自持性燃烧直接和连续地从燃料的燃烧中推导出热量。

本发明更进一步的目的是提供一种改进的连续的量热系统。它依靠热力学第一定律、其中利用了一种冷却气在与燃烧气结合时的温升，並且该系统的热容量被减少到可以保证对被测材料热值的改变迅速发生反应。

本发明的更进一步的目的是提供一种改进的连续量热系统。它可以对煤等固体燃料燃烧时的热值进行实际的（非推论的）、直接的测量。其中燃料的重量给料率和燃料燃烧时形成的合成燃烧气的质量流率都可以和冷却气的温升一起测出，以便确定燃料的热值而不受环境压力温度变化的影响。

本发明更进一步的目的是提供一种改进的系统。它可以对自持性燃烧的煤供应进行连续的热测量。

简要述之，本发明中的量热系统有一个燃烧装置，将待测燃料（可以是煤等固体燃料）和一种像空气那样的助燃的气体（氧化）供给该燃烧装置，以便将燃料转化为燃烧气。设有一个可将燃烧气与另一种冷却气，例如空气，混合以制成合成气的装置。设有分别在混合装置的入口和出口处测量冷却气与合成气的温度以及测量进入燃烧器的燃料的质量给入率的装置。装有计算机装置以负责进行为计算燃烧气的热含量所必须的测量。测量时需将燃烧气各组分的质量份额对比热的贡献计算在内。这类数据（指各组分的质量份额对比热的 贡献的数据）可以存储在计算机的存储器中。所以关于燃料热值的精确数据可以在连续绝对测量所用材料的温度和质量流率的基础上测定出来。

可以通过把来自燃烧器和混合过程的辐射热经对流面传回流到燃烧器和混合过程的空气中去的办法来防止燃烧器和混合器中的热损，这种回流可以由一个围在燃烧室外面的多孔绝热隔室来完成，氧化气（二次空气）经此而对流到燃烧室中去，一个围绕在冷却空气混合装置外面的迷宫式的通道可通过使冷却空气对流而将辐射热回送到混合室内。

煤等固体燃料被粉粹后，以可控制的速率给至一个重量给料器和由一次空气驱动的喷射器再给入燃烧器。在重量给料器处测得粉粹燃料的质量和给料率，以供在计算机中计算加热值时使用。在起动时逐渐增加煤的给入率，同时逐渐减少预热和引燃煤燃烧的一种燃料气体的给入率，直到燃烧器中发生自持性燃烧。

通过结合所附图纸阅读下列说明，将使本发明的前述目的、其它目的、特点和优点，以及其中提的具体情况变得更加明显：

图1：是体现本发明的一种量热系统的示意图;

图2：是图1所示系统中使用的热量计的横断面示意图;

图3：（3A，3B）是用于图1所示量热系统的电子计算机控制及测量系统方框图;

图4：是一条曲线，表示测量过程中燃烧气或烟气的各组分的比热（热容量）是如何被本系统精确地计量在内的;

图5：是图2所示燃烧器的透视图解，表示其中由空气切向流入而造成的材料流动模式;

图5A和5B：是图5中沿5A-5A线和5B-5B线切取的 分段切面图;

图6A和6B：是图2所示混合室下端由下向上看的局部立视图和平面图。

总之，图中表示的联机连续量热系统有三个主要部分：（a）材料给入系统，主要是机械的，其原理由图1表明;（b）一个数据获取和计算机控制系统基本是电子的，其原理示于图3;及（c）一个热力学量热单元，其原理示于图2，主要是为了质量流和能量流以及它们在测量时的相对平衡的。

参照图1，煤来自主煤源1，能通过16号筛孔或更小的煤给入粉粹器的速率由一个二速给料器2控制。这个给料器有三种工作方式：关闭;按该系统正常给料的75%（0.75克/秒）给料;或以该系统正常给料能力的125%给料。开始时给料器以较高的速率给料。

煤由煤源经过一个采样器35，连续进入一个粉粹器3，並被碾磨成像灰尘样大小的颗粒，即能通过325号筛孔或更小。粉粹器3由来自气源（压缩机）21的高压空气4驱动，消耗488.24公斤/米²的0.57米³/分，有压力开关和阀门（未表示）连接于计算机系统以监测此压缩机21並使其开或关。磨碎的煤由作为粉碎器一部分的旋风器5与加工气流分开。用过的加工气流由排出口6经过一个集尘袋（未表示）离开该系统。该集尘袋可将任何随流带走的细小颗粒捕获。煤落出旋风器5的底部，离开粉碎器而进入一个分离和输送阀7。此阀可以防止粉碎器固体出口处的高压排出气使重量给料器的加料斗8超压。

当微粉状的煤填满重量计给料器12上的加料斗8时，煤粉的水平位置由一个水平位置检测器9感受。也见图3，当检测器表示煤已填满加料斗 至一个预定的水平位置时，一个信号被经过一个数字输入/输出板202送至计算机201（图3），这可使双速给料器变至较低给料率，由双速给料器来的多余的煤10被送回至主煤流，当足够的煤离开加料斗时，水平位置检测器9停止工作，双速给料器回复到较高的给料率，重量给料器上加料斗被作为一个负斜度（2度）以促进固体流动。加料斗的下开口由一个防溢挡板11关住，以防止煤初始加入加料斗时的流失。该挡板可因传动带12向前驱动而被移开，直到挡板被一对提升钩13卡住，此时它可由一个空气气缸14的正向运动升离传送带。挡板一直保持在这个位置，直到传送带转空时才又由空气气缸的仃止工作和传送带的反向运行而被放回原位，重新堵住加料斗的下方开口。

给料传送带的安装框架悬挂在两个曲梁上（示意图中25和27），使框架可起杠杆作用。传送带上煤的质量在曲梁枢轴的一侧施有一个向下的力，並在曲梁的对侧转变为向上的力。这个向上的力被直接加到一个测压元件15上（50克容量）。在测压元件术语中，测压元件的容量是以代表动态范围上端的质量表示的。因为实际上测压元件测量的是力，等于该质量乘以重力加速度。例如，假如力的极限是4900达因，而给料器框架两个力矩臂的比大约为3，当传送带上有7克煤时，加到测压元件上的力大约为1960达因。测压元件的输出由它的联机放大器转变为4～20毫安的输出，而传送到数据获取系统（模拟数据板，图3中的203）。

给料传送带是由一个步进电机16驱动的，它的控制频率由计算机产生（图3）。如果测压元件指示的质量给料率与希望的给料率不符，计算机即算出一个频率补偿改变并传送到频率源（时钟204，图3），由此再送出一个改变了的信号到译码器205（图3），电机16的步进率即可按需要增加或减低。质量给料率因此而控制恒定。 步进电机装在给料传送带的安装框架上，它的质量由位于给料器前端的配重（未示出）来补偿。

微粉化的煤由传送带的末端落下並进入文丘里喷射器17而悬浮在来自高压气源21的一次空气源中。一个震动漏斗（未示出）可以促进煤流。驱动文丘里器的空气量与全部一次空气所需的量在流量上相等。

煤与空气的混合物由入口管101a经过一个在燃烧室102的顶部开有三个等距排列的缝状开口的环状集合管101而进入热量计20（见图2）。热量计20在下端130有燃烧室，在上端有一个空气混合器单元132。由集合管101而来的煤流通路自行折返，而煤的燃烧发生在燃烧室102的体积中心。到入口管104来的二次空气由一个大容量低气压的气源（鼓风机）41提供（图1），该鼓风机在30-40吋水柱的压力下工作。设有与计算机系统（图3）相连的开关和压力计以监测和启闭该鼓风机。

二次空气经过一个耐火砖陶磁材料的包在燃烧室102外面的多孔绝热隔室105而到达燃烧室102。绝热器105被来自燃烧室102的辐射性和对流性热耗加热，並被流经它的二次空气冷却。在此通路中，二次空气被加热，在经过一组环形排列的孔口108和燃烧室102的倒锥形底部的三个等距排列的孔口（未表明）而进入燃烧室以前，可以吸收来自燃烧室102的辐射和对流热损失。（也见图5，5A和5B）

在将煤和空气的混合物引入燃烧室以前，完成了一个由燃烧通过位于锥体尖端的管子（123）而进入的丙烷的预热时间。（丙烷）气是由19处（图1）的气源经过一个四阀门51-54的气流控制系统而被射入燃烧室的。作为替换，也可以使用用于煤和一次空气混 合物的同一集合管101。丙烷被也是位于容积中心的火花点火器109点燃。一旦由排出底气的温度急剧升高（由位于热量计20（图1）的烟气出口18处的热电偶T/C23测得）而确认丙烷已被点燃时，点火器就仃止工作。

计算机201经过一个包括模数转换器的模拟数据板203（图3）接收热电偶信号。该数据板也接受测量绝对压力和压力差（PA）和（△P）的压力计24-29和37，38以及其它热电偶的信号。来自数据板203的数字化信号被和输入数字板202的其它数字输入进行多路调制，並被送至计算机201的存储器。整个仪器，燃烧室端130加上空气混合器端132，由燃烧的丙烷加热。当排出废气温度的升高率接近0时，预热周期就已完成。

煤流被以标准值的100%起动，当达到一个新的热平衡位置时，丙烷流就被逐渐降低。当丙烷流完全仃止时，热量计就建立起一个煤的无支持自持性燃烧的新的平衡位置。在这种方式的运行中，煤的引燃由使煤和一次空气的混合物预热而发生，而此预热是来自燃烧室容积中心的火球的辐射热。

除去煤和丙烷都在流动的一段时间外，煤的燃烧是在燃烧室中完成的。在前一情况下（按指煤和丙烷都在流动的情况），某些燃烧似乎是在空气混合器中完成的。这就是逐步减少而不是立即全部仃止丙烷流的原因。火球必须缓慢地缩入燃烧室。当火球一部分在燃烧室，一部分在空气混合器中时，将没有足够的辐射热流来预热进入的煤，並且燃烧室的整体也没有达到工作温度。在这种情况下，火球回缩过快可以由于预热不足而导致火焰猝灭。

新的平衡状态一经达成，煤火焰就不再需要丙烷的支持，热量计就可以用来测定煤的热值，煤是经开口103被送至热量计的。

支持燃烧的空气通过管子104进入热量计，並穿过多孔的绝热器105。多孔绝热器起双重作用：可以防止燃烧器的热损失，並且由于空气由外侧通气管106流至内侧通气管107，在进入燃烧室102以前就吸取了热量。空气温度的增加有助于燃烧反应的维持。

燃烧器102中煤所遵循的通路140在靠近燃烧器外侧壁处是向下的，靠近中心处是向上的。见图5，5A和5B。二次燃烧空气经过燃烧器本体中线下面的环形排列的开口108而进入燃烧器。燃烧反应由开动点火器109而开始。点火气为一个火花塞，或是经一个变压器（未表明）而接通的（见数字数据板202的输出，图3）电热辉光放电杆，或是一个可以径向或垂直进入的火焰。只要火花或火焰是位于燃烧室的容积中心，当燃烧成为自持性以后，点火器就仃止工作。那时进来的煤和空气可被燃烧室102中的火球的辐射加热。

孔108可使空气切向进入燃烧室102。如图5、5A和5B表明的那样，（空气）穿透燃烧器侧壁时是向下以45°径向线旋离的。这可以完成几件事：首先，空气流和煤流的流路延长了，从而增加了煤的颗粒的仃留的时间，当空气向内上方移动时，煤颗粒被向室壁抛回直至只剩下灰。此时灰是一种极细的颗粒，可被废气带出燃烧器。其次，向下的流动还可以帮助把灰从底部锥体扫除，並带入向上流动的烟气。这可使燃烧器保持清洁，並可提供一种为了以后进行煤中灰分的测定而捕获烟灰的手段。

燃烧的热产物（燃烧气）由开口110流出燃烧室而进入混合室111。冷却或混合空气经管子112並流经一个通气迷路113进入热量计，並经过许多入口隔障和确定混合室111界限的管子119壁上的许多开口114进入混合室，见图6A和6B。这些开口114一般是三角形的，並且是开在延展于燃烧单元130和混合单 元132之间的管子的颈部。这保证了一种回旋式流动而有助于混合。通气迷路中的空气吸收来自混合室的辐射性热损失，並将其送回混合室，从而提高测量精度。开口114是由沿三角形的斜边切割，並沿三角形的垂直边向内折曲的方法特别制成的。这可以提供一个沿向上的螺旋经路引导混各空气的入口和隔障。这种向上的螺旋路径可以帮助与烟气混合和减少横跨迷路和混合烟囱111两端的压降。

燃烧的热产物和冷却空气在流经混合室並由废气口115流出热量计的全程中由端流而混合。燃烧气物和冷却空气的混合由于隔障116的存在而进一步促进。在此实施例中，这些隔障包括一系列间插的圆盘117和环118。它们可以增加流动的湍度。在热量计顶部的带有热电偶23的热电偶探头122进入出气口並被置于最后（最上部）的隔障之间。这种热电偶的配置使废气出口处热电偶23与燃烧室及其火焰隔离，以防止由于热电偶的辐射性加热而引起的温度测量误差。混合装置可以是静态的或是动态的，即圆盘117可由一个适当的致动器，像一个振动器，驱动与圆环作相对运动。

热量计按热力学第一定律工作。在本发明中的体现是燃料的传送速率与能量释放的速率都是连续测量的，而热值来自公式：

热值＝Q/Mf    （1）

如果热释放的速率Q是以1055.06焦耳/小时以及燃料流率Mf是以0.45359公斤/小时给出，它们的商就是以2326焦耳/公斤计的燃料的热值，其它适当的单位也可采用，例如KJ/Kg。

能量释放率Q的值可由混合物的方法测定，按此方法，燃烧产物的热损失（被测物或燃料）可被冷却空气获得。为了精确测量，热量计的热损失必须被最大可能幅度地减少。首先这可以由多孔绝热器室105完成，它可以阻止燃烧室的热损失。绝热器本身由于吸收此热 而变热。此热可由使二次燃烧空气通过绝热器而回收，燃烧空气可由吸收绝热器的热，並将其传回燃烧室。

其次，燃烧器的热损失被冷却空气的迷路通道减低，热由燃烧产物和冷却空气的混合物通过对流传至混合器111的金属管壁119，並以同样方式传至包在混合室外面的绝热层120。冷却空气沿此绝热层的表面流过，从低温端开始，並且到它下行到混合室入口114处的行程中获取热。因为由此表面也有一个辐射的热损失，包在金属圆筒121外面还设有一个第二绝热层。经同样的作用，空气由通道112的入口上行，经过此表面将任何被圆筒121吸收的热回收。热量计的全部外表面是被一种合适类型的绝热层覆盖的。

冷却空气吸收的热等于燃烧产物损失的热。这种热的量可由下式计算：

Qa＝Ma×CpX（T₂-T₁） （2）

其中：Qa＝热流，单位1055.06焦耳/小时

Ma＝冷却空气的质量流，

单位0.4539kg/hr

Cp＝空气的比热，

单位1055.06焦耳，0.4539公斤

T₂＝废气排出口115处混合物的温度，单位°F;

T₁＝经路112入口处冷却空气的温度，单位°F

因为燃烧产物的混合物和冷却空气是在升高了的温度下离开热量计的，一个相同的运算被进行，以便与环境空气的热含量相比而计算混合物的热含量。进行计算时要假设排出的燃烧气的热力学与空气的热力学是相同的。这种假设是合理的，因为空气比燃烧气大约多50倍。这两种计算的和等于由燃烧反应流向冷却空气的总热流。煤的热 值可由上述的公式（1）算出。

因为燃烧是在燃烧室中完成的，燃烧煤所提供的全部的能都释放于此处，並被流经这个系统的燃烧产物、多余的空气和惰性气体吸收。据估计，这些气体的温度可因吸收此热而升高到1800-2000华氏度的范围。热气体离开燃烧室而进入空气混合器，並在该处与大余量的较冷空气混合（85℃，4.67米³/分）。于是热燃烧产物和冷却空气的全部混合物以193～237℃F的范围的温度离开热量计。由于混合空气的质量流率是由它的压力测值和入口温度计算的，並且煤的给入率是由恒定传送带速度时测压原件的信号计算的，热值的数据可由计算机201按公式（2）和（1）算出。

这样的仪器配置可以允许不必依靠假设混合空气和排出的燃烧气的热力学是相同的即行测出热值。这是因为压力计和热电偶为一次空气和燃烧空气的质量流以及煤的给入率的精确计算作好了准备。于是燃烧产物各组份的比热或热容量（Cp）的非线性影响可以被计算在内。鉴于热流Q可由下式较精确地算出：

QC＝（m煤+m空气） ${\∫}_{T_1}^{T_2}$ Cpfdt （3）

C_Pf就是一个把一定等级的煤的（燃烧产物）烟气各组份的平均质量份额都计算在内的复合函数。煤和空气的各组份为CO₂、H₂O、SO₂、O₂和灰。已经发现，在一定等级的煤（烟煤、亚烟煤、褐煤等）中，燃烧产物的热容量几乎相同。所以，由于煤种已知，该种煤所属等级的热容量的数据已被存入控制计算机201的存储器中，用以改进热值的计算。下面给出了该程序的比较详细的解释：

由公式3，煤以2326焦耳/公斤为单位的热值，可由热力学第一定律导出，其中煤和空气的质量流率和T₁及T₂一样，都是由热电偶31（T₁）和23（T₂）精确地测得的，烟气的热容量（比热）Cf是 关于温度的一个复合函数，并随气体的组合不同而改变。

第一次近似值表现C_p和T（图4）之间的直线关系。其误差包括第一条线和第三条曲线之间的面积。

第二近似值只表示空气的热容量，並引起第二条和第三条曲线之间的误差。

三次近似值表明气体的组合，其中考虑了给定等级的每一气体组份的平均质量份额。已经发现在一种给定等级的煤，即烟煤中，烟气的比热是相同的。所以将每种组份的C_p的非线性计算在内，即可精确测定C_p（T₂-T₁）的乘积，即曲线下的面积。同样，热流QC也可精确测出。见下表：

组份    热容量    质量分额

CO₂CPCO₂＝a₁+b₁T+C₁T²+d₁T³X1

H₂O CPH₂O＝a₂+b₂T+C₂T²+d₂T³X2

SO₂CPSO₂＝a₃+b₃T+C₃T²+d₃T³X3

N₂CPN₂＝a₄+b₄T+C₄T²+d₄T³X4

O₂CPO₂＝a₅+b₅T+C₅T²+d₅T³X5

空气 CP空气＝a₆+b₆T+C₆T²+d₆T³X6

CP灰＝a₇+b₇T+C₇T²+d₇T³X7

因此，总烟气的热容量可由下式给出：

CPf＝W+XT+yT²+ZT³以及

W＝a₁X₁+a₂X₂……a₇X₇

X＝b₁X₁+b₂X₂……b₇X₇

最终： ${\∫}_{T_1}^{T_2}$ CPfdT＝

（W+XT+yT²+ZT³）dT（4）

可以看出，复合物CPf即为图4中第三条曲线下的面积A。

煤的等级数限制在5或6以内。因此，a、b、c等系数可以很 方便地储存起来。计算可以由控制计算机以五秒钟的间隔联机进行。结果可按大于五秒钟的所希望的间隔加以平均。

数据获取和计算机控制系统（图3）如上面讨论的那样，具有搜集和处理所有输入输出信号，进行全部运算，以及控制各种马达，储能器和电磁阀的功能。它有五种基本的工作状态：（1）自动启动和校准，（2）按要求进行校准，（3）静止准备，（4）分析，及（5）自动关闭。还有一个在出故障时自动关闭的工作状态，这可以在设备发生故障时启动。

自动启动和校准状态可由开启本单元的电源而始动。这可以使计算机开始工作並向所有电子部件供电。当完全运转时，所有搜集数据的传感器（T/C和压力计）都处于工作状态，並向模拟数据板203或数字数据板202报告它们的测试点的状态（图3）。计算机进行的第一个测试是高压气源是否处在488.24公斤/米²的最低压力。如果是，高压气源的关闭阀就被打开;如果不是，一个误差信息就被送至打印机207。在高压空气进入本单元后，低压鼓风机41就被开动，並且在经过数秒钟的延迟后，计算机就测试鼓风机输出管线中压力是否满足。如果不足，一个误差信息就被送到打印机。如果足够，火花点火器就被开动。

热量计的工作要求两个独立的气源：一种经过热力学分析的供校准本单元用的气体，和一种为预热本系统而大量储备的任何可燃气体（即丙烷）。于是，在点火器发动以后，预热气关闭阀门就被打开，预热气进入燃烧室並被点燃。起燃可由废气温度的上升而测知。如果起燃未被确认，一个误差信息就被送到打印机。如果起燃被确认，火花点火器就被仃止工作。计算机测试废气的温度以确认本单元是否达到工作状态。

当本单元达到适当的工作温度时，预热气关闭阀门就被关闭，而校准气关闭阀门就被打开。经测量校准气的质量流率和由它的燃烧而来的热流率（上述），就可以测知校准气的热值，並被送到打印机。将校准的结果与校准气的已知热值进行比较，就可以作出是继续运行或是关闭和进行修正的决定。在算出校准气热值已被送至打印机以后，校准气关闭阀门就被关闭，而预热气关闭阀门就被打开。本单元此时就处在静止准备状态，准备按操纵者的要求开始分析燃料。

按下本单元的适当按钮（在一个面板上或计算机键盘上……未表明）即可进入分析状态，並只能从静止准备状态达到。在确认已经满足启动的条件以后，17处的喷射器漏斗电磁线圈就被开动，转换和压力隔离阀7也被开动。向粉碎器3给料的二速给料器2按较高的给料率开动。在这些设备运行中，固体燃料进入粉碎器，並被磨成所需要的大小的颗粒（即325目或更小）。微粉化的煤被转换和压力分离阀7接受，並被运送到重量给料器传送带12上的加料斗8。此加料斗8带有负斜度（2度），以促进微粉化固体燃料流出加料斗。当加料斗中固体燃料的水平长高到足以使水平感指示9改变状态时，一个信号就被送至二速给料器2，使它变至较低给料率。在较低给料率时，加料斗中固体燃料的水平降低，直至水平指示器9仃止工作並变回以前的状态，二速给料器又被转换至较高的给料率。传送带从加料斗运走固体燃料的速率是介于二速给料器的较高和较低给料率之间的。这样，传送带运送固体燃料的速率就可以间接地控制固体燃料引入本单元的速率。

水平指示器第一次引起二速给料器给进率的转换时，就向计算机发送一个信号以启动测定重量的传送带给料器的运转，第一个必需进行的操作就是移开防溢挡板11，该挡板的作用是防止微粉化的固体燃料 由传送带给料器的加料斗的出口自由流出。可由推进给料器传送带直至挡板与附在一个空气气缸上的提升机构的齿咬合而将挡板移开。空气气缸可由来自计算机的指令而开动，並且防涌挡板可由给料器传送带提升一个距离，以便赋予传送带上的固体燃料床一个无阻碍的间隙。给料器传送带的驱动重新起动，微粉化（的固体燃料）开始流向热量计。

重量计式传送带给料器的作用是测量固体燃料流入热量计的质量流率。这是由主传送带框架的挠性安装完成的，这使它成为一个第一级的杠杆而以其矩力矩臂与一个测压原件相接。

传送带上的固体燃料床在杠杆的长力矩臂上引起一个向下的力，从而在测压原件上引起一个向上的力，两个力矩臂长度的不同导致传送带上的固体燃料所施加的力倍增。测压原件向联机的放大器送出一个与加到其上的力成比例的信号。联机的放大器（未表明）将测压原件的信号按比例地转换成一个4-20ma的信号，並传送到模拟数据板203。

该信号由线路板203上的A/D转换器编码並经数字数据板202（与其它输入进行多路调制）而送至计算机，在此它与一个和某种固体燃料的流率（0.75克/秒）相当的已经建立的数值相比较。假如测压原件送出的信号表明固体燃料流率低于每秒0.75克，传送带的速率就被提高，反之，假如表明给料率太高，传送带速率就被降低。

给料器12的传送带由步进电机16驱动，该电机的步进率是由依频率的译码器205控制的。译码器将频率转换为一系列开关动作向步进电机中不同的定子磁场供电，使它按与频率成比例的速率转换。控制频率由时钟204驱动的译码器中一个可编程序的信号发生 器（计数器）产生。此信号的频率变化是由已建立的测压原件值和传送带给料器上的测压原件15实际报告的值之间的偏差决定的。计算机用来计算固体燃料质量流率的是测压原件的实测值。

当固体燃料到达传送带给料器的末端时，就由传送带末端落入振动喷射器漏斗17。该喷射器漏斗可以振动以促进固体流入喷射器。喷射器的支杜里性质也可以起固体引流作用。一旦微粉化的燃料进入喷射器，就被悬浮在热量计的一次空气源中，燃烧就像上述的那样进行。

当固体燃料开始在燃烧器中燃烧时，就达到了一个新的热平衡点，这可由废气的温度来表明。达到此点以后，就开始按时相关闭预热器。这是为了容许有一个适时的向新的热平衡点的转移，这种新的热平衡是该固体燃料在无预热气支持下燃烧所特有的。开始时，两个预热气流率控制阀都是打开的以供全流。相控的关闭由关闭低流率阀把预热气流率减至大约全流率值的三分之二开始。当新的热平衡点被确认时，高流率阀就被关闭而低流率阀被打开以供一个大约为全流率的三分之一的流率值。一个新的热平衡的建立，导致低流率阀的关闭，並且，在建立起最终平衡以后，该固体燃料即在无预热气支持下燃烧。在这一点时，由测量空气的总质量流率，固体燃料的质量流率，以及入口和出口温度，即可像上面描述的那样算出燃料的热值。直到静止准备状态或自动关闭状态被引发以前，这一套计算是在周期性的基础上进行的。如果燃料源被耗尽，就进入静止准备状态。

按要求进行校准的工作状态可由按下面板或键盘上的按钮而达到。这向计算机发送一个信号以仃止其工作並启动计算的序列。如果本单元当时正在分析燃料，分析就被仃止。如果本单元处于静止准备状态，支持性气源就被从预热气切换至校准气。按要求进行校准的工 作状态不能由自动启动或自动关闭状态进入。当由分析状态进入按要求进行校准状态时，第一步就是关闭正向粉碎器运送燃料的二速给料器。然后传递和压力分离阀被关闭。重量计式传送带给料器就被仃止，但喷射器漏斗电磁线圈却仍在工作。当废气温度表明煤的燃烧已经仃止（可能由于燃烧器装料量已耗尽），喷射器漏斗电磁线圈就被仃止工作，且校准气关闭阀被打开。这将是由静止准备状态进入按要求进行校准状态的一点。校准气关闭阀被打开以后，废气温度就被测试以确定点火是否发生。如未表明点火，误差信号就被送至打印机;如果点火已经发生，经一段时间以建立平衡，校准气的热值即被测定並按上述方式进行报告。校准气的测量一经完成，校准气关闭阀就被关闭，而预热气关闭阀就被打开。並且在向打印机送去信息后，该单元即仃留在静止准备状态。这种状态一直维持，以待来自操纵者的进一步指示。

自动关闭状态可由按下本单元控制盘或键盘上的适当按钮而引发。在进入自动关闭状态时，第一个脱机的设备就是向粉碎机给料的二速给料器。废气温度的降低可以表示本单元的装煤量何时用完，其余部件即可被仃止。重量计式传送带给料器被仃止，防涌挡板复位。喷射器漏斗电磁线圈仃止工作並且高压关闭阀被关闭。低压鼓风机继续工作，直到废气温度表明本单元已达到它的最低温度才被关闭。一个关闭信息被送至打印机，並且低压电源被切断。计算机使自己仃止工作，关闭即已完成。

由前述说明可以看出，一个精确的，连续的固体燃料量热系统是可以完成的。因为本系统的热容量很低（热的保留质量有限），温度可以很快地改变，並且本系统可以对固体燃料热值的改变迅速反应。本系统特别适用于燃煤或其它固体燃料的发电厂锅炉的控制，並且它的 输出热值可以不仅发送给一个打印机，并还可以联机发送给锅炉（即蒸汽发生器）给煤机的控制系统，从而节省燃料和降低发电的煤费。改变或修改此处说明的系统及其对其它方面的应用，无疑将对这方面的内行有所启发。因此，上述的说明应被当作解说性的而不是限制性的。

Claims (15)

1、一种测量燃料的燃烧装置热值的量热系统，特征是该系统包括燃烧装置燃料与氧化气输入上述燃烧装置以便将该燃料转化为燃烧气，将该燃烧气与一种混入气混合以提供一种合成气的装置，分别在该混合装置的入口与出口处测量该混入气与合成气的温度的装置，上述氧化气与混入气各为总合气体的一部分，测量上述燃料给入该燃烧装置时的质量给入率的装置，测量上述总合气体质量流率的装置，按下列公式计算上述燃烧气的热流Q_C的计算机装置，

$Q_C\mathrm{=\; (\; m}{}_1\mathrm{+\; m}{}_2){\∫}_{T_1}^{T_2}\mathrm{cpfdT}$

式中m₁为燃料的质量给入率，m₂为总合气体的质量给入率，T₁为入口处上述混合气的温度，T₂为出口处合成气的温度，CPf为以一种多项或表示的上述合成气的比热，该多项式的各系数为代表该合成气的各组分在温度范围T₂-T₁时的比热的相似的多项式各系数的加权和，上述计算机装置也具有可计算上述燃料的热值的装置，该热值是以Q_C比m₁表示的。

2、按权利要求1的系统，其特征在于：上述计算机装置具有可提供代表该燃烧气各组分在包括T₂-T₁的温度范围内的热容量的数据存储装置，以便用于多种不同类型的燃料。

3、直接连续测量燃料热值的量热系统：包括可输入燃料及氧化气，以便将该燃料转化为燃烧气的燃烧装置，将该燃烧气与另一种气体混合以形成一种合成气的装置，上述燃烧装置包括一个具有燃烧气出口和燃料与氧化气入口的燃烧室，一个多孔绝热材料的隔室，包在该燃烧室的外面，以吸收该燃烧室的辐射热损失，以及使上述氧化气体通过隔室，与燃烧室氧化气入口连通，以便将上述辐射热经对流作用而输回燃烧室的装置，上述混合装置包括一个通道，该通道具有一个与燃烧气出口相通的入口端，和一个混合器的出口端，在其入口端还有一个可供其它气体的入口，围在上述管道外面，以便由管道吸收热量的装置。该管道热吸收装置形成一个通路以便上述其它气体经此将吸热管道吸收的热转回上述混合装置，以及一种至少可以对输入上述混合装置入口的其它气体的温度，混合装置出口处合成气的温度，上述燃料输入燃烧室的质量给入率等负责计算上述燃料热值的装置。

4、按权利要求3的系统，其特征在于：上述燃烧室及绝热隔室装在一个外壳中，壳的内面与隔室的外面形成一个间隙，一个管子将高压的氧化气通入该间隙，上述燃烧室上端有许多开口，沿环形经路间隔排列，一个具有许多开口的环形集合管装在上端，与环形排列的开口互相接通，以构成燃料的入口，上述燃料为固体矿物燃料，还有一种可在高压下将颗粒状的上述燃料输入上述集合管及燃烧室的装置。

5、按权利要求4的系统，其特征在于：上述燃烧室为带有锥形底的圆筒，该圆筒的中间平面下边有许多孔，供高压氧化气进入。

6、按权利要求5的系统，其特征在于：为了对燃烧室进行预热以及使其中的固体燃料起始燃烧，设置了一个气体入口，並且设置了一个点火器，以便使预热气体和燃烧室中的起燃气体燃烧。

7、按权利要求3的系统，其特征在于：上述混合装置在装有燃烧室的第一层外壳之上还有第二层外壳，在该外壳中有一条管子，形成通向上述通道的烟囱，並向上延伸，该管子的下端形成上述的入口端，並在该下端的底部有一个为燃烧气的开口，侧边有一个用于通其它气体的开口，一个环状构件夹在上述外壳的内侧与上述管子的外侧之间形成一个围绕该管子的迷宫式通道，该迷宫式通道形成的通道具有上述位于该管子下端侧面的开口，作为上述其它气体在该处的出口，在迷路的另一端有一个通过上述外壳的开口，作为上述其它气体的入口。

8、按权利要求7的系统，其特征在于：隔障装置是散开在上述通道管路中的，並且包括间插在管子两端之间的许多构件，该隔障装置的构件还包括一系列沿上述管子成轴向排列的具有开口的圆环和一系列沿管子轴向排列的圆盘，该圆盘的直径比圆环的开口大，而比管子的直径小，上述圆环与圆盘沿管子轴向间插排列。

9、按权利要求7的系统，其特征在于：一根管子构成一个由上述燃烧室伸入上述通路管道下端中的烟囱，许多沿该管子下端侧面的开口构成了在该管子开口处向内延伸的隔障，上述每一个开口都开在该管子的下端，一侧由该底部向上延伸至不超过烟囱管伸入通路的高度，另一侧在第一侧的末端与上述底部之间延伸。

10、一种直接连续测量煤的热值的热量计系统：包括将煤转化为燃烧气的装置，将该装置燃烧气与空气混合形成合成气的装置，测量总空气质量流率的装置，至少能测量混入空气温度与合成气温度之间的温升和煤给入转换装置时的质量给入率以推算热值的装置，将煤转化为颗粒状的装置，将煤以恒定质量给入率並向上述测量装置提供能代表该煤的质量给入率输出的重量给料装置，由压缩空气运行的可将煤由上述给入装置运到转换装置的装置。

11、按权利要求10的系统，其特征在于：上述转换装置包括一个燃烧室，在燃烧室内使自持性燃烧开始的装置，包括使燃烧室预热的装置和控制给料装置以控制运煤速率直到发生自持性燃烧的装置。

12、按权利要求11的系统，其特征在于：上述预热装置包括一个与燃烧室相连的燃料气体源，引燃该气体的装置，在增加煤的给入率的同时减少该气体的流入量的装置。

13、按权利要求10的系统，其特征在于：上述重量给料装置包括一个传送带，一个装在传送带上方的加料斗，控制煤粉流入流出该加料斗的装置，驱动该传送带並控制其速度的装置，测量传送带上煤的重量的装置。

14、按权利要求10的系统，其特征在于：上述转运装置包括一个带有可从重量给料器接受煤的加料斗的文杜里喷射器。

15、按权利要求10的系统，其特征在于：上述测量装置还包括测量总的空气质量流率的装置，该空气质量流是包括上述可燃气在内的合成气体的一部分。

Images