D0I:10.13374/i.issn1001053x.2002.05.002 第24卷第5期 北京科技大学学报 Vol.24 No.5 2002年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2002 气固流化床密度和床高的测控 陶秀祥严德崑 骆振福 杨毅 中国矿业大学化工学院，徐州221008 摘要在对气固流化床选煤系统被控对象特性分析研究的基础上，提出了用逆控制方法解 决具有非线性多变量特点的气固流化床密度和床高的控制问题，建立了相关数学模型，介绍了 流化床密度及床高逆系统控制方法，并获得较好的控制精度. 关键词逆控制：分选密度：床层高度：流化床 分类号TD94;TP273 气固两相流化床的密度和床高是煤炭分选 这一影响区. 过程中十分重要的动态控制参数，是影响流化 (2)流化床工作过程中，不同区域密度的分 床干法选煤效果的关键因素.根据工艺要求，为 布存在一些差异.流化床某一点的密度是在一 了适应不同原煤分选的要求，密度应在1.3一20 定范围内波动的，但其统计平均值是稳定的.为 gcm范围内可调，测量精度为1%，控制精度为 了反映整体密度的变化，在测量时可多装几组 2%:床高侧量精度≤1cm,控制精度≤2cm.因 测压探头，通过计算机控制采样时间，然后对测 此，必须对流化床的密度和床高进行在线测量 量值作滤波处理和加权平均 与控制. (3)在煤和介质的落料点附近，为避免落料 目前，在选煤流化床密度和床高的测量方 的干扰，测压探头应安装在不受分选物料干扰 法方面的研究工作相对较多，但对流化床密度 处，使测量结果更具代表性 和床高的自动控制方法报道很少，特别是针对 12流化床床高的测量方法 选煤气固浓相流化床被控对象和系统特点的密 流化床床高的测量可采用仪表直接测量， 度和床高控制技术研究几乎是空白.本文提出 也可采用床高静压测量转换的间接测量方式. 采用逆系统控制方法，来解决具有非线性多变 目前，其测量方法主要有超声波料位计、电感式 量特点的流化床密度和床高的测控问题 料位计、静压简接测定法以及小型雷达测距仪 等，其中以雷达测量方法最为准确可靠，并对具 1测量方法 有床层界面不清、表面不断有气泡逸出、空间有 1.1流化床密度的测量方法 粉尘弥散等特点的气固浓相流化床床高的测量 气固两相流化床密度的测量方法主要有压 有更好的适应性 差法、射线法、光导纤维法、比电阻法和介质堆 密度秤重法.其中以压差法较成熟可靠，并在工 2被控对象的特性及控制方法 业上得到应用 2.1被控对象的特性分析 由于流化床具有似流体的特性，因此，压差 根据流化床选煤原理，决定流化床密度的 法测量流化床的密度类似于普通液体密度的测 主要因素是混合介质中的煤粉含量及其堆密度 量，但又有自身特点，主要表现在： 和床层的膨胀率，而决定床高的主要因素是床 (1)流化床存在“边壁效应”，使靠近侧壁的 层中的介质量.图1为被控对象系统结构图.在 流化效果不如中间的好，所以测压探头应避开 生产过程中，由于人选煤中不断有煤粉带人，并 收稿日期200107-10陶秀样男，45岁，教授， *国家自然科学基金资助课题No.59974030)和国家“九五”科技攻关项目(No.95-215-03)第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 加 皿 气固流化床密度和床高的测控 陶 秀祥 严德 良 骆振福 杨 毅 中国矿业大学化工学院 ， 徐州 摘 要 在对气固流化床选煤系统被控对象特性分析研究的基础上 ， 提出了用逆控制方法解 决具有非线性多变量特点 的气 固流化床密度 和床高的控制问题 ， 建立 了相关数学模型 ， 介绍 了 流化床密度及床高逆系统控制方法 ， 并获得较好 的控制精度 关键词 逆控制 分选密度 床层 高度 流化床 分类号 气 固两相流化床 的密度 和床高是煤炭分选 过程 中十分重要 的动态控制参数 ， 是影 响 流 化 床干法选煤效果 的关键因素 根据工艺要求 ， 为 了适应不 同原煤分选 的要求 ， 密度应 在 砚 留 ， 范围内可 调 ， 测量精度 为 ， 控制精度为 床高测 量精度 落 ， 控制精度 鉴 。 因 此 ， 必须对流 化床 的密度 和床高进行在线测 量 与控制 目前 ， 在选煤流化床密度和 床高的测 量方 法 方面 的研究工作相对较多 ， 但对 流化床密度 和 床高 的 自动控制方法报道很少 ， 特别是针对 选煤气 固浓相流化床被控对象和系统特点的密 度 和 床高控制技术研究 几乎是 空 白 本文提 出 采用 逆 系统控制方法 ， 来解决具有非线性 多变 量特点 的流 化床密度 和 床高 的测 控 问题 测量方法 流化床密度的测且方法 气 固两相 流化床密度 的测 量方法 主要有压 差 法 、 射线 法 、 光导纤 维法 、 比 电阻法 和 介质堆 密度秤重法 其 中以压差法较成熟可靠 ， 并在工 业 上得 到应 用 ” 由于 流化床具有 似流体 的特性 ， 因此 ， 压差 法测量流化床的密度类似于普通液体密度的测 量 ， 但又 有 自身特点 ， 主要表现在 流化床存在 “ 边壁 效应 ” ， 使靠近侧壁 的 流 化效果不如 中间的好 ， 所 以测压探头应避开 收稿 日期 刁 一 陶秀祥 男 ， 岁 ， 教授 ， 这一影 响区 流 化床工 作过程 中 ， 不 同区 域密度 的分 布存在一 些差异 流化床某一 点 的密度是在 一 定 范围内波动的 ， 但其统计平均值是稳定的 为 了反 映整体密度 的变化 ， 在测 量 时可多 装几组 测 压探头 ， 通过计算机控制采样 时间 ， 然后对测 量值作滤波处理和加权平均 在煤和 介质 的落料点 附近 ， 为避免落料 的干扰 ， 测 压探头应 安装在不受分选物料干 扰 处 ， 使测 量结果更具代表性 流化床床高的测 方法 流化床床高 的测 量 可 采用 仪表直接测量 ， 也 可 采用 床高静压测量转换 的 间接测量方式 目前 ， 其测量方法主要有超声波料位计 、 电感式 料位计 、 静压简接测 定法 以 及小型 雷达测距仪 等 ， 其 中以雷达测量方法最为准确可靠 ， 并对具 有床层界面不清 、 表面不断有气泡逸 出 、 空 间有 粉尘弥散等特点 的气固浓相流化床床高的测量 有 更好 的适应性 被控对象的特性及控制方法 被控对象的特性分析 根据流化床选煤原理 ， 决定 流化床密度 的 主要 因素是混合介质 中的煤粉含量及其堆密度 和床层 的膨胀率 ， 而 决定床高的主要 因素是床 层 中的介 质量 图 为被控对象系统结构 图 在 生产过程 中 ， 由于人选煤 中不 断有煤粉带人 ， 并 国家 自然科学基金资助课题 住 和 国家 “ 九五 ” 科技攻关项 目困以 一 一 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2002．05．002