本发明涉及量热学系统，特别是涉及一个对固体的矿物燃料，例如煤的热值即燃烧热的连续地和直接地测量热值或热量的量热学系统，这个测量结果可以用于获得在线控制中煤的热值和它的硫和灰的含量是否合乎要求的情报。 本申请是1987年4月8日由John C.Homer等人在美国专利局提交的申请号为036048的申请的后续申请，本申请所提供的量热学系统是对该上述申请的量热学系统的改进。本申请的特点在于改善了热值的测量精度，能够使系统用于测量含水煤的热值，以及允许热值测量同煤中的硫和灰的含量的测量同时进行。
Homer等人的上述专利申请作为本申请的附件，它公开了一个对固体的矿物燃料，例如，煤地燃烧热（热值）进行测量的量热学系统，该系统是在煤的连续燃烧过程中进行测定，而不是象先前通过如同一个燃烧弹量热计那样，对煤的离散的样品燃烧的取样进行测定。以上述的连续方法为基础的测量热值的技术需要依靠间接的化学和物理分析方法，例如用X射线、荧光或中子轰击（所谓快速中子活化分析技术）。虽然连续流动燃烧的量热学测量法已经用于气体燃料燃烧热的测量，但是，在上述的专利申请中所描述的发明之前，对固体燃料特别是煤的连续燃烧量热学的精确测量还没有实现。
本发明的主要特点是改进了在上述的视为同一的申请中的连续流动量热学系统中的测量精度和能够测量在美国公用事业中普遍使用的低热值的含水分煤的燃烧热。
本发明的另一个特点是提供一个能够测量固体燃料，特别是煤的质量供给率的改进的测定重量传动带供料器，其测量高精度可达到例如小于2%的测量误差。
本发明的更进一步的特点是提供了一个对煤的量热学的改进的燃烧室，其中借助一个远离煤的燃烧腔固定的引燃装置来使更加可靠的发火装置容易做，该装置免受了燃烧室高温的影响。通过利用一个加力燃烧室可靠地保证煤流中的所有部分都燃烧，该加力燃烧室在接收煤和空气中的水分的同时接收细颗粒。为了产生煤的颗粒，空气驱动一个分离器，从分离器中得到了供燃烧的可控的煤和空气混合物，该燃烧室还有一个为清除供煤和空气混合物的通道出口的改进部件。
本发明的另一个特点是提供一个为获得固体燃料的，特别是煤的热值的量热学系统，从该系统中还能获得煤中的硫和灰的含量，其中热值、硫和灰的含量可以同时测量，并且这些测量可以是实时的。
简言之，根据本发明的改进的量热学系统有一个测量煤或其它固体燃料及包括在其上面或里面水分的质量供给率的供料器。为了使煤在最佳状态下燃烧，可以借助把测量的煤质块粉碎或磨碎，而获得一个可以控制的空气和从供给器连续到达的煤质量比率，然后，将煤分为第一和第二煤流，其中的一个煤流几乎包括所有磨碎到予定尺寸的煤，该煤流与原始空气按一个控制煤和空气比率混合，从分离器来的另一煤流可能包含煤细粉和水分，把第二煤流排除在量热计之外，会引入一个煤的热值测量误差。因为主流中的煤和空气的混合物是可控的，所以，主煤和空气流在燃烧室中同通过能穿过的包围物的二次空气充分地燃烧，该包围物用来减少从燃烧室到环境的热损失，即通过燃烧室壁的辐射损失。空气煤细粉和水分的付流被引入加力燃烧室，在那里全部的煤暴露在从燃烧室里排出的火焰中燃烧，为热值的测量作出贡献，同时还不污染经过可透过的包围物到燃烧室的付空气。
为了起燃燃烧和使系统达到一个维持煤和空气混合物自发燃烧的温度，要用一种气体燃料，最好是丙烷，可以把这种燃料用在点火器里，该点火器向燃烧室导入一个火焰，以便点燃为了将系统予热到煤能够自发燃烧的温度和对系统校准而最初加入到其内的燃料气体。用于校准目的的丙烷最好是相当纯的丙烷。
燃烧的气体同冷却的空气混合后，用混合技术的方法测定热值，使用测试仪表测量进入到燃烧室的空气和空气/燃料混合物的温度和质量流动率，以及用于混合的冷却空气的质量流动率和温度，以便在热值计算中考虑到影响热值的计算各种参数所有组分的热函。为了响应来自测试仪表的测量结果和提供一个可以打印输出和/或显示热值的计算结果，最好用一台计算机。这些测量结果可以用在使用煤的实时控制过程，例如对供给一个公用事业的锅炉的煤的供给率的过程控制，或者核对进入到一个部门的仓库煤的质量，例如，一个公用事业的煤的储存场的煤的质量。
可以把来自量热计中的燃烧气体提供给二氧化硫测量仪器中进行连续在线测量煤流中的硫的含量测量。还可以使烟道气通过收集灰的装置，在那里称量灰的重量，从而测出煤中的灰含量。这个燃烧室把几乎所有的燃料变为燃烧气，而在燃烧室里没有任何灰的沉积，因此，灰含量的测量装置提供了燃烧气中的灰含量的精确数据。
重力测定的供给器所测量的煤的质量供给率要比在上述的美国专利申请中描述的供给器测量的供给率更精确，它是通过控制煤体的长度来完成的。煤体配置在由一个上面放置有煤的运动的传动带限定的操纵杆上，所述的传动带在后皮带轮和前皮带轮之间连续地运动。提供和传动带协同工作的组件，以便当传动带绕前皮带轮转动时，提供一个配置在传动带上和而后从传动带馈送到量热学系统的粉磨机和分离器中的煤体的端面的确定的休止角。最好利用一个旋转的部件来装备这样组件。该部件至少以稍微超过绕前皮带轮运动的传动带的速度来接触与前皮带轮相邻近的煤。因此煤不能在传动带上发生堵塞。为了使传动带同皮带轮一致，和同该皮带轮的外围相啮合，前皮带轮的直径应是最小的。从而使煤粘附到皮带轮上的情况减少到最少，因此，使控制杆臂长度有效地增加了一个不确定的数量，这个数量取决于是几个变量的函数粘聚性，这些变量包括保护条件和环境的状态。确定杆的支轴的供料器的枢轴支撑和力的测量装置（即测力计），最好是用热膨胀系数基本上相同的材料来制作，从而使控制杆的臂长和测力计所测量的力中不包含有由于热膨胀的差引起的误差。
本发明以及它的最佳实施例，和对实践本发明的最好模式的上述的或其他特点和优点，从结合附图阅读下面的描述以后将会更清楚。
图1是根据本发明提供的改进的量热学系统的简化的方框图;
图2是说明改进的量热学系统和比较详细地指明燃料管道和它的测试仪表的布置的示意图;
图3是用在图1和图2的量热学系统的电子计算机控制和测量系统的方框图;
图4是在图2中所示的测定重力传送带、供料器的俯示图，其中顶部的支架226被去掉;
图5是图4中所示的供料器的主视图;
图6是图4和5中所示的供给器的左视图;
图7和7A是重力测定带供给器和在供给器前皮带轮附近的控制休止角的部件（休止角的成形部件）的示意图;
图8在图1和2中所示的量热计的示意图;
图9是沿着图8中的9-9线所作的剖面的量热计的剖视图;
图10是指明位于图8所示的燃烧室底部起燃器的局部放大剖示图;
图10A是图10中所示的引燃器的仰示图。
图11A-J是说明在图1和3中的计算机的程序形式和结构的流程图。
具体参考图1，它示出了一个提供煤块供给速测量的供料器（10）的输入煤源。该供料器的输出是用WT代表的力的测量值，该力的测量值通过考虑到沿着一个在前面和后面的皮带轮之间的连续传动带提供的控制杆臂的煤供给率后被转换为一个质量供给率测量值。这个供料器在图4-7中比较详细地示出了，在后面要详细描述。计算机（12）把1个控制输出CF提供给速度受其控制的供料器，从而维持供给率基本上不变。根据本发明的特点设计的供料器借助保证使产生作为WT输出的被测力计所测量的反作力的控制杆臂的长度在供料器工作期间是不变的方案来达到测量的高精度。
煤由供料器运送到粉磨机（14），该粉磨机是一个流体能量的粉碎机，因为它用粉磨能源的高压空气驱动，来自供料器的煤例如约30目，粉磨机（14）将它粉碎到微米的尺寸，在供料和粉磨期间煤中的水分仍然保存在里面。
最好是把供燃烧的煤同激励粉磨机的空气分开，具体的分离器，例如是用于把煤和空气分开的旋风分离器（15）携带走夹杂少量超细煤的空气其中的超细煤的含量约等于或小于被粉磨的煤的1%。为了使热值的测量达到高精度，这部分煤也必须计算出，水分也被空气带走，这部分水分也要计算出。为此目的，从旋风分离器（15）中得到二束流，一个沿着管路（18）排放的主要是固体流，另一个是沿着管路（20）本质上排放的气体流。这二股流都供给量热计（22）。
量热计包括一个带有一个加力燃烧室（26）的燃烧室（24）。在燃烧室中的气体的引燃是由引燃器（28）来启动的。该量热计还包括一个使燃烧气体同冷却的空气混合的混合器（30），该空气和燃烧气体作为烟道气沿着管路（32）离开混合器。根据组合的燃烧气体和冷却空气温度上升值以及煤的块供给率和进入到量热计（22）总的空气一起来计算煤的热值。温度的测量结果是从多个热电偶或其它的温度测量器件获得，得到的数据与由在校准的空气源（34）的管路上的流量测量器件测出的压力值PV一起馈送到计算机（12）中，实际上，空气源（34）是由一个空气压缩机提供的不含油的100磅/吋2的气源，它将在涉及图2时详细描述。
空气的温度和压力决定了空气的密度，空气的密度又影响空气的质量流动率（即影响系统的焓值）。激励粉磨机和运载旋风分离器（15）的可控的空气和煤的颗粒混合物的空气由校准的气源（34）提供，为了简单起见，决定流量的压力测量值PV标准的空气源中读出，用Te代表的温度测量值可以从直接引入到量热计中的管路中测得，这将在讨论附图2时详细描述。旋风分离器（15）中的煤颗粒同气源（34）的低压空气一起由文杜里导管（36）引出。含有水分的空气和超细颗粒供给加力燃烧室（26），在那里超细煤粉在来自燃烧室的火焰中燃烧。
为了在燃烧室中开始引燃，将一种予热的燃料气体的燃料源（38），例如丙烷同来自空气源（34）的空气一起提供给引燃器。引燃器包括一个电控制的火花源，它根据来自计算机的指令来启动，而根据在管路（32）中的烟道气体的温度迅速增高来检测到燃烧已经开始后，来停燃烧器的工作。在一个予热期间内，予热气体（可以是商业标准丙烷）也供给到燃烧室中。
当着燃烧室（24）被予热到由测量燃烧室温度的一个热电偶测得1500°OF-1700°OF之间的温度时，则燃烧室进入校准工作模式，在那里基本纯的燃料气体（具有已知的高精度的热值的丙烷）供给到燃烧室中。这个校准的工作模式的完成一点也不需要来自供料器、粉磨机和旋风分离器的煤。
在校准工作模式以后，进入准备工作模式，而同时量热计中的温度由来自予热的燃料源的气体来维持，为了分析煤，要进入分析工作模式，使供给器（10）提高到速度，监测煤的重量，以便获得从供料器到粉磨机中的煤的数据，于是来自源（38）中的丙烷和煤二者都进入燃烧室（24）。燃烧室的温度和烟道气体的增加表明了煤正在燃烧。丙烷供给源（38）被终止，煤的燃烧继续。温度和压力的测量值进入计算机中，煤的热值被连续地在实时中测定。这些数值可以的显示和按固定的时间间隔，例如1分、5分、1/2小时等与校正的显示一起来进行打印。计算机还可以计算出在每个时间间隔内的热值测量的平均值。
可以连续地实时地对烟道气体进行分析，分析硫和灰的含量，图1指出了在烟道气体流中的二氧化硫检测器（44）和灰检测器（46）。二氧化硫检测器把一个烟道气体的取样转移到一个分析器，例如市场上可以买到的紫外光谱仪中，二氧化硫的输出SW馈给计算机去控制显示和打印输出，以便在读出时间间隔内提供平均的读数。灰检测器（46）可以是一个有振动板的电力除尘器，灰沉积在振动板上并连续地被称重，以便提供一个被数字化的模拟输出信号AW（象所述的二氧化硫信号一样），然后送入计算机中计算出灰和硫含量的统计测量值。这些灰和硫含量的信号可以和热值数据一起用于控制煤和事先已被测量过的另一种煤的混合物，以便提供事先确定的含硫量的煤。因为在量热计（22）中的燃烧室几乎收集不到灰，而是使所有的灰同燃烧气体一起传输，而这些灰和烟道气体完全从量热计（22）中流出，所以灰检测器能够提供灰含量的精确测量值。因为对于二氧化硫（SO2）的分析只需要佔总烟道气体的很少的一部分，所以灰检测器能够和二氧化硫（SO2）分析器平行操作。
在下面给出的方程式（1）、（2）和（3）被用于计算机（12）上计算煤的热值。
Cp△T＝kk〔aa（To-Ti）+bb（T2o-T2i）/2
+cc（T3o-T3i）/3+dd（T4o-T4i）/4〕
（1）
Q＝（ama+amc+ccair+cpair）Cp△T+cpair
〔cmb（Ti-Tic）+ccair（Ti-Tip）
+cpair（Ti-Tia）〕 （2）
hv＝Q/amc+410〔f（△Tamb）〕/amc （3）
式中：aa、bb、cc、dd、kk代表系数，对于每一种煤有相同的值（例如烟煤，次烟煤，褐煤等），To，Ti分别是热交换器的出口和入口的温度，ama等于热交换器空气质量流动率加上燃烧空气cmb;amc是煤块流动率;ccair是主空气质量流动率;cpair是粉磨机空气质量流动率;Tic是燃烧入口空气温度;Tip是主空气入口温度;Tia是加力燃烧室空气温度;hv为煤的热值英热量单位/磅（BTU/pound）;cmb是燃烧空气的质量流动率。
在图1和2中这些代号标在各个运载空气流和管路上，其中的各个温度是在这些管道中测量的。
在方程式（3）中，项410〔f（△Tamb）〕/amc是非专门热损失，它是在实验上根据在用校准丙烷测量的热值和校准丙烷的已知热值之间的差值来确定。该项包括：一个因子f（△Tamb），它是被量热器外面（靠近混合器和燃烧室的壁）的热电偶测得的Tamb的上下限之间差值的函数，以及一个图2所示的混合空气温度Ti（在前面也称为冷却空气），由于非专门热损失的环境温度的函数，所以要利用这些温度。系数aa、bb、cc、dd和kk可以用类似于在上述引证的申请号为036048的美国专利申请中的方法来确定，这些数值也可以从关于煤的热力学的课本中得到，参考《化学工程师手册》第5版，Mcgraw Hill图书公司出版，1973年版，关于热容量部分，P3-235-P3-238，或者标题为课本中的特性数据组的附录A，气体和液体的性质作者Reid，（Mcgraw Hill，N、Y1977）。这些系数等效于和上述引证的专利申请中的与方程（4）的等同的系数。在那里指出了这些系数的演算。
更具体地参考图2，将30目的煤粉供给一个产生振动的供料器（60），为了根据煤的热值实时控制供给锅炉的煤，可以从这煤粉流中取样。煤粉从供料器（60）进入一个螺旋型推运器的供给器（62），煤粉从该供给器中配置在重力测定传动带供给器（64）的传动带上。图的供给器（10）（图1）是螺旋推进器和传动带供给器的一个组合，传动带供给器示在图2中，它包括一个前皮带轮（66）和一个后皮带轮（68），皮带轮（68）由步进电动机（70）驱动。步进电动机（70）由所指出的FC900的电动机控制器来控制，来自计算机的通一断控制信号和速度控制信号fs馈给FC900控制器（见图3），当看借助来自计算机的经过装有缓冲和驱动放大器的数字数据板（45）（图3）通/断控制信号使电动机接通或断开时，信号fs（它可以是脉冲）的频率确定了步进电动机的速度。信号fs是直接由计算机（12）（图3）提供的，一个驱动螺旋供给器（66）的类似的电动机（71）的控制信号也是由计算机（12）和数字数据板（45）提供到FC-901控制器的。
供给器确定一个支撑在一个支轴上的控制杆，其细节将在图4到8中描述。相应于在传动带上的煤的重量的反作用力由一个用WE800来代表的测力计来测量。用WT801代表的测力计传感器放大器。提供一个相应于由传动带上的煤的重量引起的力的模拟信号，这个模拟信号供给六个表电路中的一个和一个连到系统的电子部分的模拟数据板（47）上的串行转换器，（见图3），它在后面将进一步描述。
根据力的测量、电动机（70）的速度和将在图4-8中所描述的其它参数的测量来确定煤的质量供给率，如同将在图4-8所描述的那样，在通过控制在前皮带轮（66）上的煤的休止角的方法来控制在前皮带轮煤带的顶端，再对恒定厚度和长度的煤带进行测量。这个测量数据用于根据上述的方程（1）-（3）来计算煤的热值。
为了提供微米尺寸的煤到量热器（22）中，从而使煤能够自燃和完全燃烧而在量热器（22）的燃烧室（24）中基本上没有灰的积累，用流体（空气）的能量驱动微米粉磨机（14）将煤粉碎。驱动粉磨机的空气（为粉磨提供流体能量）是来自能提供例如100-150磅/吋2压力的空气的压缩机的高压空气。利用多个校准的压力传感器和压力表可以校准该空气源，这些压力传感器和压力表在校准期间被连接到迅速拆开的一路管接头上，这样就提供了校准的空气源（34）（图1）。接到接头（QDF）及其表（M）上的这些传感器（CPT）的两个用在高压和低压空气输入端附近的虚线示出，其中高压空气的输入由100-150磅/吋2的高压空气管路提供，低压空气输入由空气压缩机（91）提供。空气由在图2中示出的带有一个指示器PI508的压力控制阀PCV508来调节，这个阀也被看作调节器阀，将它调到100磅/吋2更合适。
由一个压力开关PS10来指示负压状态的存在，该压力开关PS10在负压状态出现时向计算机（12）提供一个输出以切断系统。调节的压力由操作调节阀PCV78的控制器来提供，通过一个电磁阀PV505和一个两通手操作阀HO100来获得控制压力。为了起动把煤粉运载到微米粉磨机（14）中的高压空气，PV505的线圈在来自计算机的控制信号的作用下工作。这就提供了打开阀操作操作调节阀PCV78的控制器控制压力，高压空气的温度由TE704测量。温度测量器件可以是一个热电偶或电阻温度计（在下文中用RTD代表）。这个空气的流量由一个压差传感器PDT104来测量，该压差传感器接到跨接在孔板F0304的一对手工操作的三通阀HV604上，这些阀允许经过80、82和86连接到远距离的仪器上，以便维修和校准PDT104和PT204。
使已知温度和流量率（焓）的高压空气进入一个文杜里供给漏斗形浇口（84）。阀PV506和PV507在计算机的控制下按顺序工作，并与HO403和FO305一起启动和保持粉磨机的运转，通过文杜里管的空气流在供料漏斗形浇口中引起一个负压，以便把其中的煤抽到微米粉磨机，在微米粉磨机中的煤颗粒经过被空气射流引起的多次碰撞，使得煤的碎块达到了在量热计燃烧室中短暂的停止期间足以能完全燃烧的尺寸。
空气将微米粉碎机粉磨成的微米尺寸的煤（驱动煤质量的空气，amc）运载到旋风分离器（15），在该旋风分离器中将煤分为粉磨成微米尺寸的主煤流（amc）和由围绕旋风分离器循环的空气，煤中的水分，小百分数的超细粉煤流，它是用空气从残留在旋风分离器输送的气流中的微米大小煤粉分离出，组成的付煤流。这个被分开的空气（cpair）就是供给在解释附图1时曾描述过的量热计（22）中的燃烧室（24）装有的加力燃烧室（26）中的空气。
现在讨论一下高压空气，借助于压力传感器PT204可以测量那个空气的绝对压力，以便向计算机提供一个绝对压力信号，可以经过快速拆下附到HV609上的管路接到一个校准表的手工操作阀HV609被用于将高压空气供给用于绝对压力测量的压力传感器PT204。一个相同的阀HV608和压力传感器PT203可以用于测量把在旋风分离器（15）中分离出的粉碎的微米尺寸的煤运载到量热器（22）的燃烧室（24）里的空气的绝对压力（ccair）。
运载空气的压力（ccair）借助于装有仪表的压力控制或调节器阀PCV509，PI509可以控制适合减少10磅/吋2。运载空气的温度和质量流动率可以借助热电偶TE703、孔板F0303和一个通过手动阀HV603跨过孔板F0303的压差传感器DDT103的组件得到。这样供给燃烧室空气的质量流动率和煤的质量流动率-（amc+ccair）被连续地监测和测量。供给加力燃烧室空气的温度（cpair）由能提供一个在图1中已经描述过的温度信号Tia的TE710来测量。量热计的混合器或热交换器（30）附近的环境温度可以由TE709来测量，它提供一个相应于Tamb的上限输出，根据这个温度值可以得到控制由于量热计的热损失引起偏差的系数，它可以用在热值计算中（见上述的方程（3））。
辅助的低压混合空气经一个过滤器（89）引出，这个空气的温度由TE706测量，它的相对湿度由相对湿度检测器MT30来测量。TE706的输出用Tamb下限来代表，并和Tamb上限一起用于测定量热计（22）中燃烧室的部分的热损失（见方程（3））。
空气压缩机（91）提供全部低压空气，该空气压缩机经过电机控制器FC902对电动机的功率进行控制来接通和断开，其中FC902通过数学数据板（45）（图3）接收来自计算机的控制信号。来自空气压缩机的低压空气的温度由TE702来监测。该低压空气的绝对压力和流动率由手动阀HV602和HV607，压力传感器PT202组成的连接组件来测定，它的校准可以借助一个校准的压力传感器CPT和一个接到快速拆开的连接件QDF上的表来完成。用跨过孔板F0302的PDT102测量压差为了保证在管路上的温度下降适应于混合器（30）的输入，对低压混合的空气温度测量应该用TE705在紧靠近量热计（22）的混合器30的点进行。因此，这个同燃烧气体混合的混合或冷却的空气同它的温度、压力和流量的测量一起提供，以便在计算机（12）中可以计算出这个空气的质量流动率。换句话说，到燃烧室去的付空气在F0301测量;F0302测量空气压缩机总的空气输出，它在以后分成付（燃烧）空气和第三次（混合器）空气，其比例由H0402来调整，指定ccair的主空气（来自无油压缩器的高压空气）在F0303测量。
燃烧即付空气cmb经过一个手动阀H0402来供应。燃烧空气的温度，绝对压力和流量率由一个和用在测量供给量热计的其它空气分量的这些参数相类似的组件来测量，其名称为TE701、压力传感器PT201和压力传感器PDT101，手动阀HV601和HV606把压力加到PT201和PDT101传感器上。还有一个供连接校准压力传感器用的快速拆开的连接件。
为了起燃燃烧和完成予热以及校准量热计的需要，而提供两个燃烧气体源，一个称为予热燃料气体（丙烷），它用于起燃燃烧和予热量热计;另一个是测量热值用的相当纯的丙烷源（校准丙烷）。予热丙烷通过两个电磁控制的阀PV501和PV503以及TE700，绝对压力传感器PT200和阀HV605、一个由孔板FD300、两个成对的手动阀HV600和一个压差传感器PDT100组成的流速压差测量装置的组件来提供，利用一个精密的压力传感器和一个连接快速拆开连接件的表可以校准上述的器件。
这个丙烷还通过另一个电磁控制的阀PV502和一个手动的阀H0401分流到在燃烧室（24）下方的起燃器（28）中。空气从高压空气源经过装有仪表的压力控制调节阀PCV510，PI510和电磁控制阀PV504到引燃器。一个响应计算机的信号产生的控制脉冲馈给变压器BY21的初级或火花线圈，从而给起燃器上的火花塞BE20提供高压脉冲。在系统启动时，空气和予热丙烷供给起燃器，而予热丙烷还供给燃烧室（24），起燃器产生脉冲点燃在起燃器中火焰，该火焰又点燃在燃烧室中的予热丙烷。所示出的起燃器（28）将在下面说明图8、10和10A时详细描述。
在起燃之后，把阀PV502和PV504关上以后，起燃器被切断，予热丙烷通过电磁阀PV501和PV503和手操作的阀H0400继续供给。这个予热丙烷的温度，流量率和压力由TE700、压力传感器PT200和压差传感器PDT100来测量。予热丙烷要一直连续供应到被TE708测量的燃烧腔壁的温度Te壁达到工作温度时（该温度能够维持起燃在燃烧室中的煤）。燃烧室的壁温Te壁由热电偶TE708测得。
当工作温度达到后，经过阀PV500和PV503供给校准丙烷;予热丙烷供给阀PV501和PV502在它们的线圈停止激励后而被关闭。校准丙烷的质量流动率、压力和温度被PT200、TE700和PDT100测量，并测出校准丙烷的热值并同它的已知热值相比较，从而得到在热值计算中的补偿。
将校准丙烷供给切断并重新向燃烧室供给予热丙烷，使系统处在备用工作模式。如果要对煤进行分析，应使螺旋供料器的电动机（71）高速运转，传动带供给器的电动机（70）保持同样速度，利用来自高压空气源的初始空气供给煤（amc+ccair），当着工作温度达到后，将予热丙烷供给切断，然后利用TE705对输入混合空气的温度测量值（Ti）和TE707对燃烧气体的出口温度测量值To来计算煤的热值。计算机确定供给量热计的空气和煤的质量供给率以后，求解上述的方程，从而连续、实时地精确测定煤的热值。
用一个紫外光谱仪来测定烟道气体中的硫含量，烟道气的温度由TE711和TE712来监测。对量热计（22）的烟道中的烟道气体取样分析的传感器AY1提供一个正比于烟道气体中二氧化硫含量，因而也是煤中的硫含量的输出。在图2中没有示出灰收集器和称重的部件。
现在参看图3，它示出在图2中所指出的量热学系统中的电子学线路系统，有一个装有几个将温度和压力模拟信号转换为数字信号的模-数转换器的模拟数据板（47），表电路＃1-＃6把其它的空气和丙烷的压力信号、丙烷的温度信号和测力计的力的信号转换为数字信号，微处理机（12）通过在数据线上传输的地址码利用串行的变换器读出这些表的数字信号（进入计算机（12）），这些数据线通过板（45）和（47）把这些信号送出去，因而出现了多路信号传输系统。对系统的操作控制由键盘（43）输入，而对电动机控制，起燃器以及电磁阀的输出由数字数据板（45）提供，该板还包括几个为操作开关和电磁阀提供足够电流的驱动放大器。不难理解，从数字数据板到每电磁阀和开关是分开的输出。螺旋供给器FC901和皮带供料器FC900的电动机控制器的速度控制信号作为一个来自计算机可变频率的时钟脉冲馈入以后，改变了螺旋供料器（62）步进电动机（71）的速度。计算机根据将在图11所见到的格式和结构的程度操作。该程序是为完成量热学系统的各种模式的操作和在系统工作过程中计算各种模式下的热值、硫含量和其它的测量结果。
参看图8、9、10和10A。其中示出量热计（22），应该指出的是，总的说来量热计（22）的设计类似于在上述引证的美国专利申请中的量热计，在量热计中的改进在于包括加力燃烧室（26），将空气和煤混合物分配到燃烧室（24）中的各种管路，它的布置如图9，及引燃器（28）中所示。混合器、热交换器（30）有它的变长的中心烟道，从而使顶部的挡板园盘（145）在热回收迷宫（72）的上方。
煤和空气的混合物amc和ccair借助于包括3段弧形管78、80和82的做成多段的环（76）的分配，进入量热计（22），弧形管连接到一分配器的连接器（84）上，该连接器经过一个管（88）接到排放装置（36）上。这些多段管单独地连到三个排放管90、92和94上。这些管中的堵塞物很容易清除，因为它们接到多段管上的连接器，这些连接器用（96）、（98）和（100）来表示，在必要的时候可以拆开，为了清洁这些管而插入几根棒，排放管的末端经过一个喷嘴进入到燃烧室（24）的燃烧腔（106）中，这些喷嘴中的一个102示在图8中。还有两个连接其它两个排放管类似喷嘴，它们按相互成120°分开排列。
在燃烧腔（106）中，煤的流动路径本身扭弯，而煤的燃烧发生在腔（106）的矩心处。煤的流动量保证了使它充分燃烧，而没有灰的沉积，所有的灰都从燃烧室的上面输送出去，经过混合器（30），最后以量热计（22）排出。
付空气或燃烧空气cmb由空气压缩机（91）（图2）来供给，燃烧空气的流量在20～40吋水柱的压力下15呎3/分是适宜的。它的压力可以由系统上的各种压力表和压力传感器来测量。付空气颗粒经过包围燃烧腔（106）的陶瓷材料多孔隔离器的分隔间（108）而进入燃烧腔（106）。该隔离器被燃烧腔（106）的辐射和传导损失的热来加热，而又被通过它的付空气所冷却。在付空气通过期间，它通过在外围上隔开的两排孔（110）和（112）进入燃烧腔之前由于吸收来自燃烧腔（106）的辐射和传导损失的热而被加热。在燃烧腔（106）的园锥状底上配置有三个相互隔开约成120°的三个孔（未示出），它们的作用是促进付空气的循环。此外，还可以在喷嘴（102）后面配置隔开的空气孔，这些空气孔向下从分配器管（90），（92）和（94）伸出，所有这些是为了改善空气和煤的混合物在燃烧室的燃烧腔（106）中的分配和循环。分配器管（90），（92）和（94）在系统的予热、准备和校准模式操作期间还运载予热丙烷和校准丙烷安排周围的孔（110）和（112）的行同这些孔的轴线向下成45°角。
起燃器（28）包括一个六角形的筒（120），在它的里面有一个开有孔的燃烧室。这个燃烧室（122）在底部由塞子（124）密封，互成120°角度的管（126）和管（127），在管（126）的后面为高压调节的空气和丙烷提供一个通向燃烧腔（122）的入口，一个起燃器件也装入燃烧腔（122）中，它被称为火花塞（128），如图2所示，火花塞BE20同变压器（BY21）相连。法兰盘（130）是为使起燃器（28）和量热器（22）的座相连接而提供的，管（132）从燃烧腔（122）中伸出通到燃烧腔（106）的底部，在工作时，在燃烧腔（122）中产生火花，点燃出火焰，该火焰向上通过管（132）进入燃烧腔，它在燃烧腔中将丙烷和空气混合物起燃，从而开始系统的予热操作模式。
加力燃烧室（26）是由内、外园筒（134）和（136）所组成，这两个园筒在燃烧室的顶部由环（138）密封。加力燃烧室的空气来自旋风分离器。这个空气将水分和超细的煤粉运到园筒（134）和（136）之间的环形空间内，这个空气经循环后，分配在环形空间周围进而流入加力燃烧室底部附近的两个环（140）和（142）之间区域。这些煤粉暴露在从燃烧室槽向上升起的火焰中。换句话说加力燃烧室的煤、水分和空气混合物是沿径向进入火焰中的，这个径向方向是由环（140）和（142），以及在园筒（134）和（136）之间环形区所限定的。因为超细煤粉发生了完全燃烧，所以，有助于提高煤的热值的计算精度。宁可用加力燃烧室（26），而不用使cpair同二次空相组合（amc+ccair）的方案，因为组成cpair的附加的大量的空气流也许会熄灭燃烧室中的火焰。因为在cpair中的细的粉粒会堵塞多孔间隔（108），所以把cpair同燃烧空气cmb相结合的方案是不可取的。
热燃烧的产物和冷却空气借助于通过混合和热交换器（30）的持续时间湍流进行混合。由于挡板的存在而使混合作用加强。这些挡板是按着园片和园环（143）和（144）交替串联的方式布置的，因而增加了气流和混合的湍流。温度探头TE707位于在最顶端的园片（145）和（146）之间的量热计的顶部。温度探头的这个位置使在排出口附近的探头同燃烧室（106）及其火焰隔离开，从而防止了由于轴射热对热电偶的温度测量引起的误差。园片（143），（145）和（146）同一个支柱（148）相连接，支柱（148）为了进一步引起热搅拌和混合可以振动。
混合室的热损失借助于迷宫式的冷却或混合空气ama-cmb路径减少到最低限度。热从燃烧产物和冷却空气的混合物传到确定了混合室的金属管壁150。这个热通路是通过热对流。热还传到围绕混合室的隔热层（152）和（154）中。冷却空气沿着这个开始在低温端的隔热层表面流动，随着热向下方传到进入口（156）而逐渐变热。这些进入口是三角形的，目的是为了在冷却空气进入混合室时增加湍流。为了配合进入口（156），在壁（150）上切出的三角形片向后弯曲，以便在混合室内部提供一些有促进混合和增强湍流的挡板。这样，因为它拾起混合室损失的辐射、传导和对流的热，这个冷却（或混合）的空气改进了这个系统的精度，利用冷却空气Ti和To的温度差来进行热值计算。当然所有流入量热计中其它材料的焓要同混合空气的温度Ti一起考虑，以便测定在混合室顶部附近的混合室出口（烟道）对To的总的温升。
现在具体地参看图4-7以及图7A，重力测定传动带供给器（64）同螺旋供给器（62）的出口端一起示出。
传动带供给器有一个作为它的主要元件的传动带（200），它是由弹性材料制成的，最好是一个具有一个伸进支撑骨架（202）两侧之间宽度的纤维增强氯丁橡胶，支撑骨架在里面用轴承支撑一个前皮带轮（204）和一个后皮带轮（206）。这两个皮带轮在图2中是用（66）和（68）来代表的。本发明一个特点在于前皮带轮的直径是极小的，并且比后皮带轮明显的小。后皮带轮必需大，以便能提供一驱动传动带所必要的表面积。为此目的固定传动带并用一个拉紧皮带轮（208）来拉紧传动带。
支撑骨架（202）的一侧（203）向后伸到尾端皮带轮（206）的外面，在其上固定一个带有齿轮减速箱（212）的驱动电机（210）。一个嵌齿皮带（214）把电动机皮带轮（216）和与后皮带轮（206）相连接的皮带轮（218）连接起来。为了平衡和调平的目的，有一个带有螺母结构的砝码（222）的螺杆（220），几个砝码螺母（222）在螺杆（220）上的位置可以调整，并且可以相互夹紧，这个骨架作为一个控制杆支撑在托架（224）上，该托架固定在一个支撑结构（226）上，该结构的一部分示在图5和图6中。支撑托架的宽度近似和骨架的宽度相同，并且装有一个连接到固定板（230）上的测力计（228），该板被螺钉（232）固定在支撑托架上。测力计上有一个为阻尼目的用的激励器按钮（234），它是由金属和弹性材料组成的。
支撑托架有一个切口（233），螺旋供给器（62）的末端通过切口（233）延伸到具有侧杆（240）和调平杆（242）的导槽（238）上，煤配置在这个导槽上，并被该导槽形成为在传动带（200）上面顶表面的长方形的带状。该导槽固定到托架（241）上，该托架连接到延伸跨过在按钮（234）上方的骨架的杆（243）上。这个杆（243）的内部有一个盲孔（246），该孔装有一个过荷销（248），测力计的驱动按钮（234）与过荷销（248）相对放置。过荷控制由弹簧（250）提供，该弹簧被锁位在过荷销下方的孔（246）中。弹簧（250）引起的力要比测力计的预定力大，但要小于测力计的过荷极限，从而能借助过荷销（248）和弹簧（250）来保护测力计。
为了提供高精度的测量，测力计到过荷销的接触点的布置是重要的，因为测量精度是加到测力计上的力的方向的函数。与在传动带上的煤的重力相当的分力（动量矩）只要这个重力是在沿着测力计的轴线方向就会指向测力计并不产生任何横力向或负载，任何偏离平行度都会在测力计上产生损害测量精度的横向力。
传动带和骨架组件的支轴由单斜挠曲（252）和（254）提供，这两个单斜挠曲各被螺钉（256）固定在支撑结构和骨架上。借助骨架（202）把确定控制杆支轴的单斜挠曲（252）和（254）固定在机架组件垂直引力中心上，对保证传动带供给器（64）的测量精度是重要的。因为这些在枢轴的单斜挠曲和它们所提供的支轴定位在垂直方向引力中心上或非常靠近垂直方向引力中心上，所以这个质心既不在支轴的上方，也不在支轴的下方。因为当这个组件旋转时，不能产生一个由于控制杆的偶然的位移或支架（226）的变化可能出现的力矩。这样就防止了摆效应，限定支轴的所有部件（即单斜挠曲（252）、（254）和测力计支架（226））最好是用热膨胀系数相同的材料制作，从而防止产生可能引起测力计测量误差的力。
为了达到水平方向的平衡，可以调整砝码（222），以便产生一个抵消驱动按钮（234）的力，借此对测力计（228）予加载，这样就防止了在靠近零载荷附近操作测力计引起的误差。销子（248）和驱动按钮（234）之间的接触点是在到由单斜挠曲（252）和（254）确定的支轴的径方向上。由于测力计的轴将垂直于到支轴的径向而防止了测力计横向加载的出现，借此改进了它的测量精度。
更具体地说，在该供给器中存在一通过测力计轴线以及销子（248）和驱动按钮（234）接触点的第一平面。这个第一平面与到支轴的半径方向相切。该支轴是在组件的旋转中心。第二个平面通过该接触点和支轴，上述的第一和第二平面互相垂直。一个水平面通过垂直引力中心和靠得很近的或重合的支轴。
测力计测量在传动带（200）上煤重量的反作用力。这个反作用力主要由在传动带（200）上的煤体的长度来确定。这个煤体如在图7和7A的中（260）所示。由于煤中含有的水分和它的颗粒尺寸相当小，而使煤在传动带（200）绕前皮带轮（204）转动时倾向于粘到传动带上。这样就在煤体的端面附近倾向于形成不能测定的长度的瞬息间的悬臂。本发明的重要特点是通过精确控制煤体（260）的长度，从而使煤体有一个用Rp代表的固定的休止角，该休止角是由到前皮带轮（204）的中心的垂直线方向和煤体（260）的前沿方向所构成的。
这个休止角可以分两步来确定，首先是使前皮带轮（204）的直径最小，这样在当煤从传动带滑下时，减少了承载煤的表面，另一个有贡献的元件是休止角控制器件或成形机（262），它配置在前皮带轮（204）的上方，它装有几个接触煤体（260）的前沿的叶片（264），因为成形机的驱动速度比皮带的速度快，所以煤从皮带上刮下，落到供给漏斗形口（84）（图2）中。煤体的称重跨度和产生的力矩可以限定和确定，而不用考虑煤没有内聚力的问题。在输送点附近传动带上的煤的休止角可以控制而使称重的精度得到改善。虽然所示的叶片是成翅片状，但它们也可以是一排细支杆“叶片”这个词应该包括这样的细支杆结构。
刮板（266）固定在成形机（262）的对面，以便为后面的转动清理传动带。为了驱动成形机，可以采用一对齿轮，与前皮带轮的轴相耦合的较大的齿轮如图4中的（268）所示，装在整形器（262）轴上的与其相配合的齿轮为了简化起见在图中没有示出。为了使离开传动带上的煤流更加连续地落入供给漏斗形口（84）中，最好把一个螺旋形的盘旋提供给成形机（262）。可以把一排从沿着一个从成形机的一端到另一端的螺旋形的轨迹的分配器的轴径向伸出细杆代替叶片。这样的布置还能提供均匀的煤流量和提供比较小的煤粘着表面。
螺旋供给器（62）被作为一个管（63）示出，它包括一个在其中可以旋转的由螺旋线（65）组成的螺旋推运器。一个分离的电动机（71）（图2）被用于以可变速度驱动这个螺旋推运器。通过降低螺旋推运器的供给率调整了煤体（260）的宽度，从而实现了在系统中煤块供给率的控制。
计算机根据前皮带轮的半径和被2π/60乘过的皮带轮的每分钟转数的乘积来确定煤的供给率，以便获得沿着传动带以每秒距离为单位的煤的运动速率。将这个数值用测力计的接触点和支轴之间的距离If相乘，再乘以测力计检测出的力。再将这个总的乘积除以在传动上的煤的长度Is，用数学表示的公式是
m＝Wr/Is2（KSIfnr），式中m是煤的质量供给率，Wr是由测力计测量的以克为单位的力，Is是在传动带上的煤体（260）的长度，r是前皮带轮的半径，S是电动机速率（每分钟转数），是齿轮和在电动机和后皮带轮之间的多个皮带轮的速度比（速度减少的比率），K是为把质量速率单位用每秒克表示时引出的常数。
不难理解测力计的输出是一个与以克重单位的砝码重量函数的电流值。这个电流值被在表6器件（图3）的模-数转换器转换为数字信号馈给计算机。因为电动机的速度被fs速度控制信号，所以在计算机的存储器中有电动机速度。其它的常数储存在计算机的存储器中，以便完成质量速率的计算。从图11中的程序图表可以清楚了解这个程序。
被计算机（12）所执行的计算机程序的格式和结构将从图11中了解。图11A从整体上示出了带有为系统初始化、起动、校准、准备、分析和切断模式程序操作的完整程序，这些工作模式在前面已经论述过。
图11B示出起动模式程序。需要注意的是在电源接通之后和初始化之后，计算机就执行其所有模式中的一个模式。在起动模式的完成中，量热计将在工作温度下自动地转入到校准模式，校准模式程序如图11C所示，在校准以后，系统自动地转准备模式，准备模式程序如图11D所示，虽然，根据操作者选的11D的程序流程（同时该程序正在等待操作者的键盘输入），该系统停留在准备模式。
从准备模式可以转入分析和校准模式，分析模式的程序如图11E所示。
根据分析模式程序，操作者可以返回到准备模式或关闭系统。关闭程序如图11F所示。在关闭系统之后，在操作者选择那个模式之后，系统又准备进入起动模式。
图11G、H和I分别指出了图11B的起动模式的辅助模式。其中图11G指明了对于低压空气的空压机（91）（图2）的空气压缩机的起动程序，图11H指明了起动起燃器（28）的程序，图11I指明了在起动模式进行期间使用的予热程序。
最理想的是在准备模式工作期间连续地监测燃烧室的壁温，以便保护燃烧室。这个监测程序如图11J所示。
根据前面的描述，虽然本发明提供了一个改进的量热学系统，它能够测定比至今为止所能达到的精度高的在实时和直接地的条件下的煤或其它固体燃料的热值，如果有必要，同时还可以测量燃料中的硫和灰的含量。毫无疑问，在发明范围内的对这个所描述的系统各种改进方案会出现在本专业的普通技术人员眼前。因此，上述的描述只能作为说明性的，而不能带有限定意义。