[摘要]通過(guò)粉煤流量計(jì)在氣流床氣化的實(shí)際應(yīng)用,以及在使用前利用標(biāo)定罐稱重計(jì)量系統(tǒng)正確標(biāo)定,證明了粉煤流量計(jì)在高壓密相輸送工況條件下計(jì)量的可行性,同時(shí)粉煤流量計(jì)在實(shí)際質(zhì)量流量的計(jì)量中具有無(wú)核輻射、操作維護(hù)簡(jiǎn)單、反應(yīng)靈敏、數(shù)據(jù)可靠等優(yōu)點(diǎn)。
1引言
氣流床煤氣化技術(shù)是潔凈煤利用的關(guān)鍵技術(shù),其按照進(jìn)料方式不同,可分為水煤漿氣化與干粉氣化。水煤漿氣流床氣化技術(shù)相對(duì)成熟,但粉煤氣流床氣化爐具有高碳轉(zhuǎn)化率、良好的煤種適應(yīng)性、有效氣成分高、氧耗與煤耗低等優(yōu)勢(shì),因此粉煤氣化技術(shù)的應(yīng)用前景被看好。
目前，已有的粉煤氣化工業(yè)裝置只實(shí)現(xiàn)了粉煤在中低壓下的加壓及穩(wěn)定密相輸送，因而實(shí)現(xiàn)粉煤在更高壓力下加壓及密相輸送,將是一個(gè)工程難題,其中如何準(zhǔn)確計(jì)量煤粉輸送流量至關(guān)重要,關(guān)系到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、分析,對(duì)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性起決定作用。
2粉煤流量測(cè)量
煤化工工藝中,準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)個(gè)煤粉管線內(nèi)煤粉輸運(yùn)狀態(tài),對(duì)確保氣化爐各噴嘴均勻進(jìn)煤,維持氣化爐反應(yīng)穩(wěn)定,避免氣化爐溫度波動(dòng)，以及確保氣化爐生產(chǎn)效率。
粉煤流量計(jì)的測(cè)量通常都是采用積算的方式進(jìn)行粉煤流量實(shí)時(shí)在線測(cè)量,需要先測(cè)量出粉煤在管道內(nèi)的實(shí)時(shí)流速、密度,由計(jì)算公式(1),實(shí)時(shí)計(jì)算出粉煤流量。
流量=流速x密度x管道橫截面積.??? (1)
對(duì)于粉煤密度的測(cè)量，有核射線檢測(cè)技術(shù)和非核檢測(cè)技.術(shù)兩類。
兩類測(cè)量技術(shù)的精度均能滿足生產(chǎn)需求，但是有核射線檢測(cè)儀器帶有放射源,屬于國(guó)家管制類設(shè)備,購(gòu)買、使用、維護(hù)、報(bào)廢處理復(fù)雜、成本高、管理責(zé)任重大。所以在滿足生產(chǎn)要求的情況下,一-般采用非核檢測(cè)技術(shù)。
對(duì)于粉煤速度測(cè)量,通常有靜電測(cè)量技術(shù)、電容測(cè)量技術(shù)。
靜電測(cè)量技術(shù)通過(guò)對(duì)煤粉在管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，相互摩擦產(chǎn)生的靜電荷信號(hào)分析,來(lái)計(jì)算煤粉的運(yùn)動(dòng)速度。其速度測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性取決于靜電荷信號(hào)的大小，及其容易受到現(xiàn)場(chǎng)工況的影響,如:粉煤的粒徑、溫度、濕度、運(yùn)動(dòng)速度等,測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定性差。
電容測(cè)量技術(shù)是在管道壁兩側(cè)布置- -對(duì)電容極板，把煤粉看作電容極板間的電介質(zhì)，通過(guò)分析等效的電介質(zhì)變化來(lái)分析粉煤流體信息的變化,從而測(cè)量粉煤的運(yùn)動(dòng)速度。其穩(wěn)定性比靜電測(cè)量技術(shù)稍好。
本裝置采用電磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)，是通過(guò)在管道一側(cè)壁主動(dòng)發(fā)射電磁波,電磁波穿透管道煤粉后到達(dá)另一側(cè)壁的接收器，在穿透過(guò)程中,把煤粉流態(tài)信息攜帶出來(lái),進(jìn)一步分析之后,計(jì)算出粉煤的運(yùn)動(dòng)速度。由于該技術(shù)主動(dòng)發(fā)射能量恒定的電磁波,因此,測(cè)量結(jié)果不受現(xiàn)場(chǎng)工況變化的影響,測(cè)量的穩(wěn)定性最佳。電磁場(chǎng)粉煤流量計(jì)是專門針對(duì)氣固兩相流而開(kāi)發(fā)的測(cè)量?jī)x表,該測(cè)量?jī)x適用于密相輸送工藝,通過(guò)在測(cè)量管中產(chǎn)生一個(gè)高頻、交流、均勻的電磁場(chǎng)來(lái)測(cè)量固體物料通過(guò)管道截面的平均流速和濃度，從而計(jì)算出固體物料在管道中的流速(m/s)、濃度(kg/m')、質(zhì)量流量(kg/h或th),并且輸出對(duì)應(yīng)上述測(cè)量值的三路獨(dú)立的4~20mA電流信號(hào)。
3高壓密相輸送.
粉煤密相輸送是利用高壓氣體(氮?dú)饣蛘叨趸?作為輸送動(dòng)力,推動(dòng)粉煤實(shí)現(xiàn)氣固兩相流動(dòng)。密相輸送管道中固體物料幾乎呈聚集堆積狀態(tài),管道中氣流的速度很低,粉粒的流動(dòng)不是依靠氣流的動(dòng)壓裹挾，而是靠氣體靜態(tài)的擠壓將物料沿管路輸送。
本工業(yè)裝置為粉煤氣流床氣化工藝，密相輸送系統(tǒng)核心設(shè)備為高壓發(fā)料罐。發(fā)料罐從頂部進(jìn)料,底部充壓,底部出料。發(fā)料罐將充壓口設(shè)在錐體底部，充壓的同時(shí)還能使粉體充分流化，充壓結(jié)束后形成疏松的堆積狀態(tài),發(fā)料順暢,避免密相輸送管路堵塞風(fēng)險(xiǎn)。
密相輸送過(guò)程可分為充壓,穩(wěn)壓,輸送三個(gè)步驟。充壓時(shí),高壓氮?dú)馔ㄟ^(guò)發(fā)料罐底部充壓口進(jìn)入發(fā)料罐,對(duì)發(fā)料罐進(jìn)行快速充壓,同時(shí)對(duì)罐內(nèi)粉煤充分流化。當(dāng)發(fā)料罐壓力略低于設(shè)定.輸送壓力時(shí),停止充壓。高壓氮?dú)馔ㄟ^(guò)發(fā)料罐頂部的穩(wěn)壓口進(jìn)入發(fā)料罐,通過(guò)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥控制氣量,緩慢充壓至設(shè)定輸送壓力,保證發(fā)料罐與氣化爐的壓差穩(wěn)定在設(shè)定壓差。輸送壓差穩(wěn)定后,發(fā)料罐出口管道通入少量的輸送氣,同時(shí)開(kāi)啟發(fā)料罐底部的切斷閥,粉煤在輸送氣的引導(dǎo)下進(jìn)入輸送管道,以壓差為.動(dòng)力,克服自身重力和管道摩擦,從發(fā)料罐底部出發(fā),沿輸送管.道,從下到上輸送到氣化爐內(nèi),實(shí)現(xiàn)粉煤高壓密相穩(wěn)定輸送。
4稱重計(jì)量標(biāo)定
本工業(yè)裝置采用高壓稱重計(jì)量系統(tǒng)，利用標(biāo)定罐模擬氣化爐的高壓工況條件，標(biāo)定罐需要保持與氣化爐相同壓力來(lái)接收發(fā)料罐發(fā)出的粉煤。
高壓稱重計(jì)量系統(tǒng)主要包含高壓標(biāo)定罐和重量計(jì)量系統(tǒng)。該高壓標(biāo)定罐主要包括進(jìn)料口,出料口,底部充壓進(jìn)氣口,頂部放空穩(wěn)壓口。重量計(jì)量系統(tǒng)采用壓力傳感方式計(jì)算整個(gè)標(biāo)定罐對(duì)應(yīng)的壓力并轉(zhuǎn)換為重量。標(biāo)定罐所連接的管路全部.采用耐高壓軟連接，以降低硬金屬管道應(yīng)力對(duì)稱重系統(tǒng)的影響。重量計(jì)量系統(tǒng)包含四個(gè)壓力傳感器,選擇四點(diǎn)測(cè)量法,均布于標(biāo)定罐四周,測(cè)量點(diǎn)之間成正方形且位置上保持水平。
高壓標(biāo)定罐通過(guò)底部進(jìn)氣口充壓至與氣化爐相同的壓力,然后等待接收發(fā)料罐粉煤，當(dāng)粉煤由發(fā)料罐發(fā)出,沿輸送管道通過(guò)進(jìn)料口進(jìn)入高壓標(biāo)定罐，開(kāi)啟頂部穩(wěn)壓口調(diào)節(jié)閥進(jìn).行放空，穩(wěn)壓高壓標(biāo)定罐壓力,保持壓力不變，模擬發(fā)料罐向氣化爐輸送過(guò)程,當(dāng)輸送穩(wěn)定后,通過(guò)重量計(jì)量系統(tǒng)記錄標(biāo)定罐重量的變化，標(biāo)定罐每小時(shí)重量的累積量,即為粉煤的輸送流量。通過(guò)高壓稱重計(jì)量系統(tǒng)修正速度和密度測(cè)量值,完成對(duì)粉煤流量計(jì)的在線標(biāo)定。
5流量計(jì)對(duì)比
通過(guò)將電磁場(chǎng)流量計(jì)和電容式流量計(jì)同一管線串聯(lián)安裝,然后對(duì)粉煤輸送流量曲線進(jìn)行了對(duì)比,如圖1所示。電磁場(chǎng)流量計(jì)長(zhǎng)時(shí)間變化趨勢(shì)保持一致,且細(xì)節(jié)變化也保持一致。
6結(jié)論
電磁場(chǎng)粉煤流量計(jì),粉煤密度和速度測(cè)量均采用電磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù),屬于非核檢測(cè)技術(shù)。通過(guò)高壓稱重計(jì)量系統(tǒng)對(duì)粉煤流量計(jì)的標(biāo)定,實(shí)現(xiàn)了粉煤高壓密相輸送的準(zhǔn)確測(cè)量。該測(cè)量技術(shù)方案是目前高壓密相輸送工藝上最為先進(jìn)的技術(shù)方案,標(biāo)定過(guò)程簡(jiǎn)單,儀器測(cè)量性能穩(wěn)定可靠,使用、維護(hù)簡(jiǎn)單、方便。
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