一種密相輸送粉煤流速測(cè)量方法

劉燕妮，劉玉川

(山東明泉新材料科技有限公司，濟(jì)南 250200)

在煤化工領(lǐng)域，粉煤加壓氣化技術(shù)相較于固定床等傳統(tǒng)氣化技術(shù)在設(shè)備體積、產(chǎn)氣效率、環(huán)保等方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)，已成為現(xiàn)代煤化工的發(fā)展趨勢(shì)。粉煤流速的測(cè)量尤為重要，不僅關(guān)系磨煤工序的控制參數(shù)，更直接參與氣化過(guò)程氧煤比的計(jì)算和控制，直接影響氣化效率，以及工藝安全和工藝指標(biāo)。

筆者提出了一種通過(guò)惰性氣體密相輸送粉煤的流速測(cè)量方法，以實(shí)現(xiàn)粉煤流速的準(zhǔn)確測(cè)量。

1 工藝簡(jiǎn)介

粉煤氣化爐原料煤粉的輸送過(guò)程為：磨煤機(jī)磨制合格的粉煤經(jīng)煤粉制備單元輸送至粉煤貯罐。粉煤貯罐底部分2個(gè)錐，分別連接2個(gè)粉煤鎖斗，2個(gè)粉煤鎖斗交替操作。常壓粉煤倉(cāng)內(nèi)的粉煤通過(guò)重力及低壓氮?dú)饣罨箜樌斔椭练勖烘i斗，粉煤鎖斗內(nèi)的粉煤受料至高料位后停止，與粉煤倉(cāng)及所有低壓設(shè)備隔離，然后用高壓惰性氣體進(jìn)行加壓。當(dāng)粉煤鎖斗壓力升至與粉煤給料罐壓力相同時(shí)，打開(kāi)粉煤鎖斗與粉煤給料罐之間的平衡閥門(mén)進(jìn)行壓力平衡，然后依次打開(kāi)粉煤鎖斗和粉煤給料罐之間的2個(gè)切斷閥，粉煤通過(guò)重力作用進(jìn)入粉煤給料罐。煤粉給料罐的高壓粉煤通過(guò)3條粉煤輸送管線密相輸送至氣化爐的3個(gè)粉煤燒嘴的粉煤通道，粉煤的流量通過(guò)測(cè)量?jī)x表(主要測(cè)量給料罐與氣化爐的壓差，粉煤管線上的溫度、壓力、速度、密度等)及特殊的粉煤流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。粉煤流量的穩(wěn)定控制對(duì)氣化爐的高效平穩(wěn)運(yùn)行至關(guān)重要。

2 傳統(tǒng)流速測(cè)量的方法

現(xiàn)有粉煤氣化系統(tǒng)粉煤流速的測(cè)量，一般采用密度計(jì)和速度計(jì)分別測(cè)量輸送管線內(nèi)粉煤的密度和輸送速度，通過(guò)運(yùn)算得到實(shí)時(shí)粉煤質(zhì)量流量。密度的測(cè)量通常選用放射性密度計(jì)，其可靠性及穩(wěn)定性較好，故障率極低。速度的測(cè)量一般選用電容式或者微波式等測(cè)量原理的速度計(jì)。這些速度計(jì)在使用過(guò)程中極易受到煤種、粉煤粒度及粉煤含水量等諸多因素的影響；另外，現(xiàn)有速度計(jì)基本采用合成樹(shù)脂等絕緣材料制作測(cè)量管內(nèi)襯，流動(dòng)的粉煤對(duì)測(cè)量管內(nèi)襯磨損較重，經(jīng)常造成測(cè)量管內(nèi)襯起毛或分層。因此，這些速度計(jì)經(jīng)常產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，嚴(yán)重時(shí)測(cè)量值會(huì)出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，極大地影響氣化爐的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

為克服速度測(cè)量不穩(wěn)定因素，采用測(cè)量密相輸煤管線中輸送氣體流速間接測(cè)量粉煤流速。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證明，在不需要增加投資的情況下，該方法在測(cè)量準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性等方面較傳統(tǒng)速度計(jì)測(cè)量粉煤流速的方法均有較大的提高，有力地保障了氣化系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行[1-2]。

3 密相輸送粉煤流速測(cè)量方法及應(yīng)用

粉煤加壓輸送流程見(jiàn)圖1。

圖1 粉煤加壓輸送流程

粉煤輸送管線內(nèi)粉煤與載氣(氮?dú)饣蚨趸?混合后，根據(jù)氣化爐負(fù)荷要求以一定的濃度(密度)和流速輸送到氣化爐粉煤燒嘴。某粉煤氣化爐為三燒嘴系統(tǒng)，每個(gè)燒嘴配置獨(dú)立的粉煤管線和純氧氣管線。運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)負(fù)荷要求、原料煤特性，選擇合理的氧氣、粉煤配比，然后通過(guò)3套復(fù)雜控制回路控制3個(gè)燒嘴穩(wěn)定且均衡地把氧氣和粉煤噴入氣化爐反應(yīng)室。

在粉煤密相氣力輸送過(guò)程中，載氣的動(dòng)量是攜帶粉煤管內(nèi)流動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源，所以載氣量和氣速會(huì)直接影響粉煤在管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)和輸送量，載氣量變化直接影響粉煤質(zhì)量流量，粉煤質(zhì)量流量隨著氣體流量的增加而增大。在載氣量較小時(shí)，管內(nèi)粉煤流速低、濃度高，粉煤質(zhì)量流量增加幅度相對(duì)較大，但是易出現(xiàn)粉煤柱狀湍流，輸送不穩(wěn)定；隨著載氣量的繼續(xù)增加，管道內(nèi)物料會(huì)隨著流速的增加穩(wěn)定增加，繼續(xù)提高載氣量，流速過(guò)高，載氣攜帶粉煤的作用逐漸減弱，粉煤質(zhì)量流量增加變緩，影響輸送效率，且流速過(guò)高會(huì)加劇管道內(nèi)壁磨損。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐及相關(guān)研究表明，正常生產(chǎn)過(guò)程中，管線內(nèi)物料流速控制在5～9 m/s、粉煤密度控制在220～350 kg/m3時(shí)，載氣與粉煤混合均勻，輸送過(guò)程中物料流動(dòng)性好、綜合輸送效率高，有利于氣化爐穩(wěn)定高效運(yùn)行。由于載氣與粉煤混合均勻，載氣流速與粉煤流速基本同步，因此只要根據(jù)測(cè)得的實(shí)時(shí)管道內(nèi)粉煤濃度(密度)，就可以計(jì)算出管道內(nèi)的載氣及煤粉的體積比(即氣固比)。由粉煤流速結(jié)合實(shí)時(shí)測(cè)得的進(jìn)入管道的載氣流量，可計(jì)算得到載氣流速，該流速可視作實(shí)時(shí)粉煤流速，用于替代速度計(jì)測(cè)量值。相關(guān)計(jì)算公式[3-4]如下：

(1)

式中：V為粉煤管線速度；Q1為粉煤管線輸送載氣流量；Q2為給料罐出料錐體內(nèi)粉煤流化氣體流量；ρ粉煤為輸煤管線內(nèi)粉煤密度；T為輸煤管線內(nèi)粉煤、載氣溫度；p1為輸煤管線內(nèi)粉煤、載氣壓力；p0為大氣壓力；K為補(bǔ)償常數(shù)；D為輸煤管線內(nèi)徑；ρ為煤炭密度；M為載氣分子質(zhì)量；K1為氣體壓縮系數(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)研究與實(shí)踐，使用新型的流速測(cè)量方法后，在不需要增加任何費(fèi)用的情況下，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出流速，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益顯著。該測(cè)量方法的可靠性高、適用性強(qiáng)，可以為同類(lèi)型裝置企業(yè)提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。