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简述煤粉质量流量计的选择与应用

粉煤气化是洁净煤技能范畴里最新型的技能之一。以粉煤干法进料,加压接连运转为特色的Shell、GSP、航天炉等是较为成熟的粉煤气化工艺。这类工艺具有纯氧气化,密相气力运送粉煤,液态排渣的特色,其冷煤气效率高、煤种适应性广、碳转化率高、操作自动化程度高、生产能力大、煤气质量好、能满意环保要求,具有很强的技能优势[1]。
粉煤气化工艺中煤粉流量是触及体系安稳、安全运转的重要参数,煤粉质量流量计是要害仪器。现在,干煤粉密相运送的计量大体能够分为电容式与放射线式2种,首要有赛默飞世尔公司(原美国热电公司,首要见于Shell)、德国斯威尔SWR(见于航天炉)、德国伯托及法国EDITFLOW等。
 
1 固体质量流量检测技能及产品
 
1.1 电容式
 
该检测技能运用较为广泛,具有代表性的是赛默飞世尔公司和德国SWR。从本质上讲,SWR的固体流量计和赛默飞世尔公司的电容式固体智能质量流量计是依据同一种技能的产品,在检测适用的压力、浓度、灵敏度和精度上类似。
 
1.1.1 检测原理
 
将电容极板设备在活动管道外,当管道内气固相份额发作改动时,介电常数也会发作相应改动,然后引起电容值改动。检测极板间电容值,再经过数字信号转换,即可得管道内相浓度。图1为电容极板体系。
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图1 电容极板体系
速度传感器由2个电容传感器构成,两传感器间隔为8mm,固体颗粒顺次经过2个传感器,抱负情况下,固体物料活动形状经过较短间隔不发作改动,两传感器可捕捉到相同的物料活动形状信号,由信号间存在的时间差即可核算固体颗粒速度[2]。
 
依据物质质量与电容的份额联系,经过检测电容改动检测物料浓度,经过交相关模型检测物料的速度(检测根底仍然是电容改动),物料质量流量核算公式为:
 
Q=CAVK
 
式中,Q为质量流量,kg/s;C为固体质量浓度,kg/m3;A为传感器截面积,m2;V为均匀固体流速,m/s;K为校正因子,无因次。
 
赛默飞世尔公司的固体质量流量计由浓度计DC13、速度计DK13、二次仪器MT2109或MT2107(当需求PID调节时选用)组成。
 
仪器处理浓度、速度信号后输出到用户主机,其仪器直接输出值为浓度、速度、瞬时流量、累计流量等首要参数,标准装备为两路输出。图2为电容式固体质量流量检测原理。
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图2 电容式固体质量流量检测原理
SWR的固体流量计则是将速度计与密度计整组成一个模块,长度较短(400mm左右),二次仪器相对功用较少,因此外形细巧。
1.1.2 运用规划
 
运用物料规划:浓相运送的固体物料,首要是煤粉等。
 
固气质量比(以下简称固气比)不小于5∶1的运送情况,在此根底上,满意其它运用条件精度可达0.5%~1%,国外用户的遍及精度为1%~2%;固气比介于4~5,精度下降,有可能到4%,乃至8%;固气比介于3~4,精度进一步下降;固气比小于3,根本上难以满意检测要求。
 
运用压力/温度规划:12MPa/150℃(可选200℃,特制);
 
运用风险场合:适用于ClassI,Division1,GroupsA、B、C、D;
 
1.1.3 运用情况
 
电容式固体质量流量检测技能首要用户分布在煤化工和钢铁行业。国外煤气化都是典型的浓相运送,绝大多数选用非核的检测办法,即选用固体质量流量计由DC13(浓度计)+DK13(速度计)直接检测煤粉的质量流量,Shell在国外选用浓相运送工艺时也会选用非核的检测办法;国内水煤浆气化及煤化工国家工程研讨中心中试设备2004年订货了8台质量流量计,现在尚在中试设备和华东理工大学实验室设备上运用[2]。国内云南大维和中石化安庆的壳牌设备上各置办了1台电容式固体质量流量计,现在没有上线运转。钢铁行业的运用首要是钢厂炼铁时高炉喷煤质量检测与操控,国内的用户首要有上海宝钢、重庆钢铁公司、沙钢等。
 
现在,SWR的首要用户在航天炉,包含河南濮阳龙宇化工有限责任公司、安徽临泉化工有限公司。河南濮阳龙宇化工航天炉项目气化设备的每根煤粉管线上选用了2套美国热电流量计和1套SWR流量计一起检测[3],在满意工艺要求的一起,也验证了在相同工况下,2个厂家的流量计在煤粉流量计量上的精确度和可靠性。安徽临泉在航天炉设备的每条煤粉管线上选用了2套SWR流量计。
 
1.2 核辐射检测办法
 
运用核密度计和速度计合作检测煤粉质量的技能是20世纪90年代美国拉姆齐公司开发并成功运用到壳牌煤气化工艺上的。后来德国伯托(Bertohod)公司也开始进入类似的范畴。
 
1.2.1 检测原理
 
核辐射密度计也称为核密度计、伽马密度计等,其检测原理是运用能量衰减法对密度进行检测。核密度计的放射源(137Cs或60Co)置入一个铅罐内,设备在被测管道的一侧,核密度计的探测器设备在被测管道的另一侧(对称),放射源发出的伽马射线穿过被测容器的管壁及介质抵达探测器,当管内介质的密度发作改动时,伽马密度计探测器接纳的射线能量也发作改动。核密度计将检测到的射线能量的改动电量转换成用户需求的物理量———密度[2]。运用这种技能,核辐射密度计能够进行高精度的密度检测及快速反映被测密度的改动。密度计检测浓度之后输出检测值给用户主机,选用速度计检测速度输出速度信号给总控体系,质量核算由用户主体系完结。
 
赛默飞世尔公司核辐射式质量流量计DensityPRO,密度计包含2个首要部分:一是放射源及铅罐;二是一体化变送器/探测器。密度计所用放射源一般情况下运用密封型的放射源137Cs,特别情况下运用60Co。PRO核密度计根本检测供给一个独立环路供电4~20mA输出,输出可设置为8个独立数据或规划通道,单位可由用户挑选,包含密度、固体质量百分比、BRIX°、API°等。
 
DensityPRO核密度计具有检测精度高、呼应速度快及核密度计独有的非触摸检测办法等长处,满意粉煤气化在线介质密度检测要求,在国内壳牌设备上运用较为广泛。德国伯托公司选用放射性密度计+静电式速度计+核算及补偿的办法进行计量。速度计为静电感应式,原理为粉煤在气力运送进程中,颗粒之间相互碰撞、冲突,发作静电,经过速度计时引起静电场的动摇,感应出一个电压信号;相邻的一些粉煤颗粒相继经过速度计,感应出一个电压波形。依据速度计内部2个必定间隔的电极接纳到同一信号的时间差,核算出粉煤的活动速度。伯托速度首要影响要素有煤粉粒径、水分含量、温度等[4]。
 
1.2.2 运用规划
 
运用物料规划:稀相或许浓相运送的一切固体物料包含煤粉,在固气比不小于5∶1的运送情况,满意其它运用条件,精度可达0.5%~1%,国外用户的遍及精度为1%~2%;固气比小于4∶1,则以密度检测值为首要操控依据。
 
运用压力/温度规划:12MPa/150℃(可选200℃,特制);
 
运用风险场合:适用于ClassI,Division1,GroupsA、B、C、D;
 
1.2.3 运用情况
 
赛默飞世尔公司核辐射式质量流量计首要在国内Shell设备运用,如大连大化集团、华夏大化集团、中石化安庆公司、中石化柳州化工有限公司、湖北双环化肥厂等均有运用。
 
德国伯托公司核辐射式质量流量计国内首要运用于Shell设备,如岳阳中石化壳牌煤气化有限公司、中石化湖北分公司、云南沾化责任有限公司、我国神华煤制油有限公司、神华宁煤、河南开祥化工有限公司、河南龙宇煤化工有限公司等单位。
 
1.3 微波固体流量检测
 
1.3.1 检测原理
 
微波固体流量检测仪适用于金属管道内固体物料流量的检测。运用微波能量场和固体颗粒对微波的反射和多普勒特性,经过传感器和管道之间电磁场的特别耦合,发作一个检测场。传感器向金属输料管道固体颗粒发射低能量微波信号,信号被固体反射后又被传感器接纳到,这些信号的频率和振幅被中央处理单元处理运用。经过移动物料的微波反射能量来检测物料的密度,适当于一个微波计数器,记录单位时间内活动的物料颗粒数量,然后检测出物料的流量。因为选用特定的频率,故仅活动的微粒数量能被检测,堆积的微粒数量不被检测。传感器的标定在设备完结后进行,简略地按键并输入参考数量即可[5]。图3为检测原理暗示。
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图3 微波固体流量检测仪检测原理
1.3.2 体系构成
 
一套完好的微波固体检测体系包含:传感器及设备底座、中央处理单元FME、C-Box接线盒(衔接传感器与中央处理单元)[5]。图4为体系组成。
1.3.3 运用情况
 
微波固体检测体系首要运用于电厂锅炉体系中的大型燃煤机组、炼钢厂高炉粉煤的运送。粉尘状燃料被运送到锅炉中作二次燃料,在每根送料管上选用1台固体流量探测仪检测流量,优化焚烧;高炉粉煤的运送运用情况与之类似。
 
现在运用较多的为法国EDIT固体流量计。该流量计选用的是微波式检测原理,精度可到达1%~2%,产品样本上注明的检测精度为1%。该流量计在粉煤气化工况中没有运用成绩,国内一切成绩均在电厂、炼钢厂高炉粉煤的运送管道上获得。
 
2 电容式与核辐射检测办法的差别
 
2.1 浓度检测技能不同
 
核检测技能运用核密度计来检测煤粉浓度,用DK13检测速度。非核技能彻底运用电容式的密度计检测浓度和速度计检测速度。表1为两者的优缺点比照。
表1 核检测技能与非核检测技能比照
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2.2 设备承当的任务不同
 
核辐射检测技能并不直接供给质量流量的核算和显现,而由用户主体系依据工艺商模型核算得出,仪器只供给浓度,速度检测值;非核检测技能直接核算出瞬时流量、累积流量、浓度、速度,如果必要能够直接操控相关的给料设备(PID操控)。
 
2.3 检测精度不同
 
运用赛默飞世尔公司的核密度计+速度计的检测办法(核检测技能),核密度计用于检测浓度时标称的精度等级为0.2%,速度计一般运用电容式检测原理,精度等级1%。
 
运用赛默飞世尔公司的电容式固体质量流量计(非核检测技能密度),类型GranucorDC/13、DK13,稀相运送情况时因为DC13检测差错较大(5%或更大),超浓相时煤粉因为发作柱塞、阻滞、倒流,活动性偏离抱负情况许多,DC13的速度检测值会误差较大,特别当DC13被设备在水平管道乃至是物料从下往上活动的管道时差错能够到达6%乃至更大;不过赛默飞世尔公司现已更新了DC13的硬件和相应的检测软件(依据交相关原理)。
 
2.4 标定办法不同
 
核辐射检测技能检测的精确性需求靠实测数据来调整,需求在运送工况下先用运送载气进行标定,而后经过循环运送对煤粉进行标定。
 
赛默飞世尔公司(美国热电)的非核检测技能依据水煤浆气化及煤化工国家工程研讨中心中试运用经历,不需独自对载气进行标定,而是在运送工况下进行标定。标定完结后,仅在化工投料前简略验证即可。
 
3 电容式固体质量流量计运用研讨
 
早在2004年,水煤浆气化及煤化工国家工程研讨中心、华东理工大学在承当国家“十五”科技攻关要点课题“粉煤加压气化制备组成气研讨与开发”时就置办了8台美国热电(原美国拉姆齐)固体质量流量计Model2109进行煤粉运送与计量。运用进程标明,质量流量计的检测现已到达了必定的精度,彻底能够满意工业运用的要求;流量计的检测精度不仅与仪器自身的硬件及软件设置有关,还与煤粉在管道中的活动形状有着亲近的联系。华东理工大学和水煤浆气化及煤化工国家工程研讨中心对DC13与DK13组合用于煤粉密相气力运送质量流率检测功能体系展开了固气比、安稳性、物料流向、物料湿含量等影响要素的研讨[5]。结果标明,密相安稳运送条件下的整体检测误差在10%以内,优化条件下可达5%以内,并成功运用于粉煤气化中试设备,彻底满意粉煤气流床气化的工艺要求。
 
在“十一五”863项目“高灰熔点煤气流床加压气化”运用研讨中,水煤浆气化及煤化工国家工程研讨中心在2009年置办了1台SWR的Densfow电容式流量计,与华东理工大学一起展开工业规划煤粉运送研讨。检测结果标明该固体质量流量计的检测误差可操控在7%以内,与赛默飞世尔公司DC13与DK13组合的功能适当,契合工业运转要求。
 
4 定论与主张
 
(1)从运用成绩上看,赛默飞世尔公司、德国伯托公司的放射性质量流量计在国内煤化工范畴运用较多;电容式首要运用在钢铁行业,煤化工范畴赛默飞世尔公司首要在兖矿中试及壳牌云南大维设备中运用;SWR首要在国内航天炉上运用。
 
(2)美国热电的电容式流量计和德国SWR流量计技能来历相同,检测原理类似,技能上没有本质区别。近年来的工业运用实践标明,关于粉煤加压气化设备中的煤粉流量的计量都是有用的。
 
(3)因为煤粉的密相运送为气固两相流,检测和操控极为杂乱,2种流量计因为检测原理的约束,对浓度的检测均存在局限性,在煤粉流型等发作改动时,均存在浓度检测的较大差错。
 
(4)关于初次进行粉煤加压气化运用的企业,主张在每台气化炉的煤粉管线上设置至少1台核密度计,在开车初期精确检测煤粉流量,积累运转经历。
 
(5)上述仪器对工艺要求比较严苛,规划、施工应严厉依照仪器的要求进行,运转时也应从工艺上尽量满意仪器的要求。
 
参考文献:
[1]倪维斗,李政.以煤气化为中心的多联产动力体系[J].煤化工,2003,104(1):3.
[2]郭云舟,郭晓镭,郭为国.固体质量流量计在密相气力运送中的运用[J].自动化仪器,2007,28(6):17-18.
[3]肖玲,刘连景.德国SWR(斯威尔)流量计在粉煤气化设备———航天炉中的运用[J].化工自动化及仪器,2010,37(5):112-113.
[4]江华东.微波固体流量计在煤粉检测中的运用[J].石油化工自动化,2009(3):54-55.(end)

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