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，已成為現(xiàn)代煤化工的發(fā)展趨勢。粉煤流速的測量尤為重要，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惰性氣體密相輸送粉煤的流速測量方法，以實(shí)現(xiàn)粉煤流速的準(zhǔn)確測量。

1 工藝簡介

粉煤氣化爐原料煤粉的輸送過程為：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個錐，分別連接2個粉煤鎖斗，2個粉煤鎖斗交替操作。常壓粉煤倉內(nèi)的粉煤通過重力及低壓氮?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，打開粉煤鎖斗與粉煤給料罐之間的平衡閥門進(jìn)行壓力平衡，然后依次打開粉煤鎖斗和粉煤給料罐之間的2個切斷閥，粉煤通過重力作用進(jìn)入粉煤給料罐。煤粉給料罐的高壓粉煤通過3條粉煤輸送管線密相輸送至氣化爐的3個粉煤燒嘴的粉煤通道，粉煤的流量通過測量儀表(主要測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)定控制對氣化爐的高效平穩(wěn)運(yùn)行至關(guān)重要。

2 傳統(tǒng)流速測量的方法

現(xiàn)有粉煤氣化系統(tǒng)粉煤流速的測量，一般采用密度計(jì)和速度計(jì)分別測量輸送管線內(nèi)粉煤的密度和輸送速度，通過運(yùn)算得到實(shí)時粉煤質(zhì)量流量。密度的測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。速度的測量一般選用電容式或者微波式等測量原理的速度計(jì)。這些速度計(jì)在使用過程中極易受到煤種、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)基本采用合成樹脂等絕緣材料制作測量管內(nèi)襯，流動的粉煤對測量管內(nèi)襯磨損較重，經(jīng)常造成測量管內(nèi)襯起毛或分層。因此，這些速度計(jì)經(jīng)常產(chǎn)生較大的測量誤差，嚴(yán)重時測量值會出現(xiàn)大幅度波動，極大地影響氣化爐的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

為克服速度測量不穩(wěn)定因素，采用測量密相輸煤管線中輸送氣體流速間接測量粉煤流速。經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐證明，在不需要增加投資的情況下，該方法在測量準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性等方面較傳統(tǒng)速度計(jì)測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量方法及應(yīng)用

粉煤加壓輸送流程見圖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)，每個燒嘴配置獨(dú)立的粉煤管線和純氧氣管線。運(yùn)行過程中，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3套復(fù)雜控制回路控制3個燒嘴穩(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程中，載氣的動量是攜帶粉煤管內(nèi)流動的動力來源，所以載氣量和氣速會直接影響粉煤在管內(nèi)的流動狀態(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，管內(nèi)粉煤流速低、濃度高，粉煤質(zhì)量流量增加幅度相對較大，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)物料會隨著流速的增加穩(wěn)定增加，繼續(xù)提高載氣量，流速過高，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，且流速過高會加劇管道內(nèi)壁磨損。經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐及相關(guān)研究表明，正常生產(chǎn)過程中，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，載氣與粉煤混合均勻，輸送過程中物料流動性好、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)測得的實(shí)時管道內(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)時測得的進(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)時粉煤流速，用于替代速度計(jì)測量值。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

經(jīng)過研究與實(shí)踐，使用新型的流速測量方法后，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。該測量方法的可靠性高、適用性強(qiáng)，可以為同類型裝置企業(yè)提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。