兩種煤粉流量計(jì)測(cè)量技術(shù)對(duì)比及應(yīng)用
摘要：工藝在運(yùn)行中通過兩種流量的相互參考進(jìn)行煤量給定, 可以精準(zhǔn)的控制總氧煤比在0.8, 粉煤在此工況下能夠充分燃燒, 使得甲烷指標(biāo)在500ppm以下, 爐溫低于600℃, 為裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。
內(nèi)蒙古世林化工分公司煤制甲醇主裝置技改為航天爐, 爐內(nèi)為水冷壁結(jié)構(gòu), 爐膛溫度可達(dá)1500~1700℃, 具有較高的熱效率和碳轉(zhuǎn)換率, 有效氣體成分也很高。煤線保留原來的四條線, 氧線改為主氧和環(huán)氧兩條線, 四條煤線采用的流量計(jì)為前端分體式的伯托密度計(jì)和DYNA速度計(jì)4套, 后端為一體式的SWR流量計(jì)4臺(tái)。工藝流程如圖1
圖1 工藝流程圖
1、分體式流量計(jì)的組成及原理：
分體式流量計(jì)是由伯托核密度計(jì)、DYNA速度計(jì)和二次儀表構(gòu)成, 具體配置如圖2所示。
圖2 分體式流量計(jì)配置示意圖
圖3 DYNA速度計(jì)
1.1、核密度計(jì)：
伯托核密度計(jì)由放射源Cs137和檢測(cè)器組成, 其工作原理是:放射性同位素銫137從密度計(jì)的鉛罐中發(fā)出γ射線, 橫穿過粉煤管線后, 被對(duì)面密度計(jì)的射線檢測(cè)器接受, 粉煤的密度越大, 其吸收的射線劑量越多, 射線檢測(cè)器接收到的射線信號(hào)越弱。通過檢測(cè)射線檢測(cè)器接受的信號(hào)得到粉煤的密度。
1.2、速度計(jì)：
德國(guó)伯托公司的DYNA速度計(jì), 其工作原理是:氣體輸送的粉煤顆粒之間互相摩擦碰撞產(chǎn)生靜電, 帶靜電電荷的粉煤顆粒通過速度計(jì)時(shí), 感應(yīng)出一個(gè)電壓波形, 這個(gè)波形是的特定的, 速度計(jì)內(nèi)筒上有兩個(gè)固定距離的圓環(huán)電極, 檢測(cè)出同一電壓波形經(jīng)過兩個(gè)圓環(huán)電極的時(shí)間差, 就能得到粉煤的流速, 如圖3所示。
1.3、粉煤的質(zhì)量流量：
粉煤的質(zhì)量流量是將粉煤的密度值, 用溫度壓力值校正后與速度值和管道截面積相乘, 得數(shù)再用“K”值和“C”值修正而得到。霍尼韋爾EPKS控制系統(tǒng)里的輔助計(jì)算塊AUXCALCA里的公式以1號(hào)煤線為例:
粉煤流量的計(jì)算公式:
2、一體式SWR流量計(jì)的組成及原理：
一體式SWR流量計(jì)是由傳感器和中央處理單元組成。SWR流量計(jì)是針對(duì)氣固兩相流而開發(fā)的測(cè)量?jī)x表, 它的工作原理是通過傳感器探頭在管道橫截面內(nèi)激勵(lì)出均勻交變的電磁場(chǎng), 粉煤流經(jīng)該電磁場(chǎng)時(shí), 引起電磁場(chǎng)的變化, 依據(jù)此變化計(jì)算出粉煤運(yùn)動(dòng)速度 (m/s) 、密度 (kg/m3) 、實(shí)時(shí)粉煤流量 (kg/h) , 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、兩種流量計(jì)的標(biāo)定方法：
3.1、伯托核密度計(jì)標(biāo)定：
它是采用一點(diǎn)法進(jìn)行零點(diǎn)取值, 要求工藝把氮?dú)鈮毫ι?.5Mpa, 并處于流動(dòng)狀態(tài), 通過二次表的面板進(jìn)行零點(diǎn)計(jì)數(shù)率的采集, 把面板上顯示I-mean的值設(shè)置到zero countrate I0下的value里。
3.2、SWR密度計(jì)標(biāo)定：
它是對(duì)零點(diǎn)、小流量、正常流量都要進(jìn)行標(biāo)定, 同時(shí)要求稱重倉的料位指示準(zhǔn)確, 標(biāo)定循環(huán)的累計(jì)時(shí)間為12小時(shí), 通過稱重倉煤量的增減變化, 計(jì)算出相對(duì)應(yīng)密度的標(biāo)定系數(shù)。
4、兩種流量計(jì)在實(shí)際運(yùn)行工況中的比較：
氣化壓力在4.0Mpa, 煤線壓力是4.3Mpa, 投煤量是46t/h, 氧煤比控制在0.8左右, 此時(shí)兩種流量的顯示如圖4 (以一號(hào)線的速度、密度、流量為例) , 前端伯托密度比后端SWR密度大30~50kg/m3, 后端SWR速度比伯托DYNA速度大0.4~0.6m/s, 符合氣固兩相流的特點(diǎn)。
圖4 速度、密度、流量曲線 (藍(lán)線-伯托、紅線-SWR)
5、流量在實(shí)際運(yùn)行中的結(jié)果分析：
由于流量是由密度、速度以及管道截面積計(jì)算出的, 速度在測(cè)量過程中不需要做任何修正, 輸煤管線直徑一旦確定, 可以視為速度和截面積都是常數(shù), 此時(shí)對(duì)于流量影響較大就是密度了, 通過對(duì)密度的歷史趨勢(shì)進(jìn)行查看, 發(fā)現(xiàn)伯托密度計(jì)阻尼時(shí)間較長(zhǎng), 曲線比較圓滑, 峰值不突出, 不能真實(shí)的反應(yīng)管道內(nèi)的流態(tài), 而SWR的密度計(jì)和管道內(nèi)的壓力曲線完全一致, 可以較好的反應(yīng)實(shí)時(shí)工況, 在工藝調(diào)整工況時(shí), SWR密度計(jì)跟蹤迅速, 很快就能達(dá)到穩(wěn)態(tài), SWR流量的變化趨勢(shì)和伯托的流量相一致。
6、結(jié)語：
通過每天的流量累計(jì)證明, 在同樣工況下, 伯托分體式流量計(jì)和SWR一體式流量計(jì)累計(jì)量的差值在允許誤差范圍內(nèi), 可以得出SWR流量計(jì)也能滿足工藝的要求, 在運(yùn)行中可以和伯托流量計(jì)相互參考, 同時(shí)它還具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1) SWR流量計(jì)屬于非核儀表, 現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)簡(jiǎn)單, 沒有核輻射傷害;
(2) 傳感器采用陶瓷內(nèi)襯, 耐磨、防腐, 延長(zhǎng)了儀表的使用壽命, 儀表出廠質(zhì)保三年;
(3) 瞬時(shí)流量在工況大幅度調(diào)整時(shí)能及時(shí)跟蹤;
(4) 采用一體式儀表完成了流量、密度、速度三路獨(dú)立的4~20mA電流輸出信號(hào);
(5) 不涉及到射源衰減的問題, 在后期使用中不會(huì)降低測(cè)量精度。
