粉煤气化中粉煤质量流量测量及控制设计

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流动性及实际操作工况，-般采取正压气力输送技术将粉煤输送至气化炉，而精确测量进料粉煤质量流量是粉煤气化装置实现安全连续稳定运行的关键所在。

本文以国内某粉煤气化工程为例 ，介绍了粉煤质量流量测量及控制设计的要点。

1 设计背景和 目标I.I 设计背景粉煤(粒径分布：90%<90 Ixm，10%<10 m；湿度<6%)采用惰性气体氮气(压力 5.0 MPa(g)，温度80℃)正压输送至气化炉。气化炉操作压力为4.0 MPa(g)。

1.2 设计 目标1.2.1 根据装置的设计能力及生产要求，控制粉煤流量，以保证下游装置的合成气需求；1.2.2 根据气化装置出口粗合成气的c0 含量 ，调节气化炉进料粉煤流量与氧气流量之间的比值 ，实现控制粉煤流量 ，以达到预期的气化效率和碳转化率；1.2.3 粉煤进料中的氮气流量控制在预定范围内，以降低粉煤输送系统能耗和达到预期的气力输送效果。

2 粉煤流量测量系统设置、计算及控制回路选择2.1 粉煤流量测量系统设置管道内的粉煤依靠氮气进行密相输送，鉴于气固两相流本身的特殊流动性，管道内的粉煤质量流量无法直接测量得出，但可以采用间接方式如测量管道内粉煤流速和密度 ，然后通过温度 、压力的校正及 已知的管径计算得出。

粉煤质量流量测量系统由粉煤速度测量 、粉煤密度测量 、温度测量和压力测量组成。

粉煤速度测量系统包括 1个电容式速度感应器和 1个相关函数分析仪。电容式速度感应器旧能靠近上游控制阀，安装在垂直的直管段上 。

粉煤密度的测量可以选用 -射线密度测量仪测量 ，此技术较为成熟，优点是测量精度高 、维护量小 ，缺点是在运行过程中，只能采用-点进行标定，但可在安装过程中(或在其停运具备条件时)，采用空气和水进行两点标定弥补。

为了修正测出的粉煤流动密度进而获得粉煤的净密度 ，需要测量煤输送管线 中的温度和压力，以用于气相密度的温压补偿〖虑到输送物料对管线的磨损及取压点易堵塞，取压点采用带吹扫的烧结金属取压装置 ，温度则测量管道壁温。

2.2 粉煤质量流量的计算2.2.1 粉煤净密度的修正- 射线密度测量仪测量值为管线中粉煤与氮气混合物的平均密度。为了修正测出的粉煤密度而获得粉煤的净密度，氮气的密度应从测量的混合物平均密度中扣除。为此 ，需要测出粉煤输送管线 中的温度和收稿 日期 ：2013-01-14作者简介：李克海(198O- )，男，回族，宁夏海原，工程师，学士，2002年本科毕业于西北轻工业学院应用化学专业，现主要从事煤化工工艺方面工作，E-mai 1：1 ikehai2002###163.com。

～ 62～ 煤 化 工 2013年第 3期压力，通过温压补偿计算氮气密度。氮气密度温压补偿计算拈见图 l。

P(压力)删 - 由.～ ：(温度)图 1 氯气密度温压补偿计算拈操作工况下氮气密度修正计算公式见式(1)。

p P№标况)× ×101)x273/(T273) (1)式中： - 操作工况下氮气密度，kg/m。； 操作温度，℃；p--操作压力，MPa(g)； (标况)--标准状况下氮气密度 ，kg/m。

2.2.2 流态粉煤中净粉煤密度的计算公式推导如下 ：假设单位操作工况物料体积中粉煤体积数为 ，则有 ：P测X 1 p№×(1- )p煤真×：(P测-p№)/(p煤真-P№)所以P净煤p煤真X(p测-p№)/(p煤真-p№) (2)式中：p净煤--物流中粉煤密度净值，kg/m。；p煤真--煤结构密度，-般取 l 400 kg/m。，最好使用实际煤种的数据；P测-- 射线密度测量仪实测密度，kg/m。。

综上所述，实际的流态粉煤中净粉煤密度在 DCS中采用式(3)计算 ：～l 400X[p-341.25 X101)×273/(T273)J r P净煤～-兀 丽 丽厂2.2.3 质量流量的计算粉煤的质量流量为粉煤净密度和测量流速及输送管截面积之积。粉煤质量流量计算公式见式(4)。

Q-p净煤× 测×A (4)式中：p--粉煤质量流量，kg/s；V测--速度感应器的实测流速 ，m/s；A--煤进料管线内侧面积 ，mz。

2.3 粉煤质量流量的控制系统粉煤质量流量测量及控制设计如图 2所示。

为实现粉煤质量流量控制 ，被控变量采取直接指标控制，也即直接控制粉煤质量流量。粉煤质量流量控制器 FIY1控制质量流量控制 阀 FV1，通过改变阀门开度实现控制；考虑到装置负荷变化及粉煤质量流量与氧气的配比，粉煤质量流量与氧气质量流量构成比值控制回路。

粉煤流速由速度控制器 SIC1(主控制器)和FIC2(从控制器)通过串级控制的方式，调节物流中的氮气流量加以控制。由于气化炉在开车期间，操作压力逐密度低联锁 速度低联锁氧气流量信号图 2 粉煤质量流量测量及控制设计图渐升高 ，而上游氮气压力是稳定的 ，所 以控制阀 FV2必须能在较宽的差压范围内运行。速度控制器设定点作为装置负荷的函数，以保证装置高负荷运行时，降低物料对设备及管道的磨损 ，低负荷运行时，维持粉煤输送所需的最小流速，以满足介质流型要求。

2.4 其他相关设置考虑到整个气化系统的安全运行，还需设置专门用于系统联锁保护的 -射线密度计和速度计，以指示粉煤管线内有无流量。速度计用于粉煤质量流量测量系统出口管路堵塞的监测， -射线密度计用于低粉煤流量的监测。

如果由于某种原因，速度感应器下游的输送管线出现堵塞，过量的氧气就会进入气化炉，气化炉内形成过氧燃烧 ，导致气化炉 内烧嘴区域超温 ，因此设置了粉煤流动低速度跳车联锁保护。而-旦测量系统上游的输送管线堵塞或粉煤给料罐出现架桥，气化炉进料系统中实际氧 /煤比将会超过理想值 ，气化炉内同样会形成过氧燃烧 ，导致气化炉内烧嘴区域超温，因而设置了低密度跳车联锁保护。

3 结束语精确测量和控制粉煤流量是粉煤气化进料控制设计中的关键，关系到装置运行的好坏。上述粉煤质量流量测量及控制系统设计在已投产的粉煤气化装置中实践运行，证明其是可行的、也是成功的。

2013年 6月 李克海 ：粉煤气化中粉煤质量流量测量及控制设计 -63-Measurement and Control Design of the Coal Mass Flow in Pulverized Coal Gasification ProcessLi Kehai(SINOPEC Ningbo Engineering Co.，Ltd.，Ningb0 Zhejiang 315103，China)Abstract The importance of the measurement and control of the pulverized coal feed in the pulverized coal gasifica--tion process was introduced and the hardware configuration for the flow measurement and control system was elaborated，focusing on the analysis of the calculation basis，formula，methods for realizing the functions，matters calling for attention，system interlocking，safety protection of the measurement of the mass flow of the pulverized coal and the control design。

Practice test proved that the design of the system in question was advanced and reliable，which was a guarantee for conti-nuous，safe and stable operation of the facility。

Key words pulverized coal gasification，mass flow，measurement，control，design～ ～ - ～ ～ (上接第 60页)Cause Analysis and Repair of Cracks in the W elded Joints of the Gas-liquid SeparatorPan Desheng ，Sun Fenggang2，Zhang Xianzhou ，Wang Fulinf，Zeng He and Wang Jun(1.Shandong Hua1u-Hengsheng Chem.Co.，Ltd.，Dezhou Shandong 253024，China；2.Shandong Hualu-Hengsheng Group，Dezhou Shandong 253024，China；3.The Dezhou Chemical Equipment Engineering Co.，Ltd.，Dezhou Shandong 253024，China)Abstract Cause analysis was made on the cracks in the connecting pipes between the high--strength steel and dis--similar steel of the gas-liquid separators in the coal gasification unit.After adopting the right welding materials and work-ing out a feasible repair program，the welding turned out to be a success at the very first trial，and no defect was found inthe inspection after the welding。

Key words gas-liquid separator，dissimilar steel welding，crack，repair煤化工产业动态 ：标题新闻·2013年 4月中旬，山西潞安集团新疆公司60万 t/a褐煤提质项目点火试运行。

·国家十二五”重点攻关项目、山西省重大转型标杆工程--潞安集团高硫煤清洁利用油化电热-体化示范项目正在加快建设∝至4月底，该项目累计完成投资额 32亿元，全年计划完成投资 8O亿元。

·4月 18日，石家庄市井陉矿区举行 15万t煤焦油轻质化项目开工仪式。

·5月 14日，山西中晋太行矿业有限公司与伊朗MME公司在太原签约，将引进全球最先进的气基法直接还原铁工艺技术和设备，在太行老区左权县龙泉产业创新示范园建设 30万 t级直接还原铁核心项目。

·据中国海关总署统计 ，从 2008年至 2012年的 5年间，中国煤炭进 I1量从 4 040万 t，-跃上升到了 2.89亿 t。

2013年 1-5月份，中国煤炭进口量 1.36亿 t，同比增长 20.9%。

·5月 16日，山东铁雄冶金科技有限公司总投资 1.426亿元的 125 t/h干熄焦工程顺利竣工投产。

·5月24日，云南省富源县华鑫能源开发有限责任公司焦炉煤气甲烷化制天然气装置完成 1个月的试运行，目前已产出合格液化天然气(LNG)和压缩天然气外售 。

·伴随着宏观经济形势的走弱和大宗商品价格的下行，国内甲醇价格近期出现了加速下跌走势。以西北地区为例，当前甲醇出厂价普遍只有 1 700元 /t～2 100元 /t，创 2010年以来新低。

·5月28日，河北邯郸峰峰集团峰煤焦化公司成功投产 200万 t/h干熄焦装置。

·据有关方面数据，2013年 1-5月，全国煤炭产量同比下降2.8%，其中5月份下降6.3%。

·2013年 6月 6日，山西润锦化工焦炉煤气综合利用多联产项目在美锦能源集团交城工业园区开工。该项目采用湖北宜化技术，利用美锦焦化厂产生的焦炉煤气生产LNG(液化天然气)、合成氨和尿素，为焦炉煤气的综合治理和利用做出示范。 (全国煤化工信息站编辑整理)