,,

【摘要】通過電磁流量計在氣流床氣化的實際應用，以及在使用前利用標定罐稱重計量系統準確標定，并與德國進口流量計進行了對比，證明了電磁流量計在高壓密相輸送工況條件下計量的可行性，同時電磁流量計在實際質量流量的計量中具有無核輻射、操作維護簡單、反應靈敏、數據可靠等優點。

引言

氣流床煤氣化技術是潔凈煤利用的關鍵技術，其按照進料方式不同，可分為水煤漿氣化與干粉氣化。水煤漿氣流床氣化技術相對成熟，但粉煤氣流床氣化爐具有高碳轉化率、良好的煤種適應性、有效氣成分高、氧耗與煤耗低等優勢，因此粉煤氣化技術的應用前景被看好[1]。我國已經引進并研發出多種粉煤氣流床氣化爐，并不斷摸索其生產工藝，以提高運行周期。

目前，已有的粉煤氣化工業裝置只實現了粉煤在中低壓下的加壓及穩定密相輸送，因而實現粉煤在更高壓力下加壓及密相輸送，將是一個工程難題，其中如何準確計量煤粉輸送流量至關重要，關系到實驗數據的采集、分析，對實驗的準確性和真實性起決定作用。

2 粉煤流量測量

煤化工工藝中，準確、實時監測個煤粉管線內煤粉輸運狀態，對確保氣化爐各噴嘴均勻進煤，維持氣化爐反應穩定，避免氣化爐溫度波動，以及確保氣化爐生產效率及安全具有重要意義。

電磁流量計的測量通常都是采用積算的方式進行粉煤流量實時在線測量，需要先測量出粉煤在管道內的實時流速、密度，由計算公式（1），實時計算出粉煤流量。流量=流速×密度×管道橫截面積（1）對于粉煤密度的測量，有核射線檢測技術和非核檢測技術兩類[2]。

兩類測量技術的精度均能滿足生產需求，但是有核射線檢測儀器帶有放射源，屬于國家管制類設備，購買、使用、維護、報廢處理復雜、成本高、管理責任重大。所以在滿足生產要求的情況下，一般采用非核檢測技術。

對于粉煤速度測量，通常有靜電測量技術、電容測量技術。靜電測量技術通過對煤粉在管道中運動時，相互摩擦產生的靜電荷信號分析，來計算煤粉的運動速度。其速度測量結果的穩定性取決于靜電荷信號的大小，及其容易受到現場工況的影響，如：粉煤的粒徑、溫度、濕度、運動速度等，測量結果穩定性差。

電容測量技術是在管道壁兩側布置一對電容極板，把煤粉看作電容極板間的電介質，通過分析等效的電介質變化來分析粉煤流體信息的變化，從而測量粉煤的運動速度。其穩定性比靜電測量技術稍好。

本裝置采用電磁場測量技術，是通過在管道一側壁主動發射電磁波，電磁波穿透管道煤粉后到達另一側壁的接收器，在穿透過程中，把煤粉流態信息攜帶出來，進一步分析之后，計算出粉煤的運動速度。由于該技術主動發射能量恒定的電磁波，因此，測量結果不受現場工況變化的影響，測量的穩定性#佳。電磁場電磁流量計是專門針對氣固兩相流而開發的測量儀表，該測量儀適用于密相輸送工藝，通過在測量管中產生一個高頻、交流、均勻的電磁場來測量固體物料通過管道截面的平均流速和濃度，從而計算出固體物料在管道中的流速（m/s）、濃度（kg/m3）、質量流量（kg/h 或 t/h），并且輸出對應上述測量值的三路好立的 4～20mA 電流信號。

3 高壓密相輸送

粉煤密相輸送是利用高壓氣體（氮氣或者二氧化碳）作為輸送動力，推動粉煤實現氣固兩相流動。密相輸送管道中固體物料幾乎呈聚集堆積狀態，管道中氣流的速度很低，粉粒的流動不是依靠氣流的動壓裹挾，而是靠氣體靜態的擠壓將物料沿管路輸送。

本工業裝置為粉煤氣流床氣化工藝，密相輸送系統核心設備為高壓發料罐。發料罐從頂部進料，底部充壓，底部出料。發料罐將充壓口設在錐體底部，充壓的同時還能使粉體充分流化，充壓結束后形成疏松的堆積狀態，發料順暢，避免密相輸送管路堵塞風險。

密相輸送過程可分為充壓，穩壓，輸送三個步驟。充壓時，高壓氮氣通過發料罐底部充壓口進入發料罐，對發料罐進行快速充壓，同時對罐內粉煤充分流化。當發料罐壓力略低于設定輸送壓力時，停止充壓。高壓氮氣通過發料罐頂部的穩壓口進入發料罐，通過穩壓調節閥控制氣量，緩慢充壓至設定輸送壓力，保證發料罐與氣化爐的壓差穩定在設定壓差。輸送壓差穩定后，發料罐出口管道通入少量的輸送氣，同時開啟發料罐底部的切斷閥，粉煤在輸送氣的引導下進入輸送管道，以壓差為動力，克服自身重力和管道摩擦，從發料罐底部出發，沿輸送管道，從下到上輸送到氣化爐內，實現粉煤高壓密相穩定輸送。

4 稱重計量標定

本工業裝置采用高壓稱重計量系統，利用標定罐模擬氣化爐的高壓工況條件，標定罐需要保持與氣化爐相同壓力來接收發料罐發出的粉煤。

高壓稱重計量系統主要包含高壓標定罐和重量計量系統。該高壓標定罐主要包括進料口，出料口，底部充壓進氣口，頂部放空穩壓口。重量計量系統采用壓力傳感方式計算整個標定罐對應的壓力并轉換為重量。標定罐所連接的管路全部采用耐高壓軟連接，以降低硬金屬管道應力對稱重系統的影響。重量計量系統包含四個壓力傳感器，選擇四點測量法，均布于標定罐四周，測量點之間成正方形且位置上保持水平。

高壓標定罐通過底部進氣口充壓至與氣化爐相同的壓力，然后等待接收發料罐粉煤，當粉煤由發料罐發出，沿輸送管道通過進料口進入高壓標定罐，開啟頂部穩壓口調節閥進行放空，穩壓高壓標定罐壓力，保持壓力不變，模擬發料罐向氣化爐輸送過程，當輸送穩定后，通過重量計量系統記錄標定罐重量的變化，標定罐每小時重量的累積量，即為粉煤的輸送流量。通過高壓稱重計量系統修正速度和密度測量值，完成對粉煤流量計的在線標定。

5 流量計對比

通過將電磁流量計和德國進口電容式流量計同一管線串聯安裝，然后對粉煤輸送流量曲線進行了對比，如圖 1 所示。電磁流量計長時間變化趨勢與德國進口流量計保持一致，且細節變化也保持一致，響應速度優于德國進口流量計，能夠快速、準確反映煤粉輸送情況。 6 結論

電磁流量計，粉煤密度和速度測量均采用電磁場測量技術，屬于非核檢測技術。通過高壓稱重計量系統對粉煤流量計的標定，實現了粉煤高壓密相輸送的準確測量。該測量技術方案是目前高壓密相輸送工藝上#為先金的技術方案，標定過程簡單，儀器測量性能穩定可靠，使用、維護簡單、方便。