14氨肥技術(shù)2008年第29卷第5期粉煤氣力輸送在殼牌煤氣化中的應(yīng)用邱晉剛(河南龍宇煤化工公司永城476600)摘要簡(jiǎn)要介紹粉煤氣力輸送的兩種流動(dòng)形式,重點(diǎn)介紹殼牌煤氣化粉煤輸送系統(tǒng)及其控制回路,并就系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題和解決方法進(jìn)行了總結(jié)。關(guān)鍵詞粉煤氣力輸送速度密度1概述顆粒全部懸浮,均勻分布于氣流中,呈現(xiàn)懸浮流氣力輸送是指利用氣流的能量,在密閉管道狀態(tài);氣速減小到臨界值(沉積速度)時(shí),顆粒將內(nèi)沿氣流方向輸送顆粒狀物料,是流態(tài)化技術(shù)的開始在管壁下部沉積,整個(gè)管的截面上出現(xiàn)上部一種具體應(yīng)用。工業(yè)上常用粉體密相輸送形式，顆粒稀 薄,下部顆粒密集的兩相流動(dòng)狀態(tài);當(dāng)氣在水泥廠物料輸送、電廠粉煤灰輸送、鋼鐵廠高速進(jìn)一步降低時(shí),將有顆粒從氣流中分離出來沉爐煤粉噴吹系統(tǒng)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。于管底部,形成“小砂丘”向前推移,產(chǎn)生團(tuán)塊流。近年來,高壓粉煤濃相輸送逐漸興起,應(yīng)用此時(shí)流道截面減少,在沉積層上方氣流仍按沉積于煤化工加壓氣化工藝領(lǐng)域，成為粉煤加壓氣化速度運(yùn)行。工藝過程的核心技術(shù)之- -。國際上商業(yè)化的氣流在垂直管道中作向上氣力輸送,氣速較高時(shí)床粉煤加壓氣化技術(shù)如Shell、GSP氣化技術(shù)等均顆粒分散懸浮于氣流中。在固體顆粒量- -定時(shí)降采用較大管徑、濃相輸送方式將粉煤送人氣化低氣速,管道中固體含量隨之增高。當(dāng)氣速降低爐，其輸送管內(nèi)徑約為40 ~ 50mm,固氣比高達(dá)到臨界值(噎塞速度)時(shí),氣流已不能使密集的顆300 ~ 500kg/m2。例如在SHELL煤氣化裝置中,利粒均勻分散,顆粒匯合成柱塞狀,出現(xiàn)騰涌現(xiàn)象,用氮?dú)庠诟吖虤獗葪l件下，將粉煤加壓到約壓力降急劇升高。這是垂直氣力輸送的氣速下4.0MPa,連續(xù)地輸送到氣化爐中進(jìn)行反應(yīng),而其限。粒徑均勻時(shí)顆粒的沉積速度與噎塞速度基本產(chǎn)出合成氣中氮?dú)鈨H占約4%,如此高的固氣比相同。已經(jīng)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)氣力輸送領(lǐng)域50 ~ 100kg/m2的范非栓塞式密相氣力輸送管道截面圖見圖1。圍。關(guān)于粉體的密相輸送,雖然有許多有價(jià)值的研究成果，但是對(duì)于其輸送機(jī)理的了解不夠深人、設(shè)計(jì)方法不很成熟,特別是對(duì)于粉煤加壓氣界面化工藝,可借鑒的資料和經(jīng)驗(yàn)更少見?；瑒?dòng)休層2密相氣力輸送理論與實(shí)踐上世紀(jì)初很多行業(yè)就開始研究密相氣力輸(a)橫截面(b)軸截面送,對(duì)其流動(dòng)模型及機(jī)理進(jìn)行了分析,分為非栓圖1非栓塞式密相氣力輸送管道截面圖塞式和栓塞式兩種流動(dòng)形式。由上述分析看出,要想得到完全懸浮的氣流2.1非栓塞式密相氣力輸送輸送狀態(tài),必須有足夠的氣流速度。但氣速過大非栓塞式密相氣力輸送主要是密相動(dòng)壓輸會(huì)造成輸送阻力、管道磨損急劇上升,所以也不送,物料在管道內(nèi)非均勻分布,呈密集狀態(tài),但管可取。道并未被物料堵塞，而仍靠空氣動(dòng)能來輸送,氣2.2 栓寒式密相氣 力蝓逆流速度一般為8~ 15m/s，固氣比一般在30~中國煤化工靜壓輸送,物料70kg/m2'之間。在輸HC N M H G全之間充滿了空通常認(rèn)為在水平管道中,當(dāng)氣流速度很大時(shí)氣,完全依靠?jī)啥说撵o壓差推動(dòng)前進(jìn)。這種輸送第5期邱晉剛:粉煤氣力輸送在殼牌煤氣化中的應(yīng)用5方式氣流速度在8m/s 以下，輸送壓力一般為管壁上。下層為粉煤沉積相,濃度較高而完全不0.2MPa左右,固氣比在25 ~ 250kg/m3之間。透光,只可見分界面呈波浪狀的軸向運(yùn)動(dòng)。a圖為在水平密相輸送的流動(dòng)過程中,料栓前面的管內(nèi)氣流速度較大、固相濃度較低時(shí)分界面較為空氣栓上層是分散顆粒，下層是靜止的料層;料清晰的狀況。. 上層空間有稀相粉煤呈漂移狀流.栓向前移動(dòng)時(shí),堆起前面的靜止料層,同時(shí)又在動(dòng),下層有沙丘狀煤團(tuán)在煤層表面流動(dòng),二者分其后留下一定量的物料。料栓堆起的物料等于留界面并不平整。b、c分別為氣流速度較小、固相濃下的物料時(shí),料栓穩(wěn)定輸送,平衡被破壞時(shí)可能度較高時(shí),同- -輸送過程的不同時(shí)刻的粉煤流動(dòng)形成長(zhǎng)料栓或料栓破壞。形態(tài),管內(nèi)分界面高度有明顯的起伏變化，有時(shí)栓塞式密相氣力輸送管道截面圖見圖2。會(huì)出現(xiàn)局部粉煤幾乎充滿管道的狀態(tài)。料栓移動(dòng)方面在流化氣量偏小時(shí),管底粉煤個(gè)別時(shí)刻處于分散的小顆粒靜止或極低速滑動(dòng)狀態(tài),滑動(dòng)的粉煤之間有絲絲十-裂縫,粉煤的流動(dòng)減小并且不連續(xù),甚至短時(shí)間內(nèi)中斷,此時(shí)管內(nèi)壓力波動(dòng)劇烈,可視段的壓降靜止層料栓值減小。粉煤輸送完畢時(shí)管底會(huì)沉積0.1 ~ 0.3D圍2栓塞式密相氣力輸送管道截面圉厚的粉煤層,再想使這層靜止的粉煤流動(dòng)就必須加大吹掃氣量，否則易造成粉煤緩慢分段推進(jìn),2.3最新實(shí)驗(yàn)研究( 見圖3)華東理工大學(xué)煤氣化實(shí)驗(yàn)室在中39mm的管因缺乏動(dòng)力而堵塞管道。道中，進(jìn)行了濃相氣固兩相流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)研究。3殼牌煤氣化粉煤輸送系統(tǒng)通過石英玻璃管觀察管道中的粉煤流型,發(fā)現(xiàn)濃.1 輸送流程簡(jiǎn)介相輸送時(shí)流動(dòng)形態(tài)以分層流為主,管內(nèi)下層粉煤在殼牌干煤粉加壓氣化裝置的供煤系統(tǒng)中,濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上層,以密集沉積狀態(tài)流動(dòng),上首先將煤粉加壓到4.6MPa并送到高壓煤粉給料層粉煤以稀相懸浮態(tài)流動(dòng)。雖然上、下層的分界罐中，然后通過密相輸送系統(tǒng)將煤粉送到煤噴面比較清晰，但由于管內(nèi)湍流程度較大,該分界嘴。系統(tǒng)中共有兩套給料罐,每個(gè)給料罐同時(shí)向面處于劇烈而快速變化之中。同時(shí)沿軸向運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)燒嘴供煤,輸送固氣比約為480k/m2.粉煤存在明顯的不規(guī)則的徑向脈動(dòng);多數(shù)時(shí)間.高壓氮?dú)夥謨陕愤M(jìn)人給料罐,一路從給料罐里,粉煤在氣流作用下對(duì)管壁的沖刷呈秒級(jí)的周上部補(bǔ)充進(jìn)入，使給料罐的壓力穩(wěn)定在4.6MPa,為粉煤下料提供穩(wěn)定背壓;另- -路從給料罐下部期性波動(dòng)。進(jìn)入,作為粉煤流化氣。粉煤在背壓推動(dòng)和流化作用下,進(jìn)人輸煤管道。輸煤管道上設(shè)置有粉煤流量調(diào)節(jié)閥,調(diào)節(jié)閥開度變化時(shí)會(huì)使進(jìn)入管道的粉煤質(zhì)量流量同步變化。對(duì)粉煤還設(shè)置了速度調(diào)(a)u=53kg*kg',Ug=9.1m's-'節(jié)回路,是通過控制補(bǔ)充氮?dú)饬髁縼韺?shí)現(xiàn)的。如下圖4所示。.3.2輸送系統(tǒng)中主要控制回路3.2.1粉煤速度測(cè)控(b)u=136kg-kg",Ug=3.5m.s"對(duì)于粉煤速度的測(cè)量,有多普勒相關(guān)法、空間濾波核磁共振示蹤法等方法。其中以相關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ)的速度測(cè)量系統(tǒng),尤其是靜電式相關(guān)測(cè)速儀,在先進(jìn)性、重復(fù)性、可靠性和低成本等方面(c)u=136kg-kg",Uk=3.5m.s4具有突出優(yōu)越性.在T業(yè)H得到了廣泛應(yīng)用。圈3氣固兩相流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)圄中國煤化工都體顆粒的靜電輸送管內(nèi)分為懸浮相和沉積相兩種狀態(tài),在化!YHC N M H G于顆粒之間以及上層懸浮相中粉煤量較少,并有一些粉煤附著在顆粒與 管壁之間的碰撞和分離,顆粒上將產(chǎn)生靜16氮肥技術(shù)2008年第29卷測(cè)量值偏大。所以速度計(jì)應(yīng)首選安裝在垂直管道上,尤其對(duì)于高濃度和低流速顆粒來講,這樣會(huì)去煤燒嘴使粉煤流動(dòng)平穩(wěn)波動(dòng)更小,測(cè)量結(jié)果比較準(zhǔn)確。IN對(duì)于粉煤的速度控制,是通過調(diào)節(jié)給煤管線的送風(fēng)流量來實(shí)現(xiàn)的。該回路由粉煤速度-氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)組成-一個(gè)串級(jí)回路,以粉煤速度為主調(diào)節(jié)參數(shù),通過副回路調(diào)節(jié)氮?dú)饬髁?來實(shí)現(xiàn)粉煤粉煤給料罐速度的控制。3.2.2質(zhì)量流量控制-N:圓要想得到粉煤的質(zhì)量流量,還必須測(cè)量出粉中化氣圖-圓煤的密度。其計(jì)算公式是:粉煤質(zhì)量流量(kg/s)=圖粉煤補(bǔ)償后密度(kg/m2) x粉煤速度(m/s) x管道截面積(m2)。調(diào)節(jié)氣對(duì)于粉煤的密度采用放射儀表來實(shí)現(xiàn),在管良粉煤流量調(diào)節(jié)道-端放置Cs137放射源,在管道的另- -端放置接收器,當(dāng)射線穿過管道時(shí),會(huì)受到粉煤和氣體圍4殼牌煤氣化粉煤輸送流程簡(jiǎn)囝的吸收作用而產(chǎn)生衰減,衰減程度取決于粉煤和電荷。而在靜電速度計(jì)中有兩條相距L的金屬圓氣體密度。所以應(yīng)該對(duì)粉煤密度進(jìn)行補(bǔ)償,剔除環(huán)(見圖5),當(dāng)顆粒經(jīng)過第-個(gè)金屬圓環(huán)時(shí),將引掉輸送氣體的衰減影響,就可以得到準(zhǔn)確的粉煤起靜電場(chǎng)的波動(dòng)，圓環(huán)上感應(yīng)電勢(shì)隨之變化而產(chǎn)密度值。根據(jù)上述公式就可計(jì)算出粉煤質(zhì)量流生-個(gè)信號(hào)波形,- -定時(shí)間后這部分顆粒到達(dá)下量,此數(shù)值和粉煤稱重計(jì)量值對(duì)比、校準(zhǔn)后才會(huì)-金屬環(huán),仍然會(huì)產(chǎn)生近似的波形。傳感器內(nèi)置得到準(zhǔn)確的質(zhì)量流量。的數(shù)字處理器分析這兩段波形,認(rèn)定為同-部分粉煤的質(zhì)量流量是通過粉煤調(diào)節(jié)閥的開度粉煤。并根據(jù)交叉糾正算法得出粉煤在兩金屬環(huán)來控制的,此調(diào)節(jié)閥為專門制造,閥門內(nèi)襯高硬間花費(fèi)的時(shí)間i,根據(jù)V=L/t便可以計(jì)算出粉煤度碳化鎢材料,閥芯完全采用碳化鎢制造,能夠流動(dòng)速度。耐粉煤長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)烈沖刷和腐蝕。3.2.3給料罐壓力控制通過由進(jìn)口和出口兩個(gè)調(diào)節(jié)閥組成的分程調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)給料罐壓力上升時(shí),輸出增加。經(jīng)過分程器后輸出到進(jìn)出口兩個(gè)調(diào)節(jié)閥。如圖6所示,當(dāng)給料罐壓力上升時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出增加,此時(shí)氨氣人口閥逐漸關(guān)小以減小進(jìn)氣量,降低給料罐壓力;在45% ~ 55%之間存在一個(gè)死區(qū),此時(shí)進(jìn)口閥和出口閥均關(guān)閉;當(dāng)輸出>55%時(shí)，出口閥↓逐步打開而泄放給料罐內(nèi)的氣體,使給料罐壓力閥開度.速度狀態(tài)信號(hào)輸出100圈5靜電速度計(jì)測(cè)控原理圈進(jìn)口閥門出口閥門需要注意的是，靜電速度計(jì)只有在流動(dòng)穩(wěn)定、顆粒分布均勻時(shí),才能獲得理想測(cè)量效果。當(dāng)中國煤化工1輸出信號(hào)速度計(jì)在水平管道測(cè)量時(shí),由于下部顆粒濃度較大甚至發(fā)生沉積，流通截面積減小,會(huì)導(dǎo)致速度.YH.CNMHG圖6紹科喝 壓刀控制圖第5期邱晉剛:粉煤氣力輸送在殼牌煤氣化中的應(yīng)用17下降。4.3 壓力閥門磨損3.2.4粉煤給料罐流化 氣控制在粉煤給料罐的壓力調(diào)節(jié)回路中，由于放采用流量-差壓超馳調(diào)節(jié),當(dāng)處于正常狀態(tài)氣閥的頻繁動(dòng)作，其閥芯受到粉煤的劇烈沖刷，時(shí),由兩側(cè)進(jìn)人給料罐的N2流量調(diào)節(jié),使粉煤經(jīng)很短時(shí)間內(nèi)就會(huì)損壞而報(bào)廢。為了減少不必要的充分流化后進(jìn)人輸煤管道。當(dāng)?shù)?弋總管與給料罐損壞,就必須避免放氣閥的頻繁開啟。內(nèi)部差壓過大時(shí)，差壓調(diào)節(jié)器則取代流量調(diào)節(jié)據(jù)此原則對(duì)控制方案進(jìn)行改進(jìn),增加對(duì)放氣器,關(guān)小氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥開度,防止高壓氮?dú)鈱?duì)給料閥壓差調(diào)節(jié)器。當(dāng)給料罐與氣化爐壓差<罐內(nèi)部設(shè)備造成損壞。0.75MPa時(shí),壓差調(diào)節(jié)器輸出為零,放氣閥無法打4輸送系統(tǒng)運(yùn)行狀況小結(jié)開;而當(dāng)壓差>0.75MPa時(shí),壓差調(diào)節(jié)器逐步輸出在我公司的2 100 tld殼牌煤氣化裝置中,粉增大,放氣閥才會(huì)打開。更改后的實(shí)踐證明,放氣煤輸送系統(tǒng)自2008年2月肝始運(yùn)行以來,到目閥的開啟次數(shù)大為減少,有效延長(zhǎng)了放氣閥的使前一直保持穩(wěn)定運(yùn)行。但由于粉煤輸送性質(zhì)的特用壽命。殊性,在運(yùn)行過程中也出現(xiàn)了-一些問題。4.4閥門卡堵4.1速度計(jì)失靈在輸送系統(tǒng)運(yùn)行過程中,曾經(jīng)發(fā)生煤流量調(diào)粉煤輸送系統(tǒng)運(yùn)行中,出現(xiàn)的較大問題在于節(jié) 閥卡堵的現(xiàn)象,經(jīng)拆檢閥門后發(fā)現(xiàn)管道中夾雜速度計(jì)指示失真，表現(xiàn)為指示值漂移到極限,無有金屬、石頭等雜物。后來對(duì)于粉煤的質(zhì)量加強(qiáng)法判斷真實(shí)的粉煤流量,嚴(yán)重影響煤氣化裝置的監(jiān)控,杜絕磨煤機(jī)中混入金屬、石頭等雜物,再未安全運(yùn)行。對(duì)此進(jìn)行了多方面分析結(jié)合其它廠發(fā)生此現(xiàn)象。另外對(duì)粉煤流量調(diào)節(jié)閥，要保持閥家的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為可能的原因是煤粉粒徑較芯處的反吹氣量,使閥芯保持清潔狀態(tài),否則也小、水份大、溫度低等,造成粉煤粘附在管壁上,會(huì)出現(xiàn)堵塞調(diào)節(jié)閥的現(xiàn)象。使速度計(jì)根據(jù)相關(guān)性原理而無法正常工作。4.5 氮?dú)饧尤肓繉?duì)此分別采取了提高粉煤溫度、加大粉煤粒在流化氣調(diào)節(jié)以及速度調(diào)節(jié)中,氮?dú)獾募尤藦健⒔档头勖核莸却胧?。一方面將磨煤機(jī)出口量是一個(gè)重要的參數(shù)。當(dāng)?shù)獨(dú)饬窟^小時(shí)會(huì)導(dǎo)致溫度由70C提高到90C以上,并對(duì)粉煤管線進(jìn)粉煤無法正常流化流動(dòng)，但過大的氮?dú)饬恳膊恍姓羝闊?使管道溫度保持在70心以上;其次可取，這樣不僅造成了巨大消耗,而且還會(huì)造成提高了粉煤和石灰石粉末的粒度,其中粉煤由原給料罐附屬設(shè)備(充氣錐、管道充氣器等)因?yàn)檫^來的粒徑<90μ m部分控制在90%以上，改為控壓而損壞。制在70% ~ 85%之間;最后將粉煤的水份指標(biāo)由5結(jié)束語原來的≤2.0%更改為0.2% ~ 0.5%之間。經(jīng)過以隨著國內(nèi)煤化工產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,粉煤加壓上處理措施后,速度計(jì)恢復(fù)了正常工作。氣化技術(shù)得到了跳躍式發(fā)展,粉煤氣力輸送也隨4.2 密度計(jì)問題之被廣泛應(yīng)用。經(jīng)過化工行業(yè)對(duì)其進(jìn)行的不懈研粉煤密度的測(cè)量采用γ射線儀表來完成,究和不斷改進(jìn),將使用中的問題逐步克服,就一在實(shí)際工作中常常發(fā)生大幅漂移。經(jīng)檢查原因主定會(huì)提高粉煤氣力輸送的發(fā)展水平,達(dá)到-個(gè)新要有兩方面，一方面由于粉煤管道直徑較小的應(yīng)用層次。(54mm),要求放射源和探頭的安裝精度極高,二者位置稍有偏移，就會(huì)造成射線強(qiáng)度的偏差,導(dǎo)參凈文獻(xiàn)致密度測(cè)量值產(chǎn)生較大誤差,所以要將放射源和1肖為國,郭曉鐳等.<工業(yè)級(jí)管道中粉煤依相流動(dòng)特性).《化工學(xué)報(bào)》,2007,11探頭固定牢靠。另一方面,接收器之前混人其他物體也會(huì)影2高敬國,徐德龍,趙江平.粉體密相氣力輸送理論與技響顯示值。曾發(fā)生雨水浸人管道保溫石棉,導(dǎo)致術(shù)進(jìn)展.《中國粉體技術(shù)), 199,5中國煤化工射線被保溫棉中雨水吸收，密度讀數(shù)值發(fā)生偏二波法測(cè)量固體顆粒差。后將保溫石棉拆除,并重新標(biāo)定密度儀表后YHCNMHG恢復(fù)正常。(收稿8期:2008 -07-17)