煤粉流量测量技术及应用

    0　引　言

    在工业生产过程中,两相流量是一个极为重要且测量难度较大的参数。特别对于干煤粉气化工艺的密相输送系统来说,煤粉质量流量的测量尤为重要,不仅关系磨煤工序的控制参数,更直接参与气化过程的氧煤比,直接影响气化效率及工艺安全和工艺指标。目前市场上主要有差压测量、微波测量、密度速度测量等手段,对于煤化工来说,主要采用密度速度测量技术。

    1　测量技术

    1.1　差压测量技术

    差压法的原理是将气固两相流看做是一个“均匀”的流体,当流体经过管道或文丘里装置时,会产生相应压力降,根据流动过程中产生的差压与质量流量的关系即可测量两相流中的固体质量流量。

    1.2　微波测量技术

    微波固体流量测量仪采用雷达原理和多普勒特性来进行固体质量流量的测量。传感器采用微波技术,通过和管道的特别连接,产生一个测量场,并向被测固体微粒发射低能量微波信号,信号散射回来并被传感器接收。传感器工作就像粒子计数器,记录每个单位时间内流动的微粒数量。由于采用特定的频率,故仅流动的微粒能被测量而堆积的微粒不被测量,从而保证测量的精确性。

    1.3　密度速度测量技术

    在气固两相流中,固体颗粒的质量流量是气固两相流速度和密度的函数,所以密度速度测量技术原理即为将流体速度和密度分开检测,然后计算质量流量。

式中　q_m(t)———平均质量流量,kg/s;A———煤粉管道截面积,m²;v(t)———煤粉瞬时速度,m/s;ρ_sb(t)———煤粉瞬时密度,kg/m³。

    2　密度速度测量系统配置及应用

    依据国内某大型煤化工气化工艺中的应用实例,对密度速度测量系统配置进行说明:工况为测量煤粉质量流量,介质形态为气固两相,温度为80℃,压力为4.3 MPa(G),介质密度为0~600 kg/m^3,速度为0~12 m/s。

    该系统由核密度计、电容式速度计、二次仪表组成,具体配置如图1所示。

    2.1　核密度计

    核密度计由放射源和检测器组成,测量管道中物料的密度值。

   放射源在大部分应用场合可选用Cs137,但当需要高能量场合时,需选用放射源Co60。同时因为放射源的辐射性,放射源被双层密封在铅罐中,以满足美国核管制委员会(NRC)的安全要求。

    核密度计使用闪烁型探测器来测量放射源的辐射到达量。该探测器由一个特殊的塑料闪烁体材料、光电倍增管及相关电子器件组成。当闪烁器接收到射源辐射时,会发出微小光闪烁。一定厚度的样品对射线的吸收量与该样品的密度有关,而射线检测器的信号则与该吸收量有关。当管道内介质密度发生改变时,更多的γ射线被介质吸收,到达检测器的能量随之改变从而引起闪烁器的光脉冲减少,利用动态追踪处理技术和光电倍增管检测器将光脉冲转变为电脉冲,便可测出介质的密度。