2017年08
月
国产非核煤粉流量测量技术及其在Shell 煤气化装置上的应用
梁伟(柳州化工股份有限公司自控分厂,广西柳州545002)白茂森（天津孚洛泰科技有限公司，中国天津300000）
摘要：对比分析了当前粉煤流量测量的主流技术，引进了天津孚洛泰公司自主研发的新型国产非核一体集成式煤粉流量计，对其原理和特性进行了分析，并在柳州化工Shell 煤气化装置现场应用，现场运行数据表明，该款国产SFM 型煤粉流量计测量性能完全满足Shell 煤气化装置现场生产的工艺需求，为Shell 煤气化装置的煤粉流量测量系统的升级换代提供了可靠保障。
关键词：煤粉流量测量；Shell 煤气化装置；气固两相流；质量流量
煤粉的密相气力输送是Shell 煤气化装置中的关键技术之一[1]。对于输送煤粉的悬浮密度、流动速度以及瞬时流量的在线、准确、稳定测量，对维持Shell 气化炉安全、稳定生产，确保良好性能指标至关重要。
1测量技术分析
粉煤气化工艺中的煤粉密相气力输送属于气固两相流形态，主要的测量技术有差压测量法[2]、微波反射式测量法[3]、电容法[4]、γ射线衰减法[5]、静电电荷法[6]、激光多普勒法[7]以及传热法
[8]
等。
1.1差压测量法
该方法采用文丘里等装置形成差压，但文丘里装置会在收
缩段和喉管段内壁粘附形成坚固垢层，造成相同输送压差下，输送量降低，文丘里管总压差增大，且文丘里管结构发生改变，测量精度进一步恶化。因此，并不适合气化炉煤粉流量测量。
1.2微波后向散射法
该方法采用雷达原理和多普勒特性来进行煤粉质量流量的测量。通常应用在火力发电厂一次风管道等管径大且输送密度较小的应用场景，对于小管径管道，微波在管道内形成多次反射，污染甚至湮没散射的微波信号，测量结果波动性大，精度差，甚至失效，不能满足气化炉生产需求。
1.3静电电荷测量技术
该技术易受现场工况因素变化的影响，现场煤粉水分含量的变化、煤粉运动速度的变化、温度的变化以及颗粒直径的变化，都有可能导致静电电荷减弱甚至被噪声湮没，现场传感器输出信号消失，测量失效。在现场稳定性方面存在着天生缺陷。
1.4电容法
该技术是Shell 气化炉上当前最常见的测量技术，已由美国热电公司形成工业用产品。其缺点是有效电容信号非常弱小，系统的寄生电容信号在受到现场干扰时会淹没有效电容信号
导致测量失效。
1.5γ射线衰减测量技术
该技术采用放射源释放的γ射线来进行煤粉的悬浮密度测量。其主要的缺点是放射源安全隐患大，维护费用高，且准确测量需要对密度计进行压力、温度补偿以及放射源衰减导致的零点漂移补偿，长时间的测量精度差。因此，无论是从经济性、安全性以及测量的准确可靠性，都属于即将被非核测量技术替代的落后技术。
1.6其余测量技术
其余测量技术如激光多普勒法、传热法等，由于耐磨性、恶劣工况下的适应性等各种原因，均无法形成粉煤气化装置现场的实用产品。
2新型非核一体式煤粉流量测量技术
由天津孚洛泰科技有限公司自主研发的新型SFM 非核一体式煤粉流量计，是国内首家在煤气化装置上成功应用的非核的速度、密度、流量一体式高密度集成的在线测量仪器，针对粉煤加压气化装置的密相煤粉输送的煤粉速度、悬浮密度以及煤粉流量测量，采用电磁波透射测量技术，解决了气化炉煤粉流量测量安全性、稳定性、准确度等方面的工业现场问题，实现了对粉煤气化装置煤粉管线中粉煤运动速度、悬浮密度及瞬时流量的准确、可靠测量，目前已在航天炉、Shell 炉等工业煤气化装置上成功应用，满足粉煤气化装置长时间生产工艺需求。
2.1测量原理
天津孚洛泰科技有限公司的SFM 非核一体式煤粉流量计的测量原理如下图所示：
图1、天津孚洛泰公司SFM 型非核一体式煤粉流量计测量原理图
1-煤粉密度传感器电磁波发射单元；2-煤粉密度传感器电
磁波接收单元；3-信号引线；4-金属屏蔽外壳；5-第二煤粉速度传感器接收单元；6-第一煤粉速度传感器接收单元；7，9-非金属测量内管；8-煤粉；10-传感器密封腔体；11-第二煤粉
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