CN102140371B - 一种可计量进料量及在线标定固体质量流量计的粉煤气化装置及其在线标定方法 - Google Patents

Abstract

一种可计量进料量及在线标定固体质量流量计的粉煤气化装置及其在线标定方法，包括干法进料及计量装置、固体质量流量计标定装置和粉煤气化炉。干法进料及计量装置包括依次相连的常压储仓、称重计量罐、间歇下料装置和发料罐。三通阀的入口与干法进料及计量装置的出口相连，三通阀的第一出口与该固体质量流量计标定装置管道的入口相连，三通阀的第二出口与粉煤气化炉相连接，输料管道上装有固体质量流量计。当三通阀与粉煤气化炉连接后形成供料流路；而当三通阀与固体质量流量计标定装置相连接时，则可进行该输料通道固体质量流量计离线标定。本发明可实现干法进料量的计量及固体质量流量计在线标定和验证，显著提高固体质量流量计标定精度。

Description

一种可计量进料量及在线标定固体质量流量计的粉煤气化装置及其在线标定方法

技术领域

本发明涉及一种干法进料反应系统的计量装置和固体质量流量计的标定装置及其含的系统，特别涉及一种可计量进料量及在线标定固体质量流量计的粉煤气化装置及其在线标定方法。

背景技术

采用干法进料的粉煤加压气流床气化技术具有煤种适应性广、设备使用寿命长、碳转化率高等优势，已成为众多企业选择气化工艺的主流技术之一。该技术中气化装置负荷和固态物料的质量流率是重要的工艺操作参数，目前气化装置负荷根据固态物料质量流率来进行计量，因此能否对固态物料的质量流率进行准确测量直接影响了生产装置的稳定安全运行。

该技术采用气力输送干法进料，目前已有许多可用于高压、在线测量固体质量流率的固体质量流量计。由于气力输送是气固两相流，管道内物料流动情况十分复杂，输送物料、操作条件等因素发生变化时会影响管道截面固相浓度分布的均匀性，从而影响固体质量流量计的准确测量，因此需及时对固体质量流量计进行标定。根据上述可知，气力输送时管道内气固两相流动复杂，因此，固体质量流量计采用称重法进行标定或验证。

现有的工业粉煤加压气流床气化技术中，固体质量流量计的标定主要是通过进料系统中的常压储仓对物料进料量进行称重，根据称重数据对输料管道上的固体质量流量计进行标定。但是，当反应装置处于运行状态时，常压储仓承担着接受来自磨煤系统进料以及向发料罐供料的功能，因此对固体质量流量计进行标定时必须停止该输料管道对反应装置的供料，若反应装置只有一路输料管道，则必须停止整个装置系统，离线进行称量标定。此外，常压储仓的称重系统量程较大，标定时间长，标定精度不高，不能满足粉煤固体质量流量计的精确标定要求。

由上所述可知，目前工业化粉煤气化装置存在以下问题：

(1)气化装置负荷计量不精确。目前气化装置负荷是根据固态物料质量流率来进行计量的，由于固态物料质量流量计测量的精度不高，造成气化装置负荷计量存在误差。

(2)固体质量流量计标定装置标定精度不高。目前工业化装置上用于固体质量流量计标定的常压储仓称重系统量程过大，在离线标定时不仅需要较长的标定时间，更给标定引入较大误差，难以满足粉煤质量流量计的精确标定要求。

(3)固体质量流量计标定装置不具备在线标定功能。目前工业装置上采用的标定装置不具备在线标定功能；当反应装置处于运行状态时，用于固体质量流量计标定的常压储仓在接受来自磨煤系统物料的同时，还承担着向其它储料仓供料的功能，从而无法对来自标定系统的物料进行称重。在多管路供料时，也需要停止单个或单对管路的供料才可进行固体质量流量计的标定，从而影响系统运行负荷。

(4)固体质量流量计标定装置不具备在线验证功能。目前工业装置不具有物料进料量计量装置，对进料量的计量也是通过对固态物料质量流率进行计算得到，因此气化装置运行过程中，无法根据气化装置负荷对固体质量流量计进行在线验证，从而无法及时判断固体质量流量计是否存在偏差。

以上种种因素影响了气化装置的安全和长周期运行。因此，亟待开发出一种可对干法进料量即气化装置负荷进行精确计量并对固体质量流量计进行在线标定和验证的高压气力输送标定验证装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服在于法进料的气力输送技术中气化装置负荷不能精确计量、无法在线标定的缺陷，提供一种可显著提高固体质量流量计标定精度的可计量进料量及在线标定固体质量流量计的粉煤气化装置及其在线标定方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种可计量进料量及在线标定固体质量流量计的粉煤气化装置，包括干法进料及计量装置、固体质量流量计标定装置和粉煤气化炉，其特征是：所述干法进料及计量装置包括依次相连的常压储仓、称重计量罐、间歇下料装置和发料罐；常压储仓接受并存储反应器物料，常压储仓上设有称重仪表；常压储仓内的物料经过称重计量罐输送到间歇下料装置，然后由下料装置输送至发料罐，发料罐通过输料管道、三通阀输送到粉煤气化炉；常压储仓、称重计量罐、间歇下料装置和发料罐上均装有一用于输送载气的载气输入装置；所述的固体质量流量计标定装置包括上述的称重计量罐、阻力部件及用于连接的第1管道和第2管道；固体质量流量计标定装置与干法进料及计量装置共用一个称重计量罐；所述称重计量罐包括一料位检测装置，第1管道设于称重计量罐入口和阻力部件出口之间，第2管道与阻力部件入口相连，第2管道的入口与三通阀的第一出口相连；第2管道上还设有一压力调节装置，压力调节装置至少包括通过第2管道彼此联通的一管道补气装置和一压力检测装置；所述的三通阀，具有入口、第一出口及第二出口；三通阀的入口通过与之相连的输料管道与干法进料及计量装置的出口相连，三通阀的第一出口与该固体质量流量计标定装置的第2管道的入口相连，三通阀的第二出口通过一连接管与粉煤气化炉相连接，输料管道上装设一个或多个固体质量流量计；当三通阀与粉煤气化炉连接后形成一供料流路；而当三通阀与固体质量流量计标定装置相连接时，则可进行该输料通道固体质量流量计离线标定或固态物料的自身循环。

根据所述的可计量进料量及在线标定固体质量流量计的粉煤气化装置，其特征是：所述的称重计量罐设有4个通道口，即：用于接收固体质量流量计标定物料的称重计量罐入口，用于排放载气的称重计量罐气体出口，及用于输送固体物料的入口和出口；所述称重计量罐内设一过滤装置，并与称重计量罐气体出口相连；称重计量罐的体积为所标固体质量流量计最大流率下自然堆积体积的1～3倍。

根据所述的可计量进料量及在线标定固体质量流量计的粉煤气化装置，其特征是：所述压力调节装置中的管道补气装置具有一个固态物料的进口、一个固态物料和载气混合物出口、一个补充载气的入口；补充载气入口还接有一气体流量调节装置；所述的阻力部件选用节流件、变径管、节流阀中的任意一种，阻力部件入口压力控制在0～5Mpa范围内，通过阻力部件的压降控制在0～5Mpa。

一种计量进料量及在线标定固体质量流量计的方法，其特征是：

(1)对反应系统的进料量进行计量的方法：常压储仓下料至称重计量装置，物料经由该称重装置进行称重后输送至间歇下料装置；干法进料及计量装置的称重计量罐，通过物料入口阀和物料出口阀来控制物料的进出，当干法进料及计量装置给粉煤气化炉供料时物料入口阀打开，物料出口阀关闭，称重计量罐接受来自常压物料储仓的物料，当称重计量罐上的料位检测检测结果为高料位时，关闭物料入口阀，并对物料进行称重并将称重结果进行累计计量，为反应系统的进料量提供计量结果；

(2)对固体质量流量计在线标定的方法：依据称重装置的累积值对固体质量流量计进行标定，所取称重装置累积值为气化装置运行大于6小时的数值，以此减少标定时，间歇下料装置和发料罐中物料计量偏差对标定精度的影响；实时监控称重装置的累积值以及固体质量流量计测得物料累积值，并将两个物料累积值进行比较，若两个物料累积值之差持续增大，则判定该固体质量流量计存在误差，需进行标定；在使用过程中，可根据称重计量罐测量并累计出的称重累计值和固体质量流量计的流量累计值进行对比，如有偏差可在线对固体质量流量计的测量值进行重新修正即固体质量流量计在线标定；

(3)对固体质量流量计离线标定的方法：标定物料经转换装置进入第2管道，通过阻力部件由第1管道输入称重装置进行称重；当需要离线标定固体质量流量计时，干法进料及计量装置经输料管道与三通阀入口相连接，三通阀的第一出口与第2管道连接后，经补气器、阻力部件及第1管道后与称重计量罐入口相连接，将称重计量罐的入口阀和出口阀关闭后，则可通过称重法离线标定固体质量流量计，当固体质量流量计离线标定完成后，便可投入使用。

本发明的有益效果是：本发明的干法进料计量装置和固体质量流量计标定装置，可实现对干法进料量即气化装置负荷的计量，可实现固体质量流量计在线标定和验证，显著提高固体质量流量计标定精度，可在气化装置运行过程中及时判断固体质量流量计是否存在偏差。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的干法进料和反应的系统的结构原理图。

具体实施方式

本发明的干法进料的计量装置包含在干法进料系统中，其包括一专用于计量进料量的称重装置，该称重装置的入口和出口均通过一控制阀门与该进料系统的相连接。

其中，该称重装置为一称重计量罐。气化装置运行时，该称重装置用于进料量计量。该称重计量罐还内设一过滤装置，该称重计量罐包含一称重计量罐入口、一称重计量罐气体出口、一称重计量罐固体物料入口及一称重计量罐固体物料出口，该过滤装置与该称重计量罐的气体出口相连接。

本发明的固体质量流量计标定装置，其特征在于其包括一专用于称量标定物料的称重装置，一阻力部件及一第1管道和一第2管道；该第1管道设于该称重装置的入口与该阻力部件的出口之间；该第2管道与该阻力部件的入口相连，该第2管道上还设有一压力调节装置。

其中，该称重装置与干法进料的计量装置共用一个称重装置，为一称重计量罐。需对固体质量流量计进行标定和验证时，该称重装置提供标定物料的重量。该称重装置的体积为所标定的该固体质量流量计最大质量流率下每小时堆积体积的1～3倍。

其中，该压力调节装置至少包括通过该第2管道彼此相连通的一管道补气装置和一压力监测装置，该管道补气装置还连接一气体流量调节装置。

其中，该阻力部件的入口与出口间的压降为0～5MPa。

其中，该阻力部件为节流件、变径管、节流阀中的任意一种。

本发明还提供一种干法进料和反应的系统，其包括一进料系统和一反应装置，其还包括：一干法进料计量装置、一固体质量流量计标定装置，及一路或多路输料管道，各输料管道均连接一转换装置；其中，该进料系统通过该输料管道及与其相应连接的转换装置，分别与该反应装置和该固体质量流量计标定装置相连接，该干法进料计量装置与固体质量流量计标定装置共用的称重装置的入口和出口均通过一控制阀门与该进料系统的相连接，各输料管道均连接有至少一固体质量流量计。

其中，该转换装置为一三通阀，该三通阀具一入口、一第一出口和第二出口，其中，该三通阀的入口通过与之相应连接的输料管道与该进料系统的出口相连接，该三通阀的第一出口与该固体质量流量计标定装置的第2管道入口相连接，该三通阀的第二出口通过一连接管与该反应装置相连接，该输料管道上还连接一载气输入装置。

其中，该进料系统包括依次顺序相连的一常压储仓、一称重装置、一间歇下料装置和一发料罐。

其中，该间歇下料装置为一锁斗系统或一高压旋转给料器。

其中，该发料罐在一定压力下将其存贮的固态物料以气力输送的方式通过管道、三通阀输送到反应装置或本发明的固体质量流量计标定装置。

其中，该常压储仓、该称重计量装置、该间歇下料装置和该发料罐上均装有一载气输入装置。

本发明的方法可对气化装置负荷进行计量。本发明中，对气化装置负荷进行计量是指，采用干法进料计量装置对反应系统的进料量进行计量，具体操作如下所述：常压储仓下料至称重计量装置，物料经由该称重装置进行称重后输送至间歇下料装置。

本发明的方法可实现固体质量流量计在线标定。本发明中，所述在线标定是指，需标定固体质量流量计所在输料管道继续向反应装置供料，在不影响输料管道供料的情况下进行在线标定。采用本发明的固体质量流量计标定装置进行上述在线标定时，按下述进行操作：依据称重装置的累积值对固体质量流量计进行标定，所取称重装置累积值为气化装置运行大于6小时的数值，以此减少标定时，间歇下料装置和发料罐中物料计量偏差对标定精度的影响。

本发明的方法可实现固体质量流量计离线标定。本发明中，所述离线标定是指，输料管道停止对反应装置供料。采用本发明的固体质量流量计标定装置进行上述离线标定时，按下述进行操作：标定物料经转换装置进入第2管道，通过阻力部件由第1管道输入称重装置进行称重。

本发明的方法可实现固体质量流量计在线验证。本发明中，所述在线验证是指，装置运行过程中，对固体质量流量计的准确度进行实时判断。采用本发明的固体质量流量计标定装置进行上述在线验证时，按下述进行操作：实时监控称重装置的累积值以及固体质量流量计测得物料累积值，并将两个物料累积值进行比较，若两个物料累积值之差持续增大，则判定该固体质量流量计存在误差，需进行标定。

下面结合附图来清楚完整地说明本发明。

如图1所示，本发明提供一种干法进料及计量装置1，其主要包括一常压储仓11、一干法进料的称重计量罐12、一间歇下料装置13和一发料罐14组成。其中，干法进料的计量装置是一称重计量罐，常压储仓11用来接受并存储反应器物料，常压储仓上设有称重仪表，当发料罐14内物料存储不足时，采用如锁斗系统等间歇下料装置13，间歇的将11内的物料经过称重计量罐12输送到间歇下料装置13，由其继续输送至高压状态的下的发料罐14中，并通过称重计量罐12将重量累计，对固态物料的进料量进行计量。发料罐14主要用于在一定压力下将其存储的固态物料以气力输送的方式通过输料管道10输送到粉煤气化炉3(反应装置)。常压储仓11、称重计量罐12、间歇下料装置13和发料罐14上均装有一用于输送载气的载气输入装置。上述称重计量罐12设有4个通道口，即：用于接收固体质量流量计标定物料的称重计量罐入口121，用于排放载气的称重计量罐气体出口122，及用于输送固体物料的入口123和出口124。为了防止过多物料被载气带出，称重计量罐12内设一过滤装置，并与称重计量罐气体出口122相连。称重计量罐12的体积为所标固体质量流量计27最大流率下自然堆积体积的1～3倍。

一种固体质量流量计标定装置2，其主要包括一专用于称量标定物料的称重装置-称重计量罐12及一阻力部件22，及用于连接的第1管道和第2管道。该称重装置与干法进料的计量装置共用一个称重计量罐，其中，用于称量标定物料的称重计量罐12用于接受标定过程所需称量的标定物料，并显示实时重量，从而根据该数据对固体质量流量计27进行标定，当称重计量罐12处于非标定过程时，还承担接受来自磨煤系统进料以及对向发料罐进料和计量的功能，并且标定过程与进料计量过程互不影响。参见图1，称重计量罐12还包括一料位检测装置15，第1管道设于称重计量罐12入口121和阻力部件22出口之间，第2管道与阻力部件22入口相连，第2管道的入口与三通阀7的第一出口73相连；第2管道上还设有一压力调节装置23。参见图1，压力调节装置23至少包括通过第2管道彼此联通的一管道补气装置和一压力检测装置25。管道补气装置，其可用于向第2管道内补充载气流量，从而提高固态物料和载气混合物通过阻力部件22时的流速，进而控制压力检测装置25处的压力。管道补气器具有一个固态物料的进口231、一个固态物料和载气混合物出口232、一个补充载气的入口233。补充载气入口还接有一气体流量调节装置。阻力部件22可以选用节流件、变径管、节流阀中的任意一种，用于使固态物料和载气的混合物通过该设备时产生一定压降，从而提高压力检测装置25处的压力，称重计量罐12内为常压，阻力部件入口压力可控制在0～5Mpa范围内，通过阻力部件22的压降在0～5Mpa范围内，这样可以模拟反应装置正常进料时的输送工况，另一方面可以实现固体质量流量计27在高压输送状态下的标定。

如图1所示，本发明还提供一种干法反应系统，其主要包括一粉煤气化炉3(反应装置)和一或多个转换装置-三通阀7。以其中一路输料管道为例，转换装置是一三通阀7，具有一入口71、一第一出口73及一第二出口72。三通阀的入口71通过与之相连的输料管道10与进料系统(干法进料及计量装置1)的出口相连，三通阀的第一出口73与该固体质量流量计标定装置2的第2管道的入口相连，三通阀的第二出口72通过一连接管与粉煤气化炉3(反应装置)相连接，输料管道10上装设一个或多个固体质量流量计27。当转换装置与粉煤气化炉3(反应装置)连接后即形成一供料流路，而当转换装置与固体质量流量计标定装置2相连接时，则可进行该输料通道固体质量流量计离线标定或固态物料在进反应装置之前的自身循环。

进料系统(干法进料及计量装置1)的称重计量罐12，通过物料入口阀4和物料出口阀5来控制物料的进出，当进料系统(干法进料及计量装置1)给粉煤气化炉3(反应装置)供料时阀4打开阀5关闭，称重计量罐12接受来自常压物料储仓11的物料，当称重计量罐12上的料位检测15检测结果为高料位时，关闭阀4，并对物料进行称重并将称重结果进行累计计量，为反应系统的进料量提供计量结果。

当需要离线标定固体质量流量计27时，进料系统(干法进料及计量装置1)经输料管道10与三通阀入口71相连接，三通阀的第一出口73与第2管道连接后，经补气器23、阻力部件22及第1管道后与称重计量罐入口121相连接，将称重计量罐12的入口阀4和出口阀5关闭后，则可通过称重法离线标定固体质量流量计27。当固体质量流量计27离线标定完成后，便可投入使用。

在使用过程中，可根据称重计量罐12测量并累计出的称重累计值和固体质量流量计27的流量累计值进行对比，如有偏差可在线对固体质量流量计27的测量值进行重新修正即固体质量流量计在线标定。

Claims (2)

1.一种可计量进料量及在线标定固体质量流量计的粉煤气化装置，包括干法进料及计量装置(1)、固体质量流量计标定装置(2)和粉煤气化炉(3)，其特征是：所述干法进料及计量装置(1)包括依次相连的常压物料储仓(11)、称重计量罐(12)、间歇下料装置(13)和发料罐(14)；常压物料储仓(11)接受并存储反应器物料，常压物料储仓(11)上设有称重仪表；常压物料储仓(11)内的物料经过称重计量罐(12)输送到间歇下料装置(13)，然后由间歇下料装置(13)输送至发料罐(14)，发料罐(14)通过输料管道(10)、三通阀(7)输送到粉煤气化炉(3)；常压物料储仓(11)、称重计量罐(12)、间歇下料装置(13)和发料罐(14)上均装有一用于输送载气的载气输入装置；所述的固体质量流量计标定装置(2)包括上述的称重计量罐(12)、阻力部件(22)及用于连接的第1管道和第2管道；固体质量流量计标定装置(2)与干法进料及计量装置(1)共用一个称重计量罐(12)；所述称重计量罐(12)包括一料位检测装置(15)，第1管道设于称重计量罐12入口(121)和阻力部件(22)出口之间，第2管道与阻力部件(22)入口相连，第2管道的入口与三通阀(7)的第一出口(73)相连；第2管道上还设有一压力调节装置(23)，压力调节装置(23)至少包括通过第2管道彼此联通的一管道补气装置和一压力检测装置(25)；所述的三通阀(7)，具有入口(71)、第一出口(73)及第二出口(72)；三通阀(7)的入口(71)通过与之相连的输料管道(10)与干法进料及计量装置(1)的出口相连，三通阀(7)的第一出口(73)与该固体质量流量计标定装置(2)的第2管道的入口相连，三通阀的第二出口(72)通过一连接管与粉煤气化炉(3)相连接，输料管道(10)上装设一个或多个固体质量流量计(27)；当三通阀(7)与粉煤气化炉(3)连接后形成一供料流路；而当三通阀(7)与固体质量流量计标定装置(2)相连接时，进行固体质量流量计离线标定或固态物料的自身循环； 

所述的称重计量罐(12)设有4个通道口，即：用于接收固体质量流量计标定物料的称重计量罐入口(121)，用于排放载气的称重计量罐气体出口(122)，及用于输送固体物料的入口(123)和出口(124)；所述称重计量罐(12)内设一过滤装置，并与称重计量罐气体出口(122)相连；称重计量罐(12)的体积为所标固体质量流量计(27)最大流率下自然堆积体积的1～3 倍； 

所述压力调节装置(23)中的管道补气装置具有一个固态物料的进口(231)、一个固态物料和载气混合物出口(232)、一个补充载气的入口(233)；补充载气入口还接有一气体流量调节装置；所述的阻力部件(22)选用节流件，阻力部件入口压力控制在0～5MPa范围内，通过阻力部件(22)的压降控制在0～5MPa。 

2.一种使用权利要求1所述的装置计量进料量及在线标定固体质量流量计的方法，其特征是： 

(1)对反应系统的进料量进行计量的方法：常压物料储仓下料至称重计量装置，物料经由称重计量罐(12)进行称重后输送至间歇下料装置；干法进料及计量装置(1)的称重计量罐(12)，通过物料入口阀(4)和物料出口阀(5)来控制物料的进出，当干法进料及计量装置(1)给粉煤气化炉(3)供料时物料入口阀(4)打开，物料出口阀(5)关闭，称重计量罐(12)接受来自常压物料储仓(11)的物料，当称重计量罐(12)上的料位检测装置(15)检测结果为高料位时，关闭物料入口阀(4)，并对物料进行称重并将称重结果进行累积计量，为反应系统的进料量提供计量结果； 

(2)对固体质量流量计在线标定的方法：依据称重装置的累积值对固体质量流量计进行标定，所取称重装置累积值为气化装置运行大于6小时的数值，以此减少标定时，间歇下料装置和发料罐中物料计量偏差对标定精度的影响；实时监控称重装置的累积值以及固体质量流量计测得物料累积值，并将两个物料累积值进行比较，若两个物料累积值之差持续增大，则判定该固体质量流量计存在误差，需进行标定；在使用过程中，根据称重计量罐(12)测量并累计出的称重累计值和固体质量流量计(27)的流量累计值进行对比，如有偏差在线对固体质量流量计(27)的测量值进行重新修正即固体质量流量计在线标定； 

(3)对固体质量流量计离线标定的方法：标定物料经转换装置进入第2管道，通过阻力部件由第1管道输入称重装置进行称重；当需要离线标定固体质量流量计(27)时，干法进料及计量装置(1)经输料管道(10)与三通阀入口(71)相连接，三通阀的第一出口(73)与第2管道连接后，经压力调节装置(23)、阻力部件(22)及第1管道后与称重计量罐入口(121)相 连接，将称重计量罐(12)的物料入口阀(4)和物料出口阀(5)关闭后，通过称重法离线标定固体质量流量计(27)，当固体质量流量计(27)离线标定完成后，便投入使用。 

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