氣流床氣化器的煤粉輸送管路中基于文丘里效應的速度測量的應用的制作方法
【專利摘要】為了檢測在密相輸送的過程中輸入給氣化機構的粉塵狀的燃料的量，提出裝入按照文丘里原理工作的測量機構。該測量機構一方面隨之帶來了測量的高精確度并且另一方面滿足了有關反應時間和SIL標準的安全技術要求。
【專利說明】氣流床氣化器的煤粉輸送管路中基于文丘里效應的速度測 量的應用

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于檢測粉塵狀的燃料的質量和/或速度的裝置，所述燃料在輸 送管路中在密相輸送的過程中被輸入給在高達IOMPa的壓力下運行的氣化機構（4)。

【背景技術】
[0002] 通常在氣化設備的煤粉輸送管路中通過等式1 (圖3結合圖2)進行煤質量流信號 的求取，其中為此必須不僅測量運行期間的密度還要測量運行期間的速度。如今優(yōu)選使用 射電的密度傳感器還有電容的或者靜電的速度傳感器。基于這兩種測量原理求取的煤量被 用于根據煤熱值和期望的氣化溫度確定氧氣量，所述氧氣量隨后通過調節(jié)氣化器設定。煤 量的精確確定對于無干擾地運行氣化器是決定性的，因為在有誤差地測量的情況下會得到 氣化室中過高的氧氣量，而所述過高的氧氣量作為后果會導致氣化器的機械損傷和高氣化 溫度。當今在市場上能夠提供的器械不能滿足或者僅僅以不足夠的方式和方法滿足所要求 的這些精確度要求并且以如今>5-10%的測量精確度僅僅有條件地適用。為了提高精確度 需要5到10秒的緩沖時間，而這又不利于短的反應時間。
[0003] 對于燃燒粉塵質量的測量機構而言，除了存在在避免氣化器處的機械損傷的同時 調節(jié)氧氣和氣化以產生高值的合成氣的目標以外，還在于可靠地探測一個或者多個煤輸送 管路的完全故障，這帶有氣化器中氧氣過量的風險，所述氧氣過量在連接在后面的設備、例 如CO轉變和低溫甲醇洗的設備中會導致氣體爆炸。因此，要保證在由異物或者有缺陷的配 件所引起的突然堵塞方面對煤輸送管路進行快速監(jiān)測。所述快速監(jiān)測按照DIN EN 61508 和DIN EN 61511以相應的測量技術的SIL分級為前提。當今所使用的、傳統(tǒng)的、基于以電 容或者說載流子為基礎的技術的測量技術不滿足這些要求。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的任務在于，提供一種用于檢測以密相流輸入給氣化機構的粉塵狀燃料的 量的裝置，該裝置一方面隨之帶來了測量的高精確度，另一方面以短的延遲時間提供了測 量結果并且此外滿足了在反應時間和SIL標準方面的安全技術要求。
[0005] 該任務通過具有權利要求1所述的特征的裝置解決。
[0006] 根據本發(fā)明的測量機構的特殊的設計方案示出了一種克服專業(yè)人士對于在煤粉 輸送中使用按照文丘里原理工作的測量機構的偏見的方式。根據本發(fā)明的測量機構充分利 用了以下認知，即當壓力取樣位置具有粉塵阻擋物時，不必擔心文丘里管的壓力取樣位置 被煤粉堵塞。
[0007] 如由等式2 (參見圖4)可見的那樣，文丘里測量方法的巨大優(yōu)勢在于，根據公式 在質量流求取中密度測量以及尤其密度測量時的測量誤差(該測量誤差目前為止對質量流 測量時的誤差貢獻巨大）由于根號函數的影響與傳統(tǒng)的方法中這種情況相比沒有那么大影 響。這使得質量流測量的精確度更高。此外，文丘里測量還能夠使用傳統(tǒng)的帶有膜片的壓 力感測器。
[0008] 與當今基于電容和/或載流子的測量系統(tǒng)相比，文丘里測量隨之帶來了在輸送管 路出現(xiàn)干擾和堵塞時顯著更快的時間上的檢測并且因此提高了設備的安全性。此外，測量 檢測通過膜片和壓差測量變換器按照SIL (DIN EN 61508和DIN EN 61511)證明并且由此 允許保證氣化設備的最高安全要求。由于短的反應時間同樣可能將粉塵管路的數量減小到 一個并且此外保證了可靠的氣化運行。在這種情況下甚至提高了測量的精確度，因為摩擦 壓力損失與滯止壓力（Staudruck)成比例地減小。
[0009] 本發(fā)明的有利的改進方案在從屬權利要求中給出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 下文中作為實施例在為了理解所需要的范圍內根據附圖對本發(fā)明進行了詳細闡 述。其中：
[0011] 圖Ia示出了密相流中煤輸送機構的原理圖，其中帶有文丘里測量機構，用于求取 具有三個粉塵輸送管路的氣流床氣化設備中的質量流；
[0012] 圖Ib示出了文丘里測量的原理圖；
[0013] 圖2示出了通過文丘里管進行煤質量流計算的示圖；
[0014] 圖3示出了用于按照圖2通過文丘里管進行煤質量流計算的等式1，其中 #>';=質星流，P = S度，W=速度，A=橫截面面積；
[0015] 圖4示出了等式2,其中*..=煤質量流，P e=氣體密度，P κ=煤的純密度，W=速 度，A=橫截面面積；
[0016] 圖5示出了等式3。
[0017] 附圖標記列表：
[0018] 1密度測量機構
[0019] 2文丘里速度測量機構
[0020] 3調節(jié)閥
[0021] 4反應器
[0022] 5氣化介質（O2)-調節(jié)閥
[0023] 6饋入機構
[0024] 7 閘閥
[0025] 8 dp測量機構12
[0026] 9壓力取樣Dl (脈沖管線+過濾器或者膜片壓力感測器）
[0027] 10壓力取樣D2 (脈沖管線+過濾器或者膜片壓力感測器）
[0028] 11壓力取樣Dl (脈沖管線+過濾器或者膜片壓力感測器）
[0029] 12 dp測量機構13
[0030] 13文丘里流動監(jiān)測機構
[0031] 14粗合成氣
[0032] 15 熔漁
[0033] 16粉塵狀的堆積物的儲存容器
[0034] 17燃燒粉塵輸送管路
[0035] 18急冷水噴入機構
[0036] Dl大直徑文丘里管
[0037] D2小直徑文丘里管
[0038] CO2 二氧化碳
[0039] N2 氮氣。
[0040] 在附圖中，相同的附圖標記表示相同的元件。

【具體實施方式】
[0041] 在圖Ia中所示出的用于氣化粉塵狀的燃料的氣化機構中，在料倉16中儲存的粉 塵狀的燃料通過循環(huán)工作的閘閥7. 1、7. 2以熟知的方式輸入給配量容器6,以惰性氣體如 例如二氧化碳和/或氮氣將所述配量容器加壓到氣化機構的高達IOMPa的壓力水平上。在 配量容器的下部中，通過輸入惰性氣體形成流態(tài)化的渦流層，多個燃燒粉塵輸送管路17. 1、 17. 2、17. 3伸入到所述渦流層中。在輸入反應器4的燃燒粉塵輸送管路中分別布置有調節(jié) 閥3. 1、3. 2、3. 3、密度測量機構I. 1、1. 2、1. 3、文丘里速度測量機構2. 1、2. 2、2. 3和文丘里 流動監(jiān)測機構13. 1、13. 2、13. 3。經由調節(jié)閥5向氣化反應器4輸入含有游離氧的氣化介 質O2。氣化反應器4在其下部中具有急冷水噴入機構18。所產生的粗合成氣（Rohgas)通 過粗合成氣出口 14離開氣化反應器。在氣化反應器中出現(xiàn)的熔渣向下經由閘閥15排出。
[0042] 在圖Ib中示出的文丘里測量機構中，具有大直徑Dl的管具有小直徑D2上的收縮 部。在小的管直徑D2的壓力取樣位置10的兩側，壓力取樣位置9或者說壓力取樣位置11 分別布置在大的管直徑Dl中。在測量位置9和10之間進行壓差Λ P12的壓差測量8。在 壓力取樣位置9和壓力取樣位置11之間進行壓差ΛΡ13的壓差測量12。
[0043] 根據本發(fā)明，粉塵狀的燃料的速度測量機構設計為文丘里測量機構。為了確定 速度測量壓差8和12 (見圖lb)。壓力取樣9、10、11能夠以選擇的方式通過脈沖管線 (Impulsleitung)與粉塵過濾器組合或者通過膜片壓力感測器實現(xiàn)。由所述兩個測量的差 經過等式3中的計算來計算出每個輸送管路的質量流，該質量流隨后用于調節(jié)氧氣量。等 式3 (參見圖5)在此是特定為帶有摩擦的兩相煤粉氣體懸浮物而推導的公式。這建立在等 式2 (參見圖4)的基礎上，等式2僅對文丘里噴嘴中恒定密度的單相流體有效。
[0044] 此外，為了監(jiān)測輸送管路在壓力取樣9和壓力取樣11之間的故障，求取最小的壓 力損失極限值，所述最小的壓力損失極限值隨后在運行期間在安全技術方面受到監(jiān)測。當 低于所述極限值時會出現(xiàn)氧氣輸入和氣化反應器的切斷。為了提供快速的監(jiān)測信號優(yōu)選使 用（13)單獨的文丘里測量機構，從而能夠獲得獨立的測量參量。這些對于切斷而言必需的 測量機構由此布置在氣化器附近盡可能近的位置、尤其布置在輸送管路面向氣化器的那一 半長度內。
[0045] 根據本發(fā)明的、用于檢測粉塵狀的燃料的質量和/或速度的裝置適合用在以高達 IOMPa的氣化壓力工作的氣化設備中。
【權利要求】
1. 用于檢測粉塵狀的燃料的質量和/或速度的裝置，所述燃料能夠在密相輸送的過程 中借助輸送管路（17)被輸入給在高達lOMPa的壓力下運行的氣化機構（4)， 其特征在于， -在所述輸送管路中布置按照文丘里原理工作的測量機構并且 -文丘里測量機構的壓力取樣位置（9、10、11)設有粉塵阻擋物。
2. 按權利要求1所述的裝置， 其特征在于， 所述粉塵阻擋物通過脈沖管線和粉塵過濾器的組合構成。
3. 按前述權利要求中任一項所述的裝置， 其特征在于， 所述粉塵阻擋物由膜片壓力感測器提供。
4. 按前述權利要求中任一項所述的裝置， 其特征在于， 所述裝置布置在所述氣化機構附近。
5. 按前述權利要求中任一項所述的裝置， 其特征在于， 僅僅提供一個輸送管路（17)用于將所述粉塵狀的燃料輸入到所述氣化機構（4)中。
6. 用于在按前述權利要求中任一項所述的裝置中實施的方法， 其特征在于， 監(jiān)測壓力損失極限值。
【文檔編號】C10J3/56GK204138617SQ201420440009
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權日:2013年8月6日
【發(fā)明者】F.漢內曼, T.梅茨 申請人:西門子公司