流化床床層密度測量系統(tǒng)的設立及其改進建議

胡 震，董立波，王志青

中國科學院山西煤炭化學研究所，山西太原 030001

0 引言

床層固體顆粒含量的分布情況是流化床尤其是氣固流化床反應器操作過程中最核心的參數(shù)之一，一般依據(jù)壓差法由沿床層軸向各處的床密度計算而得。因為氣體密度遠小于固體密度，氣體密度可忽略，所以床內(nèi)單位體積固體顆粒的含量即為所測的床密度。測壓時，引壓管線暢通無阻才能保證測量結果的準確。為此每個引壓管須引入反吹氮氣，不斷進行吹掃，各引壓管線反吹氣量應相等。吹掃系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠是保證引壓管線暢通的基本條件。本文結合我單位灰熔聚流化床氣化工藝中試現(xiàn)場氮氣反吹裝置的實際運行狀況，對該裝置運行中遇到的問題及改進效果進行了分析評估。

1 目前測量方法及改進建議

目前我們測量氣化爐床層密度采用的方法如圖1所示：反吹氮氣總流量由質(zhì)量流量計b控制，各引壓管線的氮氣量由限流孔板c、c1……來限制。而氣化爐與氮氣分氣缸或氮氣總管道的壓力由手動控制。床層密度由d測量輸送到dcs中。

圖1

實際操作過程中，氣化爐內(nèi)壓力和氮氣分氣缸壓力的不穩(wěn)定，給穩(wěn)定反吹氮氣壓力造成負面影響。尤其是當?shù)獨夥謿飧紫蚱胶舛烦鋲簳r，會在短時間內(nèi)將氮氣分氣缸中的氮氣大量充到平衡斗中，從而導致氮氣分氣缸中的壓力過低。這時如果流化床在高壓下操作，很容易使流化床內(nèi)壓力高于氮氣總管壓力，導致流化床內(nèi)物料反吹到床密度測量系統(tǒng)、堵塞引壓管線，從而影響床層密度的測量結果。

為了穩(wěn)定氮氣反吹系統(tǒng)的壓力，單獨設立一個氮氣反吹分氣缸，如圖2所示。氮氣反吹分氣缸氣源由氮氣總管道供給，建立了反吹氮氣分氣缸與氣化爐壓差的自動控制系統(tǒng)A，來保證此壓差的穩(wěn)定。引壓管線的氮氣反吹量通過限流孔板c、c1就能保持穩(wěn)定。最終達到測量結果的準確、可靠。

圖2

圖3

另在氣化爐全床壓差的測量過程中，壓差的基準點由環(huán)管引出。環(huán)管中通有蒸氣。測量中發(fā)現(xiàn)引壓管中有冷凝水出現(xiàn)，嚴重影響全床壓差的測量結果。經(jīng)研究決定，在環(huán)管取壓口管線處增加一套氣水分離系統(tǒng)，如圖3。在實驗中氣水分離器需要定期排放。投入運用后效果顯著。如有條件可以建立自動控制系統(tǒng)從而將氣水分離器中的冷凝水實現(xiàn)自動排放。

2 反吹氮氣限流孔板的原理、注意事項及計算：

限流孔板的計算：

式1中：

W-流體的重量流量，kg/h； C-孔板流量系數(shù)；do-孔板孔徑，m；D-管道內(nèi)徑，m；

P1-孔板前壓力，Pa； P2-孔板后壓力或臨界限流壓力Pa； M-分子量；Z—壓縮系數(shù)。

根據(jù)流體對比壓力(Pr)對比溫度Tr查氣體壓縮系數(shù)圖求??；

T-孔板前流體溫度，K； K-絕熱指數(shù)，k=Cp/Cv； CP—流體定壓比熱容，kJ/(kg·K)；

CV-流體定容比熱容， kJ/(kg·K)。

美國石油學會的《煉廠儀表和控制系統(tǒng)安裝手冊》推薦反吹氣流速 0.23m/s～0.93m/s，我國一般采用 0.5m/s～1m/s，流量通常用限流孔板控制，反吹氣流量及限流孔板可按下式進行計算。根據(jù)我們的經(jīng)驗，引壓管線采用DN10不銹鋼管材，限流孔板的前后壓差為0.05MPa～0.08MPa，系統(tǒng)按3.0MPa設計、反吹氣為氮氣。計算限流孔板的孔徑：

比較 PAC吸附和 Fenton試劑降解對 HHCB與AHTN的去除效果可以發(fā)現(xiàn)，在適宜的條件下，F(xiàn)enton試劑比PAC吸附對HHCB與AHTN的去除效果更好，但Fenton試劑反應受pH值的影響更大。

絕壓 P1(Pa）-3100000

壓差 ΔP(Pa）-50000

降壓后壓力 P2(Pa）-3100000—50000=3050000

定壓比熱（KJ/KgK）-1.088

定容比熱（KJ/KgK）-0.747

絕熱指數(shù) K-1.088/0.747= 1.456492637

氣體分子量 M-28

溫度 T（K）-293

氣體密度（KG/M3）- 35.7091

氣速（m/s）-1

管內(nèi)徑D（m）- 0.01

截面積（S）- 0.0000785

重量流量（KG/h）-0.0000785*1*3600* 35.7091=10.0913917

壓縮系數(shù) - 0.9948

根據(jù)式1得出孔板孔徑：

流量系數(shù)C取0.6，孔徑為do =0.0017818m。

以上建議是本人在工作當中的一些經(jīng)驗總結，不足之處請領導、各位同事提出。希望能在我們即將建立的多段床粉煤氣化裝置上，改進和完善流化床床層密度測取系統(tǒng)。

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