气流床气化器的煤粉输送管路中基于文丘里效应的速度测量的应用的制作方法
【专利摘要】为了检测在密相输送的过程中输入给气化机构的粉尘状的燃料的量，提出装入按照文丘里原理工作的测量机构。该测量机构一方面随之带来了测量的高精确度并且另一方面满足了有关反应时间和SIL标准的安全技术要求。
【专利说明】气流床气化器的煤粉输送管路中基于文丘里效应的速度测 量的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于检测粉尘状的燃料的质量和/或速度的装置，所述燃料在输 送管路中在密相输送的过程中被输入给在高达IOMPa的压力下运行的气化机构（4)。
【背景技术】
[0002] 通常在气化设备的煤粉输送管路中通过等式1 (图3结合图2)进行煤质量流信号 的求取，其中为此必须不仅测量运行期间的密度还要测量运行期间的速度。如今优选使用 射电的密度传感器还有电容的或者静电的速度传感器。基于这两种测量原理求取的煤量被 用于根据煤热值和期望的气化温度确定氧气量，所述氧气量随后通过调节气化器设定。煤 量的精确确定对于无干扰地运行气化器是决定性的，因为在有误差地测量的情况下会得到 气化室中过高的氧气量，而所述过高的氧气量作为后果会导致气化器的机械损伤和高气化 温度。当今在市场上能够提供的器械不能满足或者仅仅以不足够的方式和方法满足所要求 的这些精确度要求并且以如今>5-10%的测量精确度仅仅有条件地适用。为了提高精确度 需要5到10秒的缓冲时间，而这又不利于短的反应时间。
[0003] 对于燃烧粉尘质量的测量机构而言，除了存在在避免气化器处的机械损伤的同时 调节氧气和气化以产生高值的合成气的目标以外，还在于可靠地探测一个或者多个煤输送 管路的完全故障，这带有气化器中氧气过量的风险，所述氧气过量在连接在后面的设备、例 如CO转变和低温甲醇洗的设备中会导致气体爆炸。因此，要保证在由异物或者有缺陷的配 件所引起的突然堵塞方面对煤输送管路进行快速监测。所述快速监测按照DIN EN 61508 和DIN EN 61511以相应的测量技术的SIL分级为前提。当今所使用的、传统的、基于以电 容或者说载流子为基础的技术的测量技术不满足这些要求。
【发明内容】
[0004] 本发明的任务在于，提供一种用于检测以密相流输入给气化机构的粉尘状燃料的 量的装置，该装置一方面随之带来了测量的高精确度，另一方面以短的延迟时间提供了测 量结果并且此外满足了在反应时间和SIL标准方面的安全技术要求。
[0005] 该任务通过具有权利要求1所述的特征的装置解决。
[0006] 根据本发明的测量机构的特殊的设计方案示出了一种克服专业人士对于在煤粉 输送中使用按照文丘里原理工作的测量机构的偏见的方式。根据本发明的测量机构充分利 用了以下认知，即当压力取样位置具有粉尘阻挡物时，不必担心文丘里管的压力取样位置 被煤粉堵塞。
[0007] 如由等式2 (参见图4)可见的那样，文丘里测量方法的巨大优势在于，根据公式 在质量流求取中密度测量以及尤其密度测量时的测量误差(该测量误差目前为止对质量流 测量时的误差贡献巨大）由于根号函数的影响与传统的方法中这种情况相比没有那么大影 响。这使得质量流测量的精确度更高。此外，文丘里测量还能够使用传统的带有膜片的压 力感测器。
[0008] 与当今基于电容和/或载流子的测量系统相比，文丘里测量随之带来了在输送管 路出现干扰和堵塞时显著更快的时间上的检测并且因此提高了设备的安全性。此外，测量 检测通过膜片和压差测量变换器按照SIL (DIN EN 61508和DIN EN 61511)证明并且由此 允许保证气化设备的最高安全要求。由于短的反应时间同样可能将粉尘管路的数量减小到 一个并且此外保证了可靠的气化运行。在这种情况下甚至提高了测量的精确度，因为摩擦 压力损失与滞止压力（Staudruck)成比例地减小。
[0009] 本发明的有利的改进方案在从属权利要求中给出。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 下文中作为实施例在为了理解所需要的范围内根据附图对本发明进行了详细阐 述。其中：
[0011] 图Ia示出了密相流中煤输送机构的原理图，其中带有文丘里测量机构，用于求取 具有三个粉尘输送管路的气流床气化设备中的质量流；
[0012] 图Ib示出了文丘里测量的原理图；
[0013] 图2示出了通过文丘里管进行煤质量流计算的示图；
[0014] 图3示出了用于按照图2通过文丘里管进行煤质量流计算的等式1，其中 #>';=质星流，P = S度，W=速度，A=横截面面积；
[0015] 图4示出了等式2,其中*..=煤质量流，P e=气体密度，P κ=煤的纯密度，W=速 度，A=横截面面积；
[0016] 图5示出了等式3。
[0017] 附图标记列表：
[0018] 1密度测量机构
[0019] 2文丘里速度测量机构
[0020] 3调节阀
[0021] 4反应器
[0022] 5气化介质（O2)-调节阀
[0023] 6馈入机构
[0024] 7 闸阀
[0025] 8 dp测量机构12
[0026] 9压力取样Dl (脉冲管线+过滤器或者膜片压力感测器）
[0027] 10压力取样D2 (脉冲管线+过滤器或者膜片压力感测器）
[0028] 11压力取样Dl (脉冲管线+过滤器或者膜片压力感测器）
[0029] 12 dp测量机构13
[0030] 13文丘里流动监测机构
[0031] 14粗合成气
[0032] 15 熔渔
[0033] 16粉尘状的堆积物的储存容器
[0034] 17燃烧粉尘输送管路
[0035] 18急冷水喷入机构
[0036] Dl大直径文丘里管
[0037] D2小直径文丘里管
[0038] CO2 二氧化碳
[0039] N2 氮气。
[0040] 在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
【具体实施方式】
[0041] 在图Ia中所示出的用于气化粉尘状的燃料的气化机构中，在料仓16中储存的粉 尘状的燃料通过循环工作的闸阀7. 1、7. 2以熟知的方式输入给配量容器6,以惰性气体如 例如二氧化碳和/或氮气将所述配量容器加压到气化机构的高达IOMPa的压力水平上。在 配量容器的下部中，通过输入惰性气体形成流态化的涡流层，多个燃烧粉尘输送管路17. 1、 17. 2、17. 3伸入到所述涡流层中。在输入反应器4的燃烧粉尘输送管路中分别布置有调节 阀3. 1、3. 2、3. 3、密度测量机构I. 1、1. 2、1. 3、文丘里速度测量机构2. 1、2. 2、2. 3和文丘里 流动监测机构13. 1、13. 2、13. 3。经由调节阀5向气化反应器4输入含有游离氧的气化介 质O2。气化反应器4在其下部中具有急冷水喷入机构18。所产生的粗合成气（Rohgas)通 过粗合成气出口 14离开气化反应器。在气化反应器中出现的熔渣向下经由闸阀15排出。
[0042] 在图Ib中示出的文丘里测量机构中，具有大直径Dl的管具有小直径D2上的收缩 部。在小的管直径D2的压力取样位置10的两侧，压力取样位置9或者说压力取样位置11 分别布置在大的管直径Dl中。在测量位置9和10之间进行压差Λ P12的压差测量8。在 压力取样位置9和压力取样位置11之间进行压差ΛΡ13的压差测量12。
[0043] 根据本发明，粉尘状的燃料的速度测量机构设计为文丘里测量机构。为了确定 速度测量压差8和12 (见图lb)。压力取样9、10、11能够以选择的方式通过脉冲管线 (Impulsleitung)与粉尘过滤器组合或者通过膜片压力感测器实现。由所述两个测量的差 经过等式3中的计算来计算出每个输送管路的质量流，该质量流随后用于调节氧气量。等 式3 (参见图5)在此是特定为带有摩擦的两相煤粉气体悬浮物而推导的公式。这建立在等 式2 (参见图4)的基础上，等式2仅对文丘里喷嘴中恒定密度的单相流体有效。
[0044] 此外，为了监测输送管路在压力取样9和压力取样11之间的故障，求取最小的压 力损失极限值，所述最小的压力损失极限值随后在运行期间在安全技术方面受到监测。当 低于所述极限值时会出现氧气输入和气化反应器的切断。为了提供快速的监测信号优选使 用（13)单独的文丘里测量机构，从而能够获得独立的测量参量。这些对于切断而言必需的 测量机构由此布置在气化器附近尽可能近的位置、尤其布置在输送管路面向气化器的那一 半长度内。
[0045] 根据本发明的、用于检测粉尘状的燃料的质量和/或速度的装置适合用在以高达 IOMPa的气化压力工作的气化设备中。
【权利要求】
1. 用于检测粉尘状的燃料的质量和/或速度的装置，所述燃料能够在密相输送的过程 中借助输送管路（17)被输入给在高达lOMPa的压力下运行的气化机构（4)， 其特征在于， -在所述输送管路中布置按照文丘里原理工作的测量机构并且 -文丘里测量机构的压力取样位置（9、10、11)设有粉尘阻挡物。
2. 按权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述粉尘阻挡物通过脉冲管线和粉尘过滤器的组合构成。
3. 按前述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于， 所述粉尘阻挡物由膜片压力感测器提供。
4. 按前述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于， 所述装置布置在所述气化机构附近。
5. 按前述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于， 仅仅提供一个输送管路（17)用于将所述粉尘状的燃料输入到所述气化机构（4)中。
6. 用于在按前述权利要求中任一项所述的装置中实施的方法， 其特征在于， 监测压力损失极限值。
【文档编号】C10J3/56GK204138617SQ201420440009
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2013年8月6日
【发明者】F.汉内曼, T.梅茨 申请人:西门子公司