CN109250504B - 一种煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统和方法，采用本发明的系统和方法可以实现煤粉物料输送的精确控制，并能快速标定流量。本发明的系统包括：煤粉输送管道，用于将煤粉物料由煤粉给料罐输送至反应器；换向装置和煤粉循环管道；称重装置，用于在所述标定状态时对由煤粉循环管道输出的煤粉进行称重；背压控制单元，用于调控管道压力；煤粉流量检测及控制单元，包括煤粉流量检测装置和与所述煤粉流量检测装置通信连接的输送调节装置，所述煤粉流量检测装置用于调控所述输送调节装置以获得煤粉/惰性气混合物的煤粉的目标流量、目标密度和煤粉流动的目标速度。

Description

一种煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统及方法

技术领域

本发明属于煤化工、煤气化技术领域，涉及一种煤粉密相输送精确控制和煤粉流量快速标定的系统和方法。

背景技术

我国是一个富煤、贫油、少气的国家，无论是在发电、冶金还是化学品生产方面，煤炭都是主要的原料和能源消耗品。近些年来随着煤炭清洁、高效技术的迅速发展，以气流床为代表的煤气化技术，尤其是以干煤粉固体颗粒作为气化原料的干煤粉气化技术因其煤种适应性广、碳转化率高、环境友好，已经在煤化工领域得到了广泛的应用。但是在装置的实际运行中，对于煤粉的输送和精确控制，还有一些问题需要进一步解决和优化：

1)氧煤比是控制气化炉内反应和炉温的重要指参数，氧煤比过高会使局部或整体炉温超标，对水冷壁造成损害；氧煤比过低会使炉温降低，影响气化反应的进程和煤炭的转化率。氧煤比的控制中，氧气的计量和控制已经非常的准确，但煤粉的输送是通过惰性气体带动煤粉颗粒的密相输送，管内流体气固共存，计量和控制的精确度不够，是造成上述问题的主要原因。

2)目前对气固密相输送的煤粉流量计量多采用煤粉流量计，根据其测量原理和结构可以分为很多种，但基本上都是通过特殊的测量方式(如核辐射、电磁、静电等)测量输送管道内惰性气体/煤粉混合物的密度和速度，再通过管道截面积计算获得管内输送煤粉的质量流量。一般来说密度计在出厂时经过静态校准，其测量结果是相对精确的，但速度计仅能反应速度变化趋势不完全反应煤粉流动速度的精确真实值，需要通过煤粉循环的动态、间接方式进行速度计的校准标定后，具体为采用称重法进行标定或验证。整体煤粉流量计采用作为氧煤比控制的仪表进行使用。专利CN101545801A一种固体质量流量计标定装置和使用方法以及含其的系统、专利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和专利CN102260535均提供了用于煤粉循环输送和煤粉流量计标定校准的方法。这些方法虽然都能较好的完成煤粉流量计的校准、标定工作，但是因其系统和所服务的煤气化技术在点火、投料、运行、停车方面的局限性，其标定的点数多，标定时间长，消耗的煤粉量大，造成原材料的浪费。

3)气化装置在运行时，原煤的煤质和煤粉的粒度、水分很难达到完全的稳定不变，这就容易使煤粉流量计的测量结果出现漂移，不能完全反映煤粉输送的实际情况，容易对气化炉的运行带来安全隐患。而目前大多数干煤粉气流床气化技术受其燃烧器结构、运行方式和标定系统的影响，煤粉标定只能在气化炉投料前进行，运行中一旦出现偏差只能选择停车标定或听之任之，使风险持续；少部分虽然能够实现在线标定，但因标定时间长，仍会对系统的正常运行造成影响。

针对上述煤气化对煤粉密相输送过程中精确计量和控制的要求以及目前煤粉流量计流量标定方法中存在的问题，发明人在持有的专利CN104713081A用于制造合成气体的粉尘燃料燃烧器和气流床气化炉、专利CN105985807A用于对含碳燃料进行气流床气化的反应器和专利CN104373935A.一种用于气流床气化炉的粉煤燃烧器等气化炉和燃烧器的硬件基础和高压投料的软件方法下，提供一种煤粉密相输送精确控制和煤粉流量快速标定的系统和方法，以克服上述市场中的气化装置和运行方法中存在的问题和缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统和方法，采用本发明的系统和方法可以实现煤粉物料输送的精确控制，并能快速标定流量。

本发明为达到其目的，第一方面提供一种煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统，包括：

煤粉输送管道，用于将煤粉物料由煤粉给料罐输送至反应器；

换向装置和煤粉循环管道，所述换向装置设于煤粉输送管道上，换向装置与煤粉循环管道的入口相连接，所述换向装置用于将煤粉输送管道切换为与反应器相连通的生产运行状态或将煤粉输送管道切换为与煤粉循环管道相连通的标定状态；

称重装置，其入口与煤粉循环管道的出口相连通，用于在所述标定状态时对由煤粉循环管道输出的煤粉进行称重；

背压控制单元，设于煤粉循环管道上，用于调控管道压力；

煤粉流量检测及控制单元，设于换向装置上游的煤粉输送管道上，所述煤粉流量检测及控制单元包括煤粉流量检测装置和与所述煤粉流量检测装置通信连接的输送调节装置，所述输送调节装置用于调节煤粉输送管道内的煤粉/惰性气混合物的密度、煤粉流动的速度和煤粉流量，所述煤粉流量检测装置用于获得煤粉输送管道内的煤粉/惰性气混合物的密度、煤粉流动的速度和煤粉流量，所述煤粉流量检测装置还用于当煤粉流量检测结果、煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度与相应的预设值不同时调控所述输送调节装置以获得煤粉/惰性气混合物的目标密度、煤粉流动的目标速度和煤粉的目标流量。

进一步的，所述煤粉流量检测装置包括速度计、密度计和第一控制模块，所述速度计和所述密度计分别用于测量所述煤粉流动的速度和所述煤粉/惰性气混合物的密度，所述第一控制模块用于根据速度计的速度信号和密度计的密度信号计算获得煤粉流量数据以及根据预设的修正因子对所述煤粉流量数据进行校正获得所述煤粉流量检测结果。

优选的，所述输送调节装置包括顺着煤粉输送管道内煤粉物料的流动方向，在煤粉输送管道上依次设有的第一管道充气器和第一调节阀，还包括第二调节阀；所述第一管道充气器用于向煤粉输送管道内通入惰性气体；所述第二调节阀用于调节进入第一管道充气器的惰性气体的流量；所述第二调节阀用于调节煤粉输送管道内的煤粉物料流量；所述第一控制模块分别与所述第一调节阀和所述第二调节阀通信连接，所述第一控制模块还用于当所述流量检测结果、煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度与相应的预设值不同时对所述第一调节阀和第二调节阀进行调控，以获得所述目标密度、目标速度和目标流量。

优选的，所述第一管道充气器包括煤粉流通通道、环绕于煤粉流通通道外侧的惰性气腔、与惰性气腔相连通的惰性气进口、位于煤粉流通通道两端的煤粉物料进口和煤粉物料出口，所述第一管道充气器通过所述煤粉物料进口和煤粉物料出口安装于煤粉输送管道上，所述煤粉流通通道与煤粉输送管道相连通，所述煤粉流通通道的壁面设有供进入惰性气腔内的惰性气通过的多个气孔。进一步优选的，所述气孔的孔径的尺寸以能通过惰性气体而不能通过煤粉为准。优选的，所述煤粉流通通道的壁面材质为过滤介质，优选为烧结金属、多孔陶瓷或金属丝网中的一种或至少两种的组合。

优选的，所述系统还包括第二控制模块；所述背压控制单元包括第三调节阀，还包括顺着煤粉循环管道内煤粉物料的流动方向在煤粉循环管道上依次设置的压力检测装置、第二管道充气器和减压管；所述第二管道充气器用于向煤粉循环管道内通入惰性气体，所述第三调节阀用于调节通入所述第二管道充气器内的惰性气流量；所述第二控制模块分别与所述压力检测装置和所述第三调节阀通信连接，用于当所述压力检测装置的压力信号与预设值不同时对第三调节阀的阀门开度进行调控；

进一步优选的，所述第二管道充气器与所述第一管道充气器的结构相同；

进一步优选的，所述压力检测装置包括设于煤粉循环管道上的取压器和安装于取压器的取压口上的压力表，所述压力表与所述第二控制模块通信连接。

更进一步优选的，所述取压器包括煤粉流通通道、环绕于煤粉流通通道外侧的惰性气腔、位于煤粉流通通道两端的煤粉物料进口和煤粉物料出口，所述取压口与所述惰性气腔连通，所述取压口还用于与惰性气源连接；所述取压器通过所述煤粉物料进口和煤粉物料出口安装于煤粉循环管道上，所述煤粉流通通道与煤粉循环管道相连通，所述煤粉流通通道的壁面设有供进入惰性气腔内的惰性气通过的多个气孔；优选的，所述气孔的孔径的尺寸以能通过惰性气体而不能通过煤粉为准；优选的，所述煤粉流通通道的壁面材质为过滤介质，优选为烧结金属、多孔陶瓷或金属丝网中的一种或至少两种的组合。

进一步优选的，所述减压管包括与煤粉循环管道相连通的煤粉输送通道、压力平衡腔、位于煤粉输送通道两端的煤粉物料进口和煤粉物料出口，所述煤粉输送通道包括依次相衔接的第一通道、过渡通道和第二通道，减压管的煤粉物料进口设于所述第一通道的入口处，减压管的煤粉物料出口设于所述第二通道的出口处，所述减压管通过其煤粉物料出口和煤粉物料进口安装于煤粉循环管道上，所述第一通道的内径和与之相连接的煤粉循环管道的管段的内径相同，所述第二通道的内径小于所述第一通道，所述过渡通道的进口端的内径与第一通道的内径相同，所述过渡通道的出口端的内径与第二通道相同；所述煤粉物料出口相对所述第二通道为扩口；所述压力平衡腔环绕于所述第二通道外侧；所述煤粉物料出口和所述压力平衡腔之间设有将二者连通的压力平衡孔；优选的，所述过渡通道的进出口内径比为1.5-3.5；进一步优选的，所述过渡通道的内壁与轴向的夹角为10-30°；优选的，所述第二通道和过渡通道的管壁为耐磨管壁；优选的，减压管的煤粉物料出口的最小直径和最大直径的比值为0.05-0.1；优选的，所述减压管的煤粉物料出口的扩径角为10-30°。

本发明优选的，所述称重装置的存储体积为能够接收单条煤粉输送管道最大输送流量下1小时的煤粉物料的自然堆积体积；所述称重装置的称重量程为单条煤粉输送管道最大输送流量下1小时的煤粉物料的累积重量。

本发明第二方面提供一种煤粉密相输送和流量快速标定的设备，包括煤粉给料罐和反应器，在煤粉给料罐和反应器之间设有至少一套上文所述的系统，优选的，设有两套或多套上文所述的系统；优选的，所述反应器为能按照与反应器正常操作(即正常生产运行)压力相同或相近的操作压力下进行投料的气化炉，并能在满负荷或接近满负荷投料量条件下进行投料，且能够在50％-110％负荷下调节的气化炉。

本发明第三方面提供一种利用上文所述的系统或上文所述的设备进行流量快速标定的方法，包括如下步骤：

S1a、将设有所要标定的煤粉流量检测装置的煤粉输送管道上的换向装置进行切换，使该煤粉输送管道切换为与煤粉循环管道相连通的标定状态；

S2a、利用背压控制单元调控煤粉输送管道和煤粉循环管道内的压力，并维持在标定状态所需的压力条件；利用煤粉流量检测及控制单元调控煤粉输送管道内的煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度，并维持在标定状态所需的密度和速度条件，煤粉物料在所述压力、所述密度和所述速度均恒定在标定状态所需的相应参数的条件下持续稳定输送；

S3a、在煤粉物料持续稳定输送过程中，利用称重装置对煤粉循环管道所输出的煤粉物料进行称重；

S4a、利用煤粉流量检测装置获得煤粉输送管道内的煤粉流量，利用称重装置的称重数据对煤粉流量检测装置进行校正。

一些具体实施方式中，所述煤粉流量检测装置包括密度计、速度计和第一控制模块；所述步骤S4a包括：

S4a-1:通过所述密度计和所述速度计分别测量所述标定状态下的煤粉输送管道内煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度，所述第一控制模块根据速度计的速度信号和密度计的密度信号计算获得标定状态下的煤粉流量数据f*；

S4a-2:按照公式f＝(w2-w1)/t计算得到标定状态下的煤粉验证流量数据f，其中w1为步骤S2a中所述的压力、密度和速度均恒定在标定所需的相应参数时称重装置的称重数，w2为煤粉物料持续稳定输送时间t后称重装置的称重数；

S4a-3:根据公式δ＝f/f*计算得到修正因子；

根据不同的标定需求，具体可根据生产运行过程中气化炉的不同操作压力和负荷而确定所需的各个标定参数，在不同的压力条件、密度条件和/或速度条件下重复步骤S2a-S4a，具体为在步骤S2a中获得并维持在所需要的各个参数条件，之后按照上述步骤循环标定，分别获得相对应的各个修正因子，将各个修正因子输入并存储至第一控制模块中作为修正因子库或将各个修正因子绘制成修正因子曲线输入并存储到第一控制模块中，用于对所述煤粉流量检测装置进行校正；在生产运行过程中，第一控制模块将根据这些预设的修正因子对根据速度和密度计算得到的煤粉流量数据进行校正(或修正)，得到流量检测结果。

优选的，在煤粉给料罐和反应器之间设有两套或多套上文所述的系统，当所要标定的煤粉流量检测装置进行步骤S1a-S4a的标定步骤时，其他无需标定的煤粉流量检测装置所在的煤粉输送管道保持与反应器相连通的生产运行状态，即实现在线标定过程。

本发明第三方面提供一种利用上文所述的系统或上文所述的设备进行煤粉密相输送精确控制的方法，包括如下步骤：

S1b、将换向装置切换为使煤粉输送管道与煤粉循环管道相连通的标定状态，煤粉物料由煤粉给料罐输出并进入煤粉输送管道，按照上文所述的方法对煤粉输送管道上的煤粉流量检测装置进行初始标定；通过该步骤实现开车前煤粉流量检测装置的初始标定，如有多个煤粉流量检测装置，则对各个煤粉流量检测装置均通过该步骤完成初始标定。初始标定之后进入步骤S2b；

S2b、将煤粉输送管道上的换向装置切换为使煤粉输送管道与反应器相连通的生产运行状态；利用输送调节装置调节煤粉输送管道内的煤粉/惰性气混合物的密度、煤粉流动的速度和煤粉流量；利用煤粉流量检测装置获得煤粉输送管道内的煤粉/惰性气混合物的密度、煤粉流动的速度和煤粉流量检测结果，同时煤粉流量检测装置将该流量检测结果、煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度与相应的预设值相比较，当与预设值不同时，所述煤粉流量检测装置调控所述输送调节装置，从而获得生产运行状态所需的煤粉的目标流量、煤粉/惰性气混合物的目标密度和煤粉流动的目标速度；

S3b：在生产运行过程中，当煤粉流量检测装置需要再次标定时，将设有需要再次标定的煤粉流量检测装置的煤粉输送管道通过换向装置切换为与煤粉循环管道相连通的标定状态，并进行再次标定；完成再次标定后，切换换向装置使设有再次标定后的煤粉流量检测装置的煤粉输送管道恢复至与反应器相连通的状态，进入步骤S2b的生产运行状态。在该步骤中，当在煤粉给料罐和反应器之间设有两套或多套上文所述的系统时；步骤S3b中：当需要再次标定的煤粉流量检测装置进行再次标定时，其他无需再次标定的煤粉流量检测装置所在的煤粉输送管道保持与反应器相连通的生产运行状态；即仅需对需要再次标定的煤粉流量检测装置进行再次标定，而其他无需再次标定的则保持生产运行状态。

具体的，所述煤粉流量检测装置包括速度计、密度计和第一控制模块，所述密度计和所述速度计分别用于测量煤粉输送管道内的煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度；所述步骤S2b中，所述煤粉流量检测结果通过以下方式获得：所述煤粉流量检测装置的第一控制模块根据速度计的速度信号和密度计的密度信号计算获得煤粉流量数据，第一控制模块利用预设的修正因子对该煤粉流量数据进行校正获得所述煤粉流量检测结果。所述预设的修正因子为在煤粉流量检测装置进行初始标定时预设在第一控制模块中的，而若经过再次标定，则为经再次标定时所更新的，具体的预设过程参照前文所述，不再赘述。

所述步骤S2b中，所述目标流量、目标密度和目标速度按照以下方式获得：所述第一控制模块将所述煤粉流量检测结果、煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度与相应的预设值相比较，且当与预设值不同时，所述第一控制模块调控所述输送调节装置以获得生产运行状态所需的煤粉的目标流量、煤粉/惰性气混合物的目标密度和煤粉流动的目标速度。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

利用本发明的系统和方法，不仅可以快速标定煤粉流量检测装置(或称为煤粉流量计)，而且还可以在反应器运行过程中，对煤粉输送进行精确控制，提高气化效率，减少氧煤比控制不准确带来的损害。

附图说明

图1是一种具体实施方式中煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的设备的流程示意图；

图2是一种具体实施方式中煤粉流量检测及控制单元的流程示意图；

图3是一种具体实施方式中背压控制单元的流程示意图；

图4是一种具体实施方式中第一管道充气器的结构示意图；

图5是一种具体实施方式中取压器的结构示意图；

图6是一种具体实施方式中减压管的结构示意图；

图7是图6中减压管的煤粉流通通道出口514的放大结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。

参见图1，本发明的煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统主要包括煤粉输送管道7、换向装置3、煤粉循环管道8、背压控制单元5、称重装置6和煤粉流量检测及控制单元2。其中煤粉输送管道7用于将煤粉物料由煤粉给料罐1输送至反应器4。

换向装置3设于煤粉输送管道7上，换向装置3与煤粉循环管道8的入口相连接，换向装置3用于将煤粉输送管道7切换为与反应器4相连通的生产运行状态或将煤粉输送管道7切换为与煤粉循环管道8相连通的标定状态。换向装置3具体可以设置在反应器4的煤粉烧嘴附近。换向装置3要求转向速度快且密封良好，其结构形式可以是三通换向阀、双切断阀(通往反应器4和称重装置6的煤粉管线上各设置一个切断阀)等本领域具有换向功能的相应装置。

称重装置6的入口与煤粉循环管道8的出口相连通，用于对煤粉循环管道8输出的煤粉进行称重，即在标定状态时对煤粉进行称重。具体的一些实施方式中，称重装置6具体为带有称重模块和储存空间并在底部设置切断阀的煤粉过滤设备，用于接收煤粉物料(含惰性气体)并通过过滤元件将煤粉和惰性气体进行分离后，惰性气外排，煤粉收集并利用称重模块进行称重；称重后的煤粉可排入气化装置的煤粉储存和输送系统进行重复利用。过滤元件具体可以是烧结金属式、多孔陶瓷式、纤维滤布(袋)式或两种或多种的组合。本发明的系统，优选其称重装置6的存储体积为能够接收单条煤粉输送管道7最大输送流量下1小时的煤粉物料的自然堆积体积；优选称重装置6的称重量程为单条煤粉输送管道7最大输送流量下1小时的煤粉物料的累积重量，采用具有优选的存储体积和称重量程的称重装置，可以节约煤粉流量计单次循环标定所需的时间并能提高标定精度。

参见图2，煤粉流量检测及控制单元2具体包括煤粉流量检测装置202(或称为煤粉流量计)和输送调节装置201，其中煤粉流量检测装置202设于煤粉输送管道7上且位于换向装置3的上游。输送调节装置201与煤粉流量检测装置202通信连接，设于煤粉输送管道7上且位于煤粉流量检测装置202的上游。输送调节装置201用于调节煤粉输送管道7内的煤粉/惰性气混合物的密度、煤粉流动的速度和煤粉流量，煤粉流量检测装置202用于获得煤粉输送管道内的煤粉/惰性气混合物的密度、煤粉流动的速度和煤粉流量，煤粉流量检测装置202还用于当煤粉流量检测结果、煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度与相应的预设值(即预设的煤粉流量、密度和速度)不同时调控输送调节装置201，以获得煤粉输送管道内煤粉的目标流量、煤粉/惰性气混合物的目标密度、煤粉流动的目标速度。

具体的，如图2所示，煤粉流量检测装置202(或称为煤粉流量计)包括速度计207、密度计208和第一控制模块206。其中，速度计207用于测量煤粉输送管道7内的煤粉流动的速度；密度计用于测量煤粉输送管道7内的煤粉/惰性气混合物的密度。具体的一些实施方式中，速度计207和密度计208设置在煤粉输送管道7的第一调节阀205之后的竖直管道上，在密度计208和速度计207之前或之后留有足够的直管段，例如在二者之前或之后留有大于10倍煤粉输送管道7的内径的直管段。密度计208和速度计207的结构可以是分体式的或整体式的，规格类型可以是核辐射型、电磁型、静电型、电容型等。

煤粉流量检测装置202的第一控制模块206分别与速度计207和密度计208通信连接，第一控制模块206用于根据速度计反馈的速度信号和密度计反馈的密度信号计算获得煤粉流量数据(即煤粉质量流量)，根据密度、速度来计算煤粉质量流量是本领域技术人员所熟知的，对此不作赘述，具体而言本领域所熟知的，通过测量管道内的煤粉/气体混合物密度和煤粉流动速度以及结合管道的流通面积来计算获得煤粉的质量流量。第一控制模块206内还预设有修正因子数据，第一控制模块206还用于根据预设的修正因子来对煤粉流量数据进行校正(或称为修正)，从而获得煤粉流量检测结果。

进一步的，煤粉流量检测装置202通过第一控制模块206与输送调节装置201通信连接，第一控制模块206还用于当流量检测结果、煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度与相应的预设值不同时对输送调节装置201进行调控，从而获得煤粉输送管道内的目标流量、目标密度和目标速度。一些优选实施方式中，输送调节装置201包括顺着煤粉输送管道7内煤粉物料的流动方向，在煤粉输送管道7上依次设置的第一管道充气器203和第一调节阀205，还包括第二调节阀204。第一管道充气器203具体设于煤粉给料罐1底部的活化设备之后。其中，第一管道充气器203用于向煤粉输送管道7内通入惰性气体，第二调节阀204用于调节进入第一管道充气器203的惰性气体的流量，从而能调节煤粉输送管道7内煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动速度，进而调节煤粉物料的流量。第一调节阀205具体位于第一管道充气器203之后并靠近管道充气器处，通过调节煤粉输送管道7的流通面积的方式调节煤粉输送管道7内的煤粉流量。第一调节阀205具体可以是角形调节阀或球型调节阀等。

具体的，第一控制模块206是分别与第一调节阀205和第二调节阀204通信连接，第一控制模块206用于当煤粉流量检测结果、煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度与相应的预设值不同时对第一调节阀205和第二调节阀204进行调控，从而能获得煤粉/惰性气混合物的目标密度、煤粉流动的目标速度和煤粉的目标流量，精确控制煤粉密相输送。

在一些优选的具体实施方式中，参见图4，第一管道充气器203包括煤粉流通通道215、惰性气腔213、惰性气进口212、煤粉物料进口210和煤粉物料出口211。其中惰性气腔213环绕于煤粉流通通道215外侧，包绕煤粉流通通道215的管壁外侧的四周，惰性气进口212与惰性气腔213相连通，惰性气进口212用于和惰性气源相连，从而向惰性气腔213内输入惰性气体；惰性气腔213使惰性气均匀分布在煤粉流通通道215外侧。煤粉物料进口210和煤粉物料出口211分别位于煤粉流通通道215两端，第一管道充气器203通过煤粉物料进口210和煤粉物料出口211安装于煤粉输送管道7上，煤粉流通通道215与煤粉输送管道7相连通。具体的，煤粉流通通道215和与之连接的煤粉输送管道7是内径相同的同轴的。煤粉流通通道215的壁面214设有供进入惰性气腔内的惰性气通过的多个气孔。这些气孔的孔径的尺寸以能通过惰性气体而不能通过煤粉为准。煤粉流通通道的壁面材质优选为过滤介质，例如为烧结金属、多孔陶瓷或金属丝网中的一种或至少两种的组合。

背压控制单元5设于煤粉循环管道8上，用于调控管道内的压力。具体的一些优选实施方式中，背压控制单元5包括顺着煤粉循环管道8内煤粉物料的流动方向，在煤粉循环管道8上依次设置的压力检测装置501、第二管道充气器502和减压管504，还包括第三调节阀503。其中，第二管道充气器502用于向煤粉循环管道8内通入惰性气体，第三调节阀503用于调节通入第二管道充气器502内的惰性气流量。本发明的系统还包括第二控制模块(图中未示出)，第二控制模块分别与压力检测装置501和第三调节阀503通信连接，用于将压力检测装置501反馈的压力信号与预设值(即预设的压力值)比较，经计算后发出调控指令使第三调节阀503的阀门开度按指令的开度自动调整，从而使得换向装置3之后和减压管504之前的煤粉循环管道8的压力调整为目标压力，例如与反应器4正常运行时的压力一致(模拟气化炉运行状态)或标定煤粉流量计202所需的压力条件等。第二控制模块具体可位于整个气化装置的控制系统中，可以是具有相应计算和控制等相应功能的电子芯片。

具体的，第二管道充气器502可采用与第一管道充气器203相同的结构，参见图4，不再赘述。二者可以具有不同的尺寸，例如不同的长度等。

压力检测装置501具体设置在换向装置3之后和第二管道充气器502之前，压力检测装置501具体包括设于煤粉循环管道8上的取压器505和安装于取压器505的取压口509上的压力表506，压力表506用于测量管内压力。压力检测装置501具体通过该压力表506与第二控制模块通信连接，即，第二控制模块根据压力表506检测得到的压力值和压力的设定值进行对比，经计算后发出指令使第三调节阀503的开度按指令的开度自动调整，从而使进入第二管道充气器502的惰性气体流量得到调节，进而能获得要求的管道压力。

一些优选的具体实施方式中，参见图5，取压器505包括取压口509、煤粉流通通道510、惰性气腔511、煤粉物料进口508和煤粉物料出口507，其中惰性气腔511环绕于煤粉流通通道510外侧，包绕于煤粉流通通道510外侧的四周。煤粉物料进口508和煤粉物料出口507分别位于煤粉流通通道510两端，取压口509与惰性气腔511连通，取压口509除了设有压力表506，还用于与惰性气源连接，从而向惰性气腔511内输入惰性气体。取压器505通过煤粉物料进口508和煤粉物料出口507安装于煤粉循环管道8上，煤粉流通通道510与煤粉循环管道8相连通。煤粉流通通道510的壁面512设有供进入惰性气腔511内的惰性气通过的多个气孔；这些气孔的孔径的尺寸以能通过惰性气体而不能通过煤粉为准。煤粉流通通道510的壁面512材质优选为过滤介质，例如优选为烧结金属、多孔陶瓷或金属丝网中的一种或至少两种的组合。取压口509通入惰性气体，可防止过滤介质的煤粉流通通道510侧被煤粉堵塞而影响测量准度。

一些优选的具体实施方式中，参见图6，减压管504包括与煤粉循环管道8相连通的煤粉输送通道522、压力平衡腔519、位于煤粉输送通道522两端的煤粉物料进口513和煤粉物料出口514，其中，煤粉输送通道522具体包括依次相衔接的第一通道516、过渡通道517和第二通道518。减压管504的煤粉物料进口513设于第一通道516的入口处，减压管504的煤粉物料出口514设于第二通道518的出口处。减压管504通过其煤粉物料出口514和煤粉物料进口513安装于煤粉循环管道8上。第一通道516的内径和与之相连接的煤粉循环管道8的管段的内径相同，第二通道518的内径小于第一通道516的内径。过渡通道517的进口端的内径与第一通道516的内径相同，过渡通道517的出口端的内径与第二通道518相同。煤粉物料出口514相对第二通道518为扩口，即该煤粉物料出口为出口扩径；出口扩径为煤粉物料经减压管504减压后，惰性气体的体积膨胀。减压管504的进出口直径比可根据压降比而进行确定，对于普遍的模拟气化炉操作压力4.0MPaG减压到常压，优选减压管504的煤粉物料出口514的最小内径和最大内径的比值为0.05-0.1，更优选0.07-0.08，减压管504的煤粉物料出口的扩径角B为10-30°，优选15-25°。其中，参见图6-7，煤粉物料出口514的入口部位于第二通道的出口515处，且由第二通道出口515向其端面外扩，使得煤粉物料出口514的入口部的内径d(即煤粉物料出口514的最小直径)大于第二通道518的内径，煤粉物料出口514由其入口部向出口部逐渐外扩，即内径逐渐变大，在出口部获得最大内径D。

减压管504利用缩小直径的方式消耗煤粉物料的能量，使其减压到常压后通过煤粉物料出口514排入称重装置6。第二通道518是垂直的，其长度根据压降比而确定，例如对于普遍的模拟气化炉操作压力4.0MPaG减压到常压，减压段(第二通道518)长度不低于250mm。

压力平衡腔519环绕于第二通道518外侧，包绕在第二通道518的外壁四周。煤粉物料出口514和压力平衡腔519之间设有将二者相连通的压力平衡孔520，压力平衡孔520用于平衡压力平衡腔519和称重系统(称重装置6)的压力，其个数可以为4-10个，优选6-8个。

优选的过渡通道517的进出口内径比为1.5-3.5，进一步优选2-3。优选第一通道516、第二通道518和过渡通道517同轴；进一步优选的，过渡通道517的内壁与轴向的夹角A为10-30°，更优选15-25°。优选第二通道518和过渡通道517的管壁521尤其是内壁为耐磨管壁，采用高硬度的耐磨材料，例如C45E，耐磨管壁521的厚度优选大于10mm。

本发明还提供基于上述系统的煤粉密相输送和流量快速标定的设备，参见图1，包括煤粉给料罐1和反应器4(气化炉)，在煤粉给料罐1和反应器4之间设有至少一套上文所述的系统，更优选设有两套或多套上文所述的系统。优选的反应器4为能按照与反应器4正常操作压力(即正常生产运行压力)相同或相近的操作压力下进行投料的气化炉，并能在满负荷或接近满负荷投料量条件下进行投料，而且能够在50％-110％负荷下调节。煤粉给料罐1具体用于接收和储存高压煤粉(例如高于气化炉操作压力0.4-1.0MPaG)，通过在煤粉给料罐1底部设活化设备，利用惰性气体作为流化气(如二氧化碳或氮气)将流化态的煤粉排入煤粉输送管道7)；煤粉给料罐1底部的活化设备具体可以是通气锥或流化搅拌器等。

反应器4(气化炉)用于接收煤粉并使煤粉和氧气在其内进行气化反应，其接收煤粉的位置可以位于气化炉的顶部或侧面，其内部结构可以是盘管水冷壁、列管水冷壁或储热式耐火砖等。

本发明的上述系统或设备可用于煤粉密相输送精确控制和流量快速标定。

本发明还提供基于上述系统或设备的进行流量检测装置流量快速标定的方法。该方法主要包括如下步骤：

S1a、将设有所要标定的煤粉流量检测装置202的煤粉输送管道7上的换向装置3进行切换，使该煤粉输送管道7切换为与煤粉循环管道8相连通的标定状态；煤粉给料罐1冲压至高于气化炉(反应器4)正常操作压力4-10bar，之后输出煤粉物料至煤粉输送管道7中；

S2a、利用背压控制单元5调控煤粉输送管道7和煤粉循环管道8内的压力，并维持在标定状态所需的相应压力；利用煤粉流量检测及控制单元2调控煤粉输送管道7内的煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度，并维持在标定状态所需的相应密度和速度，煤粉物料在上述压力、密度和速度均恒定在标定所需的相应参数条件下持续稳定输送，例如与反应器4正常生产运行时的相应条件一致，即模拟反应器4正常运行状态；

S3a、在煤粉物料按照步骤S2a的条件(压力、密度和速度恒定在标定状态所需的相应参数)持续稳定输送过程中，利用称重装置6对煤粉循环管道8所输出的煤粉物料进行称重；

S4a、利用煤粉流量检测装置202获得煤粉输送管道7内的煤粉流量，利用称重装置6的称重数据对煤粉流量检测装置202进行校正(或称为标定)。

具体的，煤粉流量检测装置202包括密度计208、速度计207和第一控制模块206；所述步骤S4a具体包括：

S4a-1:通过密度计208和速度计207分别测量标定状态下的煤粉输送管道7内煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度，第一控制模块206根据速度计207的速度信号和密度计208的密度信号计算获得标定状态下的煤粉流量数据f*(即煤粉质量流量的直接测量值，此时修正因子默认为1)；利用煤粉/惰性气的密度和煤粉流动速度来计算获得管道内的煤粉质量流量是本领域所熟知的，具体是根据煤粉/惰性气的密度和煤粉流动速度和管道的流通面积来计算获得煤粉质量流量，对此不作赘述。

S4a-2:按照公式f＝(w2-w1)/t计算得到标定状态下的煤粉验证流量数据f(即根据称重装置6的称重结果算得的真实煤粉质量流量)，其中w1为当步骤S2a中的压力、密度和速度均恒定在标定所需的相应参数时称重装置的称重数，w2为煤粉物料持续稳定输送时间t后称重装置的称重数；优选在单次标定过程中，煤粉物料持续稳定输送时间为10-15分钟。步骤S4a-2可通过人工记录并计算完成。

S4a-3:根据公式δ＝f/f*计算得到修正因子，其中f为步骤S4a-2中的煤粉验证流量数据，f*为S4a-1中煤粉流量检测装置202中的第一控制模块206算得的煤粉流量数据(即煤粉质量流量的直接测量值)。步骤S4a-3可通过人工记录并计算完成。

之后根据标定需要，比如根据气化炉运行过程中的不同工况要求，具体如气化炉运行的不同压力条件和/或不同负荷，来确定需要在哪些参数条件下进行循环标定，例如在相同流量下对应不同的煤粉速度和密度分别进行上述标定步骤，例如在煤粉速度(6m/s、7m/s、8m/s、9m/s)来进行循环标定，获得相对应的各个修正因子。因而，标定方法还包括如下步骤：根据不同压力条件、密度条件和/或速度条件重复步骤S2a-S4a，分别获得各个条件所对应于的修正因子，将各个修正因子输入至第一控制模块206中存储作为修正因子库或将各个修正因子绘制成修正因子曲线输入存储到第一控制模块206中，用于对煤粉流量检测装置进行校正(即在生产运行过程中，用于校正煤粉质量流量的直接测量值)。后续在生产运行状态，第一控制模块206利用修正因子对煤粉质量流量的直接测量值进行校正。

进一步举例的，在标定过程中例如：在6m/s、7m/s、8m/s、9m/s的不同煤粉流动速度下，按照相同的密度和压力条件进行上述标定步骤，得到各个煤粉流动速度下的修正因子；可以将这些工况条件对应的修正因子作为修正因子库输入到第一控制模块内；或者，绘制修正因子-速度曲线(即修正因子曲线)，将其输入到第一控制模块206内；在生产运行过程中，第一控制模块206将直接从其修正因子库或修正因子曲线中获取相对应的修正因子，即第一控制模块206根据其接收的速度计的速度信号、密度计的密度信号或所接收的压力信号等，从其修正因子库或修正因子曲线中找到相应的修正因子，例如从修正因子曲线中找到煤粉流动速度6.5m/s所对应的修正因子，利用该修正因子对煤粉质量流量的直接测量值进行校正，计算并输出煤粉流量检测结果；此处仅为一种示例，在其他因素变化的情形下，也类似的对煤粉流量检测装置进行相应的校正以获得相应的修正因子数据，进而在生产运行状态时输出煤粉流量检测结果。

优选在煤粉给料罐1和反应器4之间设有两套或多套上文所述的系统，当所要标定的煤粉流量检测装置进行步骤S1a-S4a的标定步骤时，其他无需标定的煤粉流量检测装置202所在的煤粉输送管道7保持与反应器相连通的生产运行状态。

具体的，在步骤S2a中利用背压控制单元5调控管道压力的具体步骤为：通过压力检测装置501、第二管道充气器502，及第二控制模块对第三调节阀503的调控使得换向装置3之后和减压管504之前的压力与反应器4运行的操作压力一致(模拟反应器4运行压力)或为其他标定所需的压力值，并维持该压力不变；通过减压管504使得煤粉物料进入称重装置6之前减压为常压。

本发明的上述系统或设备还能用于煤粉密相输送的精确控制，进行煤粉密相输送的精确控制的方法主要包括如下步骤：

S1b、将换向装置3切换为使煤粉输送管道7与煤粉循环管道8相连通的标定状态，煤粉物料由煤粉给料罐1输出并进入煤粉输送管道7，具体如煤粉给料罐1的压力高于气化炉压力0.4-1.0MPaG，煤粉由给料罐1底部的活化设备流化后进入煤粉输送管道7；按照上文的标定方法(见步骤S1a-S4a)对煤粉输送管道上的煤粉流量检测装置202进行初始标定，初始标定过程中模拟反应器正常生产运行的相应条件(压力、密度、速度等)，具体标定过程参见前文，不再赘述；初始标定又称为开车前标定，对各个煤粉流量检测装置均首先完成该初始标定；初始标定之后进入步骤S2b；

S2b、将煤粉输送管道7上的换向装置3切换为使煤粉输送管道7与反应器4相连通的生产运行状态；利用输送调节装置201调节煤粉输送管道7内的煤粉/惰性气混合物的密度、煤粉流动的速度和煤粉流量；利用煤粉流量检测装置202获得煤粉输送管道7内的煤粉/惰性气混合物的密度、煤粉流动的速度和煤粉流量检测结果，同时煤粉流量检测装置202将该流量检测结果、煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度与相应的预设值(即预设的流量、密度和速度)相比较，当与预设值不同时，煤粉流量检测装置202调控输送调节装置201，从而获得生产运行状态所需的煤粉的目标流量、煤粉/惰性气混合物的目标密度和煤粉流动的目标速度；

S3b：在步骤S2b的生产运行过程中，当煤粉流量检测装置202需要再次标定时，将设有需要再次标定的煤粉流量检测装置202的煤粉输送管道7通过换向装置3切换为与煤粉循环管道8相连通的标定状态，并按照上文所述的标定方法(见步骤S1a-S4a)进行再次标定；再次标定时同样是模拟反应器正常生产运行的相应工况条件(压力、速度、密度等)，具体标定过程参照前文，不再赘述；完成再次标定后，切换换向装置3使设有再次标定后的煤粉流量检测装置202的煤粉输送管道7恢复至与反应器4相连通的状态，继续进入步骤S2b的生产运行状态。步骤S3b中：当需要再次标定的煤粉流量检测装置进行再次标定时，其他无需再次标定的煤粉流量检测装置所在的煤粉输送管道保持与反应器相连通的生产运行状态。

采用上述方法进行煤粉密相输送，在开车前进行初始标定，并在生产运行过程中实现在线标定，煤粉在输送过程中得到精确控制，保证系统运行稳定，有效降低氧煤比控制不准确所带来的气化炉损伤。

具体的，煤粉流量检测装置202包括速度计207、密度计208和第一控制模块206，密度计208和速度计207分别用于测量煤粉输送管道7内的煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度。上述步骤S2b中，煤粉流量检测结果通过以下方式获得：煤粉流量检测装置202的第一控制模块206根据速度计207的速度信号和密度计208的密度信号计算获得煤粉流量数据，第一控制模块206利用预设的修正因子对该煤粉流量数据进行校正获得所述煤粉流量检测结果。关于修正因子的预设具体可参见前文中的步骤S4a-1至S4a-3，即在初始标定过程中或在再次标定过程中预设于第一控制模块中的修正因子数据，若经过了再次标定，则是再次标定后得到的更新的修正因子；第一控制模块从其修正因子库或修正因子曲线中找到和生产运行状态的工况条件(压力、密度、速度)相对应的修正因子，来校正煤粉流量数据并输出煤粉流量检测结果。所述步骤S2b中，所述目标流量、目标密度和目标速度具体按照以下方式获得：第一控制模块206将煤粉流量检测结果、煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度与相应的预设值相比较，且当与预设值不同时，第一控制模块206调控输送调节装置201，调节第一调节阀205和第二调节阀204的阀门开度，从而获得生产运行状态所需的煤粉的目标流量、煤粉/惰性气混合物的目标密度和煤粉流动的目标速度。

在气化炉4正常运行时，换向装置3使煤粉输送管道7与气化炉4相联通，煤粉物料按要求的密度、速度和流量喷射到气化炉内与氧气进行气化反应生产合成气。

在反应器4(气化炉)开车投料阶段，可以在煤粉投料前先进行煤粉循环，即换向装置3使煤粉输送管道7和煤粉循环管道8相连通，之后，利用背压控制单元5调控背压，使换向装置3之后和第二管道充气器502之前的压力与气化炉运行压力相同(模拟气化炉压力)，以及利用煤粉流量检测及控制单元2使煤粉输送管道7内的煤粉物料的密度、速度和流量达到投料的规定要求并处于稳定的运行状态(例如连续稳定、不波动的运行1分钟以上)；之后通过换向装置3使煤粉输送管道7和气化炉4相连通，完成煤粉投料。投料完成后继续对煤粉循环管道8的第二管道充气器502通入惰性气体一段时间，用于将煤粉循环管线8内残存的煤粉吹出，防止造成堆积和管道堵塞，系统转入气化炉正常运行状态。

气化炉运行过程中，可根据气化炉负荷和氧煤比的设定值来设定第一控制模块206中关于煤粉物料流量、煤粉流动速度和煤粉/惰性气混合物密度的预设值，进而能自动调节输送调节装置201使煤粉输送管道7内煤粉密相输送的密度、速度和流量等参数满足运行要求，保证系统运行稳定。

保证煤粉密相输送精确控制的前提是煤粉流量计测量精确性和准确性，由密度计和速度计组成的煤粉流量计测量装置，在出厂时密度计是已经标定准确的，速度计则需要通过煤粉循环、称重的动态方式进行校准、标定，通过调整内部的修正因子的方式使最终的输出结果(即流量检测结果)更准确。煤粉流量计在没有标定前默认其修正因子为1，第一控制模块根据速度计的速度信号和密度计的密度信号计算煤粉流量(获称作煤粉流量数据或直接测量值)，该值作为流量检测结果和真实值存在偏差；在标定时，通过与称重装置的准确测量结果来进行比较，来修正上述偏差；具体的标定过程参照前面的步骤S1a-S4a。经标定后，第一控制模块内输入了更新的修正因子，在正常生产运行时，采用标定后的煤粉流量检测装置来测定煤粉流量，当第一控制模块根据速度计的速度信号和密度计的密度信号计算获得生产时的煤粉流量后，利用修正因子对其进行修正获得煤粉流量检测结果，用于指导生产。而当因煤质变化等因素造成煤粉流量检测结果通过气化炉运行参数等发现又不准确时，可以通过在线标定(即再次标定)重新计算修正因子，并将新的修正因子数据输入第一控制模块中进行更新，从而使输出的煤粉流量检测结果准确。第一控制模块具体为具有相应计算和控制等功能的电子芯片，流量检测装置还具有各种检测结果的显示功能。

在气化装置(反应器4)原始开车前，按照上述步骤S1a-S4a对煤粉流量检测装置202(或称煤粉流量计)进行初次的校准、标定。通过对所要标定的煤粉流量检测装置202(或称煤粉流量计)进行循环标定，获得不同工况条件的修正因子，并预设在第一控制模块中，用于计算输出流量检测结果。

在气化炉运行时可能因为煤质变化或其他因素(例如煤粉的粒度、含水量等)带来煤粉流量计(速度计)失准、漂移，需要重新标定以调整修正因子。本发明的系统或方法特别适用于科林气化炉多喷嘴的结构特点，科林气化炉能按照与反应器4正常操作压力(即正常生产运行压力)相同或相近的操作压力下进行投料，并能在满负荷或接近满负荷投料量条件下进行投料，而且能够在50％-110％负荷下调节。通过设置两套以上的本发明系统，可以实现煤粉流量计的在线标定(气化炉不停车)：对于需要标定的煤粉流量计，使其背压控制单元5投入使用，模拟需要标定的气化炉压力，切换换向装置3，快速动作使煤粉物料导入煤粉循环管道8送入称重装置，对应的煤粉输送管线和氧气管线通入惰性气体作为正压密封气，防止热合成气窜回烧嘴煤粉通道和煤粉输送管线，当压力表示数、煤粉流量计的稳定性和流量示数满足上述步骤S2a的要求后可按照上述标定方法进行循环标定。在标定过程中，其他煤粉输送管道、煤粉烧嘴保持向气化炉输送煤粉的状态，保证气化炉的正常生产运行。优选的气化炉具体可以是科林气化炉，能采用与正常操作压力相同或相近的操作压力下进行多个粉煤烧嘴逐一或同时在满负荷或接近满负荷的投料量下投料并能够在气化炉压力维持不变的情况下变负荷运行，根据气化炉运行时运行负荷的调整幅度(50-110％)，为满足投料和运行时的流量的检测和控制要求，仅需模拟气化炉正常操作压力下的50％、100％负荷的两个点进行循环标定即可，标定总时间不超过2h，可非常快速的完成标定。在标定过程，具体可在不同气化炉的运行负荷和运行压力下，模拟该负荷和压力条件下的相应压力条件、煤粉/惰性气密度和煤粉流动速度来进行标定，即在上述步骤S2a中达到所需要标定的各个条件。此外，采用上述优选的气化炉，在线标定时，因气化炉在正常操作状态下，仅需将对应需标定煤粉管线切换至循环标定模式，在正常负荷(100％)进行单点标定即可，标定所需时间不超过30min。

本方法同样适用于单一烧嘴、组合烧嘴或多个烧嘴的气化炉系统对应的一根煤粉管线煤粉流量计、两根煤粉管线煤粉流量计或多根煤粉管线流量计的循环标定；本专利方法同样适用于其他真空投料、常压投料、低压投料或高压投料的煤粉流量计标定，只需调整或增加相应的循环标定区间或点。

采用本发明的系统或设备在进行煤粉密相输送精确控制和流量快速标定时，其主要特点和优势包括：

1)系统流程短、易于操作，煤粉流量能够实现与氧煤比的自动精确调整和控制，使气化炉整体/局部炉温在要求的可控范围内，即能够保证转化率又能避免整体/局部炉温超标带来的水冷壁损害。

2)在煤粉流量检测装置202(或称煤粉流量计)的校准标定时，结合科林气化炉开车投料和运行的特点和称重系统特点(单一压力下运行)，在满足正常生产时煤粉固体流量的标定精度要求下，所需标定的点数少，煤粉循环量小，所用的标定时间短，可有效节约煤粉和时间。

3)将本发明的系统和方法应用于科林气化炉，根据其开车投料和运行的特点，以及本发明的称重装置6特点，仅需模拟单一的气化炉正常操作压力进行标定，减压管504的压降比恒定，仅需一种规格的即可，无需在标定过程中根据不同压力的需求更换减压管504或减压管504内部零件，同时标定的点数少可以减少减压管504的煤粉磨蚀，延长其使用寿命。

5)本发明的标定方法可实现开车前和运行过程中的快速标定，有效节约开车时间和成本，同时在气化炉不停车的情况下完成煤粉流量计的标定，可减少运行风险并减少开、停车带来的成本消耗。

下面对采用本发明的系统进行生产的实施例进行示例介绍：

某项目采用1台日投煤量1500吨级的科林气化炉装置，煤粉给料罐1底部活化器采用烧结金属充气锥形式；设置3条煤粉输送管道7和煤粉循环管道8，正常负荷下每个烧嘴的煤粉投料量约20t/h，每套煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统(以下简称系统)中，所采用的煤粉流量检测装置202(煤粉流量计)采用分体式核辐射型流量计，包括1个密度计208、1个速度计207和1个计算和控制模块(即第一控制模块206)；第一调节阀205采用角形控制阀；第一管道充气器203和第二管道充气器502以及取压器505的过滤介质均采用烧结金属；减压管504的减压比为4.0MPaG减压到常压，过渡通道的进出口内径比为2.7，过渡通道的角度A为20°，减压通道的长度265mm，耐磨管壁521采用C45E高硬度的耐磨刚、厚度12mm，压力平衡孔为6个，减压管504的出口扩径的进出口直径比0.075，扩径角度B为20°；称重装置6有效体积(用于收集和储存煤粉用)40m³(煤粉的堆积密度500-550kg/m³)，称重装置量程0-15,000kg，精度±0.1％。

采用上述方法(步骤S1b-S3b)进行煤粉密相输送的精确控制。首先进行煤粉流量计的初始标定，单次循环时间最低5-10分钟，为提高精确度，操作时时间提高到10-15分钟。初始标定完成后，气化炉的点火、投料，投料完成后按上述方法对煤粉密相输送进行精确控制并按生产要求调整气化炉的运行负荷。在以后的开车投料和运行过程中，可进行快速的煤粉流量标定。

相比于传统的真空点火、8-10bar的低压投料的点火投料和配套的煤粉流量计循环标定方式(以煤粉仓作为称重标定基准，其体积约300m³，称重设备量程0-150t，精度0.1％，可储存装置2个小时左右的煤粉需求量)，两种方式的对比如下，本发明方法可有效节省时间，节约原煤，减少浪费：

注：1以煤粉循环两次计算；

2从气化炉点火到完成投料，即煤粉投入气化炉的时间；

3从投料完成到气化炉压力等达到正常运行状态，具备条件的时间；

4送入火炬燃烧的时间(不具备导气条件)；

5因煤粉输送系统故障或需煤粉流量计再次标定而停车或部分停车再到投料完成进入正常工作状态的时间。

从生产实践表明，利用本发明的系统和设备，可以保证气化系统的稳定运行，该系统操作简便、测量和控制精度高、煤粉流量计的快速标定所需时间短、消耗的煤粉量少，提高气化效率。利用本发明的系统和设备可以将煤粉质量流量的测量和控制精度控制在±2％以内，同时还能够实现在线标定，可有效降低氧煤比控制不准确所带来的气化炉损伤。

文中若未特别说明之处，均为本领域技术人员根据所掌握的现有技术所能理解或知晓的，不作一一赘述。

本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。

Claims (23)

1.一种煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统，其特征在于，包括：

煤粉输送管道，用于将煤粉物料由煤粉给料罐输送至反应器；

换向装置和煤粉循环管道，所述换向装置设于煤粉输送管道上，换向装置与煤粉循环管道的入口相连接，所述换向装置用于将煤粉输送管道切换为与反应器相连通的生产运行状态或将煤粉输送管道切换为与煤粉循环管道相连通的标定状态；

称重装置，其入口与煤粉循环管道的出口相连通，用于在所述标定状态时对由煤粉循环管道输出的煤粉进行称重；

背压控制单元，设于煤粉循环管道上，用于调控管道压力；

煤粉流量检测及控制单元，设于换向装置上游的煤粉输送管道上，所述煤粉流量检测及控制单元包括煤粉流量检测装置和与所述煤粉流量检测装置通信连接的输送调节装置，所述输送调节装置用于调节煤粉输送管道内的煤粉/惰性气混合物的密度、煤粉流动的速度和煤粉流量，所述煤粉流量检测装置用于获得煤粉输送管道内煤粉/惰性气混合物的密度、煤粉流动的速度和煤粉流量，所述煤粉流量检测装置还用于当煤粉流量检测结果、煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度与相应的预设值不同时调控所述输送调节装置以获得煤粉的目标流量、煤粉/惰性气混合物的目标密度和煤粉流动的目标速度；

所述输送调节装置包括顺着煤粉输送管道内煤粉物料的流动方向，在煤粉输送管道上依次设有的第一管道充气器和第一调节阀；所述第一管道充气器用于向煤粉输送管道内通入惰性气体；

所述第一管道充气器包括煤粉流通通道、环绕于煤粉流通通道外侧的惰性气腔、与惰性气腔相连通的惰性气进口、位于煤粉流通通道两端的煤粉物料进口和煤粉物料出口，所述第一管道充气器通过所述煤粉物料进口和煤粉物料出口安装于煤粉输送管道上，所述煤粉流通通道与煤粉输送管道相连通，所述煤粉流通通道的壁面设有供进入惰性气腔内的惰性气通过的多个气孔；

称重装置为带有称重模块和储存空间并在底部设置切断阀的煤粉过滤设备，用于接收煤粉物料并通过过滤元件将煤粉和惰性气体进行分离后，惰性气外排，煤粉收集并利用称重模块进行称重；

所述背压控制单元包括第三调节阀，还包括顺着煤粉循环管道内煤粉物料的流动方向在煤粉循环管道上依次设置的压力检测装置、第二管道充气器和减压管；

所述减压管包括与煤粉循环管道相连通的煤粉输送通道、压力平衡腔、位于煤粉输送通道两端的煤粉物料进口和煤粉物料出口，所述煤粉输送通道包括依次相衔接的第一通道、过渡通道和第二通道，减压管的煤粉物料进口设于所述第一通道的入口处，减压管的煤粉物料出口设于所述第二通道的出口处，所述减压管通过其煤粉物料出口和煤粉物料进口安装于煤粉循环管道上，所述第一通道的内径和与之相连接的煤粉循环管道的管段的内径相同，所述第二通道的内径小于所述第一通道，所述过渡通道的进口端的内径与第一通道的内径相同，所述过渡通道的出口端的内径与第二通道相同；所述煤粉物料出口相对所述第二通道为扩口；

所述减压管的煤粉物料出口的扩径角为10-30°。

2.根据权利要求1所述的煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统，其特征在于，所述煤粉流量检测装置包括速度计、密度计和第一控制模块，所述速度计和所述密度计分别用于测量所述煤粉流动的速度和所述煤粉/惰性气混合物的密度，所述第一控制模块用于根据速度计的速度信号和密度计的密度信号计算获得煤粉流量数据以及根据预设的修正因子对所述煤粉流量数据进行校正获得所述煤粉流量检测结果。

3.根据权利要求2所述的煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统，其特征在于，

所述输送调节装置还包括第二调节阀；所述第二调节阀用于调节进入第一管道充气器的惰性气体的流量；所述第二调节阀用于调节煤粉输送管道内的煤粉物料流量；所述第一控制模块分别与所述第一调节阀和所述第二调节阀通信连接，所述第一控制模块还用于当所述流量检测结果、煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度与相应的预设值不同时对所述第一调节阀和第二调节阀进行调控，以获得所述目标流量、目标密度和目标速度。

4.根据权利要求3所述的煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统，其特征在于，

所述气孔的孔径的尺寸以能通过惰性气体而不能通过煤粉为准，所述煤粉流通通道的壁面材质为过滤介质。

5.根据权利要求4所述的煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统，其特征在于，所述煤粉流通通道的壁面材质为烧结金属、多孔陶瓷或金属丝网中的一种或至少两种的组合。

6.根据权利要求1-5任一项所述的煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统，其特征在于，所述系统还包括第二控制模块；

所述第二管道充气器用于向煤粉循环管道内通入惰性气体，所述第三调节阀用于调节通入所述第二管道充气器内的惰性气流量；所述第二控制模块分别与所述压力检测装置和所述第三调节阀通信连接，用于当所述压力检测装置的压力信号与预设值不同时对第三调节阀的阀门开度进行调控。

7.根据权利要求6所述的煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统，其特征在于，所述第二管道充气器与所述第一管道充气器的结构相同；所述压力检测装置包括设于煤粉循环管道上的取压器和安装于取压器的取压口上的压力表，所述压力表与所述第二控制模块通信连接。

8.根据权利要求7所述的煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统，其特征在于，所述压力检测装置中的取压器包括煤粉流通通道、环绕于煤粉流通通道外侧的惰性气腔、位于煤粉流通通道两端的煤粉物料进口和煤粉物料出口，所述取压口与所述惰性气腔连通，所述取压口还用于与惰性气源连接；所述取压器通过所述煤粉物料进口和煤粉物料出口安装于煤粉循环管道上，所述煤粉流通通道与煤粉循环管道相连通，所述煤粉流通通道的壁面设有供进入惰性气腔内的惰性气通过的多个气孔。

9.根据权利要求8所述的煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统，其特征在于，所述取压器的煤粉流通通道的壁面的气孔的孔径的尺寸以能通过惰性气体而不能通过煤粉为准；所述煤粉流通通道的壁面材质为过滤介质。

10.根据权利要求9所述的煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统，其特征在于，所述压力检测装置中取压器的煤粉流通通道的壁面材质为烧结金属、多孔陶瓷或金属丝网中的一种或至少两种的组合；

所述减压管中压力平衡腔环绕于所述第二通道外侧；所述减压管中煤粉物料出口和所述压力平衡腔之间设有将二者连通的压力平衡孔。

11.根据权利要求10所述的煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统，其特征在于，所述减压管中煤粉输送通道的过渡通道的进出口内径比为1.5-3.5。

12.根据权利要求11所述的煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统，其特征在于，所述减压管中煤粉输送通道的过渡通道的内壁与轴向的夹角为10-30°。

13.根据权利要求12所述的煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统，其特征在于，所述第二通道和过渡通道的管壁为耐磨管壁；减压管的煤粉物料出口的最小内径和最大内径的比值为0.05-0.1。

14.根据权利要求1所述的煤粉密相输送精确控制和流量快速标定的系统，其特征在于，

所述称重装置的存储体积为能够接收单条煤粉输送管道最大输送流量下1小时的煤粉物料的自然堆积体积；

所述称重装置的称重量程为单条煤粉输送管道最大输送流量下1小时的煤粉物料的累积重量。

15.一种煤粉密相输送和流量快速标定的设备，其特征在于，包括煤粉给料罐和反应器，在煤粉给料罐和反应器之间设有至少一套权利要求1-14任一项所述的系统。

16.根据权利要求15所述煤粉密相输送和流量快速标定的设备，其特征在于，在煤粉给料罐和反应器之间设有两套或多套权利要求1-14任一项所述的系统。

17.根据权利要求15或16所述煤粉密相输送和流量快速标定的设备，其特征在于，所述反应器为能按照与反应器正常操作压力相同或相近的操作压力下进行投料的气化炉，并能在满负荷或接近满负荷投料量条件下进行投料，且能够在50％-110％负荷下调节的气化炉。

18.一种利用权利要求1-14任一项所述的系统或权利要求15-17任一项所述的设备进行流量快速标定的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1a、将设有所要标定的煤粉流量检测装置的煤粉输送管道上的换向装置进行切换，使该煤粉输送管道切换为与煤粉循环管道相连通的标定状态；

S2a、利用背压控制单元调控煤粉输送管道和煤粉循环管道内的压力，并维持在标定状态所需的压力条件；利用煤粉流量检测及控制单元调控煤粉输送管道内的煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度，并维持在标定状态所需的密度和速度条件，煤粉物料在所述压力、所述密度和所述速度均恒定在标定状态所需的相应参数的条件下持续稳定输送；

S3a、在煤粉物料持续稳定输送过程中，利用称重装置对煤粉循环管道所输出的煤粉物料进行称重；

S4a、利用煤粉流量检测装置获得煤粉输送管道内的煤粉流量，利用称重装置的称重数据对煤粉流量检测装置进行校正。

19.根据权利要求18所述的流量快速标定的方法，其特征在于，所述煤粉流量检测装置包括密度计、速度计和第一控制模块；

所述步骤S4a包括：

S4a-1:通过所述密度计和所述速度计分别测量所述标定状态下的煤粉输送管道内煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度，所述第一控制模块根据速度计的速度信号和密度计的密度信号计算获得标定状态下的煤粉流量数据f*；

S4a-2:按照公式f＝(w2-w1)/t计算得到标定状态下的煤粉验证流量数据f，其中w1为步骤S2a中所述的压力、密度和速度均恒定在标定状态所需的相应参数时称重装置的称重数，w2为煤粉物料持续稳定输送时间t后称重装置的称重数；

S4a-3:根据公式δ＝f/f*计算得到修正因子；

根据不同的压力条件、密度条件和/或速度条件重复步骤S2a-S4a，分别获得相对应的修正因子，将各个修正因子存储至第一控制模块中作为修正因子库或将各个修正因子绘制成修正因子曲线存储到第一控制模块中，用于对所述煤粉流量检测装置进行校正。

20.根据权利要求18-19任一项所述的方法，其特征在于，在煤粉给料罐和反应器之间设有两套或多套权利要求1-14任一项所述的系统，当所要标定的煤粉流量检测装置进行步骤S1a-S4a的标定步骤时，其他无需标定的煤粉流量检测装置所在的煤粉输送管道保持与反应器相连通的生产运行状态。

21.一种利用权利要求1-14任一项所述的系统或权利要求15-17任一项所述的设备进行煤粉密相输送精确控制的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1b、将换向装置切换为使煤粉输送管道与煤粉循环管道相连通的标定状态，煤粉物料由煤粉给料罐输出并进入煤粉输送管道，按照权利要求18-19任一项所述的方法对煤粉输送管道上的煤粉流量检测装置进行初始标定；初始标定之后进入步骤S2b；

S2b、将煤粉输送管道上的换向装置切换为使煤粉输送管道与反应器相连通的生产运行状态；利用输送调节装置调节煤粉输送管道内的煤粉/惰性气混合物的密度、煤粉流动的速度和煤粉流量；利用煤粉流量检测装置获得煤粉输送管道内的煤粉/惰性气混合物的密度、煤粉流动的速度和煤粉流量检测结果，同时煤粉流量检测装置将该流量检测结果、煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度与相应的预设值相比较，当与预设值不同时，所述煤粉流量检测装置调控所述输送调节装置，从而获得生产运行状态所需的煤粉的目标流量、煤粉/惰性气混合物的目标密度和煤粉流动的目标速度；

S3b：在生产运行过程中，当煤粉流量检测装置需要再次标定时，将设有需要再次标定的煤粉流量检测装置的煤粉输送管道通过换向装置切换为与煤粉循环管道相连通的标定状态，并按照权利要求18-19任一项所述的方法进行再次标定；完成再次标定后，切换换向装置使设有再次标定后的煤粉流量检测装置的煤粉输送管道恢复至与反应器相连通的状态，进入步骤S2b的生产运行状态。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，在煤粉给料罐和反应器之间设有两套或多套权利要求1-14任一项所述的系统；步骤S3b中：当需要再次标定的煤粉流量检测装置进行再次标定时，其他无需再次标定的煤粉流量检测装置所在的煤粉输送管道保持与反应器相连通的生产运行状态。

23.根据权利要求21或22所述的方法，其特征在于，

所述煤粉流量检测装置包括速度计、密度计和第一控制模块，所述密度计和所述速度计分别用于测量煤粉输送管道内的煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度；

所述步骤S2b中，所述煤粉流量检测结果通过以下方式获得：所述煤粉流量检测装置的第一控制模块根据速度计的速度信号和密度计的密度信号计算获得煤粉流量数据，第一控制模块利用预设的修正因子对该煤粉流量数据进行校正获得所述煤粉流量检测结果；

所述步骤S2b中，所述目标流量、目标密度和目标速度按照以下方式获得：所述第一控制模块将所述煤粉流量检测结果、煤粉/惰性气混合物的密度和煤粉流动的速度与相应的预设值相比较，且当与预设值不同时，所述第一控制模块调控所述输送调节装置以获得生产运行状态所需的煤粉的目标流量、煤粉/惰性气混合物的目标密度和煤粉流动的目标速度。

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