CN102778322A - 浓相气固流化床中煤炭颗粒的受力测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种浓相气固流化床中煤炭颗粒的受力测量装置及方法，属于煤炭颗粒的受力测量装置及方法。装置由气固流化床、布风气室、气流分布板、柔性绳索与高精度触点拉力器构成。将高密度磁铁矿粉加重质静置于气固流化床体中，压缩空气经布风气室通过气流分布板均匀布风后给入气固流化床中，流化状态稳定后，煤炭颗粒与柔性绳索紧密联接，在流化床中呈不规则运动，受力信息经高精度触点拉力器实时测量后，经信号转换器将电压信号转换为力学信号，传递到数据采集输出装置，并经受力信息处理后，显示在数据信号显示器上。测量装置及方法结构简单、操作方便、易控制、测量精度高、可靠性好，能实现浓密气固多相流中大尺寸多种颗粒的准确受力测量，应用范围广。

Description

浓相气固流化床中煤炭颗粒的受力测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种煤炭颗粒的受力测量装置及方法，尤其一种浓相气固流化床中煤炭颗粒的受力测量装置及方法。
背景技术
我国的煤炭资源主要分布在山西、陕西、内蒙、新疆等干旱缺水地区，采用湿法选煤的技术难度很大，因此开发和推广高效干法选煤技术迫在眉睫。基于气固多相流的浓相高密度流化床具有应用范围广、分选效率高、环境污染小等优势，逐渐应用于干法选煤领域。该流化床主要是通过气固两相的充分接触和稳态流动形成床层内各点密度均匀稳定的准散式鼓泡流化床，为煤炭颗粒按密度分层分离提供良好的环境。煤炭颗粒的受力是决定其运动轨迹和动力学行为的关键因素，进而对原煤的按密度分离行为产生至关重要的影响。目前针对大尺寸颗粒在浓相气密多相流中的受力测量研究很少，仅有少量文献报道了借助于外力场对颗粒受力进行估测的方法，如借助于外加磁场或电场对颗粒受力进行间接测量等，但测量精度与可靠性都较低。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对煤炭干法分选采用的浓相气固高密度流化床，提供一种结构简单、操作方便、易控制、测量精度高、可靠性好、应用范围广的浓相气固流化床中煤炭颗粒的受力测量装置及方法。
技术方案：本发明的浓相气固流化床中煤炭颗粒的受力测量装置，受力测量装置，在气固流化床的下部设置布风气室和气流分布板，气固流化床的底部与转子流量计、风压控制装置、风包和风机顺序连接，在气固流化床的侧面连接有动态压差测量装置；在气固流化床内有煤炭颗粒，柔性绳索的一端与煤炭颗粒紧密联接；柔性绳索的另一端与高精度触点拉力器、信号转换器、数据采集输出装置和数据信号显示器顺序连接，柔性绳索与煤炭颗粒处于联动状态，受力信息可实时传递到高精度触点拉力器上。
所述的煤炭颗粒的受力信息经高精度触点拉力器测量后，可瞬时传递到信号转换器上，并将电压信号转换为力学信号，经数据采集输出装置获取。
所述的高精度触点拉力器量程为0-300mN。
受力测量方法，首先调节气固流化床中的静止床层高度，静止床层高度的高为整体床层高度的2/5，依次选取粒度分别为-0.3+0.15mm，-0.15+0.074mm与-0.074+0.045mm的高密度磁铁矿粉中的任一种加入气固流化床中，开启风机，通入的压缩空气经气流分布板均匀布风后，进入流化床体，使气固流化床内的高密度磁铁矿粉产生流化，通过调节转子流量计控制气速波动范围，经过30秒，在高密度磁铁矿粉流化稳定后，将与柔性绳索紧密联接的煤炭颗粒缓慢匀速置于气固流化床的床体中，进而颗粒在流化床中做无规则运动；煤炭颗粒的运动轨迹每发生一次瞬时变化，即将瞬时受力信息通过联接的柔性绳索传递到触点拉力器上，拉力器将获取的瞬时受力信息传递到信号转换器上，信号转换器将电压信号转换为力学信号并传递到数据采集输出装置后，显示到数据信号显示器上，即获得煤炭颗粒在流化床中运动时任意瞬时的受力波动信息；待煤炭颗粒的运动规律保持相对稳定后，数据采集输出装置和数据信号显示器获得并显示煤炭颗粒受力测量结果。
所述的数据采集输出装置和数据信号显示器联合使用，实时检测煤炭颗粒在气固流化床中的受力波动情况。
待高密度磁铁矿粉完全流化后，开启动态压差测量装置，检测床层压降的波动情况，所述的动态压差测量装置实时监测床层压降的波动情况，以便随时通过调节转子流量计来控制操作气速，保证煤炭颗粒受力测量结果的稳定可靠。
有益效果：本发明采用柔性绳索联接需测量受力的煤炭颗粒，有效减小了外力对颗粒运动的干扰作用，使颗粒在流化床中始终处于自由运动状态，避免了刚性联接杆对颗粒运动的影响；高精度触点拉力器与柔性绳索联接，使煤炭颗粒与力学测量装置间时刻发生动态联动效应，即颗粒在任意时刻的瞬时受力可通过柔性绳索准确地传递到力学测量装置上，有效避免了由于时间延迟产生的受力接收信息误差，提高了测量精度；信号转换器可将受力信息由电压信号转换为力学信号并传递到数据采集装置，克服了直接测量煤炭颗粒受力具有较大难度且测量误差很大的缺陷，可以采集到煤炭颗粒在流化床中运动时任意时刻的受力变化情况，准确度较高，误差较小；采集数据经输出装置显示到数据信号显示器上，可随时观测颗粒受力的准确数值与波动规律，并根据受力波动趋势动态调整流化参数，改变颗粒的运动状态。应用浓相气固流化床中颗粒的受力测量装置及方法，有效解决了无规则运动颗粒受力无法直接测量的瓶颈，同时提高了测量精度，测量误差很小，具有结构简单、控制方便、可靠性好的特点，可广泛应用于其它浓密气固多相流中大尺寸颗粒的受力测量及运动状态的监测。
本测量装置及方法结构简单、操作方便、易控制、测量精度高、可靠性好，能实现浓密气固多相流中大尺寸多种颗粒的准确受力测量，应用范围广，适用于浓相气固流化床中煤炭颗粒的受力测量，也适用于其它浓密气固多相流中大尺寸颗粒的受力测量，对煤炭颗粒在气固流化床中动力学行为的预测计算具有重要的价值和意义。
附图说明
图1是本发明的煤炭颗粒受力测量装置的工作结构图。
图2是本发明的煤炭颗粒在浓相气固流化床中的受力示意图。
图中：1、风机；2、风包；3、风压控制装置；4、转子流量计；5、布风气室；6、气流分布板；7、气固流化床；8、煤炭颗粒；9、柔性绳索；10、高精度触点拉力器；11、信号转换器；12、数据采集输出装置；13、数据信号显示器；14、动态压差测量装置；M、煤炭颗粒；G、自身重力；F b、流化床层浮力；F D、流体曳力。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：
实施例1：本发明的浓相气固流化床中煤炭颗粒的受力测量有受力测量装置和受力测量方法。
受力测量装置，在气固流化床7的下部设置布风气室5和气流分布板6，气固流化床的底部与转子流量计4、风压控制装置3、风包2和风机1顺序连接，在气固流化床的侧面连接有动态压差测量装置14；在气固流化床内有煤炭颗粒，柔性绳索9的一端与煤炭颗粒8紧密联接；柔性绳索9的另一端与高精度触点拉力器10、信号转换器11、数据采集输出装置12和数据信号显示器13顺序连接，柔性绳索9与煤炭颗粒8处于联动状态，受力信息可实时传递到高精度触点拉力器10上。
所述的煤炭颗粒8的受力信息经高精度触点拉力器10测量后，可瞬时传递到信号转换器11上，并将电压信号转换为力学信号，经数据采集输出装置12获取。
所述的高精度触点拉力器量程为0-300mN。
受力测量方法，首先调节气固流化床7中的静止床层高度，静止床层高度的高为整体床层高度的2/5，静止床层高度是把高密度磁铁矿粉加入流化床以后呈现的表观高度，依次选取粒度分别为-0.3+0.15mm，-0.15+0.074mm与-0.074+0.045mm的高密度磁铁矿粉中的任一种加入气固流化床7中，开启风机，通入的压缩空气经气流分布板6均匀布风后，进入流化床体，使气固流化床7内的高密度磁铁矿粉产生流化，通过调节转子流量计控制气速波动范围，经过30秒，在高密度磁铁矿粉流化稳定后，将与柔性绳索9紧密联接的煤炭颗粒8缓慢匀速置于气固流化床7的床体中，所述的“缓慢匀速”是在放置煤炭颗粒进入流化床时，外力的速度应保持缓慢均匀，使颗粒受外力的影响最小化，进而使颗粒在流化床中做无规则运动；煤炭颗粒的运动轨迹每发生一次瞬时变化，即将瞬时受力信息通过联接的柔性绳索传递到触点拉力器上，拉力器将获取的瞬时受力信息传递到信号转换器上，信号转换器将电压信号转换为力学信号并传递到数据采集输出装置后，显示到数据信号显示器13上，即获得煤炭颗粒在流化床中运动时任意瞬时的受力波动信息；待煤炭颗粒8的运动规律保持相对稳定后，数据采集输出装置12和数据信号显示器13获得并显示煤炭颗粒8受力测量结果。
所述的数据采集输出装置12和数据信号显示器13联合使用，实时检测煤炭颗粒8在气固流化床7中的受力波动情况。
待高密度磁铁矿粉完全流化后，开启动态压差测量装置14，检测床层压降的波动情况，所述的动态压差测量装置14实时监测床层压降的波动情况，以便随时通过调节转子流量计4来控制操作气速，保证煤炭颗粒8受力测量结果的稳定可靠。
本发明的浓相气固流化床中煤炭颗粒的受力测量装置，主要由气固流化床7、布风气室5、气流分布板6、柔性绳索9、高精度触点拉力器10构成。气固流化床7通过布风气室5与供风系统连接，通过转子流量计4来调节气流通量；柔性绳索9与煤炭颗粒8紧密联接，保证受力信息传递转换的可靠性；柔性绳索9与高精度触点拉力器10通过外联支架紧密接触，也保证了受力信息的实时可靠传递；高精度触点拉力器10与信号转换器11连接，将受力信息变换为电压信号；信号转换器11将信号放大转换后，将电压信号转换为力学信号输入到数据采集输出装置12上；经数据采集输出装置12处理后，直接将获得的受力信息显示在数据信号显示器13上；动态压差测量装置14安装在气固流化床7的侧壁，实时检测流化床的压降波动情况，对调节稳定气速具有重要作用。
本发明的浓相气固流化床中煤炭颗粒的受力测量方法：
分别采用-0.3+0.15mm，-0.15+0.074mm与-0.074+0.045mm的高密度磁铁矿粉作为流化床的加重质。首先将-0.3+0.15mm的粗粒级高密度磁铁矿粉加入到气固流化床7中，调节静床高为整体床层高度的2/5，开启风机1，通过供风系统向气固流化床7的布风气室5通入压缩空气，压缩空气在气流分布板6的均匀布风作用下，使气固流化床7中的高密度磁铁矿粉产生流化；开启动态压差测量装置14，检测床层压降的波动情况；当流化状态稳定后，将煤炭颗粒8均匀置于气固流化床7的床体中，颗粒将在自身重力、流化床层浮力与流体曳力等共同作用下开始运动；待煤炭颗粒8的运动规律保持相对稳定后，开启数据采集输出装置12和数据信号显示器13，观察颗粒的受力输出信息，并记录颗粒受力的实时数据值；通过调节转子流量计4来控制操作气速的范围，在不同操作气速下，获取煤炭颗粒8在气固流化床7中的受力情况；采取同样的操作流程分别对-0.15+0.074mm与-0.074+0.045mm的细粒级高密度磁铁矿粉作为加重质的流化床中，煤炭颗粒8的综合受力进行测量。
本发明的煤炭颗粒在浓相气固流化床中的受力示意图中：
当煤炭颗粒M在浓相气固流化床中运动时，主要受自身重力G、流化床层浮力F b与流体曳力F D的共同作用，其它受力数量级较小，可忽略不计。本发明设计的浓相气固流化床中煤炭颗粒的受力测量装置及方法获得的结果，即为煤炭颗粒M的综合受力。

Claims (6)

1.浓相气固流化床中煤炭颗粒的受力测量装置，其特征在于：受力测量装置，在气固流化床的下部设置布风气室和气流分布板，气固流化床的底部与转子流量计、风压控制装置、风包和风机顺序连接，在气固流化床的侧面连接有动态压差测量装置；在气固流化床内有煤炭颗粒，柔性绳索的一端与煤炭颗粒紧密联接；柔性绳索的另一端与高精度触点拉力器、信号转换器、数据采集输出装置和数据信号显示器顺序连接，柔性绳索与煤炭颗粒处于联动状态，受力信息可实时传递到高精度触点拉力器上。
2. 根据权利要求1所述的浓相气固流化床中煤炭颗粒的受力测量装置，其特征在于：所述的煤炭颗粒的受力信息经高精度触点拉力器测量后，可瞬时传递到信号转换器上，并将电压信号转换为力学信号，经数据采集输出装置获取。
3. 根据权利要求1所述的浓相气固流化床中煤炭颗粒的受力测量装置，其特征在于：所述的高精度触点拉力器量程为0-300mN。
4. 一种浓相气固流化床中煤炭颗粒的受力测量方法，其特征是：受力测量方法，首先调节气固流化床中的静止床层高度，静止床层高度的高为整体床层高度的2/5，依次选取粒度分别为-0.3+0.15mm，-0.15+0.074mm与-0.074+0.045mm的高密度磁铁矿粉中的任一种加入气固流化床中，开启风机，通入的压缩空气经气流分布板均匀布风后，进入流化床体，使气固流化床内的高密度磁铁矿粉产生流化，通过调节转子流量计控制气速波动范围，经过30秒，在高密度磁铁矿粉流化稳定后，将与柔性绳索紧密联接的煤炭颗粒缓慢匀速置于气固流化床的床体中，进而颗粒在流化床中做无规则运动；煤炭颗粒的运动轨迹每发生一次瞬时变化，即将瞬时受力信息通过联接的柔性绳索传递到触点拉力器上，拉力器将获取的瞬时受力信息传递到信号转换器上，信号转换器将电压信号转换为力学信号并传递到数据采集输出装置后，显示到数据信号显示器上，即获得煤炭颗粒在流化床中运动时任意瞬时的受力波动信息；待煤炭颗粒的运动规律保持相对稳定后，数据采集输出装置和数据信号显示器获得并显示煤炭颗粒受力测量结果。
5. 根据权利要求4所述的浓相气固流化床中煤炭颗粒的受力测量方法，其特征是：所述的数据采集输出装置和数据信号显示器联合使用，实时检测煤炭颗粒在气固流化床中的受力波动情况。
6. 根据权利要求4所述的浓相气固流化床中煤炭颗粒的受力测量方法，其特征是：待高密度磁铁矿粉完全流化后，开启动态压差测量装置，检测床层压降的波动情况，所述的动态压差测量装置实时监测床层压降的波动情况，以便随时通过调节转子流量计来控制操作气速，保证煤炭颗粒受力测量结果的稳定可靠。
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