CN107101918A - 一种颗粒粒度在线测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种颗粒粒度在线测量系统，包括零气发生器、取样装置、混合管、测量装置、真空泵、分离装置和集样装置，其中，测量装置包括壳体，混合管的出口在壳体内与分离装置的入口相对，壳体内两侧对应设有激光发生装置和光电传感器，气固混合物进入壳体，激光发生装置产生的准直激光遇到固体颗粒物的阻挡时，部分准直激光发生散射现象，散射角的大小与固体颗粒物的粒度有关，散射光与未发生散射现象的准直激光发生干涉现象，光电传感器将干涉图像传输至计算机，得到固体颗粒物的粒度分布。本发明基于激光粒度测量原理，结合负压抽吸采样测量和间歇回样技术，结果准确及时，可以实现工业现场的固体颗粒物的粒度分布的长期在线测量。
Description
技术领域
本发明涉及气固两相流在线测量领域，具体涉及一种颗粒粒度在线测量系统。
背景技术
气流输送是利用气流的能量在密闭管道内沿气流方向输送固体颗粒物物料，是一种利用气流在管道中输送固体颗粒物的有效方法，是工业生产过程中的一项重要技术，广泛应用于各种工业部门的粒料、粉料的输送和干燥工艺中。
目前工业现场应用最为广泛的颗粒粒度测量方法是筛分法，将取样得到的颗粒样品放置在多种粒级的标准筛上，通过机械振动晒分出不同粒径，再分别称重，统计各粒级占总样品的质量分布得到颗粒的粒度分布。筛分法测量原理简单，结果可靠，但是需要采样处理，对采样代表性要求高，测量结果滞后性大。
现有的在线颗粒粒度检测技术中，激光粒度仪测量颗粒粒度以其测量速度快，结果准确的优势逐渐受到广泛关注，但是由于激光粒度仪设备昂贵，对环境要求高，存在镜头易污染和安装复杂的缺点，工业现场适应性差，导致在线测量能力受到限制。
CN102608005A的专利公开说明书公开了一种基于压电传感器的颗粒粒度分布在线测量装置及方法。该颗粒粒度分布在线测量装置为在气固两相流管道的中部插入碰撞感应探针，碰撞感应探针装有压电传感器，信号调理板和数据采集模块与压电传感器和信号处理系统连接，当固体颗粒撞击感应探针时压电传感器感应到颗粒碰撞信号并送至信号调理板和数据采集模块，再通过信号处理软件和碰撞粒度模型得到颗粒粒度分布。但有些压电传感器的压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，工业现场适用性较差。
CN101430269A的专利公开说明书公开了一种气力输送管道中煤粉浓度及相分布的实时检测装置。该检测装置的传感器复合管段通过法兰、密封垫片连接在被测工艺管道上，传感器的点状γ源布置在传感器复合管段轴线上，γ源准直器的γ射线出射角为360°平面出射，出射平面与传感器复合管段轴线垂直，γ射线探测器由n个各配静电计的独立电离室构成与传感测量管段同轴的环形电离室阵列。但该发明使用的γ射线具有辐射，长期使用不利于操作人员的健康。
发明内容
本发明提供了一种颗粒粒度在线测量系统，可以通过负压抽吸和间歇回样，实现固体颗粒物的粒度分布的长期在线测量，结果准确及时。
一种颗粒粒度在线测量系统，包括零气发生器、取样装置、混合管、测量装置、真空泵、分离装置和集样装置，其中：
所述零气发生器用于提供洁净的压缩气体；
所述取样装置包括互相连通的取样管和出样管，取样管与出样管之间设有取样阀，出样管与混合管连通；
所述取样管和混合管均与所述零气发生器连通，一方面，可利用洁净的压缩气体在测量前吹扫取样管，防止其堵塞；另一方面，可使洁净的压缩气体与固体颗粒物混合形成气固混合物；
所述测量装置包括壳体，所述混合管的出口在壳体内与分离装置的入口相对，壳体内两侧对应设有激光发生装置和光电传感器，壳体与激光发生装置、光电传感器的连接处设有光学视窗，壳体上设有吹扫光学视窗的的气帘装置，气帘装置与所述零气发生器连通；
所述激光发生装置包括激光器和激光准直降噪模块，可以产生准直激光，并将准直激光传输至测量区域；
所述光电传感器为CCD或CMOS，可以记录干涉图像，并将干涉图像传输至计算机处理得到固体颗粒物的粒度分布；
气固混合物经混合管的出口进入壳体，激光发生装置产生的准直激光遇到固体颗粒物的阻挡时，部分准直激光发生散射现象，散射角的大小与固体颗粒物的大小有关，散射光又与未发生散射现象的准直激光发生干涉现象，光电传感器将干涉图像传输至计算机，得到固体颗粒物的粒度分布；
所述分离装置包括旋风分离器，所述旋风分离器上部与真空泵连通，旋风分离器底部与集样装置连通；
所述集样装置上部带有与零气发生器连通的压缩气体管路，集样装置底部带有回样管，洁净的压缩气体利用回样管输送集样装置中的固体颗粒物；
所述真空泵用于抽吸压缩气体，使壳体内形成负压环境，并使气固混合物在所述分离装置中分离成压缩气体和固体颗粒物，固体颗粒物沉积到所述集样装置中。
优选地，所述的混合管的出口与分离装置的入口的间距不小于20mm。
优选地，所述的壳体上还设有观察视窗。
优选地，所述的分离装置的入口管路中还设有回收管，回收管的直径沿物料流动方向逐渐减小，回收管可以回收测量过的气固混合物，防止气固混合物污染光学视窗和观察视窗，也便于真空泵将固体颗粒物抽吸送至分离装置。
优选地，所述的混合管的出口管口扩口，分离装置的入口管口扩口，混合管的出口管口扩口直径小于分离装置的入口管口扩口直径。
优选地，所述的旋风分离器底部与集样装置的连通处设有第一调节阀，所述的压缩气体管路设有第二调节阀，第一调节阀与第二调节阀联动，当第一调节阀关闭时，第二调节阀开启；当第一调节阀开始时，第二调节阀关闭。
优选地，所述回样管上设有逆止阀，防止固体颗粒物重新进入分离装置。
优选地，所述零气发生器设有静电消除装置。
优选地，所述的静电消除装置为离子风嘴。
所述的混合管内设有导流板，导流板的中心设有进样孔，进样孔的周围均匀布置导流气孔，导流气孔为倾斜通道，所述的出样管通过进样孔伸入导流板下方，混合管在导流板上方与所述的零气发生器连通。
所述的混合管出口带有整流管，整流管的出口伸入壳体内与分离装置的入口相对；混合管内同轴设有间隔环，所述的出样管伸入间隔环内，混合管在间隔环上方与所述的零气发生器连通，防止洁净的压缩气体直接吹到固体颗粒物。
本发明可应用于气流输送管道中固体颗粒物的粒度分布的在线测量，其中，所述的固体颗粒物为等粒径在微米级以上的工业颗粒，所述的取样管设置在气流输送管道内；真空泵连通燃烧室，将从气固混合物中分离出来的压缩气体抽送至燃烧室；回样管与气流输送管道连通，固体颗粒物经回样管输送至气流输送管道内，防止资源浪费，避免造成二次污染。
优选地，所述的固体颗粒物为煤粉；所述的气流输送管道为一次风管；所述的燃烧室为锅炉炉膛。
与现有技术相比，本发明的装置基于激光粒度测量原理，结合负压抽吸采样测量和间歇回样技术，无需复杂的人工操作，也无需复杂的拆卸和安装，集成化程度高，成本较低，测量原理可靠，结果准确及时，可以实现工业现场的固体颗粒物的粒度分布的长期在线测量；同时，固体颗粒物的粒度分布测量完成后，固体颗粒物还可以重新回到气流输送管道，避免了资源浪费，不会造成二次污染，节能减排效果突出。
附图说明
图1为一种颗粒粒度在线测量装置的结构示意图。
图2为实施例1的混合管和测量装置的结构示意图。
图3为实施例1的导流板的结构示意图。
图4为图3的A-A剖面图。
图5为实施例2的混合管和测量装置的结构示意图。
图6为图5中混合管的1/4剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，有必要指出的是，本实施例只用于对本发明进行进一步的说明，并不能理解为对本发明保护范围的界定。
图1给出了一种颗粒粒度在线测量装置的结构示意图，包括零气发生器、取样装置1、混合管2、测量装置3、真空泵4、旋风分离器5和集样罐6。
取样装置1包括互相连通的取样管11和出样管12，取样管11与出样管12之间设有取样阀101，出样管12与混合管2连通，取样管11安装在一次风管10内。
测量装置3包括金属壳体31，混合管2的出口在金属壳体31内与旋风分离器5的入口相对，金属壳体31内两侧对应设有激光发生装置32和光电传感器33，金属壳体31与激光发生装置32、光电传感器33的连接处设有光学视窗34，金属壳体31上设有吹扫光学视窗34的的气帘装置35；
激光发生装置32包括激光器321和激光准直降噪模块322，可以产生准直激光，并将准直激光传输至测量区域；
光电传感器33可以记录干涉图像，并将干涉图像传输至计算机处理得到煤粉的粒度分布；
混合管2的出口与旋风分离器5的入口为喇叭型扩口，混合管2的出口扩口直径小于旋风分离器5的入口扩口直径，可以使气固混合物更好地进入分离装置。
旋风分离器5上部与真空泵4连通，旋风分离器5底部与集样罐6连通。
真空泵4还与锅炉炉膛9连通。
集样罐6上部带有与零气发生器连通的压缩气体管路61，压缩气体管路61设有第二调节阀103；集样罐6底部带有回样管62，回样管62上设有逆止阀104，回样管62与一次风管10连通；压缩气体管路61提供洁净的压缩气体将集样罐6中的煤粉经回样管62输送回一次风管10内。
分离罐底部与集样罐6的连通处设有第一调节阀102，压缩气体管路62设有第二调节阀103，第一调节阀102与第二调节阀103之间设有铰链式联动装置，当第一调节阀102开启时，第二调节阀103关闭；当第一调节阀102关闭时，第二调节阀103开启。
零气发生器设有四个压缩气体出口管路，均带有离子风嘴用于消除静电，其中，第一管路8连通出样管12，设有第三调节阀105，提供洁净的压缩气体在测量前吹扫取样装置1的取样管11，避免其堵塞；第二管路7连通混合管2，设有第四调节阀106，使洁净的压缩气体与煤粉混合稀释形成气固混合物，使之作为被测样品进入测量装置3；第三管路连通气帘装置35，提供洁净的压缩气体防止煤粉吸附在光学视窗34上，避免其污染；第四管路为压缩气体管路61。
测量前，第三调节阀105开启，取样阀101关闭，第一管路8提供压缩气体吹扫取样管11，避免其堵塞。
测量时，取样阀101开启，第三调节阀105关闭，第四调节阀106开启，第一调节阀102开启，第二调节阀103关闭，逆止阀104关闭，真空泵4开启，金属壳体31形成负压环境；取样管11在一次风管10中将煤粉输送至混合管2，煤粉与洁净的压缩气体在混合管2中混合，形成气固混合物。
气固混合物进入金属壳体31，激光发生装置32产生的准直激光遇到煤粉的阻挡时，部分准直激光发生散射现象，散射角的大小与煤粉的粒度大小有关，散射光与未发生散射现象的准直激光发生干涉现象，光电传感器33将干涉图像传输至计算机，得到煤粉的粒度分布；气固混合物继续进入旋风分离器5，在旋风分离器5中分离成压缩气体和煤粉，真空泵4将压缩气体抽吸送至锅炉炉膛9，煤粉沉积至集样罐6。
当集样罐6中煤粉的体积达到集样罐6体积的50％以上时，第一调节阀102关闭，第二调节阀103开启，逆止阀104开启，洁净的压缩气体将集样罐6收集的煤粉经回样管62输送至一次风管10内。
实施例1
如图2、图3和图4所示，在上述技术方案的基础上，混合管2内设有导流板21，导流板21的中心设有进样孔211，进样孔211的周围均匀布置导流气孔212，导流气孔212为圆形截面的倾斜通道；出样管12通过进样孔211伸入导流板21下方，第一管路8安装于导流板21上方；混合管2的出口与旋风分离器5的入口的间距为20mm；光电传感器33为CMOS。
实施例2
如图5和图6所示，零气发生器、取样装置1、真空泵4、旋风分离器5和集样罐6与实施例1相同，不同之处在于混合管2和测量装置3：混合管2还设有与第一管路8对称的第五管路81与零气发生器连通；混合管2的出口带有整流管23，整流管23的出口伸入金属壳体31内与旋风分离器5的入口相对；混合管2内同轴套设有间隔环22，出样管12伸入间隔环22内，第一管路8安装在间隔环22上方，防止洁净的压缩气体直接吹到煤粉。
测量装置3还包括观察视窗36；光电传感器33为CCD；
旋分分离器5的入口管路中还设有回收管37，回收管37可以回收测量过的气固混合物，便于抽吸气固混合物送至旋风分离器5，防止气固混合物污染光学视窗34和观察视窗36，回收管37的直径沿气固混合物流动方向逐渐减小。
上述是结合实施例对本发明作详细说明，但是本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它任何在本发明专利核心指导思想下所作的改变、替换、组合简化等都包含在本发明专利的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种颗粒粒度在线测量系统，包括零气发生器、取样装置、混合管、测量装置、真空泵、分离装置和集样装置，其特征在于：
所述取样装置包括互相连通的取样管和出样管，取样管与出样管之间设有取样阀，出样管与混合管连通；
所述取样管和混合管均与所述零气发生器连通；
所述测量装置包括壳体，所述混合管的出口在壳体内与分离装置的入口相对，壳体内两侧对应设有激光发生装置和光电传感器，壳体与激光发生装置、光电传感器的连接处设有光学视窗，壳体上设有吹扫光学视窗的的气帘装置，气帘装置与所述零气发生器连通；
所述分离装置包括旋风分离器，所述旋风分离器上部与真空泵连通，旋风分离器底部与集样装置连通；
所述集样装置上部带有与零气发生器连通的压缩气体管路，集样装置底部带有回样管。
2.根据权利要求1所述的颗粒粒度在线测量系统，其特征在于：所述的壳体上还设有观察视窗。
3.根据权利要求1所述的颗粒粒度在线测量系统，其特征在于：所述的分离装置的入口管路中还设有回收管，回收管的直径沿物料流动方向逐渐减小。
4.根据权利要求1所述的颗粒粒度在线测量系统，其特征在于：所述的混合管的出口与分离装置的入口的间距不小于20mm。
5.根据权利要求1所述的颗粒粒度在线测量系统，其特征在于：所述的旋风分离器底部与集样装置的连通处设有第一调节阀，所述的压缩气体管路设有第二调节阀，第一调节阀与第二调节阀联动。
6.根据权利要求1所述的颗粒粒度在线测量系统，其特征在于：所述的回样管上设有逆止阀。
7.根据权利要求1所述的颗粒粒度在线测量系统，其特征在于：所述零气发生器设有静电消除装置。
8.根据权利要求7所述的颗粒粒度在线测量系统，其特征在于：所述的静电消除装置为离子风嘴。
9.根据权利要求1所述的颗粒粒度在线测量系统，其特征在于：所述的混合管内设有导流板，导流板的中心设有进样孔，进样孔的周围均匀布置导流气孔，导流气孔为倾斜通道，所述的出样管通过进样孔伸入导流板下方，混合管在导流板上方与所述的零气发生器连通。
10.根据权利要求1所述的颗粒粒度在线测量系统，其特征在于：所述的混合管的出口带有整流管，整流管的出口伸入壳体内与分离装置的入口相对；混合管内同轴设有间隔环，所述的出样管伸入间隔环内，混合管在间隔环上方与所述的零气发生器连通。
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