CN108840106B - 一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置，涉及气力输送技术领域；是由气源动力系统、进料‑混合‑加速系统、管道输送系统、气固分离系统、测量监控系统及控制系统组成；该装置可实现多参数可调的浓相正压气力输送试验；通过电容传感器对输送管道内固体粉末颗粒流态进行可视化监测，直接测定管道内的固相含率、固体瞬时流速、固体累积体积流量等参数；实现不同输送长度的浓相气力输送试验；通过压力变送器可实时监测输送管路内部压降情况，自动辨别管路堵塞情况并具有自动排堵功能；同时可实现不同料气比条件下的浓相气力输送试验；本发明主要用于监测固体粉料颗粒在长距离管道输送过程的内部流型及相关参数的试验研究。

Description

一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置

技术领域

本发明涉及气力输送技术领域，特别是涉及一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置。

背景技术

目前，用于固体粉料颗粒气力输送主要分为稀相气力输送和浓相气力输送。气力输送技术在世界各国均得到了迅速的发展和应用，输送对象从早期的面粉、谷物和信件迅速发展到冶金、水泥、化工、矿山、电力等领域，我国广泛用于燃煤电厂除尘器底部粉煤灰的输送、煤矿采空区充填、干煤粉加氢煤气化及IGCC发电等工程领域。因为稀相气力输送固气比低，能耗高，对管路磨损严重，浓相气力输送技术受到越来越多的关注。

一种可视化的手动控制与PC-PLC远程自动控制相结合的浓相气力输送是实现固体粉料颗粒安全、高效运行的关键保障。目前关于固体粉末颗粒气力输送装置公开的技术如CN201367257Y、CN202529573U均采用补气管道或助吹器等装置实现长距离浓相气力输送，其输送管路结构复杂，管理难度大，采用补气的方式扰乱了固体粉末颗粒在管道中的运行规律，不利于稳定输送；CN105347040A在出料式发料罐的顶部封头上设有充压口、粉体进口、氮气置换气充压口，实现在高压下超高浓相的粉体输送，其输送管路各段输送压力无法实时监测，不具有自动排堵功能，易发生堵管；CN1032746采用下出料形式的发送罐，但其在锥形出料口的周围布置有气流入口，气流注入的大小对罐内流动的影响较大，不利于输送稳定控制，且煤粉浓度相对较低；CN103213845A在料罐底部安装一部星形给料器来控制物料流率，这使得发料罐增设了动力运转部件，使得高压系统安全性受到严重影响；CN105858226A及CN201052926仅提供了一种粉体及小颗粒物料气力输送装置及方法，并未对输送流相及系统控制等方面进行论述。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提出一种可视化的，具有自动排堵功能的长距离浓相正压气力输送试验装置与试验方法。目的在于弥补现有浓相气力输送的不足，且提供具有参数可调的多手段的测试装置，可以直观的监测气固两相流流动相态、管路沿程压降规律，为长距离浓相气力输送参数确定提供先进、高效、直观、可靠和安全的试验装置及试验方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置，是由气源动力系统、进料-混合-加速系统、管道输送系统、气固分离系统、测量监控系统及控制系统组成；其所述的气源动力系统包括气水分离器、空气压缩机、储气罐；所述的进料-混合-加速系统包括发送器、气化装置和料仓；所述的管道输送系统包括排堵装置和输送管道；所述的气固分离系统包括气固分离器，所述的测量监控系统包括气源压力变送器、气体流量计、称重仪、发送单元压力变送器、固体流量计、压力变送器、电容传感器；所述的控制系统，由手动控制系统和PC-PLC远程自动控制系统组成；

所述的空气压缩机通过管线依次连接有气水分离器和储气罐，所述的储气罐的出口与发送器的底部相连接，所述的发送器的入口连接有料仓，所述的料仓上设置有气化装置，所述的料仓的顶部设置有气固分离器，所述的输送管道的一端与发送器的出口相连接，所述的输送管道的另一端与料仓的入口相连接，所述的输送管道还连通有分管路，所述的分管路与输送管道连通的一端设置有排堵装置，所述的分管路的另一端与料仓的入口相连通；在所述的输送管道上均匀间隔设置有压力变送器，在所述的输送管道上还设置有固体流量计和发送单元压力变送器，所述的输送管道上设置有多个电容传感器，在连接有储气罐与发送器的管路上还设置有气源压力变送器、气体流量计、多孔孔板节流装置，所述的发送器的出口上还设置有称重仪；所述的气源动力系统、进料-混合-加速系统、管道输送系统、气固分离系统、测量监控系统分别与手动控制系统和PC-PLC远程自动控制系统相连接。

优选的，所述的电容传感器两端为法兰形状。

优选的，所述的气固分离器由脉冲反吹滤袋除尘器及离心通风机组成。

优选的，所述的发送器上设置有料位器和平衡阀。

优选的，所述的料仓设置有料位器。

优选的，所述的连接空气压缩机和储气罐的管路上还依次设置有分离过滤器、主管路过滤器、高效除油过滤器。

采用手动控制与PC-PLC远程自动控制相结合的控制手段，通过模拟显示屏的动态变化可以监控和了解整个气力输送过程和各部分的实时工作状态，了解压力和流量变化情况，同时对于整个系统运行具有报警功能；通过设置在管路上的压力变送器，系统会自动启动排堵功能，使压力降低，防止堵管。该装置由气源动力系统、进料-混合-加速系统、管道输送系统、气固分离系统、测量监控系统及控制系统这6大系统组成。

所述的气源动力系统，由空气压缩机、气水分离器、分离过滤器、主管路过滤器、高效除油过滤器和储气罐及连接管道等组成，主要为正压气力输送试验系统提供恒定气源，保障输送压力。

所述的进料-混合-加速系统，由多孔孔板节流装置、进气阀组、发送器、平衡阀、料位计、进料阀、气化装置和料仓等组成。是气力输送系统中非常重要的部分，经过干燥和过滤后的气体在这里与物料混合，使物料流态化，同时由于输送进来的气体具有一定的初速度和初始压力，使得混合后的气固两相流也具有一定的初速度和初始压力，即完成加速。

所述的管道输送系统，由出料阀、管道（包括直管和弯管）、排堵装置、可视窗等组成。主要为气力输送测试提供可变长度的输送管道，且便于观察和记录输送时的状况和参数记录。

所述的气固分离系统，由脉冲反吹滤袋除尘器及离心通风机组成，主要用于固体粉料颗粒与输送气体相分离，实现固体粉料颗粒重复利用。

所述的监测监控系统，由气源压力变送器、温度传感器、气体流量计、称重仪、发送单元压力变送器、固体流量计、压力变送器和电容层析成像测试系统（ECT）即电容传感器组成。通过布置相关的仪表仪器对输送系统的正常运行进行状态监控、实时反馈及实验数据的测量和记录，让实验人员通过记录的数据和图像分析实验结果并验证实验思路。

所述的控制系统，由手动控制系统和PC-PLC远程自动控制系统组成。主要用于控制整个系统的正常运行，具有监控功能、报警功能和自我诊断功能。

上述的一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置，系统结构简单、坚固、密封性能好、输送能力大且输送距离长，采用手动控制与PC-PLC远程自动控制相结合的控制手段，可进行不同输送距离的浓相正压气力输送试验，最大输送长度可达到到1000m。

上述的一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置，实验过程中由各测量监控系统自动连续记录整个输送周期内的气源压力、发送单元压力、各弯管和直管压力、粉煤灰重量、出口及入库处的固体流量、耗气量等参数，便于实验完成后对所有的参数进行分析研究。

上述的一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置，电容传感器制作成两端带法兰的形状，根据不同的管径将其安装在相应的管道上，通过图像重建实时观察和监控管道内的气固两相流流动状态，并可对管道内的固相含率、固体瞬时流速、固体累积体积流量进行测量，分析相关运行规律。

上述的一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置，压力变送器安设在输送管道上，由1台气源压力变送器、1台发送单元压力变送器和21台管道压力变送器组成，可以实时监测输送管路内部压降情况，自动辨别管路堵塞情况实现系统自动排堵。

上述的一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置，通过调整多孔孔板节流装置、进气阀组和进料阀控制系统的出力和料气比。

上述的一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置，气固两相流经输送管道回到料仓时，通过气固分离器将固体颗粒与输送气体相分离利用，实现固体粉料颗粒重复利用。

上述的一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置的试验方法，采用上述一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置，可试验长距离输送管道在不同系统的出力和料气比条件下的浓相气力输送过程，并可获取系统运行过程中气源压力、发送单元压力、各弯管和直管压力、粉煤灰重量、出口及入库处的固体流量、耗气量等参数，已确定不同条件下最佳的系统的出力和料气比。其具体实施的步骤为：

步骤一：实验前，调整多孔孔板节流装置、进气阀组和进料阀，并确定试验开泵压力，检查空压机运行状态及储气罐、各类阀门的密封性。

步骤二：启动空压机压缩空气使储气罐中的压力达到0.5MPa以上，然后对实验系统进行一次没有下料的空吹过程，以便更好的减小误差，提高输送效率。

步骤三：储气罐中的压力达到设定值以上时，点击控制系统的“开始”按钮后，系统顺序开启脉冲控制仪、抽尘风机、输送阀、气化阀、出料阀和补气阀。

步骤四：点击控制系统的“开始”按钮同时，打开ECT监测系统，并前程监测采集气源压力、发送单元压力、各弯管、直管压力、粉煤灰重量、出、入库处的固体流量、耗气量和输送物料的运动状态、管道内的固相含率、固体瞬时流速、固体累积体积流量等参数，直至料仓物料全部输送完毕，至此本次浓相正压气力输送试验完成。

步骤五：点击“停止”按钮，通过手动按钮，控制系统以“模拟料位”信号的方式来使输送系统进行空吹，防止输送管道堆积固体粉粒，影响下次试验。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果。

本发明一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置，弥补了固体粉末颗粒浓相气力输送试验装置的空缺，克服了现有气力输送装置的缺陷与不足，根据不同固体粉末颗粒，可进行多种输送长度条件下，浓相气力输送过程中固体粉末颗粒流态及其它输送参数的研究，具体包括以下几点：1）该装置可实现多参数可调的浓相正压气力输送试验；2）该装置通过电容传感器对输送管道内固体粉末颗粒流态进行可视化监测，并且可以直接测定管道内的固相含率、固体瞬时流速、固体累积体积流量等参数；3）该装置可实现不同输送长度的浓相气力输送试验；4）该装置通过压力变送器可实时监测输送管路内部压降情况，自动辨别管路堵塞情况并具有自动排堵功能；5）该装置通过多孔孔板节流装置、进气阀组和进料阀实现不同料气比条件下的浓相气力输送试验。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明试验的流程图。

其中，1 为气水分离器，2为空气压缩机，3为分离过滤器，4为主管路过滤器，5为高效除油过滤器，6为储气罐，7为温度传感器，8为气源压力变送器，9为气体流量计，10为多孔孔板节流装置，11为进气阀组，12为称重仪，13为发送器，14为平衡阀，15为料位器，16为进料阀，17为气化装置，18为料仓，19为气固分离器，20为发送单元压力变送器，21为出料阀，22为排堵装置，23为固体流量计，24为压力变送器，25为输送管道，26为电容传感器，27为分管路。

具体实施方式

下面结合实施例和附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

根据试验要求，输送管道25的尺寸规格有三种选择，分别为：DN100、DN125或DN150；输送长度有五种选择，分别为200m、400m、600m、800m或1000m。该试验装置能够满足固体粉末颗粒的可视化长距离浓相正压气力输送试验要求。

如图2所示，一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置，是由气源动力系统、进料-混合-加速系统、管道输送系统、气固分离系统、测量监控系统及控制系统组成；气源动力系统包括气水分离器1、空气压缩机2、储气罐6；进料-混合-加速系统包括发送器13、气化装置17和料仓18；管道输送系统包括排堵装置22和输送管道25；气固分离系统包括气固分离器19，测量监控系统包括气源压力变送器8、气体流量计9、称重仪12、发送单元压力变送器20、固体流量计23、压力变送器24、电容传感器26；控制系统由手动控制系统和PC-PLC远程自动控制系统组成。

所述的空气压缩机2通过管线依次连接有气水分离器1和储气罐6，储气罐6的出口与发送器13的底部相连接，发送器13的入口连接有料仓18，料仓18上设置有气化装置17，料仓18的顶部设置有气固分离器19，输送管道25的一端与发送器13的出口相连接，输送管道25的另一端与料仓18的入口相连接，输送管道25还连通有分管路27，分管路27与输送管道25连通的一端设置有排堵装置22，分管路27的另一端与料仓18的入口相连通；在所述的输送管道25上均匀间隔设置有压力变送器24，共21台压力变送器24，在输送管道25上还设置有固体流量计23和发送单元压力变送器20，输送管道25上设置有两个电容传感器26，在连接有储气罐6与发送器13的管路上还设置有温度传感器7，气源压力变送器8、气体流量计9、多孔孔板节流装置10，在连接有储气罐6与发送器13的管路上还设置有进气阀组11，发送器13的出口上还设置有称重仪12；在输送管道25靠近发送器13出口的一端设置有出料阀21，进料阀16设置在发送器13的入口；气源动力系统、进料-混合-加速系统、管道输送系统、气固分离系统、测量监控系统分别连接有手动控制系统和PC-PLC远程自动控制系统。其中，电容传感器26两端为法兰形状，根据不同的管径将其安装在相应的管道上，通过图像重建实时观察和监控管道内的气固两相流流动状态，并可对管道内的固相含率、固体瞬时流速、固体累积体积流量进行测量，分析相关运行规律。气固分离器19由脉冲反吹滤袋除尘器及离心通风机组成，可将固体颗粒与输送气体相分离利用，实现固体粉料颗粒重复利用。发送器13上设置有料位器15和平衡阀14。料仓18设置有料位器15。在输送管道25上也设置有料位器15；连接空气压缩机2和储气罐6的管路上还依次设置有分离过滤器3、主管路过滤器4、高效除油过滤器5。

实施方式1：

本实施示例中以输送管路直径DN100，长度600m为例。进行可视化长距离浓相气力输送试验。

如图1所示，采用所述的可视化长距离浓相正压气力输送试验装置的实验方法，包括如下步骤：

步骤一：实验前，将输送管路25设定为直径DN100，长度600m；调整多孔孔板节流装置10的1个Ф8mm进气孔和全部45个Ф3mm进气孔全部打开，得到稳定的空气体积流量，检查空压机运行状态及储气罐、各类阀门的密封性。

步骤二：启动空压机压缩空气使储气罐中的压力达到0.5MPa以上，然后对实验系统进行一次没有下料的空吹过程。

步骤三：储气罐中的压力达到0.8MPa时，点击控制系统的“开始”按钮后，系统顺序开启脉冲控制仪、抽尘风机、输送阀、气化阀、出料阀和补气阀。

步骤四：点击控制系统的“开始”按钮同时，打开ECT监测系统，并前程监测采集气源压力、发送单元压力、各弯管、直管压力、粉煤灰重量、出、入库处的固体流量、耗气量和输送物料的运动状态、管道内的固相含率、固体瞬时流速、固体累积体积流量等参数，直至料仓物料全部输送完毕，至此本次浓相正压气力输送试验完成。

步骤五：点击“停止”按钮，通过手动按钮，控制系统以“模拟料位”信号的方式来使输送系统进行空吹。

实施方式2：

如图1所示，本实施示例中以输送管路直径DN125，长度800m为例。进行可视化长距离浓相气力输送试验。

采用所述的可视化长距离浓相正压气力输送试验装置的实验方法，包括如下步骤：

步骤一：实验前，将输送管路25设定为直径DN125，长度800m；调整多孔孔板节流装置10的1个Ф8mm进气孔和部分26个Ф3mm进气孔打开，得到稳定的空气体积流量，检查空压机运行状态及储气罐、各类阀门的密封性。

步骤二：启动空压机压缩空气使储气罐中的压力达到0.5MPa以上，然后对实验系统进行一次没有下料的空吹过程。

步骤三：储气罐中的压力达到0.8MPa时，点击控制系统的“开始”按钮后，系统顺序开启脉冲控制仪、抽尘风机、输送阀、气化阀、出料阀和补气阀。

步骤四：点击控制系统的“开始”按钮同时，打开ECT监测系统，并前程监测采集气源压力、发送单元压力、各弯管、直管压力、粉煤灰重量、出、入库处的固体流量、耗气量和输送物料的运动状态、管道内的固相含率、固体瞬时流速、固体累积体积流量等参数，直至料仓物料全部输送完毕，至此本次浓相正压气力输送试验完成。

步骤五：点击“停止”按钮，通过手动按钮，控制系统以“模拟料位”信号的方式来使输送系统进行空吹。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (6)

1.一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置，其特征在于是由气源动力系统、进料-混合-加速系统、管道输送系统、气固分离系统、测量监控系统及控制系统组成；其所述的气源动力系统包括气水分离器（1）、空气压缩机（2）、储气罐（6）； 所述的进料-混合-加速系统包括发送器（13）、气化装置（17）和料仓（18）；所述的管道输送系统包括排堵装置（22）和输送管道（25）；所述的气固分离系统包括气固分离器（19），所述的测量监控系统包括气源压力变送器（8）、气体流量计（9）、称重仪（12）、发送单元压力变送器（20）、固体流量计（23）、压力变送器（24）、电容传感器（26）；所述的控制系统由手动控制系统和PC-PLC远程自动控制系统组成；

所述的空气压缩机（2）通过管线依次连接有气水分离器（1）和储气罐（6），所述的储气罐（6）的出口与发送器（13）的底部相连接，所述的发送器（13）的入口连接有料仓（18），所述的料仓（18）上设置有气化装置（17），所述的料仓（18）的顶部设置有气固分离器（19），所述的输送管道（25）的一端与发送器（13）的出口相连接，所述的输送管道（25）的另一端与料仓（18）的入口相连接，所述的输送管道（25）还连通有分管路（27），所述的分管路（27）与输送管道（25）连通的一端设置有排堵装置（22），所述的分管路（27）的另一端与料仓（18）的入口相连通；在所述的输送管道（25）上均匀间隔设置有压力变送器（24），在所述的输送管道（25）上还设置有固体流量计（23）和发送单元压力变送器（20），所述的输送管道（25）上设置有多个电容传感器（26），在连接有储气罐（6）与发送器（13）的管路上还设置有气源压力变送器（8）、气体流量计（9），多孔孔板节流装置（10），所述的发送器（13）的出口上还设置有称重仪（12）；所述的气源动力系统、进料-混合-加速系统、管道输送系统、气固分离系统、测量监控系统分别与手动控制系统和PC-PLC远程自动控制系统相连接。

2.根据权利要求1所述的一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置，其特征在于，所述的电容传感器（26）两端为法兰形状。

3.根据权利要求1所述的一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置，其特征在于，所述的气固分离器（19）由脉冲反吹滤袋除尘器及离心通风机组成。

4.根据权利要求1所述的一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置，其特征在于，所述的发送器（13）上设置有料位器（15）和平衡阀（14）。

5.根据权利要求1所述的一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置，其特征在于，所述的料仓（18）设置有料位器（15）。

6.根据权利要求1所述的一种可视化长距离浓相正压气力输送试验装置，其特征在于，连接所述空气压缩机（2）和所述储气罐（6）的所述管线上还依次设置有分离过滤器（3）、主管路过滤器（4）、高效除油过滤器（5）。