CN109847653A - 一种混合燃料加压连续给料系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合燃料加压连续给料系统和方法。本发明针对加压反应装置无法实现长时间连续混合给料以及给料过程中掺混比例无法实现动态调节的问题，提供了一种适用于加压反应装置的混合燃料加压连续给料系统，包括压力控制模块、混合给粉模块和动态调节模块。本发明综合考虑了加压反应装置的压力变化时实现动态调节、实验过程中实现掺混比例动态变化并且在掺混过程中精确掺混且可动态调节掺混比例，提出了可实现加压反应装置给料稳定且动态调节的方法，改善了给料不连续、掺混比例不可调等问题，实现了加压反应装置给粉精确连续且掺混比例动态可调。
Description
技术领域
本发明涉及一种混合燃料加压连续给料系统和方法。
背景技术
在实验室内进行煤粉等固体燃料燃烧实验时，为了满足携带流给粉的需要，通常需要燃料的粒径在100μm以下，而给粉量也较小，这时能否做到精准微量的给粉对实验结果的准确性有至关重要的影响。另外，在进行燃烧实验中，通常反应器内会出现加压的情况，此时如果给粉方式不恰当，便容易引起“回火”现象，如何在加压反应器下实现连续稳定的给粉，也是现在亟待解决的难题。
如今，已经提出了多种混合给料装置，但是都无法满足实验室的需求。例如，专利CN102390720A提出一种流态化连续微量给料装置，虽然可以做到微量精确给粉，所用方法也是实验室内较为成熟的方法，但是无法解决炉膛反应器内出现加压反应的情况；专利CN107879115A提出一种鼓泡式加压微量给粉系统，虽然解决了加压给粉的问题，但是无法实现燃料精准配比掺混的方式，只能事先预混，但是此时为了实验会留出余量，是对燃料的一种浪费；专利CN108362821A中提出的一种超低挥发分碳基燃料变压力燃烧与排放特性试验台系统中提出了一种给料策略，虽然对上述问题提出了一些解决办法，但是由于关注点主要是实验系统，对于两种燃料能否充分混合考虑不多，其掺混方式很难使得两种燃料充分混合，影响实验结果。
因此，针对加压反应器无法实现长时间连续混合给料以及给料过程中掺混比例无法实现动态调节等问题，需要提出一种合适的系统及方法来解决目前存在的问题，为实验室的研究提供一种切实可行的解决办法。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种混合燃料加压连续给料系统和方法，其考虑了加压反应装置的压力变化实现动态调节、实验过程中实现掺混比例动态变化并且在掺混过程中精确掺混且可动态调节掺混比例，提出了可实现加压反应器给料稳定且动态调节的方法，实现了加压反应器给粉精确连续且比例动态调节。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种混合燃料加压连续给料系统，包括压力控制模块、混合给粉模块和动态调节模块；其中，
压力控制模块包括PID调节器、气瓶、给粉系统进气管、电磁阀Ⅱ、给粉系统出气管以及压力容器；气瓶出口与给粉系统进气管入口连通，给粉系统进气管出口与压力容器入口连通，压力容器出口与给粉系统出气管入口连通，且给粉系统进气管和给粉系统出气管上均设置有电磁阀Ⅱ，PID调节器用于调节电磁阀Ⅱ的开度以便控制压力容器的进气量或者出气量；
混合给粉模块设置在压力容器内，包括储料仓、振动电机、转盘、漏斗、文丘里管、搅拌电机、混合搅拌器和混合给料仓；储料仓设置在转盘的上方，振动电机连接在储料仓的出口处，漏斗位于转盘下方，且漏斗出口与文丘里管侧壁上的进料口连通用于输送燃料，文丘里管一端为进气口，另一端的混合出口与混合给料仓入口连通；搅拌电机设置在混合给料仓的顶部，其输出轴与设置在混合给料仓内的混合搅拌器连接；
动态调节模块包括设置在压力容器内的转轴、第一刮板、第二刮板、称重传感器和电磁阀Ⅰ，以及设置在压力容器外控制系统；转轴设置在转盘中心处的下方，用于调节转盘的转速，第一刮板和第二刮板分别由内至外设置在转盘的上方，第一刮板用于调节转盘上给料的高度，第二刮板用于将转盘上输送至漏斗，称重传感器设置混合给料仓侧面，电磁阀Ⅰ设置在混合给料仓下部出料口处，称重传感器和电磁阀Ⅰ与控制系统之间均由控制线连接。
本发明进一步的改进在于，给粉系统进气管和给粉系统出气管均与压力容器之间焊接连通。
本发明进一步的改进在于，混合给粉模块还包括防风罩，且防风罩位于储料仓以及转盘的上部。
本发明进一步的改进在于，文丘里管侧壁上的进料口位于其喉道处。
本发明进一步的改进在于，动态调节模块还包括电机，其与第一刮板连接，并通过控制线与控制系统连接，用于调节第一刮板与转盘之间的高度。
本发明进一步的改进在于，动态调节模块还包括设置在文丘里管侧壁上的进料口处的阀门。
本发明进一步的改进在于，混合给粉模块包括两个或两个以上用于给混合给料仓送料的储料仓。
本发明进一步的改进在于，实验时，混合给料仓下部出料口通过法兰连接与设置在压力容器外的加压反应器连通。
一种混合燃料加压连续给料方法，该方法基于上述一种混合燃料加压连续给料系统，以煤粉和半焦为例，具体包括以下内容：
启动系统之前，先检查各部件之间的连接，保证连接稳固；打开压力容器，对储料仓进行加料操作，完成加料后，关闭压力容器，然后检查系统的气密性；接下来进行标定工作，分别对煤粉和半焦进行标定，标定时控制系统先关闭混合给料仓下部的电磁阀Ⅰ，然后由称重传感器记录单位时间内对应的重量的变化量，再通过改变第一刮板的高度，记录数据，多次记录之后系统进行绘图利用插值法计算得出第一刮板不同高度下对应的给料量；注意在标定以及实验过程中，储料仓下部的振动电机全程保持开启状态；
PID调节器在标定完成之后启动，对比压力容器和加压反应器之间的压力，然后控制电磁阀Ⅱ进行加气和排气，维持压力容器内的压力与加压反应器内的平衡且稳定；在实验过程中，为了实现动态调节煤粉和半焦之间的掺混比例，对第一刮板高度进行调节，此时待燃烧稳定之后便完成了掺混比例的调节工作；完成实验之后，先关闭加压反应器以及混合给料仓下部的电磁阀Ⅰ，然后关闭PID调节器，打开给粉系统出气管的电磁阀Ⅱ进行泄压，保证压力容器内的压力与大气压保持一致时再打开压力容器，取出未用完的煤粉和半焦进行回收，避免浪费；最后清理给料系统。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明采用压力控制模块、混合给粉模块以及动态调节模块耦合组成的一种混合燃料加压连续给料系统和方法，具有以下优点：
1、刮板式给料器的储粉仓足够大，不仅可以实现长时间连续给粉，消除实验的相对误差，并且在实验结束后可以收集剩下的燃料，节约燃料保护环境。
2、利用振动电机的振动作用，消除储料仓的燃料积压问题，保证了给粉连续且准确。
3、刮板式给粉器可以随着控制系统指令调节刮板高度，在实验进行过程中不仅可以实现微量给料，也可以实现动态调节掺混比例。
4、混合给料仓具有二次混合的功能，第一次混合前采用文丘里管加强混合效果，第二次混合由搅拌器完成，二次混合使得两种燃料混合更加充分，实验结果更加精确。
5、采用电机调节刮板的高度，不仅可调节范围较广，并且调节精度更高，使得给粉量更精确。
6、压力容器的进气管调整了进气角度，避免了在改变压力过程中气流改变刮板给粉器的精度。
7、实验所用压力容器采用法兰连接的方式，提高了容器的气密性，使实验过程中可以获得更大的压力变化范围。
8、整个给料系统工作过程中实现自动化控制，减少了人为操作的相对误差，提高了实验结果的准确性。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是图1的A-A处剖视图。
附图标记说明：
1、储料仓，2、振动电机，3、转盘，4、转轴，5、第一刮板，6、第二刮板，7、电机，8、漏斗，9、文丘里管，10、搅拌电机，11、阀门，12、称重传感器，13、混合搅拌器，14、混合给料仓，15、电磁阀Ⅰ，16、法兰连接，17、加压反应器，18、控制系统，19、电机控制线，20、电磁阀控制线，21、称重传感器控制线，22、给粉系统压力传感线，23、加压反应器压力传感线，24、PID调节器，25、气瓶，26、气瓶电磁阀控制线，27、给粉系统进气管，28、电磁阀Ⅱ，29、给粉系统法兰连接，30、给粉系统出气管，31、压力容器，32、防风罩。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明提供的一种混合燃料加压连续给料系统，由压力控制模块、混合给粉模块、动态调节模块组成，具体包括：储料仓1、振动电机2、转盘3、转轴4、第一刮板5、第二刮板6、电机7、漏斗8、文丘里管9、搅拌电机10、阀门11、称重传感器12、混合搅拌器13、混合给料仓14、电磁阀Ⅰ15、法兰连接16、加压反应器17、控制系统18、电机控制线19、电磁阀控制线20、称重传感器控制线21、给粉系统压力传感线22、加压反应器压力传感线23、PID调节器24、气瓶25、气瓶电磁阀控制线26、给粉系统进气管27、电磁阀Ⅱ28、给粉系统法兰连接29、给粉系统出气管30、压力容器31和防风罩32。
其中振动电机2安装在储料仓1的出口处，避免燃料由于重力挤压作用造成堆积；压力容器31为一个圆柱体，上下两部分采用法兰连接，初次给储料仓1加料时需要打开压力容器31；给粉系统进气管27在进入压力容器31时采取一定的倾斜角度避开储料仓1以及转盘3，避免对刮板给粉器的给料精度造成影响；给粉系统进气管27与给粉系统出气管30和压力容器31之间焊接连接，以保证整个系统的气密性；压力容器31与加压反应器17之间采用法兰连接，使得给料系统不使用的时候方便拆卸清洗，而使用的时候也能保证二者之间连接紧密，具有良好的气密性。
具体来说，气瓶25出口与给粉系统进气管27入口连通，给粉系统进气管27出口与压力容器31入口连通，压力容器31出口与给粉系统出气管30入口连通，且给粉系统进气管27和给粉系统出气管30上均设置有电磁阀Ⅱ28，PID调节器24用于调节电磁阀Ⅱ28的开度以便控制压力容器31的进气量或者出气量；储料仓1设置在转盘3的上方，振动电机2连接在储料仓1的出口处，漏斗8位于转盘3下方，且漏斗8出口与文丘里管9侧壁上的进料口连通用于输送燃料，文丘里管9一端为进气口，另一端的混合出口与混合给料仓14入口连通；搅拌电机10设置在混合给料仓14的顶部，其输出轴与设置在混合给料仓14内的混合搅拌器13连接；转轴4设置在转盘3中心处的下方，用于调节转盘3的转速，第一刮板5和第二刮板6分别由内至外设置在转盘3的上方，第一刮板5用于调节转盘3上给料的高度，第二刮板6用于将转盘3上输送至漏斗8，称重传感器12设置混合给料仓14侧面，电磁阀Ⅰ15设置在混合给料仓14下部出料口处，称重传感器12和电磁阀Ⅰ15与控制系统18之间均由控制线连接。
为了实现给粉系统与加压反应器17内的压力相等，动态对比加压反应器17内的压力与给粉系统内的压力，若是二者压力不同，则由PID调节器24自动控制给粉系统进气管27或者给粉系统出气管30上的电磁阀Ⅱ28的开度大小，保持给粉系统内的压力与加压反应器17内的压力相同。给粉系统进气管27在压力容器31入口处调整进气角度，避免气流影响压力容器内刮板式给粉器的给粉精度。压力容器31则是一个由给粉系统法兰连接29成的圆柱体，压力容器31的下部由法兰连接16与加压反应器17连接。
两种燃料都是由刮板式给粉器完成给粉操作，因为通过控制第一刮板5的高度可以精准控制给粉量；并且二者都有储料仓1，这样就可以实现长时间连续给粉。两种燃料混合时由对冲混合以及搅拌混合两种混合方式实现二次混合，以达到充分混合的目的。其中，为了使得两种燃料混合的更充分，对冲混合中使用文丘里管9加大流速，并且，两种燃料进入圆柱体混合给料仓14时采取切向进入的方式。进一步的，为了避免给料过程中压力变化较大情况下，气流影响刮板给粉器的精度，每个刮板给粉器外设置有防风罩32。其中，混合给料仓14具有二次混合的功能，第一次混合由文丘里管9加大流速使得两种燃料切向进入混合给料仓14达到混合的目的；第二次混合是在混合给料仓14内设置混合搅拌器13，使得混合燃料在下落的过程中进一步的进行混合。而刮板式给粉器通常存在燃料堆积堵住储料仓1出粉口的问题，所以在储料仓1出粉口处设置振动电机2，使得燃料可以及时落下，不会堆积。
通过控制混合给粉仓14的下部电磁阀Ⅱ28以及称重传感器12，可以随时进行标定，并且通过控制系统18控制电机7转动可以调整刮板给粉器的刮板高度，从而改变掺混比例。掺混比例的调整可以在实验过程中进行，避免了停止实验再次调整压力的过程，因为压力平衡所需时间较长，所以此设计使得实验时间缩短，实验效率提高。
给粉标定时分别对两种燃料进行标定，使用称重传感器12获得单位时间内混合给料仓14的重量变化，然后自动导入控制系统18，利用差值法进行绘图和计算，给料时就可以控制电机7进一步控制第一刮板5的高度实现精准给料。标定过程全自动化实现，消除了人工误差，保证了给粉精度。另外，在实验过程中如果需要改变两种燃料之间的掺混比，则由控制系统18分别调整刮板给粉器的刮板高度即可。
为了实现长时间连续给粉两种燃料均设置有储料仓1，但是由于重力作用，燃料易向下堆积，堵塞储料仓的出口，为了避免这种情况的发生，两个储料仓1下部均设置有振动电机2，保证储料仓1的出口不被堵塞。
本发明提供的一种混合燃料加压连续给料方法，以煤粉和半焦为例，具体包括以下内容：
启动系统之前，先检查各部件之间的连接，保证连接稳固。打开压力容器31，对储料仓1进行加料操作，完成加料后，关闭压力容器31，然后检查系统的气密性。接下来进行标定工作，分别对煤粉和半焦进行标定，标定时控制系统18先关闭混合给料仓14下部的电磁阀Ⅰ15，然后由称重传感器12记录单位时间内对应的重量的变化量，再通过电机7改变第一刮板5的高度，记录数据，多次记录之后系统进行绘图利用插值法计算得出第一刮板5不同高度下对应的给料量。注意在标定以及实验过程中，储料仓1下部的振动电机2全程保持开启状态，避免煤粉和半焦堆积堵塞，影响给料精度，尤其是煤粉含水量相对半焦较高，易堵塞储料仓出口。PID调节器24在标定完成之后启动，对比压力容器31和加压反应器17之间的压力，然后控制电磁阀Ⅱ28进行加气和排气，维持压力容器31内的压力与加压反应器17内的平衡且稳定。在实验过程中，为了实现动态调节煤粉和半焦之间的掺混比例，直接操作控制系统18调节电机7从而对第一刮板5高度进行调节，此时待燃烧稳定之后便完成了掺混比例的调节工作。完成实验之后，先关闭加压反应器17以及混合给料仓14下部的电磁阀Ⅰ15，然后关闭PID调节器24，慢慢打开给粉系统出气管30的电磁阀Ⅱ28进行泄压，保证压力容器31内的压力与大气压保持一致时再打开压力容器31，取出未用完的煤粉和半焦进行回收，避免浪费。然后仔细清理给料系统，避免残留的煤粉或者半焦对下一次的实验造成给料误差。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，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，在不脱离本发明构思的前提下，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 (9)
1.一种混合燃料加压连续给料系统，其特征在于，包括压力控制模块、混合给粉模块和动态调节模块；其中，
压力控制模块包括PID调节器(24)、气瓶(25)、给粉系统进气管(27)、电磁阀Ⅱ(28)、给粉系统出气管(30)以及压力容器(31)；气瓶(25)出口与给粉系统进气管(27)入口连通，给粉系统进气管(27)出口与压力容器(31)入口连通，压力容器(31)出口与给粉系统出气管(30)入口连通，且给粉系统进气管(27)和给粉系统出气管(30)上均设置有电磁阀Ⅱ(28)，PID调节器(24)用于调节电磁阀Ⅱ(28)的开度以便控制压力容器(31)的进气量或者出气量；
混合给粉模块设置在压力容器(31)内，包括储料仓(1)、振动电机(2)、转盘(3)、漏斗(8)、文丘里管(9)、搅拌电机(10)、混合搅拌器(13)和混合给料仓(14)；储料仓(1)设置在转盘(3)的上方，振动电机(2)连接在储料仓(1)的出口处，漏斗(8)位于转盘(3)下方，且漏斗(8)出口与文丘里管(9)侧壁上的进料口连通用于输送燃料，文丘里管(9)一端为进气口，另一端的混合出口与混合给料仓(14)入口连通；搅拌电机(10)设置在混合给料仓(14)的顶部，其输出轴与设置在混合给料仓(14)内的混合搅拌器(13)连接；
动态调节模块包括设置在压力容器(31)内的转轴(4)、第一刮板(5)、第二刮板(6)、称重传感器(12)和电磁阀Ⅰ(15)，以及设置在压力容器(31)外控制系统(18)；转轴(4)设置在转盘(3)中心处的下方，用于调节转盘(3)的转速，第一刮板(5)和第二刮板(6)分别由内至外设置在转盘(3)的上方，第一刮板(5)用于调节转盘(3)上给料的高度，第二刮板(6)用于将转盘(3)上输送至漏斗(8)，称重传感器(12)设置混合给料仓(14)侧面，电磁阀Ⅰ(15)设置在混合给料仓(14)下部出料口处，称重传感器(12)和电磁阀Ⅰ(15)与控制系统(18)之间均由控制线连接。
2.根据权利要求1所述的一种混合燃料加压连续给料系统，其特征在于，给粉系统进气管(27)和给粉系统出气管(30)均与压力容器(31)之间焊接连通。
3.根据权利要求1所述的一种混合燃料加压连续给料系统，其特征在于，混合给粉模块还包括防风罩(32)，且防风罩(32)位于储料仓(1)以及转盘(3)的上部。
4.根据权利要求1所述的一种混合燃料加压连续给料系统，其特征在于，文丘里管(9)侧壁上的进料口位于其喉道处。
5.根据权利要求1所述的一种混合燃料加压连续给料系统，其特征在于，动态调节模块还包括电机(7)，其与第一刮板(5)连接，并通过控制线与控制系统(18)连接，用于调节第一刮板(5)与转盘(3)之间的高度。
6.根据权利要求1所述的一种混合燃料加压连续给料系统，其特征在于，动态调节模块还包括设置在文丘里管(9)侧壁上的进料口处的阀门(11)。
7.根据权利要求1所述的一种混合燃料加压连续给料系统，其特征在于，混合给粉模块包括两个或两个以上用于给混合给料仓(14)送料的储料仓(1)。
8.根据权利要求8所述的一种混合燃料加压连续给料系统，其特征在于，实验时，混合给料仓(14)下部出料口通过法兰连接(16)与设置在压力容器(31)外的加压反应器(17)连通。
9.一种混合燃料加压连续给料方法，其特征在于，该方法基于权利要求8所述的一种混合燃料加压连续给料系统，以煤粉和半焦为例，具体包括以下内容：
启动系统之前，先检查各部件之间的连接，保证连接稳固；打开压力容器(31)，对储料仓(1)进行加料操作，完成加料后，关闭压力容器(31)，然后检查系统的气密性；接下来进行标定工作，分别对煤粉和半焦进行标定，标定时控制系统(18)先关闭混合给料仓(14)下部的电磁阀Ⅰ(15)，然后由称重传感器(12)记录单位时间内对应的重量的变化量，再通过改变第一刮板(5)的高度，记录数据，多次记录之后系统进行绘图利用插值法计算得出第一刮板(5)不同高度下对应的给料量；注意在标定以及实验过程中，储料仓(1)下部的振动电机(2)全程保持开启状态；
PID调节器(24)在标定完成之后启动，对比压力容器(31)和加压反应器(17)之间的压力，然后控制电磁阀Ⅱ(28)进行加气和排气，维持压力容器(31)内的压力与加压反应器17内的平衡且稳定；在实验过程中，为了实现动态调节煤粉和半焦之间的掺混比例，对第一刮板(5)高度进行调节，此时待燃烧稳定之后便完成了掺混比例的调节工作；完成实验之后，先关闭加压反应器(17)以及混合给料仓(15)下部的电磁阀Ⅰ(15)，然后关闭PID调节器(24)，打开给粉系统出气管(30)的电磁阀Ⅱ(28)进行泄压，保证压力容器(31)内的压力与大气压保持一致时再打开压力容器(31)，取出未用完的煤粉和半焦进行回收，避免浪费；最后清理给料系统。
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