CN110523328A - 一种隔板式内循环流化床颗粒混合装置 - Google Patents

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韦光超
张�浩
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    • B01F33/40—Mixers using gas or liquid agitation, e.g. with air supply tubes
    • B01F33/4094—Plants

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Abstract

本发明涉及一种隔板式内循环流化床颗粒混合装置，其包括第一低压空压机和第二低压空压机、高压空压机、内循环流化床、竖直隔板、螺旋给料器、高速摄像机和颗粒计数器；其中，螺旋给料器、高速摄像机分别设于内循环流化床的左、右侧，内循环流化床的一侧面为第一进气布风板，其内部设有一竖直隔板，隔开的底部对应为第二进气布风板和第三进气布风板，第一低压空压机和第二低压空压机、高压空压机分别对应连通第一进气布风板、第二进气布风板和第三进气布风板，竖直隔板与底部布风板之间的方形通孔处布置有颗粒计数器。本发明装置实现多元颗粒的高效均匀混合，有效消除床内轴向混合效率大于横向混合效率的缺陷；其结构简单易于维护，工作效果显著。

Description

一种隔板式内循环流化床颗粒混合装置
技术领域
本发明涉及一种隔板式内循环流化床颗粒混合装置，属于物理实验设备技术领域。
背景技术
颗粒混合一直以来在能源、化工、冶金、建筑等行业中得到了广泛应用。实现高效均匀的多元颗粒混合体系，对于流场分布、颗粒堆积以及传热传质的机理研究具有重要意义。目前，多元颗粒混合机制在流化床中存在轴向混合效率大于横向混合效率的缺陷，在一定程度上延缓了床内三维空间内多元颗粒的混合效率，尤其在气体流速较低的空间内往往存在颗粒处于准静态的“死区”，使其局部区域内多元颗粒无法良好地实现均匀混合的状态。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种隔板式内循环流化床颗粒混合装置，该装置用于实现高效均匀的多元颗粒混合体系，能够有效消除床内轴向混合效率大于横向混合效率的缺陷，同时能够进一步避免局部“死区”的形成。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种隔板式内循环流化床颗粒混合装置，用于实现颗粒的高效均匀混合，其包括第一低压空压机和第二低压空压机、高压空压机、内循环流化床、竖直隔板、螺旋给料器、高速摄像机和颗粒计数器；其中，所述螺旋给料器设于内循环流化床的左侧，高速摄像机设于内循环流化床的右侧；内循环流化床的一侧面为设有多个通孔的斜面作为第一进气布风板，内循环流化床内部设有一竖直隔板，在竖直隔板上靠近与内循环流化床底部的接触面设有方形通孔，隔开的底部对应为第二进气布风板和第三进气布风板，进气布风板设有多个通孔，第一低压空压机和第二低压空压机、高压空压机分别对应连通第一进气布风板、第二进气布风板和第三进气布风板，连通通过管道连通所述竖直隔板与底部布风板之间的方形通孔处布置有颗粒计数器，用以跟踪记录颗粒通过通孔的数目。
在一个优选的实施方案中，隔板式内循环流化床颗粒混合装置还包括光源、压力表、多通道压差信号发射器和A/D转换器，所述光源设于所述内循环流化床的床体的两侧，在所述竖直隔板的上、中、下位置均设有测压孔，测压孔内均设有压力信号探头，压力信号探头连接压力表，压力表连接所述多通道压差信号发射器，所述通道压差信号发射器连接所述A/D转换器，A/D转换器连接台式机或笔记本电脑。
在一个优选的实施方案中，所述隔板式内循环流化床颗粒混合装置还包括第一稳压罐、第二稳压罐、第三稳压罐，所述第一稳压罐设于第一低压空压机与第一进气布风板之间，所述第二稳压罐设于第二低压空压机与第二进气布风板之间，所述第三稳压罐设于高压空压机与第三进气布风板之间。
在一个优选的实施方案中，在所述第一稳压罐、第二稳压罐、第三稳压罐的两端均分别设有旋转球阀，所述第一稳压罐与第一进气布风板之间设有转子流量计，所述第二稳压罐与第二进气布风板之间设有转子流量计，所述第三稳压罐与第三进气布风板之间设有转子流量计。
在一个优选的实施方案中，所述第一稳压罐、第二稳压罐、第三稳压罐均能够向内循环流化床的床体内部提供持续稳定的气体压力，其容积为1m3。
在一个优选的实施方案中，所述竖直隔板的方形通孔的大小可调节，通过调节竖直隔板与内循环流化床的底部的卡接高度来实现。通过改变底部方形通孔的大小，来控制颗粒通过通孔的流量。
在一个优选的实施方案中，所述竖直隔板为3mm厚有机玻璃制作，根据实际需要，将其制作成不同自身高度的隔板多个，其前后宽度等于床体内壁宽度。
在一个优选的实施方案中，所述内循环流化床的本体为8mm厚有机玻璃制作，有机玻璃满足≥10MP的抗压抗冲击强度。
在一个优选的实施方案中，所述第一进气布风板、第二进气布风板和第三进气布风板为8mm厚有机玻璃制作，其上的通孔为密集等径开孔。
进气布风板上布风板上设有多个密集等径开孔用于气体均匀分流进入床体内部以鼓吹颗粒运动。
在一个优选的实施方案中，所述第一进气布风板、第二进气布风板、第三进气布风板均为双层设置，两层孔之间的孔径大小可调。
通过调节双层叠放位置，可实现通孔空口开度可调，用以有效避免床内颗粒进入到气室。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种隔板式内循环流化床颗粒混合装置，用于实现颗粒的高效均匀混合，可以较方便地实现床内颗粒的内循环运动机制，能够有效消除床内轴向混合效率大于横向混合效率的缺陷，同时能够进一步避免局部“死区”的形成。该装置适用性较强，可以广泛运用于多种颗粒的混合过程，包括(非)球形单一尺寸及多元颗粒之间的混合行为，为综合研究不同进气速度条件下实现多元颗粒的床内循环机制及均匀混合效果提供了有效方法，对进一步研究颗粒混合机制对传热传质的影响提供了前期有效途径。
本发明提供一种隔板式内循环流化床颗粒混合装置，可在实验室规模以及工业规模应用，以实现多元颗粒的高效均匀混合，能够有效消除床内轴向混合效率大于横向混合效率的缺陷。该装置结构简单易于维护，工作效果显著。
附图说明
图1为一优选实施例的整体工艺流程示意图；
图2为内循环流化床结构示意图；
图3为可调节布风板示意图。
【附图标记说明】
1：第一低压空压机；
2：第二低压空压机；
3：高压空压机；
4：内循环流化床；
5：测压孔；
6：压力表；
7：多通道压差信号发射器；
8：A/D转换器；
9：电脑；
10：光源；
11：螺旋给料器；
12：高速摄像机；
13：颗粒计数器；
14：竖直隔板；
B1：第一布风板；
B2：第二布风板；
B3：第三布风板；
L1-L6：旋转球阀；
W1-W3：稳压罐；
Z1-Z3：转子流量计。
具体实施方式
为了有效消除床内轴向混合效率大于横向混合效率的缺陷，同时避免局部“死区”的形成，本发明通过内置竖直隔板将梯形流化床分成左右两个腔室的方式来实现上述目的。隔板右侧为高速流化区，通过引入高速气体实现颗粒的快速流态化，颗粒会从隔板顶部进入隔板左侧的低速鼓泡或移动区，而低速区通过引入低速进气实现颗粒的低速运动，颗粒会从隔板底部方形通孔进入高速流化区，进而实现床内颗粒的内部循环机制。能够进一步避免局部“死区”的形成。该装置结构简单易于维护，工作效果显著。
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
一种隔板式内循环流化床颗粒混合装置，其运行的工艺流程示意图如图1所示，其主要包括第一低压空压机1和第二低压空压机2、高压空压机3、内循环流化床4、竖直隔板14、螺旋给料器11和高速摄像机12及颗粒计数器13，螺旋给料器11设于内循环流化床4的左侧，高速摄像机12设于内循环流化床4的右侧；内循环流化床4的床体两侧布置有光源10，内循环流化床4的一侧面为斜面，斜面下部分上设有多个通孔，作为第一进气布风板B1，内循环流化床4的内部靠下设有竖直隔板14，在竖直隔板14上与内循环流化床4底部接触面设有方形通孔，如图2所示，竖直隔板14将内循环流化床4的下方分隔为左侧腔室和右侧腔室两部分，内部底部对应为第二进气布风板B2和第三进气布风板B3，第二进气布风板B2和第三进气布风板B3上均设有多个通孔，第一低压空压机1连通内循环流化床4的斜面即第一进气布风板B1，第二低压空压机2通过第二进气布风板B2连通内循环流化床的左侧腔室，高压空压机3通过第三进气布风板B3连通内循环流化床4的右侧腔室。进一步为了良好实现床内颗粒的内循环机制，整套装置采用三套供气系统，分别为：第一低压空压机1与第一稳压罐W1通过管道连接，第一稳压罐W1与内循环流化床4侧面进风布风板B1通过管道连接，该气体通道给床体侧面提供低速进气v1，以有利于颗粒沿侧壁向下运动；第二低压空压机2与第二稳压罐W2通过管道连接，第二稳压罐W2与内循环流化床底部低速进第二气布风板B2通过管道连接，该气体通道给床体竖直隔板14左侧腔室提供低速进气v2，以实现多元颗粒的慢速混合；高压空压机3与第三稳压罐W3通过管道连接，第三稳压罐W3与内循环流化床底部高速第三进气布风板B3通过管道连接，该气体通道给床体竖直隔板14右侧腔室提供高速进气v3，以实现多元颗粒的快速混合。竖直隔板右侧的高速气体将颗粒从隔板顶部抛撒至隔板左侧，而隔板左侧的颗粒则通过隔板底部方形通孔流通至隔板右侧，至此，多元颗粒将形成围绕竖直隔板的内循环运动。竖直隔板14与底部布风板之间的方形通孔处布置有颗粒计数器13，用以跟踪记录颗粒通过通孔的数目。同时，本装置中使用第二低压空压机2和高压空压机3为底部布风板提供不同压力的进气，由于进口压差的存在引起了颗粒围绕竖直隔板14的循环运动，为了监测隔板两侧压力在竖直方向上的分布情况，在竖直隔板的上、中、下位置均开有测压孔，测压孔内均设有压力信号探头，压力信号探头连接压力表6，压力表6连接多通道压差信号发射器7，通道压差信号发射器7连接A/D转换器8，A/D转换器8连接台式机或笔记本电脑9。
装置开始工作时，螺旋给料器11安装在内循环流化床4的左侧，床内首先通过螺旋给料器11布置好一定高度的初始床料层，然后根据实际需要，将后续的一种或多种燃料颗粒通过螺旋给料器11再次输送到床内，其中，螺旋给料器11是可以调节给料量和给料速率的。当气体引入到床内，颗粒开始运动并逐渐实现稳定运行的过程中，压力信号探头通过隔板两侧均匀对称布置测压孔5将压力值显示在压力表6的显示屏上，并将压力信号值通过多通道压差信号发射器7经A/D转换器8传输储存至台式机或笔记本电脑9。
进一步地，第一布风板B1、第二布风板B2、第三布风板B3均为双层布置，如图3所示，板上开设有多个等径开孔，孔径≥2mm，通过控制两层板之间固定位置，可实现两层孔之间的孔径大小可调。通过控制孔口开度可用以有效避免床内颗粒进入到气室。床内竖直隔板14为3mm厚有机玻璃制作，为了研究不同初始床料堆积高度对混合过程的影响，根据实际需要，可将其制作成不同自身高度的隔板多个，用以匹配不同堆积高度，其前后宽度等于床体内壁宽度。竖直隔板与内循环流化床的底部通过卡接方式固定，通过调节竖直隔板与底部的卡接高度来实现竖直隔板上方形通孔的大小，以此来控制颗粒通过底部通孔的流量，以进一步能够有效控制床内颗粒的混合进程。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上，为了能有效控制各个空压机的压力，在第一低压空压机1与第一稳压罐W1之间设有旋转球阀L1，在第二低压空压机2与第二稳压罐W2之间设有旋转球阀L3，在高压空压机3与第三稳压罐W3之间设有旋转球阀L5，进一步为了控制稳压罐，在第一稳压罐W1与第一布风板B1之间设有旋转球阀L2，在第二稳压罐W2与第二布风板B2之间设有旋转球阀L4，在第三稳压罐W3与第三布风板B3之间设有旋转球阀L6。为控制稳压罐的气流，在旋转球阀L6与第三布风板B3之间设有转子流量计Z3，在旋转球阀L4与第二布风板B2之间设有转子流量计Z2，在旋转球阀L2与第一布风板B1之间设有转子流量计Z1。
实验开始前，应仔细检查整套装置。关闭旋转球阀L2、L4、L6，打开旋转球阀L1、L3、L5，并开启空压机1、2、3，将气体稳压罐充满至指定压力。随后依次开启旋转球阀L2、L4、L6，并调节转子流量计Z1-Z3，不同流速气体流经布风板B1-B3后形成均匀流场并作用于床内颗粒，最后气体流经床层顶部排出床体。
实验过程中，高速摄像机12实时拍摄并记录不同时刻床内颗粒的运动行为，可对床内多元颗粒混合进程及混合程度进行有效分析；同时使用颗粒计数器13对竖直隔板底部的方向通孔处颗粒通量进行实时统计记录，以监测床内颗粒横向混合速率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种隔板式内循环流化床颗粒混合装置，其特征在于，其包括第一低压空压机和第二低压空压机、高压空压机、内循环流化床、竖直隔板、螺旋给料器、高速摄像机和颗粒计数器；其中，所述螺旋给料器设于内循环流化床的左侧，高速摄像机设于内循环流化床的右侧；内循环流化床的一侧面为设有多个通孔的斜面作为第一进气布风板，内循环流化床内部设有一竖直隔板，在竖直隔板上靠近与内循环流化床底部的接触面设有方形通孔，隔开的底部对应为第二进气布风板和第三进气布风板，进气布风板设有多个通孔，第一低压空压机和第二低压空压机、高压空压机分别对应连通第一进气布风板、第二进气布风板和第三进气布风板，连通通过管道连通，所述竖直隔板与底部布风板之间的方形通孔处布置有颗粒计数器。
2.如权利要求1所述的隔板式内循环流化床颗粒混合装置，其特征在于，所述隔板式内循环流化床颗粒混合装置还包括光源、压力表、多通道压差信号发射器和A/D转换器，所述光源设于所述内循环流化床的床体的两侧，在所述竖直隔板的上、中、下位置均设有测压孔，测压孔内均设有压力信号探头，压力信号探头连接压力表，压力表连接所述多通道压差信号发射器，所述通道压差信号发射器连接所述A/D转换器，A/D转换器连接台式机或笔记本电脑。
3.如权利要求1所述的隔板式内循环流化床颗粒混合装置，其特征在于，所述隔板式内循环流化床颗粒混合装置还包括第一稳压罐、第二稳压罐、第三稳压罐，所述第一稳压罐设于第一低压空压机与第一进气布风板之间，所述第二稳压罐设于第二低压空压机与第二进气布风板之间，所述第三稳压罐设于高压空压机与第三进气布风板之间。
4.如权利要求3所述的隔板式内循环流化床颗粒混合装置，其特征在于，在所述第一稳压罐、第二稳压罐、第三稳压罐的两端均分别设有旋转球阀，所述第一稳压罐与第一进气布风板之间设有转子流量计，所述第二稳压罐与第二进气布风板之间设有转子流量计，所述第三稳压罐与第三进气布风板之间设有转子流量计。
5.如权利要求3所述的隔板式内循环流化床颗粒混合装置，其特征在于，所述第一稳压罐、第二稳压罐、第三稳压罐均能够向内循环流化床的床体内部提供持续稳定的气体压力，其容积为1m3。
6.如权利要求1所述的隔板式内循环流化床颗粒混合装置，其特征在于，所述竖直隔板的方形通孔的大小可调节，通过调节竖直隔板与内循环流化床的底部的卡接高度来实现。
7.如权利要求1所述的隔板式内循环流化床颗粒混合装置，其特征在于，所述竖直隔板为3mm厚有机玻璃制作，所述竖直隔板设有多个不同高度的隔板，其前后宽度等于床体内壁宽度。
8.如权利要求1所述的隔板式内循环流化床颗粒混合装置，其特征在于，所述内循环流化床的本体为8mm厚有机玻璃制作，并满足一定的抗压抗冲击强度。
9.如权利要求1所述的隔板式内循环流化床颗粒混合装置，其特征在于，所述第一进气布风板、第二进气布风板和第三进气布风板为8mm厚有机玻璃制作，其上的通孔为密集等径开孔。
10.如权利要求1所述的隔板式内循环流化床颗粒混合装置，其特征在于，所述第一进气布风板、第二进气布风板、第三进气布风板均为双层设置，两层孔之间的孔径大小可调。
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