CN115193342A - 一种稳定浆料态物料流量的方法及实现其的装置与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种稳定浆料态物料流量的方法及实现其的装置与应用，所述方法通过获取管道特性X及浆料态物料基本性质A、并实时获取随进料时间或出料时间t变化的储料液位h、阀门前管道压力P以及阀门前管道温度T，根据函数关系Q＝f(h(t),P(t),T(t),A,X)计算瞬时流量Q，再根据函数关系α＝f(Q)得到瞬时阀门开度α，并对阀门进行实时调节，使实际的物料流量稳定于设定的目标流量。所述方法综合考量了多种参数，并以此为基础实现了阀门开度的实时动态调整，进而保证了浆料态物料流量的稳定，可适应同一物料或多种不同物料的精准流量控制，所述方法适应性好，可以应用于百吨级中试级别平台，有效提升固废资源化利用技术验证的结果准确性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于固废资源化利用领域，具体涉及一种稳定浆料态物料流量的方法及实现其的装置与应用。
背景技术
大宗工业固体废物主要是指在工业生产中产生的没有利用价值的固态、半固态等形式的废物，例如粉煤灰、气化渣、铝灰等。由于固体废物占用的空间相对较大，同时会造成较为严重的污染，故应当持续加强固废资源化技术的开发，改善以往在固废处理上所使用的技术及装置等，不仅要降低固废所造成的污染，更要对其进行资源化处理，实现回收利用及变废为宝。
目前，我国已有上千种不同类型的固废资源化技术，但缺乏面向资源、环境、经济及社会等综合性效益的技术评估方法和配套验证技术，固废资源化的技术效果难以快速量化鉴别，因此，迫切需要围绕典型固废的资源化技术进行验证研究，对其技术先进性进行分析，这就对准确得到技术工艺中各类有效参数提出了严格的要求。
其中，对固废资源化利用技术验证的过程，需要精准的获取各工艺段的流量数据，以便于量化计算，但因实际固废资源化技术中，固废原料因种类及理化性质的差异，即使统一种类的固废原料，也会导致原料及产品于管道中形成的流体流态不同，进而造成流量的波动，难以得到精确地流量数据，最终，会由于获取有效参数不准确导致整体技术的测评出现误差，无法给出准确、客观的技术评价。
现有的控制流量的技术中，多为适用于纯液体的技术方案，如CN211083256U公开了一种保持流量稳定的过水器，通过设置簧片组控制流量；CN114135683A公开了一种液体流量控制阀，通过设置叶片及配合的凸起和凹槽进行流量控制；CN114033862A公开了一种精密控制液体流量阀，通过设置三级出水组件与转动螺纹杆的配合，调节出水口个数进而调节水流量；以上方案均为机械结构的改进，在应用于浆料状态的固废资源时，可能会因固体物料的存在而无法工作甚至造成损坏；CN113835449A公开了一种基于压力波动快速调节流量控制器阀门的控制方法，该方案通过启动流量控制器，采集并监测上、下游压力、阀控电压和流量设定值，当上游压力波动超过阈值时，生成新的上下游压力差，计算出阀控电压并进行修正，可以根据压力波动进行流量控制，以补偿压力波动对流量的影响，有效地防止流量失控；CN114077270A公开了一种液体流量控制系统及方法，该方案通过将温度传感器设置于液体中并与电机间隔放置，通过液体的温度侧面表征电机的温度，从而根据液体的温度来调整电机的工作状态，实现流量控制；上述两个方案，均是通过单一的参数实现流量的控制，而固废资源化利用时的固废原料较为复杂，单一的参数不能满足处理需要，流量控制会不精确。
因此，从以上可以看出，有必要提出一种新的流量检测与控制的技术方案，能基于物料在运行中产生的参数变化，对物料流量进行测量及调控，保证同种或多种固废物料流量的供给稳定，提升固废资源化利用技术验证的准确性。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种稳定浆料态物料流量的方法及实现其的装置与应用，所述方法通过获取管道特性X及浆料态物料基本性质A、并实时获取随进料时间或出料时间t变化的储料液位h、阀门前管道压力P以及阀门前管道温度T，根据函数关系Q＝f(h(t),P(t),T(t),A,X)计算瞬时流量Q，再根据函数关系α＝f(Q)得到瞬时阀门开度α，并对阀门进行实时调节，使实际的物料流量稳定于设定的目标流量。所述方法综合考量了多种参数，并以此为基础实现了阀门开度的实时动态调整，进而保证了浆料态物料流量的稳定，可适应同一物料或多种不同物料的精准流量控制，所述方法适应性好，可以应用于百吨级中试级别平台，有效提升固废资源化利用技术验证的结果准确性和可靠性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种稳定浆料态物料流量的方法，所述方法通过获取管道特性X及浆料态物料基本性质A、并实时获取随进料时间或出料时间t变化的储料液位h、阀门前管道压力P以及阀门前管道温度T，根据函数关系Q＝f(h(t),P(t),T(t),A,X)计算瞬时流量Q，再根据函数关系α＝f(Q)得到瞬时阀门开度α，并对阀门进行实时调节，使实际的物料流量稳定于设定的目标流量。
本发明所述方法综合考量了物料性质、管道环境、反应(供给)参数等众多因素，动态进行多参数的控制和反馈，从而实现了阀门开度的动态调整，进而保证了浆料态物料流量的稳定，所述方法既可适应同一物料，也可适应多种不同物料的精准流量控制，且所述方法适应性好，不需要额外针对设备及机械进行结构改进，因而处理及供给规模大，可以应用于百吨级中试级别平台，使用所述方法能有效提升固废资源化利用技术验证的结果准确性和可靠性。
需要说明的是，使用进料时间进行计算得到的瞬时流量为进料瞬时流量，使用出料时间进行计算得到的瞬时流量为出料瞬时流量；通常，在进行资源验证化测试时，进料和出料过程并不同时进行，以保证两个过程分别产生的气压变化、温度变化、储料量变化等不互相影响，从而使得进料及出料的流量更加稳定、可控，因此，本发明优选在两个不重合的时间段内，使用所述方法对进料流量和出料流量分别进行实时控制，但本领域的技术人员可以根据实际需要做出调整，将本发明用于同时计算并同时调节进料和出料过程。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述函数关系Q＝f(h(t),P(t),T(t),A,X)包括：
其中，T0为热力学温标，即273.15K；h0为所述出料液位的最大有效高度。
作为本发明优选的技术方案，所述所述函数关系α＝f(Q)包括：
其中，C为通过重复实验所得开关经验系数；Q0为目标流量。
所述开关经验系数C与阀门种类有关，能通过在多次重复实验中监测实际进料或出料流量对其进行修正，使其逐渐收敛，当阀门的种类更换时，C的数值随之改变。
作为本发明优选的技术方案，所述管道特性X包括管道直径D、管道长度L、管道粗糙系数n以及管道阻力损失Γ。
本发明所述管道粗糙系数n是指各类管道材质自身对流体粘度的影响大小；所述管道阻力损失Γ包括沿程水头损失及局部水头损失，其数值大小表示管道对浆料流体的总阻力大小；随着管道的种类及规格尺寸的变化，管道特性X的数值发生变化。
作为本发明优选的技术方案，所述管道特性X的计算函数式X＝f(D,L,n,Γ)包括：
作为本发明优选的技术方案，浆料态物料基本性质A的计算参数包括物料密度ρ以及物料粘度μ。
作为本发明优选的技术方案，所述浆料态物料基本性质A的计算函数A＝f(ρ,μ)包括：
其中，g为重力加速度。
第二方面本发明提供了一种实现第一发明所述方法的装置，所述装置包括连接有进料管道及出料管道的主体反应装置，所述主体反应装置包含储料液位检测装置；
所述进料管道及所述出料管道上，沿物料流向均依次设置有温压检测装置以及自动调节阀门；所述储料液位检测装置、所述温压检测装置以及所述自动调节阀门均电性连接于操作控制系统。
作为本发明优选的技术方案，在物料从所述自动调节阀门流出后的所述进料管道及所述出料管道上，均设置有流量计量装置。
优选地，所述流量计量装置电性连接于所述操作控制系统。
第三方面，本发明提供了一种根据第一方面所述的方法或第二方面所述的装置在固废资源化利用技术验证领域中的应用。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明所述方法综合考量了环境参数、物料的性质、物料运行中的参数变化等信息参数，建立了算法模型，进而实现了阀门开度的动态调整，使单位时间内通过阀门的流量保持恒定，保证了后续系统中反应的稳定进行，并可准确计量用量；
(2)本发明所述方法可适应同一物料或多种不同物料的精准流量控制，所述方法适应性好，可以应用于百吨级中试级别平台，能有效提升固废资源化利用技术验证的结果准确性和可靠性。
附图说明
图1是本发明所述稳定浆料态物料流量的方法的流程示意图；
图2是本发明装置实施例提供的稳定浆料态物料流量的装置的结构示意图；
图中：1-主体反应装置，2-储料液位检测装置，31-进料管道，32-出料管道，41-进料温压检测装置，42-出料温压检测装置，51-进料自动调节阀门，52-出料自动调节阀门，61-进料流量计量装置，62-出料流量计量装置，7-电性连接的连接线，8-操作控制系统。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
图1为本发明所述稳定浆料态物料流量的方法的流程示意图，从图中可以看出所述方法通过获取管道特性X及浆料态物料基本性质A、并实时获取随进料时间或出料时间t变化的储料液位h、阀门前管道压力P以及阀门前管道温度T，根据函数关系Q＝f(h(t),P(t),T(t),A,X)计算瞬时流量Q，再根据函数关系α＝f(Q)得到瞬时阀门开度α，并对阀门进行实时调节，使实际的物料流量稳定于设定的目标流量。
装置实施例
本装置实施例提供了一种稳定浆料态物料流量的装置，其结构示意图如图2所示，所述装置包括连接有进料管道31及出料管道32的主体反应装置1，所述主体反应装置1包含储料液位检测装置2；
所述主体反应装置为反应罐，所述反应罐的有效容积为750L，有效高度(即，储料液位的最大有效高度h0)为1m；
所述进料管道31上沿物料流向均依次设置有进料温压检测装置41、进料自动调节阀门51以及进料流量计量装置61；
所述出料管道32上沿物料流向均依次设置有出料温压检测装置42、出料自动调节阀门52以及出料流量计量装置62；
所述进料管道31及所述出料管道32的材质为铸铁管；
所述进料自动调节阀门51与所述出料自动调节阀门52为同一种类，均通过闸阀杆上的齿轮旋转控制闸阀的开度，且旋转精度均为20°，最大旋转角度均为1800°。
所述储料液位检测装置2、所述进料温压检测装置41、所述出料温压检测装置42、所述进料自动调节阀门51、所述出料自动调节阀门52，所述进料流量计量装置61以及所述出料计量装置62均通过连接线7独立电性连接于操作控制系统8。
方法实施例1
本方法实施例提供了一种稳定浆料态物料流量的方法，所述方法使用装置实施例提供的装置，使其用于铝灰浆料的进料流量控制，所述铝灰浆料中铝灰的总质量为200kg，水的总质量为700kg；
所述方法具体如下：
首先获取所述进料管道的管径D为0.05m、进料管道长度L为3m、进料管道粗糙系数n为0.013，以及进料管道阻力损失Γ为0.092499；获取铝灰浆料的物料密度ρ为1200kg/m3以及物料粘度μ为0.032Pa/s；将以上参数输入所述操作控制系统，并设置进料目标流量Q0为0.0025m3/s，总进料时间为300s；
运行所述装置，开始向所述主体反应装置进料，期间，实时监测并获取以下随进料时间t不断变化的参数，即，通过所述进料温压检测装置获取进料阀门前管道压力P及进料阀门前管道温度T，通过所述储料液位检测装置获取储料液位h，以上参数通过电性连接线路输入到所述操作控制系统，根据
计算得出进料瞬时流量Q，再根据
计算出瞬时进料阀门开度α，输出信号到所述进料自动调节阀门，通过闸阀杆上的齿轮带动旋转控制闸阀的开度，使进料流量得到调整，由于不间断地实时监测、计算并调整，使得进料流量稳定于设定的目标流量Q0附近，最终完成整个进料过程；期间，所述进料流量计量装置反馈流量参数到所述操作控制系统，用于实际进料流量的校验。
表1示出了本方法实施例在进料时间t分别为60s、120s、180s及240s时的T、P、h参数、瞬时流量、瞬时阀门开度和实际进料流量变化的数据，其中，瞬时进料阀门开度α以闸阀杆上齿轮的旋转度数进行计量。
表1
方法实施例2
本方法实施例提供了一种稳定浆料态物料流量的方法，所述方法使用装置实施例提供的装置，使其用于铝灰浆料的出料流量控制，所述铝灰浆料中铝灰的总质量为250kg，水的总质量为680kg；
所述方法具体如下：
首先获取所述出料管道的管径D为0.05m、出料管道长度L为3m、出料管道粗糙系数n为0.013，以及出料管道阻力损失Γ为0.092499；获取铝灰浆料的物料密度ρ为1240kg/m3以及物料粘度μ为0.04Pa/s；将以上参数输入所述操作控制系统，并设置出料目标流量Q0为0.0025m3/s，总出料时间为300s；
运行所述装置，开始向所述主体反应装置出料，期间，实时监测并获取以下随出料时间t不断变化的参数，即，通过所述出料温压检测装置获取出料阀门前管道压力P及出料阀门前管道温度T，通过所述储料液位检测装置获取储料液位h，以上参数通过电性连接线路输入到所述操作控制系统，根据
计算得出出料瞬时流量Q，再根据
计算出瞬时出料阀门开度α，输出信号到所述出料自动调节阀门，通过闸阀杆上的齿轮带动旋转控制闸阀的开度，使出料流量得到调整，由于不间断地实时监测、计算并调整，使得出料流量稳定于设定的目标流量Q0附近，最终完成整个出料过程；期间，所述出料流量计量装置反馈流量参数到所述操作控制系统，用于实际出料流量的校验。
表2示出了本方法实施例在出料时间t分别为60s、120s、180s及240s时的T、P、h参数、瞬时流量、瞬时阀门开度和实际出料流量变化的数据，其中，瞬时出料阀门开度α以闸阀杆上齿轮的旋转度数进行计量。
表2
| t(s) | T(℃) | P(kPa) | h(m) | Q(m<sup>3</sup>/s) | α(°) | 实际进料流量(m<sup>3</sup>/s) |
| 60 | 80 | 115 | 0.2 | 0.0022 | 220 | 0.0024 |
| 120 | 78 | 120 | 0.4 | 0.0017 | 280 | 0.0023 |
| 180 | 75 | 110 | 0.6 | 0.0011 | 440 | 0.0024 |
| 240 | 71 | 105 | 0.8 | 0.0005 | 900 | 0.0022 |
方法实施例3
本方法实施例提供了一种稳定浆料态物料流量的方法，所述方法使用装置实施例提供的装置，使其用于粉煤灰浆料的进料流量控制，所述粉煤灰浆料中粉煤灰的总质量为300kg，水的总质量为650kg；
所述方法具体如下：
首先获取所述进料管道的管径D为0.05m、进料管道长度L为3m、进料管道粗糙系数n为0.013，以及进料管道阻力损失Γ为0.092499；获取铝灰浆料的物料密度ρ为1266.667kg/m3以及物料粘度μ为0.065Pa/s；将以上参数输入所述操作控制系统，并设置进料目标流量Q0为0.0025m3/s，总进料时间为300s；
运行所述装置，开始向所述主体反应装置进料，期间，实时监测并获取以下随进料时间t不断变化的参数，即，通过所述进料温压检测装置获取进料阀门前管道压力P及进料阀门前管道温度T，通过所述储料液位检测装置获取储料液位h，以上参数通过电性连接线路输入到所述操作控制系统，根据
计算得出进料瞬时流量Q，再根据
计算出瞬时进料阀门开度α，输出信号到所述进料自动调节阀门，通过闸阀杆上的齿轮带动旋转控制闸阀的开度，使进料流量得到调整，由于不间断地实时监测、计算并调整，使得进料流量稳定于设定的目标流量Q0附近，最终完成整个进料过程；期间，所述进料流量计量装置反馈流量参数到所述操作控制系统，用于实际进料流量的校验。
表3示出了本方法实施例在进料时间t分别为60s、120s、180s及240s时的T、P、h参数、瞬时流量、瞬时阀门开度和实际进料流量变化的数据，其中，瞬时进料阀门开度α以闸阀杆上齿轮的旋转度数进行计量。
表3
| t(s) | T(℃) | P(kPa) | h(m) | Q(m<sup>3</sup>/s) | α(°) | 实际进料流量(m<sup>3</sup>/s) |
| 60 | 250 | 110 | 0.2 | 0.0021 | 220 | 0.0026 |
| 120 | 240 | 107 | 0.4 | 0.0015 | 300 | 0.0024 |
| 180 | 233 | 106 | 0.6 | 0.001 | 480 | 0.0025 |
| 240 | 225 | 103 | 0.8 | 0.0005 | 980 | 0.0024 |
方法实施例4
本方法实施例提供了一种稳定浆料态物料流量的方法，所述方法使用装置实施例提供的装置，使其用于粉煤灰浆料的出料流量控制，所述粉煤灰浆料中粉煤灰的总质量为350kg，水的总质量为620kg；
所述方法具体如下：
首先获取所述出料管道的管径D为0.05m、出料管道长度L为3m、出料管道粗糙系数n为0.013，以及出料管道阻力损失Γ为0.092499；获取铝灰浆料的物料密度ρ为1293.333kg/m3以及物料粘度μ为0.071Pa/s；将以上参数输入所述操作控制系统，并设置出料目标流量Q0为0.0025m3/s，总出料时间为300s；
运行所述装置，开始向所述主体反应装置出料，期间，实时监测并获取以下随出料时间t不断变化的参数，即，通过所述出料温压检测装置获取出料阀门前管道压力P及出料阀门前管道温度T，通过所述储料液位检测装置获取储料液位h，以上参数通过电性连接线路输入到所述操作控制系统，根据
计算得出出料瞬时流量Q，再根据
计算出瞬时出料阀门开度α，输出信号到所述出料自动调节阀门，通过闸阀杆上的齿轮带动旋转控制闸阀的开度，使出料流量得到调整，由于不间断地实时监测、计算并调整，使得出料流量稳定于设定的目标流量Q0附近，最终完成整个出料过程；期间，所述出料流量计量装置反馈流量参数到所述操作控制系统，用于实际出料流量的校验。
表4示出了本方法实施例在出料时间t分别为60s、120s、180s及240s时的T、P、h参数、瞬时流量、瞬时阀门开度和实际出料流量变化的数据，其中，瞬时出料阀门开度α以闸阀杆上齿轮的旋转度数进行计量。
表4
| t(s) | T(℃) | P(kPa) | h(m) | Q(m<sup>3</sup>/s) | α(°) | 实际进料流量(m<sup>3</sup>/s) |
| 60 | 230 | 112 | 0.2 | 0.0019 | 260 | 0.0026 |
| 120 | 223 | 108 | 0.4 | 0.0014 | 340 | 0.0025 |
| 180 | 219 | 102 | 0.6 | 0.0009 | 520 | 0.0025 |
| 240 | 215 | 98 | 0.8 | 0.0004 | 1060 | 0.0022 |
从以上可以看出，使用本发明所述方法能很好地适用于不同种物料的进料流量或出料流量的控制与稳定。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种稳定浆料态物料流量的方法，其特征在于，所述方法通过获取管道特性X及浆料态物料基本性质A、并实时获取随进料时间或出料时间t变化的储料液位h、阀门前管道压力P以及阀门前管道温度T，根据函数关系Q＝f(h(t),P(t),T(t),A,X)计算瞬时流量Q，再根据函数关系α＝f(Q)得到瞬时阀门开度α，并对阀门进行实时调节，使实际的物料流量稳定于设定的目标流量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述函数关系Q＝f(h(t),P(t),T(t),A,X)包括：
其中，T0为热力学温标，即273.15K；h0为所述储料液位的最大有效高度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述函数关系α＝f(Q)包括：
其中，C为通过重复实验所得开关经验系数；Q0为目标流量。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述管道特性X包括管道直径D、管道长度L、管道粗糙系数n以及管道阻力损失Γ。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述管道特性X的计算函数式X＝f(D,L,n,Γ)包括：
6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，浆料态物料基本性质A的计算参数包括物料密度ρ以及物料粘度μ。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述浆料态物料基本性质A的计算函数A＝f(ρ,μ)包括：
其中，g为重力加速度。
8.一种实现权利要求1-7任意一项所述方法的装置，其特征在于，所述装置包括连接有进料管道及出料管道的主体反应装置，所述主体反应装置包含储料液位检测装置；
所述进料管道及所述出料管道上，沿物料流向均依次设置有温压检测装置以及自动调节阀门；所述储料液位检测装置、所述温压检测装置以及所述自动调节阀门均电性连接于操作控制系统。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，在物料从所述自动调节阀门流出后的所述进料管道及所述出料管道上，均设置有流量计量装置；
优选地，所述流量计量装置电性连接于所述操作控制系统。
10.一种根据权利要求1-7任意一项所述的方法或权利要求8或9所述的装置在固废资源化利用技术验证领域中的应用。
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