CN115282886B - 用于多层流化床的溢流杯下料的颗粒流量控制方法及其控制系统 - Google Patents
用于多层流化床的溢流杯下料的颗粒流量控制方法及其控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于多层流化床的溢流杯下料的颗粒流量控制方法,包括以下步骤:a.确定溢流杯下料的颗粒流量M;b.根据公式M=a×(Q‑Qmf)得出反吹气流量Q,其中Qmf为起始流化状态下的反吹气流量,a为常数;f.通过压差计获得装置内流化床的压降变化值ΔP;g.根据流化床压降变化得出下料的颗粒流量M”=ΔP/π×r²×g×Δt,其中r是溢流管半径、g是重力加速度、Δt是时间差;h.根据下料的颗粒流量M”对反吹气流量Q进行微调即可。还公开了一种实现该方法的系统。本发明操作简单,准确高效,能够大大缩短装置达到稳态的时间,适用于多种工况的多层流化床装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于多层流化床的溢流杯下料颗粒流量控制方法,还涉及一种用于多层流化床的溢流杯下料的颗粒流量控制系统。
背景技术
多层流化床是由传统的单层流化床装置发展而来的能够实现连续操作的流化床装置,能够在流化床装置内实现多温度分区以及气-固(气-液-固)逆流,被认为在强化流态化连续操作、提升反应转化率方面具有显著效果。近年来,多层流化床在食品、干燥、生物质裂解、石油化工等多个领域实现了广泛的应用。
为实现多层流化床的连续操作,保证装置内固相颗粒由上级流化床层向下级流化床层稳定流动,通常在相邻两流化床层间设置溢流管作为固相颗粒的主要流动通道。
由于传统的单管型溢流管直接连通多层流化床的相邻两流化床层,颗粒下料完全通过溢流控制,这使得单管型溢流管不具备独立调节颗粒下料流量的能力,进而使多层流化床内各流化床层的流化高度、床层持料量、平均停留时间均固定不可控,严重影响了多层流化床的操作自由度。
溢流杯式溢流管在溢流管下出口处加装溢流杯结构,并将溢流管下出口独立于流化床层之外,使溢流杯式溢流管的颗粒下料流量只受溢流杯反吹气流量控制,大大提高了多层流化床的操作自由度。此外,溢流杯式结构还能使颗粒更加均匀的分散在多层流化床中,进而有利于减小反混,提高流化床的整体均匀性。
然而,由于溢流杯式溢流管通常位于流化床内部,难以采用流量计等对颗粒下料流量进行监控,如何对溢流杯式溢流管的颗粒下料流量进行有效控制成为亟待解决的问题。
工业过程中,通常可通过一定时间内流化床层压降的变化来定量判断流化床的进料流量或出料流量。但由于此类方法耗时较长,且具有一定的滞后性,实际操作中较为困难。
为此,申请人组织科研团队进行了科研攻关。
申请人技术人员在科研攻关过程中发现,在操作区间(即颗粒起始流化速度和终端带出速度之间)内,溢流杯式溢流管的颗粒下料流量与反吹气流量呈正比,即颗粒下料流量M=a×(Q-Qmf)。因此,可以通过控制溢流杯的反吹气流量较为准确地控制溢流杯式溢流管的下料流量,其误差不超过15%。
此外,颗粒下料时,溢流杯内颗粒处于流化状态,其流化压降由溢流杯内颗粒持料量决定。当下料流量增大,单位时间内滞留于溢流杯内的颗粒量增大,溢流杯压降增大,且溢流杯压降与颗粒下料流量呈正比,即颗粒下料流量M=b×(P-Pmf)。相较之下,溢流杯压降仅受颗粒性质影响,而不像反吹气流量更易受装置温度、装置压力、反吹气成分等的影响,因此更具准确性,其误差不超过5%。
基于此,申请人得到了一种可行的用于多层流化床的溢流杯下料的颗粒流量控制方法及实现该方法的系统,并申请本专利。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于多层流化床的溢流杯下料的颗粒流量控制方法,及用于多层流化床的溢流杯下料的颗粒流量控制系统,本方法操作简单,准确高效,能够大大缩短装置达到稳态的时间,适用于多种工况的多层流化床装置。
本发明的用于多层流化床的溢流杯下料的颗粒流量控制方法,包括以下步骤:
a.确定溢流杯下料的颗粒流量M;
b. 根据公式M=a×(Q-Qmf)得出反吹气流量Q,其中Qmf为起始流化状态下的反吹气流量,a为常数;
f.通过压差计获得装置内流化床的压降变化值ΔP;
g.根据流化床压降变化得出下料的颗粒流量M”=ΔP/π×r²×g×Δt,其中r是溢流管半径、g是重力加速度、Δt是时间差;
h.根据下料的颗粒流量M”对反吹气流量Q进行微调即可。
在步骤b与步骤f之间,还包括如下步骤:
c.输入反吹气流量Q,通过压差计获得溢流杯压差信号P。
d.根据公式M’=b×(P-Pmf)得出此时的颗粒下料流量M’,其中Pmf为起始流化状态下的压降,b为常数;
e.根据步骤d得出的颗粒下料流量M’对反吹气流量Q进行微调。
所述颗粒包括但不限于萤石粉、硫酸钙、石英砂、分子筛、聚乙烯、聚丙烯等。
所使用的反吹气包括但不限于氮气、氟化氢、水蒸气、空气、三氧化硫、惰性气体等。
所涉及的用于检测溢流杯压差的压差计测压点分别位于溢流杯底部分布板上方及溢流杯顶部出料口处。
所涉及的用于检测装置流化床压差的压差计测压点分别位于流化床底部分布板上方及流化床顶部。
涉及的压差计采样频率为0-1000Hz。
涉及的压差计采样频率为50-400Hz。
本发明的用于多层流化床的溢流杯下料的颗粒流量控制系统,包括反吹气流量计及控制阀门、流化床的压差计2以及信号处理装置;所述流化床的压差计2的下测压口位于流化床分布板上方,上测压口位于流化床顶部;所述压差计2的输出信号输送于信号处理装置;所述信号处理装置与溢流杯的反吹气控制阀门电连接。
所述系统,还包括溢流杯的压差计1;所述溢流杯的压差计1的下测压口位于溢流杯分布板上方,上测压口位于溢流杯顶部出料口处;所述压差计1和压差计2的输出信号输送于信号处理装置。
本方法和系统具有以下优点:
1.操作简单,易于维护,制造成本和维护成本较低。
2.被控变量和控制变量间为线性关系,精度较高,有利于实现自动化控制。
3.不需要使用精密电子元器件,可适用于高温高压或腐蚀性强的环境。
4.通过三步调节下料颗粒流量,能够大大缩短装置达到稳态的时间,有利于节约成本。
本发明的方法既适用于颗粒连续下料,也适用于颗粒间歇下料。
附图说明
图1为本发明的溢流杯下料颗粒流量控制系统示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
本发明的用于多层流化床的溢流杯下料的颗粒流量控制方法,包括以下步骤:
a.确定溢流杯下料的颗粒流量M;
b. 根据公式M=a×(Q-Qmf)得出反吹气流量Q,其中Qmf为起始流化状态下的反吹气流量,a为常数;
f.通过压差计获得装置内流化床的压降变化值ΔP;
g.根据流化床压降变化得出下料的颗粒流量M”=ΔP/π×r²×g×Δt,其中r是溢流管半径、g是重力加速度、Δt是时间差;
h.根据下料的颗粒流量M”对反吹气流量Q进行微调即可。
如果在溢流杯两端设置压差计测压口,通过溢流杯压差信号来进一步对反吹气流量Q进行微调以控制颗粒下料流量,更具准确性,其误差不超过5%。因此,作为进一步改进,在步骤b与步骤f之间,还包括如下步骤:
c.输入反吹气流量Q,通过压差计获得溢流杯压差信号P。
d.根据公式M’=b×(P-Pmf)得出此时的颗粒下料流量M’,其中Pmf为起始流化状态下的压降,b为常数;
e.根据步骤d得出的颗粒下料流量M’对反吹气流量Q进行微调。
上述公式中a、b为常数,不同的设备其数值是不同的,要对设备事先进行实验获得该数值。本方法公式中的常数a和常数b通过以下方法测得:
1.在常温常压、无反应的带料斗的溢流杯-溢流管装置中装填30kg测试颗粒,在此过程中需将溢流杯及溢流管填满;
2.分别在给定反吹气流量Qmf,1.5倍Q1.5mf,2倍Q2mf,2.5倍Q2.5mf,3倍Q3mf,3.5倍Q3.5mf,4倍Q4mf下进行测试,分别记录30 kg颗粒流出时间t和溢流杯平均压差;
3.计算各反吹气流量下的颗粒下料流量:M=30/t;
4.通过线性回归方法获得常数a和常数b。
本发明的一种用于多层流化床内的溢流杯下料颗粒流量控制方法,通过经验公式给出所需下料颗粒流量下的溢流杯反吹气流量;根据颗粒下料所产生的溢流杯压降对颗粒下料流量进行初步的校准,由于颗粒下料同时即会对溢流杯压降产生影响,因此该步骤具有及时性;根据流化床单位时间压降变化,对颗粒下料流量进行进一步校准,由于颗粒下料需较长时间积累才能造成流化床压降的显著变化,因此该步骤具有滞后性,但相较最为准确。
如图1所示,实现本发明方法的系统,包括反吹气流量计及控制阀门、流化床的压差计2以及信号处理装置;所述流化床的压差计2的下测压口位于流化床分布板上方,上测压口位于流化床顶部;所述压差计2的输出信号输送于信号处理装置;所述信号处理装置与溢流杯的反吹气控制阀门电连接。
进一步改进,所述系统,还包括溢流杯的压差计1;所述溢流杯的压差计1的下测压口位于溢流杯分布板上方,上测压口位于溢流杯顶部出料口处;所述压差计1和压差计2的输出信号输送于信号处理装置。
信号处理装置为现有技术。
实施例1
在内径为240mm,床层高度为1m的双层流化床(总高2m)中,以细萤石粉作为流化颗粒,以空气作为流化气及溢流杯反吹气,以内径为24mm,长度为500mm的溢流管和内径为50mm,长度为50mm的溢流杯组成的溢流杯式溢流管作为下料装置,在常温下对本方法进行测试。计划调节颗粒下料流量为20 kg/h,根据经验公式,计算出所需反吹气流量为1.0 m3/h。将其输入信号处理装置即计算机,通过电控阀门将反吹气流量调节至1.0m³/h。10min后,下流化床层压降增大698.4Pa,经换算,颗粒下料流量为20.8kg/h,误差为4%。随后,将反吹气流量调小至0.98m³/h,10min后,下流化床层压降664.8Pa, 经换算,颗粒下料流量为19.8kg/h,误差为1%。
实施例2
在与实施案例1相同的装置中,计划调节颗粒下料流量为20kg/h,根据经验公式,计算出所需反吹气流量为1.0m³/h。将其输入计算机,通过电控阀门将反吹气流量调节至1.0m3/h,此时溢流杯压降为280.5Pa。根据溢流杯压降,通过经验公式得出对应的颗粒下料流量为20.6kg/h,误差为3%。随后,将反吹气流量调小至0.98m3/h,10min后,下流化床层压降664.8Pa, 经换算,颗粒下料流量为19.8kg/h, 误差为1%。
实施例3
在与实施案例1相同的装置中,将流化颗粒换做氟化钙和硫酸钙混合颗粒,以硫酸蒸汽作为流化气,以氟化氢作为溢流杯反吹气,在380℃、微负压状态下对本方法进行测试。在测试过程中,装置温度及压力会出现一定波动。计划调节颗粒下料流量为20kg/h,根据经验公式,计算出所需反吹气流量为1.4 m3/h。将其输入计算机,通过电控阀门将反吹气流量调节至1.4m3/h,此时溢流杯压降为274.7Pa。根据溢流杯压降,通过经验公式得出对应的颗粒下料流量为22.4kg/h,误差为12%。随后,将反吹气流量调小至1.3m3/h,10min后,下流化床层压降654.7Pa, 经换算,颗粒下料流量为19.5kg/h, 误差为2.5%。
Claims (5)
1.一种用于多层流化床的溢流杯下料的颗粒流量控制方法,其特征在于包括以下步骤:
a.确定溢流杯下料的颗粒流量M;
b. 根据公式M=a×(Q-Qmf)得出反吹气流量Q,其中Qmf为起始流化状态下的反吹气流量,a为常数;
f.通过压差计获得装置内流化床的压降变化值ΔP;
g.根据流化床压降变化得出下料的颗粒流量M”=ΔP/π×r²×g×Δt,其中r是溢流管半径、g是重力加速度、Δt是时间差;
h.根据下料的颗粒流量M”对反吹气流量Q进行微调即可;
在步骤b与步骤f之间,还包括如下步骤:
c.输入反吹气流量Q,通过压差计获得溢流杯压差信号P;
d.根据公式M’=b×(P-Pmf)得出此时的颗粒下料流量M’,其中Pmf为起始流化状态下的压降,b为常数;
e.根据步骤d得出的颗粒下料流量M’对反吹气流量Q进行微调;
所述方法通过用于多层流化床的溢流杯下料的颗粒流量控制系统实施;所述系统包括反吹气流量计及控制阀门、流化床的压差计2以及信号处理装置;所述流化床的压差计2的下测压口位于流化床分布板上方,上测压口位于流化床顶部;所述压差计2的输出信号输送于信号处理装置;所述信号处理装置与溢流杯的反吹气控制阀门电连接;还包括溢流杯的压差计1;所述溢流杯的压差计1的下测压口位于溢流杯分布板上方,上测压口位于溢流杯顶部出料口处;所述压差计1和压差计2的输出信号输送于信号处理装置。
2.根据权利要求1所述方法,其特征在于:所述颗粒包括但不限于萤石粉、硫酸钙、石英砂、分子筛、聚乙烯、聚丙烯。
3.根据权利要求1所述方法,其特征在于:所使用的反吹气包括但不限于氟化氢、空气、三氧化硫、惰性气体。
4.根据权利要求1所述方法,其特征在于:涉及的压差计采样频率为0-1000Hz。
5.根据权利要求1所述方法,其特征在于:涉及的压差计采样频率为50-400Hz。
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