[发明专利]密相气力输送过程的固相流量测量系统与测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及气固两相流领域，具体涉及密相气力输送过程的固相流量测量系统与测量方法，特别涉及到气流床粉煤加压气化工艺中输送系统的煤粉流量的测量。

背景技术

气力输送是一项利用气体能量输送固体颗粒的古老而有效的技术，在化工、冶金、食品加工、医药和能源等领域得到了广泛应用。实际应用中，为了满足生产过程中所需的连续测量及自动化控制，达到安全、高效和经济运行的要求，粉体质量流量的在线瞬时测量已成为气力输送系统中亟待解决的关键课题。在气流床粉煤加压气化工艺中，如果进入气化炉的煤粉质量流率不稳定，重要的操作参数如氧碳比等也就不稳定，结果会造成气化炉内局部过热，影响反应的稳定进行和气化炉的稳定操作，而且产生的局部高温还有可能损坏反应器衬里和喷嘴。如果能以一定的置信水平实现对煤粉质量流量的在线测量，便可建立起煤粉流量的控制调节系统。因此，人们对气固两相流连续测量的重要性和需求不断增加。

然而，密相气力输送是一个非常复杂的气固两相流系统。尽管具有输送能力强、输送能耗低、输送固气比大、气固分离量小等优点，但是输送过程中管道内的固体颗粒运动受到气流场分布、颗粒与管壁的摩擦以及颗粒与颗粒的相互碰撞等因素的影响，造成颗粒分布状态在时空尺度上不均匀，流动的波动与不稳定是该系统的主要特征之一。对于这一复杂体系，固相流量测量一直是个难题。

目前，冶金工业中高炉喷吹煤粉的质量流量是采用电子秤称重的方法来计算一段时间内的平均值，不能实现实时连续测量，直接获得瞬时值。气流床粉煤加压气化工艺采用进口固体质量流量计测量煤粉的质量流量，仪表使用前需要对其进行使用工况下的实物标定，操作复杂，仪器价格昂贵。而且标定结果受输送煤粉性质影响，当煤粉物性发生变化时，测量结果会出现不同程度的偏差。文丘里流量计由于结构简单、性能稳定、经济耐用且不受输送介质物性变化影响等优点，受到研究者和工程技术人员的关注。其中，Farbar提出的压差-气固比经验公式，ΔP_mix/ΔP_gas＝1+mZ，已经广泛应用于低压、稀相气力输送固相流量的测量。但对于高压密相气力输送过程，载气密度和固气比均较大，传统的压差流量关系应用于固相流量测量时会产生较大的误差，已经不再适用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有的几种测量技术具有局限性的缺陷，而提供了一种适合于密相气力输送过程的固相流量测量系统与测量方法。本发明提供的测量方法不仅满足传统气力输送领域中密相输送(浓度为50～100Kg·m^-3)固相流量的测量要求，而且能够实时连续测量超浓相(浓度>300Kg·m^-3)输送时的固相流量。

本发明提供了一种密相气力输送过程的固相流量测量系统；所述的固相流量测量系统包括依次连通的一输入管道、一文丘里管和一输出管道；所述输入管道、所述文丘里管和所述输出管道在一条直线上，所述输入管道和所述输出管道的长度分别独立地为大于或等于80D，D为所述输入管道和所述输出管道的直径；所述的文丘里管包括依次连通的一收缩段、一喉段和一扩张段，所述输入管道与所述收缩段相连通，所述扩张段与所述输出管道相连通；所述的固相流量测量系统还包括一流速测量仪、一第一压力测试仪、一第二压力测试仪和一温度测量仪；其中，所述流速测量仪安装于所述输入管道上，用于测量所述收缩段的入口处的固相流速V_s1；所述第一压力测试仪安装于所述输入管道上，用于测量所述收缩段的入口处的气相压力P₁；所述第二压力测试仪安装于所述喉段上，与所述喉段的入口处的距离为3d以上，用于测量所述喉段处的气相压力P₂，d为所述喉段的直径（以下简称喉径）；所述温度测量仪安装于所述输入管道上，用于测量所述收缩段的入口处的气固相温度T₁。

本发明中，所述收缩段的收缩角θ较佳地为3～25°，更佳地为3～10.5°。所述扩张段的扩张角α较佳地为1～12°，更佳地为1～8°。所述文丘里管的节流比d/D较佳地为0.3～0.8，更佳地为0.4～0.7。所述文丘里管的长径比L_t/d较佳地为不小于3，更佳地为不小于20；所述长径比是指喉段长度与喉径之比L_t/d。

本发明中，所述第二压力测试仪安装于所述喉段上，与所述喉段的入口处的距离较佳地为20d以上，更佳地为22d。

本发明中，所述输入管道和所述输出管道为本领域常规的用于输送气固相的管道。