本发明专利技术公开了一种颗粒机械强度的测试装置及方法。装置内预先充满气体，加热喷射管内气体至一定温度，颗粒在气体曳力和自身重力作用下在喷射管中不断加速，同时在喷射管中受热温度升高且与高温气氛反应，最终与碰撞平台碰撞破碎。通过高速CCD相机测量碰撞时颗粒的速度和颗粒破碎情况，通过红外热像仪非接触测量碰撞时颗粒的温度，通过碰撞平台上的压力传感器测量碰撞时颗粒受力，通过碰撞后破碎颗粒的粒径分布表征颗粒强度特性。该专利可有效测量和分析反应器中高温气氛下颗粒因化学反应、热应力、压力、机械力(碰撞)等因素协同作用或单独作用下的强度特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源化工环保领域，专利技术了一种测试反应器内颗粒在化学反应、热应 力、压力、机械力（碰撞）协同作用下或某一因素单独作用下颗粒的破碎情况，从而获得颗 粒机械强度特性的测试装置及方法。
技术介绍
颗粒由于其离散的特性，比表面积大，作为反应介质反应面积大，反应速度快。近 些年来，颗粒状材料在化工，能源，材料，环保领域得到广泛的应用。 在能源领域，循环流化床（CFB)燃烧锅炉由于其优越性在燃烧领域得到广泛的应 用，炉内脱硫是CFB锅炉的技术优势，炉内脱硫即向炉内投入石灰石颗粒。石灰石颗粒的机 械强度特性严重影响炉内脱硫效率。测量石灰石颗粒在炉内复杂的气氛下，升温、反应、碰 撞时的强度特性对提高炉内脱硫效率有着重要的意义。 化学链燃烧中，要使用大量的载氧体颗粒。研究载氧体颗粒在炉内气氛下升温、反 应、碰撞时的强度特性对指导载氧体颗粒材料的选择也具有重要意义。 在各种化工反应过程中，颗粒状的反应物，W及颗粒状的催化剂得到广泛的应用， 该些颗粒物质在反应器内的强度特性对反应过程优化，反应器的设计有着极大的指导意 义。 由于颗粒状材料在工业过程中的广泛应用，颗粒的强度特性需要有效的测量。但 是目前的测试装置基本为冷态装置，且设计不太合理，不能制造出真实的反应气氛和温度， 无法研究在热态气氛下颗粒反应、碰撞后破碎行为规律，且该类装置无法对速度和颗粒碰 撞力等参数进行测量。另一类装置为静态测试装置，即颗粒材料处于静止状态，由液压驱动 装置向颗粒材料施加作用力，通过记录颗粒形变随时间变化的关系曲线，取颗粒破坏时所 受力的大小来表征颗粒的强度，即按传统材料力学理论来测量。该种装置未能考虑颗粒在 反应器复杂气氛下因颗粒内部或表面反应、热应力、压力、机械力（碰撞）等因素对颗粒机 械强度的影响，且所处的状态与实际工业反应器中颗粒所处的状态不符。利用此类装置，颗 粒在真实状态条件下、在多种因素协同作用下的颗粒机械强度特性难W合理的表征出。由 于在反应器中颗粒材料经过反复的碰撞和磨损，利用上述装置颗粒粒径分布演化也未能很 好的测出。
技术实现思路
专利技术目的；针对上述面临的问题，本专利技术提供了一种全方面、多尺度的颗粒机械强 度的测试装置及方法。[000引 技术方案； 一种颗粒机械强度的测试装置，包括给料装置，供气装置，反应装置，碰撞装置和 测量装置；所述给料装置包括料仓1W及在所述料仓1下部的料斗3 ; 所述供气装置包括气体混合器21w及若干个不同气体的气瓶25,所述气体混合 器21与所述气瓶25之间通过气流输送管连接，所述气体混合器21出口与所述料斗3连 接； 所述反应装置包括喷射管5W及安装在所述喷射管5外的电加热器6,所述料斗3 下部插入所述喷射管5的上端； 所述碰撞装置包括碰撞室13W及在所述碰撞室13底部正对喷射管5处安装的倾 斜的碰撞平台15,在所述碰撞室13顶部开设有若干个出气口 9;所述碰撞室上的出气口为 圆柱形出气口，使得排气过程中，碰撞室内流场更为均匀，减小颗粒横向速度；所述喷射管 5的下端插入所述碰撞装置的碰撞室13; 所述测量装置包括在所述碰撞平台15上方固定的用于记录传感元件形变数据得 压力传感器14、在所述碰撞室13外用于记录颗粒的碰撞过程图像的高速CCD相机12W及 用于记录颗粒碰撞时的红外图像的红外热成像仪16。 优选地，在所述气体混合器21与所述气瓶25之间设置有分路流量调节阀22,在所 述气体混合器21出口处设置有总流量调节阀20,通过调节流量调节阀和气瓶减压阀来调 节料仓压力，通过料仓压力来控制颗粒的碰撞速度。 优选地，所述高速CCD相机12和所述红外热成像仪16光路处于同一水平面，且互 相垂直，互补干扰。 优选地，所述碰撞室13由耐高温玻璃制成。 优选地，所述出气口 9内填充有烧结金属粉末多孔材料盖板10,该盖板10能选择 透过气体，过滤掉固体颗粒，故破碎后的小颗粒质量等于碰撞前颗粒质量。 优选地，所述碰撞平台15底板和侧板两端为可活动较链，其倾斜角度可W调整。 优选地，所述气体混合器21与所述料斗3之间设置有气体预热器18,气流经过气 体预热器18后加热，奶咸小气流进入对喷射管5内温度的影响。 一种颗粒机械强度的测试方法，包括如下步骤： 步骤1 ;在气体混合器21中混合不同气瓶25中的气体，获得设定工况成分比例和 设定工况流量的气体，并使料斗3、喷射管5和碰撞室13内充满工况气体；[002引步骤2;停止供气，将料仓1中的颗粒材料加入料斗3中；步骤3 ;打开电加热器6并设定初始工况温度，加热喷射管5内气体至工况温度； 步骤4 ;打开碰撞室13顶部的若干个出气口9 ;气体混合器21继续供气，气体携带 颗粒从料斗3进入喷射管5,颗粒在气流曳力和自身重力作用下加速，获得气体流速，同时 在喷射管5高温气氛中升温、膨胀、反应；最终与碰撞平台15碰撞破碎，破碎后的小颗粒反 弹进碰撞室13 ; 步骤5 ;高速CCD相机12记录颗粒的碰撞过程图像，红外热成像仪16记录颗粒碰 撞时的红外图像，压力传感器14记录传感元件形变数据； 步骤6 ;通过颗粒的碰撞过程图像获得颗粒碰撞时的速度和颗粒碰撞后的破碎情 况，处理颗粒碰撞时的红外图像获得碰撞时的颗粒温度，处理传感元件形变数据获得颗粒 碰撞时所受的力；收集碰撞破碎后的小颗粒，利用激光粒度分布仪测得破碎颗粒粒径分布。 优选地，收集每次当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种颗粒机械强度的测试装置，其特征在于：包括给料装置，供气装置，反应装置，碰撞装置和测量装置；所述给料装置包括料仓(1)以及在所述料仓(1)下部的料斗(3)；所述供气装置包括气体混合器(21)以及若干个不同气体的气瓶(25)，所述气体混合器(21)与所述气瓶(25)之间通过气流输送管连接，所述气体混合器(21)出口与所述料斗(3)连接；所述反应装置包括喷射管(5)以及安装在所述喷射管(5)外的电加热器(6)，所述料斗(3)下部插入所述喷射管(5)的上端；所述碰撞装置包括碰撞室(13)以及在所述碰撞室(13)底部正对喷射管(5)处安装的倾斜的碰撞平台(15)，在所述碰撞室(13)顶部开设有若干个出气口(9)；所述喷射管(5)的下端插入所述碰撞装置的碰撞室(13)；所述测量装置包括在所述碰撞平台(15)上方固定的用于记录传感元件形变数据得压力传感器(14)、在所述碰撞室(13)外用于记录颗粒的碰撞过程图像的高速CCD相机(12)以及用于记录颗粒碰撞时的红外图像的红外热成像仪(16)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：段伦博，余志健，段元强，赵长遂，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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