密相气力输送过程的固相流量测量系统与测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种密相气力输送过程的固相流量测量系统与测量方法。所述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。本发明专利技术能够实现密相气力输送过程中固相流量的实时、连续测量，直接获得瞬时值；且偏差仅在±10%以内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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，ΔPmix/ΔPgas＝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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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Vs1；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。本专利技术中，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Lt/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Lt/d。本专利技术中，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。本专利技术中，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。本专利技术中，较佳地，所述固相流量测量系统还包括一数据采集系统，所述数据采集系统还依次与一A/D转换卡（模数转换卡，用于将模拟信号转换成数字信号）和一计算机连接；所述流速测量仪包括一速度传感器；所述第一压力测试仪包括一第一压力传感器；所述第二压力测试仪包括一第二压力传感器；所述温度测量仪包括一温度传感器；所述速度传感器、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述温度传感器分别与所述数据采集系统连接，并将模拟信号输入至所述数据采集系统。其中，所述的计算机较佳地包括存储模块和计算模块，用于实时输出处理后的固相流量数据。其中，所述的存储模块用于存储输入的压降方程，所述的计算模块用于将采集到的流速、压力和温度数据代入压降方程中进一步求解固相流量。其中，所述速度传感器安装于所述输入管道上，与所述文丘里管的入口处的距离较佳地在20D以内，更佳地在5D以内。其中，所述第一压力传感器较佳地为第一膜片式压力传感器，且通过一第一引压孔安装于所述输入管道上；在沿所述文丘里管的延伸方向上，所述第一引压孔与所述收缩段的入口处的距离较佳地在20D以内，更佳地在5D以内。所述第二压力传感器较佳地为第二膜片式压力传感器，且通过一第二引压孔安装于所述文丘里管的喉段上。其中，所述温度传感器较佳地通过一测温孔安装在所述输入管道上，所述测温孔与所述收缩段的入口处的距离较佳地在20D以内，更佳地在5D以内。本专利技术还提供了一种密相气力输送过程的固相流量测量方法，所述的固相流量测量方法包括以下步骤：（1）将气固两相流通入上述固相流量测量系统，并启动所述固相流量测量系统，测量参数Vs1、P1、P2和T1；（2）将步骤（1）测得的参数Vs1、P1、P2和T1代入文丘里管压降方程①：P1-P2(1-β4)2C2β4·P1MRT1Vg12=(1+mZ)/(1+MP1RT1ρsZ)]]>①计算出固气两相的质量比Z，再代入公式②：Ms＝ZMg   ②公式②中，由计算得气相流量Mg的值（单位为Kg\本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种密相气力输送过程的固相流量测量系统，其特征在于，其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Vs1；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；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。

【技术特征摘要】
1.一种密相气力输送过程的固相流量测量系统，其特征在于，其包括
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Vs1；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；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。
2.如权利要求1所述的固相流量测量系统，其特征在于，所述收缩段
的收缩角θ为3～25°，较佳地为3～10.5°；所述扩张段的扩张角α为1～12°，
较佳地为1～8°；所述文丘里管的节流比d/D为0.3～0.8，较佳地为0.4～0.7；
所述文丘里管的长径比Lt/d不小于3，较佳地为不小于20，Lt为所述喉段的
长度；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20d以上，较佳地为22d。
3.如权利要求1所述的固相流量测量系统，其特征在于，所述固相流
量测量系统还包括一数据采集系统，所述数据采集系统还依次与一A/D转换
卡和一计算机连接；所述流速测量仪包括一速度传感器；所述第一压力测试
仪包括一第一压力传感器；所述第二压力测试仪包括一第二压力传感器；所
述温度测量仪包括一温度传感器；所述速度传感器、所述第一压力传感器、
所述第二压力传感器和所述温度传感器分别与所述数据采集系统连接，并将
模拟信号输入至所述数据采集系统。
4.如权利要求3所述的固相流量测量系统，其特征在于，所述速度传

\t感器安装于所述输入管道上，与所述文丘里管的入口处的距离在20D以内，
较佳地在5D以内。
5.如权利要求3所述的固相流量测量系统，其特征在于，所述第一压
力传感器为第一膜片式压力传感器，且通过一第一引压孔安装于所述输入管
道上；在沿所述文丘里管的延伸方向上，所述第一引压孔与所述收缩段的入
口处的距离在20D以内，较佳地在5D以内。
6.如权利要求3所述的固相流量测量系统，其特征在于，所述第二压
力传感器为第二膜片式压力传感器，且通过一第二引压孔安装于所述文丘里
管的喉段上。
7.如权利要求3所述的固相流量测量系统，其特征在于，所述温度传
感器通过一测温孔安装在所述输入管道上，所述测温孔与所述收缩段的入口
处的距离在20D以内，较佳地在5D以内。
8.一种密相气力输送过程的固相流量测量方法，其特征在于，所述的
测量方法包括以下步骤：
（1）将气固两相流通入如权利要求1-7任一项所述的固相流量测量系
统，并启动所述固相流量测量系统，测量参数Vs1、P1、P2和T1；
（2）将步骤（1）测得的参数Vs1、P1、P2和T1代入文丘里管压降方程
①：
P1-P2(1-β4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆海峰，郭晓镭，龚欣，梁钦锋，代正华，刘海峰，许建良，于广锁，王辅臣，王亦飞，陈雪莉，李伟锋，周志杰，王兴军，赵辉，李超，龚岩，
申请(专利权)人：华东理工大学，上海熠能燃气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31