一种评估密相气力输送系统固相质量流量的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种评估密相气力输送系统固相质量流量的方法，其包括如下步骤：(1)获取安装在密相气力输送管路上的文丘里管的结构参数以及输送介质的参数；(2)在密相气力输送系统上进行纯气相和气固两相标定实验，获得拟合系数；(3)根据所得文丘里管的结构参数、输送介质的参数和拟合系数，用迭代法计算密相气力输送系统的固体质量流量Ms。本发明专利技术突破了以往文丘里流量计仅适用于稀相气固输送体系的局限，通过引入两相流动因子修正载气密度和固气比影响，将其应用至密相气力输送领域，并且采用偏差最小的迭代试差逻辑算法评估固相质量流量，实现了密相气力输送过程中固相质量流量的评估偏差在±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，尤其是涉及一种评估密相气力输送系统固相质量流量的方法。
技术介绍
粉煤密相气力输送是气流床粉煤加压气化工艺过程中的核心技术之一。在气流床粉煤加压气化工艺中，对气化炉供料的稳定性直接关系到气化工艺指标和气化炉的稳定运行。在向气化炉供料过程中，如果加入的煤粉质量流量发生波动，重要的操作参数如氧碳比等就会不稳定，造成气化炉内温度偏高或偏低，影响反应的正常进行和气化炉的稳定操作：或因局部高温损坏反应器衬里和喷嘴，或因炉温过低出现堵渣现象。因此，在输送过程中对煤粉质量流量准确测量是非常重要的。通过在线准确测量高压密相输送条件下的固相质量流量，可进而有效控制气化过程的氧煤比，使得气化效率达到最佳以防止因氧煤比失调而引起的安全和工艺指标恶化。国内外学者对气固两相流的流量测量进行了大量的研究，但实际运用于在线检测最普遍的方法还是通过电容法进行实际流量的检测。例如，在气流床粉煤加压气化装置上就经常使用电容式固体质量流量计，通过测量管道内的煤粉浓度和速度来获得煤粉的质量流量。但是，该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，且仪器价格昂贵。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。另一方面，差压法测量气固两相流量尽管因其结构简单和较好的经济性在众多气固两相流量测量方法中受到青睐。但是，这一方法通常主要应用于气液两相和低压、稀相气固两相流。对于气流床粉煤加压气化工艺涉及的密相气力输送过程，输送载气的密度和管道内的固气比严重偏离了传统差压模型的应用范畴，无法适合用于密相气力输送系统的固相质量流量评估。此外，电子秤称重法在实际测量固相质量流量中也有应用，但是电子秤称重法获得的固相质量流量是一段时间内的平均值，不能直接获得瞬时值。因此，急需开发一种操作简便、成本低、偏差小且可实时评估密相气力输送系统固相质量流量的方法。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于克服现有的电容法评估固体质量流量操作复杂、仪器价格昂贵、标定结果受输送煤粉性质影响，和现有的差压法评估气固两相流量无法适合用于密相气力输送系统，以及电子秤称重法无法实时评估固体质量流量的缺陷，提供了一种评估密相气力输送系统固相质量流量的方法。本专利技术的评估方法操作简便，成本低，可实现密相气力输送过程中固相流量的实时、连续测量，且偏差在±10％以内。本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题。本专利技术提供了一种评估密相气力输送系统固相质量流量的方法，所述方法包括如下步骤：(1)获取安装在密相气力输送管路上的文丘里管的结构参数以及输送介质的参数；所述文丘里管的结构参数包括文丘里管的进口管道直径D、喉径d、节流比β、喉部面积At、收缩段长度Lc和喉段长度Lt；所述输送介质的参数包括气体密度ρg、气体分子的摩尔质量M、气体分子直径dg、固体颗粒直径dp和固体颗粒密度ρp；(2)在密相气力输送系统上进行纯气相和气固两相标定实验，获得拟合系数a、b、c、d，具体包括步骤S1和步骤S2：步骤S1：进行至少两组气相标定实验，获得拟合系数a、b，该步骤包括：步骤S1-1：测量从密相气力输送系统不同部位注入的气体体积流量Qg1、Qg2、Qg3，单位Nm3/s，并根据式1计算得到气相质量流量Mg，单位kg/s；Mg＝(Qg1+Qg2+Qg3)ρNg 1式1中，ρNg为气体在标准状态下的密度，单位kg/Nm3；步骤S1-2：测量气体的压强Pg1和温度T1，并根据式2～4计算得到文丘里管入口处的气体密度ρg1、表观气速Ug1和气体粘度μg1；ρg1＝Pg1M/RT1 2Ug1＝4Mg/ρg1πD2 3 μ g 1 = 2.67 × 10 - 26 ( MT 1 ) 0.5 / d g 2 - - - 4 ]]>式2中，M是气体分子的摩尔质量，单位为kg/mol，R是摩尔气体常数；式4中，dg是气体分子直径，单位为m；步骤S1-3：测量气体通过文丘里管的压差△Pg，单位Pa，并根据所得ρg1、Ug1、μg1、Mg和式5～6计算获得雷诺数Re和流出系数Cd：Re＝DUg1ρg1/μg1 5 C d = M g A t 1 - β 4 2 ρ g Δp g - - - 6 ]]>步骤S1-4：重复步骤S1-1～S1-3至少一次，并对所得的Cd和Re进行回归模型分析，获得Cd与Re的关系式如式7所示，并计算得到拟合系数a、b；Cd＝a·Reb 7步骤S2：进行至少两组气固两相标定实验，获得拟合系数c、d，该步骤包括：步骤S2-1：测量从密相气力输送系统不同部位注入的气体体积流量Qg1、Qg2、Qg3，单位Nm3/s，用电子秤称重测量固体质量流量Ms，单位kg/s，并根据式8计算得到气相质量流量Mg，单位kg/s；Mg＝(Qg1+Qg2+Qg3)ρNg-Ms/ρp 8式8中，ρNg为气体在标准状态下的密度，单位kg/Nm3；步骤S2-2：根据步骤S2-1所得Mg、步骤①所得Cd及式6计算得到△Pg；步骤S2-3：测量气固相混合物通过文丘里管的压差△Pmix，单位Pa，并根据步骤S2-1所得Ms和Mg计算得到输送固气比Z，Z＝Ms/Mg，单位kg/kg，然后再根据式9和式10计算得到压降比系数m和修正斯托克斯数St；m＝[(Δpmix/Δpg)k-1.0]/Z 9式9中，k为修正因子，k＝1+Zρg/ρp； S t = ρ p d p 2 U g 1 / { 18 μ g 1 [ ( 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种评估密相气力输送系统固相质量流量的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)获取安装在密相气力输送管路上的文丘里管的结构参数以及输送介质的参数；所述文丘里管的结构参数包括文丘里管的进口管道直径D、喉径d、节流比β、喉部面积At、收缩段长度Lc和喉段长度Lt；所述输送介质的参数包括气体密度ρg、气体分子的摩尔质量M、气体分子直径dg、固体颗粒直径dp和固体颗粒密度ρp；(2)在密相气力输送系统上进行纯气相和气固两相标定实验，获得拟合系数a、b、c、d，具体包括步骤S1和步骤S2：步骤S1：进行至少两组气相标定实验，获得拟合系数a、b，该步骤包括：步骤S1‑1：测量从密相气力输送系统不同部位注入的气体体积流量Qg1、Qg2、Qg3，单位Nm3/s，并根据式1计算得到气相质量流量Mg，单位kg/s；Mg＝(Qg1+Qg2+Qg3)ρNg    1式1中，ρNg为气体在标准状态下的密度，单位kg/Nm3；步骤S1‑2：测量气体的压强Pg1和温度T1，并根据式2～4计算得到文丘里管入口处的气体密度ρg1、表观气速Ug1和气体粘度μg1；ρg1＝Pg1M/RT1    2Ug1＝4Mg/ρg1πD2    3μg1=2.67×10-26(MT1)0.5/dg2---4]]>式2中，M是气体分子的摩尔质量，单位为kg/mol，R是摩尔气体常数；式4中，dg是气体分子直径，单位为m；步骤S1‑3：测量气体通过文丘里管的压差△Pg，单位Pa，并根据所得ρg1、Ug1、μg1、Mg和式5～6计算获得雷诺数Re和流出系数Cd：Re＝DUg1ρg1/μg1    5Cd=MgAt1-β42ρgΔpg---6]]>步骤S1‑4：重复步骤S1‑1～S1‑3至少一次，并对所得的Cd和Re进行回归模型分析，获得Cd与Re的关系式如式7所示，并计算得到拟合系数a、b；Cd＝a·Reb    7步骤S2：进行至少两组气固两相标定实验，获得拟合系数c、d，该步骤包括：步骤S2‑1：测量从密相气力输送系统不同部位注入的气体体积流量Qg1、Qg2、Qg3，单位Nm3/s，用电子秤称重测量固体质量流量Ms，单位kg/s，并根据式8计算得到气相质量流量Mg，单位kg/s；Mg＝(Qg1+Qg2+Qg3)ρNg‑Ms/ρp    8式8中，ρNg为气体在标准状态下的密度，单位kg/Nm3；步骤S2‑2：根据步骤S2‑1所得Mg、步骤①所得Cd及式6计算得到△Pg；步骤S2‑3：测量气固相混合物通过文丘里管的压差△Pmix，单位Pa，并根据步骤S2‑1所得Ms和Mg计算得到输送固气比Z，Z＝Ms/Mg，单位kg/kg，然后再根据式9和式10计算得到压降比系数m和修正斯托克斯数St；m＝[(Δpmix/Δpg)k‑1.0]/Z    9式9中，k为修正因子，k＝1+Zρg/ρp；St=ρpdp2Ug1/{18μg1[(β21+β2)2Lc+β2Lt]}---10]]>步骤S2‑4：重复步骤S2‑1～S2‑3至少一次，并对所得的m和St进行回归模型分析，获得m与St的关系式如式11所示，并计算得到拟合系数c、d；m＝c·Std    11(3)根据步骤(1)所述的文丘里管的结构参数、输送介质的参数和步骤(2)所得拟合系数a、b、c、d，计算评估密相气力输送系统的固体质量流量Ms，获得固体质量流量值，具体步骤如下：①测量进入密相气力输送系统的气体流量Qg1、Qg2、Qg3，和文丘里管的进口处温度T1，以及文丘里管进口处和喉管处的压力P1、P2，计算得到气固相混合物通过文丘里管的压差△Pmix，△Pmix＝P1‑P2；②设定固相流量初值Ms0，根据式8计算得到气相流量Mg；③根据式2～5、式7和所得拟合系数a、b计算得到流出系数Cd，根据式10、式11和所得拟合系数c、d计算得到压降比系数m；④根据所得Mg、Cd及式6计算得到△Pg；⑤根据式12计算得到固相质量流量Ms；Ms=ΔPmix/ΔPg-1m-(ρg1/ρp)(ΔPmix/ΔPg)Mg---12]]>⑥比较计算值Ms与初值Ms0的偏差|Ms‑Ms0|，判断所得偏差与设定的极小值ξ间的大小关系：若|Ms‑Ms0|≤ξ，则步骤⑤计算得到的Ms即为最终评估得到的固相质量流量值；若|Ms‑Ms0|＞ξ，则设定一个固相质量流量的增量△Ms，令Ms0’＝Ms0+△Ms，将该Ms0’作为新设的初值，重复步骤②～⑥进行反复迭代，直至计算得到的固相质量流量Ms’与所设初值Ms0’间的偏差小于极小值ξ，对应的固相质量流量Ms’即为最终评估得到的固相质量流量值。...

【技术特征摘要】
1.一种评估密相气力输送系统固相质量流量的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)获取安装在密相气力输送管路上的文丘里管的结构参数以及输送介质的参数；所述文丘里管的结构参数包括文丘里管的进口管道直径D、喉径d、节流比β、喉部面积At、收缩段长度Lc和喉段长度Lt；所述输送介质的参数包括气体密度ρg、气体分子的摩尔质量M、气体分子直径dg、固体颗粒直径dp和固体颗粒密度ρp；(2)在密相气力输送系统上进行纯气相和气固两相标定实验，获得拟合系数a、b、c、d，具体包括步骤S1和步骤S2：步骤S1：进行至少两组气相标定实验，获得拟合系数a、b，该步骤包括：步骤S1-1：测量从密相气力输送系统不同部位注入的气体体积流量Qg1、Qg2、Qg3，单位Nm3/s，并根据式1计算得到气相质量流量Mg，单位kg/s；Mg＝(Qg1+Qg2+Qg3)ρNg 1式1中，ρNg为气体在标准状态下的密度，单位kg/Nm3；步骤S1-2：测量气体的压强Pg1和温度T1，并根据式2～4计算得到文丘里管入口处的气体密度ρg1、表观气速Ug1和气体粘度μg1；ρg1＝Pg1M/RT1 2Ug1＝4Mg/ρg1πD2 3 μ g 1 = 2.67 × 10 - 26 ( MT 1 ) 0.5 / d g 2 - - - 4 ]]>式2中，M是气体分子的摩尔质量，单位为kg/mol，R是摩尔气体常数；式4中，dg是气体分子直径，单位为m；步骤S1-3：测量气体通过文丘里管的压差△Pg，单位Pa，并根据所得ρg1、Ug1、μg1、Mg和式5～6计算获得雷诺数Re和流出系数Cd：Re＝DUg1ρg1/μg1 5 C d = M g A t 1 - β 4 ...

【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，郭庆华，王兴军，赵辉，李超，龚岩，刘霞，王立，
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