專利名稱：流化床內顆粒最小粘結溫度的測試裝置及方法
技術領域：
本發明屬于高溫流化床測試技術領域，涉及一種流化床操作參數的測試裝置及方法，尤其涉及一種粘性顆粒在高溫流化床內表面變粘時顆粒的最小粘結溫度的測試裝置及方法。
現有技術中，高溫流化床被廣泛應用于煤的燃燒、鐵礦石煅燒和水泥制造等工藝過程中。高溫流化床的操作往往受到固體顆粒局部結渣、甚至全床結焦的困擾，影響正常生產。顆粒最小粘結溫度是顆粒在高溫流化床操作的重要參數，它的準確測定是高溫流化床開發和設計的基礎，并且是上述工藝過程操作的重要參數。目前顆粒最小粘結溫度的測定通常采用膨脹計獲得。該方法的具體操作步驟如下被測試物料加入到膨脹計測試管中，測試管上部裝有一連接熱電偶的活塞，活塞外聯有一硅傳感器。根據測試管在加熱過程中料柱長度的變化得到顆粒初始粘結溫度。該裝置不僅價格昂貴，而且只能測量顆粒在靜態下初始粘結溫度，同流化床操作工況參數存在較大誤差，而且無法得到顆粒高溫下實際流化操作相圖。
研究結果表明流化床結焦時顆粒既受到粘性力的作用，也受到流化氣流給予的破碎力作用。當流化氣流給予顆粒的破碎力大于顆粒受到粘性力時，顆粒在高溫流化床內呈良好流化狀態；而流化氣流給予顆粒的破碎力小于粘性力時，顆粒趨向于粘結，形成結焦，流化狀態受到破壞。隨著流化床溫升高，顆粒達到其最小粘結溫度時，表面開始變粘，顆粒開始具有發生粘結趨勢。如流化床溫度進一步提高，顆粒受到的粘性力開始大于流化氣體的破碎力，顆粒粘結，床內結焦發生。在實際生產過程中，一旦發生結焦，流化床正常流化狀態受到破壞，流化床將降低負荷甚至停運。一般來講，流化床溫度越高，顆粒受到的粘性力越大；在同樣的溫度下，顆粒之間的接觸面積越大(顆粒直徑越小，顆粒接觸面積越大)，顆粒形成的粘性力越大。因此，得出工業操作流化物料流化氣速與床溫的關系是十分重要的。
根據現有技術存在的不足和缺陷，本發明的目的和任務是提供一種流化床內顆粒最小粘結溫度的測試裝置及方法，該裝置及方法可以測定顆粒在小于最小粘結溫度時不同溫度下的最小流化速度；在床溫大于最小粘結溫度后，根據床內結焦狀況得到最小破粘表觀氣速，從而得到粘結顆粒在高溫流化床實際流化操作相圖和最小粘結溫度，為實際的流化床設計和操作提供重要參數和依據。
本發明的目的和任務是通過以下技術方案實現的該測試裝置主要由石英二維流化床，設置在流化床下部的進氣管，流化床外部的硅碳棒加熱器及其溫控裝置，進氣管預加熱器及其溫控裝置，設置在流化床中部的石英觀察窗，氣體調節閥和流量計、壓差計等組成，所述流化床進氣管通過管路與氣體流量調節閥和流量計相連，所述石英二維流化床內設有氣體預分布氣室、氣體分布板及測壓管，該測壓管安裝在分布板的上部，通過軟管與床外部的壓差計相連。
為了避免壁效應影響，所述的石英二維流化床的長寬比應控制在2．67以上；流化床進氣管的長度與其直徑比應為25～40。
上述氣體分布板采用燒結式氣體分布板，以防止溫度升高時分布板結構發生變化，影響顆粒的正常流化。
采用以上所述裝置的測試方法，其測試步驟為a．將流化物料裝入石英二維流化床，調節流量控制閥，使空氣流量控制在床內顆粒處于良好流化狀態；b．調節所述預加熱器溫控裝置和硅碳棒加熱器溫控裝置分別將系統設定在某一溫度，預加熱器和硅碳棒加熱器通電，使系統逐漸達到設定的溫度；c．待系統穩定一定時間處于熱平衡后，調節流量控制閥，使流量由大到小依次遞減，通過流量計和壓差計分別記錄該溫度下的流量和床層壓差數值，測得該溫度下顆粒的最小流化速度；d．將流化床設定在另一溫度下，采用上述方法依次測得不同溫度下顆粒的最小流化速度；e．當床層溫度升高到顆粒最小粘結溫度后，逐漸減小床層表觀氣速，當床內開始出現局部結焦時測得該狀態下的床層表觀氣速，即為床層最小破粘氣速；f．當床層溫度低于顆粒的最小粘結溫度時，作出顆粒最小流化氣速與床層溫度的曲線；床層溫度大于顆粒的最小粘結溫度時，在床內出現局部結焦時利用降速法得到顆粒破粘氣速與床層溫度的關系曲線；g．利用顆粒最小流化氣速與床層溫度的曲線和顆粒破粘氣速與床層溫度的關系曲線得到顆粒最小粘結溫度以及顆粒實際流化操作相圖。
附
圖1為本發明的結構示意圖。
附圖2為實驗物料采用玻璃球時的最小粘結溫度測定曲線。
圖中各部件的名稱說明如下1．流量控制閥2．氣體流量計3．連接軟管；4．進氣管預熱器5．硅碳棒加熱器6．石英二維流化床7．硅碳棒熱電偶8．溫控裝置9．大功率調壓器；10石英觀察窗；11．流化物料；12．氣體分布板；13．預分布氣室；14．流化床進氣管；15．壓差計；16．預熱器熱電偶17．溫控裝置。
下面結合附圖詳細說明本發明的原理、結構及最佳實施方式如圖所示，本發明主要包括石英二維流化床6、流化床進氣管14、進氣管預加熱器4、硅碳棒加熱器5、流量控制閥1、氣體流量計2、石英觀察窗10、壓差計12及溫控裝置等組成。來自壓縮機的空氣進入流量控制閥1及流量計2，經軟管3進入與其相連的流化床進氣管14，流量計2采用轉子流量計。預加熱器4采用電阻絲加熱，可將空氣預熱到0～300℃，預熱后的空氣進入預分布氣室13，通過分布板12分布后進入石英二維流化床6對實驗物料進行流化。氣體分布板采用燒結式氣體分布板，防止溫度升高時分布板結構發生變化。石英二維流化床由布置在其后面的三根硅碳棒加熱器5加熱。為了避免壁效應影響，石英二維流化床6的長寬比應控制在2．67以上；流化床進氣管的長度與其直徑比應為25～40。
石英觀察窗10固定在流化床6的中部，其長為85mm，高110mm，底部正對著燒結式分布板的上緣。通過觀察窗可以觀察到整個流化床底部密相區的運動狀況。
流化床分布板上部開有水平測壓管，測壓管為石英管，內塞有不銹鋼網，防止固體顆粒通過測壓管溢出床外。石英測壓管通過軟管與U型壓差計15相連，測定流化床內的壓強。石英測壓管與軟管之間采用活動的磨口連接。
溫控裝置17與預加熱器熱電偶16相連，熱電偶16插到流化床預分布氣室13內，該溫控裝置控制預加熱器4對進入床內的空氣進行加熱。預熱器溫度應控制在一定范圍內，避免空氣流量的變化對床溫的影響。
硅碳棒熱電偶7直接插到石英二維流化床分布板12的上方，熱電偶7與溫控裝置8相連，該溫控裝置控制大功率調壓器9和硅碳棒加熱器5對流化床進行加熱。大功率調壓器9是超大功率固態繼電器，在加大功率時電流仍可控制在30A以內。溫控裝置8使石英二維流化床的溫度變化控制在±2℃。
開始測試時，首先調節流量控制閥1，使轉子流量計2的空氣流量控制在床內處于良好流化氣量，即應使流化床床層表觀氣速遠大于設定溫度下顆粒的最小流化氣速。然后將預加熱器4和硅碳棒加熱器5分別設定在控制溫度，并逐步升溫到控制溫度。流化床穩定一定時間處于熱平衡后，調節流量控制閥，使流量由大到小依次遞減，通過轉子流量計2和U型壓差計15分別記錄該溫度下的氣體流量和床層壓差數值，測得該溫度下顆粒的最小流化速度。將流化床設定在另一溫度下，采用上述方法可以測得不同溫度下顆粒的最小流化速度。當床層溫度升高到顆粒最小粘結溫度后，調節流量控制閥1，使轉子流量計2減小氣量，通過觀察窗10對床內流化狀態進行觀察，當觀察到床內開始出現局部結焦時(結焦時間不應大于20秒，防止全床結焦，破壞流化床)測得該狀態下的床層表觀氣速，即為床層最小破粘氣速。當床層溫度低于顆粒的最小粘結溫度時，作出顆粒最小流化氣速與床層溫度的曲線；床層溫度大于顆粒的最小粘結溫度時，在床內出現局部結焦時利用降速法得到顆粒破粘氣速與床層溫度的關系曲線；然后利用顆粒最小流化氣速與床層溫度的曲線和顆粒破粘氣速與床層溫度的關系曲線得到顆粒最小粘結溫度以及顆粒實際流化操作相圖。
圖2是以0．5314mm的玻璃珠為實驗流化物料，用上述方法得到的最小粘結溫度測定曲線。在床溫低于440℃采用減速法測定玻璃珠在不同溫度下的最小流化速度。首先使流化床保持較高的表觀速度，逐漸升高床溫，當床溫大于顆粒的最小粘結溫度時，顆粒表面變粘，再降低流化床氣速，當床內開始出現局部結焦時的流化氣速即為床層最小破粘表觀氣速。由于顆粒粘性力作用，最小破粘表觀氣速大于顆粒在同溫度下的最小流化氣速，床層表觀氣速由小到大變化的對應溫度即為顆粒最小粘結溫度。
本發明與現有技術相比具有以下優點及有益進步該測試裝置及方法有效地解決了現有技術中只能測量顆粒在靜態下的初始粘結溫度以及與流化床操作工況參數存在較大誤差的缺陷，不僅能方便地判別流化床不同溫度下的氣固兩相運動狀況的變化，而且能更準確、可靠地測得顆粒的最小粘結溫度，確定了粘結顆粒在高溫流化下的實際流化操作相圖，從而為實際的流化床設計和操作提供了重要參數和依據。
權利要求
1.一種流化床內顆粒最小粘結溫度的測試裝置，其特征在于該裝置主要由石英二維流化床，設置在流化床下部的進氣管，流化床外部的硅碳棒加熱器及其溫控裝置，進氣管預加熱器及其溫控裝置、設置在流化床中部的石英觀察窗、氣體調節閥和流量計、壓差計等組成，所述流化床進氣管通過管路與氣體流量調節閥和流量計相連，所述石英流化床內設有氣體預分布氣室、氣體分布板及測壓管，該測壓管通過軟管與流化床外部的壓差計相連。
2.按照權利要求1所述的流化床內顆粒最小粘結溫度的測試裝置，其特征在于所述石英二維流化床的長寬比應控制在2．67以上。
3．按照權利要求1或2所述的流化床內顆粒最小粘結溫度的測試裝置，其特征在于所述流化床進氣管長度與其直徑比應為25～40。
4.按照權利要求3所述的流化床內顆粒最小粘結溫度的測試裝置，其特征在于所述氣體分布板采用燒結式氣體分布板。
5.按照權利要求4所述的流化床內顆粒最小粘結溫度的測試裝置，其特征在于所述測壓管采用石英管，設在分布板上方，該管與軟管之間采用活動的磨口連接。
6.一種采用如權利要求1所述裝置的測試方法，其測試方法的步驟的特征在于a．將實驗的流化物料裝入石英二維流化床，調節流量控制閥，使空氣流量控制在床內顆粒處于良好流化狀態；b．調節所述進氣管預加熱器溫控裝置和硅碳棒加熱器溫控裝置分別將系統設定在某一溫度，通電后使系統逐漸達到設定的溫度；c．待流化床穩定一定時間處于熱平衡后，調節流量控制閥，使流量由大到小依次遞減，通過流量計和壓差計分別記錄該溫度下的氣體流量和床層壓差數值，測得該溫度下顆粒的最小流化速度；d．將流化床設定在另一溫度下，采用上述方法依次測得不同溫度下顆粒的最小流化速度；e．當床層溫度升高到顆粒最小粘結溫度后，逐漸減小床層表觀氣速，當床內開始出現局部結焦時測得該狀態下的床層表觀氣速，即為床層最小破粘氣速；f．當床層溫度低于顆粒的最小粘結溫度時，作出顆粒最小流化氣速與床層溫度的曲線；床層溫度大于顆粒的最小粘結溫度時，在床內出現局部結焦時利用降速法得到顆粒破粘氣速與床層溫度的關系曲線；g．利用顆粒最小流化氣速與床層溫度的曲線和顆粒破粘氣速與床層溫度的關系曲線得到顆粒最小粘結溫度以及顆粒實際流化操作相圖。
全文摘要
流化床內顆粒最小粘結溫度的測試裝置及方法,涉及高溫流化床操作參數的測試技術。該裝置主要由石英二維流化床、石英觀察窗、系統加熱器及溫控系統、流量控制閥、流量計及壓差計等組成。其優點在于不僅能方便地判別流化床不同溫度下的氣固兩相運動狀況,而且能更準確、可靠地測得顆粒的最小粘結溫度,確定了粘結顆粒在高溫流化下的實際流化操作相圖,克服了膨脹計只能測得靜態下的初始粘結溫度的缺陷,從而為實現的流化床設計和操作提供了可靠參數和依據。
文檔編號G01K13/02GK1290834SQ0012460
公開日2001年4月11日 申請日期2000年9月26日 優先權日2000年9月26日
發明者郭慶杰, 王昕 , 呂俊復, 岳光溪 申請人:清華大學