專利名稱：固定流化床粉體計(jì)量分配輸送裝置及實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定輸送與分配粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉體工程中粉體計(jì)量分配輸送工藝和裝置。
背景技術(shù)：
粉體物料是介于固體和液體之間的一種中間狀態(tài)。有人把其稱為位于固體、液體、氣體之外的物質(zhì)第四態(tài)。鑒于它特殊的物理性能，已經(jīng)發(fā)展成一種專門(mén)的粉體工程學(xué)科，著手粉體的測(cè)試、加工與計(jì)量以及其力學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)方面的研究。由于粉體物料顆粒形態(tài)、顆粒集合狀態(tài)和粉體物料的表面形態(tài)，使粉體的物理特性在固體和液態(tài)之間游移，使得粉體穩(wěn)定計(jì)量、輸送和儲(chǔ)存都比較困難。
國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者對(duì)粉體密相輸送方面做了大量的試驗(yàn)和研究，但對(duì)于粉體密相輸送過(guò)程中的穩(wěn)定性和連續(xù)性問(wèn)題方面發(fā)表的文章很少，而求對(duì)濃相輸送方面往往把粉體的計(jì)量、分配和輸送設(shè)備分開(kāi)研究和討論，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)粉體濃相輸送方面一直存在流量瞬間波動(dòng)大、小流量粉體計(jì)量不精確和分配粉體均勻性差等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種新工藝和設(shè)備，能夠滿足部分行業(yè)對(duì)粉體高濃度輸送過(guò)程中穩(wěn)定性、連續(xù)性和精確計(jì)量的要求。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下固定流化床粉體計(jì)量分配發(fā)送裝置，包括有流化罐，其特征在于流化罐頂部聯(lián)通有粉體進(jìn)料管，流化罐的底部聯(lián)通有流化氣體進(jìn)氣管，流化罐上安裝有粉體料位計(jì)，流化罐腔體內(nèi)下端安裝有濾布流化氣體分布器，流化罐內(nèi)安裝有機(jī)械攪拌漿，漿葉水平布置并靠近濾布流化氣體分布器上方，在攪拌漿葉上方側(cè)壁上聯(lián)通有送粉管路，流化罐上安裝有壓力控制閥門(mén)。
所述的機(jī)械攪拌漿的漿葉為水平方向剪切。所述的機(jī)械攪拌漿的漿葉為平漿。所述的送粉管路為1條/多條，管路的管徑為相同/不同。
應(yīng)用固定流化床粉體計(jì)量分配裝置實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定輸送與分配粉體的方法，其特征在于經(jīng)進(jìn)料管向流化罐輸送粉體，經(jīng)流化氣體進(jìn)氣管向流化罐輸送流化氣體，送粉管路連接到受粉設(shè)備上，機(jī)械攪拌漿轉(zhuǎn)速為60-300轉(zhuǎn)/分，保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，控制粉體進(jìn)料量，保證流化罐中料位L穩(wěn)定，控制流化氣體量Q1保持設(shè)定值，流化氣經(jīng)過(guò)濾布?xì)怏w分布器均勻的進(jìn)入到流化罐中，流化氣通過(guò)氣體分布器的氣速0.002～0.01m/s，借助機(jī)械攪拌漿使粉體和氣體固混合均勻，并具有良好的流動(dòng)性，控制流化罐內(nèi)部的壓力P1保持設(shè)定值，同時(shí)控制流化氣體穩(wěn)定均勻的從流化罐頂部流出，流出流化罐的氣體經(jīng)加壓后可循環(huán)使用；利用流化罐內(nèi)壓P1與受粉設(shè)備內(nèi)壓P2間的壓差ΔP＝P1-P2，將粉體輸送到受粉設(shè)備中，通過(guò)實(shí)現(xiàn)各參數(shù)的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)可分配、均衡輸送粉體，并可計(jì)量。
各路送粉管路在流化罐側(cè)壁上的接口處于同一水平高度，靠近機(jī)械攪拌。
有的送粉管路直接輸送到受粉設(shè)備，有的送粉管路經(jīng)粉體加速設(shè)備，從而使其輸送的粉體加速后，運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到設(shè)定值，再輸送到受粉設(shè)備。
本發(fā)明采用一臺(tái)流化罐設(shè)備完成粉體輸送、計(jì)量和多路送粉的工作，計(jì)量設(shè)備采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的不變參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)采集參數(shù)精確計(jì)算出輸送粉體的量，不變參數(shù)包括粉體粒徑 粉體的堆積密度 粉體的真密度 送粉管道直徑 送粉管道長(zhǎng)度 送粉管的數(shù)量 摩擦系數(shù) 阻力系數(shù) 機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速 流化氣體密度 流化床的高度等，采集參數(shù)包括流化氣量 流化差床內(nèi)氣體壓力 受粉設(shè)備內(nèi)部壓力等。通過(guò)計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)流化罐的料高、流化氣體的流量、流化床內(nèi)氣體壓力等參數(shù)控制給料量，該流程具有設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝流程短、氣固比高、穩(wěn)定性高和連續(xù)性強(qiáng)等特點(diǎn)。
以下從粉體的流化、粉體計(jì)量、粉體顆粒的加速和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)闡明該本發(fā)明粉體計(jì)量分配輸送原理。
粉體的流化粉體流化作用是粉體在高氣固比下具有良好流動(dòng)性和氣固混合均勻，因此罐內(nèi)粉體流化質(zhì)量對(duì)實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定、高濃度和連續(xù)性的粉體輸送起著至關(guān)重要的作用。
氣體分布器結(jié)構(gòu)形式很多，有直孔流化噴嘴、旋流噴嘴填充式多孔分布板等，這些裝置的缺點(diǎn)是流化氣體分布不均勻，流化效果差，輸送不穩(wěn)定。本發(fā)明采用多層濾布分布器加機(jī)械攪拌的方法，解決了粉體流態(tài)化的問(wèn)題，為高穩(wěn)定、高濃度的粉體輸送創(chuàng)造必要的條件。
流化氣量Q1對(duì)粉體流化和氣固比穩(wěn)定的作用至關(guān)重要，流化氣量Q1少造成粉體流態(tài)化不好，輸送過(guò)程容易堵塞；流化氣量Q1多造成粉體流化床中氣固低、氣固不穩(wěn)定，最終造成粉體計(jì)量不精確和瞬間粉體流量波動(dòng)。
送粉管路的位置對(duì)粉體輸送的穩(wěn)定性非常重要。通過(guò)試驗(yàn)工作和模擬，氣體在貼近機(jī)械攪拌漿葉高度位置和略高的位置，氣體與粉體能充分混合處于較穩(wěn)定的區(qū)域，稱之為穩(wěn)定區(qū)；隨著氣體的上升，氣體的壓力下降，粉體中析出氣泡，稱之為氣泡區(qū)；氣泡在上升過(guò)程中不斷變大，以至于破裂，此稱之為沸騰區(qū)。因此，為保證出粉的穩(wěn)定性，送粉管路的位置要選在穩(wěn)定區(qū)附近。
機(jī)械攪拌起輔助作用破壞氣泡的形成，增強(qiáng)流化的效果，從小的試驗(yàn)流化裝置的試驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)在相同的流化氣量時(shí)，流化床攪拌速率速度低于30轉(zhuǎn)/分種時(shí)，流化效果與沒(méi)有機(jī)械攪拌一樣；攪拌速率速度在60～120轉(zhuǎn)/分種，對(duì)分體流化有增強(qiáng)的效果，攪拌速率速度高于300轉(zhuǎn)/分種，會(huì)破壞流化。在相同的流化氣量和機(jī)械攪拌速度時(shí)，改變攪拌葉的形狀對(duì)流化也有一定的影響。
粉體計(jì)量根據(jù)國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者大量的文章論述可知，通過(guò)流化床側(cè)面排出氣固混合流體量與ΔP(流化罐和受粉設(shè)備的壓差)、粉體出口的截面積S有很強(qiáng)的相關(guān)性。粉體輸送管道得直徑和長(zhǎng)的能夠確定下來(lái)，粉體的輸送量與ΔP的關(guān)系式也相應(yīng)確定。根據(jù)這一關(guān)系式，采用計(jì)算機(jī)根據(jù)粉體輸送量計(jì)算出相應(yīng)的ΔP，電腦程序通過(guò)自動(dòng)控制閥調(diào)節(jié)ΔP達(dá)到要求的值，實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量的目標(biāo)。
粉體顆粒的加速可根據(jù)實(shí)際需要在粉體輸送管路中增加加速裝置，使得粉體加速到一定速度后進(jìn)入受粉設(shè)備。
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)作為中試裝置中樞神經(jīng)，其主要任務(wù)是精確控制送粉量以及確保裝置穩(wěn)定和安全地運(yùn)行。
發(fā)明效果(1)只采用一臺(tái)設(shè)備完成粉體的輸送、計(jì)量和分配工作，最大限度減少了系統(tǒng)傳遞誤差，同時(shí)減少了設(shè)備投資維護(hù)工作量。
(2)粉體輸送過(guò)程中沒(méi)有脈動(dòng)，粉體輸送量的瞬間誤差小于5％；(3)1路或多路管道均勻穩(wěn)定的輸送粉體；送粉管徑相同的情況下各管路輸送誤差小于5％；(4)能夠向壓力容器穩(wěn)定輸送粉體。
(5)能耗在氣固比為120～250高氣固比下穩(wěn)定輸送粉體，降低能量消耗，減少輸送管道直徑和磨損量；(6)由于輸送過(guò)程中氣固比高，粉體流動(dòng)速度低，受粉設(shè)備可不使用除塵設(shè)備或使用很小的除塵設(shè)備就能達(dá)到規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)，減少設(shè)備投資維護(hù)工作量。
(7)通過(guò)粉體加速氣，可實(shí)現(xiàn)氣固比在120以上的的情況下高速度(12～35m/s)向受粉設(shè)備進(jìn)粉。


附圖為本發(fā)明粉體輸送、分配、計(jì)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1。
粉體7由供粉管經(jīng)給料機(jī)12進(jìn)入到粉體流化罐14，采用計(jì)算機(jī)和變頻器調(diào)整給料機(jī)電機(jī)11轉(zhuǎn)速，控制給料機(jī)12的給料量，保證流化罐中料位L穩(wěn)定。
用計(jì)算機(jī)控制自控閥1，控制流化氣Q1量到設(shè)定值，流化氣經(jīng)過(guò)氣體分布器9均勻的進(jìn)入到粉體流化罐14中，借助機(jī)械攪拌8使粉體氣固混合均勻，并具有良好的流動(dòng)性，用計(jì)算機(jī)控制自控閥6，控制流化罐14內(nèi)部的壓力P1到設(shè)定值，同時(shí)控制流化氣Q1穩(wěn)定均勻的從流化罐14頂部流出，流出流化罐14的氣體Q1經(jīng)加壓后可循環(huán)使用。
利用罐壓P1與受粉設(shè)備壓力P2間的壓差ΔP將粉體輸送受粉設(shè)備4中，控制ΔP和送粉管路10、15的直徑、長(zhǎng)度調(diào)節(jié)送粉量達(dá)到計(jì)量的目的。多路送粉管路10、15分布在流化計(jì)量罐14側(cè)面偏下的位置(流化罐內(nèi)穩(wěn)定區(qū))，保證各管路送粉量均勻性。
根據(jù)實(shí)際需要，送粉管路15不經(jīng)加速可直接輸送到受粉設(shè)備4，送粉管路10粉體7經(jīng)粉體加速設(shè)備3，用計(jì)算機(jī)控制自控閥2使加速氣體Q2流量達(dá)到設(shè)定值，從而使粉體運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到工藝要求值，加速后粉體輸送到受粉設(shè)備4。
根據(jù)實(shí)際需要送粉管路可以一條或多路，既可以多條送粉管路同時(shí)輸送粉體又可以各送粉管路不同時(shí)送粉，既可以多條送粉管路向一臺(tái)設(shè)備送粉又可以多條送粉管路向不同設(shè)備送粉。
流化氣體根據(jù)需要可以是空氣、氮?dú)狻錃?、氧氣、氯乙烯、氬氣等在流化過(guò)程中不于粉體顆粒反應(yīng)和不液化的氣體。如果流化氣體是價(jià)值較高的氣體，可采用循環(huán)壓縮機(jī)或風(fēng)機(jī)增壓后再進(jìn)入流化罐循環(huán)使用。
需要粉體顆?？焖龠M(jìn)入到受粉設(shè)備的情況，使用粉體加速設(shè)備，將粉體顆粒運(yùn)動(dòng)速度加速到12～35m/s。加速氣體根據(jù)需要可以是空氣、氮?dú)?、氫氣、氧氣、氯乙烯、氬氣等在流化過(guò)程中不于粉體顆粒反應(yīng)和不液化的氣體。
上述粉體輸送系統(tǒng)應(yīng)用以下各例，并詳加說(shuō)明例1熱等離子體裂解煤直接制乙炔送粉裝置應(yīng)用(1)、將煤粉裝入直徑為φ500mm流化罐中，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)定Q1＝60NM3/h；Q2＝10NM3/h；給粉量＝2500kg/h；攪拌轉(zhuǎn)速＝200轉(zhuǎn)/分鐘；給料機(jī)的轉(zhuǎn)速于流化罐料位自動(dòng)反饋。流化氣體Q1和加速氣體Q2為氮?dú)?2)、送粉管直徑φ6mm，送粉管長(zhǎng)度10m，4條送粉管同時(shí)向一臺(tái)等離子體反應(yīng)器供粉。
(3)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)定給粉量＝2500kg/h；(4)、等離子體反應(yīng)器的壓力0.05～0.2Mpa，溫度為1800～3000℃。
結(jié)果實(shí)際送粉量2450kg/h，粉體顆粒進(jìn)入到等離子體反應(yīng)器的速度28m/s，每秒的誤差在4％。
例2塑料加工行業(yè)送粉裝置應(yīng)用(1)、10臺(tái)塑料擠出成型機(jī)，各臺(tái)需塑料粉末的量不同，需要用塑料粉末的時(shí)間不同情況。目前工藝為每臺(tái)塑料擠出成型機(jī)都有一套粉體計(jì)量和輸送設(shè)備。
(2)、采用一臺(tái)直徑為φ1000mm粉體流化送料裝置，流化氣體Q1為空氣，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)定Q1＝100NM3/h；攪拌轉(zhuǎn)速＝200轉(zhuǎn)/分鐘；給料機(jī)的轉(zhuǎn)速于流化罐料位自動(dòng)反饋。在流化罐側(cè)面接10條不同直徑和長(zhǎng)度的送粉管路(根據(jù)每臺(tái)塑料擠出成型機(jī)位置和需塑料粉末量設(shè)計(jì))。
(3)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)定Q1；攪拌轉(zhuǎn)速；給料機(jī)的轉(zhuǎn)速于流化罐料位自動(dòng)反饋。
流化罐壓P1為恒定值(4)、根據(jù)各臺(tái)塑料擠出成型機(jī)需要，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)啟各管路的上的自控閥，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)供粉設(shè)備向1～10臺(tái)塑料擠出成型機(jī)供應(yīng)不同量的塑料粉末。
例3聚氯乙烯反應(yīng)過(guò)程中加入納米碳酸鈣粉體(1)、聚氯乙稀發(fā)應(yīng)過(guò)程中加入納米碳酸鈣粉體，能夠增強(qiáng)塑料制品的強(qiáng)度降低成本。目前工藝為將納米碳酸鈣粉末在水相中分散，然后用高壓水泵打入到壓力為0.8Mpa聚合釜中，由于納米碳酸鈣粉末為親油顆粒，在水相中分散困難，需要加入表面活性劑和分散泵較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，這樣做有一下缺點(diǎn)a、表面活性劑容易引起不良副反應(yīng)；b、分散泵較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，使納米顆粒長(zhǎng)大，失去增加塑料制品強(qiáng)度的作用。
采用氯乙烯氣體為分散介質(zhì)就能夠很好的解決以上問(wèn)題。
(2)、采用一臺(tái)直徑為φ500mm粉體流化送料裝置，流化氣體Q1為氯乙烯氣體計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)定Q1＝100NM3/h；攪拌轉(zhuǎn)速＝100轉(zhuǎn)/分鐘；給料機(jī)的轉(zhuǎn)速于流化罐料位自動(dòng)反饋。
(3)、在流化罐側(cè)面接8條直徑φ35mm送粉管路，根據(jù)每臺(tái)聚合釜位置設(shè)計(jì)送粉管長(zhǎng)度，最大長(zhǎng)度和最小長(zhǎng)度比小于3倍，1條送粉管向一臺(tái)聚合釜。
(4)、聚合釜壓力為0.8Mpa條件下，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)定每次向一臺(tái)聚合釜注入5000kg粉體。
權(quán)利要求
1.固定流化床粉體計(jì)量分配發(fā)送裝置，包括有流化罐，其特征在手流化罐頂部聯(lián)通有粉體進(jìn)料管，流化罐的底部聯(lián)通有流化氣體進(jìn)氣管，流化罐上安裝有粉體料位計(jì)，流化罐腔體內(nèi)下端安裝有濾布流化氣體分布器，流化罐內(nèi)安裝有機(jī)械攪拌漿，漿葉水平布置并靠近濾布流化氣體分布器上方，在攪拌漿葉上方側(cè)壁上聯(lián)通有送粉管路，流化罐上安裝有壓力控制閥門(mén)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定流化床粉體計(jì)量分配發(fā)送裝置，其特征在于所述的機(jī)械攪拌漿的漿葉為水平方向剪切。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定流化床粉體計(jì)量分配發(fā)送裝置，其特征在于所述的機(jī)械攪拌漿的漿葉為平漿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定流化床粉體計(jì)量分配發(fā)送裝置，其特征在于所述的送粉管路為1條/多條，管路的管徑為相同/不同。
5.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的固定流化床粉體計(jì)量分配裝置實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定輸送與分配粉體的方法，其特征在于經(jīng)進(jìn)料管向流化罐輸送粉體，經(jīng)流化氣體進(jìn)氣管向流化罐輸送流化氣體，送粉管路連接到受粉設(shè)備上，機(jī)械攪拌漿轉(zhuǎn)速為60-300轉(zhuǎn)/分，保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，控制粉體進(jìn)料量，保證流化罐中料位L穩(wěn)定，控制流化氣體量Q1保持設(shè)定值，流化氣經(jīng)過(guò)濾布?xì)怏w分布器均勻的進(jìn)入到流化罐中，流化氣通過(guò)氣體分布器的氣速0.002～0.01m/s，借助機(jī)械攪拌漿使粉體和氣體固混合均勻，并具有良好的流動(dòng)性，控制流化罐內(nèi)部的壓力P1保持設(shè)定值，同時(shí)控制流化氣體穩(wěn)定均勻的從流化罐頂部流出，流出流化罐的氣體經(jīng)加壓后可循環(huán)使用；利用流化罐內(nèi)壓P1與受粉設(shè)備內(nèi)壓P2間的壓差ΔP＝P1-P2，將粉體輸送到受粉設(shè)備中，通過(guò)實(shí)現(xiàn)各參數(shù)的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)可分配、均衡輸送粉體，并可計(jì)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于各路送粉管路在流化罐側(cè)壁上的接口處于同一水平高度，靠近機(jī)械攪拌。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于有的送粉管路直接輸送到受粉設(shè)備，有的送粉管路經(jīng)粉體加速設(shè)備，從而使其輸送的粉體加速后，運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到設(shè)定值，再輸送到受粉設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種固定流化床粉體計(jì)量分配輸送裝置，包括有流化罐，流化罐頂部聯(lián)通有粉體進(jìn)料管，流化罐的底部聯(lián)通有流化氣體進(jìn)氣管，流化罐上安裝有粉體料位計(jì)，流化罐腔體內(nèi)下端安裝有濾布流化氣體分布器，流化罐內(nèi)安裝有機(jī)械攪拌槳，在濾布流化氣體分布器上方，機(jī)械攪拌槳葉等高或略高處側(cè)壁上聯(lián)通有送粉管路等。本裝置應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定計(jì)量輸送與分配粉體，根據(jù)輸送粉體、流化氣體和送粉管路的物理特性，以及送粉管道的直徑和長(zhǎng)度，流化罐與受粉裝置間的壓力等參數(shù)精確計(jì)算出各分量。只采用一臺(tái)設(shè)備就實(shí)現(xiàn)粉體高氣固比下穩(wěn)定連續(xù)輸送、精確計(jì)量和分配。本發(fā)明尤其適用在熱等離子體裂解煤直接制乙炔送粉裝置和煤氣化裝置上，并可廣泛應(yīng)用到塑料加工、化工行業(yè)、鋼鐵行業(yè)等使用粉體的環(huán)境中。
文檔編號(hào)B65G53/66GK1785770SQ200510095550
公開(kāi)日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2005年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月9日
發(fā)明者熊新陽(yáng), 孟月東 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所, 新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司