專利名稱：固體循環(huán)流率測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及能源和化工以及相關領域的固體傳輸技術領域，是一種常壓及加壓條件下固體循環(huán)流率測量裝置，適合于測量循環(huán)流化床鍋爐、循環(huán)流化床氣化爐等低固體循環(huán)流率裝置的固體循環(huán)流率，更適合于測量密相輸運床氣化爐、流化催化裂化(FCC)、 正丁烷氧化等高固體循環(huán)流率裝置的固體循環(huán)流率。
背景技術：
在循環(huán)流化床領域中，固體循環(huán)流率是一個非常重要的技術指標。目前常規(guī)的固體循環(huán)流率測量方法有直接觀察法、蝶閥測量法、伴床法等。直接觀察法在透明測量段壁面安裝標尺，觀察示蹤粒子在壁面通過一定距離所需要的時間，計算得到固體循環(huán)流率。直接觀察法是以壁面顆粒的流動情況近似代替整個截面流動的情況。在測量段中心顆粒下落速度與壁面顆粒下落速度不同的情況下，該法測量不準確。其測量結(jié)果受固體顆粒在測量段的流動狀態(tài)影響大。通過肉眼觀察顆粒下落的方法人為誤差大。蝶閥測量法在測量段(料腿)安裝蝶閥，關閉蝶閥，測量物料堆積速度，計算得到固體循環(huán)流率。缺點是當固體循環(huán)流率較大，堆積速度很快，測量精度低，且蝶閥下方料腿壓力降低，影響系統(tǒng)壓力平衡。伴床法在旋風分離器下部設置一定高度的伴床作為測量段。在伴床上插入點處設置翻板閥，伴床底部設置閥門。通過切換翻板閥，來決定將物料導入料腿還是導入伴床。 伴床計量段壁面設置標尺，加裝可視段進行觀察。每次測量時，先關閉伴床下部閥門，再開啟翻板閥，將物料導入伴床，按動秒表開始計時，此時物料在伴床底部閥門上部堆積。一定時間后，關閉翻板閥，將物料導入料腿，同時再次按動秒表停止計時。打開伴床底部閥門，將堆積的物料重新導入系統(tǒng)進行循環(huán)。系統(tǒng)穩(wěn)定后，準備下次測量?？梢酝ㄟ^物料堆積的高度和計量的時間來計算固體循環(huán)流率?？梢娫摐y量方法需要獨立增加物料計量段，結(jié)構(gòu)復雜， 增加改造成本和占地空間；該方法需要設置安裝兩個閥門，在測量時不斷地切換閥門狀態(tài)， 操作復雜；在測量過程中，由于翻板閥將固體物料導向伴床，故翻板閥將旋風與料腿之間的通道切斷，造成翻板閥下方料腿中的壓力降低，系統(tǒng)壓力平衡遭到破壞，實際固體循環(huán)流率發(fā)生變化，因而測量得到的固體循環(huán)流率與實際運行過程的固體循環(huán)流率有差別，測量不準確。當固體循環(huán)流率特別大的情況下(如> 300kg/(m2 · s))，測量操作對于系統(tǒng)壓力平衡的影響更大，測量結(jié)果誤差更大。此外，該方法采用秒表測量時間，人為誤差大。通過人眼觀察料腿堆積高度的方法，需要在物料計量段為可視段，難以在加壓條件下進行工作。對固體循環(huán)流率的測量，特別是高固體循環(huán)流率的測量，主要有以下四點要求第一，時間測量需要精確。當固體顆粒下落速度非?？?可達0. 5m/s)，采用直接觀察法測量隨機誤差和人為誤差偏大。采用伴床法，每次測量時間非常短，一般不超過3s， 常規(guī)的計時方法難以滿足高時間精度的測量要求。(金涌，流態(tài)化工程原理[M].清華大學出版社，2003，458)[0008]第二，測量的操作不能影響系統(tǒng)平衡。因為固體顆粒下落速度可高達0. 5m/s，采用伴床法則直接造成翻板閥下部局部真空，影響系統(tǒng)壓力平衡。例如專利ZL200810117401. X所示，該專利通過增加翻板閥下部立管直徑在一定程度上減少真空度，但卻使得系統(tǒng)變得龐大，需要占用更多的空間，增加系統(tǒng)存料量同時也提高了初裝成本。第三，適用于加壓下固體循環(huán)流率的測量。同一測量裝置應同時實現(xiàn)常壓、加壓狀態(tài)下的測量。第四，裝置簡單，操作快捷、方便。固體循環(huán)流率的測量裝置，特別是高固體循環(huán)流率的測量裝置，應該盡量減少測量操作的復雜程度，盡量簡化測量操作步驟。綜上所述，無論是直接觀察法、蝶閥法，還是伴床法，都難以滿足固體循環(huán)流率尤其是高固體循環(huán)流率的測量要求。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是公開一種固體循環(huán)流率測量裝置。該測量裝置主要包括閥門、高低料位開關、高低料位開關連線、物料計量段、平衡管和計時裝置等，能克服上述固體循環(huán)流率測量方法和裝置的明顯不足，以滿足常壓、加壓工況下固體循環(huán)流率特別是高固體循環(huán)流率的測量，能夠減少甚至消除固體循環(huán)流率測量過程對系統(tǒng)平衡及實際運行固體循環(huán)流率的影響。且結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；自動計時裝置減少人工計時誤差，在測量高循環(huán)流率的場合更具優(yōu)勢。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的具體解決方案是一種固體循環(huán)流率測量裝置，位于循環(huán)流化床的旋風分離器固體物料出口下方的料腿中；其包括閥門、低料位開關、低料位開關連線、高料位開關、高料位開關連線、物料計量段、平衡管和計時裝置；其中，物料計量段上開口與料腿貫通，下開口與閥門相通，閥門下口與料腿相通；平衡管包括豎直管和兩段連接管，呈C形，豎直管與物料計量段平行設置，兩段連接管分別連接于豎直管的上下口，并貫通；上連接管的另一端開口與物料計量段上部貫通固接，下連接管的另一端開口與閥門下方的料腿貫通固接；兩段連接管分別與水平方向有大于物料堆積角；物料計量段上部，在上連接管連接處下方、物料計量段管壁上設有高料位開關；物料計量段下部，在閥門上方、物料計量段管壁上設有低料位開關；低料位開關經(jīng)低料位開關連線、高料位開關經(jīng)高料位開關連線分別與計時裝置電連接；閥門與自控系統(tǒng)電連接。所述的固體循環(huán)流率測量裝置，其所述物料計量段直接選取料腿中的一段。所述的固體循環(huán)流率測量裝置，其所述高、低料位開關，固設在物料計量段管壁上時，與水平方向有0 90°的夾角；料位開關采用射頻導納料位開關、音叉料位開關、阻旋料位開關、電容料位開關、微波料位開關、紅外料位開關或輻射式料位開關其中之一，或組合；高、低料位開關的安裝角度，由料位開關的類型決定。所述的固體循環(huán)流率測量裝置，其所述閥門、物料計量段、平衡管采用有機玻璃制作，或采用金屬材料制作，以在常壓下或在加壓下運行物料。所述的固體循環(huán)流率測量裝置，其所述閥門，為橡膠底襯蝶閥或球閥。[0022]所述的固體循環(huán)流率測量裝置，其所述計時裝置，為計時裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的計時裝置，或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的計時軟件。所述的固體循環(huán)流率測量裝置，其所述計時裝置或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的計時裝置， 閥門關閉后，當固體物料在物料計量段內(nèi)堆積至低料位開關插入點時，低料位開關檢測到固體物料，觸發(fā)低料位開關閉合，同時輸出信號，計時裝置開始計時；當物料堆積至物料計量段的高料位開關的插入點時，高料位開關檢測到固體物料，觸發(fā)高料開關閉合，同時輸出信號，計時裝置停止計時，輸出時間數(shù)據(jù)，閥門開啟放行物料；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的計時軟件，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時測量高低料位開關輸出的信號， 在測量過程中，計時軟件記錄高、低料位開關閉合時發(fā)出兩信號間的時間差，輸出時間數(shù)據(jù)，利用時間長度來計算測量固體循環(huán)流率的時間。所述的固體循環(huán)流率測量裝置，其所述信號，為高、低電平，改變電路中的電阻、電容、電流、電壓或脈沖頻率其中之一，或幾種的組合。相比現(xiàn)在廣泛采用的循環(huán)流率測量裝置，本實用新型的測量裝置和方法有明顯優(yōu)勢1)結(jié)構(gòu)簡單。相對伴床法本實用新型不用單獨設置伴床作為物料計量段，直接替換料腿中的一段作為物料計量段即可滿足測量要求，結(jié)構(gòu)簡單、改造方便。2)操作方便。本實用新型公開的測量裝置，只需操作一個閥門即可實現(xiàn)固體循環(huán)流率的測量。避免了伴床法切換蝶閥和翻板閥的缺陷。同時本實用新型計時采用料位開關與計時裝置聯(lián)動代替人工計時，操作方便。3)測量準確。本實用新型采用料位開關檢測物料位置，料位信號直接傳到計時裝置，計時裝置讀出物料堆積時間，無人為誤差。4)固體循環(huán)流率測量過程對系統(tǒng)運行影響小。本實用新型采用平衡管，在測量過程中不破壞系統(tǒng)壓力平衡。專利ZL 200820200445. 4，采用下行床截面內(nèi)安裝篩網(wǎng)的方式， 雖然能夠減少測量過程中壓力平衡對測量的影響。但是，其結(jié)構(gòu)復雜，占地大，施工不便，成本增加。5)可在加壓下應用。因為本實用新型采用料位開關進行測量，故不需要物料計量段是可視的，可以測量加壓條件下不可見材質(zhì)物料計量段中的物料堆積時間，進而計算固體循環(huán)流率。本實用新型比現(xiàn)有測量裝置和方法有著明顯的優(yōu)勢，其有益效果是該方法適合于固體循環(huán)流率的測量，且能夠?qū)崿F(xiàn)加壓條件下固體循環(huán)流率測量，特別適合于高密度循環(huán)流化床等固體循環(huán)流率很大的情況。例如密相輸運床氣化、FCC、正丁烷氧化裝置。相比其他測量裝置和方法，本實用新型還具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測量誤差小、測量過程對系統(tǒng)運行影響小等優(yōu)點。

圖1是本實用新型一種固體循環(huán)流率測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型一種固體循環(huán)流率測量裝置的另一結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1和圖2的A部分中固體循環(huán)流率測量裝置的結(jié)構(gòu)放大示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行進一步的詳細說明實施例1 圖1是本實用新型一種固體循環(huán)流率測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。一個循環(huán)流化床主要由空壓機1、提升管2、旋風分離器3、料腿4和返料器5組成?？諌簷C1作為氣源，主要提供3部分氣Q1、Q2和Q3。Ql作為提升管2的流化介質(zhì)，Q2和Q3分別作為返料器5的流化氣和松動氣。Ql使得固體顆粒在提升管內(nèi)流化并攜帶固體顆粒經(jīng)過旋風分離器3，通過旋風分離器3的氣固分離作用，固體顆粒由下灰斗排出進入料腿4，氣體從旋風中心筒排出。 Q2和Q3使得固體顆粒由料腿4經(jīng)過返料器5進入提升管2，進行循環(huán)流動。提升管2內(nèi)徑為Dr，循環(huán)物料堆積角為；35°。在旋風分離器3以下: 處安裝固體循環(huán)流率測量裝置。圖1中A部分為本實用新型的一種固體循環(huán)流率測量裝置，圖3是固體循環(huán)流率測量裝置的結(jié)構(gòu)放大示意圖，包括閥門6、低料位開關7、低料位開關連線8、高料位開關11、高料位開關連線10、物料計量段 12、平衡管13和計時裝置9。低料位開關7和高料位開關11采用射頻導納料位開關。射頻導納開關安裝角度大于循環(huán)物料堆積角，本例選取45°，如采用音叉料位開關、電容料位開關，可采用相同的安裝方式；為保證一次測量堆積物料不影響系統(tǒng)運行的固體循環(huán)流率，高料位開關11在低料位開關7上方0. 6m處安裝，料位開關7、11使用常開觸點，當固體物料在物料計量段12內(nèi)堆積至低料位開關7插入點時，低料位開關7檢測到固體物料，低料位開關7的電容發(fā)生突變，開關7閉合觸發(fā)電子計時器9開始計時；同理，當固體物料在物料計量段12內(nèi)堆積至高料位開關11插入點時，高料位開關11檢測到固體物料，高料位開關 11的電容發(fā)生突變，開關11閉合觸發(fā)電子計時器9停止計時。物料計量段12選取料腿4中的一段，其直徑為D = O. 130m。在物料計量段12中高料位開關11上方的管段和蝶閥6下方管段之間安裝平衡管 13，平衡管13分為豎直管13c和兩段連接管13a、13b，兩段連接管分別與物料計量段12高料位開關11上方管段與蝶閥6下方管段處連接，連接管13a、13b與水平面的上方夾角為 45°，大于循環(huán)物料堆積角，防止兩段連接管被循環(huán)物料堵塞；平衡管13的直徑為0. 025m， 滿足在最大固體循環(huán)流率工況下工作時，蝶閥6關閉后蝶閥6下方管段壓力不發(fā)生明顯變化，平衡管連接管13a、1 采用有機玻璃管，豎直管13c采用橡膠管。蝶閥6為橡膠底襯蝶閥，可保證關閉閥門時不漏料。本實用新型的測量裝置采用有機玻璃作為物料計量段12，不需要安裝標尺，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，適用于在常壓下測量固體循環(huán)流率。本實施例的測量方法具體步驟如下步驟一來自于旋風分離器3的固體物料由旋風分離器3下部經(jīng)料腿4下落；步驟二 關閉蝶閥6使得固體物料在蝶閥6上部堆積；步驟三當固體物料在物料計量段12內(nèi)堆積至低料位開關7插入點時，低料位開關7檢測到固體物料，低料位開關7的電容發(fā)生突變，開關7閉合觸發(fā)電子計時器9開始計時；隨著固體物料的堆積，料位逐漸升高，當固體物料在物料計量段12內(nèi)堆積至高料位開關11插入點時，高料位開關11檢測到固體物料，高料位開關11的電容發(fā)生突變，開關11 閉合觸發(fā)電子計時器9停止計時，得到物料堆積時間At ；[0048]步驟四計時裝置9停止計時后，打開蝶閥6，將計時裝置9清零，準備下次測量；步驟五根據(jù)測量的物料堆積時間Δ t，結(jié)合低料位開關7和高料位開關11之間的距離H、物料計量段12的內(nèi)徑D、固體物料在物料計量段12中的堆積密度P、提升管2內(nèi)徑Dr，計算得固體循環(huán)流率Gs = P (D/Dr)2H/At0實施例2 圖2是本實用新型一種固體循環(huán)流率測量裝置的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。一個循環(huán)流化床主要有空壓機1、提升管2、旋風分離器3、料腿4、返料器5和鼓泡床或湍流床14組成。 空壓機1作為氣源，主要提供3部分氣分別為Ql、Q2和Q3。Ql作為提升管2的流化介質(zhì)， Q2和Q3分別作為返料器5的返料風和鼓泡床或湍流床14的流化風。Ql使得固體顆粒在提升管內(nèi)流化并攜帶固體顆粒經(jīng)過旋風分離器3，通過旋風分離器3的氣固分離作用，固體顆粒由旋風分離器3下端料腿4進入鼓泡床或湍流床14，氣體從旋風中心筒排出。Q2和Q3 使得固體顆粒由鼓泡床或湍流床14經(jīng)過返料器5進入提升管2，進行循環(huán)流動。提升管2 內(nèi)徑為Dr，循環(huán)物料堆積角27°。在旋風分離器3下端以下2. 5m處安裝固體循環(huán)流率測量裝置。圖3是圖2的A 部分中固體循環(huán)流率測量裝置的結(jié)構(gòu)放大示意圖，包括閥門6、低料位開關7、低料位開關連線8、高料位開關11、高料位開關連線10、物料計量段12、平衡管13和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9a。 低料位開關7和高料位開關11采用輻射式伽馬料位開關，也可以采用紅外料位開關、微波料位開關、阻旋式料位開關，這些料位計可以水平安裝；為保證一次測量堆積物料不影響系統(tǒng)運行固體循環(huán)流率，高料位開關11在低料位開關7上方H = Im處安裝，料位開關7、11 使用常開觸點，當固體物料在物料計量段12內(nèi)堆積至低料位開關7的測量點時，低料位開關7檢測到固體物料，低料位開關7閉合，輸出高電平，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9a采集高電平信號， 觸發(fā)計時軟件開始計時；隨著固體物料的堆積，料位逐漸升高，當高料位開關11檢測到固體物料，高料位開關11閉合，輸出高電平，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9a采集到高電平信號，觸發(fā)計時軟件停止計時。物料計量段12選取料腿4中的一段，其直徑為D = O. 06m。在物料計量段12中高料位開關11上方的管段和球閥6下方管段之間安裝平衡管 13，平衡管13分為豎直管13c和兩段連接管13a、13b，兩段連接管13a、1 分別與物料計量段12高料位開關11上方管段與球閥6下方管段處連接，連接管13a、13b與水平面的夾角為30°，大于循環(huán)物料堆積角，防止兩段連接管被循環(huán)物料堵塞；平衡管連接管13a、1 和豎直管13c均選擇金屬管。球閥6可保證關閉閥門時不漏料；該測量裝置的物料計量段12、平衡管13采用不透明的金屬材料制作，不需要安裝標尺，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，適用于在常壓、加壓下測量固體循環(huán)流率。本實施例測量方法的具體步驟如下步驟一來自于旋風分離器3的固體物料由旋風分離器3下部經(jīng)料腿4下落；步驟二 關閉球閥6使得固體物料在球閥6上部堆積；步驟三當固體物料在物料計量段12內(nèi)堆積至低料位開關7的測量點時，低料位開關7檢測到固體物料，低料位開關7閉合，輸出高電平，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9a采集高電平信號，觸發(fā)計時軟件開始計時；隨著固體物料的堆積，料位逐漸升高，當高料位開關11檢測到固體物料，高料位開關11閉合，輸出高電平，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9a采集到高電平信號，觸發(fā)計時軟件停止計時。步驟四數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9停止計時后，打開球閥6，將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9清零，準備下次測量；步驟五根據(jù)測量的物料堆積時間Δ t，結(jié)合低料位開關7和高料位開關11之間的距離H、物料計量段12的內(nèi)徑D、固體物料在物料計量段12中的堆積密度P、提升管2內(nèi)徑Dr，計算得固體循環(huán)流率(is = P (D/Dr)2H/At0上列詳細說明是針對本實用新型可行實施例的具體說明，并非是限制本實用新型所進行的技術方案描述；因此凡是未脫離本實用新型的精神和范圍的技術方案以及改進， 均應包涵在本實用新型的權利要求保護范圍當中。
權利要求1.一種固體循環(huán)流率測量裝置，位于循環(huán)流化床的旋風分離器固體物料出口下方的料腿中；其特征在于，包括閥門、低料位開關、低料位開關連線、高料位開關、高料位開關連線、 物料計量段、平衡管和計時裝置；其中，物料計量段上開口與料腿貫通，下開口與閥門相通， 閥門下口與料腿相通；平衡管包括豎直管和兩段連接管，呈C形，豎直管與物料計量段平行設置，兩段連接管分別連接于豎直管的上下口，并貫通；上連接管的另一端開口與物料計量段上部貫通固接， 下連接管的另一端開口與閥門下方的料腿貫通固接；兩段連接管分別與水平方向大于循環(huán)物料堆積角；物料計量段上部，在上連接管連接處下方、物料計量段管壁上設有高料位開關；物料計量段下部，在閥門上方、物料計量段管壁上設有低料位開關；低料位開關經(jīng)低料位開關連線、高料位開關經(jīng)高料位開關連線分別與計時裝置電連接；閥門與自控系統(tǒng)電連接。
2.如權利要求1所述的固體循環(huán)流率測量裝置，其特征在于所述物料計量段直接選取料腿中的一段。
3.如權利要求1所述的固體循環(huán)流率測量裝置，其特征在于所述高、低料位開關，固設在物料計量段管壁上時，與水平方向有0 90°的夾角；料位開關采用射頻導納料位開關、音叉料位開關、阻旋料位開關、電容料位開關、微波料位開關、紅外料位開關或輻射式料位開關其中之一，或組合；高、低料位開關的安裝角度，由料位開關的類型決定。
4.如權利要求1所述的固體循環(huán)流率測量裝置，其特征在于所述閥門、物料計量段、 平衡管采用有機玻璃制作，或采用金屬材料制作，以在常壓下或在加壓下運行物料。
5.如權利要求1所述的固體循環(huán)流率測量裝置，其特征在于所述閥門，為橡膠底襯蝶閥或球閥。
6.如權利要求1所述的固體循環(huán)流率測量裝置，其特征在于所述計時裝置，為計時裝置或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的計時裝置。
7.如權利要求1或6所述的固體循環(huán)流率測量裝置，其特征在于所述計時裝置或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的計時裝置，閥門關閉后，當固體物料在物料計量段內(nèi)堆積至低料位開關插入點時，低料位開關檢測到固體物料，觸發(fā)低料位開關閉合，同時輸出信號，計時裝置開始計時；當物料堆積至物料計量段的高料位開關的插入點時，高料位開關檢測到固體物料，觸發(fā)高料開關閉合，同時輸出信號，計時裝置停止計時，輸出時間數(shù)據(jù)，閥門開啟放行物料。
8.如權利要求7所述的固體循環(huán)流率測量裝置，其特征在于所述信號，為高、低電平， 改變電路中的電阻、電容、電流、電壓或脈沖頻率其中之一，或幾種的組合。
專利摘要本實用新型公開了一種固體循環(huán)流率的測量裝置，涉及固體傳輸技術，該裝置由閥門、高低料位開關、計時裝置、物料計量段和平衡管等部件組成。通過高低料位開關探測物料位置，將信號傳遞到計時裝置，顯示物料堆積時間，避免人工計時誤差，顯著提高測量準確性。本實用新型裝置的物料計量段可以直接選取料腿中的一段，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。設置平衡管，可減少測量過程對系統(tǒng)運行的干擾，特別適宜用于對高固體循環(huán)流率裝置的固體循環(huán)流率的測量，還能用于測量加壓條件下固體循環(huán)流率。
文檔編號G01F1/708GK202101710SQ201120124508
公開日2012年1月4日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權日2011年4月25日
發(fā)明者崔超宇, 廖良良, 徐祥, 李喜全, 王圣典, 肖云漢, 趙凱, 陽紹軍 申請人:中國科學院工程熱物理研究所