固定流化床粉体计量分配输送装置及实现高稳定输送与分配粉体的方法

摘要

本发明公开了一种固定流化床粉体计量分配输送装置，包括有流化罐，流化罐顶部联通有粉体进料管，流化罐的底部联通有流化气体进气管，流化罐上安装有粉体料位计，流化罐腔体内下端安装有滤布流化气体分布器，流化罐内安装有机械搅拌桨，在滤布流化气体分布器上方，机械搅拌桨叶等高或略高处侧壁上联通有送粉管路等。本装置应用于实现高稳定计量输送与分配粉体，根据输送粉体、流化气体和送粉管路的物理特性，以及送粉管道的直径和长度，流化罐与受粉装置间的压力等参数精确计算出各分量。只采用一台设备就实现粉体高气固比下稳定连续输送、精确计量和分配。本发明尤其适用在热等离子体裂解煤直接制乙炔送粉装置和煤气化装置上，并可广泛应用到塑料加工、化工行业、钢铁行业等使用粉体的环境中。

说明书

技术领域

本发明属于粉体工程中粉体计量分配输送工艺和装置。

背景技术

粉体物料是介于固体和液体之间的一种中间状态。有人把其称为位于固体、液体、气体之外的物质第四态。鉴于它特殊的物理性能，已经发展成一种专门的粉体工程学科，着手粉体的测试、加工与计量以及其力学、光学、声学方面的研究。由于粉体物料颗粒形态、颗粒集合状态和粉体物料的表面形态，使粉体的物理特性在固体和液态之间游移，使得粉体稳定计量、输送和储存都比较困难。

国内外的专家学者对粉体密相输送方面做了大量的试验和研究，但对于粉体密相输送过程中的稳定性和连续性问题方面发表的文章很少，而求对浓相输送方面往往把粉体的计量、分配和输送设备分开研究和讨论，现有技术对粉体浓相输送方面一直存在流量瞬间波动大、小流量粉体计量不精确和分配粉体均匀性差等问题。

发明内容

本发明提供一种新工艺和设备，能够满足部分行业对粉体高浓度输送过程中稳定性、连续性和精确计量的要求。

本发明的技术方案如下：

固定流化床粉体计量分配发送装置，包括有流化罐，其特征在于流化罐顶部联通有粉体进料管，流化罐的底部联通有流化气体进气管，流化罐上安装有粉体料位计，流化罐腔体内下端安装有滤布流化气体分布器，流化罐内安装有机械搅拌浆，浆叶水平布置并靠近滤布流化气体分布器上方，在搅拌浆叶上方侧壁上联通有送粉管路，流化罐上安装有压力控制阀门。

所述的机械搅拌浆的浆叶为水平方向剪切。所述的机械搅拌浆的浆叶为平浆。所述的送粉管路为1条/多条，管路的管径为相同/不同。

应用固定流化床粉体计量分配装置实现高稳定输送与分配粉体的方法，其特征在于经进料管向流化罐输送粉体，经流化气体进气管向流化罐输送流化气体，送粉管路连接到受粉设备上，机械搅拌浆转速为60-300转/分，保持转速稳定，控制粉体进料量，保证流化罐中料位L稳定，控制流化气体量Q1保持设定值，流化气经过滤布气体分布器均匀的进入到流化罐中，流化气通过气体分布器的气速0.002～0.01m/s，借助机械搅拌浆使粉体和气体固混合均匀，并具有良好的流动性，控制流化罐内部的压力P1保持设定值，同时控制流化气体稳定均匀的从流化罐顶部流出，流出流化罐的气体经加压后可循环使用；利用流化罐内压P1与受粉设备内压P2间的压差ΔP＝P1-P2，将粉体输送到受粉设备中，通过实现各参数的稳定，实现可分配、均衡输送粉体，并可计量。

各路送粉管路在流化罐侧壁上的接口处于同一水平高度，靠近机械搅拌。

有的送粉管路直接输送到受粉设备，有的送粉管路经粉体加速设备，从而使其输送的粉体加速后，运动速度达到设定值，再输送到受粉设备。

本发明采用一台流化罐设备完成粉体输送、计量和多路送粉的工作，计量设备采用计算机控制系统，计算机根据预先设定的不变参数和现场采集参数精确计算出输送粉体的量，不变参数包括：粉体粒径  粉体的堆积密度  粉体的真密度  送粉管道直径  送粉管道长度  送粉管的数量  摩擦系数  阻力系数  机械搅拌转速  流化气体密度  流化床的高度等，采集参数包括：流化气量  流化差床内气体压力  受粉设备内部压力等。通过计算机调节流化罐的料高、流化气体的流量、流化床内气体压力等参数控制给料量，该流程具有设备简单、工艺流程短、气固比高、稳定性高和连续性强等特点。

以下从粉体的流化、粉体计量、粉体颗粒的加速和计算机控制系统来阐明该本发明粉体计量分配输送原理。

粉体的流化

粉体流化作用是粉体在高气固比下具有良好流动性和气固混合均匀，因此罐内粉体流化质量对实现高稳定、高浓度和连续性的粉体输送起着至关重要的作用。

气体分布器结构形式很多，有直孔流化喷嘴、旋流喷嘴填充式多孔分布板等，这些装置的缺点是流化气体分布不均匀，流化效果差，输送不稳定。本发明采用多层滤布分布器加机械搅拌的方法，解决了粉体流态化的问题，为高稳定、高浓度的粉体输送创造必要的条件。

流化气量Q1对粉体流化和气固比稳定的作用至关重要，流化气量Q1少造成粉体流态化不好，输送过程容易堵塞；流化气量Q1多造成粉体流化床中气固低、气固不稳定，最终造成粉体计量不精确和瞬间粉体流量波动。

送粉管路的位置对粉体输送的稳定性非常重要。通过试验工作和模拟，气体在贴近机械搅拌浆叶高度位置和略高的位置，气体与粉体能充分混合处于较稳定的区域，称之为稳定区；随着气体的上升，气体的压力下降，粉体中析出气泡，称之为气泡区；气泡在上升过程中不断变大，以至于破裂，此称之为沸腾区。因此，为保证出粉的稳定性，送粉管路的位置要选在稳定区附近。

机械搅拌起辅助作用：破坏气泡的形成，增强流化的效果，从小的试验流化装置的试验观察发现：在相同的流化气量时，流化床搅拌速率速度低于30转/分种时，流化效果与没有机械搅拌一样；搅拌速率速度在60～120转/分种，对分体流化有增强的效果，搅拌速率速度高于300转/分种，会破坏流化。在相同的流化气量和机械搅拌速度时，改变搅拌叶的形状对流化也有一定的影响。

粉体计量

根据国内外专家学者大量的文章论述可知，通过流化床侧面排出气固混合流体量与ΔP(流化罐和受粉设备的压差)、粉体出口的截面积S有很强的相关性。粉体输送管道得直径和长的能够确定下来，粉体的输送量与ΔP的关系式也相应确定。根据这一关系式，采用计算机根据粉体输送量计算出相应的ΔP，电脑程序通过自动控制阀调节ΔP达到要求的值，实现精确计量的目标。

粉体颗粒的加速

可根据实际需要在粉体输送管路中增加加速装置，使得粉体加速到一定速度后进入受粉设备。

计算机控制系统

控制系统作为中试装置中枢神经，其主要任务是精确控制送粉量以及确保装置稳定和安全地运行。

发明效果

(1)只采用一台设备完成粉体的输送、计量和分配工作，最大限度减少了系统传递误差，同时减少了设备投资维护工作量。

(2)粉体输送过程中没有脉动，粉体输送量的瞬间误差小于5％；

(3)1路或多路管道均匀稳定的输送粉体；送粉管径相同的情况下各管路输送误差小于5％；

(4)能够向压力容器稳定输送粉体。

(5)能耗在气固比为120～250高气固比下稳定输送粉体，降低能量消耗，减少输送管道直径和磨损量；

(6)由于输送过程中气固比高，粉体流动速度低，受粉设备可不使用除尘设备或使用很小的除尘设备就能达到规定排放标准，减少设备投资维护工作量。

(7)通过粉体加速气，可实现气固比在120以上的的情况下高速度(12～35m/s)向受粉设备进粉。

附图说明

附图为本发明粉体输送、分配、计量装置结构示意图。

具体实施方式

参见图1。

粉体7由供粉管经给料机12进入到粉体流化罐14，采用计算机和变频器调整给料机电机11转速，控制给料机12的给料量，保证流化罐中料位L稳定。

用计算机控制自控阀1，控制流化气Q1量到设定值，流化气经过气体分布器9均匀的进入到粉体流化罐14中，借助机械搅拌8使粉体气固混合均匀，并具有良好的流动性，用计算机控制自控阀6，控制流化罐14内部的压力P1到设定值，同时控制流化气Q1稳定均匀的从流化罐14顶部流出，流出流化罐14的气体Q1经加压后可循环使用。

利用罐压P1与受粉设备压力P2间的压差ΔP将粉体输送受粉设备4中，控制ΔP和送粉管路10、15的直径、长度调节送粉量达到计量的目的。多路送粉管路10、15分布在流化计量罐14侧面偏下的位置(流化罐内稳定区)，保证各管路送粉量均匀性。

根据实际需要，送粉管路15不经加速可直接输送到受粉设备4，送粉管路10粉体7经粉体加速设备3，用计算机控制自控阀2使加速气体Q2流量达到设定值，从而使粉体运动速度达到工艺要求值，加速后粉体输送到受粉设备4。

根据实际需要送粉管路可以一条或多路，既可以多条送粉管路同时输送粉体又可以各送粉管路不同时送粉，既可以多条送粉管路向一台设备送粉又可以多条送粉管路向不同设备送粉。

流化气体根据需要可以是空气、氮气、氢气、氧气、氯乙烯、氩气等在流化过程中不于粉体颗粒反应和不液化的气体。如果流化气体是价值较高的气体，可采用循环压缩机或风机增压后再进入流化罐循环使用。

需要粉体颗粒快速进入到受粉设备的情况，使用粉体加速设备，将粉体颗粒运动速度加速到12～35m/s。加速气体根据需要可以是空气、氮气、氢气、氧气、氯乙烯、氩气等在流化过程中不于粉体颗粒反应和不液化的气体。

上述粉体输送系统应用以下各例，并详加说明：

例1：

热等离子体裂解煤直接制乙炔送粉装置应用

(1)、将煤粉装入直径为φ500mm流化罐中，计算机控制系统设定Q1＝60NM³/h；

Q2＝10NM³/h；给粉量＝2500kg/h；搅拌转速＝200转/分钟；给料机的转速于流化罐料位自动反馈。流化气体Q1和加速气体Q2为氮气

(2)、送粉管直径φ6mm，送粉管长度10m，4条送粉管同时向一台等离子体反应器供粉。

(3)、计算机控制系统设定给粉量＝2500kg/h；

(4)、等离子体反应器的压力0.05～0.2Mpa，温度为1800～3000℃。

结果：实际送粉量2450kg/h，粉体颗粒进入到等离子体反应器的速度28m/s，每秒的误差在4％。

例2

塑料加工行业送粉装置应用

(1)、10台塑料挤出成型机，各台需塑料粉末的量不同，需要用塑料粉末的时间不同情况。目前工艺为每台塑料挤出成型机都有一套粉体计量和输送设备。

(2)、采用一台直径为φ1000mm粉体流化送料装置，流化气体Q1为空气，计算机控制系统设定Q1＝100NM³/h；搅拌转速＝200转/分钟；给料机的转速于流化罐料位自动反馈。在流化罐侧面接10条不同直径和长度的送粉管路(根据每台塑料挤出成型机位置和需塑料粉末量设计)。

(3)、计算机控制系统设定Q1；搅拌转速；给料机的转速于流化罐料位自动反馈。

流化罐压P1为恒定值

(4)、根据各台塑料挤出成型机需要，计算机控制系统开启各管路的上的自控阀，实现一台供粉设备向1～10台塑料挤出成型机供应不同量的塑料粉末。

例3

聚氯乙烯反应过程中加入纳米碳酸钙粉体

(1)、聚氯乙稀发应过程中加入纳米碳酸钙粉体，能够增强塑料制品的强度降低成本。目前工艺为将纳米碳酸钙粉末在水相中分散，然后用高压水泵打入到压力为0.8Mpa聚合釜中，由于纳米碳酸钙粉末为亲油颗粒，在水相中分散困难，需要加入表面活性剂和分散泵较长时间运行，这样做有一下缺点：

a、表面活性剂容易引起不良副反应；

b、分散泵较长时间运行，使纳米颗粒长大，失去增加塑料制品强度的作用。

采用氯乙烯气体为分散介质就能够很好的解决以上问题。

(2)、采用一台直径为φ500mm粉体流化送料装置，流化气体Q1为氯乙烯气体

计算机控制系统设定Q1＝100NM³/h；搅拌转速＝100转/分钟；给料机的转速于流化罐料位自动反馈。

(3)、在流化罐侧面接8条直径φ35mm送粉管路，根据每台聚合釜位置设计送粉管长度，最大长度和最小长度比小于3倍，1条送粉管向一台聚合釜。

(4)、聚合釜压力为0.8Mpa条件下，计算机控制系统设定每次向一台聚合釜注入5000kg粉体。