测量高温颗粒流速的方法和装置
阅读说明：本技术 测量高温颗粒流速的方法和装置 (Method and apparatus for measuring flow velocity of high temperature particles ) 是由 张扬 张杨鑫 刘贤东 张海 吕俊复 于 2020-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种测量高温颗粒流速的方法和装置,所述方法包括以下步骤：S1,将换热装置的进口水温T_(in)、出口水温T_(out)和物料颗粒的温度T_s,输入至数据处理模块；S2,根据循环水路上设置的流量计控制冷却水流量,并将水流量值q_m输入至数据处理模块；S3,在数据处理模块中提前输入冷却水的比热C_p和换热面积A,结合步骤S1和步骤S2中测得数据对传热系数k进行计算；S4,根据传热系数k和局部固体颗粒流速之间的关联式计算G_s~*；S5,通过截面浓度分布函数计算管道截面的固体颗粒物料流速G_s；S6,通过显示储存模块实时显示并记录物料流速G_s的数值、存储步骤S1和步骤S2中测得数据。根据本发明的测量高温颗粒流速的方法,适用于高温的测量环境,数据可靠性高。(The invention discloses a method and a device for measuring the flow velocity of high-temperature particles, wherein the method comprises the following steps: s1, mixing the inlet water temperature T of the heat exchange device in Water temperature T at outlet out And the temperature T of the material particles s Input to the data processing module; s2, controlling the flow of cooling water according to a flowmeter arranged on the circulating water circuit, and controlling the flow value q of water m Inputting the data into a data processing module; s3, inputting the specific heat C of the cooling water in advance in the data processing module p And a heat transfer area A, and calculating a heat transfer coefficient k by combining the data measured in the step S1 and the data measured in the step S2; s4, calculating G according to the correlation between the heat transfer coefficient k and the flow rate of the local solid particles s * (ii) a S5, calculating the solid particle material flow speed G of the pipeline section through the section concentration distribution function s (ii) a S6, displaying and recording the material flow rate G in real time through the display storage module s And storing the measured data in step S1 and step S2.The method for measuring the flow velocity of the high-temperature particles is suitable for the high-temperature measurement environment, and the data reliability is high.)
技术领域
本发明涉及测量技术领域，尤其是涉及一种测量高温颗粒流速的方法和装置。
背景技术
在现代工业过程中，气力输送通常用于将粉碎的颗粒状物料从一个装置输送到另一个装置内，为了实现能量和原料的有效利用，实现气力输送管道中固体质量流速的精确、可靠、在线、连续测量变得越来越重要。文献报道的管道内固体流速的测量方法根据测量装置是否直接与管道中固体物料接触可以分为两类：直接式和间接式。两类方法对于高温环境下的固体流速测量都不适用，并且高温和固体颗粒的冲刷会导致测量装置的损坏，成本过高。
而目前工业上仍需要测量某些特定高温环境的固体物料流速，比如测量循环流化床锅炉的循环物料流速，得到其具体数值对于锅炉的运行是十分重要且有意义，循环物料流速测量也可以认为是管道中高温气固两相流的固体颗粒流速。它的测量难点在于一般锅炉内颗粒温度在800℃左右，并且锅炉体积大，现场环境复杂，一般的测量方法和装置均无法正常工作，精密仪器甚至会直接被高温固体颗粒冲击损坏，成本损失高。因此，高温环境下气固两相流中固体流速的测量是目前工业上亟待解决的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种测量高温颗粒流速的方法，所述测量高温颗粒流速的方法，原理简单，计算准确；适用于高温的测量环境，数据可靠性高。
本发明还提出了一种采用上述测量高温颗粒流速的方法的装置。
根据本发明实施例的测量高温颗粒流速的方法，包括以下步骤：
S1，通过测试模块测得管道中高温固体颗粒流经换热装置的进口水温Tin、出口水温Tout和物料颗粒的温度Ts，输入至数据处理模块；
S2，根据循环水路上设置的流量计控制冷却水流量，并将水流量值qm输入至数据处理模块；
S3，在数据处理模块中提前输入冷却水的比热Cp和换热面积A，结合步骤S1和步骤S2中测得数据对传热系数k进行计算；
S4，根据传热系数k和局部固体颗粒流速之间的关联式计算Gs *；
S5，通过截面浓度分布函数计算管道截面的固体颗粒物料流速Gs；
S6，通过显示储存模块实时显示并记录物料流速Gs的数值、存储步骤S1和步骤S2中测得数据。
根据本发明的测量高温颗粒流速的方法，原理简单，计算准确；适用于高温的测量环境，数据可靠性高。
根据本发明一个实施例的测量高温颗粒流速的方法，根据进口水温Tin、出口水温Tout，冷却水流量qm和比热容Cp计算总换热量，即Q＝qmCp(Tout-Tin)，其中Q表示高温固体颗粒与装置表面的总传热量；
根据本发明一个实施例的测量高温颗粒流速的方法，按照公式
k＝qmCp(Tout-Tin)/(A(Ts-Tf))计算传热系数k，其中Tf表示冷却水的平均温度。
根据本发明一个实施例的测量高温颗粒流速的方法，传热系数k和局部固体颗粒流速之间的关联式为其中f表示传热系数与局部固体物料流速之间的函数关系。
根据本发明一个实施例的测量高温颗粒流速的方法，截面浓度分布函数为其中R表示管道半径。
根据本发明的第二方面的测量高温颗粒流速的装置，采用了如第一方面任一种所述的测量高温颗粒流速的方法，所述装置包括：
换热器，所述换热器与管道垂直安装，并通过所述管道的测量孔伸入所述管道中，所述换热器包括：外套管和内管，所述外套管和所述管道中的高温颗粒流直接接触，所述内管通入冷却水；
温度采集单元，所述温度采集单元用于采集所述换热器预设位置的温度数据；
数据处理单元，所述数据处理单元和所述温度采集单元相连，用于处理所述温度数据；
循环水路，所述循环水路用于向所述内管通入冷却水。
根据本发明的第二方面的测量高温颗粒流速的装置，还包括：法兰，所述法兰固定在所述管道的外管壁上，所述换热器和所述法兰螺接固定。
进一步地，所述换热器还包括：保护套管，所述保护套管设置在所述外套管的外侧，所述外套管伸入所述管道中的长度大于所述保护套管伸入所述管道中的长度。
进一步地，所述外套管伸入所述管道中的长度为L，其中0.05m<L<0.1m。
进一步地，所述保护套管的直径小于所述测量孔的孔径。
进一步地，所述温度采集单元包括：温度传感器，所述温度传感器可用于采集所述管道中高温颗粒流的温度数据和所述内管中冷却水进口、冷却水出口的温度数据。
进一步地，所述数据处理单元内置计算程序，可对所述温度传感器采集的温度数据进行计算处理，并转化成高温颗粒流速数据进行显示和存储。
进一步地，所述循环水路包括：
输水管路，所述输水管路的一端和所述冷却水进口相连，所述输水管路的另一端和所述冷却水出口相连；
流量计，所述流量计可实时显示所述冷却水流量；
循环水泵，所述循环水泵用于循环所述冷却水；
储水器，所述储水器用于存储所述冷却水。
进一步地，所述温度传感器为热电偶。
综上，根据本发明第二方面测量高温颗粒流速的装置，具有使用寿命长，制作和运行成本更低廉；适用于高温的测量环境，数据可靠性高等优势。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的测量高温颗粒流速的方法的流程图一图；
图2是根据本发明实施例的测量高温颗粒流速的方法的流程图二图；
图3是根据本发明实施例的测量高温颗粒流速的装置的结构示意图。
附图标记：
100-测量高温颗粒流速的装置，10-管道，1-换热器，11-外套管，12-内管，13-保护套管，2-数据处理单元，3-法兰，4-温度传感器，5-冷却水进口，6-冷却水出口，71-输水管路，72-流量计，73-循环水泵，74-储水器。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的测量高温颗粒流速的方法和装置。如图1所示，根据本发明实施例的测量高温颗粒流速的方法，包括以下步骤：
S1，通过测试模块测得管道中高温固体颗粒流经换热装置的进口水温Tin、出口水温Tout和物料颗粒的温度Ts，输入至数据处理模块；
S2，根据循环水路上设置的流量计控制冷却水流量，并将水流量值qm输入至数据处理模块；
S3，在数据处理模块中提前输入冷却水的比热Cp和换热面积A，结合步骤S1和步骤S2中测得数据对传热系数k进行计算；
S4，根据传热系数k和局部固体颗粒流速之间的关联式计算Gs *；
S5，通过截面浓度分布函数计算管道截面的固体颗粒物料流速Gs；
S6，通过显示储存模块实时显示并记录物料流速Gs的数值、存储步骤S1和步骤S2中测得数据。
根据本发明的测量高温颗粒流速的方法，原理简单，计算准确；适用于高温的测量环境，数据可靠性高。
根据本发明一个实施例的测量高温颗粒流速的方法，根据进口水温Tin、出口水温Tout，冷却水流量qm和比热容Cp计算总换热量，即Q＝qmCp(Tout-Tin)，其中Q表示高温固体颗粒与装置表面的总传热量；
根据本发明一个实施例的测量高温颗粒流速的方法，按照公式
k＝qmCp(Tout-Tin)/(A(Ts-Tf))
计算传热系数k，其中Tf表示冷却水的平均温度。
根据本发明一个实施例的测量高温颗粒流速的方法，传热系数k和局部固体颗粒流速之间的关联式为其中f表示传热系数与局部固体物料流速之间的函数关系。
根据本发明一个实施例的测量高温颗粒流速的方法，截面浓度分布函数为其中R表示管道半径。
综上所述，根据本发明的测量高温颗粒流速的方法，原理简单，计算准确；适用于高温的测量环境，数据可靠性高。
根据本发明的第二方面的测量高温颗粒流速的装置100，采用了如第一方面任一种的测量高温颗粒流速的方法，如图3所示，装置100包括：
换热器1，进一步地，换热器1与管道10垂直安装，并通过管道10的测量孔伸入管道10中，也就是说，换热器1垂直于高温气固两相流来流方向。进一步地，换热器1包括：外套管11和内管12，具体地，外套管11和管道10中的高温颗粒流直接接触，内管12通入冷却水；这样通过冷却水可以及时为换热器1进行降温，在满足测量要求的基础上，延长了换热器1的使用寿命。
温度采集单元，具体地，温度采集单元用于采集换热器1预设位置的温度数据；
数据处理单元2，具体地，数据处理单元2和温度采集单元相连，用于处理温度数据；
循环水路，具体地，循环水路用于向内管12通入冷却水。
根据本发明的第二方面的测量高温颗粒流速的装置100，如图3所示，还包括：法兰3，进一步地，法兰3固定在管道10的外管壁上，换热器1和法兰3螺接固定。这样，一方面有利于保证换热器1和法兰3连接的可靠性，另一方面，也方便将换热器1从管道10中取出。
进一步地，换热器1还包括：保护套管13，进一步地，保护套管13设置在外套管11的外侧，从而可以为外套管11提供更好的保护作用，防止发生外套管11与管道10碰撞而导致损坏的问题。进一步地，外套管11伸入管道10中的长度大于保护套管13伸入管道10中的长度。这样可以使外套管11的前端部和高温颗粒流更好的接触，从而保证测量结果的准确性。
进一步地，如图3所示，外套管11伸入管道10中的长度为L，其中0.05m<L<0.1m。这样可以避免破坏管道10内气固两相流的流动状态，让高温颗粒流只和外套管11的前端部接触，进而保证测量结果的准确性。
进一步地，保护套管13的直径小于测量孔的孔径。具体地，如图3所示，保护套管13的上端和测量孔的上端留有安装余量S，这样可以防止换热器1偏离测量位置。
进一步地，换热器1和法兰3的材质可以为耐热不锈钢，这样有利于加快高温固体颗粒和外套管11的换热速度。
进一步地，温度采集单元包括：温度传感器4，具体地，温度传感器4可用于采集管道10中高温颗粒流的温度数据和内管12中冷却水进口5、冷却水出口6的温度数据。
需要说明的是，在所采集的温度变化时间t<1s，这样能够保证管道10中高温颗粒流、内管12中冷却水进口5和内管12中冷却水出口6温度数据的准确性，进而保证测量结果的准确性。
进一步地，数据处理单元2内置计算程序，可对温度传感器4采集的温度数据进行计算处理，并转化成高温颗粒流速数据进行显示和存储。
进一步地，如图3所示，循环水路可以包括：
输水管路71，具体地，输水管路71的一端和冷却水进口5相连，输水管路71的另一端和冷却水出口6相连；
流量计72，具体地，流量计72可实时显示冷却水流量；
循环水泵73，具体地，循环水泵73用于循环冷却水；
储水器74，具体地，储水器74用于存储冷却水。
这样，通过循环水路可以及时为换热器1进行降温，在满足测量要求的基础上，延长了换热器1的使用寿命。需要说明的是，也可以采用冷空气对换热器1进行降温处理。
进一步地，在一个具体的实施例中，温度传感器4可以为热电偶。
综上，根据本发明第二方面测量高温颗粒流速的装置100，具有使用寿命长，制作和运行成本更低廉；适用于高温的测量环境，数据可靠性高等优势。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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