[发明专利]适于高压环境下粉体的气体穿透性及应力测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种适于高压环境下粉体的气体穿透性及应力测量装置和实验方法，装置包括料仓筒，设置在料仓筒上端的上封头和设置在料仓筒下端的下封头；上封头上设有进料口、压力表、安全阀和上通气孔；下封头上设有下通气孔和出料口；料仓筒及下封头壁面自上而下设有传感器。本装置中传感器可同时获得高压环境下不同位置的气体压力及粉体应力，根据气体压力和粉体应力可获得气体穿透特性、粉体的压缩及固结机制；通过剪切实验获得充压后粉体的基础力学参数，可揭示粉体充压过程中粉体流动特性变化规律及成拱机制。根据气体的穿透特性、不同升压速率下的粉体压缩及固结机制，可优化充压料仓几何结构及充压操作参数，确保高压环境下粉体流动的稳定性。

技术领域

本发明涉及密封环境充压时气体压力变化特性及粉体应力测量领域，特别涉及一种适于高压环境下粉体的气体穿透性及应力测量装置和实验方法。

背景技术

大规模高效煤气化技术是煤炭高效清洁利用研究的重要领域之一。高压供粉系统是干煤粉气化工艺的核心技术的组成部分。高压料仓连接常压供粉系统和高压给料系统，是高压气化给煤系统的核心设备。高压料仓在工作过程中需频繁的进出煤粉及升降气压，工作环境复杂多变，设备可靠性和出料稳定性较差，易导致气化炉跳车，严重影响了气化炉运行的安全性、稳定性及后续产品生产的持续性。高压料仓的损毁及下料不畅已成为影响煤化工安全稳定生产的严重问题之一。故料仓中煤粉在高压环境下的特性变化及其规律是研究煤粉气化的关键问题之一。

高压料仓充压过程中气体穿透及粉体固结过程复杂，出料过程粉体应力动态演变机制多变，易形成料拱，导致停止出料、设备损毁。高压料仓内粉体的成拱机制与充压过程中的气体穿透、粉体受力固结及粉体应力演变密切相关。目前，高压料仓在运行过程中气体的穿透、粉体应力演变特性可借鉴的资料和经验很少，尚无成熟理论可以参照，以至于在对高压系统进行理论研究、工程设计及运行过程中缺乏基础理论和关键技术参数，无法形成完整的高压环境下粉体稳定流动的方案，有必要对高压粉体穿透及应力进行测量及特性研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种可进行高压环境下粉体的气体穿透及应力测量的装置，获得粉体在不同充压条件下的粉体流动及固结特性。

本发明的技术方案：本发明所述的适于一种适于高压环境下粉体的气体穿透性及应力测量装置和实验方法，包括料仓筒、设置在所述料仓筒上端的上封头、设置在料仓筒中段的耳式支座和设置在所述料仓筒下端的下封头；

所述上封头上设有与上封头内腔相通的进料口、压力表、安全阀和上通气孔；所述下封头上设有与下封头内腔相通的下通气孔及出料口。

进一步的，所述料仓筒及下封头壁面自上而下设有传感器，所述传感器与料仓筒及下封头内腔相通；所述传感器由应力传感器和气压传感器组成。

进一步的，所述传感器可分别同时测量各测点气体压力及粉体应力；根据充压过程气体的穿透速率、压力衰减规律及粉体的应力演变规律，揭示不同深度和压力下粉体层颗粒加速特性、粉体固结和压缩的机制。

进一步的，还包括用于剪切实验时替换所述下封头的剪切装置；所述剪切装置包括对接所述料仓筒的法兰盲板和设置在所述法兰盲板上的应力剪切盒。待剪切装置替换下封头(9)后进料并充压，泄压后将带有粉体的剪切盒放置在剪切仪内进行剪切特性实验，获得充压后粉体的流动特性及不同深度和不同压力下的变化规律

本发明还公开了一种适于高压环境下粉体的气体穿透性及应力测量实验方法，包括粉体的气体穿透特性及粉体的应力测量过程和粉体的剪切特性实验过程；

所述粉体的气体穿透特性及粉体的应力测量过程包括以下步骤：

a.关闭所有阀门，检查实验装置气密性后，打开进料口，向实验装置加入粉体物料至规定位置，进料结束后关闭进料口，检查并保持装置密封；

b.打开与传感器连接的数据采集仪，获得初始状态下各传感器测点处壁面应力及气体压力；