[发明专利]沉降过程分析装置和方法

说明书

发明背景

精确确定沉降粒子的淀积层面(bed level)对于控制澄清槽(诸如，澄清器、浓缩器和铝和煤沉降器)是十分重要的。在操作沉降器期间，通过管道将由载有粒子(诸如，铝、固体废物或煤)的液体形成的稀浆(slurry)通到中心顶部，即，澄清槽的“中心井(center well)”。于是，把稀浆卸入中心井中，使粒子沉降在槽的底部。沉降粒子形成淀积层，而且在废物悬浮体和其上的液体之间的液固界面是淀积层面。然而，通常在稀浆中的粒子不立即沉降到底部，而是仍然悬浮在槽中形成“混浊团(cloud)”，该混浊团能产生或者就是扰动(upset)状态的预报器。关于淀积层面的位置和/或混浊团尺寸及强度的知识对于控制添加到槽中的化学制剂或絮凝剂的量以控制沉降过程是十分重要的。

由于缺乏可靠的测量仪器，所以由人工方式控制浓缩器和澄清器中的沉降速率。通过把从澄清槽提取的稀浆样品置入量筒中，并采用光电池或视觉观测以测量悬浮粒子在量筒内下落给定距离的时间，人工确定沉降速率。这种方法虽然简单和廉价，但是不是测量沉降速率的可靠方法，这是因为它依赖于从沉降器获得有代表性的样品、在沉降器外部执行而且它的精确度依赖于观测人员。

还可通过运用简单的非相干式鱼探机(non-coherent fish finder)(A模式)超声波系统，确定沉降粒子的淀积层面。在A模式系统中，换能器(transducer)把超声波脉冲送到盛在“沉降器”中的粒子悬浮体内。低电平回波从沉降淀积层的表面返回。如果已知超声波脉冲的速度，那么通过运用熟知的距离方程，可以根据在发射脉冲和返回回波之间的时间计算到沉降粒子的淀积层面的距离：

      d＝ct/2

其中，d＝到目标的距离

      c＝在液体或其它介质中的声速

      t＝从换能器脉冲到回波返回的往返时间。

当存在明显的淀积层面边界，而且该边界实质上与超声波换能器路径垂直的情况下，现有技术的简单A模式系统是有用的。然而，如果淀积层面边界不是近似地与换能器路径垂直，或者当不存在明显的淀积层边界时，那么来自淀积层面的回波可能是模糊或不可检测到的。此外，在可能存在淀积层面的未沉降粒子中，A模式超声波系统只提供极少或不提供任何关于沉降器性能的信息。

当前，非相干A模式系统不能可靠地检测淀积层面、混浊团层和混浊团层特征。因此，需要可靠和精确地确定是否存在淀积层面和混浊团层以及在混浊团层中的粒子活动。

发明概述

本发明提供一种用于检测和控制在稀浆中的沉降微粒的淀积层面。本发明还可用于控制在稀浆中的微粒沉降速率。本系统包括用于把超声波脉冲发送到在沉降器内的稀浆的超声波换能器。系统还采用预放大-接收机来检测来自稀浆中的微粒的回波。处理这些回波来确定沉降微粒的淀积层面、混浊团的存在以及在沉降器中的混浊团的微粒活动和微粒的沉降速率。淀积层面和沉降速率还可用于控制将化学制剂、稀浆添加剂等添加到沉降槽。

在本发明中采用的系统可以在下列相干模式中的任一种模式下进行操作：(i)峰值方法(相干A模式)，当淀积层面存在时对其加以检测，(ii)移动目标检测模式，检测微粒混浊团并评估它们的特征以及检测淀积层面，和(iii)多普勒处理模式，检测在沉降槽中的液体悬浮物的上升和下降微粒速度。峰值方法和移动目标检测模式被称为图像模式。

在另一方面，本发明提供用于确定在液体稀浆中沉降微粒的淀积层面的位置的系统和方法。本方法包括将第一频率的超声波从换能器发送到具有沉降微粒的淀积层和沉降微粒的混浊团的稀浆中。超声波从淀积层产生回波和从沉降微粒产生回波。从回波产生数字和模拟电信号，而且处理电信号来表示微粒的淀积层面和沉降特征。

另一方面，本发明提供用于识别淀积层面和沉降微粒的系统。本系统采用用于把超声波信号送入稀浆的换能器。将超声波信号作为由预放大-接收机捕获的回波反射。预放大-接收机把回波转换成模拟电信号。将这些信号送到各个正弦和余弦信道，那里将那些信号与在混频器中的正弦或余弦信号相乘并滤波来除去混频器的高频产物。模拟开关把所得新模拟信号复接到模拟-数字变换器，把那些模拟信号转换成数字信号。把数字信号存储在数据捕获存储器中用于根据如下所述的峰值方法、移动微粒方法或多普勒方法中的任一种方法进行数字处理。本发明的系统包括距离相位抵消存储器用于存储背景或基线噪声的时延型式。