一種顆粒機(jī)械強(qiáng)度的測(cè)試裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于能源化工環(huán)保領(lǐng)域，發(fā)明了一種測(cè)試反應(yīng)器內(nèi)顆粒在化學(xué)反應(yīng)、熱應(yīng) 力、壓力、機(jī)械力（碰撞）協(xié)同作用下或某一因素單獨(dú)作用下顆粒的破碎情況，從而獲得顆 粒機(jī)械強(qiáng)度特性的測(cè)試裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 顆粒由于其離散的特性，比表面積大，作為反應(yīng)介質(zhì)反應(yīng)面積大，反應(yīng)速度快。近 些年來，顆粒狀材料在化工，能源，材料，環(huán)保領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
[0003] 在能源領(lǐng)域，循環(huán)流化床（CFB)燃燒鍋爐由于其優(yōu)越性在燃燒領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng) 用，爐內(nèi)脫硫是CFB鍋爐的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，爐內(nèi)脫硫即向爐內(nèi)投入石灰石顆粒。石灰石顆粒的機(jī) 械強(qiáng)度特性嚴(yán)重影響爐內(nèi)脫硫效率。測(cè)量石灰石顆粒在爐內(nèi)復(fù)雜的氣氛下，升溫、反應(yīng)、碰 撞時(shí)的強(qiáng)度特性對(duì)提高爐內(nèi)脫硫效率有著重要的意義。
[0004] 化學(xué)鏈燃燒中，要使用大量的載氧體顆粒。研究載氧體顆粒在爐內(nèi)氣氛下升溫、反 應(yīng)、碰撞時(shí)的強(qiáng)度特性對(duì)指導(dǎo)載氧體顆粒材料的選擇也具有重要意義。
[0005] 在各種化工反應(yīng)過程中，顆粒狀的反應(yīng)物，W及顆粒狀的催化劑得到廣泛的應(yīng)用， 該些顆粒物質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)的強(qiáng)度特性對(duì)反應(yīng)過程優(yōu)化，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)有著極大的指導(dǎo)意 義。
[0006] 由于顆粒狀材料在工業(yè)過程中的廣泛應(yīng)用，顆粒的強(qiáng)度特性需要有效的測(cè)量。但 是目前的測(cè)試裝置基本為冷態(tài)裝置，且設(shè)計(jì)不太合理，不能制造出真實(shí)的反應(yīng)氣氛和溫度， 無法研究在熱態(tài)氣氛下顆粒反應(yīng)、碰撞后破碎行為規(guī)律，且該類裝置無法對(duì)速度和顆粒碰 撞力等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。另一類裝置為靜態(tài)測(cè)試裝置，即顆粒材料處于靜止?fàn)顟B(tài)，由液壓驅(qū)動(dòng) 裝置向顆粒材料施加作用力，通過記錄顆粒形變隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線，取顆粒破壞時(shí)所 受力的大小來表征顆粒的強(qiáng)度，即按傳統(tǒng)材料力學(xué)理論來測(cè)量。該種裝置未能考慮顆粒在 反應(yīng)器復(fù)雜氣氛下因顆粒內(nèi)部或表面反應(yīng)、熱應(yīng)力、壓力、機(jī)械力（碰撞）等因素對(duì)顆粒機(jī) 械強(qiáng)度的影響，且所處的狀態(tài)與實(shí)際工業(yè)反應(yīng)器中顆粒所處的狀態(tài)不符。利用此類裝置，顆 粒在真實(shí)狀態(tài)條件下、在多種因素協(xié)同作用下的顆粒機(jī)械強(qiáng)度特性難W合理的表征出。由 于在反應(yīng)器中顆粒材料經(jīng)過反復(fù)的碰撞和磨損，利用上述裝置顆粒粒徑分布演化也未能很 好的測(cè)出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明目的；針對(duì)上述面臨的問題，本發(fā)明提供了一種全方面、多尺度的顆粒機(jī)械強(qiáng) 度的測(cè)試裝置及方法。
[000引 技術(shù)方案；
[0009] 一種顆粒機(jī)械強(qiáng)度的測(cè)試裝置，包括給料裝置，供氣裝置，反應(yīng)裝置，碰撞裝置和 測(cè)量裝置；
[0010]所述給料裝置包括料倉1W及在所述料倉1下部的料斗3 ;
[0011] 所述供氣裝置包括氣體混合器21w及若干個(gè)不同氣體的氣瓶25,所述氣體混合 器21與所述氣瓶25之間通過氣流輸送管連接，所述氣體混合器21出口與所述料斗3連 接；
[0012] 所述反應(yīng)裝置包括噴射管5W及安裝在所述噴射管5外的電加熱器6,所述料斗3 下部插入所述噴射管5的上端；
[0013] 所述碰撞裝置包括碰撞室13W及在所述碰撞室13底部正對(duì)噴射管5處安裝的傾 斜的碰撞平臺(tái)15,在所述碰撞室13頂部開設(shè)有若干個(gè)出氣口 9;所述碰撞室上的出氣口為 圓柱形出氣口，使得排氣過程中，碰撞室內(nèi)流場(chǎng)更為均勻，減小顆粒橫向速度；所述噴射管 5的下端插入所述碰撞裝置的碰撞室13;
[0014] 所述測(cè)量裝置包括在所述碰撞平臺(tái)15上方固定的用于記錄傳感元件形變數(shù)據(jù)得 壓力傳感器14、在所述碰撞室13外用于記錄顆粒的碰撞過程圖像的高速CCD相機(jī)12W及 用于記錄顆粒碰撞時(shí)的紅外圖像的紅外熱成像儀16。
[0015] 優(yōu)選地，在所述氣體混合器21與所述氣瓶25之間設(shè)置有分路流量調(diào)節(jié)閥22,在所 述氣體混合器21出口處設(shè)置有總流量調(diào)節(jié)閥20,通過調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥和氣瓶減壓閥來調(diào) 節(jié)料倉壓力，通過料倉壓力來控制顆粒的碰撞速度。
[0016] 優(yōu)選地，所述高速CCD相機(jī)12和所述紅外熱成像儀16光路處于同一水平面，且互 相垂直，互補(bǔ)干擾。
[0017] 優(yōu)選地，所述碰撞室13由耐高溫玻璃制成。
[0018] 優(yōu)選地，所述出氣口 9內(nèi)填充有燒結(jié)金屬粉末多孔材料蓋板10,該蓋板10能選擇 透過氣體，過濾掉固體顆粒，故破碎后的小顆粒質(zhì)量等于碰撞前顆粒質(zhì)量。
[0019] 優(yōu)選地，所述碰撞平臺(tái)15底板和側(cè)板兩端為可活動(dòng)較鏈，其傾斜角度可W調(diào)整。
[0020] 優(yōu)選地，所述氣體混合器21與所述料斗3之間設(shè)置有氣體預(yù)熱器18,氣流經(jīng)過氣 體預(yù)熱器18后加熱，奶咸小氣流進(jìn)入對(duì)噴射管5內(nèi)溫度的影響。
[0021] 一種顆粒機(jī)械強(qiáng)度的測(cè)試方法，包括如下步驟：
[0022] 步驟1 ;在氣體混合器21中混合不同氣瓶25中的氣體，獲得設(shè)定工況成分比例和 設(shè)定工況流量的氣體，并使料斗3、噴射管5和碰撞室13內(nèi)充滿工況氣體；
[002引步驟2;停止供氣，將料倉1中的顆粒材料加入料斗3中；
[0024]步驟3 ;打開電加熱器6并設(shè)定初始工況溫度，加熱噴射管5內(nèi)氣體至工況溫度； [00巧]步驟4 ;打開碰撞室13頂部的若干個(gè)出氣口9 ;氣體混合器21繼續(xù)供氣，氣體攜帶 顆粒從料斗3進(jìn)入噴射管5,顆粒在氣流曳力和自身重力作用下加速，獲得氣體流速，同時(shí) 在噴射管5高溫氣氛中升溫、膨脹、反應(yīng)；最終與碰撞平臺(tái)15碰撞破碎，破碎后的小顆粒反 彈進(jìn)碰撞室13 ;
[0026] 步驟5 ;高速CCD相機(jī)12記錄顆粒的碰撞過程圖像，紅外熱成像儀16記錄顆粒碰 撞時(shí)的紅外圖像，壓力傳感器14記錄傳感元件形變數(shù)據(jù)；
[0027] 步驟6 ;通過顆粒的碰撞過程圖像獲得顆粒碰撞時(shí)的速度和顆粒碰撞后的破碎情 況，處理顆粒碰撞時(shí)的紅外圖像獲得碰撞時(shí)的顆粒溫度，處理傳感元件形變數(shù)據(jù)獲得顆粒 碰撞時(shí)所受的力；收集碰撞破碎后的小顆粒，利用激光粒度分布儀測(cè)得破碎顆粒粒徑分布。
[0028] 優(yōu)選地，收集每次