一种火灾现场轻质物证快速分选装置、方法及其控制系统 |
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| 申请号 | CN202410265458.3 | 申请日 | 2024-03-08 | 公开(公告)号 | CN118002330A | 公开(公告)日 | 2024-05-10 |
| 申请人 | 应急管理部沈阳消防研究所; 东北大学; | 发明人 | 刘术军; 赵强; 徐芷芊; 夏禹; 赵思凯; 刘文宝; 沈岩柏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种火灾现场轻质物证快速分选装置、方法及其控制系统。本发明方法包括：打开变频 风 机，气流通过进风口的双入口进入旋流分选腔，形成螺旋向上的流场；将物料从加料口注入旋流分选腔，在流场的作用下，物料被甩至壁面旋转，在高速旋转的过程中，物料不断的碰撞和 研磨 ；物料中硬度较小的烟灰在碰撞和研磨的作用下，粒径逐渐缩小，离心 力 逐渐减弱，达到标准后，沿垂直升气管被输送至气固分离系统；细粒物料进入气固分离系统后，根据旋风分离器的原理，空气沿升气管排出系统，细粒物料被有效地分离出来；分离完成后，关闭变频风机，分别收集粗粒物料和细粒物料；收集到的细粒物料作为火灾现场的轻质物证进行进一步鉴定。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种火灾现场轻质物证快速分选装置，其特征在于，包括：旋转流化分选系统和气固分离系统，所述旋转流化分选系统和气固分离系统通过管道连接，其中： |
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| 说明书全文 | 一种火灾现场轻质物证快速分选装置、方法及其控制系统技术领域[0001] 本发明涉及微细粒干式分选分离领域，尤其涉及一种火灾现场轻质物证快速分选装置、方法及其控制系统。 背景技术[0002] 火灾现场物证的准确提取与分析是火灾事故起因判定的基本前提，分析燃烧灰烬中是否存在香烟灰烬(简称烟灰)是判断火灾原因的一个重要指标。在现有技术条件下，通常需要对现场所有的燃烧灰烬进行酸浸、萃取，然后采用相应光谱仪器分析烟灰中特殊物质的特征峰。由于烟灰含量极低，上述鉴定方法不仅工作量大、鉴定周期长，而且特征峰识别精度较低。因此，从混杂的固体燃烧砂砾中尽可能将微细粒烟灰分离富集到少量样品中变得至关重要。 [0003] 目前传统的微细粒分选技术有：电场分选技术、磁场分选技术、光学分选技术和气流分选技术。电场分选技术依赖物料的电导率，对于一些电导率相似的物料效果较差；磁场分选技术只对具有磁性的物料有效，对于非磁性物料无效；光学分选技术对于颜色相似的物料或者光学特性不明显的物料，分选效果较差。烟灰和灰烬的电性、磁性、颜色无明显差异，因此电选，磁选和光选技术并不适用于烟灰分选。 [0004] 气流分选是一种根据颗粒的粒度、密度和形状差异进行分离的过程。在气流分选中，颗粒混合在气流中，通过调节气流速度和方向，使得大颗粒和小颗粒受到不同的气体阻力，从而导致它们分别沉降或被携带。气流研磨是一种利用高速气流对颗粒进行机械研磨的过程。在气流研磨中，颗粒通过高速气体流被携带到研磨室，在气体的作用下与研磨介质发生碰撞和研磨。然而，传统气流研磨设备通常庞大昂贵，不适合携带。 [0005] 鉴于烟灰与灰烬的密度和粒径相近，但粒形存在差异，可以采用气流研磨的方法增大烟灰与灰烬的粒径差异并利用气流分选技术对颗粒进行分选，从而实现对烟灰和其他干扰物的有效分离。 发明内容[0006] 鉴于现有技术存在的缺陷和生产实践中工况条件的限制，本发明提供了一种火灾现场轻质物证快速分选方法及设备，其主要是采用旋转流化技术对所分选的物料进行快速研磨和分选，采用离心分离技术将分选出的细粒烟灰进行高效分离和收集，采用气流摩擦粉碎技术，扩大烟灰与砂砾之间的粒度差异。整个设备采用高速气流输送物料，使设备连续可控、结构紧凑。 [0007] 本发明采用的技术手段如下： [0008] 一种火灾现场轻质物证快速分选装置，包括：旋转流化分选系统和气固分离系统，所述旋转流化分选系统和气固分离系统通过管道连接，其中： [0009] 所述旋转流化分选系统，用于研磨烟灰颗粒，分离烟灰和砂砾； [0010] 所述气固分离系统，用于将微细粒在离心力场中进行气固分离。 [0012] 所述加料口，设置在旋流分选腔顶部，用于将火灾现场轻质物证加入到旋流分选腔中； [0013] 所述垂直提升管，从旋流分选腔顶部中心插入旋流分选腔内部，用于将筛选出的细粒物料输送至气固分离系统； [0014] 所述旋流分选腔，顶端设置有加料口和垂直提升管，底部连接有粗粒物料收集桶，用于筛选并分离粗粒和细粒； [0015] 所述进风口，设置在旋流分选腔的底部，采用双入口结构，用于保证旋流分选腔内的流场轴向速度方向向上； [0016] 所述粗粒物料收集桶，连接在旋流分选腔底部，用于收集分离出的粗粒物料。 [0017] 进一步地，所述气固分离系统包括：升气管、入口、圆柱腔、圆锥腔和细粒物料收集桶，其中： [0018] 所述升气管，从圆柱腔顶部中心插入圆柱腔内部，用于将空气排出气固分离系统； [0019] 所述入口，设置在圆柱腔侧壁上，连接垂直提升管的出口，用于将旋转流化分选系统筛选出的细粒物料输入气固分离系统中； [0020] 所述圆柱腔，顶部设置有升气管，底部连接圆锥腔；所述圆锥腔底部连接细粒物料收集桶；所述细粒物料收集桶，用于收集气固分离系统分离出的细粒物料。 [0021] 进一步地，所述垂直提升管上还设置有一级测压孔，所述一级测压孔连接压力计； [0022] 所述旋流分选腔的高度为其直径的两倍以上；所述垂直提升管插入旋流分选腔部分的高度大于旋流分选腔整体高度的一半； [0023] 所述旋流分选腔底部通过法兰盘与粗粒物料收集桶连接。 [0024] 进一步地，所述垂直提升管输出口末端设置有过渡段，所述过渡段采用圆形到矩形的过度设计，实现旋转流化分选系统到气固分离系统的平稳连接。 [0025] 进一步地，所述进风口为蜗壳型，采用切向双入口结构，两个进风口之间呈180度旋转对称；进风口的两个入口分别连接变频风机，保证均匀进气； [0026] 所述变频风机连接流量计，实时测量变频风机输出的流量。 [0027] 进一步地，所述升气管侧壁上设置有二级测压孔，所述二级测压孔连接压力计； [0028] 所述圆锥腔通过法兰盘与细粒物料集料桶相连接。 [0029] 本发明还提供了一种火灾现场轻质物证快速分选装置的工作方法，具体步骤包括： [0030] S1、打开变频风机，气流通过进风口的双入口进入旋流分选腔，形成螺旋向上的流场； [0031] S2、将物料从加料口注入旋流分选腔，在流场的作用下，物料被甩至壁面旋转，在高速旋转的过程中，物料颗粒之间、颗粒与腔体壁之间发生不断的碰撞和研磨； [0032] S3、物料中硬度较小的烟灰在碰撞和研磨的作用下，粒径逐渐缩小，离心力逐渐减弱，达到标准后，沿垂直升气管被输送至气固分离系统； [0033] S4、细粒物料进入气固分离系统后，根据旋风分离器的原理，空气沿升气管排出系统，细粒物料被有效地分离出来； [0034] S5、分离完成后，关闭变频风机，粗粒物料被收集到粗粒物料收集桶中，细粒物料被收集到细粒物料收集桶中，收集到的细粒物料作为火灾现场的轻质物证进行进一步鉴定。 [0036] 所述主控模块，连接显示模块、手动调整模块和数据转化和存储模块，作为控制中心，用于控制火灾现场轻质物证快速分选装置及控制系统； [0037] 所述测量模块，连接压力计和流量计，用于测量一级测压孔和二级测压孔处的压力，以及变频风机输出的流量，并将数据传送至数据转化和储存模块； [0038] 所述数据转化模块和储存模块，连接测量模块，用于获取测量数据，并将数据进行处理后发送至主控模块； [0039] 所述显示模块，连接主控模块，用于显示主控模块收集到的处理数据； [0040] 所述电信号处理模块，连接变频风机，用于监控并获取变频风机在工作时的电信号变化，并将电信号输入到手动调整模块； [0041] 所述手动调整模块，连接电信号处理模块，当变频风机的电信号数据异常或不满足要求时，通过手动调整模块介入，调整变频风机的各项输出，并将数据传输至主控模块。 [0042] 较现有技术相比，本发明具有以下优点： [0043] 1、本发明所述的火灾现场轻质物证快速分选装置、方法及其控制系统，对旋转流化分选系统中的旋流分选腔内部流场进行了精准控制。采用双进风口结构，使分选腔内部流场呈现对称分布，增强了分选过程的稳定性；采用下侧进风的方式，使颗粒呈现流化状态，增加了颗粒碰撞概率和碰撞能量。 [0044] 2、本发明所述的火灾现场轻质物证快速分选装置、方法及其控制系统，在旋转流化分选系统中，物料在旋流分选腔内经历强烈的离心力场作用。粒度较粗的物料由于受到强烈的离心力的影响，被甩至腔体内壁并开始旋转。与此同时，粒度较细的物料由于离心力较弱，经由升气管输送至气固分离系统，旋转流化分选系统的设计实现了对粗粒和细粒物料的高效分选。在气固分离系统中，细粒物料沉积在细粒物料收集桶中，同时气体沿着升气管排出，气固分离系统的设计使极细物料能够在强烈的湍流场中与空气有效分离。整体而言，旋转流化分选系统和气固分离系统的组合的技术将细粒物料的分选和分离过程结合起来，实现了设备的连续高效操作。 [0045] 3、本发明所述的火灾现场轻质物证快速分选装置、方法及其控制系统，在旋转流化系统中，利用气流摩擦粉碎技术，对硬度较小的烟灰颗粒进行研磨，而对灰烬中硬度较大的砂砾几乎不产生影响，从而扩大两者的粒度差异，解决了烟灰和灰烬中的砂砾难以分离的问题。 [0046] 4、本发明所述的火灾现场轻质物证快速分选装置、方法及其控制系统，在旋转流化分选系统中，引入流化床技术，该技术通过使物料呈现流动状态，物料的均匀分散并使其受到气流的全面作用。引入流化床技术不仅能够有效增大分选中物料的处理量，使得物料能够进行大规模的分选操作，而且将其成功应用于工业领域，为实现高效、规模化的物料分选提供了先进而可行的解决方案。 [0048] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0049] 图1为本发明中的火灾现场轻质物证快速分选装置结构示意图。 [0050] 图2为本发明中的火灾现场轻质物证快速分选装置及其控制系统。 [0051] 图3为本发明中的旋转流化分选系统正视图。 [0052] 图4为图3中的A‑A剖面图。 [0053] 图5为图3中的B‑B剖面图。 [0054] 图6为本发明中的气固分离系统正视图。 [0055] 图7为图6中的A‑A剖面图。 [0056] 图8为图6中的B‑B剖面图。 [0057] 图9为本发明在不同频率下的压降和流量变化图。 [0058] 图10为本发明分选出的细粒产品和粗粒产品对比图。 [0059] 图11为本发明分选前后的物料激光粒度测试结果。 [0060] 图中：1、升气管；2、一级测压孔；3、二级测压孔；4、加料口；5、入口；6、垂直提升管；7、圆柱腔；8、旋流分选腔；9、圆锥腔；10、进风口；11、细粒物料收集桶；12、粗粒物料收集桶； 13、过渡段。 具体实施方式[0061] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。 [0062] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0063] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。 [0064] 除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。 [0065] 在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。 [0066] 为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。 [0068] 如图1所示，本发明提供了一种火灾现场轻质物证快速分选装置，包括：旋转流化分选系统和气固分离系统，所述旋转流化分选系统和气固分离系统通过管道连接，其中： [0069] 所述旋转流化分选系统，用于研磨烟灰颗粒，分离烟灰和砂砾； [0070] 所述气固分离系统，用于将微细粒在离心力场中进行气固分离。 [0071] 具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述旋转流化分选系统包括：加料口4、垂直提升管6、旋流分选腔8、进风口10和粗粒物料收集桶12，其中： [0072] 所述加料口4，设置在旋流分选腔8顶部，用于将火灾现场轻质物证加入到旋流分选腔8中； [0073] 在实施时，进料口4远离进风口10和垂直提升管6，以增加分选的距离，确保物料可以充分研磨，并同时保证进风口处流场的对称性。 [0074] 所述垂直提升管6，从旋流分选腔8顶部中心插入旋流分选腔8内部，用于将筛选出的细粒物料输送至气固分离系统； [0075] 所述旋流分选腔8，顶端设置有加料口4和垂直提升管6，底部连接有粗粒物料收集桶，用于筛选并分离粗粒和细粒； [0076] 所述进风口10，设置在旋流分选腔8的底部，采用双入口结构，用于保证旋流分选腔内的流场轴向速度方向向上； [0077] 所述粗粒物料收集桶12，连接在旋流分选腔8底部，用于收集分离出的粗粒物料。 [0078] 在实施时，所述旋流分选腔8与蜗壳型进风口10的双入口采用相切或螺旋线的方式相连；进风口10采用下吹风方式， [0079] 具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述气固分离系统包括：升气管1、入口5、圆柱腔7、圆锥腔9和细粒物料收集桶11，其中： [0080] 所述升气管1，从圆柱腔7顶部中心插入圆柱腔7内部，用于将空气排出气固分离系统； [0081] 所述入口5，设置在圆柱腔7侧壁上，连接垂直提升管6的出口，用于将旋转流化分选系统筛选出的细粒物料输入气固分离系统中； [0082] 所述圆柱腔7，顶部设置有升气管1，底部连接圆锥腔9；所述圆锥腔9底部连接细粒物料收集桶11；所述细粒物料收集桶11，用于收集气固分离系统分离出的细粒物料。 [0083] 具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述垂直提升管6上还设置有一级测压孔2，所述一级测压孔2连接压力计； [0084] 所述旋流分选腔8的高度为其直径的两倍以上；所述垂直提升管6插入旋流分选腔8部分的高度大于旋流分选腔8整体高度的一半；以保证物料充分流化和研磨。 [0085] 所述旋流分选腔8底部通过法兰盘与粗粒物料收集桶12连接。 [0086] 具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述垂直提升管6输出口末端设置有过渡段13，所述过渡段13采用圆形到矩形的过度设计，实现旋转流化分选系统到气固分离系统的平稳连接。 [0087] 具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述进风口10为蜗壳型，采用切向双入口结构，两个进风口之间呈180度旋转对称；进风口10的两个入口分别连接变频风机，保证均匀进气；以实现旋流分选腔8内部的流体流场对称分布，从而使其更加稳定。 [0088] 所述变频风机连接流量计，实时测量变频风机输出的流量。 [0089] 具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述升气管1侧壁上设置有二级测压孔3，所述二级测压孔3连接压力计； [0090] 所述圆锥腔9通过法兰盘与细粒物料集料桶11相连接。 [0091] 本发明还包括一种火灾现场轻质物证快速分选装置的工作方法，具体步骤包括： [0092] S1、打开变频风机，气流通过进风口10的双入口进入旋流分选腔8，形成螺旋向上的流场； [0093] S2、将物料从加料口4注入旋流分选腔8，在流场的作用下，物料被甩至壁面旋转，在高速旋转的过程中，物料颗粒之间、颗粒与腔体壁之间发生不断的碰撞和研磨； [0094] S3、物料中硬度较小的烟灰在碰撞和研磨的作用下，粒径逐渐缩小，离心力逐渐减弱，达到标准后，沿垂直升气管6被输送至气固分离系统； [0095] S4、细粒物料进入气固分离系统后，根据旋风分离器的原理，空气沿升气管排出系统，细粒物料被有效地分离出来； [0096] S5、分离完成后，关闭变频风机，粗粒物料被收集到粗粒物料收集桶12中，细粒物料被收集到细粒物料收集桶11中，收集到的细粒物料作为火灾现场的轻质物证进行进一步鉴定。 [0097] 本发明还包括一种火灾现场轻质物证快速分选装置的控制系统，包括：主控模块、显示模块、手动调整模块、数据转化和储存模块、电信号处理模块和测量模块，其中： [0098] 所述主控模块，连接显示模块、手动调整模块和数据转化和存储模块，作为控制中心，用于控制火灾现场轻质物证快速分选装置及控制系统； [0099] 所述测量模块，连接压力计和流量计，用于测量一级测压孔2和二级测压孔3处的压力，以及变频风机输出的流量，并将数据传送至数据转化和储存模块； [0100] 所述数据转化模块和储存模块，连接测量模块，用于获取测量数据，并将数据进行处理后发送至主控模块； [0101] 所述显示模块，连接主控模块，用于显示主控模块收集到的处理数据； [0102] 所述电信号处理模块，连接变频风机，用于监控并获取变频风机在工作时的电信号变化，并将电信号输入到手动调整模块； [0103] 所述手动调整模块，连接电信号处理模块，当变频风机的电信号数据异常或不满足要求时，通过手动调整模块介入，调整变频风机的各项输出，并将数据传输至主控模块。 [0104] 实施例 [0105] 如图1所示，本发明提供了一种火灾现场轻质物证快速分选装置，系统及其工作方法，在实施时，对组合系统在不同频率下的压降和流量进行了测量，压降和流量关系如图9所示，分选的微细粒产品和粗粒产品如图10所示，分选前后的物料进行激光粒度测试结果如图11所示。 [0106] 从实施例的实验结果来看，本发明能够有效地将粗粒物料和细粒物料分开，有利于火灾现场轻质物证的提取，也可以将本装置应用于工业领域。 [0107] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。 |
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