CN109580716B - 基于静电检测的循环流化床提升段气固流型的识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于静电检测的循环流化床提升段气固流型的辨识方法。它包括同步采集提升段轴向多个位置的静电信号、处理获取的信号从而获得静电势信号在提升段内的轴向分布，并根据静电势轴向分布曲线判别提升段内气固流动的流型。判别的依据是快速流态化流型中存在能检测到正静电势的密相区域而气力输送流型没有。本发明所涉及的检测静电势轴向分布手段对流场无干扰、准确性好、在线实时检测、数据分析方便快捷，对准确获取循环流化床提升段的气固流型，分析流化床流动行为，从而指导循环流化床工业生产有着重大意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于静电检测的循环流化床提升段气固流型的识别方法。
背景技术
循环流化床反应器具有气固高通量，颗粒流动平稳，易于实现连续化和自动化的优点，广泛应用在能源、化工、生物、冶金、材料、环保等各个行业，在社会生产中发挥着举足轻重的作用。
两相流测量中，流型的准确识别是流动参数准确测量的基础。而且流型不仅直接影响着气固两相流的传质、传热特性，而且还影响着分相含率、固相流量等相关流动特征参数的准确检测。所以，对气固流型的准确识别对工业设备的设计和监测具有十分重要的意义。目前，关于气固两相流的流型识别分为主观法和客观法。主观法主要有目测法、高速摄像法等，此方法虽简单，但需要透明视窗，在工业过程中较难实现；此外主观因素的影响比较大，准确率不高。客观法则利用与流型相关的信号值，结合计算机等现代信息处理设备及技术提取并识别相关流型，包括电学法(静电法、电容法等)、压降法、光纤法等，以及功率谱密度分析、小波算法等信息处理技术。客观法从定量的角度对气固两相流流动分析，真实地反映出流型的动力学特征。压力脉动法(Bai et al.,1999；Tahmasebpour et al.,2013)需要用侵入式的探头，对流场有比较明显的影响；光纤法(Zhu et al.,2013)对流场内的颗粒密度有要求，在颗粒浓度较高的密相流化床中准确性较差，因此不适用与流型变化的循环流化床体系；电容法(Qiu et al.,2014)在大直径流化床中使用灵敏度较低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足提供一种基于静电检测的循环流化床提升段气固流型的识别方法。
基于静电检测的循环流化床提升段气固流型的识别方法包括以下步骤：
1)在循环流化床提升段沿竖直方向设置若干静电探头，将各个静电探头分别与静电模块相连，静电模块、采集卡和计算机顺次连成检测电路；
2)循环流化床稳定运行过程中，各静电探头每隔一定时间采集信号，计算各自检测到的信号的均值，与各静电探头的的轴向高度相对应，绘制静电信号分布曲线；
3)根据静电信号轴向分布曲线特征，判别提升段内气固流动的流型，其判据为：
提升段气固流动情况处于快速流态化流型时存在稀相和密相的两相分区，稀相区检测到的静电信号趋于正值，密相区检测到的静电信号趋于负值；
提升段气固流动情况处于气力输送流型时仅存在稀相区，整体检测到的静电信号均为正值。
所述的采集静电信号的设备包括由同轴电缆顺次连接的静电探头、静电微信号放大电路、数据采集卡和计算机。
因为静电信号是一种低频信号，采样频率范围一般为0.01～20kHz，所述的采集声信号所用的采样频率优选0.01-10kHz，更优选的是10-200Hz。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
a.基于静电信号的检测手段不需要将探头深入流化床内，基本不会干扰内部流场，获得的检测数据准确；
b.基于静电信号的检测手段无需测定特定操作条件附近的相关信号，直接由对应操作条件下静电信号的极性获知流型结果；
c.基于静电信号的检测手段抗环境干扰能力强，在多变及恶劣条件下都可以获得准确的检测结果；
d.基于静电信号的检测手段无需增加额外的设备负担，可以与现有工艺中的静电监测系统结合使用。
附图说明
图1是采用静电检测循环流化床提升段气固流型的装置结构示意图；
图2是7.42m/s气速条件下测得的提升段静电势信号轴向分布曲线；
图3是7.42m/s气速条件下测得的提升段空隙率轴向分布曲线；
图4是6.11m/s气速条件下测得的提升段静电势信号轴向分布曲线；
图5是6.11m/s气速条件下测得的提升段空隙率轴向分布曲线。
具体实施方法
基于静电检测的循环流化床提升段气固流型的识别方法包括以下步骤：
1)在循环流化床提升段沿垂直方向设置若干静电探头，将各个静电探头分别与静电模块相连，静电模块、采集卡和计算机顺次连成检测电路；
2)循环流化床稳定运行过程中，各静电探头每隔一定时间采集信号，计算各静电探头检测到的信号均值，与各静电探头的的轴向高度相对应，绘制静电信号分布曲线；
3)根据静电信号轴向分布曲线特征，判别提升段内气固流动的流型，其判据为：
提升段气固流动情况处于快速流态化流型时存在稀相和密相的两相分区，稀相区检测到的静电信号趋于正值，密相区检测到的静电信号趋于负值；
提升段气固流动情况处于气力输送流型时仅存在稀相区，整体检测到的静电信号均为正值。
所述的采集静电信号的设备包括由同轴电缆顺次连接的静电探头、静电微信号放大电路、数据采集卡和计算机。
因为静电信号是一种低频信号，采样频率范围一般为0.01～20kHz，所述的采集声信号所用的采样频率优选0.01-10kHz，更优选的是10-200Hz。
本发明中流型对于循环流化床来说即为快速流态化流型和气力输送流型，流型划分的本质是根据床内颗粒的受力和运动情况，其另一种表现为空隙率沿轴向高度的分布变化。在操作气速较低时，床内下部区域压降随高度的减小速率大于床内上部，空隙率沿轴向高度不断增大，为快速流态化流型；在操作气速较高时，床内压降随轴向高度的变化基本不变，空隙率沿轴向高度几乎不变，为气力输送流型。在快速流态化流型下，床内分为底部密相区和上部的稀相区，而气力输送流型下，轴向几乎整段为稀相区域；在不同空隙率区域，由于颗粒和静电探头的接触方式的不同，会导致检测到相反极性的静电信号。
根据静电信号轴向分布曲线特征，判别提升段内气固流动的流型，其判据为：
提升段气固流动情况处于快速流态化流型时存在稀相和密相的两相分区，稀相区检测到的静电信号趋于正值，密相区检测到的静电信号趋于负值；
提升段气固流动情况处于气力输送流型时仅存在稀相区，整体检测到的静电信号均为正值。
这是因为静电势信号在两个区域分别由不同的响应机制占主导，在稀相区颗粒浓度较小，经过探头的颗粒可以自由的碰撞探头，导致了接触荷电占主导，因此接触静电势信号趋于正值；而在浓相区中，这样的碰撞并不能自由的发生，更多的颗粒以拥挤的形式围绕在探头附近，甚至在发生粘壁的区域颗粒会停滞在某些位置，导致了电荷转移为主导，因此接触静电势趋于负值。
实施例1
实验装置见图1，主要设备包括：空气压缩机1，缓冲罐2，转子流量计3，采集卡4，计算机5，静电模块6，压力脉动7，多区反应器8，下降段蝶阀9，静电探头10，旋风分离器11，外部旋风分离器12。
实验中采用聚丙烯(PP)作为流化物料。下降段预填料2.5kg。在流化床壁面沿某一竖直方向等距设置静电探头13个，相邻两个之间间隔0.15m。调节流化气速至7.42m/s，平稳流化2小时后，连接信号采集线路。此时开始连续逐个采集各个位置的静电信号，采样频率为400Hz，同时压力脉动采集各个位置的压降信号，采样频率为400Hz。
对采集到的信号计算各位置检测到的信号均值，与检测点的轴向高度相对应，绘制静电信号分布曲线(见图2)和空隙率轴向分布曲线(见图3)。
从图2可以看出，整个提升段轴向位置测得的静电势均为正值；从图3可以看出，在该操作条件下对应的流型为气力输送流型。
实施例2
采用与实施例1相同的实验装置和测量方式，调节操作气速6.11m/s，同样测量不同位置的静电势信号和压力脉动信号，绘制轴向分布图。其结果分别见图4和图5。
从图4可以看出，整个提升段轴向位置测得的静电势在底部为负值、上部为正值；从图5可以看出，在该操作条件下对应的流型为快速流态化流型。
由实验结果可以发现，采用于静电检测的循环流化床提升段气固流型的辨识方法非常准确。
Claims (5)
1.一种基于静电检测的循环流化床提升段气固流型的辨识方法，其特征在于包括以下步骤：
1)在循环流化床提升段沿竖直方向设置若干静电探头，将各个静电探头分别与静电模块相连，静电模块、采集卡和计算机顺次连成检测电路；
2)循环流化床稳定运行过程中，各静电探头每隔一定时间采集信号，计算各自检测到的信号的均值，与各静电探头的轴向高度相对应，绘制静电信号轴向分布曲线；
3)根据静电信号轴向分布曲线特征，判别提升段内气固流型，其判据方法为：
提升段气固流动情况处于快速流态化流型时存在稀相和密相的两相分区，稀相区检测到的静电信号趋于正值，密相区检测到的静电信号趋于负值；
提升段气固流动情况处于气力输送流型时仅存在稀相区，整体检测到的静电信号均为正值。
2.如权利要求1所述的一种基于静电检测的循环流化床提升段气固流型的辨识方法，其特征在于，所述的静电探头、静电微信号放大电路、数据采集卡和计算机由同轴电缆顺次连接。
3.如权利要求1所述的一种基于静电检测的循环流化床提升段气固流型的辨识方法，其特征在于，所述的静电探头的安装个数为2～30个，相邻静电探头的间距为0.01～2m。
4.如权利要求1所述的一种基于静电检测的循环流化床提升段气固流型的辨识方法，其特征在于，所述的静电探头采集静电信号所用的采样频率是0～20kHz。
5.如权利要求3所述的一种基于静电检测的循环流化床提升段气固流型的辨识方法，其特征在于，所述的静电探头采集静电信号所用的采样频率不超过10kHz。
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| GR01 | Patent grant | ||
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