CN111337761B - 基于静电荷监测的混合脉冲流化床及静电荷在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于静电荷监测的混合脉冲流化床，它包括混合气流供气装置和流化床，其特点是：还包括静电荷监测部件，所述静电荷监测部件的静电荷感应组件置于流化床内，数据采集器一端与静电荷感应组件连接、另一端与计算机连接。其静电荷在线监测方法包括：静电荷感应组件实时收集流化床内的静电荷信号，并传输到第一和第二信号放大模块；第一和第二信号放大模块将静电荷信号放大后传输到数据采集器；数据采集器将静电荷信号传输到计算机；温湿度记录仪监测流化床内气体的温度和相对湿度；计算机按照设定的时间段分组降噪处理；获得不同工况下的功率谱密度函数图(PSDF)，探寻脉冲气流的加入对流化床内部流化特性的影响。

Description

基于静电荷监测的混合脉冲流化床及静电荷在线监测方法

技术领域

本发明属于流化领域，是一种基于静电荷监测的混合脉冲流化床及静电荷在线监测方法。

背景技术

脉冲流化床能处理易结团、粘性大、热敏性高等物质，并有效克服沟流、死区、局部过热等弊端，使气固均匀混合与接触，提高传热与传质效率。为增强流化的稳定性，在脉冲流化床中将稳定气流与脉冲气流混合也成为一种新型流化技术。但是在流化过程中，由于颗粒之间、颗粒与器壁之间的摩擦碰撞导致了静电荷的产生和积累，过量静电荷的累积可能会引起粘壁、结块等现象发生，甚至造成反应器的紧急停车，为安全稳定生产带来隐患。无论是揭示静电的产生机理，还是对其进行调控和消除，准确的静电检测手段必不可少。

流化床中常用的静电检测方法包括静电探头法和法拉第筒法，现有手段虽然对这两种方法进行了诸多的改进和完善，但仍然无法实现流化床中颗粒电荷量的在线、准确、无损检测。所以建立一种结构简单、非侵入式的颗粒电荷量在线测量方法，是静电检测领域尚待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的缺点，提供一种基于静电荷监测的混合脉冲流化床及静电荷在线监测方法，以增强流化床流化过程的稳定性。

本发明解决技术问题采用的方案之一是：一种基于静电荷监测的混合脉冲流化床，它包括混合气流供气装置和流化床，所述混合气流供气装置的进口与外界连通、出口与所述流化床的入口连通，其特征是：还包括静电荷监测部件，所述静电荷监测部件包括静电荷感应组件、数据采集器和计算机，所述静电荷感应组件置于流化床内，所述数据采集器一端与静电荷感应组件连接、另一端与计算机连接。

所述静电荷感应组件包括第一静电感应电极线圈和第二静电感应电极线圈，所述第一静电感应电极线圈和第二静电感应电极线圈由下至上置于流化床下部并固连，第一静电感应电极线圈和第二静电感应电极线圈的输出端均分别与数据采集器连接，从而将流化床内的静电荷信号传递到数据采集器。

在第一静电感应电极线圈与数据采集器之间设置第一信号放大模块，在第二静电感应电极线圈与数据采集器之间设置第二信号放大模块。

所述混合气流供气装置包括供气部件、稳定气流部件、脉冲气流部件和加热部件，所述供气部件为鼓风机，供气部件的出口同时与所述稳定气流部件和所述脉冲气流部件的入口连接，所述加热部件为空气加热器，加热部件的入口同时与稳定气流部件和脉冲气流部件的出口连接，所述加热部件的出口与流化床的入口连接。

所述稳定气流部件为第一管线，第一管线入口与供气部件出口通过流量计连接，第一管线出口与加热部件的入口连接，在第一管线上设置第一阀门。

所述脉冲气流部件包括第二管线、第二阀门、电磁阀和时间控制器，所述第二管线的入口与供气部件出口通过流量计连接，第二管线的出口与加热部件的入口连接，从第二管线的入口至出口依次设置所述电磁阀和所述第二阀门，所述时间控制器与电磁阀信号连接。

在所述混合气流供气装置与流化床入口之间还设置第三阀门。

在所述混合气流供气装置与第三阀门之间还设置温度控制部件，所述温度控制部件包括第三管线、温度采集器和第四阀门，所述第三管线入口位于稳定气流部件和脉冲气流部件的出口与第三阀门之间、出口排向外界，所述温度采集器为热电偶，温度采集器通过第三管线置于加热部件出口与第三阀门之间的管线内，在第三管线的出口设置第四阀门。

所述混合脉冲流化床上部设置温湿度记录仪。

所述鼓风机为罗茨鼓风机。

所述电磁阀为变频电磁阀。

所述流量计为涡街流量计。

所述第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门均为球形阀。

本发明解决技术问题采用的方案之二是：一种混合脉冲流化床的静电荷在线监测方法，其特征是：包括以下步骤：

1)安装在流化床的第一静电感应电极线圈和第二静电感应电极线圈实时感应、收集流化床内产生的静电荷信号，第一静电感应电极线圈将感应、收集的流化床内产生的静电荷信号传输到第一信号放大模块，第二静电感应电极线圈将感应、收集的流化床内产生的静电荷信号传输到第二信号放大模块；

2)第一信号放大模块和第二信号放大模块分别将接收到的静电荷信号放大若干倍后传输到数据采集器；

3)数据采集器将接收的静电荷信号传输到计算机，计算机接收静电荷信号并储存；

4)同时，流化床设置的温湿度记录仪在监测流化床内气体的温度和相对湿度的同时，将流化床内气体的温度和相对湿度数据传输到计算机；

5)计算机在处理接收到的静电荷信号时，根据流化床内气体的温度和相对湿度的变化趋势，将接收数据按照设定的时间段分组，以进行后续的数据处理分析；

6)计算机将按照设定时间段分区的接收数据进行小波阈值降噪预处理，降低静电信号的噪声；

7)计算机将按照设定时间段分组的降噪预处理数据从频域的角度出发，通过Matlab软件处理，运用傅里叶变化，把时域信号转化成频域信号，获得不同工况下的功率谱密度函数图(PSDF)，探寻脉冲气流的加入对流化床内部流化特性的影响。

本发明的有益效果是：其设置的静电荷监测部件，既能够实现流化床中颗粒电荷量的在线、准确、无损检测，还能够实时监测流化床内静电荷的产生和积累状态，避免过量静电荷的累积可能会引起的粘壁、结块等现象的发生，防止过量静电荷的累积造成的反应器的紧急停车，杜绝稳定生产存在的安全隐患。具有结构简单、实时在线、无损准确的优点。

附图说明

图1是本发明基于静电荷监测的混合脉冲流化床的结构示意图；

图2是混合脉冲气流原理图；

图3是本发明混合脉冲流化床的静电荷在线监测方法的流程图；

图4是电极位于不同位置的功率密度函数(PSDF)图；

图5是脉冲频率0.05Hz时0-5分钟功率密度函数(PSDF)图；

图6是不同脉冲气流流量功率密度函数(PSDF)曲线对比图。

图中：1鼓风机，2流量计，3电磁阀，4球形阀，5球形阀，6空气加热器，7球形阀，8球形阀，9温度采集器，10第一静电感应电极线圈，11第二静电感应电极线圈，12第一信号放大模块，13第二信号放大模块，14数据采集器，15计算机，16温湿度记录仪，17流化床，18变频调速器，19第一管线，20第二管线，21第三管线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1～2，实施例1，本实施例一种基于静电荷监测的混合脉冲流化床，它包括混合气流供气装置和流化床17，所述混合气流供气装置的进口与外界连通、出口与所述流化床17的入口连通，所述流化床17床体的宽度0.2m，厚度0.15m，高度0.8m，还包括静电荷监测部件，所述静电荷监测部件包括静电荷感应组件、数据采集器14和计算机15，所述静电荷感应组件置于流化床17内，所述数据采集器14一端与静电荷感应组件连接、另一端与计算机15连接。

所述静电荷感应组件包括第一静电感应电极线圈10和第二静电感应电极线圈11，所述第一静电感应电极线圈10和第二静电感应电极线圈11由下至上置于流化床17下部并固连，第一静电感应电极线圈10和第二静电感应电极线圈11的输出端均分别与数据采集器14连接，从而将流化床17内的静电荷信号传递到数据采集器14。

在第一静电感应电极线圈10与数据采集器14之间设置第一信号放大模块12，在第二静电感应电极线圈11与数据采集器14之间设置第二信号放大模块13。

所述混合气流供气装置包括供气部件、稳定气流部件、脉冲气流部件和加热部件，所述供气部件为鼓风机1，供气部件的出口同时与所述稳定气流部件和所述脉冲气流部件的入口连接，所述加热部件为空气加热器6，加热部件的入口同时与稳定气流部件和脉冲气流部件的出口连接，所述加热部件的出口与流化床17的入口连接。

所述稳定气流部件为第一管线19，第一管线19入口与供气部件出口通过流量计2连接，第一管线19出口与加热部件的入口连接，在第一管线19上设置第一阀门5。

所述脉冲气流部件包括第二管线20、第二阀门4、电磁阀3和变频调速器18，所述第二管线20的入口与供气部件出口通过流量计2连接，第二管线20的出口与加热部件的入口连接，从第二管线20的入口至出口依次设置所述电磁阀3和所述第二阀门4，所述变频调速器18与电磁阀3信号连接。

在所述混合气流供气装置与流化床17入口之间还设置第三阀门7。

在所述混合气流供气装置与第三阀门7之间还设置温度控制部件，所述温度控制部件包括第三管线21、温度采集器9和第三阀门8，所述第三管线21入口位于稳定气流部件和脉冲气流部件的出口与第三阀门7之间、出口排向外界，所述温度采集器9为热电偶，温度采集器9通过第三管线21置于加热部件出口与第三阀门7之间的管线内，在第三管线21的出口设置第三阀门8。

所述混合脉冲流化床17上部设置温湿度记录仪16。

所述鼓风机1为罗茨鼓风机。

所述电磁阀3为变频电磁阀。

所述流量计2为涡街流量计。

所述第一阀门5、第二阀门4、第三阀门7和第三阀门8均为球形阀。

本实施例采用现有技术制造，所述鼓风机1、电磁阀3、变频调速器18、空气加热器6、温度采集器9、第一阀门5、第二阀门4、第三阀门7、第三阀门8、流量计2、数据采集器14、计算机15和温湿度记录仪16均为现有技术的市售产品。

参见图1～6，实施例2，本实施例一种混合脉冲流化床的静电荷在线监测方法，在距离流化床17底层10-40cm的七个位置分别安装第一静电感应电极线圈10和第二静电感应电极线圈11，实验中静电荷信号由数据采集器14采集，采样频率为512Hz，采样数为153600，包括以下步骤：

1)安装在流化床17的第一静电感应电极线圈10和第二静电感应电极线圈11实时感应、收集流化床17内产生的静电荷信号，第一静电感应电极线圈10将感应、收集的流化床17内产生的静电荷信号传输到第一信号放大模块12，第二静电感应电极线圈11将感应、收集的流化床17内产生的静电荷信号传输到第二信号放大模块13；

2)第一信号放大模块12和第二信号放大模块13分别将接收到的静电荷信号放大若干倍后传输到数据采集器14；

3)数据采集器14将接收的静电荷信号传输到计算机15，计算机15接收静电荷信号并储存；

4)同时，流化床17设置的温湿度记录仪16在监测流化床17内气体的温度和相对湿度的同时，将流化床17内气体的温度和相对湿度数据传输到计算机15；

5)计算机15在处理接收到的静电荷信号时，根据流化床17内气体的温度和相对湿度的变化趋势，将接收数据按照设定的5分钟为一个时间段分组，以根据温、湿度的变化趋势，分析出流化过程中各个阶段的变化情况，从而方便后续研究和进行后续的数据处理分析；

6)计算机15将按照设定时间段分区的接收数据进行小波阈值降噪预处理，降低静电信号的噪声；

7)计算机15将按照设定时间段分组的降噪预处理数据从频域的角度出发，通过Matlab软件处理，运用傅里叶变化，把时域信号转化成频域信号，获得不同工况下的功率谱密度函数图(PSDF)，探寻脉冲气流的加入对流化床17内部流化特性的影响。

由图4可知，在80-240Hz内的主频率为130Hz，随着流化的进行，该处的主频没有出现变化，但是该处频率带宽略有增加。这是由于随着时间的增加，气泡的尺寸没有出现变化，因此呈现在PSDF上为静电信号的主频没有改变。然而随着流化程度的增加，气泡会进一步破裂，气泡尺寸分布更宽，由此出现后期的PSDF的峰值变宽的现象。

由图5可知，加入脉冲气流后，PSDF曲线中出现波动的频率增加。这说明了脉冲气流的加入会使得气泡尺寸变得更加多样。

由图6可知，当提高脉冲气流的进气量时，功率谱密度函数图上的主频出现的位置不会变化，但是主频的带宽会增加，脉冲气流的进气量越多主频的带宽越宽。当脉冲气流在进气占比增加时，气泡尺寸不会出现变化，气泡主要尺寸分布范围变宽。

本发明不局限于本具体实施方式，对于本领域技术人员来说，不经过创造性劳动的简单复制和改进均属于本发明权利要求所保护的范围。

Claims (5)

1.一种基于静电荷监测的混合脉冲流化床，它包括混合气流供气装置、流化床和静电荷监测部件，所述混合气流供气装置的进口与外界连通、出口与所述流化床的入口连通，其特征是：所述静电荷监测部件包括静电荷感应组件、数据采集器和计算机，所述静电荷感应组件置于流化床内，所述数据采集器一端与静电荷感应组件连接、另一端与计算机连接；

所述静电荷感应组件包括第一静电感应电极线圈和第二静电感应电极线圈，所述第一静电感应电极线圈和第二静电感应电极线圈由下至上置于流化床下部并固连，第一静电感应电极线圈的输出端通过第一信号放大模块与数据采集器连接，第二静电感应电极线圈的输出端通过第二信号放大模块与数据采集器连接，从而将流化床内的静电荷信号放大后传递到数据采集器；

所述混合气流供气装置包括供气部件、稳定气流部件、脉冲气流部件和加热部件，所述供气部件为鼓风机，供气部件的出口同时与所述稳定气流部件和所述脉冲气流部件的入口连接，所述加热部件为空气加热器，加热部件的入口同时与稳定气流部件和脉冲气流部件的出口连接，所述加热部件的出口与流化床的入口连接；

所述稳定气流部件为第一管线，第一管线入口与供气部件出口通过流量计连接，第一管线出口与加热部件的入口连接，在第一管线上设置第一阀门；

所述脉冲气流部件包括第二管线、第二阀门、电磁阀和变频调速器，所述第二管线的入口与供气部件出口通过流量计连接，第二管线的出口与加热部件的入口连接，从第二管线的入口至出口依次设置所述电磁阀和所述第二阀门，所述变频调速器与电磁阀信号连接。

2.如权利要求1所述的一种基于静电荷监测的混合脉冲流化床，其特征是：在所述混合气流供气装置与流化床入口之间还设置第三阀门。

3.如权利要求1所述的一种基于静电荷监测的混合脉冲流化床，其特征是：在所述混合气流供气装置与第三阀门之间还设置温度控制部件，所述温度控制部件包括第三管线、温度采集器和第四阀门，所述第三管线入口位于稳定气流部件和脉冲气流部件的出口与第三阀门之间、出口排向外界，所述温度采集器为热电偶，温度采集器通过第三管线置于加热部件出口与第三阀门之间的管线内，在第三管线的出口设置第四阀门。

4.如权利要求1所述的一种基于静电荷监测的混合脉冲流化床及静电荷在线监测方法，其特征是：所述混合脉冲流化床上部设置温湿度记录仪。

5.一种混合脉冲流化床的静电荷在线监测方法，其特征是：包括以下步骤：

1)安装在流化床的第一静电感应电极线圈和第二静电感应电极线圈实时感应、收集流化床内产生的静电荷信号，第一静电感应电极线圈将感应、收集的流化床内产生的静电荷信号传输到第一信号放大模块，第二静电感应电极线圈将感应、收集的流化床内产生的静电荷信号传输到第二信号放大模块；

2)第一信号放大模块和第二信号放大模块分别将接收到的静电荷信号放大若干倍后传输到数据采集器；

3)数据采集器将接收的静电荷信号传输到计算机，计算机接收静电荷信号并储存；

4)同时，流化床设置的温湿度记录仪在监测流化床内气体的温度和相对湿度的同时，将流化床内气体的温度和相对湿度数据传输到计算机；

5)计算机在处理接收到的静电荷信号时，根据流化床内气体的温度和相对湿度的变化趋势，将接收数据按照设定的时间段分组，以进行后续的数据处理分析；

6)计算机将按照设定时间段分区的接收数据进行小波阈值降噪预处理，降低静电信号的噪声；

7)计算机将按照设定时间段分组的降噪预处理数据从频域的角度出发，通过Matlab软件处理，运用傅里叶变化，把时域信号转化成频域信号，获得不同工况下的功率谱密度函数图(PSDF)，探寻脉冲气流的加入对流化床内部流化特性的影响。

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