FI121557B - Arrangement and method for monitoring bed state of a fluidized bed reactor and fluidized bed reactor - Google Patents
Arrangement and method for monitoring bed state of a fluidized bed reactor and fluidized bed reactor Download PDFInfo
- Publication number
- FI121557B FI121557B FI20060745A FI20060745A FI121557B FI 121557 B FI121557 B FI 121557B FI 20060745 A FI20060745 A FI 20060745A FI 20060745 A FI20060745 A FI 20060745A FI 121557 B FI121557 B FI 121557B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- bed
- reactor
- fluidized bed
- waveguide
- monitoring
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
- F23C10/18—Details; Accessories
- F23C10/28—Control devices specially adapted for fluidised bed, combustion apparatus
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
- B01J8/1809—Controlling processes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/4454—Signal recognition, e.g. specific values or portions, signal events, signatures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/46—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by spectral analysis, e.g. Fourier analysis or wavelet analysis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00654—Controlling the process by measures relating to the particulate material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00654—Controlling the process by measures relating to the particulate material
- B01J2208/00681—Agglomeration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00654—Controlling the process by measures relating to the particulate material
- B01J2208/0069—Attrition
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00191—Control algorithm
- B01J2219/00193—Sensing a parameter
- B01J2219/00195—Sensing a parameter of the reaction system
- B01J2219/002—Sensing a parameter of the reaction system inside the reactor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00191—Control algorithm
- B01J2219/00211—Control algorithm comparing a sensed parameter with a pre-set value
- B01J2219/00218—Dynamically variable (in-line) parameter values
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00191—Control algorithm
- B01J2219/00222—Control algorithm taking actions
- B01J2219/00225—Control algorithm taking actions stopping the system or generating an alarm
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/024—Mixtures
- G01N2291/02416—Solids in liquids
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Description
JÄRJESTELY JA MENETELMÄ LEIJUPETIREAKTORIN PEDIN TILAN VALVONTAAN JA LEIJUPETIREAKTORIARRANGEMENT AND METHOD FOR MONITORING THE FLOORED BED REACTOR PED'S STATUS AND FLOATED BED REACTOR
Keksinnön kohteena on akustiseen emissioon perustuva leijupetireaktorin, erityisesti leiju-5 petikattilan, pedin tilaa ilmaiseva mittausjärjestely, jonka avulla leijupedin tilassa, erityisesti karkean partikkelin osuudessa, tapahtuvat muutokset voidaan havaita reaaliajassa.The present invention relates to an acoustic emission-measuring arrangement of a bed of a fluidized bed reactor, in particular a fluidized bed bed boiler, whereby changes in the fluidized bed state, in particular the particle size, can be detected in real time.
Leijupetireaktoreita käytetään laajasti eri tarkoituksiin, kuten polttoon, kaasutukseen, kemiallisiin ja metallurgisiin prosesseihin. Leijutus viittaa olotilaan, jossa hieno kiintoaine 10 saatetaan leijuvaksi kaasun tai nesteen avulla. Prosessista riippuen erilaisia kiinteitä peti-materiaaleja leijutetaan ja/tai kierrätetään järjestelmissä. Polttoprosesseissa leijupetikatti-lassa petimateriaalina käytetään tyypillisesti hiekkaa tai vastaavaa materiaalia. Leijupeti-kattilassa leijutus saadaan aikaan puhaltamalla ilmaa ilmanjakoarinalla olevan kiinteän petimateriaalin läpi. Leijukerros voi sisältää hiukkasmaista polttoainetta, kuten hiiltä, kok-15 siä, puuta, jätettä tai turvetta, sekä muita hiukkasmaisia aineita kuten hiekkaa, tuhkaa, rik-kiabsorbenttia, katalyyttiä tai metallioksideja. Polttoainetuhkan karkea fraktio, kivet jne. kerääntyvät petiin, mikä vaatii niiden poistoa. Polttoaineen alkaleja kerääntyy myös peti-materiaaliin, mikä johtaa aggregaattien muodostumiseen pedissä. Lopulta liian karkean aineksen esiintyminen saattaa johtaa koko leijuvan pedin romahtamiseen ja estää näin 20 koko prosessin toimimisen. Leijupetiprosessin toiminnan takaamiseksi pitää leijupetimate-riaalin partikkelikoko pysyä tietyissä rajoissa. Siksi on tärkeää seurata pedin tilaa jatkuvasti, muuttaa olosuhteita ja näin estää karkean materiaalin liiallinen muodostuminen ja kerääntyminen pedissä.Fluidized bed reactors are widely used for a variety of purposes such as combustion, gasification, chemical and metallurgical processes. Fluidization refers to the state in which fine solid 10 is fluidized by gas or liquid. Depending on the process, various solid bed materials are fluidized and / or recycled in the systems. In combustion processes in the fluidized bed boiler, the bed material is typically sand or the like. In a fluidized bed boiler, fluidization is achieved by blowing air through a solid bed material on the air distribution grate. The fluidized bed may contain particulate fuel such as carbon, coke, wood, waste or peat, as well as other particulate matter such as sand, ash, sulfur adsorbent, catalyst or metal oxides. The coarse fraction of fuel ash, stones, etc., build up in the bed, which requires their removal. Elements of fuel also accumulate in the bed material, which results in aggregate formation in the bed. Eventually, the presence of too coarse material may lead to the collapse of the entire floating bed and thus prevent the entire process from working. In order to guarantee the operation of the fluidized bed process, the particle size of the fluidized bed material must be kept within certain limits. Therefore, it is important to continuously monitor the bed condition, change conditions, and thus prevent excessive build-up and accumulation of coarse material in the bed.
25 WO-julkaisusta 2005/038420 tunnetaan menetelmä, jossa leijupedin karkean materiaalin sisältöä seurataan määrittämällä lämpötilat pedin ylä- ja alaosassa ja valvomalla näiden lämpötilojen eron muutosta. Nousu lämpötilaerossa on osoitus kasvavasta karkean materiaalin osuudesta. Samanaikaisesti on edullista ottaa pedistä näytteitä karkean materiaalin määrittämiseksi, varsinkin silloin kun lämpötilaero osoittaa karkean materiaalin pitoi-30 suuden ylittävän tietyn arvon.From WO 2005/038420 there is known a method for monitoring the content of fluidized bed bed material by determining the temperatures at the top and bottom of the bed and monitoring the change in the difference between these temperatures. The increase in temperature difference is an indication of the increasing proportion of coarse material. At the same time, it is advantageous to take samples from the bed to determine the coarse material, especially when the temperature difference indicates that the coarse material content is above a certain value.
EP-julkaisussa 1106984 määritetään agglomeraatteja reaktioastiassa, kuten olefiinipoly-meerileijupetireaktorissa, asentamalla tunnistinsauva, jonka venymän/ taipuman määrää mitataan, kun agglomeraatit törmäävät siihen. Sauva asennetaan 20-70 asteen kulmaan 35 kaasu- ja partikkelivirtaan nähden.EP 1106984 defines agglomerates in a reaction vessel, such as an olefin polymer fluidized bed reactor, by installing a detector rod whose extent of elongation / deflection is measured when the agglomerates collide with it. The rod is mounted at an angle of 20 to 70 degrees with respect to the flow of gas and particles.
22
Julkaisusta WO 00/43118 on tunnettu menetelmä, jossa leijupedin tilaa seurataan määrittämällä painetta leijupetisegmentin yli eri tasoilla pystysuunnassa.WO 00/43118 discloses a method in which the condition of a fluidized bed is monitored by determining the pressure across the fluidized bed segment at various levels in the vertical direction.
Edellä mainittujen menetelmien eräänä ongelmana lienee epätarkkuus, joka johtuu mm.One of the problems with the above methods is probably the inaccuracy due to e.g.
5 mittausanturiin kiinnittyvästä materiaalista, mikä haittaa oikean suureen mittaamista.5 material that attaches to the measuring sensor, which makes it difficult to measure the correct size.
US 5022266 esittelee menetelmän jossa mm. virtauksen jakautumisen tasaisuut-ta/epätasaisuutta leijupedissä voidaan seurata. Prosessiastian ulkoseinään kiinnitetyillä antureilla (tyypillisesti kiihtyvyysanturi tai paineanturi) mitataan seinän värähtelyä ja mää-10 ritetään tehospektri taajuuden funktiona. Mittaukset tehdään useassa pisteessä astian kehällä ja lisäksi kussakin pisteessä määritetään tehospektrin ala, joka sisältää resonans-sipiikin kussakin mittauskohdassa. Myöhemmin tehdään uusi mittaus ja verrataan sitä aikaisempaan. Perusmittaus tehdään heti prosessin käynnistyksen jälkeen kun tiedetään että virtauksen jakautuminen pedissä on tasaista. Tämä mittaus on epäsuora ja jaksottai-15 nen, eikä tuota tietoa siten jatkuvasti.US 5022266 discloses a method wherein e.g. flow uniformity / unevenness in the fluidized bed can be monitored. Sensors (typically an accelerometer or pressure sensor) attached to the outer wall of the process vessel measure wall vibration and determine the power spectrum as a function of frequency. Measurements are made at several points around the circumference of the vessel and, in addition, at each point the power spectrum area containing the resonance peak at each measuring point is determined. Later a new measurement is made and compared to the previous one. The basic measurement is made immediately after the start of the process when it is known that the flow in the bed is uniform. This measurement is indirect and intermittent and thus does not produce data continuously.
Esillä olevan keksinnön tarkoitus on aikaansaada entistä luotettavampi järjestely leijupeti-reaktorin, kuten leijupetikattilan, pedin tilan jatkuvatoimiseen valvontaan. Erityisesti tarkoituksena on määrittää ja seurata karkean materiaalin osuutta leijupedissä.The object of the present invention is to provide a more reliable arrangement for continuous monitoring of the bed state of a fluidized bed reactor, such as a fluidized bed boiler. In particular, the purpose is to determine and monitor the proportion of coarse material in the fluidized bed.
20 Näiden tarkoitusperien saavuttamiseksi esillä olevan keksinnön mukaiselle järjestelylle on ominaista että siihen kuuluu ainakin - anturi leijupedin partikkelien aiheuttaman akustisen emission mittaamiseksi, mikä anturi käsittää sauvamaisen aaltojohtimen, jonka toinen pää sijaitsee etäisyyden 25 päässä reaktorin sisässä ja toinen, reaktorin ulkopuolinen pää on varustettu piet- sosähköisellä anturiosalla muuttamaan vastaanotettu emissio sähköiseksi analogiseksi signaaliksi, jolloin reaktorin sisäpuoleinen aaltojohtimen osa käsittää eristä-mättömän osan emission vastaanottamiseksi sekä eristetyn osan; ja - välineet vastaanotetun signaalin käsittelemiseksi taajuusspektrin ja/tai verho- 30 käyrän määrittämiseksi tietyllä taajuusalueella leijupedissä tapahtuvien muutosten seuraamista varten.To accomplish these purposes, the arrangement of the present invention is characterized in that it comprises at least a sensor for measuring acoustic emission from fluidized bed particles, the sensor comprising a rod-like waveguide spaced at a distance 25 inside the reactor and a second end outside the reactor provided with piezoelectric a transducer portion for converting the received emission into an electrical analog signal, wherein the reactor internal waveguide portion comprises an uninsulated portion for receiving the emission and an isolated portion; and - means for processing the received signal to determine a frequency spectrum and / or a curve for monitoring changes in the fluidized bed within a certain frequency range.
Menetelmälle on ominaista että - vastaanotetaan jatkuvasti petipartikkelien törmäysten aiheuttamaa akustista emis- 35 siota reaktorin sisäosaan ulottuvalla anturilla, jonka anturin reaktorin sisäpuolinen 3 osa käsittää eristämättömän osan emission vastaanottamiseksi sekä eristetyn osan, - muutetaan vastaanotettu emissio digitaaliseksi signaaliksi, määritetään digitaalisesta signaalista reaaliajassa taajuusspektri ja/tai verhokäyrä 5 tietyllä, sovellutukseen sopivalla taajuusalueella ja verrataan sitä pedin normaaliti lan vastaavaan taajuusspektri in ja/tai verhokäyrään muutosten havaitsemiseksi pedin tilassa.The method is characterized by: - continuously receiving acoustic emission caused by collisions of bed particles with a sensor extending into the reactor interior, the internal reactor 3 part comprising an uninsulated part for receiving emission and an isolated part, - transforming the received emission into a digital signal; a curve 5 in a specific frequency range suitable for the application and comparing it with the corresponding frequency spectrum of the bed normal state and / or the envelope to detect changes in the bed state.
Keksintö kohdistuu myös leijupetireaktoriin, jossa käytetään ja sovelletaan keksinnön 10 mukaista järjestelyä ja menetelmää.The invention also relates to a fluidized bed reactor employing and applying the arrangement and method of the invention.
Keksintö perustuu siihen ajatukseen että leijupedin tilaa seurataan asentamalla reaktioas-tian seinän läpi petiin ulottuva tunnistinsauva (aaltojohdin), jolla vastaanotetaan partikkelien törmäyksistä tunnistinsauvan reaktorin sisäpuoliseen päähän aiheutuvaa akustista 15 emissiota eli korkeataajuusvärähtelyaaltoa. Sauva johtaa värähtelyaallot sauvaan liittyvään, reaktioastian ulkopuolisessa päässä oleva pietsosähköiseen anturiosaan, joka mittaa valittua taajuutta ja muuttaa sauvaan kohdistuvan korkeataajuisen energian suoraan sähköiseksi signaaliksi. Sähköinen signaali johdetaan analogisen suodattimen ja vahvistimen kautta A/D-muuntimelle, josta saatava digitaalinen signaali suodatetaan ja johde-20 taan tietojen käsittelyyn.The invention is based on the idea that the condition of the fluidized bed is monitored by installing a transducer transducer (waveguide) to receive the acoustic emission, or high-frequency oscillation wave, caused by particle collisions at the inner end of the transducer. The rod passes the oscillation waves to a piezoelectric transducer sensor associated with the rod, which measures the selected frequency and converts the high-frequency energy applied to the rod directly into an electrical signal. The electrical signal is passed through an analog filter and an amplifier to an A / D converter, from which the resulting digital signal is filtered and processed for data processing.
Suodatetusta digitaalisesta signaalista lasketaan reaaliajassa jatkuvaa Fourier (FFT)-muunnosta eli taajuusspektriä, joka näyttää hetkelliset, nopeat muutokset ja jota voidaan käyttää kriteerinä hetkellistä tilannetta arvioitaessa. Pitemmältä ajalta lasketaan keskiar-25 voistettua verhokäyrää, jolla voidaan seurata pedin luonnollista muutosta, hienontumista tai agglomeroitumista.From the filtered digital signal, a real-time Fourier (FFT) transform is calculated, which is a frequency spectrum that shows instantaneous, rapid changes and can be used as a criterion for estimating the instantaneous situation. Over a longer period, an averaged-curved envelope is calculated to monitor natural bed change, comminution, or agglomeration.
Alustavissa kokeissa määritettiin kolmen leijupedin taajuusspektrit, joilla pedeillä oli tunnetut erilaiset karkeudet. Spektreissä oli selvät erot etenkin tietyllä taajuuskaistalla. Kar-30 keimman pedin spektrissä oli voimakkaimmat piikit, kun taas hienoimman pedin spektri oli tasaisempi. Määrittämällä näiden spektrien keskiarvoistetut verhokäyrät nähdään että eri karkeuksisten petien verhokäyrien välillä on olennaiset erot. Tällä tavalla määrittämällä verhokäyrä sopivan pitkältä ajalta se kertoo luotettavasti leijupedin karkeuden muutoksista.In preliminary experiments, the frequency spectra of three fluidized beds with known different roughnesses were determined. There was a clear difference in the spectra, especially within a specific frequency band. The Kar-30 had the strongest peaks in the spectrum, while the spectrum in the finest bed had a smoother spectrum. Determining the averaged envelopes of these spectra shows that there are substantial differences between the envelopes of the different coarseness. By setting the envelope in this manner for a suitable period of time, it reliably indicates changes in the fluidity of the fluidized bed.
35 435 4
Keksinnön mukainen pedin valvontamenetelmä reagoi johdonmukaisesti pedin tilasta kertoviin ominaissuureisiin, joita ovat leijutusnopeus (partikkelien törmäysten energiataso), suspension tiheys (törmäyksiä/aikayksikössä, sekunti) ja leijuvan aineen karkeus (törmäysten energia). Epäsuorasti em. suureiden kautta mittaustuloksiin vaikuttavat myös mm.The bed monitoring method of the invention responds consistently to the characteristics of the bed state, such as fluidization rate (energy level of particle collisions), suspension density (collisions / unit of time, second) and fluidity of the fluid (collision energy). Indirectly through the above quantities, the measurement results are also influenced by e.g.
5 tunnistinsauvan sijainti, pituus, muoto sekä leijuvan materiaalin kovuus, raemuoto, pintarakenne.5 position, length, shape and hardness, grain shape, surface texture of the detector rod.
Keksinnön mukainen järjestely käsittää edullisesti seuraavat elementit: 10 Aaltojohdin (tunnistinsauva) - pietsoelektrinen anturi - suodatin - vahvistin - A/D muunnin - digitaalinen suodatus - FFT muunnos - tietojen käsittely - käyttöliittymä.The arrangement according to the invention preferably comprises the following elements: 10 waveguide (detector bar) - piezoelectric sensor - filter - amplifier - A / D converter - digital filtering - FFT conversion - data processing - user interface.
Keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa kuvio 1 esittää aaltojohdinsauvan erästä edullista rakennetta, 15 kuvio 2 esittää erästä leijupedin tyypillistä taajuusspektriä (intensiteetti/taajuus) sekä vastaavia verhokäyriä, ja kuvio 3 esittää erään karkean ja hienon leijupedin verhokäyrät.The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a preferred structure of a waveguide rod, Fig. 2 shows a typical frequency spectrum (intensity / frequency) and corresponding curves of a fluidized bed, and Fig. 3 shows a coarse and fine fluidized bed.
Aaltojohtimen rakenne on kuvattu kuvassa 1. Pitkänomainen, sauvamainen aaltojohdin 2, 20 jolla on pituus L1, on asennettu reaktorin, kuten leijupetikattilan, seinän 4 läpi ulottumaan kattilassa olevaan petiin. Sauvamateriaalin on oltava lämpöä ja kulutusta kestävää. Osa aaltojohdinsauvasta on reaktorissa varustettu eristyksellä 3, jonka tarkoituksena on estää akustisen emission synty tällä kohtaa sauvaa. Mittauskohteen (kunkin pedin) mukaan optimoidaan eristämättömän osan pituus L2, joka vaikuttaa ’’otantamatkaan” eli miten pitkällä 25 matkaa sauvaa voi tapahtua partikkelien törmäyksiä sauvaan. Toisaalta eristämättömän osan leveys ja pituus määrittää otantapinta-alan eli kuinka monta törmäystä tapahtuu ai-kayksikkö/m2. Sauvan dimensiot määrittävät siten mittauksen spesifisyyden.The structure of the waveguide is illustrated in Figure 1. An elongated rod-shaped waveguide 2 having a length L1 is mounted through a wall 4 of a reactor, such as a fluidized bed boiler, into a bed in the boiler. The rod material must be heat and abrasion resistant. Part of the waveguide rod is provided with an insulator 3 in the reactor to prevent acoustic emission at this point of the rod. The length (L2) of the uninsulated part, which influences the "sampling distance", that is, how far the rod is able to collide with the particle, is optimized according to the target (each bed). On the other hand, the width and length of the uninsulated part determine the sampling area, that is, the number of collisions per unit area / m2. The dimensions of the rod thus determine the specificity of the measurement.
Sauvan muoto (poikkileikkauksen muoto; massiivinen/ontto) vaikuttaa virtausvastukseen 30 ja partikkelien törmäyskulmaan. Aaltojohdinsauva ei saa olla muodoltaan sellainen, että se vastustaa haitallisessa määrin virtausta paikallisesti ja näin häiritsisi pedin toimintaa. Liiallinen vastus lisää myös petiaineksen tarttumista sauvaan. Kaiken kaikkiaan ylimääräisen aineksen tarttuminen aaltojohdinsauvaan tulee estää mahdollisimman hyvin, koska ylimääräinen aines passivoi aaltojohtimen, siinä olevan mittausalueen pinta-ala muuttuu ja 35 lopuksi aaltojohdin ei pysty mittaamaan, jos se on kokonaan kuorrutettu. Aaltojohtimen muoto vaikuttaa myös sen ja partikkelin väliseen törmäyskulmaan. Muoto on sellainen että 5 partikkelin törmäyskulma aaltojohdinsauvan pintaan nähden tulee olla yli 0 astetta, edullisesti 45-90 astetta, edullisimmin lähellä 90 astetta eli noin 90 astetta, koska kohtisuora törmäys aaltojohtimeen tuottaa parhaan energiatason signaalille. Aaltojohtimen sijainti pedin virtaukseen nähden kolmiulotteisesti ajatellen tulee olla myös sellainen että partik-5 kelin törmäyskulma on edullisesti 45-90 astetta, edullisimmin noin 90 astetta. Kulmassa 90 astetta virtaukseen nähden saadaan ’’puhdas törmäys”.The shape of the rod (cross-sectional shape; massive / hollow) affects the flow resistance 30 and the angle of impact of the particles. The waveguide rod must not be shaped in such a way that it adversely affects the flow locally and thereby interferes with the operation of the bed. Excessive resistance also increases adhesion of the moth material to the rod. All in all, excess material should be prevented from sticking to the waveguide rod as much as possible because the excess material will passivate the waveguide, change the area of measurement, and finally the waveguide will not be able to measure if completely covered. The shape of the waveguide also influences the angle of collision between it and the particle. The shape is such that the 5 particle collision angle to the surface of the waveguide rod should be greater than 0 degrees, preferably 45 to 90 degrees, most preferably close to 90 degrees, or about 90 degrees, since the perpendicular impact on the waveguide provides the best energy level. The waveguide position relative to the bed flow should also be such that the collision angle of the particle 5 is preferably 45 to 90 degrees, most preferably about 90 degrees. At an angle of 90 degrees to the flow, a "" pure collision "is obtained.
Eristetyn osan pituuden L3 määrittää mm. se missä kohtaa petiä on mittauskohta eli kuinka syvälle reaktoriin sauvan on ulotuttava halutun mittauskohdan (eristämättömän osan 10 sijainti ja pituus) saavuttamiseksi.The length L3 of the insulated part is determined by e.g. where the bed is the measuring point, that is, how deep into the reactor the rod must reach to reach the desired measuring point (location and length of uninsulated section 10).
Aaltojohdinsauva on myös eristettävä reaktorin rungosta niin, ettei sitä kautta tule mittaukseen häiriöitä. Läpiviennin kohdalla reaktorin seinässä sauvaa suojataan läpimenoholkilla 5 ja värähtelyeristyksellä 6, jolla eliminoidaan reaktorin rungon värähtelyjen aiheuttama 15 häiriö pedin seurantaan. Läpiviennissä on myös huomioitu riittävä tuenta ja reaktorin sisäosan ja ympäristön välisen paine-eron kesto. Näin asennettu sauva on myös helppo tarkistaa ja tarvittaessa vaihtaa.The waveguide rod must also be insulated from the reactor core so as not to interfere with the measurement. At the pass-through, the rod in the reactor wall is protected by a pass-through sleeve 5 and a vibration isolation 6, which eliminates the interference of the reactor body vibrations with the bed monitoring. Adequate support and the duration of the pressure difference between the reactor core and the environment are also taken into account. The rod thus installed is also easy to check and replace if necessary.
Pietsosähköistä anturia 7 ei ole asennettu reaktorin sisäpuolelle eikä edullisesti kiinnitetty 20 suoraan reaktorin seinään, vaan etäisyyden päähän siitä. Tämä mahdollistaa tämän anturin asentamisen lämpöeristeen ulkopuolelle, helpottaa huolto- ja kalibrointitöitä sekä estää anturin ylikuumenemisen.The piezoelectric sensor 7 is not mounted inside the reactor and is preferably not mounted directly on the wall of the reactor but at a distance from it. This allows this sensor to be installed outside the thermal insulation, facilitates maintenance and calibration work, and prevents the sensor from overheating.
Analogisessa suodattimessa ylipäästö, alipäästö tai kaistanpäästö tehdään tarpeen mu-25 kaan. Siinä valitaan sovelluksen mukaan parhaiten korreloiva taajuusalue ja mahdolliset häiriötaajuudet suodatetaan pois. Suodatuksen jälkeen signaali johdetaan analogisen vahvistimen läpi ja signaali vahvistetaan sovelluksen vaatimalla voimakkuudella. Tämän jälkeen signaali muutetaan digitaaliseksi A/D muuntimessa, jolloin sen käsittely helpottuu.In an analog filter, high pass, low pass, or band pass are made as needed. It selects the best correlating frequency range according to the application and filters out any interfering frequencies. After filtering, the signal is passed through an analog amplifier and amplified at the intensity required by the application. The signal is then converted to digital in the A / D converter for ease of processing.
30 Muunnettu signaali suodatetaan digitaalisesti sovellukseen valitulla optimaalisella tavalla siten että saadaan korostettua yhtä tai useampaa valittua taajuuskaistaa ja tuloksena on järjestelmä pedin karkeuden optimaaliseen seurantaan. Taajuusalue valitaan siten että se tuo parhaiten esiin ko. prosessin leijupedin tilassa tapahtuvat muutokset. Kullekin prosessille voidaan alustavin kokein määrittää optimaalinen taajuusalue eli missä alueella pro-35 sessimuutokset, etenkin muutokset pedin karkeudessa, näkyvät selvimmin.The converted signal is digitally filtered in an optimum manner selected for the application so that one or more selected frequency bands are highlighted and the result is a system for optimal tracking of bed roughness. The frequency range is selected so as to best represent the frequency range in question. changes in the fluidized bed state of the process. Preliminary experiments can determine the optimal frequency range for each process, i.e., in which region the changes in the pro-35 process, especially the changes in bed roughness, are most evident.
66
Tyypillisesti leijupetireaktoriin asennetaan useita tunnistinmittasauva-aaltojohtimia prosessin kannalta optimaalisiin paikkoihin. Näin voidaan seurata pedin tilaa korkeus- ja leveys-suunnassa eri kohdissa petiä. Aaltojohtimen sijainti valitaan siten, että se on virtausten kannalta edellä kuvatulla tavalla optimaalisella alueella, jolloin myös tarttumisen riski mi-5 nimoituu.Typically, a plurality of sensor gauge waveguides are installed in the fluidized bed reactor at process-optimal locations. In this way, the bed can be monitored in height and width at different points in the bed. The location of the waveguide is selected so that it is in the optimum range for currents as described above, whereby the risk of adhesion is also minimized.
Kunkin mittapisteen anturilta saatu tieto johdetaan suodatettuna digitaalisena signaalina. Käsitelty signaali tulostetaan käyttöliittymään valitun tavan mukaan, esim. jatkuvana taajuus spektrinäyttönä, pitkän ajan verhokäyränä tai pelkästään tulostamalla esiasetettujen 10 hälytysrajojen ylityksiä.The information from the sensor at each measuring point is derived as a filtered digital signal. The processed signal is output to the user interface in the manner selected, e.g., as a continuous frequency spectral display, as a long-term envelope, or simply by printing over the preset alarm thresholds 10.
Kuviossa 2 on esitetty tyypillinen taajuusspektri sekä vastaava verhokäyrä kolmelle tunnetun karkeuden omaavalle leijupedille. Karkeimmalla pedillä on voimakkain spektri ja verhokäyrä.Figure 2 shows a typical frequency spectrum as well as a corresponding envelope for three fluidized beds of known roughness. The coarsest bed has the strongest spectrum and envelope.
1515
Kuviossa 3 on esitetty karkean ja hienon pedin verhokäyrät, kun mittauksen on tehty kahdella tasolla pedissä. Karkean pedin taajuuden intensiteetti on voimakkaampi kuin hienon pedin. Intensiteeteissä on huomattava, olennainen ero. Hienomman pedin intensiteetti on keskimäärin puolet karkean pedin intensiteetistä. Siten jatkuvan pedin tilan seurannan ai-20 kana hienommassa pedissä intensiteetin nousu osoittaa partikkelien koon eli karkeuden kasvusta. Kun intensiteetin arvo ylittää kullekin sovellutukselle määritellyn tietyn kynnysarvon, olosuhteita leijupetireaktorissa muutetaan. Kuhunkin sovellutukseen pedin jatkuvaan valvontaan valitaan sopivimmin taajuusalue, jolla intensiteetti ja ero on suurin.Figure 3 shows the envelopes of the coarse and fine beds when measuring at two levels in the bed. The intensity of the coarse bed is stronger than that of the fine bed. There is a significant, essential difference in intensity. The intensity of a finer bed is on average half that of a coarse bed. Thus, the continuous monitoring of bed state in ai-20 chicken in a finer bed indicates an increase in intensity indicating an increase in particle size, i.e. coarseness. When the intensity value exceeds a certain threshold value defined for each application, the conditions in the fluidized bed reactor are changed. For each application, the frequency range with the highest intensity and difference is preferably selected for continuous bed monitoring.
25 Keksinnön menetelmässä taajuusspektri ja verhokäyrät ovat varsinaiset työkalut pedin karkeuden analysointiin. Sopivan pitkältä ajalta määritetty verhokäyrä kertoo luotettavasti ja selkeästi pedin karkeuden muutoksesta. Testeissä on havaittu mittaamalla partikkelien törmäysten aiheuttamaa akustista emissiota, että sillä on suora, selvä korrelaatio pedin olosuhteisiin: 30 - Korrelaatio pedin leijutusnopeuteen - Korrelaatio pedin kokoon - Korrelaatio pedin karkeuteen ja sen muutokseen - Korrelaatio aaltojohtimen paikka / pedin eri virtausvyöhykkeet.In the method of the invention, the frequency spectrum and envelope curves are the actual tools for analyzing bed roughness. The curve, which is determined for a sufficiently long time, reliably and clearly indicates the change in the roughness of the bed. In tests, it has been found by measuring the acoustic emission from particle collisions that it has a direct, clear correlation to bed conditions: 30 - Correlation to bed fluidization rate - Correlation to bed size - Correlation to bed roughness and change - Correlation of waveguide band / bed current.
35 Esillä olevalla keksinnössä saavutetaan seuraavia etuja: 7 - akustista emissio(AE)mittausta hyödyntäen voidaan valvoa leijupedin tilaa ja tilan muutoksia; -järjestelmä voidaan opettaa tunnistamaan normaalitilanne ja hälyttämään poikkeavista muutoksista pedissä; 5 - yhdistämällä AE-tietoon muu normaali prosessitieto vältetään turhat hälytyk set ajotilanteen normaalien muutosten yhteydessä.The present invention achieves the following advantages: 7 - Acoustic emission (AE) measurement can be used to monitor the state and changes in the state of the fluidized bed; the system can be trained to recognize normal situations and alert for abnormal changes in the bed; 5 - Combining other normal process data with AE data avoids unnecessary alarms during normal changes to the driving situation.
Keksintö ei ole rajoitettu esimerkkeinä esitettyihin suoritusmuotoihin vaan sitä voidaan muunnella ja soveltaa patenttivaatimuksien määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteis-10 sa.The invention is not limited to the exemplary embodiments, but can be modified and applied within the scope of the inventive idea as defined in the claims.
Claims (8)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20060745A FI121557B (en) | 2006-08-21 | 2006-08-21 | Arrangement and method for monitoring bed state of a fluidized bed reactor and fluidized bed reactor |
PCT/FI2007/000205 WO2008028991A1 (en) | 2006-08-21 | 2007-08-20 | An arrangement and method for monitoring the condition of a bed of a fluidized bed reactor |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20060745 | 2006-08-21 | ||
FI20060745A FI121557B (en) | 2006-08-21 | 2006-08-21 | Arrangement and method for monitoring bed state of a fluidized bed reactor and fluidized bed reactor |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI20060745A0 FI20060745A0 (en) | 2006-08-21 |
FI20060745A FI20060745A (en) | 2008-02-22 |
FI121557B true FI121557B (en) | 2010-12-31 |
Family
ID=36950646
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI20060745A FI121557B (en) | 2006-08-21 | 2006-08-21 | Arrangement and method for monitoring bed state of a fluidized bed reactor and fluidized bed reactor |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI121557B (en) |
WO (1) | WO2008028991A1 (en) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007057348A1 (en) * | 2007-11-28 | 2009-06-04 | Uhde Gmbh | Method for filling a furnace chamber of a coke oven battery |
DK201170370A (en) * | 2011-07-07 | 2012-07-12 | Gea Pharma Systems Ltd | Method and system for controlling process parameters in a pharmaceutical product processing system |
CN104296370A (en) * | 2014-10-22 | 2015-01-21 | 张土山 | Monolayer water heating boiler |
US10012616B2 (en) | 2015-11-06 | 2018-07-03 | Andritz Inc. | Acoustic emission system and method for predicting explosions in dissolving tank |
JP6592396B2 (en) * | 2016-04-22 | 2019-10-16 | 大豊工業株式会社 | Detection device, bearing test device, and vehicle |
CN111693411A (en) * | 2020-07-24 | 2020-09-22 | 中国石油化工股份有限公司 | Method and device for state detection and fault diagnosis of radial reactor of moving bed |
CN112284985B (en) * | 2020-10-12 | 2022-03-22 | 浙江大学 | Acoustic emission measurement method for particle parameters in gas-solid system |
CN112924555A (en) * | 2021-01-20 | 2021-06-08 | 中国石油化工股份有限公司 | Method and device for detecting state and fault diagnosis of moving bed radial reactor by using acoustic emission |
CN115703054B (en) * | 2021-08-06 | 2023-09-08 | 中国石油化工股份有限公司 | Inside sound wave conduction device of reactor and reactor using same |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA1027229A (en) * | 1975-08-15 | 1978-02-28 | Marcel F. Leach | Determination of particle size |
JP3056939B2 (en) * | 1994-03-09 | 2000-06-26 | ホソカワミクロン株式会社 | Granulation control method and apparatus using fluidized bed |
US5681986A (en) * | 1996-05-07 | 1997-10-28 | Auburn International, Inc. | Acoustic sensing |
US7114392B2 (en) * | 2001-03-08 | 2006-10-03 | Novozymes A/S | Method of analyzing granular composition by acoustic emission |
US7947797B2 (en) * | 2005-09-14 | 2011-05-24 | Univation Technologies, Llc | Method for operating a gas-phase reactor at or near maximum production rates while controlling polymer stickiness |
-
2006
- 2006-08-21 FI FI20060745A patent/FI121557B/en active
-
2007
- 2007-08-20 WO PCT/FI2007/000205 patent/WO2008028991A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2008028991A1 (en) | 2008-03-13 |
FI20060745A0 (en) | 2006-08-21 |
FI20060745A (en) | 2008-02-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI121557B (en) | Arrangement and method for monitoring bed state of a fluidized bed reactor and fluidized bed reactor | |
US11913857B2 (en) | Method and apparatus for acoustically detecting fluid leaks | |
KR101176735B1 (en) | Electric arc furnace, method for controlling the same, and method for determining a foam slag height of an electric arc furnace | |
US9791416B2 (en) | Furnace structural integrity monitoring systems and methods | |
CA2010453C (en) | Passive acoustics process to monitor fluidized bed flow | |
WO2000051762A1 (en) | Method and device for predication and control of molten steel flow pattern in continuous casting | |
JP3159694B2 (en) | Method of detecting and measuring changes in reactor wall thickness using wall vibration | |
JPH0743255B2 (en) | Non-invasive passive acoustic detection and measurement of changes in furnace wall thickness | |
US20140151274A1 (en) | Hydrocyclone With Wear Detector | |
US20040037752A1 (en) | Apparatus and process for locating and for measuring variations in temperature and/or in degree of fouling over the internal surface of equipment | |
JP2024073506A (en) | System and method for estimating both thickness and wear state of refractory material of metallurgical furnace | |
KR101612902B1 (en) | Apparatus and method of measuring sound signal for monitoring slag form | |
JP2004271446A (en) | Method and instrument for measuring coal charge level in coke oven | |
US7062971B2 (en) | Monitoring thermal barrier coating deterioration via acoustic response to gas flow, pressure and impact | |
WO1997030335A3 (en) | Method for the in situ characterization of primary particles and particle aggregates | |
CA3087825C (en) | Gas purging plug, gas purging system, method for characterization of a gas purging plug and method for purging a metal melt. | |
JP2005147847A (en) | Method and instrument for measuring ash level in ash fusion furnace hopper | |
US6261513B1 (en) | Device for directly monitoring the charging process on the inside of a shaft furnace | |
CA2103782A1 (en) | Aerodynamic instrumentation probe | |
RU2408868C2 (en) | Method of detecting solid fraction inclusions in gas stream | |
JP2005121568A (en) | Method of sensing layer height level of waste gasified melting furnace | |
Pyszko et al. | Monitoring of solidification in the continuous casting mold by temperature sensors | |
JP2001158882A (en) | Microwave level water, device for and method of measuring level of coke in coke dry-quenching facility, and method for operating coke dry-quenching facility | |
CN118858028A (en) | Device and method for measuring firmness coefficient of coal with impact force measurement monitoring function | |
JPS61153221A (en) | Method and device for detecting fluidization of charge |