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    一種流化床中動態料位的檢測方法技術

    技術編號:13770145 閱讀:201 留言:0更新日期:2016-09-29 08:25
    本發明專利技術公開了一種流化床中動態料位的測量方法,包括1)使用感應式靜電傳感器陣列連續采集氣固流化床中的感應靜電壓信號;2)利用上下游相鄰電極檢測到的感應靜電壓信號計算顆粒相關速度,并得到相關速度的歸一化概率密度分布;3)對比不同軸向位置處電極檢測到的顆粒相關速度的歸一化概率密度分布特征,得到流化床的動態料位波動區間。本方法具有精度高、在線、非侵入式的特點,設備結構簡單,適用性廣。

    【技術實現步驟摘要】

    本專利技術屬于氣固兩相流測量
    ,具體涉及一種基于相關速度測量的氣固流化床動態料位的檢測方法。
    技術介紹
    氣固流化床的料位高度是流化床的基本參數之一。例如,在烯烴聚合流化床反應器中,料位高度直接影響著聚烯烴產品的質量和產量,及時、準確地檢測料位高度,不但能維持流化床流化質量的穩定,而且可確保流化床在最佳流化高度下進行操作,從而獲得高產量。同樣,在燃煤鼓泡流化床中,燃料在床中的高度決定了煤粉顆粒的燃燼度以及燃燒效率。目前,測量流化床料位的方法主要有壓降法、測溫法、電容法以及回波法等。壓降法基于這樣的原理,即通過床層任一截面的壓降大致等于在該截面上顆粒和流體的重量;床層中沿床高方向任意兩點間的壓差大致等于這兩點間床層靜壓頭,根據顆粒重量沿流化床軸向分布來確定料位高度。這種方法原理簡單、直觀,但是由于流化床的平均密度隨床高而變,因而測量值與實際值之間往往誤差較大。測溫法適用于有化學反應的流化床。當流化床內存在化學反應時,一般情況下床層溫度和自由空間溫度之間有一定的差別,若在沿床高方向安裝若干只測溫計,測出各點處的溫度,根據溫度分布來確定料位高度。但是由于在很多情況下,床層溫度和自由空間溫度之間沒有明顯的差別,因此很難準確地估計出實際床層高度。電容法通過測量插入流化床中的電容極板間的電容量來確定料位,這種方法由于測量元件需要插入流化床內,因而探頭的磨損腐蝕以及靜電等會直接影響測量精度。回波法是在床的頂部安裝一個信號發射器(如超聲波無線電波或γ射線等),然后測量被料面反射的回波信號,根據信號自發射到接收所經歷的時間,而計算出料位的高度。回波法雖然應用了先進的測試手段,但測量系統復雜,價格昂貴,測量精度還有待進一步提高。綜上所述,流化床料位高度的檢測方法雖有一些,但是各種測量方法作為實際應用都不夠令人滿意,特別像測溫法和電容法適用范圍有限。因此,開發一種精確的、非侵入式的流化床動態料位在線檢測方法,對于監測流化質量、提高流化床產量和產品質量具有重大的意義。
    技術實現思路
    一種流化床中動態料位的測量方法,其特征在于,所述方法包括以下步驟:1)使用感應式靜電傳感器陣列連續采集氣固流化床中的感應靜電壓信號;2)利用上下游相鄰電極檢測到感應靜電壓信號,結合互相關計算方法,得到顆粒運動經過上下游電極的相關速度: v c = L τ m ]]>其中vc為荷電顆粒運動的相關速度(m/s),L為上下游相鄰電極中心間的距離(m),τm為上下游感應靜電壓信號的渡越時間(s),由互相關計算方法得到;3)計算一段信號采集時間內得到的多個顆粒相關速度的歸一化概率密度分布,對比不同軸向位置處電極檢測到的顆粒相關速度的歸一化概率密度分布特征,得到流化床的動態料位波動區間:與相鄰的軸向位置較低的一組上下游電極相比,當一組電極測量得到的顆粒相關速度分布寬度不再變寬,概率密度峰值對應的相關速度不再增大時,說明該位置處于動態料位波動區底部;當顆粒相關速度分布同時體現出向上和向下運動的顆粒速度時,說明該位置處于動態料位波動區間內,且隨著床層軸向高度的增加,向下運動的顆粒相關速度概率密度增大;當顆粒相關速度分布主要集中于向下的顆粒運動,即相關速度主要為負值時,說明該位置處于動態料位波動區頂部,從而獲得了流化床動態料位波動區間。由此確定的動態料位波動區間底部和頂部位置對應的電極軸向高度的平均值,即為平均料位高度。所述的采集靜電信號的設備包括由感應電極陣列、靜電微信號放大電路、數據采集卡和計算機。所述的靜電感應電極可以為弧形或環形,電極寬度與流化床外徑的比例為1/50~1/15,電極厚度為1~4mm,電極弧度為30°~60°,同一軸向高度處周向電極的安裝個數為1~6個。所述的感應電極陣列中,相鄰電極中心之間的間距為10~50mm。所述的采集靜電信號所用的采樣頻率是0~20kHz。所述的采集靜電信號所用的采樣頻率不超過10kHz。所述的檢測方法同時具備在線、不侵入流化床、結果精確的優點,對于監測流化質量、提高流化床產量和產品質量具有重大的意義。附圖說明圖1為有機玻璃流化床冷模實驗裝置示意圖圖2為實施例1和3的弧形電極安裝位置示意圖圖3為實施例1的互相關函數示意圖圖4為實施例1的上下游靜電壓信號的互相關系數示意圖圖5為實施例1的顆粒群相關速度歸一化概率密度分布(H 205-230mm)圖6為實施例1的不同軸向高度處顆粒相關速度歸一化概率密度分布及其對應的流化區域圖7為實施例2的環形電極安裝位置示意圖圖8為實施例2的不同軸向高度處顆粒相關速度歸一化概率密度分布及其對應的流化區域圖9為實施例3的不同軸向高度處顆粒相關速度歸一化概率密度分布及其對應的流化區域具體實施方式實施例1采用有機玻璃流化床冷模實驗裝置進行實驗,裝置示意圖如圖1所示,由流化系統和檢測系統組成,1是計算機,2是數據采集卡,3是風機,4是干燥器,5是流量計,6是進氣閥。流化顆粒為LLDPE顆粒,顆粒的物性參數如表1所示,屬于Geldart B類顆粒,由傳統壓降法測量得到的起始流化速度(umf)為0.2m/s。流化氣體的相對濕度為8~15%,實驗在室溫下進行。在實驗涉及的表觀氣速(u)下,流化床始終處于鼓泡流化狀態。表2所示為該顆粒的料重及實驗氣速范圍。表1 LLDPE顆粒的部分物性參數表2 B類型流化顆粒料重及實驗氣速檢測系統由弧形感應電極、靜電微信號放大電路、數據采集卡(NI,USB-6212)和計算機構成。其中弧形感應電極為銅質弧形電極,緊密貼附并固定于流化床外壁面上,固定弧形電極的螺栓未伸入至流化床內,不與流化顆粒接觸。每個測量截面上均勻分布4個電極,弧形電極的安裝位置如圖2所示,每組電極中相鄰電極的間距(電極中心之間的距離)為25mm。電極由分布板上方沿床高依次編號為1-12,在下文中以S 1-2代表利用1號和2號電極上的靜電壓信號進行相關計算得到的相關速度,依此類推。流化過程中,顆粒不斷進入和離開弧形電極感應區域,電極表面的感應電荷不斷發生變化,從而在檢測回路中產生感應電流,使用靜電微信號放大電路對這一靜電信號的變化進行轉換、濾波和放大,得到感應靜電壓信號。采樣頻率選擇4000Hz,采樣時間為200s。進行實驗采集數據:1)使用干燥空氣將有機玻璃流化床吹掃10min,隨后加入1.5kg預先干燥過的LLDPE顆粒,靜床高為265mm。2)在一定的表觀氣速下將顆粒流化30min,以保證顆粒充分荷電,達到飽和。同時采集不同軸向高度和周向位置處弧形電極上的靜電壓信號,采樣時間為200s。3)切斷氣源,停止流化,卸料。數據處理:1)選取距離分布板205mm和230mm處的靜電壓信號分別記為x(t)和y(t),利用互相關函數公式對兩個信號的數據進行計算,得到互相關函數Rxy(τ),如圖3,公式如下: R x y ( τ ) = 1 T ∫ 本文檔來自技高網
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    【技術保護點】
    一種流化床中動態料位的測量方法,其特征在于,所述方法包括以下步驟:1)使用帶感應式靜電傳感器陣列的靜電信號采集設備連續采集氣固流化床中的感應靜電壓信號;2)利用上下游相鄰電極檢測到的感應靜電壓信號,結合互相關計算方法,得到顆粒運動經過上下游電極的相關速度:vc=Lτm]]>其中vc為荷電顆粒運動的相關速度(m/s),L為上下游相鄰電極中心間的距離(m),τm為上下游感應靜電壓信號的渡越時間(s),由互相關計算方法得到;3)計算一段信號采集時間內得到的多個顆粒相關速度的歸一化概率密度分布,對比不同軸向位置處電極檢測到的顆粒相關速度的歸一化概率密度分布特征,得到流化床的動態料位波動區間:與相鄰的軸向位置較低的一組上下游電極相比,當一組電極測量得到的顆粒相關速度分布范圍發生突變,由完全為正速度轉變為既有正速度,又有負速度時,則表明該測量位置位于動態料位的下方;當顆粒相關速度分布由同時存在向上和向下的運動速度,或只存在向下的運動速度,轉變為無法測量到有效的靜電信號時,說明該位置處于動態料位波動區頂部;從而獲得流化床動態料位波動區間,由此確定的動態料位波動區間底部和頂部位置對應的電極軸向高度的平均值,即為平均料位高度。...

    【技術特征摘要】
    1.一種流化床中動態料位的測量方法,其特征在于,所述方法包括以下步驟:1)使用帶感應式靜電傳感器陣列的靜電信號采集設備連續采集氣固流化床中的感應靜電壓信號;2)利用上下游相鄰電極檢測到的感應靜電壓信號,結合互相關計算方法,得到顆粒運動經過上下游電極的相關速度: v c = L τ m ]]>其中vc為荷電顆粒運動的相關速度(m/s),L為上下游相鄰電極中心間的距離(m),τm為上下游感應靜電壓信號的渡越時間(s),由互相關計算方法得到;3)計算一段信號采集時間內得到的多個顆粒相關速度的歸一化概率密度分布,對比不同軸向位置處電極檢測到的顆粒相關速度的歸一化概率密度分布特征,得到流化床的動態料位波動區間:與相鄰的軸向位置較低的一組上下游電極相比,當一組電極測量得到的顆粒相關速度分布范圍發生突變,由完全為正速度轉變為既有正速度,又有負速度時,則表明該測量位置位于動態料位的下方;當顆粒相關速度分布由同時存在向上和向下的運動速度,或只存在向下的運動速度,...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:黃正梁王靖岱張擎婁浙棟楊遙董克增葛世軼陽永榮蔣斌波廖祖維孫婧元陸飛鵬范小強王浩同
    申請(專利權)人:浙江大學
    類型:發明
    國別省市:浙江;33

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