[发明专利]一种气固流化床流化参数的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于气固两相流测量技术领域，具体涉及一种气固流化床流化参数的测量方法。

背景技术

气固流化床反应器操作的关键在于获得良好的流化状态，保持良好的混合，使得热量能够及时移出。以气相聚乙烯流化床反应器为例，频繁出现的结片会破坏流化状态、气体循环和产物从反应器中排出，严重时会导致反应器停车。气固流化床内颗粒、气体、器壁三者自身或者相互之间的作用导致颗粒产生带电现象。US4803251和US5391657指出催化剂和树脂颗粒在静电力的作用下附着于反应器壁是结片形成的主要原因。静电压的突然改变和紧随其后的反应器壁面温度波动是目前工业上判断结片生成的两种常用手段。通过加入抗静电剂和静电引发剂可以减少静电的积累量，降低静电压。工业装置中通常使用接触式的末端带半球的金属棒测量流化床反应器中的静电压，EP0604990和US6008662对这种内置型静电传感器进行了描述。也可以使用分布板上的包括分布板帽的静电传感器检测流化床反应器中的静电压，这种静电传感器也是内置型接触式，CN200380107561有详细介绍。但是，这种内置型接触式传感器上的电荷来源于传感器与颗粒接触时的转移电荷以及传感器对运动颗粒感应的感应电荷，主要用于定性反映流化床内的局部静电势的变化，不能用于颗粒速度、浓度、循环时间、颗粒聚团、结片等参数的定量检测。

在气力输送装置上采用的感应式静电传感器的检测元件为电动力学传感器，传感器上的电荷来源于对整个感应区域内带电颗粒的感应。电荷量及电荷极性受感应区域内颗粒的带电量、数目、速度、位置等直接影响，受颗粒的粒径、浓度、介电常数等间接影响。分析传感器信号可得丰富的颗粒信息。Gajewski等人（Journal of Electrostatics,1997,40(1):437-442）通过分析空间电荷密度和运动颗粒上的带电量，检测了气力输送管中的静电势。Carter等人用感应式静电传感器检测了输送管中颗粒的运动速度和粒度分布（Flow Measurement and Instrumentation,2005,16(5):309-314）。Xu等人（Chemical Engineering Science,2010,65(4):1334-1344）用感应式静电传感器检测气力输送过程中的颗粒流的质量流率，发现静电感应信号的基频会随颗粒运动速度的增加而增加。但是信号基频反映的是信号的周期性，气力输送过程中颗粒做单向运动，其信号周期性不强，存在信号的基频峰与其它峰难以分离的问题。

CN201010266282对两组感应式静电传感探针阵列的差分信号进行傅里叶变换，取尖峰频率作为特征参数，测得了循环流化床中的局部颗粒速度。目前，尚无使用感应式静电传感器检测流化床中颗粒浓度、粒径、循环时间、流化状态、结片/块等流化参数及其分布的报道。

发明内容

本发明的目的是为了克服气固流化床中现有内置型接触式静电传感器的不足，提供一种气固流化床流化参数的测量方法。

气固流化床流化参数的测量方法的步骤如下：

1)使用感应式静电传感器测量气固流化床中的静电信号，感应式静电传感器与监控系统相连，其中测量颗粒速度时需要至少2个感应式静电传感器，测量颗粒浓度、循环时间，结片/块，流化状态时需要至少1个感应式静电传感器；

2)采用硬件滤波器和数字滤波器对静电信号进行滤波，对静电信号进行时域参数统计分析，选取静电信号的平均值和方差作为特征参数；对静电信号进行傅里叶变换，定义幅值最大的峰为基频，选取基频峰的频率和幅值作为特征参数；对静电信号进行小波和小波包分解，取基频所在的小波或小波包尺度的能量和能量分率作为特征参数；对静电信号进行HHT变换，定义能量最大的模态为基本模态，取基态的频率、能量和能量分率作为特征参数；对静电信号进行相关分析，取相关系数作为特征参数；

3)通过改变流化气速、床重、测量位置、结片/块尺寸条件，测得不同条件下的静电信号，经滤波、分析、提取特征参数，把相关系数与颗粒速度、结片/块速度、结片/块出现时刻及大小相关联，把静电信号的平均值、基频的幅值和基本模态的能量与颗粒浓度和流化状态相关联，把静电信号基频的频率或基本模态的频率与颗粒循环时间和结片/块相关联，分别建立预测模型，其中

3.1）两个距离很近的静电传感器呈现出明显的正相关性或两个距离较远的静电传感器呈现出明显的负相关性，且相关系数的绝对值超过0.1时，说明有结片/块产生，相关系数的大小与结块速度和大小有关；