[发明专利]一种气固流化床非球形颗粒混合的测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气固流化床颗粒混合的测量方法和装置，属于气固流化床技术领域。

背景技术

传递现象是自然界和工程技术中普遍存在的现象。气固流化床的传递现象包括颗粒混合、气体混合、颗粒扬析、传热、传热等等。其中，颗粒混合就是实现不同组分之间尽可能相互混合的一个复杂操作过程。气固流化床颗粒的混合是反映固体颗粒在床内运动及传递(质量、能量和动量交换)的重要流动行为。

目前，国内外研究者发展了诸如盐颗粒、热颗粒、磷光颗粒、染色颗粒、磁性颗粒以及放射性颗粒等众多的颗粒混合测量方法。在这些方法中，盐示踪颗粒方法是较早也是较为广泛地在流化床中使用的，它通过测定一定量取出颗粒溶解于水后的溶液的电导率来分析示踪颗粒的浓度，因此该方法的优点是测量直接、迅速、成本低，但存在示踪颗粒在床内的积累及颗粒注入时对床内流场有一定的干扰等缺点。热颗粒示踪方法也是较常用的一种测量混合行为的方法，该方法不会对床内颗粒产生污染而且检测比较容易，但最大缺点是热示踪颗粒在冷气流的作用下温度衰减很快，在分析和计算时需要额外考虑这部分热损失，同时准确测量颗粒温度也是实验技术中十分困难的问题。磷光颗粒示踪方法克服了示踪颗粒注入时对流场的扰动，实现了灵敏度非常高的在线检测，一种非常理想的研究床内轴径向混合行为的测量方法，但该方法也存在磷光颗粒余辉强度会随时间逐渐衰减而无法被检测器检测的问题，且对于较密集的流化床示踪颗粒往往容易被其它的床料遮挡而影响实验精度。上述三种方法都存在一个共同的缺点，只能实现定点检测，不能实现全场检测，这对于需要获得全场颗粒浓度信息的混合研究是非常不利的。染色颗粒示踪法将部分主体颗粒染成其他颜色颗粒来实现颗粒示踪，这种方法的优点是简单易行，形象直接，若透明壁为整板可实现全场检测，缺点或局限性是要求具有透明壁的床体和良好的观察设备，示踪颗粒容易被主体颗粒遮挡而影响精度，同时能够观察到的主要是边壁附近的信息，有时难以代表整体的行为。磁性颗粒示踪方法利用检测磁场技术实现了示踪颗粒的快速在线分析，但这一方法存在示踪颗粒在床内的积累及示踪颗粒注入对流场的干扰问题。放射性颗粒示踪方法是一种非常规的、但却是目前国际上公认的最有效的实验手段，这种方法具有多样性、易于检测，可以实现全场检测，采用半衰期短的放射性元素可以解决示踪颗粒在床层的积累，但该方法存在放射性示踪颗粒的制备、保存和使用过程中涉及的安全问题，使用不当，会对环境和研究者造成污染和危害；此外，射线监测器或射线摄像机设备昂贵、操作较复杂，这些缺点的存在限制了这种方法的广泛应用。

随着流化床在工程应用领域的日益扩展，一些复杂的气固两相流动，尤其是球形颗粒/非球形颗粒多组分的混合过程也不断出现，已有的针对球形颗粒的认识应用于这些复杂过程尚有一定的局限性，迫切需要对气固流化床非球形颗粒的测量方法进行深入的研究。

发明内容

技术问题：本发明针对目前以非球形颗粒作为主要燃料的气固流化床得到日益重用，而常规的颗粒示踪方法对于测量气固流化床颗粒混合，尤其是非球形颗粒混合已经变得愈加困难，提供了一种气固流化床非球形颗粒混合的测量装置及方法，本发明操作简单、使用方便，检测装置不需要干扰流场，不会带来二次误差，可以实现在线全场无死角检测。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种气固流化床非球形颗粒混合的测量装置，该装置包括用于发射X射线的X线管、准直器、用于调整准直器大小且设置在其上的升降电机、用于吸收X射线并将其衰减的气固流化床、检测器、A/D转换器和计算机，其中，

气固流化床设置在准直器和检测器之间，X线管设置在准直器前方，气固流化床设置在准直器后方，检测器设置在气固流化床后方， A/D转换器与检测器连接，计算机与A/D转换器连接；

自X线管发出的X射线经过升降电机变成与测量区域等面积的平行X线束，以穿透不透明的气固流化床被测区域，经气固流化床内的气体、固体混合物衰减后射出的带有床层混合信息的X线束到达检测器，衰减后的X线束经A/D转换器后进入计算机，计算机通过与分别穿过不同厚度全床料比对体和全物料比对体的X线束比对后，获得测量区域的颗粒混合信息。

本发明还提供了一种气固流化床非球形颗粒混合的测量方法，该方法包括制备过程、比对过程和测量过程，制备过程为测量过程和比对过程准备物料；比对过程，为测量过程提供比对数据；测量过程，在制备过程和比对过程的基础上，获得测量区域的混合信息；