基于靜電信號的氣固流化床中顆粒運(yùn)動的表征和顆粒荷質(zhì)比的測量研究.pdf

1、氣固流化床中顆粒的劇烈運(yùn)動和循環(huán)使得氣固兩相得以充分混合與接觸，因而流化床反應(yīng)器具有良好的熱質(zhì)傳遞性能，廣泛應(yīng)用于煤燃燒和氣化、催化裂化、造粒和干燥、烯烴聚合等工業(yè)過程中。烯烴聚合流化床中顆粒之間、顆粒與壁面之間的不斷摩擦、碰撞導(dǎo)致靜電荷的產(chǎn)生和累積。過量靜電荷的累積可能會引起粘壁、結(jié)塊等現(xiàn)象的發(fā)生，甚至造成反應(yīng)器的緊急停車，為安全穩(wěn)定生產(chǎn)帶來隱患。無論是揭示靜電的產(chǎn)生機(jī)理，還是對其進(jìn)行調(diào)控甚至消除，準(zhǔn)確的靜電檢測手段必不可少。但現(xiàn)有的

2、顆粒荷質(zhì)比測量方法仍然存在著諸如無法實(shí)現(xiàn)在線檢測、侵入流場、信號解析過程復(fù)雜等缺點(diǎn)，建立一種結(jié)構(gòu)簡單、非侵入式的顆粒荷質(zhì)比在線測量方法是靜電檢測領(lǐng)域亟待解決的問題。
　　荷電顆粒流化過程產(chǎn)生的靜電信號中蘊(yùn)含著大量與顆粒運(yùn)動有關(guān)的動態(tài)信息，但目前對這些動態(tài)信息的挖掘卻十分有限?；陟o電信號的相關(guān)速度測量技術(shù)已經(jīng)在氣力輸送等稀相體系中有著較為廣泛和成功的應(yīng)用，但目前尚無該方法在氣固流化床中應(yīng)用的研究報(bào)道。如果通過互相關(guān)計(jì)算方法，利用流

3、化床中的靜電信號獲得與顆粒運(yùn)動行為有關(guān)的參數(shù)，則有望建立一種氣固流化床中顆粒運(yùn)動的表征手段，實(shí)現(xiàn)流化床中關(guān)鍵流動參數(shù)的在線測量，對于保障反應(yīng)器的安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)過程的優(yōu)化控制，具有十分重要的意義。
　　本論文以烯烴聚合氣固流化床反應(yīng)器為研究對象，利用壓力脈動、靜電等測量手段，結(jié)合頻譜分析、互相關(guān)計(jì)算等信號處理方法，系統(tǒng)對比和分析了多級法拉第簡流化床中靜電流與壓差信號的相似性，建立了靜電流與壓差信號的定量模型，并以此

4、為基礎(chǔ)提出了基于環(huán)形感應(yīng)電極的流化床中顆粒荷質(zhì)比的在線測量方法。結(jié)合弧形感應(yīng)電極陣列和互相關(guān)計(jì)算方法，測量了流化床中的顆粒群相關(guān)速度及其分布，建立了基于靜電信號的流化床中顆粒運(yùn)動的表征方法，并基于相關(guān)速度測量方法，系統(tǒng)考察了靜電對顆粒運(yùn)動的影響，擬合得到了顆粒平均荷質(zhì)比預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)了顆粒運(yùn)動行為和顆粒荷電量的同步測量。研究結(jié)果可用于氣固流化床中靜電的檢測與防控、顆粒流動參數(shù)的測量和流化質(zhì)量的監(jiān)測，對提升反應(yīng)器的安全性和穩(wěn)定性，具有重要

5、的指導(dǎo)意義。論文主要開展了以下四方面的研究工作;
　　1.在自行設(shè)計(jì)的多級法拉第簡流化床中，利用頻譜分析方法系統(tǒng)對比了靜電流與壓差信號的相似性，發(fā)現(xiàn)靜電流和壓差均受到平均空隙率的影響，建立了靜電流與壓差信號之間的定量模型。當(dāng)假設(shè)顆粒尺寸均一，荷電量均勻且穩(wěn)定時(shí)，靜電流與壓差信號對時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)成正比，比例系數(shù)與顆粒荷質(zhì)比和流化床尺寸有關(guān)。
　　2.以上述定量模型為基礎(chǔ)，提出了一種基于環(huán)形感應(yīng)電極的顆粒荷質(zhì)比在線測量方法。該方

6、法的顆粒平均荷質(zhì)比測量結(jié)果隨表觀氣速的增加而增大，隨液體抗靜電劑(LAA)含量的增加而減小，與法拉第筒取樣法測量結(jié)果的變化趨勢一致。環(huán)形電極寬度為20mm時(shí)，顆粒平均荷質(zhì)比測量結(jié)果的相對誤差小于23％。
　　3.建立了基于靜電信號的流化床中顆粒群相關(guān)速度的測量方法。通過在有機(jī)玻璃流化床外壁面設(shè)置弧形感應(yīng)電極陣列，結(jié)合互相關(guān)計(jì)算方法，測量并對比了Geldart B類和D類顆粒流化床中的顆粒群相關(guān)速度平均值及其概率密度分布。在流化床密

7、相區(qū)內(nèi)，顆粒群平均相關(guān)速度隨表觀氣速和軸向高度的變化趨勢與氣泡群上升速度理論值一致;在相同過量氣速下，D類顆粒平均相關(guān)速度小于B類顆粒;提出了一種基于感應(yīng)電極陣列和顆粒群相關(guān)速度分布的流化床動態(tài)料位的檢測方法，平均料位高度測量結(jié)果的相對誤差小于10％。
　　4.建立了一種基于感應(yīng)電極陣列的同步實(shí)現(xiàn)顆粒運(yùn)動行為表征和顆粒荷質(zhì)比在線測量的方法。通過向流化床中注入微量LAA實(shí)現(xiàn)了對顆粒整體荷電水平的調(diào)控，系統(tǒng)考察了靜電對顆粒群相關(guān)速度平