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

1、氣固流化床中顆粒的劇烈運(yùn)動(dòng)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(guò)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(guò)量靜電荷的累積可能會(huì)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(chē)，為安全穩(wěn)定生產(chǎn)帶來(lái)隱患。無(wú)論是揭示靜電的產(chǎn)生機(jī)理，還是對(duì)其進(jìn)行調(diào)控甚至消除，準(zhǔn)確的靜電檢測(cè)手段必不可少。但現(xiàn)有的

2、顆粒荷質(zhì)比測(cè)量方法仍然存在著諸如無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)、侵入流場(chǎng)、信號(hào)解析過(guò)程復(fù)雜等缺點(diǎn)，建立一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、非侵入式的顆粒荷質(zhì)比在線測(cè)量方法是靜電檢測(cè)領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。
　　荷電顆粒流化過(guò)程產(chǎn)生的靜電信號(hào)中蘊(yùn)含著大量與顆粒運(yùn)動(dòng)有關(guān)的動(dòng)態(tài)信息，但目前對(duì)這些動(dòng)態(tài)信息的挖掘卻十分有限?；陟o電信號(hào)的相關(guān)速度測(cè)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(wú)該方法在氣固流化床中應(yīng)用的研究報(bào)道。如果通過(guò)互相關(guān)計(jì)算方法，利用流

3、化床中的靜電信號(hào)獲得與顆粒運(yùn)動(dòng)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(dòng)的表征手段，實(shí)現(xiàn)流化床中關(guān)鍵流動(dòng)參數(shù)的在線測(cè)量，對(duì)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(guò)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(duì)象，利用壓力脈動(dòng)、靜電等測(cè)量手段，結(jié)合頻譜分析、互相關(guān)計(jì)算等信號(hào)處理方法，系統(tǒng)對(duì)比和分析了多級(jí)法拉第簡(jiǎn)流化床中靜電流與壓差信號(hào)的相似性，建立了靜電流與壓差信號(hào)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(cè)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(cè)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(hào)的流化床中顆粒運(yùn)動(dòng)的表征方法，并基于相關(guān)速度測(cè)量方法，系統(tǒng)考察了靜電對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)的影響，擬合得到了顆粒平均荷質(zhì)比預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了顆粒運(yùn)動(dòng)行為和顆粒荷電量的同步測(cè)量。研究結(jié)果可用于氣固流化床中靜電的檢測(cè)與防控、顆粒流動(dòng)參數(shù)的測(cè)量和流化質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，對(duì)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(kāi)展了以下四方面的研究工作;
　　1.在自行設(shè)計(jì)的多級(jí)法拉第簡(jiǎn)流化床中，利用頻譜分析方法系統(tǒng)對(duì)比了靜電流與壓差信號(hào)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(hào)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(hào)對(duì)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(cè)量方法。該方

6、法的顆粒平均荷質(zhì)比測(cè)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(cè)量結(jié)果的變化趨勢(shì)一致。環(huán)形電極寬度為20mm時(shí)，顆粒平均荷質(zhì)比測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差小于23％。
　　3.建立了基于靜電信號(hào)的流化床中顆粒群相關(guān)速度的測(cè)量方法。通過(guò)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(cè)量并對(duì)比了Geldart B類(lèi)和D類(lèi)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(shì)與氣泡群上升速度理論值一致;在相同過(guò)量氣速下，D類(lèi)顆粒平均相關(guān)速度小于B類(lèi)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(dòng)態(tài)料位的檢測(cè)方法，平均料位高度測(cè)量結(jié)果的相對(duì)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(dòng)行為表征和顆粒荷質(zhì)比在線測(cè)量的方法。通過(guò)向流化床中注入微量LAA實(shí)現(xiàn)了對(duì)顆粒整體荷電水平的調(diào)控，系統(tǒng)考察了靜電對(duì)顆粒群相關(guān)速度平