專(zhuān)利名稱(chēng)：一種循環(huán)流化床固體通量測(cè)量方法及測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣固兩相流測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種循環(huán)流化床固體通量測(cè)量方法及測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
循環(huán)流化床反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于石油冶煉、化工、冶金、電力等過(guò)程工業(yè)，在國(guó)民生產(chǎn)中產(chǎn)生著巨大作用。只有準(zhǔn)確判斷反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)系統(tǒng)所處流域，才能有效的對(duì)反應(yīng)器的傳質(zhì)傳熱進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而提高反應(yīng)器的整體效率。在反映循環(huán)流化床運(yùn)行狀態(tài)的眾多參數(shù)中，固體通量是確定系統(tǒng)所處流域最重要的參數(shù)。固體通量，又稱(chēng)為固體循環(huán)流率，指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)反應(yīng)器單位截面積的固體質(zhì)量。現(xiàn)有的循環(huán)流化床固體通量測(cè)量方法包括
1)閥門(mén)法。閥門(mén)法是在反應(yīng)器的測(cè)量段安裝閥門(mén)(如蝶閥、滑閥、翻板閥等)，測(cè)量時(shí)，關(guān)閉閥門(mén)，切斷物料正常的循環(huán)回路，通過(guò)稱(chēng)重、測(cè)量壓差變化或觀察累積物料高度的方法計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)物料累積質(zhì)量，從而得到系統(tǒng)的固體循環(huán)流率，即固體通量。例如 中國(guó)專(zhuān)利CN200810117401. X(循環(huán)流化床物料循環(huán)流率測(cè)量方法與裝置)采用翻板閥，測(cè)量時(shí)，啟動(dòng)翻板閥，將固體物料轉(zhuǎn)移到計(jì)量段。中國(guó)專(zhuān)利CN200810198396.X(—種應(yīng)用于循環(huán)流化床的循環(huán)流率測(cè)量裝置及測(cè)量方法)采用絲網(wǎng)擋板法，測(cè)量時(shí)使絲網(wǎng)擋板來(lái)阻斷固體流動(dòng)，測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)檔板上累積的固體物料質(zhì)量，實(shí)際上這也是閥門(mén)法的一種。
2)探頭法。探頭法是將測(cè)量探頭插入反應(yīng)器內(nèi)部，通過(guò)測(cè)量一系列局部固體通量，然后進(jìn)行積分求和計(jì)算，得到系統(tǒng)整體的固體通量。常用的探頭包括光纖探頭、動(dòng)量探頭以及抽取探頭等。探頭法的詳細(xì)測(cè)量方法可參考Ye，S.，X.B.Qi，and J. Zhu, Direct Measurements of Instantaneous Solid Flux in a Circulating Fluidized Bed Riser using a Novel Multifunctional Optical Fiber Probe. Chemical Engineering & Technology,2009. 32(4) :p.580-589.
3)示蹤粒子法。示蹤粒子法是將示蹤粒子加入到反應(yīng)器內(nèi)部，通過(guò)測(cè)量示蹤粒子的運(yùn)動(dòng)速度，計(jì)算得到反應(yīng)器的全局固體通量。示蹤粒子法的具體內(nèi)容可參考Mmsarapu， S. , et al. , Measurement of overall solids mass flux in a gas-solid circulating fluidized bed. Powder Technology,2004. 148(2-3) :p. 158-171.
此外，還有研究者嘗試使用旋轉(zhuǎn)葉輪、壓電傳感器等方法對(duì)循環(huán)流化床的固體通量進(jìn)行測(cè)量。
上述方法的共同特點(diǎn)是均為介入式測(cè)量。介入式測(cè)量過(guò)程會(huì)不同程度的干擾流場(chǎng)，甚至造成物料流動(dòng)中斷，嚴(yán)重的會(huì)干擾流動(dòng)系統(tǒng)的物料平衡和壓力平衡，造成人為的間隙操作；而且，介入式測(cè)量的測(cè)量部件直接與流動(dòng)物料接觸，物料摩擦產(chǎn)生的靜電會(huì)干擾儀器采樣，影響測(cè)量結(jié)果的真實(shí)性和可靠性；再者，由于工業(yè)反應(yīng)器內(nèi)往往是高溫高壓甚至有毒的極端環(huán)境，因此對(duì)密封性有很高要求，現(xiàn)有的介入式測(cè)量方法很難推廣應(yīng)用于此類(lèi)反應(yīng)器。固體通量的無(wú)干擾測(cè)量，一直是循環(huán)流化床研究領(lǐng)域的一個(gè)難點(diǎn)。
綜上所述，當(dāng)前迫切需要一種非介入式的循環(huán)流化床固體通量無(wú)干擾原位測(cè)量方法及測(cè)量系統(tǒng)。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種非介入式的循環(huán)流化床固體通量無(wú)干擾原位測(cè)量方法及測(cè)量系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種循環(huán)流化床固體通量測(cè)量方法，包括下列步驟
1)在循環(huán)流化床反應(yīng)器的下降段選取兩個(gè)橫截面作為測(cè)量面；
2)對(duì)于每個(gè)測(cè)量面，利用扇束射線在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)測(cè)量該測(cè)量面的固體截面平均體積分率；所述扇束射線是能夠穿透反應(yīng)器內(nèi)固體物料的扇束形狀的射線；
3)計(jì)算兩個(gè)測(cè)量面的固體截面平均體積分率的時(shí)間函數(shù)的互相關(guān)函數(shù)R( τ )，找出使該互相關(guān)函數(shù)取值最大的時(shí)間滯后量τ，進(jìn)而計(jì)算出所述循環(huán)流化床的固體通量。
其中，循環(huán)流化床固體通量測(cè)量方法，所述兩個(gè)橫截面的間距為IOOmm至1500mm。
其中，所述步驟1)中，靈活調(diào)整下降段的所述兩個(gè)測(cè)量面的位置和間距；所述步驟2)中，對(duì)于每個(gè)測(cè)量面的位置組合，利用扇束射線在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)測(cè)量該測(cè)量面的固體截面平均體積分率；所述步驟幻中，對(duì)于每個(gè)測(cè)量面的位置組合計(jì)算其兩個(gè)測(cè)量面的固體截面平均體積分率的時(shí)間函數(shù)的互相關(guān)函數(shù)R( τ )，找出使互相關(guān)函數(shù)R(T)取最大值的測(cè)量面的位置組合和時(shí)間滯后量τ并將該時(shí)間滯后量τ作為固體物料在該位置組合的上測(cè)量面運(yùn)動(dòng)至下測(cè)量面所花的時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出所述循環(huán)流化床的固體通量。
其中，所述步驟2)中，所述扇束射線為扇束χ射線或扇束Y射線。
其中，所述步驟2、包括下列子步驟
21)反應(yīng)器內(nèi)無(wú)物料狀態(tài)下，對(duì)本底射線衰減信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，得到間距為d的兩個(gè)測(cè)量截面的反應(yīng)器本底射線衰減信號(hào)Z01㈨和‘(小A1CO和4(O分別代表上測(cè)量面和下測(cè)量面所對(duì)應(yīng)的探測(cè)器的第i個(gè)像素點(diǎn)測(cè)量到的射線強(qiáng)度；
22)反應(yīng)器測(cè)量段內(nèi)固體物料緊密堆積狀態(tài)下，對(duì)兩個(gè)測(cè)量面的射線衰減信號(hào) Jj1 (0和//2⑷進(jìn)行測(cè)量，4⑷和4⑷分別代表上測(cè)量面和下測(cè)量面所對(duì)應(yīng)的探測(cè)器的第i 個(gè)像素點(diǎn)測(cè)量到的射線強(qiáng)度；
23)反應(yīng)器正常運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)兩個(gè)測(cè)量面的射線衰減信號(hào)4⑷和Ii2(Z)進(jìn)行測(cè)量，4⑷和4⑷代表上測(cè)量面和下測(cè)量面所對(duì)應(yīng)的探測(cè)器的第i個(gè)像素點(diǎn)測(cè)量到的射線強(qiáng)度；
24)根據(jù)公式“⑷=￡Sf . (Μ?、圈息?/M々⑴/L⑷)),計(jì)算探測(cè)器第i個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的射線穿透路徑上的固體體積平均分率，其中為固體物料緊密堆積狀態(tài)下的固體體積分率；
25)根據(jù)公式G = EZl(￡s(t) *…)/勾,分別計(jì)算出上測(cè)量面和下測(cè)量面的截面平均固體體積分率i和^，其中l(wèi)(i)為第i個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的射線穿過(guò)反應(yīng)器內(nèi)的距離， L = E=口⑷，η為測(cè)量面所對(duì)應(yīng)的探測(cè)器的像素?cái)?shù)目。
其中，所述步驟幻中，將使互相關(guān)函數(shù)R(T)取值最大的時(shí)間滯后量τ作為固體物料從上測(cè)量面運(yùn)動(dòng)至下測(cè)量面所花的時(shí)間，根據(jù)兩個(gè)測(cè)量面的間距d，計(jì)算出固體物料的運(yùn)動(dòng)速度広，再根據(jù)截面平均體積分率、已知的物料密度、反應(yīng)器截面積，計(jì)算得到反應(yīng)器的固體通量(is。
本發(fā)明還提供了一種用于上述測(cè)量方法的測(cè)量系統(tǒng)，包括第一射線源、第一準(zhǔn)直器、第一探測(cè)器陣列、第二射線源、第二準(zhǔn)直器和第二探測(cè)器陣列；所述第一射線源位于第二射線源上方，第一射線源和第一準(zhǔn)直器設(shè)置于被檢測(cè)的循環(huán)流化床下降管的一側(cè)，第一射線源通過(guò)第一準(zhǔn)直器生成的扇束射線，該扇束射線所在平面與所述下降管的軸線垂直， 第一探測(cè)器陣列設(shè)置于所述下降管的另一側(cè)且位于所述第一射線源所生成的扇束射線所在平面內(nèi)；第二射線源和第二準(zhǔn)直器設(shè)置于被檢測(cè)的循環(huán)流化床下降管的一側(cè)，第二射線源通過(guò)第二準(zhǔn)直器生成的扇束射線，該扇束射線所在平面與所述下降管的軸線垂直，第二探測(cè)器陣列設(shè)置于所述下降管的另一側(cè)且位于所述第二射線源所生成的扇束射線所在平面內(nèi)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列技術(shù)效果
1、本發(fā)明在測(cè)量時(shí)不會(huì)干擾反應(yīng)器內(nèi)的流場(chǎng)，不會(huì)造成物料流動(dòng)中斷，不會(huì)破壞流動(dòng)系統(tǒng)的物料平衡和壓力平衡造成人為的間隙操作。
2、本發(fā)明中無(wú)測(cè)量部件直接與流動(dòng)物料接觸，測(cè)量結(jié)果的真實(shí)可靠。
3、本發(fā)明能夠在高溫高壓甚至有毒的極端測(cè)量環(huán)境中應(yīng)用。


圖1(a)示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的循環(huán)流化床的測(cè)量段和測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖1(b)示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的支架平臺(tái)的立體示意圖2示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的流程圖3示出了不同像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的X射線穿透反應(yīng)器內(nèi)部路徑長(zhǎng)度圖4示出了上下兩處測(cè)量面測(cè)得的截面平均固體體積分率的時(shí)間序列圖5示出了對(duì)圖4中的兩個(gè)時(shí)間序列的互相關(guān)分析圖6示出了一個(gè)具體實(shí)例中所測(cè)得的固體通量時(shí)間序列。
具體實(shí)施方式
為便于理解，首先介紹本發(fā)明對(duì)循環(huán)流化床固體通量進(jìn)行無(wú)干擾測(cè)量的原理。眾所周知，X射線穿透物質(zhì)會(huì)發(fā)生衰減，通過(guò)標(biāo)定，可在穿透物質(zhì)厚度與射線衰減程度之間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而可以根據(jù)扇束X射線穿透物質(zhì)的衰減程度計(jì)算得到測(cè)量截面的物料平均體積分率巧,同時(shí)使用X射線在反應(yīng)器的兩個(gè)截面進(jìn)行測(cè)量，可以得到物料通過(guò)這兩個(gè)測(cè)量面的截面平均體積分率的時(shí)間函數(shù)(需注意的是，實(shí)際測(cè)量時(shí)是以一定頻率進(jìn)行采樣測(cè)出的截面平均體積分率的時(shí)間序列)。另一方面，研究表明反應(yīng)器下降管中顆粒群作為一個(gè)整體以相近的速度運(yùn)動(dòng)(參考:Bhusarapu, S.，et al.，Measurement of overall solids mass flux in a gas-solid circulating fluidized bed. Powder Technology, 2004. 148(2-3) :p. 158-171.)。固體物料經(jīng)過(guò)循環(huán)流化床的下降管段時(shí)，除因串氣等極端情況下會(huì)引起部分物料逆重力向上運(yùn)動(dòng)外，固體物料的運(yùn)動(dòng)方向總體為順?lè)磻?yīng)器向下，且顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)接近于移動(dòng)床。也就是說(shuō)，顆粒群在通過(guò)前文中所述的第一測(cè)量面后，會(huì)在一定時(shí)間后通過(guò)第二測(cè)量面。該顆粒群在通過(guò)第一測(cè)量面的第一時(shí)刻所測(cè)得的第一測(cè)量面的截面平均體積分率與該顆粒群在通過(guò)第二測(cè)量面的第二時(shí)刻所測(cè)得的第二測(cè)量面的截面平均體積分率是大致一致的。因此，在測(cè)出兩個(gè)測(cè)量面的截面平均體積分率的時(shí)間函數(shù)后， 通過(guò)互相關(guān)分析，可以得出物料的顆粒群從第一測(cè)量面運(yùn)動(dòng)至第二測(cè)量面的時(shí)間，進(jìn)而得到物料的運(yùn)動(dòng)速度広。再與截面平均體積分率広結(jié)合，加上已知的物料密度與反應(yīng)器截面積，即可計(jì)算得到物料通過(guò)反應(yīng)器單位截面積的質(zhì)量Gs，即反應(yīng)器的固體通量。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地描述。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種對(duì)循環(huán)流化床固體通量進(jìn)行無(wú)干擾測(cè)量的方法。該測(cè)量需要使用到扇束射線測(cè)量系統(tǒng)，所使用的射線是能夠穿透反應(yīng)器內(nèi)固體物料的射線，例如X射線或Y射線。本實(shí)施例使用的是X射線。
圖1(a)示出了循環(huán)流化床的測(cè)量段和測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。測(cè)量系統(tǒng)包括第一射線源2、第一準(zhǔn)直器3、第一探測(cè)器陣列4、第二射線源5、第二準(zhǔn)直器6、第二探測(cè)器陣列7、工控機(jī)8和數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)9。第一射線源2位于第二射線源5上方。第一射線源2 和第二射線源5均用于生成扇束X射線。第一探測(cè)器陣列4和第二探測(cè)器陣列7均為線列陣。每個(gè)探測(cè)器陣列包括多個(gè)探測(cè)器單元，探測(cè)器單元又稱(chēng)為像素點(diǎn)，探測(cè)器陣列檢測(cè)到的一幀X射線信號(hào)數(shù)據(jù)稱(chēng)為一個(gè)投影，本實(shí)施例采用的探測(cè)器陣列均包括1280個(gè)像素點(diǎn)，因此每個(gè)投影包括1280個(gè)原始數(shù)據(jù)。
第一射線源2和第一準(zhǔn)直器3設(shè)置于被檢測(cè)的循環(huán)流化床下降管1的一側(cè)，第一射線源2通過(guò)第一準(zhǔn)直器3生成的扇束射線，該扇束射線所在平面與所述下降管1的軸線垂直，第一探測(cè)器陣列4設(shè)置于所述下降管1的另一側(cè)且位于所述第一射線源2所生成的扇束射線所在平面內(nèi)，以便各探測(cè)器單元接收X射線從而獲得關(guān)于下降管1的第一測(cè)量面的投影數(shù)據(jù)。類(lèi)似的第二射線源5和第二準(zhǔn)直器6設(shè)置于被檢測(cè)的循環(huán)流化床下降管1的一側(cè)，第二射線源5通過(guò)第二準(zhǔn)直器6生成的扇束射線，該扇束射線所在平面與所述下降管 1的軸線垂直，第二探測(cè)器陣列7設(shè)置于所述下降管1的另一側(cè)且位于所述第二射線源5所生成的扇束射線所在平面內(nèi)，以便各探測(cè)器單元接收X射線從而獲得關(guān)于下降管1的第二測(cè)量面的投影數(shù)據(jù)。工控機(jī)8與第一射線源2和第二射線源5連接，用于第一射線源2和第二射線源5同步或分時(shí)工作。同步工作指的是兩個(gè)射線源在同一時(shí)間段內(nèi)按相同的頻率發(fā)出X射線。分時(shí)工作指的是兩個(gè)射線源分別在不同時(shí)間段內(nèi)各自發(fā)出X射線。數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)9分別與第一探測(cè)器陣列4和第二探測(cè)器陣列7連接，用于接收第一探測(cè)器陣列4 和第二探測(cè)器陣列7所采集到的投影數(shù)據(jù)。
所述第一射線源2、第一準(zhǔn)直器3、第一探測(cè)器陣列4、第二射線源5、第二準(zhǔn)直器6、 第二探測(cè)器陣列7均固定于具有升降功能的支架平臺(tái)上。如圖1(b)所示，支架平臺(tái)10包括基座101和安裝在基座101上的立式導(dǎo)軌102，立式導(dǎo)軌102上安裝移動(dòng)懸臂103，該移動(dòng)懸臂103可沿著立式導(dǎo)軌102移動(dòng)。所述移動(dòng)懸臂103的兩端分別固定安裝第一支臂104 和第二支臂105。第一支臂104上安裝第一箱體106，第二支臂105上安裝第一探測(cè)器陣列 4。第一箱體106內(nèi)安裝所述第一射線源2和第一準(zhǔn)直器3，且第一箱體106上開(kāi)有通孔以便扇束X射線通過(guò)。第一箱體106和第一探測(cè)器陣列4的安裝位置使得第一探測(cè)器陣列4 與所述第一射線源2所生成的扇束射線恰好在同一平面內(nèi)，且該平面垂直于被測(cè)量段(即下降管1)的軸線。
所述基座101具有第一延伸部107和第二延伸部108，第一延伸部107上固定有第一安裝板109，第一安裝板109上安裝第二箱體110，第二箱體110內(nèi)安裝所述第二射線源 5和第二準(zhǔn)直器6，且第二箱體110上開(kāi)有通孔以便扇束X射線通過(guò)。第二延伸部108上固定有第二安裝板111，第二安裝板111上安裝第二探測(cè)器陣列7。第二箱體110和第二探測(cè)器陣列7的安裝位置使得第二探測(cè)器陣列7與所述第二射線源5所生成的扇束射線恰好在同一平面內(nèi)，且該平面垂直于被測(cè)量段(即下降管1)的軸線。
射線檢測(cè)的基本流程是位于上測(cè)量面的第一射線源2發(fā)射出X射線，通過(guò)第一前置準(zhǔn)直器3后形成扇形X射線束，該X射線扇束完全包覆住循環(huán)流化床下降管測(cè)量段1的上截面，第一探測(cè)器陣列4檢測(cè)到該射線束的強(qiáng)度，將測(cè)量信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)9供分析計(jì)算使用，位于下測(cè)量面的第二射線源5與第二探測(cè)器陣列7的檢測(cè)流程與此相同。本測(cè)量系統(tǒng)的時(shí)間分辨率取決于探測(cè)器陣列的射線光子積分時(shí)間，本實(shí)施例采用的積分時(shí)間參數(shù)為1ms，因此，本測(cè)量系統(tǒng)的采樣頻率為1000Hz。本實(shí)施例中，所測(cè)量的循環(huán)流化床反應(yīng)器的提升管內(nèi)徑Φ,為411mm，下降管內(nèi)徑Φd為316mm，反應(yīng)器內(nèi)固體物料為玻璃珠，密度Ps* 2500kg/m3。以上測(cè)量系統(tǒng)和循環(huán)流化床反應(yīng)器的參數(shù)均是示例性的，本發(fā)明并不限于此，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員易于理解的。
圖2示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的流程圖，參考圖2，循環(huán)流化床固體通量測(cè)量過(guò)程包括下列步驟
步驟1、在循環(huán)流化床反應(yīng)器的下降段選取兩個(gè)橫截面作為測(cè)量面。本實(shí)施例中， 上下兩測(cè)量面間距d為900mm。但需說(shuō)明的是，兩測(cè)量面的間距d并無(wú)固定值，可以根據(jù)測(cè)量環(huán)境和所測(cè)的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和內(nèi)部物料種類(lèi)等情況靈活選擇。間距d的優(yōu)選范圍是IOOmm 至1500mm。間距d的確定原則是應(yīng)使上下兩測(cè)量面的截面平均固體體積分率序列的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù))最大。當(dāng)然，間距d的取值即使不能滿(mǎn)足上述原則，只要偏差不大，也不會(huì)明顯影響本發(fā)明測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
步驟2、對(duì)于每個(gè)測(cè)量面，利用扇束射線在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)測(cè)量該測(cè)量面的固體截面平均體積分率。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，本步驟可包括下列子步驟
步驟21、循環(huán)流化床反應(yīng)器未運(yùn)行時(shí)，即下降管測(cè)量段為空時(shí)，工控機(jī)8發(fā)出指令，上下兩測(cè)量面的X射線掃描檢測(cè)裝置同時(shí)工作，采集空反應(yīng)器上下兩處測(cè)量面的投影信號(hào)Z01㈨和^2C0，i代表探測(cè)器陣列的像素編號(hào)。
步驟22、將下降管測(cè)量段堆滿(mǎn)固體物料，與步驟21類(lèi)似，上下兩測(cè)量面的X射線掃描檢測(cè)裝置同時(shí)工作，測(cè)量物料緊密堆積狀態(tài)下所述兩個(gè)截面的射線衰減信號(hào)/J1⑷和 //2C0。同時(shí)測(cè)量出堆滿(mǎn)物料時(shí)的固體體積分率，本實(shí)施例中，堆滿(mǎn)物料時(shí)的固體體積分 ￡S f 為 0. 62。
步驟23、循環(huán)流化床反應(yīng)器正常運(yùn)行時(shí)，上下兩測(cè)量面的X射線掃描檢測(cè)裝置同時(shí)工作，測(cè)量正常運(yùn)行狀態(tài)下所述兩個(gè)截面的射線衰減信號(hào)4( )和4(0。
步驟24、計(jì)算上下兩測(cè)量面的截面平均固體體積分率G和^。
其中，的計(jì)算公式如下
二⑷ * Z(z)/L)i=l
(O = ￡Sf · (ln(Ih ( /101 (i))/ln{Ifl { /I01 { ))
^的計(jì)算公式如下i=n
ε^ =(i) * l(i)/L)i=l
ε32{ ) = Esf · {ln(It2(i)/102{i))/ln{Ih[i)/102( )))
本實(shí)施例中，η = 1280, l(i)為第i個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的射線穿過(guò)反應(yīng)器內(nèi)的距離，反I=Tl應(yīng)器下降管內(nèi)徑為316mm，1⑴如圖3所示，L = [ l(i);τ=1
采樣頻率為1000Hz，因此，按照上述步驟21至步驟M連續(xù)采樣，可以得到上下兩個(gè)測(cè)量面的截面平均固體體積分率的時(shí)間序列，G和G，如圖4所示。這樣就得出了兩個(gè)測(cè)量面的固體截面平均體積分率的時(shí)間函數(shù)和，t表示時(shí)間。
步驟3、計(jì)算兩個(gè)測(cè)量面的固體截面平均體積分率的時(shí)間函數(shù)的互相關(guān)函數(shù) R( τ)，找出使該互相關(guān)函數(shù)取值最大的時(shí)間滯后量τ并將該時(shí)間滯后量τ作為固體物料從上測(cè)量面運(yùn)動(dòng)至下測(cè)量面所花的時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出所述循環(huán)流化床的固體通量。
本步驟中，根據(jù)公式Λ(Τ)= J:C) + Τ) ,對(duì)和i^)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，其中，τ為時(shí)間滯后量，Rh)為兩組信號(hào)的相關(guān)系數(shù)，*代表共軛復(fù)數(shù)。根據(jù)前文的論述，可以看出，當(dāng)R(T)取最大值時(shí)，此時(shí)的時(shí)間滯后量τ就是固體物料從上測(cè)量面運(yùn)動(dòng)至下測(cè)量面所花的時(shí)間。依據(jù)本實(shí)施例的實(shí)際測(cè)量所得的互相關(guān)函數(shù)R( τ )，如圖5所示，可以看出取最大值的時(shí)間差τ為201ms。
進(jìn)一步地，計(jì)算固體物料通過(guò)兩個(gè)測(cè)量面的平均速度U；，広=d/T,在實(shí)際測(cè)量中所計(jì)算出的広為4. 48m/s。再根據(jù)公式Gs = ps-TTs--s·如/么,計(jì)算得到反應(yīng)器的固體通量Gs，其中，Φ,為提升管內(nèi)徑，(^為下降管內(nèi)徑，Ps為反應(yīng)器內(nèi)固體物料密度。i為截面平均固體體積分率，由于兩個(gè)測(cè)量面的截面平均固體體積分率基本一致，因此i即可以使用任意一個(gè)測(cè)量面的截面平均固體體積分率。由于所測(cè)出的截面平均固體體積分率為一時(shí)間序列，因此得到的Gs也是一時(shí)間序列，如圖6所示。進(jìn)一步地，可計(jì)算出平均固體通量值為 89. 25kg/ (m2 · s)。
發(fā)明人采用蝶閥法在三種不同氣速下對(duì)本發(fā)明提出的測(cè)量方法進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果如表1所示。
表 1
操作氣速蝶閥測(cè)量結(jié)果射線測(cè)量結(jié)果相對(duì)誤差(m/s)(kg nf2(kg nf2 S-1)
權(quán)利要求
1.一種循環(huán)流化床固體通量測(cè)量方法，包括下列步驟1)在循環(huán)流化床反應(yīng)器的下降段選取兩個(gè)橫截面作為測(cè)量面；2)對(duì)于每個(gè)測(cè)量面，利用扇束射線在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)測(cè)量該測(cè)量面的固體截面平均體積分率；所述扇束射線是能夠穿透反應(yīng)器內(nèi)固體物料的扇束形狀的射線；3)計(jì)算兩個(gè)測(cè)量面的固體截面平均體積分率的時(shí)間函數(shù)的互相關(guān)函數(shù)R(τ )，找出使該互相關(guān)函數(shù)取值最大的時(shí)間滯后量τ，進(jìn)而計(jì)算出所述循環(huán)流化床的固體通量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)流化床固體通量測(cè)量方法，其特征在于，循環(huán)流化床固體通量測(cè)量方法，所述兩個(gè)橫截面的間距為IOOmm至1500mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)流化床固體通量測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟1)中， 靈活調(diào)整下降段的所述兩個(gè)測(cè)量面的位置和間距；所述步驟幻中，對(duì)于每個(gè)測(cè)量面的位置組合，利用扇束射線在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)測(cè)量該測(cè)量面的固體截面平均體積分率；所述步驟 3)中，對(duì)于每個(gè)測(cè)量面的位置組合計(jì)算其兩個(gè)測(cè)量面的固體截面平均體積分率的時(shí)間函數(shù)的互相關(guān)函數(shù)R( τ )，找出使互相關(guān)函數(shù)R(T)取最大值的測(cè)量面的位置組合和時(shí)間滯后量τ并將該時(shí)間滯后量τ作為固體物料在該位置組合的上測(cè)量面運(yùn)動(dòng)至下測(cè)量面所花的時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出所述循環(huán)流化床的固體通量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)流化床固體通量測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟2)中， 所述扇束射線為扇束χ射線或扇束Y射線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)流化床固體通量測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟2)包括下列子步驟21)反應(yīng)器內(nèi)無(wú)物料狀態(tài)下，對(duì)本底射線衰減信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，得到間距為d的兩個(gè)測(cè)量截面的反應(yīng)器本底射線衰減信號(hào)4( )和/。2(小/σι⑷和/。2( )分別代表上測(cè)量面和下測(cè)量面所對(duì)應(yīng)的探測(cè)器的第i個(gè)像素點(diǎn)測(cè)量到的射線強(qiáng)度；22)反應(yīng)器測(cè)量段內(nèi)固體物料緊密堆積狀態(tài)下，對(duì)兩個(gè)測(cè)量面的射線衰減信號(hào)⑷和進(jìn)行測(cè)量，Zf1⑷和/九⑷分別代表上測(cè)量面和下測(cè)量面所對(duì)應(yīng)的探測(cè)器的第i個(gè)像素點(diǎn)測(cè)量到的射線強(qiáng)度；23)反應(yīng)器正常運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)兩個(gè)測(cè)量面的射線衰減信號(hào)/^⑷和知⑷進(jìn)行測(cè)量， 仏⑷和Zi2⑷代表上測(cè)量面和下測(cè)量面所對(duì)應(yīng)的探測(cè)器的第i個(gè)像素點(diǎn)測(cè)量到的射線強(qiáng)度；24)根據(jù)公式“
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的循環(huán)流化床固體通量測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟3)中， 將使互相關(guān)函數(shù)R(T)取值最大的時(shí)間滯后量τ作為固體物料從上測(cè)量面運(yùn)動(dòng)至下測(cè)量面所花的時(shí)間，根據(jù)兩個(gè)測(cè)量面的間距d，計(jì)算出固體物料的運(yùn)動(dòng)速度広，再根據(jù)截面平均體積分率、已知的物料密度、反應(yīng)器截面積，計(jì)算得到反應(yīng)器的固體通量Gs。
7.一種用于權(quán)利要求1所述的循環(huán)流化床固體通量測(cè)量方法的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)量系統(tǒng)包括第一射線源O)、第一準(zhǔn)直器(3)、第一探測(cè)器陣列G)、第二射線源(5)、第二準(zhǔn)直器(6)和第二探測(cè)器陣列(7)；所述第一射線源(2)位于第二射線源(5)上方，第一射線源( 和第一準(zhǔn)直器C3)設(shè)置于被檢測(cè)的循環(huán)流化床下降管(1)的一側(cè)，第一射線源(2)通過(guò)第一準(zhǔn)直器(3)生成的扇束射線，該扇束射線所在平面與所述下降管(1) 的軸線垂直，第一探測(cè)器陣列(4)設(shè)置于所述下降管(1)的另一側(cè)且位于所述第一射線源 (2)所生成的扇束射線所在平面內(nèi)；第二射線源( 和第二準(zhǔn)直器(6)設(shè)置于被檢測(cè)的循環(huán)流化床下降管(1)的一側(cè)，第二射線源( 通過(guò)第二準(zhǔn)直器(6)生成的扇束射線，該扇束射線所在平面與所述下降管(1)的軸線垂直，第二探測(cè)器陣列(7)設(shè)置于所述下降管(1) 的另一側(cè)且位于所述第二射線源(5)所生成的扇束射線所在平面內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)量系統(tǒng)還包括工控機(jī)(8)和數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)(9)，工控機(jī)(8)與第一射線源( 和第二射線源( 連接，數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī) (9)分別與第一探測(cè)器陣列(4)和第二探測(cè)器陣列(7)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)量系統(tǒng)還包括支架平臺(tái)(10)， 支架平臺(tái)(10)包括基座(101)和安裝在基座(101)上的立式導(dǎo)軌(102)，立式導(dǎo)軌(102)上安裝移動(dòng)懸臂(103)，該移動(dòng)懸臂(103)可沿著立式導(dǎo)軌(102)移動(dòng)，所述移動(dòng)懸臂(103) 的兩端分別固定安裝第一支臂(104)和第二支臂(105)，第一支臂(104)上安裝第一箱體(106)，第二支臂(105)上安裝第一探測(cè)器陣列G)，第一箱體(106)內(nèi)安裝所述第一射線源 (2)和第一準(zhǔn)直器(3)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述基座(101)具有第一延伸部(107)和第二延伸部(108)，第一延伸部(107)上固定有第一安裝板(109)，第一安裝板 (109)上安裝第二箱體(110)，第二箱體(110)內(nèi)安裝所述第二射線源(5)和第二準(zhǔn)直器(6)，第二延伸部(108)上固定有第二安裝板(111)，第二安裝板(111)上安裝第二探測(cè)器陣列(7)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種循環(huán)流化床固體通量測(cè)量方法，包括下列步驟1)在循環(huán)流化床反應(yīng)器的下降段選取兩個(gè)橫截面作為測(cè)量面；2)對(duì)于每個(gè)測(cè)量面，利用扇束射線在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)測(cè)量該測(cè)量面的固體截面平均體積分率；所述扇束射線是能夠穿透反應(yīng)器內(nèi)固體物料的扇束形狀的射線；3)計(jì)算兩個(gè)測(cè)量面的固體截面平均體積分率的時(shí)間函數(shù)的互相關(guān)函數(shù)R(τ)，找出使該互相關(guān)函數(shù)取值最大的時(shí)間τ并將該時(shí)間τ作為固體物料從上測(cè)量面運(yùn)動(dòng)至下測(cè)量面所花的時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出所述循環(huán)流化床的固體通量。本發(fā)明不會(huì)干擾反應(yīng)器內(nèi)的流場(chǎng)，不會(huì)造成人為的間隙操作。本發(fā)明測(cè)量結(jié)果的真實(shí)可靠。本發(fā)明能夠在高溫高壓甚至有毒的極端測(cè)量環(huán)境中應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01F1/76GK102519528SQ20111044925
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者孟凡勇, 李靜海, 王維 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所