基于静电传感的稀相气固两相流速度和浓度检测机理研究

稀相气固两相流在很多行业生产过程中广泛存在，实现对其速度和浓度参数的在线测量，是实现过程的优化控制，进而提高生产效率，降低能耗、节约能源的关键环节。针对稀相气固两相流固相颗粒速度和浓度的测量，本申请以已构建的带式静电感应实验装置和气固两相流实验装置为基础，通过三维有限元仿真与实验装置所得实验数据相互印证的方案，构建动静态仿真实验平台，从静电传感器的敏感场与被测流体流场之间相互作用机理入手，分析其内在规律；考虑空间灵敏度分布与频域特征关系，优化传感器设计，构建综合考虑动静态信息的多电极传感器结构；从时域和频域两个角度分析信号特征，通过提取波动信号的时频信号特征研究，建立稀相气固两相流固相颗粒速度和浓度的信息融合测量模型，为这两个参数的有效可靠测量提供理论和方法支撑。

本项目对基于静电传感的稀相气固两相流速度和浓度检测机理进行了研究。为了研究静电感应传感器的敏感场与被测流体流场之间相互作用机理，本项目建立了动静态三维有限元仿真模型和稀相气固两相流CFD仿真模型。本项目基于Hilbert-Huang变换算法分析了不同宽度环形电极所得静电信号的特性，并综合考虑特征量与固相浓度变化的相关系数和不同输送气流量下特征量的线性性能，得出从2mm和10mm电极得到的静电信号中提取的内禀模态函数3的能量可以作为表征固相浓度变化的特征量。并且还利用不同宽度环形静电传感器分析了灵敏度分布和速度分布对静电相关测速结果的影响，得出相关速度是受上下游电极灵敏度分布共同影响的结论，并且随着固相浓度的增大，固体颗粒平均速度与相关速度的比值会逐渐减小。本项目还使用含有环形电极和弧形电极的多电极静电传感器和双截面电容层析成像系统对三床循环流化床上升段和下降段中的固体颗粒的流动特性进行了研究。通过对静电传感器和双截面ECT传感器的综合使用，可以监测不同运行条件时三床循环流化床的流动状态，并且通过测量不同运行条件时上升段和下降段固体颗粒的速度分布和浓度分布，可以为接下来优化三床循环流化床内的煤气化过程提供依据。本项目还在天津华能杨柳青热电有限责任公司的燃煤机组上进行了实验。通过测量结果可以看出，2号送粉管中的煤粉速度明显高于3号送粉管中的煤粉速度。2号和3号送粉管两个静电传感器测得的煤粉速度可作为重要的锅炉运行参数供热电公司的燃煤机组运行工程师参考，从而为提高燃煤机组运行效率、指导生产起到积极的作用。