基于颗粒谱分析的循环流化床颗粒循环故障诊断技术的基础研究

The particle in the circulating fluidized bed (CFB ) flows along a designed loop, in which the gas and solid are operating by reaction, separation and transport. As a result, the particles have contained a wealth of operation information, also fault information, which is characterized by the particle flow parameters and particle population parameters. When the particle circulation fault occurs, not only the flow parameters will change abnormally, but also accompanying the particle population parameters will change. The particles are the carrier of fault information, especially the particle population parameters, including particle density, size distribution, mean particle size, microstructure, morphology, some element content etc. Due to offline measurement, the particle population parameters are more acurate, more reliable and more sensitive than the particle flow parameters in response to some particle circulation fault. Therefore, the particle parameters can be used for condition monitoring and fault diagnosis for paraticle circulating system. But how to use particle population parameters to describe the particle circulation fault is an important scientific problem, also is theoretical basis of particle diagnosis technique. The project will focus on the theoretical study of particle diagnostic technique based on the particle population parameters. First, the particle population parameter distributions in the operation of fluidizing, separating and conveying will be investigated experemental and analyzed theoretical, as well as the particle breakage mechanism. And then the particle population parameters will be analyzed under fault conditions to establish the theoretical relationalship model between particle population parameter and the particle circulating fault. Finally, the fundamental theory of particle diagnosis technology will be formed for the circulating fault of CFB. The project research is aimed at providing a valid fault diagnosis method for CFB.

循环流化床内颗粒是沿着设定循环回路流动的。颗粒在流动中进行气固反应、分离、输送操作。因此颗粒蕴含着丰富的操作信息，同时也是故障信息的载体。这些信息不仅反映在颗粒流动参数上，而且反映在离线测量的颗粒谱参数上，如颗粒堆积密度、颗粒粒度分布、中位粒径、微观形貌、某些化学元素含量等。当颗粒循环发生故障时，不仅颗粒流动参数发生异常改变，而且颗粒谱参数也随之发生异常变化。特别是某些颗粒谱参数对颗粒循环故障的响应比一般颗粒流动参数更准确、更可靠、更灵敏，完全可以创建基于颗粒谱参数的循环流化床颗粒诊断技术。但如何运用颗粒谱参数表征颗粒循环故障是一个重要的科学问题，也是颗粒诊断技术的理论基础。为此，课题通过实验和理论研究循环流化床内流化、分离、输送操作，以及颗粒破碎中颗粒谱参数与颗粒循环故障之间的变化规律，构建颗粒谱与故障之间的理论模型，形成颗粒诊断技术的基础，开创面向循环流化床颗粒循环故障诊断的新方法。

气固循环流化床内颗粒是沿着设定循环回路流动的。颗粒在流动中进行气固反应、分离、输送等单元操作。因此颗粒蕴含着丰富的操作信息，同时也是颗粒循环故障信息的载体。这些信息不仅反映在颗粒流动参数上，而且反映在测量的颗粒谱参数上。当颗粒循环系统发生故障时，不仅颗粒流动参数发生异常改变，而且颗粒谱参数也随之发生异常变化，两者之间存在着密切的关系。但以往的故障诊断主要依靠工程经验和现场数据，没有利用颗粒所蕴含的丰富信息，缺失了颗粒物性参数。但如何运用颗粒谱参数表征颗粒循环系统故障是一个重要的科学问题，也是颗粒诊断技术的理论基础。.课题选择FCC装置中的催化剂循环流动系统为研究对象。通过实验和理论研究有关反应、再生、流化、分离、输送等单元涉及催化剂循环的操作，探讨颗粒谱参数与颗粒循环故障之间的规律。首先在现场FCC装置采集入口、收集口、逃逸口、采样点等催化剂样品，并进行颗粒谱参数的测量，如最频粒径、中位粒径、平均粒径、标准方差、偏度、峭度等，同时包括催化剂的微观形貌，重点考察流化和分离问题造成的催化剂跑损故障。然后，从流态化理论和气固分离理论上，从实验室和工业装置采集数据上，探求颗粒谱在流化和分离过程中的演变规律，分析FCC装置在开工、稳定、故障等状态下跑损催化剂的物性变化机制，在流动过程中的磨损和破碎机制，建立颗粒诊断技术的理论基础。最后，创建基于数据的推理分析方法和基于知识的故障树分析方法，开发基于颗粒谱参数颗粒谱诊断技术，并应用于FCC装置跑剂故障的诊断。颗粒谱诊断技术应用于FCC装置跑剂故障诊断应用结果表明无论是从催化剂的宏观和微观形貌上，或是从某些个体颗粒和整体颗粒群的统计特性上，或是某些化学元素含量比率上，催化剂物性均发生了相应的异常变化，与跑剂故障存在着对应的关系，所以诊断过程具有实现简单、实时性好、灵敏性高的优势，诊断结果准确和可靠。颗粒谱诊断技术具有良好的应用前景。