[发明专利]流化床内局部颗粒速度的静电感应测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于气固两相流测量技术领域，具体涉及一种流化床内局部颗粒速度的静电感应测量方法及装置。

背景技术

循环流化床锅炉内颗粒速度的大小，不仅影响着颗粒在床内的停留时间和密度分布，还直接影响颗粒与受热面的传热强度，进而影响受热面的具体布置。目前，基于不同的测量原理，人们已研究和开发了多种方法和装置测量循环流化床内颗粒速度，如光纤探头法、冲击力法、等速取样法、多普勒激光测速技术(LDV)和粒子图像技术(PIV)等。光纤探头法可用于较高颗粒浓度条件下(如循环流化床锅炉内下部密相区和上部边壁区附近)的颗粒速度测量，光纤探头具有重量轻、尺寸小、几何形状可以根据需要灵活选择、灵敏度高等的优点，但需要有外部光源激励，系统相对较为复杂。冲击力法不受炉内颗粒浓度的影响，可用于循环流化床内不同高度和区域内颗粒速度测量，但测量元件对床内固体颗粒流动产生较大的干扰作用。等速采样法的最大优点在于测量设备非常简单，但由于测量过程中假定颗粒流为连续流，故只适用于循环流化床锅炉下部密相区和上部边壁区域高颗粒浓度条件下的颗粒速度测量，而不适用于上部核心区的颗粒速度测量。多普勒颗粒速度测量是利用颗粒的移动导致散射光产生频移测量颗粒速度，具有简单、可靠等特点，在流体实验研究领域得到了广泛的应用，但是多普勒速度测量系统设备昂贵，且仅适用于稀相悬浮流动条件。PIV技术可实现完整的颗粒流动速度分布测量，但结果分析耗时，仅适用于实验室研究，高浓度时无法测量，不适合工业现场应用。

气固流动系统中颗粒与颗粒、颗粒与气体及颗粒与管壁的相互碰撞、摩擦及分离，导致颗粒产生荷电现象。近些年来，人们利用颗粒荷电研究并开发了静电相关法及静电感应空间滤波颗粒速度测速仪，测量系统具有结构简单、硬件成本低、适合于恶劣的工业现场环境等特点。对于静电相关和空间滤波法，主要采用外置式环状或弧状静电感应阵列，环状静电感应只能获得管道截面上颗粒的平均速度，而弧状静电感应阵列外置于测量管道外部，所获得的信息只能反映近管壁处的颗粒局部速度，而无法反映整个管道截面上的颗粒速度分布信息。

发明内容

为了克服现有循环流化床内局部颗粒速度测量方法及装置的不足，本发明提出了一种流化床内局部颗粒速度的静电感应测量方法及装置，具有较高的空间选择性，提高了频谱尖峰频率和速度测量的准确性，实现了流化床内局部颗粒速度的测量。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的一种流化床内局部颗粒速度的静电感应测量方法，取两组结构和尺度相同的第一静电感应电极阵列和第二静电感应电极阵列及金属屏蔽管，在金属屏蔽管的一端填充绝缘隔离材料以形成绝缘隔离块，并将所述第一静电感应电极阵列和第二静电感应电极阵列设置于绝缘隔离块内，所述第一静电感应电极阵列至少包括第11电极、第12电极、第13电极、第14电极、第15电极，所述第二静电感应电极阵列至少包括第21电极、第22电极、第23电极、第24电极、第25电极，所述第一静电感应电极阵列中的各个电极以及所述第二静电感应电极阵列的各个电极位于同一平面内且相互平行，并且第一静电感应电极阵列中相邻的电极之间的径向间距p相等，将第21电极设在第11电极与第12电极之间，所述第21电极至第11电极之间的径向距离等于第21电极至第12电极之间的径向距离；将第22电极设在第12电极与第13电极之间，所述第22电极至第12电极之间的径向距离等于第22电极至第13电极之间的径向距离；将第23电极设在第13电极与第14电极之间，所述第23电极至第13电极之间的径向距离等于第23电极至第14电极之间的径向距离；将第24电极设在第14电极与第15电极之间，所述第24电极至第14电极之间的径向距离等于第24电极至第15电极之间的径向距离；将第25电极置于绝缘隔离块内且第25电极与第15电极之间的距离为第一静电感应电极阵列中相邻的电极之间的径向间距p的二分之一，分别将第一静电感应电极阵列和第二静电感应电极阵列中的电极连接在一起，并由第一静电感应电极阵列和第二静电感应电极阵列分别产生两组反映气固两相流流动信息的静电感应信号，两组信号分别接入前置电荷差分放大电路的两输入端进行差分放大后，由数据采集卡送入计算机，由计算机对数据采集卡的输出信号进行频谱分析并确定频谱上的峰值频率，进而计算获得气固两相流颗粒局部速度。