流化床气化器中生物质及其混合物流动参数测量方法研究

Gasification is one of the effective ways to utilize biomass. As fluidized bed has good particle mixing and high heat/mass transfer rate, it is widely used in biomass gasification. During this process biomass and inert particles have different flow dynamics, as a result it is necessary to measure the flow parameters of biomass and inert particles in the fluidized bed. Electrostatic sensor is widely adopted in monitoring the hydrodynamics of the fluidized bed. In this project, optimized electrostatic sensor array with an optical imaging system, which combines the optical fibers with the high speed camera, will be used to measure the flow parameters of biomass and biomass/inert particle mixture in the fluidized bed. To measure the solid velocity distribution of biomass and inert particles, the influence of the sensor's inhomogeneous sensitivity distribution to the correlation calculation needs to be considered. To measure the solid concentration distribution of the two particles, the electrostatic mechanism of the two particles in the fluidized bed is investigated at first. By analyzing the electrostatic signals, the solid concentration distribution can be obtained. To measure the individual flow parameters of the biomass and inert particles in the mixture, the two measurement methods are simultaneously adopted to obtain the mixture velocity distribution and solid concentration distribution of the two particles. Other parameters are calculated using the back stepping algorithm. The measurement of the flow parameters of biomass and biomass/inert particle mixture will provide guidelines for the optimization of biomass gasification process.

生物质气化技术是高效利用生物质的一种方式。流化床有很好的颗粒混合和传质传热特性，适合于进行生物质气化反应。由于生物质和惰性颗粒在流化床中有不同的流动特性，需要对流化床中两种颗粒的流动参数进行测量。静电传感器已经在流化床状态监测中得到了广泛应用。本项目将利用优化后的阵列式静电传感器，辅以光纤和高速相机相结合的光学图像测量系统对流化床中生物质及生物质/惰性颗粒混合物的流动参数进行测量。对于生物质和惰性颗粒速度分布的测量，需要考虑传感器不均匀的灵敏度分布对相关测量结果的影响。对于两种颗粒浓度分布的测量，首先分析两种颗粒在流化床中的带电机理，然后结合静电信号特征对颗粒浓度分布进行计算。对于混合物中两种颗粒各自流动参数的测量，需要利用以上两种测量手段获得混合物速度分布和两种颗粒各自浓度分布，通过反推算法进行计算。通过对生物质及生物质/惰性颗粒混合物流动参数的测量可以为优化生物质的气化过程提供依据。

流化床气化技术是高效利用生物质的一种方式。由于流化床中固体颗粒具有复杂的流动特性，需要对其流动和带电参数进行测量。本项目主要研究基于静电感应原理的流化床颗粒流动参数和带电特性的测量方法，并且实现了颗粒混合物中两组分颗粒各自流速的测量。本项目的主要工作包括以下几个部分：.（1）通过构建阵列式静电传感器测量系统，本项目提出了基于阵列式静电传感器的流化床颗粒流动和带电特性测量方法。通过实验研究表明阵列式静电传感器可以实现不同类型颗粒浓相区和过渡区流速分布的测量。并且根据对静电感应信号，颗粒互相关速度和不同带电情况下荷质比的分析，建立了颗粒平均荷质比的预测模型，实现了荷质比的测量。.（2）综合不同结构静电传感器测量特性的优缺点，本项目提出了一种网状静电传感器的结构。通过有限元模拟得出相比于传统静电传感器，网状静电传感器具有更高和更加均匀的灵敏度分布。利用网状静电传感器实现了气力输送弯管处颗粒速度分布和相对浓度分布测量，并且通过电荷标定实验，根据电极上的感应电荷和传感器的灵敏度分布，可重建出流化床截面处颗粒的电荷分布。.（3）为了解决颗粒混合物中两组分颗粒各自流动参数的测量问题，本项目利用环形静电传感器和高速摄像系统对流化过程中石英砂和聚乙烯颗粒混合物中两种颗粒各自流速的测量方法进行了研究。通过对比静电传感器和高速摄像所得测量结果，可以得出基于静电传感器并结合双峰互相关函数可以对循环流化床上升段中两种颗粒混合物各自流速进行粗略估计。.（4）为了解决非侵入式静电传感器空间灵敏度分布不均匀的问题，本项目从时域和频域两个角度对静电传感器空间灵敏度均匀化方法进行了研究，提出了基于差分测量的空间灵敏度均匀化方法和基于谐波小波分解的空间灵敏度均匀化方法。

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