基于小波理论的高密度循环流化床脉动特性的研究

摘要

流化催化裂化、整体煤气化联合循环及其它反应过程，通常需要高颗粒浓度及高气体通量以满足反应产率及热平衡要求，而高密度循环流化床则被认为最有潜力的反应器。高密度循环流化床中的气固两相流动特征，不仅取决于床内压力、气体速度、颗粒循环流率及气固物性参数，而且还受设备结构（如床层直径、床层高度以及进出口结构）等因素的影响。脉动作为表征床内气固两相流动特征之一，因为脉动信号涵盖了床内大量的流体动力学行为特征，而且其使用的传感器准确性好，响应频率高，操作条件范围广。
　　本文在主床直径为0.205m，高度为7m的冷态高密度循环流化床实验台上进行了不同出口结构、不同工况下的主床风室压力脉动信号和同一出口结构、不同工况下的循环流率脉动信号的研究和分析，实验以空气作为流化介质，石英砂作为床料。在对信号分析处理时，本文采用小波分析的方法对所采集的主床风室压力脉动信号和循环流率脉动信号选取最佳的消噪方法进行信号消噪处理，对处理后的信号进行了小波包能量谱分析。
　　本文获得以下成果:
　　1.本文自行设计了可以根据实验要求改变采集频率的叶轮式在线测量循环流率系统，而且为了提高小叶轮测量循环流率的准确性和灵敏度，还设计了带有消旋格栅的导流环;
　　2.本文对压力采集系统和进入主床风量采集系统进行了改进，根据实验要求可以调整采集频率;
　　3.压力脉动和循环流率脉动均属于低频脉动，而且脉动的频率范围都在0-12.5Hz;
　　4.在同一表观气速，同一出口结构下，随着循环流率的增加，压力脉动频率和脉动幅度都会有所提高;而在相同循环流率，同一表观气速下，Γ型突变出口结构的压力脉动频率和脉动幅度都比C型光滑出口结构的大;
　　5.在同一表观气速，返料阀的流化风室进口压力和流量保持恒定且松动风室进口压力也是恒定的条件下，随着松动风流量的增加，循环流率的脉动频率几乎没有变化而脉动幅度却有所提高;而在同一表观气速，返料阀的松动风室进口压力和流量保持恒定且流化风室进口压力也是恒定的条件下，随着流化风量的增加，循环流率的脉动频率几乎没有变化而脉动幅度却有所提高;
　　6.在返料阀流化风室和松动风室的压力相等并且维持恒定的条件下，通过从一个工况只改变流化风量变到另一个工况和从这个工况只改变相同风量的松动风量变到第三个工况，后者的循环流率脉动幅度比前者的大而脉动频率几乎没有变化。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 高密度循环流化床技术

1．1．1 流态化原理

1．1．2 循环流化床技术

1．1．3 高密度循环流化床技术的特点及应用前景

1．2 气固两相流的研究现状

1．2．1 压力脉动的研究现状

1．2．2 循环流率脉动的研究现状

1．3 本文研究内容

1．4 本章小结

第二章 实验系统和实验方案

2．1 实验系统

2．1．1 主床

2．1．2 旋风分离器

2．1．3 循环流率测量系统

2．1．4 储料罐

2．1．5 U型返料阀

2．1．6 布袋除尘器

2．1．7 送风系统

2．1．8 数据采集系统

2．2 实验方案

2．2．1 实验内容

2．2．2 实验过程

2．2．3 实验工况

2．3 本章小结

第三章 脉动分析方法—小波分析

3．1 小波分析概述

3．2 傅里叶变换

3．2．1 经典傅里叶变换

3．2．2 短时傅里叶变换

3．3 小波变换

3．3．1 连续小波变换

3．3．2 离散小波变换

3．4 常用小波基

3．5 多分辨率分析

3．6 小波包分析

3．6．1 小波包的性质

3．6．2 小波包能量谱

3．7 信号的小波阈值消噪研究

3．7．1 小波阈值消噪的基本原理

3．7．2 影响小波阈值消噪效果的因素

3．8 本章小结

第四章 实验结果处理与分析

4．1 压力脉动特性的研究

4．1．1 压力脉动信号的消噪与分析

4．1．2 压力脉动信号的小波包能量谱分析

4．2 循环流率脉动特性的研究

4．2．1 循环流率脉动信号的消噪与分析

4．2．2 循环流率脉动信号的小波包能量谱分析

4．2．3 循环流率和进入主床风量的关系

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

附录